JP4058554B2

JP4058554B2 - Composite concrete structure

Info

Publication number: JP4058554B2
Application number: JP2003188937A
Authority: JP
Inventors: 彦次兵頭; 誠片桐; 哲生川口; 淳一郎二羽
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005023613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度繊維補強セメント系コンクリート製の構造部材を用いて形成された複合コンクリート構造体に関する。本発明の構造体は高強度かつ軽量であり、建物の梁や橋梁などの構造部材として有用である。
【０００２】
【背景技術】
コンクリートはひび割れが発生すると急激にその耐力を失う脆性的な材料であることが従来から知られている。このため、通常、コンクリート部材の内部には、ひび割れ後の急激な耐力の低下を緩和するために補強鉄筋が設けられている。このため、従来のコンクリート構造体は重量が増し、部材の厚さも嵩むため軽量化が難しいと云う問題があった。
一方、セメント粒子、シリカ等の微粒子、スラグやフライアッシュなどの無機粒子の比表面積および配合量を各々特定範囲に調整し、これに有機繊維ないし炭素繊維を配合させた超高強度繊維補強セメントが最近提案されている（特許文献１）。このセメントによって製造したものは高強度で靱性が高く、また流動性にも優れる利点を有する。
【特許文献１】
特開２００２−３４８１６６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記超高強度繊維補強セメントの特性を利用し、この超高強度繊維補強セメントによって製造した部材を用いて構造体を形成することによって、従来のコンクリート構造体における上記問題を解決したものであり、本発明によれば、従来のコンクリート構造体よりも格段に軽量な複合コンクリート構造体が提供される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は以下の構成を有する複合プレストレストコンクリート構造体に関する。
（１）ブレーン比表面積２５００〜５０００cm²/ｇのセメント１００質量部と、ＢＥＴ比表面積５〜２５m²/ｇの微粒子１０〜４０質量部と、ブレーン比表面積２５００〜３００００cm²/ｇおよび上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子１５〜５５質量部と、金属繊維およびまたは炭素繊維から選ばれる１種以上の繊維と、減水剤と、水とを含む配合物の硬化体からなる高強度繊維補強コンクリートによって板状ウェブ部材が形成されており、複数の板状ウェブ部材が長手方向に並設され、該ウェブ部材の上下端には歯形状のキー溝が設けられており、該歯形状のキー溝にフランジ部分が噛み合って一体に接合されていることを特徴とする複合プレストレストコンクリート構造体。
（２）上記(１)のコンクリート構造体において、ウェブ部材の上下端に歯形状のキー溝が形成されていると共に、ウェブ部材の上下端付近にフランジ部分の配筋（接合棒鋼）に係合する棒鋼（貫通鉄筋）が設けられ、この係合部分がフランジ部分のコンクリートに埋め込まれてウェブ部材とフランジ部分が一体に接合されている複合プレストレストコンクリート構造体。
（３）ウエブ部材を形成する高強度繊維補強コンクリートに用いる金属繊維が、直径０.５ｍｍ以下および引張強度１〜３.５ＧＰａであって、１２０ＭＰａの圧縮強度を有するセメント系硬化体のマトリックスに対する界面付着強度が３ＭＰａ以上の鋼繊維である上記(１)または上記(２)に記載する複合プレストレストコンクリート構造体。
（４）ウェブ部材が多角形の板状に形成されており、並設されたウェブ部材の相互の間に開口部が形成されている上記(１)〜上記(３)の何れかに記載する複合プレストレストコンクリート構造体。
【０００５】
本発明の複合プレストレストコンクリート構造体は、普通コンクリートによって形成されたプレストレスト構造部分と、高強度繊維補強コンクリートによって形成された構造部材とが一体に接合されてなる複合プレストレストコンクリート構造体であって、高強度繊維補強コンクリートによって板状のウェブ部材が形成されており、複数の板状ウェブ部材が長手方向に並設され、その上下端が普通コンクリート製のフランジ部分に接合されて梁を形成している複合プレストレストコンクリート構造体、ウェブ部材が多角形の板状に形成されており、並設されたウェブ部材の相互の間に開口部が形成されている複合プレストレストコンクリート構造体などである。
【０００６】
本発明に係る構造体の具体的な例は、ブレーン比表面積２５００〜５０００cm²/ｇのセメント１００質量部と、ＢＥＴ比表面積５〜２５m²/ｇの微粒子１０〜４０質量部と、ブレーン比表面積２５００〜３００００cm²/ｇおよび上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子１５〜５５質量部と、金属繊維およびまたは炭素繊維から選ばれる１種以上の繊維と、減水剤と、水とを含む配合物の硬化体からなる高強度繊維補強コンクリートによって板状ウェブ部材が形成されており、複数の板状ウェブ部材が長手方向に並設され、該ウェブ部材の上下端には歯形状のキー溝が設けられており、該歯形状のキー溝にフランジ部分が噛み合って一体に接合されていることを特徴とする複合プレストレストコンクリート構造体である。
【０００７】
この高強度繊維補強コンクリートは強度が高く、破壊エネルギーが極めて大きいので補強筋が不要であり、普通コンクリート製部材よりも部材を軽量化することができ、従って構造体全体の重量を大幅に低減することができる。また、高強度繊維補強コンクリート製構造部材を予め工場生産し、施工現場で一体に組立てることによって構造体を形成することができるので、現場作業の負担を格段に軽減することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に即して具体的に説明する。
本発明の構造体は、高強度繊維補強コンクリートによって製造された構造部材を有することを特徴とする複合コンクリート構造体であり、具体的には、例えば、高強度繊維補強コンクリートによって製造された構造部材と、普通コンクリート製構造部材との組合せによって形成された構造体などである。
【０００９】
本発明において高強度繊維補強コンクリートとは、高強度を発現するように粒度調整および配合量が調整されたセメント、シリカフュームやシリカダストなどの微粒子、スラグや石灰石粉末などの無機粒子、金属繊維や炭素繊維、および減水剤を含む高強度繊維補強セメント系配合物に水を加えて混錬して得たコンクリート硬化体が、１３０MPa以上の圧縮強度、１５MPa以上の曲げ強度、１０KJ/m²以上の破壊エネルギーを有するものを云う。
【００１０】
上記高強度繊維補強セメント系配合物の具体例としては、(イ)ブレーン比表面積２５００〜５０００cm²/gのセメント１００質量部と、(ロ)ＢＥＴ比表面積５〜２５m²/gの微粒子１０〜４０質量部と、(ハ)ブレーン比表面積２５００〜３００００cm²/gで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子１５〜５５質量部と、(ニ)金属繊維およびまたは炭素繊維から選ばれる１種以上の繊維と、(ホ)減水剤とを含むものである。
【００１１】
上記コンクリートに用いるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。なお、本セメントを用いて製造した構造部材の早期強度を向上させようとする場合には、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、硬化前の配合物の流動性を向上させようとする場合には、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００１２】
上記セメントのブレーン比表面積は２５００〜５０００cm²/gが適当であり、３０００〜４５００cm²/gが好ましい。この比表面積が２５００cm²/g未満であると水和反応が不活発になって硬化体の強度が低下する等の欠点があり、５０００cm²/gを超えると、セメントの粉砕に時間がかかり、また、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００１３】
上記コンクリートに用いる微粒子としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。一般にシリカフュームやシリカダストは、そのＢＥＴ比表面積が５〜２５cm²/gであり、粉砕等をする必要がないので本発明の微粒子として好適である。
【００１４】
上記微粒子のＢＥＴ比表面積は５〜２５m²/gが適当であり、８〜２５m²/gが好ましい。この比表面積が５m²/g未満であると、配合物を構成する粒子の充填性に緻密さを欠くため、構造部材の強度が低下する等の欠点があり、一方、上記比表面積が２５m²/gを超えると、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００１５】
微粒子の配合量はセメント１００質量部に対して１０〜４０質量部が適当であり、２０〜４０質量部が好ましい。この配合量が１０〜４０質量部の範囲外では、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００１６】
上記コンクリートに用いる無機粒子は、セメント以外の無機粒子であり、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。中でも、スラグ、石灰石粉末、石英粉末は、コストの点や硬化後の品質安定性の点で好ましく用いられる。
【００１７】
上記無機粒子はブレーン比表面積２５００〜３００００cm²/gのものが適当であり、好ましくは４５００〜２００００cm²/gであってかつセメント粒子よりも大きなブレーン比表面積を有するものがよい。無機粒子のブレーン比表面積が２５００cm²/g未満であると、セメントとのブレーン比表面積の差が小さくなり、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点があり、一方、３００００cm²/gを超えると、粉砕に手間がかかるため材料が入手し難くなったり、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００１８】
無機粒子がセメントよりも大きなブレーン比表面積を有することによって、この無機粒子がセメントと微粒子との間隙を埋める粒度を有することになり、硬化前には高い流動性(自己充填性)を確保することができるうえ、硬化後も高強度を発現することができる。無機粒子とセメントとのブレーン比表面積の差は、硬化前の流動性と硬化後の強度発現性の観点から、１０００cm²/g以上が好ましく、２０００cm²/g以上がより好ましい。
【００１９】
無機粒子の配合量はセメント１００質量部に対して１５〜５５質量部が適当であり、２０〜５０質量部が好ましい。この配合量が１５〜５５質量部の範囲外では、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００２０】
本発明においては、無機粒子として、異なる２種の無機粒子Ａと無機粒子Ｂを併用することができる。この場合、無機粒子Ａと無機粒子Ｂは、同じ種類の粉末（例えば、石灰石粉末）を使用してもよいし、異なる種類の粉末（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）を使用してもよい。
【００２１】
無機粒子Ａはブレーン比表面積５０００〜３００００cm²/gのものが適当であり、６０００〜２００００cm²/gのものが好ましい。また、無機粒子Ａはセメントおよび無機粒子Ｂよりもブレーン比表面積が大きいものである。無機粒子Ａのブレーン比表面積が５０００cm²/g未満であると、セメントや無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が小さくなり、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、流動性等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。一方、このブレーン比表面積が３００００cm²/gを超えると、粉砕に手間がかかるため、材料が入手し難くなったり、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００２２】
また、無機粒子Ａがセメントおよび無機粒子Ｂよりも大きなブレーン比表面積を有することによって、無機粒子Ａが、セメントおよび無機粒子Ｂと、微粒子との間隙を埋めるような粒度を有することになり、より優れた流動性や強度発現性等を確保することができる。無機粒子Ａとセメントおよび無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差（換言すれば、無機粒子Ａと、セメントと無機粒子Ｂのうちブレーン比表面積の大きい方とのブレーン比表面積の差）は、硬化前の流動性と硬化後の強度発現性の観点から、１０００cm²/g以上が好ましく、２０００cm²/g以上がより好ましい。
【００２３】
