JP4071983B2

JP4071983B2 - Explosion resistant concrete

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Publication number: JP4071983B2
Application number: JP2002107826A
Authority: JP
Inventors: 健郎三井; 敏男米澤; 章夫古平; 英生藤中; 浩武田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003306366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築物やトンネル等、火災を受ける可能性のある構造物に用いる火災時の耐爆裂性に優れたコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のコンクリートを用いた鉄筋コンクリート構造物は耐火構造物として認められており、耐火被覆等の特別な防火対策を施さなくとも、法的に定められた時間内である１〜３時間以内の安全性が保たれている。
一方、近年では通常のコンクリートに比べて圧縮強度を高めた高強度コンクリートが実用化されるようになってきた。
コンクリートにおける水と結合材、即ち、セメント、スラグ、フライアッシュ、シリカフューム等、コンクリート中で水和反応する材料、との比率を小さくすると高強度のコンクリートが得られる。高強度コンクリートにより、コンクリート造建築物の柱の断面積を小さくしたり、柱間隔を大きくしたり、建物の超高層化が可能になるなどの利点が生じる。しかしながら、水の含有量を低下させてコンクリートを高強度化すると、火災時等高温環境下で、水蒸気圧や熱応力等により表面のコンクリートが急激に剥離する爆裂現象が生じ易くなり、種々の問題を生ずる可能性のあることが知られている。このような高強度コンクリートを用いた建築物の爆裂を抑制するために、次の技術が知られている。
特開平９−１３５３１号には柱の周囲の、火災を直接受ける表面近傍に強度の低いコンクリートを使用して爆裂を抑制するとともに、中央部には高強度コンクリートを利用して、外力と火災に対して高い抵抗性を保持する構造物が記載されている。
【０００３】
また、構造体に用いるコンクリートそのものではないが、建物の内外装用のパネルなどに使用する高強度の押出し成型板として、例えば、特公昭５７−２０１２６号には、長さ５〜２０ｍｍ、太さ１〜２５デニールのアセテート、またはレーヨン繊維をセメントアスベスト重量の０．５〜２．０％混入した押出し成型板が記載され、火災時に繊維が蒸発して細孔を形成し、この部分から水蒸気を逃すことにより爆裂を防止する旨の開示がある。さらに、特開昭５９−１２８４号には、中空のポリプロピレン繊維を混入し、この繊維の孔から蒸気を逃すことにより、爆裂を防止する方法が、同じく、特公昭６２−１２１９７号には、パーライトやパルプを混合することにより、空隙率３０〜６０％のアスベストセメント中の１〜５μｍの細孔を空隙の１０％以上確保し、爆裂を防止する方法が記載されている。
これらは、いずれもコンクリートの耐爆裂性にある程度の効果を有するが、特開平９−１３５３１のように、高強度コンクリート部材の表面に低強度のコンクリートを使用する方法は、建築物の柱等の断面積を必然的に大きくせざるを得ず、高強度コンクリートを利用する効果を減じてしまうことになり、さらに、少なくとも二種類のコンクリートを使用することで、複雑な施工法となり、著しくコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
また、特公昭５７−２０１２６号や特開昭５９−１２８４号等のように、コンクリートに繊維などの充填材を混入する方法は、高強度のコンクリートに適用可能であるが、爆裂を抑制する効果がある有効量を混入するとコンクリートの流動性が低下し、施工現場で型枠中に打設するのが困難になる。
特公昭６２−１２１９７号のようにアスベストセメント中に空隙を確保する技術を高強度コンクリートに適用した場合、多量の空隙を形成することにより必然的に強度が低下してしまい、高強度コンクリートの本質的な目的が達成できなくなる。
【０００５】
その他の方法として、鉄鋼構造の耐火被覆工法として一般に用いられている、セメント、セラミックス等の不燃性物質とロックウール等を水とともに吹付ける吹付け耐火被覆工法や、繊維混合珪酸カルシウム板、繊維混合石膏ボード等を貼り付ける張り付け工法、耐火塗料等を施す工法をそのまま適用する方法も考えられる。これらの工法はコンクリートの爆裂防止にある程度の効果を有するが、特開平９−１３５３１号のような方法は柱部材の断面積を結果的に大きくすることとなり、高強度コンクリートを利用する効果を減じてしまう欠点がある。また吹付け耐火被覆工法、張り付け工法、耐火塗料等の方策は、いずれも費用が高い等の問題がある。
【０００６】
これに対して、本願出願人らは、先に特開２０００−１４３３２２公報、特開平１１−３０３２４５公報などにより、高強度コンクリート中に予め、火災時の高温条件下で溶融・蒸発するような直径５μｍ〜５００μｍ、長さ５〜４０ｍｍの有機繊維を０．０５〜０．５０容量％混入してなる耐爆裂性コンクリートを提案した。この方法は、耐火被覆等に比べ費用が安く、施工が容易であり、またコンクリート部材の断面積が変わらないという利点を有している。この方法によれば、水結合材比２０％程度以上のコンクリートにおいては、圧縮強度１２０Ｎ／ｍｍ²程度までの高強度コンクリート柱での火災時の爆裂を低減し、載荷加熱試験においても３時間の耐火時間を確保できることが確認され、一応の成果を上げることができた。
【０００７】
しかしながら、水結合材比をさらに低減させた高強度コンクリートを得ようとする場合、所定量の有機繊維の添加のみでは十分な効果が得られず、このため、有機繊維の量を増やす試みもなされたが、有機合成繊維の量を増加させると組成物の流動性が低下して作業性が著しく低下し、さらには、コンクリート強度自体にも影響を及ぼすことがわかってきた。さらに、有機繊維の爆裂防止効果も低下することがわかってきた。この理由として水結合材比２０％程度以下の高強度コンクリートでは、有機繊維が蒸発して形成される細孔による水蒸気圧の緩和効果のみでは不充分であり、爆裂のもうひとつの要因である熱応力に対する抵抗性の増大も必要になるためと考えられる。
一方、特開平１０−１８３７６４号公報においては、高強度コンクリートの耐爆裂性を確保するため、金属繊維を０．２〜１．０容量％添加する技術が提案されている。ここでは、金属繊維を充填剤として強度を確保するとともに、金属繊維の熱伝導性を利用して火災時の熱を分散し、局所的な熱応力を防止することで耐爆裂性を得ようとしている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、熱伝導性の低いコンクリートに少量の金属繊維を添加するのみでは耐爆裂性を確保し得るような効率的熱伝導性確保が不充分であることがわかった。
【０００８】
もともと、高強度コンクリートは、セメント等の結合材に対する水の量の比率を小さくして高い強度を達成しているが、水結合材比の低下とともに、塑性粘度が大きくなり、作業性が低下することから、高強度セメント用の分散剤としての界面活性剤の開発や、ガラス質シリカの超微粒子であるシリカフュームの利用等により所要の流動性を確保しているものである。したがって、爆裂に対する抵抗性を確保するために、繊維を多量に混入して、流動性が低下することは実用上も好ましくなく、繊維の混入が爆裂防止に有効であるとしても、高強度コンクリートの流動性の低下を最小限に抑制できるものでなければならない。
上記のように水結合材比の著しく小さい高強度コンクリートの爆裂を防止しようとする各種の技術は、各々ある程度の効果を有する反面、高強度コンクリートに適用した場合には種々の課題を有しており、未だ実用上好ましい成果を得られないのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状を考慮した本発明の目的は、水結合材比の著しく低い高強度コンクリートにおいて、流動性を低下させることなく、爆裂を抑制することができ、経済性の高い高強度コンクリートを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、上記問題に鑑みて、剛性を有する無機繊維と、熱により溶融する有機繊維とを所定量添加することにより、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の耐爆裂性コンクリートは、セメント、水、微粉末混和材料、骨材及び化学混和剤を含有し、水結合材比が２０％以下である耐爆裂性コンクリートであって、直径５〜５００μｍ、長さ５〜４０ｍｍであり、５００℃に加熱した時の重量残存率が３０％以下である有機材料により構成される有機繊維を０．０５〜０．５０容量％、及び、長さ５〜４０ｍｍであり、且つ、引張強度６００Ｎ／ｍｍ ² 以上、直径が５０〜２０００μｍである無機繊維を０．１〜２．０容量％を含有し、且つ、両者の含有比率（容量比）が１：０．２〜１：２０の範囲にあり、且つ、有機繊維直径と無機繊維直径との比率が１：５〜１：２００の範囲にあることを特徴とする。
ここに用いられる有機繊維としては、５００℃に加熱した時の重量残存率が３０％以下である有機材料により構成される繊維であって、より具体的には、ポリプロピレン、ポリビニルアルコールからなる群より選択される１種以上の有機材料よりなる有機繊維であることが好ましい。