無機粒子Ｂのブレーン比表面積は２５００〜５０００cm²/gが適当である。また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差は、硬化前の流動性と硬化後の強度発現性の観点から、１００cm²/g以上が好ましく、２００cm²/g以上がより好ましい。無機粒子Ｂのブレーン比表面積が２５００cm²/g未満であると流動性が低下して自己充填性が得られ難くなる等の欠点があり、一方、５０００cm²/gを超えると、ブレーン比表面積が無機粒子Ａに近いため、流動性等を向上させる効果が小さく、しかも２種の無機粒子を用いるために材料の準備に手間がかかるので好ましくない。また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が１００cm²/g以上であることによって、配合物を構成する粒子の充填性が向上し、より優れた流動性や強度発現性等を確保することができる。
【００２４】
無機粒子Ａの配合量はセメント１００質量部に対して１０〜５０質量部が適当であり、１５〜４０質量部が好ましい。無機粒子Ｂの配合量はセメント１００質量部に対して５〜３５質量部が適当であり、１０〜３０質量部が好ましい。無機粒子Ａおよび無機粒子Ｂの配合量が前記の数値範囲外では流動性や強度発現性等を向上させる効果が小さく、しかも２種の無機粒子を用いているために材料の準備に手間がかかるので好ましくない。
【００２５】
無機粒子Ａと無機粒子Ｂの合計量はセメント１００質量部に対して１５〜５５質量部が適当であり、２５〜５０質量部が好ましい。合計量が１５〜５５質量部の範囲外では、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、硬化体の強度が低下する等の欠点がある。
【００２６】
金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス繊維等が挙げられる。このうち鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましい。金属繊維の寸法は、配合物中における金属繊維の材料分離の防止や、ウェブ部材の曲げ強度や靭性の向上の点から、直径０.０１〜１.０mm、長さ２〜３０mmが好ましく、直径０.０５〜０.５mm、長さ５〜２５mmがより好ましい。また、金属繊維のアスペクト比（繊維長／繊維直径）は２０〜２００が好ましく、４０〜１５０がより好ましい。
【００２７】
金属繊維の形状は、直線状よりも、何らかの物理的付着力を付与する形状（例えば、螺旋状や波形）が好ましい。螺旋状等の形状にすれば、金属繊維とマトリックスとが互いに引っかかって応力を確保するために曲げ強度が向上する。
【００２８】
金属繊維の好適な例としては、例えば、直径０.５mm以下、引張強度１〜３.５GPaの鋼繊維からなり、かつ１２０MPaの圧縮強度を有するセメント系硬化体のマトリックスに対する界面付着強度（付着面の単位面積当たりの最大引張力）が３MPa以上であるものが挙げられる。この金属繊維は波形または螺旋形の形状に加工することができる。また、金属繊維の周面上にマトリックスに対する運動（長手方向の滑り）に抵抗するための溝または突起を付けてもよい。さらに、金属繊維は鋼繊維の表面に鋼繊維のヤング係数よりも小さなヤング係数を有する金属層（例えば、亜鉛、錫、銅、アルミニウム等から選ばれる１種以上からなるもの）を設けたものでもよい。
【００２９】
金属繊維の配合量は、配合物中の体積百分率で、０.１〜６％が適当であり、０.５〜５.５％が好ましく、１.０〜５.０％がより好ましい。この配合量が０.１％未満では構造部材の曲げ強度や靭性が低下するので好ましくない。一方、配合量が６％を越えると、流動性等を確保するために単位水量が増大するうえ、配合量を増やしても金属繊維の補強効果が向上しないために経済的でなく、また、混練物中でいわゆるファイバーボールを生じ易くなるので、好ましくない。
【００３０】
炭素繊維としてはＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維の寸法は、配合物中におけるこれら繊維の材料分離の防止や硬化後の曲げ強度や靭性の向上の点から、直径０.００５〜１.０mm、長さ２〜３０mmが好ましく、直径０.０１〜０.５mm、長さ５〜２５mmがより好ましい。また、炭素繊維のアスペクト比（繊維長／繊維直径）は２０〜２００が好ましく、３０〜１５０がより好ましい。
【００３１】
炭素繊維の配合量は、配合物中の体積百分率で、０.５〜１０.０％が適当であり、１.０〜９.０％が好ましく、２.０〜８.０％がより好ましい。この配合量が０.５％未満では構造部材の曲げ強度や靭性が低下するので好ましくない。一方、この配合量が１０.０％を超えると、流動性等を確保するために単位水量が増大するうえ、配合量を増やしても繊維の増強効果が向上しないため、経済的でなく、さらに混練物中にいわゆるファイバーボールを生じ易くなるので、好ましくない。
【００３２】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。これらのうち、減水効果の大きな高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましく、特に、ポリカルボン酸系の高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。
【００３３】
減水剤の配合量は、セメント、微粒子および無機粒子の合計量１００質量部に対して、固形分換算で０.１〜４.０質量部が好ましく、０.１〜２.０質量部がより好ましい。配合量が０.１質量部未満では、混練が困難になるとともに、流動性が極端に低下し、ウェブ部材の製造に手間がかかる等の欠点がある。配合量が４.０質量部を超えると、材料分離や著しい凝結遅延が生じ、また、硬化体の強度等が低下することもある。なお、減水剤は、液状または粉末状のいずれでも使用することができる。
【００３４】
配合物を調製する際の水の量は、セメント、微粒子および無機粒子の合計量１００質量部に対して、１０〜３０質量部が好ましく、１２〜２５質量部がより好ましい。水の量が１０質量部未満では、混練が困難になるとともに、流動性が極端に低下し、ウェブ部材の製造に手間がかかる等の欠点がある。一方、水の量が３０質量部を超えると硬化体の強度等が低下する。
【００３５】
上記各成分を含む配合物には細骨材を加えることができる。この細骨材としては川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等、またはこれらの混合物を使用することができる。細骨材の大きさは粒径２mm以下が適当であり、１.５mm以下が好ましい。なお、この細骨材の粒径とは８５％質量累積粒径である。細骨材の粒径が２mmを超えると硬化後の強度等が低下するので好ましくない。また、細骨材は７５μm以下の粒子の含有量が２.０質量％以下のものが適当であり、１.５質量％以下のものが好ましい。この含有量が２.０質量％を超えると、配合物の流動性が極端に低下し、構造部材の製造に手間がかかるので好ましくない。
【００３６】
細骨材の配合量は、配合物の流動性や硬化後の強度等の観点から、セメント、微粒子、無機粒子の合計量１００質量部に対して１３０質量部以下が適当であり、自己収縮や乾燥収縮の低減、水和発熱量の低減等の観点から、１０〜１３０質量部が好ましく、さらには３０〜１３０質量部がより好ましく、４０〜１３０質量部が特に好ましい。
【００３７】
上記配合物のペーストまたはモルタルのフロー値は概ね２３０mm以上であり、好ましくは２４０mm以上である。また、無機粒子として無機粒子Ａおよび無機粒子Ｂを用いた場合、このフロー値は概ね２４０mm以上であり、好ましくは２５０mm以上である。特に７５μm以下の粒子の含有量が２.０質量％以下である細骨材を用いた場合には、このフロー値は好ましくは２５０mm以上、より好ましくは２６５mm以上、特に好ましくは２７０mm以上である。なお、ここでフロー値とは、日本工業規格〔「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」〕に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値（本明細書中において「０打フロー値」とも云う）である。また、前記フロー試験において、フロー値が２００mmに達する時間は、好ましくは１０.５秒以内、より好ましくは１０.０秒以内である。
【００３８】
上記配合物によって形成されるコンクリート硬化体の圧縮強度は、概ね１３０MPa以上であり、好ましくは１５０MPa以上、より好ましくは１６０MPa以上である。また、このコンクリート硬化体の曲げ強度は概ね１５MPa以上であり、好ましくは２０MPa以上、より好ましくは２３MPa以上、特に好ましくは２５MPa以上である。特に、金属繊維を含む硬化体の曲げ強度は、好ましくは３０MPa以上、より好ましくは３２MPa以上、特に好ましくは３５MPa以上である。また、このコンクリート硬化体の破壊エネルギーは概ね１０KJ/m²以上であり、より好ましくは２０KJ/m2以上である。
【００３９】
配合物の混練方法は、特には限定されない。例えば、(Ｉ)水、減水剤、繊維
以外の材料（具体的には、セメント、微粒子、無機粒子および細骨材）を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材、水、繊維および減水剤をミキサに投入して混練する方法、(II)粉末状の減水剤を用意し、水、繊維以外の材料（具体的には、セメント、微粒子、無機粒子、減水剤及び細骨材）を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材、繊維および水をミキサに投入して混練する方法、(III)各材料を各々個別にミキサに投入して混練する方法などを採用することができる。混練に用いるミキサは通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサなどが用いられる。
【００４０】
ウェブ部材などの構造部材の製造は、上記配合物を所定の型枠に流し込んで硬化させ、養生することにより行うことができる。前述したように、本発明に係る上記配合物は、０打フロー値が２３０mm以上であって流動性に優れ、自己充填性を有するので、構造部材の製造、特に成形を容易に行なうことができる。養生方法も特に限定されず、気中養生や蒸気養生などを行うことができる。
【００４１】
本発明のコンクリート構造体において、高強度繊維補強コンクリートによって形成される構造部材の形状や部材の種類は限定されない。例えば、パネル部材、棒状部材、角形部材、筒形部材、箱形部材、アングル材、パイプなど任意の形状を有することができる。また、これらの構造部材を任意に組み合わせて用いることができる。
また、本発明に係るコンクリート構造体の種類も限定されない。例えば、建築物の大梁、小梁、ラーメン構造、橋桁などを広く含む。
【００４２】
さらに、本発明のコンクリート構造体は、その一部または全部に高強度繊維補強コンクリートによって形成される構造部材を用いたものである。従って、高強度繊維補強コンクリートによって製造された構造部材と、普通コンクリート製構造部材との組合せによって形成されたものを含む。具体的には、例えば、ウェブ部材が高強度繊維補強セメント系コンクリートによって形成され、他の構造部分が普通コンクリートによって形成され、両部材が一体に接合された構造体などである。
【００４３】
また、普通コンクリートによって形成された構造部分をプレストレスト構造部分とし、高強度繊維補強コンクリートによって形成された構造部材と一体に接合することによって複合プレストレストコンクリート構造体を得ることができる。この構造体の具体的な一例は、ウェブ部材が高強度繊維補強コンクリートによって形成されており、一方、フランジ部分が普通コンクリートによって形成されており、両部材が一体に接合されることによって梁を形成している複合プレストレストコンクリート構造体である。
【００４４】
図１(Ａ)(Ｂ)に複合プレストレストコンクリート構造体の一例を示す。図示する構造体１０は、高強度繊維補強コンクリートによって形成された多角形の板状ウェブ部材１１を有し、複数の板状ウェブ部材１１が長手方向に並設され、その上下端部が普通コンクリート製のフランジ部分１２に一体に接合されて梁を形成している。普通コンクリート製のフランジ部分１２には配筋が設けられており、プレストレストが与えられている。高強度の多角形ウェブ部材を形成し、これを並設してウェブ部材の相互の間に開口部が形成することによって、構造体の重量を大幅に軽減することができる。
【００４５】
図示する複合プレストレストコンクリート構造体において、ウェブ部材１１とフランジ部分１２とは強固に接合していることが必要である。このため、図２に示すように、ウェブ部材１１の上下端に歯形状のキー溝１３を形成し、フランジ部分と噛み合わせて接合する方法（キー接合）、ウェブ部材１１の上下端にフランジ部分の配筋（図２の接合棒鋼）に係合する棒鋼（図２の貫通鉄筋）を設け、この係合部分がコンクリートに埋込んで接合する方法（埋込み接合）などを利用するとよい。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
［１］使用材料
以下に示す材料を使用した。使用材料の配合条件を表１に示す。
(1)セメント；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製;ブレーン比表面積3200cm²/g）
(2)微粒子；シリカフューム（BET比表面積10m²/g）
(3)無機粒子Ａ；石英粉末（ブレーン比表面積7500cm²/g）
(4)無機粒子Ｂ；石英粉末（ブレーン比表面積4000cm²/g）
(5)骨材；珪砂（最大粒径0.6mm、75μm以下の粒子の含有量0.3質量％）
(6)金属繊維；鋼繊維（直径:0.2mm、長さ:13mm）
(7)減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
(8)水；水道水
【００４７】
【表１】