また、併用される無機繊維としては長さ５〜４０ｍｍであり、且つ、引張強度６００Ｎ／ｍｍ²以上、直径が５０〜２０００μｍであり、素材を考慮すれば、鋼繊維、ステンレス繊維、炭素繊維、ガラス繊維及びこれらのストランドより選択される１種以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明の作用は明確ではないが、有機繊維に所定の剛性（可撓性）を有する無機繊維を併用することで、柔軟な有機繊維のみを混入した場合に生じるコンクリート組成物の流動性の低下を効果的に抑制するとともに、無機繊維の剛性と強度とがコンクリート強度の低下を抑制する。ここで無機繊維は加熱時の熱応力に抵抗し、有機繊維の水蒸気圧緩和効果と相乗作用を発揮して爆裂を抑制する。このときの両者の混合比を１：０．２〜１：２０の範囲とし、有機繊維直径と無機繊維直径との比率を１：５〜１：２００の範囲にすることにより、両者の相乗効果が得られて、少量の繊維の添加により爆裂を効果的に防止することができるものと考えられる。
なお、このような加熱時における速やかな空隙の形成には、５００℃に加熱した時の重量残存率（非蒸発量)が３０％以下である有機繊維が用いられる。また、無機繊維としては、長さ５〜４０ｍｍであり、且つ、引張強度６００Ｎ／ｍｍ ² 以上、直径が５０〜２０００μｍである鋼やステンレスなどの金属繊維等が好ましく用いられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい構成について詳細に説明する。
高強度コンクリートの近年の設計値によれば、水結合材比２０％程度のコンクリートを使用する部材の設計基準強度はおよそ１００〜１２０Ｎ／ｍｍ²程度であり、これにより５０階〜７０階程度の超高層鉄筋コンクリート造建築物の実用化が可能となっている。さらに高層な建築物を実現するためには、より高強度のコンクリートが必要とされ、水結合材比をさらに低減し、１６％程度とするような超高強度コンクリートの実用化が必要とされている。本発明のコンクリート組成物は、このような目的の水結合材比２０％以下のコンクリートに適用される。本発明において、コンクリートに添加する有機繊維は、火災などの熱印可時に速やかに溶融して空隙を形成し、コンクリートマトリックス中で発生する水蒸気を拡散させて爆裂を防止し得るものであれば、特に制限はなく、一般的な熱可塑性高分子からなる有機繊維が使用できるが、効果の観点からは、５００℃に加熱した時の重量残存率が３０％以下である有機材料により形成されたものが好ましい。
【００１３】
各種有機繊維における５００℃に加熱した時の重量残存率には、各種あるが、重量残存率の大きい繊維を使用した場合には、火災時に、繊維の蒸発によって形成される爆裂防止用のコンクリート中の水蒸気の逃し穴が十分形成されず、爆裂防止に対する繊維の効果は、大きくそこなわれてしまう懸念があり、本発明者らの検討によれば、５００℃に加熱した時の重量残存率の小さい繊維程、火災時によく蒸発し、効果的に水蒸気の逃し穴を形成することができ、少ない繊維で有効に爆裂を防止できることになる。蒸発により蒸発前の繊維体積に匹敵する容積の大きな空孔が形成され、その空孔が水蒸気逃し穴としてよく機能し、好ましい耐爆裂性を発現するという観点からは、５００℃に加熱した時の重量残存率が３０％以下の繊維が望ましい。
【００１４】
本発明における、５００℃に加熱した時の重量残存率の測定方法について説明する。
まず、有機繊維の気乾質量を測定して６〜７ｍｇを秤量し、示差走査熱分析法により測定を行う。具体的な測定条件としては、示差走査熱量天秤（ＴＡＳ２００、理学電気社製）を用いて、アルミナ製サンプルホルダーにて、温度上昇率：５．０℃／分、測定時間間隔：０．６秒にて測定する。
【００１５】
有機材料との関係でいえば、比較的溶融・蒸発温度の低い繊維であるポリプロピレン、ポリビニルアルコールを前記条件で測定すると、それぞれ重量残存率が１４％、１８％であり、本発明に特に好適に使用し得ることがわかる。これに対して、ポリ塩化ビニル、アクリル繊維は重量残存率が３０％を超えるため、十分な耐爆裂性の効果を期待することはできない。
このような観点から、例えば、ポリプロピレン系、ポリビニルアルコール系、ビニリデン系などの有機材料からなる有機繊維が好ましく挙げられる。
【００１６】
また、有機繊維の形状についていえば、加熱時の耐爆裂性をもたらす水蒸気拡散用の細孔の作用を検討して選択されるべきであるが、爆裂防止に適した繊維の直径は５〜５００μｍであることが望ましい。繊維直径が小さすぎると水蒸気の経路として好ましい大きさの空孔を形成し難く、多きすぎる場合には、高密度コンクリートに対して十分な耐爆裂性を発現し難く、また、強度が低下する傾向がある。
【００１７】
また、繊維の長さは、５〜４０ｍｍであることが好ましい。この範囲で、好ましい耐爆裂効果と均一分散性が得られる。繊維長が長すぎる場合、コンクリート組成物中での分散性が悪化し、均一なコンクリートを得難くなると共に、局所的な耐爆裂効果の低下が懸念される。
これらの有機繊維は、コンクリート中で凝集することなく、それぞれが均一に分散が可能であれば、モノフィラメントでもストランド状の繊維でも使用することができる。また、モノフィラメントの場合でも、必ずしも円柱形でなくてもよく、流動性を損なわない限りは、中空繊維や異形断面繊維、表面に細孔や微細な分岐が存在する繊維であってもよい。
【００１８】
本発明の耐爆裂性コンクリートにおける有機繊維の混入量については、多いほど水蒸気拡散性は向上するが、一方、コンクリートの強度や硬化前のコンクリート組成物の流動性は低下する傾向にあり、これらを考慮すると０．０５〜０．５０容量％の範囲であることが好ましい。
本発明に用いられる有機繊維の如く、高温で速やかに蒸発がおこり、有効な空隙を形成しやすい繊維を用いた場合においても０．０５容量％未満では爆裂防止効果が不十分となる傾向がある。
【００１９】
本発明のコンクリートにおいては、前記有機繊維に加えて無機繊維を含有することを特徴とする。
無機繊維は、コンクリート組成物中に有機繊維とともに混入され、有機繊維による流動性の低下を抑制すると共に、コンクリートマトリックス中にあって、火災時のコンクリート表面に発生する熱応力に抵抗してコンクリートの剥離を抑制することにより耐爆裂を発現する機能を有する。
このような観点から、使用される無機繊維の長さは、コンクリートの混合、打ち込み時の物性を考慮すれば、骨材の最大寸法と同等もしくはより大きいものが好ましく、得られる爆裂抑制効果も大きい。具体的には、超高強度コンクリートの骨材の最大寸法は一般に５〜２５ｍｍ程度であるが、骨材の最大寸法は同寸法の篩い目を通過するものとして表されるため、実際には扁平な骨材など最大寸法以上の骨材が相当量含まれている。このような観点から、無機繊維の長さは５〜４０ｍｍの範囲が望ましい。無機繊維長が短すぎるとコンクリートの拘束による補強硬化が低下し、一方、これらの繊維が長すぎるとフレッシュコンクリートの流動性を低下させる傾向があり、作業性の確保が困難である。実用上からは無機繊維の長さは５〜４０ｍｍ程度であることが爆裂防止効果と流動性の双方の観点からより好ましい。
【００２０】
無機繊維はモノフィラメントでも、収束されたストランド状のものでもよいが、有機繊維の耐爆裂性の確保と流動性の低下抑制効果の観点から、直径は５０〜２０００μｍ程度のものが好適である。
無機繊維の形状は必ずしも円柱形でなくてもよく、長さと最大径が上記好ましい範囲であれば、紡錘状や針状でもよく、異形断面繊維でもよく、アスペクト比が適度で、且つ、表面積の大きいものや、端部をフック状に変形したファイバー等がコンクリートとの接合性の観点から好ましい。
上記の無機繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維などに代表される金属繊維や、炭素繊維、ガラス繊維などが挙げられる。効果や入手容易性の観点からは金属繊維が好ましいが、高温環境下において強度低下のない炭素繊維やガラス繊維などの非金属無機繊維もまた本発明においては、好ましい効果を上げることが確認されている。
金属繊維としては、例えば、鋼繊維補強コンクリートに用いられる鋼繊維なども好適に使用することができ、円柱状のカットワイヤータイプの他、せん断ファイバー、切削ファイバー、メルトエクストラクションフィバーなどの変形繊維も本発明に好適に使用され、これらは例えば、（株）ブリヂストン製のタフグリップ、日本鋼管（株）製のテスサ、神戸製鋼（株）製のシンコーファイバー、日本冶金（株）製のＮＡＳファイバーなどの市販品としても入手可能である。
【００２１】
なお、この無機繊維は、コンクリートを拘束し、熱応力に抵抗して剥離を抑制する補強材としての機能を果たすため、適度な引張耐力（引張強度）が必要となる。爆裂防止に有効な引張耐力は６００Ｎ／ｍｍ²以上であり、好ましくは６００Ｎ／ｍｍ²〜３０００Ｎ／ｍｍ²の範囲である。このような強度を有する無機繊維であれば高温加熱条件下でもコンクリートに対する十分な拘束力が確保され、有効である。なお、ここで引張強度は、土木学会コンクリート用鋼繊維品質規格ＪＳＣＥ−Ｅ１０１に記載の方法により測定することができる。
【００２２】
無機繊維の添加量は、水結合材比が小さく圧縮強度が高いほど多く、部材に加わる応力が高いほど多いことが好ましい。したがってコンクリートの水結合材比および設計応力に応じて、爆裂抑制効果が発揮される範囲でもっとも少ない量を選択することが望ましい。このような観点から、本発明の如き水結合材比が２０％以下の高強度コンクリートの場合には、添加量は０．１〜２．０容量％の範囲で耐爆裂性能とフレッシュコンクリートの流動性のバランスのよい組成物が得られる。
なお、フレッシュコンクリートの流動性低下抑制の観点からは、有機繊維と無機繊維の上記好ましい添加量の他、両者の比率も重要であり、１：０．２〜１：２０の範囲であることが好ましい。また、この配合比であれば、無機繊維で補強されたコンクリートマトリックス及び、そのマトリックス中に均一に配置された有機繊維の機能により、高温加熱時のコンクリートの熱応力による剥離防止効果と水蒸気の拡散効果のいずれもが好適に発揮される。また、同様の観点から、有機繊維の直径を１としたとき、無機繊維の直径はその５〜２００倍であることが好ましい。この範囲において、有機繊維のさらに好ましい分散を達成しうる。
【００２３】