【００４８】
［２］配合物(モルタル)の調製と評価
各材料を個別に二軸練りミキサに投入して混練した。混練後、次のように配合物および硬化体の物性を測定し評価した。この結果を表２に示す。
(１)フロー値：日本工業規格「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した。
(２)２００mm到達時間：上記フロー試験において、フロー値が２００mmに達するまでの時間を測定した。
(３)圧縮強度:各混練物を型枠内(φ50×100mm)に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生して、硬化体(３本)を作製した後、日本工業規格「JIS A1108(コンクリートの圧縮試験方法)」に準じて、該硬化体の圧縮強度を測定した。硬化体３本の測定値の平均値を圧縮強度とした。
(４)曲げ強度：各混練物を型枠内（4×4×16cm）に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生して、硬化体(３本)を作製した後、日本工業規格「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて、該硬化体の曲げ強度を測定した。載荷条件は、下支点間距離12cm、上支点間距離4cmの４点曲げとした。硬化体３本の測定値の平均値を曲げ強度とした。
(５)破壊エネルギー：上記曲げ強度試験において、荷重が最大荷重に達してから最大荷重の１/３に低下するまでの荷重−荷重点変位の積分値を、供試体断面積で除した値として算出した。なお、荷重点変位としては曲げ試験機のクロスヘッド変位量を用いた。
【００４９】
表２に示すように、本発明の実施例（No１、No２）は何れもフロー値が２６０mm以上、圧縮強度２１５Mpa以上、曲げ強度４３Mpa以上、破壊エネルギー６１KJ/m²以上であり、比較試料（No３、No４）よりも格段に高い。
【００５０】
【表２】