本発明の耐爆裂性コンクリートは、前記の水結合材比、及び有機繊維、無機繊維の添加以外の成分、具体的には、セメント、水、微粉末混和材料、骨材、化学混和剤などについては特に制限はなく、一般的な公知のコンクリート組成物のいずれにも目的に応じて適用することができる。以下、これらの成分について順次説明する。
【００２４】
本発明に使用する結合材は、セメントおよび混和材を含む。本発明が適用できるセメントの種類は特に限定されるものではなく、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あるいは高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントのいずれをも適宜選択して用いることができる。なお、コンクリートの水結合材比が３０％を上回る如き通常のコンクリートの場合には火災時にコンクリートに生ずる爆裂の影響が問題にならないレベルであり、また、本発明の目的である高強度、且つ、爆裂防止効果の向上を考慮すれば、本発明は、水結合材比が２０％以下の高強度コンクリートに適用して特に有用であり、この水結合材比は本発明において必須の構成であることはいうまでもない。
【００２５】
微粉末混和材料としては、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等をの公知の混和材料を用いることができる。なかでも、近年、高強度発現性に優れた混和材料として注目されている、特開平６−２１１５５０号公報などに記載のガラス質シリカを含有する微粒子シリカフュームが好ましく用いられる。これらのシリカフュームはセメント粒子表面に凝集してこれらを被覆し、水結合材比率の小さいフレッシュコンクリートの流動性確保に有用である。
【００２６】
骨材は、公知の粗骨材、細骨材を目的に応じて配合することができるが、高強度の発現しやすい硬質砂岩、石英片岩、安山岩等が有効である。配合量もまた、公知の範囲で適宜選択することができる。
化学混和剤としては、高強度コンクリートに汎用される高性能減水剤を用いることが好ましい。このような化学混和剤としては、例えば、ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩、水溶性ビニル共重合体などが挙げられ、公知のものを適宜選択して使用できる。なかでも、特許第２６４６４４９号公報に記載の（メタ）アクリル酸系構造単位を含む特定水溶性ビニル共重合体などが好ましく用いられる。
【００２７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に制限されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜６）
（１）コンクリートの材料
セメント：低熱ポルトランドセメント
細骨材：砕砂
（最大寸法５ｍｍ、表乾密度２．６７ｇ／ｃｍ³、吸水率１．７５％、
実積率５４．９％ｍ、粗粒率２．７８）
粗骨材：硬質砂岩砕石
（最大寸法２０ｍｍ、表乾密度２．６６ｇ／ｃｍ³、吸水率１．７５％、
実積率５９．９％ｍ）
混和材：粉体シリカフューム
（比重２．２、比表面積１４ｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂含有量９４％）
混和剤：ポリカルボン酸塩系高性能ＡＥ減水剤
（竹本油脂社製、高性能減水剤ＳＳＰ−１０４）
有機繊維：ポリプロピレン繊維
（比重１．０、耐熱温度１６０℃、付着水分率３０％、
５００℃に加熱した時の重量残存率１４％、繊度１７ｄｔｅｘ、
繊維直径０．１ｍｍ、長さ１０ｍｍ）
無機繊維：鋼繊維
（比重７．７５、繊維直径０．８ｍｍ、長さ３０ｍｍ）
（２）コンクリートの調合
下記表１に示す調合により、水結合材比が１５％の高強度コンクリートを基材として実験した。コンクリートは、練り上がり時のスランプフロー値が６５ｃｍ±５ｃｍとなるよう高性能減水剤の量により調整した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
（３）コンクリートの製造
練混ぜは強制２軸型ミキサで行った。
１バッチの練り混ぜ量は１００リットル以下とした。細骨材、セメント、シリカフュームを１５秒空練りした後、水と混和剤を投入し１分練混ぜた後、粗骨材を投入した。粗骨材投入後の練混ぜ時間を２分とし、粗骨材投入後、６０秒間練り混ぜ後に有機繊維及び無機繊維を混入し、さらに６０秒間練り混ぜてコンクリートを得た。
【００３０】
（４）コンクリートの流動性試験
スランプフロー６０ｃｍのコンクリートのＬフロー速度を、特許登録第２５８９７５７号に記載のＬフロー試験方法によりＬフロー初速度を測定し、コンクリートの流動性を判定した。流動速度の大きいものは粘性が低く、流動性に優れたコンクリートといえる。
結果を下記表２に示した。また、有機繊維及び無機繊維を全く混入しなかったものをコントロール（比較例１）とし、水結合材比の高いもの（水結合材比２３％）を対象例として、同様の測定を行った結果も表２に併記した。
【００３１】
（５）耐火試験
耐火試験は、直径１５ｃｍ、高さ３０ｃｍの円柱供試体として、直径に対して垂直方向中心部に直径１３ｍｍの異形鉄筋を配した円柱試験体により行った。試験体は打設後、室内に静置し、所定の材齢（２６週）が経過した後、加熱試験を行った。試験時には、ＪＡＳＳ５ＮＴ−６０２に準じた試験方法で含水率を計測した。
試験は、試験体を耐火試験用載荷加熱炉の中央に設置し、ＩＳＯ８３４（旧建設省告示２９９９号）に定められた標準加熱温度曲線Ｔ＝３４５ｌｏｇ（８ｔ＋１）＋２０（ｔ：時間（分））に沿って、６０分間加熱を継続し、破壊の状況を確認した。
供試体の加熱前の重量および所定時間加熱後の重量を測定し、加熱による重量減少率で爆裂の程度を評価した。即ち爆裂しやすいコンクリートは、爆裂により供試体の表面からコンクリートが飛散し失われるため、加熱前後の重量減少率が大きいと言える。
【００３２】
重量減少率は下式で表す。
供試体の重量減少率（％）＝［〔加熱前の重量（ｇ）−加熱後の重量（ｇ）〕／加熱前の重量（ｇ）］
下記表２に載荷加熱試験の結果を併記する。１種類につき３本の供試体の試験を行い、３本の供試体の重量減少率の平均値を試験結果とした。
【００３３】
【表２】

【００３４】
上記表２に明らかなように、本発明の耐爆裂性コンクリートである実施例１乃至４では、繊維を混入しないコンクリート（比較例１）に対して流動性の低下は少なく、実用上問題のないレベルであることがわかる。また、耐火試験においては、重量減少率は２０．８〜２３．５％であり、外観の変化を目視でかんさつしたところ、供試体の表層が部分的に剥落している状態であり、大きな爆裂は生じていなかった。これらは重量変化が繊維を混入しないコンクリートに比較して著しく低下しており、十分に爆裂を防止する効果があることがわかる。
一方、有機繊維及び無機繊維のいずれも添加しない比較例１（コントロールの試料）では、流動性には問題はないが、このように水結合材比が低いものは、水結合材比が比較的高い対象例に比べて耐火試験における重量変化が大きく、外観上も、激しく爆裂を生じ、中心部分のコンクリートが残っているだけであった。対象例である水結合材比の比較的高い試料は、重量減少率が３５％であったが、爆裂は表層のみに生じ、水結合材比の低い比較例１に比べれば爆裂の状態は抑制されている。
【００３５】
一方、無機繊維のみを添加した比較例２、３では、繊維を添加しないものに比べて、流動性はほぼ同等であるが、耐火試験においては若干の向上が見られるものの、いずれも爆裂を生じ、重量減少率からも実用上十分な爆裂防止効果がみられないことがわかった。また、有機繊維のみを添加した比較例４〜６でも、同様の傾向が見られ、耐火試験においては有機繊維の添加量の向上に従って若干の向上が見られるものの、爆裂を生じ、重量減少率からも実用上十分ではないことがわかった。流動性については、有機繊維の添加量を０．５容量％とした比較例６において流動性の著しい低下が見られた。
また、流動性のみに着目すれば、有機繊維を等量含有する実施例３、４と比較例５との対比において、無機繊維の併用により、若干ではあるが流動性が向上しており、両者の併用による流動性の低下抑制効果が確認された。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は前記構成としたため、水結合材比が低いコンクリートにおいても、流動性を低下させることなく、爆裂を効果的に抑制することができ、経済性の高い高強度の耐爆裂性コンクリートを提供しうるという効果を奏する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a concrete having excellent explosion resistance at the time of fire, which is used for a structure such as a building or a tunnel, which may receive a fire.
[0002]
[Prior art]
Reinforced concrete structures using ordinary concrete are recognized as fireproof structures, and safety is within 1 to 3 hours, which is within the legally stipulated time, without special fire prevention measures such as fireproof coating. Is maintained.
On the other hand, in recent years, high-strength concrete having higher compressive strength than ordinary concrete has come into practical use.