【００５１】
［３］複合コンクリート構造体の製造
表３に示す配合比の高強度繊維補強コンクリートによって図２に示す多角形板状のウェブ部材を形成し、一方、表３に示す配合比の普通コンクリートによってフランジ部分を形成し、これらを一体に接合して図１に示す複合プレストレストコンクリート梁を形成した。この梁について静的単調載荷による載荷試験を行った。この結果を表４に示した（No.５〜No.７）。
【００５２】
［４］複合コンクリート構造体の製造
ウェブ部材の形状を四角形パネルにして、上記[３]と同様に複合コンクリート梁を形成した。この梁について静的単調載荷による載荷試験を行った。この結果を表４に示した（No.８）。
【００５３】
表４に示すように、本発明の複合プレストレストコンクリート梁は何れも高い強度を有しており、ウェブパネルの力学的性能が非常に高いことが確認された。なお、これらのウェブパネルを用いた複合梁と同等の強度を有する梁のウェブ部材を普通コンクリート（60MPa）によって製造すると、表４のNo.８の梁の場合、本発明の複合梁に用いたウェブ部材の重量は普通コンクリート製ウェブ部材の重量に対して２０質量％程度であり、従って、ウェブ部材として８０％におよぶ大幅な軽量化が達成される。また、梁全体としては、本発明の複合梁の重量は普通コンクリート製梁の重量に対して４５質量％程度であり、従って、梁全体として５５％に及ぶ軽量化が達成された。
【００５４】
【表３】