High strength concrete can be obtained by reducing the ratio of water and binder in concrete, that is, a material that hydrates in concrete such as cement, slag, fly ash, silica fume and the like. High-strength concrete produces advantages such as reducing the cross-sectional area of columns in concrete buildings, increasing the interval between columns, and enabling the building to be super high. However, increasing the strength of concrete by reducing the water content makes it easy for the explosion of the surface concrete to peel off due to water vapor pressure, thermal stress, etc. It is known that this may occur. In order to suppress the explosion of a building using such high-strength concrete, the following technique is known.
In JP-A-9-13531, low-strength concrete is used around the pillars and near the surface directly receiving fire to suppress explosions, and high-strength concrete is used in the center to prevent external force and fire. A structure is described which retains high resistance to it.
[0003]
Moreover, although it is not the concrete itself used for a structure, as a high intensity | strength extrusion molding board used for the panel for interior and exterior of a building etc., for example, Japanese Patent Publication No.57-20126 has length 5-20mm, thickness 1 Extruded plate containing ˜25 denier acetate or rayon fiber mixed with 0.5 to 2.0% of cement asbestos weight is described, and in the event of fire, the fiber evaporates to form pores, allowing water vapor to escape from this part There is a disclosure to prevent explosions. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 59-1284 discloses a method for preventing explosion by mixing hollow polypropylene fiber and letting vapor escape from the hole of this fiber. Similarly, Japanese Patent Publication No. 62-12197 discloses pearlite. A method of preventing explosion by securing 10% or more of pores of 1 to 5 μm in asbestos cement having a porosity of 30 to 60% by mixing or pulp is described.
All of these have a certain effect on the explosion resistance of concrete. However, as disclosed in JP-A-9-13531, a method of using low-strength concrete on the surface of a high-strength concrete member can be used for building columns, etc. Inevitably, the cross-sectional area must be increased, and the effect of using high-strength concrete will be reduced. Furthermore, the use of at least two types of concrete will result in a complicated construction method, and the cost will be significantly reduced. There was a problem of becoming higher.
[0004]
Moreover, the method of mixing fillers such as fibers into concrete, such as JP-B-57-20126 and JP-A-59-1284, can be applied to high-strength concrete, but has the effect of suppressing explosion. If an effective amount is mixed, the fluidity of the concrete is lowered, and it becomes difficult to place it in the formwork at the construction site.
When a technology for securing voids in asbestos cement as in Japanese Examined Patent Publication No. 62-12197 is applied to high-strength concrete, the strength is inevitably lowered by forming a large amount of voids. Objectives cannot be achieved.
[0005]
Other methods that are commonly used as fireproof coating methods for steel structures are spray fireproof coating methods that spray non-combustible materials such as cement and ceramics and rock wool with water, fiber mixed calcium silicate plates, fiber mixed A method of applying a gluing method for attaching a gypsum board or the like, a method for applying a fireproof paint, or the like can be considered. Although these methods have a certain degree of effect on preventing concrete explosion, methods such as JP-A-9-13531 result in an increase in the cross-sectional area of the column member, thereby reducing the effect of using high-strength concrete. There is a drawback. In addition, all of the measures such as spray fireproof coating method, pasting method, fireproof paint, etc. have problems such as high cost.
[0006]
On the other hand, the applicants of the present application previously disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-143322, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-303245, etc. in advance in a high-strength concrete having a diameter that melts and evaporates under high-temperature conditions during a fire. Explosion-resistant concrete formed by mixing 0.05 to 0.50% by volume of organic fiber having a length of 5 to 500 μm and a length of 5 to 40 mm was proposed. This method has the advantages that the cost is lower than that of fireproof coating, the construction is easy, and the cross-sectional area of the concrete member does not change. According to this method, in concrete having a water binder ratio of about 20% or more, the compressive strength is 120 N / mm.²It was confirmed that the explosion at the time of fire in a high-strength concrete column to a certain extent was reduced, and it was confirmed that a fire-resistant time of 3 hours could be secured even in the loading heating test.
[0007]
However, when trying to obtain high-strength concrete with a further reduced water binder ratio, a sufficient effect cannot be obtained only by adding a predetermined amount of organic fiber, and therefore, an attempt to increase the amount of organic fiber is also made. However, it has been found that when the amount of the organic synthetic fiber is increased, the fluidity of the composition is lowered, the workability is remarkably lowered, and further, the concrete strength itself is affected. Furthermore, it has been found that the explosion prevention effect of organic fibers is also reduced. The reason for this is that in high-strength concrete with a water binder ratio of about 20% or less, it is not sufficient to alleviate the water vapor pressure due to the pores formed by evaporation of organic fibers, and heat is another factor of explosion. This is thought to be due to the need for increased resistance to stress.