【００５５】
【表４】

【００５６】
【発明の効果】
本発明の複合コンクリート構造体は、少なくともその構造部材の一部が高強度繊維補強コンクリートによって形成されており、このコンクリートは強度が高く破壊エネルギーが極めて大きいので補強筋が不要であり、普通コンクリート製構造部材よりも軽量化することができ、従って構造体全体の重量を大幅に低減することができる。また、高強度繊維補強コンクリート製構造部材を予め工場生産し、施工現場で一体に組立てることによって構造体を形成することができるので、現場作業の負担を格段に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合コンクリート梁の断面図であり、(Ａ)は長手方向の縦断面図、(Ｂ)は横方向の縦断面図
【図２】図１の梁に用いたウェブ部材の外観斜視図
【符号の説明】
１１−ウェブ部材、１２―フランジ部分、１３−キー溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite concrete structure formed using a structural member made of high-strength fiber reinforced cement concrete. The structure of the present invention has high strength and light weight, and is useful as a structural member such as a building beam or bridge.
[0002]
[Background]
It has been conventionally known that concrete is a brittle material that loses its yield strength suddenly when cracks occur. For this reason, a reinforcing bar is usually provided inside the concrete member in order to mitigate a sudden decrease in yield strength after cracking. For this reason, the conventional concrete structure has a problem that it is difficult to reduce the weight because the weight increases and the thickness of the member increases.
On the other hand, ultra-high-strength fiber reinforced cement in which the specific surface area and blending amount of cement particles, fine particles such as silica, and inorganic particles such as slag and fly ash are adjusted to a specific range, respectively, and organic fibers or carbon fibers are blended there Recently proposed (Patent Document 1). Those produced by this cement have the advantages of high strength, high toughness and excellent fluidity.
[Patent Document 1]
JP 2002-348166 A
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems in the conventional concrete structure by utilizing the characteristics of the ultra-high-strength fiber reinforced cement and forming a structure using a member manufactured by the ultra-high-strength fiber reinforced cement. Thus, according to the present invention, a composite concrete structure that is much lighter than conventional concrete structures is provided.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
That is, this invention relates to the composite prestressed concrete structure which has the following structures.
(1) Blaine specific surface area 2500-5000 cm ² / g cement 100 parts by mass, BET specific surface area 5-25m ² 10 to 40 parts by mass of fine particles / g and a Blaine specific surface area of 2500 to 30000 cm ² Curing of a formulation comprising 15 to 55 parts by mass of inorganic particles having a Blain specific surface area larger than / g and the cement, one or more fibers selected from metal fibers and / or carbon fibers, a water reducing agent, and water A plate-like web member is formed of high-strength fiber-reinforced concrete made of a body, and a plurality of plate-like web members are arranged in parallel in the longitudinal direction, A tooth-shaped keyway is provided at the upper and lower ends of the web member. The flange part is Mesh together A composite prestressed concrete structure characterized by being bonded.
(2) In the concrete structure of (1) above, on the upper and lower ends of the web member Tooth shape A keyway is formed and the web member Near upper and lower ends Of the flange part Reinforcement (joint bar) Engage with Steel bar (penetrating rebar) This is provided Engagement part is flange part concrete Embedded in Web member and flange part joined together Composite prestressed concrete structure.
(3) Interface with respect to matrix of hardened cementitious body having a diameter of 0.5 mm or less and a tensile strength of 1 to 3.5 GPa, and a compressive strength of 120 MPa. The composite prestressed concrete structure described in (1) or (2) above, which is a steel fiber having an adhesion strength of 3 MPa or more.
(4) The web member is formed in a polygonal plate shape, and an opening is formed between the web members arranged side by side. (1) to (3) Composite prestressed concrete structure.
[0005]
The composite prestressed concrete structure of the present invention is a composite prestressed concrete structure formed by integrally joining a prestressed structural part formed of ordinary concrete and a structural member formed of high-strength fiber reinforced concrete, A plate-like web member is formed of high-strength fiber reinforced concrete, a plurality of plate-like web members are juxtaposed in the longitudinal direction, and upper and lower ends are joined to a flange portion made of ordinary concrete to form a beam. A composite prestressed concrete structure, such as a composite prestressed concrete structure in which a web member is formed in a polygonal plate shape and an opening is formed between the web members arranged side by side.
[0006]
Specific examples of the structure according to the present invention include a Blaine specific surface area of 2500 to 5000 cm. ² / g cement 100 parts by mass, BET specific surface area 5-25m ² 10 to 40 parts by mass of fine particles / g and a Blaine specific surface area of 2500 to 30000 cm ² Curing of a formulation comprising 15 to 55 parts by mass of inorganic particles having a Blain specific surface area larger than / g and the cement, one or more fibers selected from metal fibers and / or carbon fibers, a water reducing agent, and water A plate-like web member is formed of high-strength fiber-reinforced concrete made of a body, and a plurality of plate-like web members are arranged in parallel in the longitudinal direction, A tooth-shaped keyway is provided at the upper and lower ends of the web member. The flange part is Mesh together A composite prestressed concrete structure characterized by being joined.
[0007]
This high-strength fiber reinforced concrete has high strength and extremely high breaking energy, so no reinforcing bars are required, and the weight of the member can be reduced compared to ordinary concrete members, thus greatly reducing the weight of the entire structure. be able to. Moreover, since the structural body can be formed by producing the structural member made of high-strength fiber reinforced concrete in advance in the factory and assembling it integrally at the construction site, the burden of on-site work can be greatly reduced.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to embodiments.
The structure of the present invention is a composite concrete structure characterized by having a structural member made of high-strength fiber reinforced concrete, specifically, for example, a structural member made of high-strength fiber reinforced concrete. And a structure formed by a combination of ordinary concrete structural members.
[0009]
In the present invention, high-strength fiber reinforced concrete means cement whose particle size is adjusted and blended so as to express high strength, fine particles such as silica fume and silica dust, inorganic particles such as slag and limestone powder, metal fibers and carbon A hardened concrete obtained by kneading water and a high-strength fiber-reinforced cement-based compound containing fibers and a water reducing agent has a compressive strength of 130 MPa or more, a bending strength of 15 MPa or more, and 10 KJ / m. ² It has the above destruction energy.
[0010]
Specific examples of the high-strength fiber reinforced cementitious compound include: (a) Blaine specific surface area of 2500 to 5000 cm. ² / g cement 100 parts by mass and (b) a BET specific surface area of 5 to 25 m ² 10 to 40 parts by mass of fine particles of / g, and (c) Blaine specific surface area 2500 to 30000 cm ² 15-55 parts by mass of inorganic particles having a Blain specific surface area greater than that of the cement, (d) one or more fibers selected from metal fibers and / or carbon fibers, and (e) a water reducing agent. Is included.
[0011]
Examples of the cement used for the concrete include various Portland cements such as ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, medium heat Portland cement, and low heat Portland cement. In addition, when trying to improve the early strength of the structural member manufactured using this cement, it is preferable to use the early strength Portland cement, and when trying to improve the fluidity of the compound before curing It is preferable to use medium heat Portland cement or low heat Portland cement.
[0012]
The cement has a Blaine specific surface area of 2500-5000 cm. ² / g is appropriate, 3000-4500cm ² / g is preferred. This specific surface area is 2500cm ² If it is less than / g, the hydration reaction becomes inactive and the strength of the cured product is reduced. ² If it exceeds / g, it takes time to grind the cement, and the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, so that the strength of the cured product is reduced.
[0013]
Examples of the fine particles used in the concrete include silica fume, silica dust, fly ash, slag, volcanic ash, silica sol, and precipitated silica. Generally, silica fume and silica dust have a BET specific surface area of 5 to 25 cm. ² Since it is / g and it is not necessary to pulverize it, it is suitable as the fine particles of the present invention.
[0014]
The fine particles have a BET specific surface area of 5 to 25 m. ² / g is suitable, 8-25m ² / g is preferred. This specific surface area is 5m ² If it is less than / g, the packing property of the particles constituting the compound lacks a denseness, so that the strength of the structural member is reduced. On the other hand, the specific surface area is 25 m. ² When the amount exceeds / g, the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, so that the strength of the cured product is lowered.
[0015]
The amount of fine particles is suitably 10 to 40 parts by weight, preferably 20 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of cement. When the blending amount is out of the range of 10 to 40 parts by mass, the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, so that there is a drawback that the strength of the cured body is reduced.
[0016]
The inorganic particles used for the concrete are inorganic particles other than cement, and examples include slag, limestone powder, feldspar, mullite, alumina powder, quartz powder, fly ash, volcanic ash, silica sol, carbide powder, and nitride powder. . Among these, slag, limestone powder, and quartz powder are preferably used in terms of cost and quality stability after curing.
[0017]
The inorganic particles have a Blaine specific surface area of 2500 to 30000 cm. ² / g is suitable, preferably 4500-20000 cm ² / g and having a larger Blaine specific surface area than the cement particles. Blaine specific surface area of inorganic particles is 2500cm ² If it is less than / g, the difference in the Blaine specific surface area with the cement is reduced, and the amount of water for obtaining a predetermined fluidity is increased, so that there is a disadvantage that the strength of the cured product is reduced. ² If it exceeds / g, it takes time and effort to grind, making it difficult to obtain the material, and the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, resulting in reduced strength of the cured product.
[0018]
Since the inorganic particles have a larger Blaine specific surface area than cement, the inorganic particles have a particle size that fills the gap between the cement and fine particles, and ensure high fluidity (self-filling) before curing. In addition, it can exhibit high strength even after curing. The difference in the Blaine specific surface area between the inorganic particles and the cement is 1000 cm from the viewpoint of fluidity before curing and strength development after curing. ² / g or more is preferable, 2000cm ² / g or more is more preferable.
[0019]
15-55 mass parts is suitable with respect to 100 mass parts of cement, and, as for the compounding quantity of an inorganic particle, 20-50 mass parts is preferable. If the blending amount is outside the range of 15 to 55 parts by mass, the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, and thus there is a drawback that the strength of the cured body is reduced.
[0020]
In the present invention, two different kinds of inorganic particles A and inorganic particles B can be used in combination as the inorganic particles. In this case, the inorganic particles A and the inorganic particles B may use the same type of powder (for example, limestone powder) or different types of powder (for example, limestone powder and quartz powder).
[0021]
Inorganic particles A have a Blaine specific surface area of 5000-30000 cm ² / g is suitable, 6000-20000cm ² / g is preferred. In addition, the inorganic particles A have a larger Blaine specific surface area than the cement and the inorganic particles B. Blaine specific surface area of inorganic particles A is 5000cm ² If it is less than / g, the difference in Blaine specific surface area with cement or inorganic particles B becomes small, and not only the effect of improving fluidity is reduced compared to the case of using the above-mentioned one kind of inorganic particles, Since two kinds of inorganic particles are used, it takes time to prepare the material, which is not preferable. On the other hand, this Blaine specific surface area is 30000 cm. ² When it exceeds / g, it takes time to grind, so that it is difficult to obtain materials, and the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, so that the strength of the cured product is reduced.
[0022]
In addition, since the inorganic particles A have a Blaine specific surface area larger than that of the cement and the inorganic particles B, the inorganic particles A have a particle size that fills the gap between the cement and the inorganic particles B and the fine particles. Excellent fluidity and strength development can be ensured. The difference in the specific surface area of Blaine between the inorganic particles A and the cement and the inorganic particles B (in other words, the difference in Blaine specific surface area between the inorganic particles A and the larger one of the cement and the inorganic particles B). 1000cm from the viewpoint of fluidity before and strength development after curing ² / g or more is preferable, 2000cm ² / g or more is more preferable.
[0023]
The Blaine specific surface area of the inorganic particles B is 2500 to 5000 cm. ² / g is appropriate. Further, the difference in the Blaine specific surface area between the cement and the inorganic particles B is 100 cm from the viewpoint of fluidity before curing and strength development after curing. ² / g or more is preferable, 200cm ² / g or more is more preferable. Blaine specific surface area of inorganic particles B is 2500cm ² If it is less than / g, there are drawbacks such as low fluidity and difficulty in obtaining self-filling properties, while 5000 cm ² If the amount exceeds / g, the Blaine specific surface area is close to that of the inorganic particles A, so that the effect of improving the fluidity is small, and the use of two types of inorganic particles is troublesome in preparing the material. Further, the difference in the specific surface area of the brane between the cement and the inorganic particles B is 100 cm. ² By being more than / g, the filling property of the particles constituting the compound is improved, and more excellent fluidity and strength development can be ensured.
[0024]
10-50 mass parts is suitable with respect to 100 mass parts of cement, and, as for the compounding quantity of the inorganic particle A, 15-40 mass parts is preferable. The blending amount of the inorganic particles B is suitably 5 to 35 parts by mass and preferably 10 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cement. When the blending amount of the inorganic particles A and the inorganic particles B is out of the above numerical range, the effect of improving fluidity and strength development is small, and the use of two kinds of inorganic particles takes time to prepare materials. Therefore, it is not preferable.
[0025]
15-55 mass parts is suitable with respect to 100 mass parts of cement, and, as for the total amount of the inorganic particle A and the inorganic particle B, 25-50 mass parts is preferable. If the total amount is outside the range of 15 to 55 parts by mass, the amount of water for obtaining a predetermined fluidity increases, so that there is a drawback that the strength of the cured body is reduced.
[0026]
Examples of metal fibers include steel fibers, stainless fibers, and amorphous fibers. Among these, steel fibers are excellent in strength, and are preferable from the viewpoints of cost and availability. The size of the metal fiber is preferably 0.01 to 1.0 mm in diameter and 2 to 30 mm in length from the viewpoint of preventing material separation of the metal fiber in the composition and improving the bending strength and toughness of the web member. More preferably, the length is 0.05 to 0.5 mm and the length is 5 to 25 mm. Moreover, 20-200 are preferable and, as for the aspect-ratio (fiber length / fiber diameter) of a metal fiber, 40-150 are more preferable.
[0027]
The shape of the metal fiber is preferably a shape that imparts some physical adhesion (for example, a spiral shape or a waveform) rather than a straight shape. If the shape is spiral, the bending strength is improved because the metal fiber and the matrix are caught by each other to secure the stress.
[0028]
Preferable examples of metal fibers include, for example, an interfacial adhesion strength (adhesion surface) to a matrix of a cementitious hardened body made of steel fibers having a diameter of 0.5 mm or less and a tensile strength of 1 to 3.5 GPa and having a compressive strength of 120 MPa. The maximum tensile force per unit area) is 3 MPa or more. This metal fiber can be processed into a corrugated or helical shape. Moreover, you may attach the groove | channel or protrusion for resisting the motion (longitudinal slip) with respect to a matrix on the surrounding surface of a metal fiber. Further, the metal fiber may be one in which a metal layer (for example, one or more selected from zinc, tin, copper, aluminum, etc.) having a Young's modulus smaller than that of the steel fiber is provided on the surface of the steel fiber. Good.
[0029]
The compounding amount of the metal fiber is appropriately 0.1 to 6%, preferably 0.5 to 5.5%, more preferably 1.0 to 5.0%, as a volume percentage in the compound. If the blending amount is less than 0.1%, the bending strength and toughness of the structural member are lowered, which is not preferable. On the other hand, if the blending amount exceeds 6%, the unit water amount increases in order to ensure fluidity and the like, and even if the blending amount is increased, the reinforcing effect of the metal fibers is not improved. This is not preferable because a so-called fiber ball is easily generated in the object.
[0030]
Examples of the carbon fiber include PAN-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber. The dimensions of the carbon fibers are preferably 0.005 to 1.0 mm in diameter and 2 to 30 mm in length from the viewpoint of preventing material separation of these fibers in the blend and improving the bending strength and toughness after curing. More preferably, the length is 0.01 to 0.5 mm and the length is 5 to 25 mm. Moreover, 20-200 are preferable and, as for the aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of carbon fiber, 30-150 are more preferable.
[0031]
The blending amount of the carbon fiber is appropriately in a volume percentage of 0.5 to 10.0%, preferably 1.0 to 9.0%, and more preferably 2.0 to 8.0%. . If the blending amount is less than 0.5%, the bending strength and toughness of the structural member are lowered, which is not preferable. On the other hand, if this blending amount exceeds 10.0%, the unit water amount increases to ensure fluidity and the like, and even if the blending amount is increased, the reinforcing effect of the fiber is not improved. This is not preferable because so-called fiber balls are easily formed in the kneaded product.
[0032]
As the water reducing agent, a lignin-based, naphthalenesulfonic acid-based, melamine-based, or polycarboxylic acid-based water reducing agent, an AE water reducing agent, a high-performance water reducing agent, or a high-performance AE water reducing agent can be used. Among these, it is preferable to use a high performance water reducing agent or a high performance AE water reducing agent having a large water reducing effect, and it is particularly preferable to use a polycarboxylic acid-based high performance water reducing agent or a high performance AE water reducing agent.
[0033]
The blending amount of the water reducing agent is preferably 0.1 to 4.0 parts by mass, more preferably 0.1 to 2.0 parts by mass in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the total amount of cement, fine particles and inorganic particles. preferable. When the blending amount is less than 0.1 parts by mass, kneading becomes difficult, and the fluidity is extremely lowered, and there are disadvantages such as time-consuming production of the web member. If the blending amount exceeds 4.0 parts by mass, material separation and significant setting delay may occur, and the strength and the like of the cured body may decrease. The water reducing agent can be used in a liquid or powder form.
[0034]
The amount of water when preparing the blend is preferably 10 to 30 parts by mass, and more preferably 12 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of cement, fine particles and inorganic particles. If the amount of water is less than 10 parts by mass, kneading becomes difficult, fluidity is extremely lowered, and it takes time to manufacture the web member. On the other hand, when the amount of water exceeds 30 parts by mass, the strength and the like of the cured body are reduced.
[0035]
Fine aggregate can be added to the blend containing the above components. As this fine aggregate, river sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, etc., or a mixture thereof can be used. The size of the fine aggregate is appropriately 2 mm or less, and preferably 1.5 mm or less. The particle size of the fine aggregate is an 85% mass cumulative particle size. When the particle size of the fine aggregate exceeds 2 mm, the strength after hardening is not preferable. Further, the fine aggregate suitably has a content of particles of 75 μm or less of 2.0% by mass or less, and preferably 1.5% by mass or less. If the content exceeds 2.0% by mass, the fluidity of the blend is extremely lowered, and it takes time to manufacture the structural member, which is not preferable.
[0036]
The amount of fine aggregate blended is suitably 130 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the total amount of cement, fine particles and inorganic particles from the viewpoint of fluidity of the blend and strength after curing, From the viewpoint of reduction of drying shrinkage, reduction of calorific value of hydration, etc., 10 to 130 parts by mass are preferable, 30 to 130 parts by mass are more preferable, and 40 to 130 parts by mass are particularly preferable.
[0037]
The flow value of the paste or mortar of the above blend is generally 230 mm or more, preferably 240 mm or more. When inorganic particles A and inorganic particles B are used as the inorganic particles, the flow value is approximately 240 mm or more, preferably 250 mm or more. In particular, when a fine aggregate having a particle content of 75 μm or less is 2.0% by mass or less, the flow value is preferably 250 mm or more, more preferably 265 mm or more, and particularly preferably 270 mm or more. Here, the flow value is a value measured in the method described in Japanese Industrial Standard [“JIS R 5201 (Physical Test Method for Cement) 11. Flow Test”] without performing 15 drop motions ( In this specification, it is also referred to as “0 stroke flow value”). In the flow test, the time for the flow value to reach 200 mm is preferably within 10.5 seconds, and more preferably within 10.0 seconds.
[0038]
The compressive strength of the hardened concrete formed by the above blend is approximately 130 MPa or more, preferably 150 MPa or more, more preferably 160 MPa or more. The bending strength of the hardened concrete is generally 15 MPa or more, preferably 20 MPa or more, more preferably 23 MPa or more, and particularly preferably 25 MPa or more. In particular, the bending strength of the cured body containing metal fibers is preferably 30 MPa or more, more preferably 32 MPa or more, and particularly preferably 35 MPa or more. The fracture energy of this hardened concrete is about 10KJ / m. ² Or more, more preferably 20 KJ / m 2 or more.
[0039]
The kneading method of the blend is not particularly limited. For example, (I) water, water reducing agent, fiber
Materials other than (specifically, cement, fine particles, inorganic particles and fine aggregate) are mixed in advance to prepare a premix material, and the premix material, water, fiber and water reducing agent are put into the mixer. (II) preparing a powdery water reducing agent, mixing materials other than water and fibers (specifically, cement, fine particles, inorganic particles, water reducing agent and fine aggregate) in advance, A premix material is prepared in advance, and the premix material, fiber and water are put into a mixer and kneaded, and (III) each material is individually fed into a mixer and kneaded. it can. The mixer used for kneading may be of any type used for ordinary concrete kneading, for example, a rocking mixer, a pan type mixer, a biaxial kneading mixer, or the like.
[0040]
Production of a structural member such as a web member can be carried out by pouring the above-mentioned compound into a predetermined mold, curing it, and curing it. As described above, the blend according to the present invention has a zero hit flow value of 230 mm or more, excellent fluidity, and self-filling property, so that it is possible to easily manufacture a structural member, particularly molding. . The curing method is not particularly limited, and air curing, steam curing, and the like can be performed.
[0041]
In the concrete structure of the present invention, the shape of the structural member and the type of member formed by the high-strength fiber reinforced concrete are not limited. For example, it can have any shape such as a panel member, a rod-shaped member, a square member, a cylindrical member, a box-shaped member, an angle member, and a pipe. These structural members can be used in any combination.
Moreover, the kind of concrete structure which concerns on this invention is not limited. For example, it includes wide beams, small beams, ramen structures, bridge girders, etc. of buildings.
[0042]
Furthermore, the concrete structure of the present invention uses a structural member formed of high-strength fiber reinforced concrete in part or in whole. Therefore, it includes those formed by a combination of a structural member made of high-strength fiber reinforced concrete and a structural member made of ordinary concrete. Specifically, for example, there is a structure in which the web member is formed of high-strength fiber-reinforced cement-based concrete, the other structural portion is formed of ordinary concrete, and both members are integrally joined.
[0043]
Moreover, a composite prestressed concrete structure can be obtained by using a structural part formed of ordinary concrete as a prestressed structural part and integrally joining with a structural member formed of high-strength fiber reinforced concrete. A specific example of this structure is that the web member is made of high-strength fiber reinforced concrete, while the flange part is made of ordinary concrete, and the members are joined together to form a beam. It is a composite prestressed concrete structure.
[0044]
1A and 1B show an example of a composite prestressed concrete structure. The structure 10 shown in the figure has a polygonal plate-like web member 11 formed of high-strength fiber-reinforced concrete, and a plurality of plate-like web members 11 are juxtaposed in the longitudinal direction. A beam is formed by being integrally joined to the flange portion 12 made of metal. The normal concrete flange portion 12 is provided with reinforcement and prestressed. By forming high-strength polygonal web members and arranging them in parallel to form openings between the web members, the weight of the structure can be greatly reduced.
[0045]
In the illustrated composite prestressed concrete structure, the web member 11 and the flange portion 12 need to be firmly joined. For this reason, as shown in FIG. 2, a method in which tooth-shaped key grooves 13 are formed at the upper and lower ends of the web member 11 and engaged with the flange portion (key joining), the flange portions are formed at the upper and lower ends of the web member 11. Reinforcement (Joint steel bar in Fig. 2) Steel bar engaging (Penetration rebar of Fig. 2) Provide this Engagement part It is recommended to use a method of embedding in concrete and embedding (embedding joining).
[0046]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[1] Materials used
The following materials were used. Table 1 shows the blending conditions of the materials used.
(1) Cement; Low heat Portland cement (manufactured by Taiheiyo Cement Co., Ltd .; Brain specific surface area 3200cm) ² / g)
(2) Fine particles: Silica fume (BET specific surface area 10m ² / g)
(3) Inorganic particles A: quartz powder (Blaine specific surface area 7500cm ² / g)
(4) Inorganic particles B; quartz powder (Blaine specific surface area 4000 cm ² / g)
(5) Aggregate: Silica sand (maximum particle size 0.6mm, content of particles less than 75μm 0.3% by mass)
(6) Metal fiber: Steel fiber (diameter: 0.2mm, length: 13mm)
(7) Water reducing agent; polycarboxylic acid-based high performance AE water reducing agent
(8) Water; tap water
[0047]
[Table 1]

[0048]
[2] Preparation and evaluation of compound (mortar)
Each material was individually put into a biaxial kneader and kneaded. After kneading, the physical properties of the blend and the cured product were measured and evaluated as follows. The results are shown in Table 2.
(1) Flow value: Measured without performing 15 drop motions in the method described in Japanese Industrial Standard “JIS R 5201 (Cement physical test method) 11. Flow test”.
(2) Time to reach 200 mm: In the above flow test, the time until the flow value reached 200 mm was measured.
(3) Compressive strength: Each kneaded product was poured into a mold (φ50 × 100 mm), pre-positioned at 20 ° C. for 48 hours, and then steam-cured at 90 ° C. for 48 hours to prepare cured bodies (3 pieces). The compression strength of the cured product was measured according to Japanese Industrial Standard “JIS A1108 (Concrete Compression Test Method)”. The average value of the measured values of the three cured bodies was taken as the compressive strength.
(4) Bending strength: Each kneaded material was poured into a mold (4 × 4 × 16 cm), pre-positioned at 20 ° C. for 48 hours, and then steam-cured at 90 ° C. for 48 hours to prepare cured bodies (3 pieces). Thereafter, the bending strength of the cured product was measured in accordance with Japanese Industrial Standard “JIS R 5201 (Cement physical test method)”. The loading conditions were 4-point bending with a distance between the lower fulcrums of 12 cm and a distance between the upper fulcrums of 4 cm. The average value of the measured values of the three cured bodies was taken as the bending strength.
(5) Fracture energy: In the above bending strength test, the integrated value of load-load point displacement from when the load reaches the maximum load until it drops to 1/3 of the maximum load is divided by the cross-sectional area of the specimen. Calculated. As the load point displacement, the crosshead displacement amount of a bending tester was used.
[0049]
As shown in Table 2, all of the examples (No. 1 and No. 2) of the present invention have a flow value of 260 mm or more, a compressive strength of 215 Mpa or more, a bending strength of 43 Mpa or more, and a fracture energy of 61 KJ / m. ² That is much higher than the comparative samples (No3, No4).
[0050]
[Table 2]

[0051]
[3] Manufacture of composite concrete structures
The polygonal plate-shaped web member shown in FIG. 2 is formed by the high-strength fiber reinforced concrete having the blending ratio shown in Table 3, while the flange portion is formed by the ordinary concrete having the blending ratio shown in Table 3, and these are integrated. The composite prestressed concrete beam shown in FIG. 1 was formed by bonding. This beam was subjected to a static monotonic loading test. The results are shown in Table 4 (No. 5 to No. 7).
[0052]
[4] Manufacture of composite concrete structures
The shape of the web member was a rectangular panel, and a composite concrete beam was formed as in [3] above. This beam was subjected to a static monotonic loading test. The results are shown in Table 4 (No. 8).
[0053]
As shown in Table 4, it was confirmed that all the composite prestressed concrete beams of the present invention had high strength and the mechanical performance of the web panel was very high. In addition, when the web member of the beam having the same strength as the composite beam using these web panels is manufactured by ordinary concrete (60 MPa), the beam No. 8 in Table 4 is used for the composite beam of the present invention. The weight of the web member is about 20% by mass with respect to the weight of the ordinary concrete web member. Therefore, a significant weight reduction of 80% is achieved as the web member. In addition, as a whole beam, the weight of the composite beam of the present invention is about 45% by mass with respect to the weight of the ordinary concrete beam, and thus the weight of the whole beam was reduced to 55%.
[0054]
[Table 3]

[0055]
[Table 4]

[0056]
【The invention's effect】
In the composite concrete structure of the present invention, at least a part of the structural member is formed of high-strength fiber reinforced concrete. Since this concrete has high strength and extremely high fracture energy, no reinforcing bars are required. The weight can be reduced as compared with the structural member, and the weight of the entire structure can be greatly reduced. Moreover, since the structural body can be formed by producing the structural member made of high-strength fiber reinforced concrete in advance in the factory and assembling it integrally at the construction site, the burden of on-site work can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite concrete beam of the present invention, where (A) is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction, and (B) is a longitudinal sectional view in the lateral direction.
FIG. 2 is an external perspective view of a web member used for the beam shown in FIG.
[Explanation of symbols]
11-Web member, 12-Flange part, 13-Keyway

Claims

And cement 100 parts by weight of the Blaine specific surface area 2500~5000cm ² / g, and the fine particles 10 to 40 parts by weight of the BET specific surface area 5~25m ² / g, greater Blaine than Blaine specific surface area 2500~30000cm ² / g and the cement By high-strength fiber reinforced concrete comprising a cured product of a blend containing 15 to 55 parts by mass of inorganic particles having a specific surface area, one or more fibers selected from metal fibers and / or carbon fibers, a water reducing agent, and water. A plate-like web member is formed, a plurality of plate-like web members are arranged side by side in the longitudinal direction, and tooth-shaped key grooves are provided on the upper and lower ends of the web member. A composite prestressed concrete structure characterized in that a flange portion is engaged and integrally joined.

2. A concrete structure according to claim 1, wherein the upper and lower ends of the web member are formed with tooth-shaped key grooves, and the steel bar (penetration ) engages with the reinforcing bar (joint bar) of the flange portion in the vicinity of the upper and lower ends of the web member. A composite prestressed concrete structure in which the reinforcing member is provided and the engaging portion is embedded in the concrete of the flange portion, and the web member and the flange portion are joined together .

The metal fiber used for the high-strength fiber reinforced concrete forming the web member has a diameter of 0.5 mm or less and a tensile strength of 1 to 3.5 GPa, and has an interfacial adhesion strength to a matrix of a cemented hardened body having a compressive strength of 120 MPa. The composite prestressed concrete structure according to claim 1 or 2, which is a steel fiber of 3 MPa or more.

The composite prestressed concrete structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the web member is formed in a polygonal plate shape, and an opening is formed between the web members arranged side by side.