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-183762 proposes a technique of adding 0.2 to 1.0% by volume of metal fiber in order to ensure the explosion resistance of high-strength concrete. Here, metal fiber is used as a filler to ensure strength, and the heat conductivity of the metal fiber is used to disperse heat during a fire, thereby preventing local thermal stress and obtaining explosion resistance. Yes. However, according to the study by the present inventors, it is not sufficient to ensure efficient thermal conductivity that can ensure explosion resistance only by adding a small amount of metal fiber to concrete with low thermal conductivity. all right.
[0008]
Originally, high-strength concrete has achieved a high strength by reducing the ratio of the amount of water to a binder such as cement, but as the water binder ratio decreases, the plastic viscosity increases and workability decreases. Therefore, the required fluidity is secured by the development of a surfactant as a dispersant for high-strength cement and the use of silica fume, which is ultrafine particles of vitreous silica. Therefore, in order to ensure the resistance to explosion, it is not practically preferable to mix a large amount of fibers and lower the fluidity. Even if mixing of fibers is effective for preventing explosion, It must be able to minimize the decrease in fluidity.
As described above, various techniques for preventing the explosion of high-strength concrete with a remarkably small water binder ratio have some effects, but have various problems when applied to high-strength concrete. However, at present, it is still difficult to obtain favorable results in practical use.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention in consideration of such a current state is to provide high-strength concrete that can suppress explosion without reducing fluidity in high-strength concrete with a remarkably low water binder ratio, and that is highly economical. There is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In view of the above problems, the present inventors have found that the above object can be achieved by adding a predetermined amount of rigid inorganic fibers and organic fibers that melt by heat, and have completed the present invention.
  That is, the explosion-resistant concrete of the present invention is cement that contains cement, water, fine powder admixture, aggregate, and chemical admixture, and has a water binder ratio of 20% or less,It is composed of an organic material having a diameter of 5 to 500 μm and a length of 5 to 40 mm, and a weight residual ratio of 30% or less when heated to 500 ° C.0.05 to 0.50% by volume of organic fiber, andLength 5-40mm and tensile strength 600N / mm ² As described above, the diameter is 50 to 2000 μm.The inorganic fiber is contained in an amount of 0.1 to 2.0% by volume, and the content ratio (volume ratio) of both is in the range of 1: 0.2 to 1:20.And the ratio of the organic fiber diameter to the inorganic fiber diameter is in the range of 1: 5 to 1: 200.It is characterized by being.
  As organic fiber used here5Fiber composed of an organic material having a weight residual ratio of 30% or less when heated to 00 ° C.BecauseMore specifically, an organic fiber made of one or more organic materials selected from the group consisting of polypropylene and polyvinyl alcohol is preferable.
  The inorganic fiber used in combination is 5 to 40 mm in length and has a tensile strength of 600 N / mm.²Above, the diameter is 50 ~ 2000μmYes,In consideration of the material, it is preferably at least one selected from steel fibers, stainless fibers, carbon fibers, glass fibers and their strands.
[0011]
  Although the effect of the present invention is not clear, the use of inorganic fibers having a predetermined rigidity (flexibility) in combination with organic fibers reduces the fluidity of the concrete composition that occurs when only soft organic fibers are mixed. Is effectively suppressed, and the rigidity and strength of the inorganic fiber suppress the decrease in the concrete strength. Here, the inorganic fiber resists thermal stress during heating, and exhibits a synergistic action with the water vapor pressure relaxation effect of the organic fiber to suppress explosion. The mixing ratio of the two at this time is in the range of 1: 0.2 to 1:20,Ratio of organic fiber diameter to inorganic fiber diameter in the range of 1: 5 to 1: 200By doing so, a synergistic effect of both can be obtained, and it is considered that explosion can be effectively prevented by adding a small amount of fiber.
  In addition, for the rapid formation of voids during such heating, an organic fiber having a weight residual ratio (non-evaporation amount) of 30% or less when heated to 500 ° C.ForI can. Moreover, as an inorganic fiber,Length 5-40mm and tensile strength 600N / mm ² As described above, the diameter is 50 to 2000 μm.Metal fibers such as steel and stainless steel are preferably used.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred configuration of the present invention will be described in detail.
According to recent design values of high-strength concrete, the design standard strength of members using concrete with a water binder ratio of about 20% is about 100 to 120 N / mm.²Accordingly, it is possible to put to practical use a super high-rise reinforced concrete structure having about 50 to 70 floors. In order to realize a higher-rise building, higher-strength concrete is required, and the practical application of ultra-high-strength concrete that further reduces the water binder ratio to about 16% is required. Yes. The concrete composition of the present invention is applied to such a concrete having a water binder ratio of 20% or less. In the present invention, the organic fibers added to the concrete are particularly those that can be melted quickly when heat is applied, such as a fire, to form voids, and diffuse water vapor generated in the concrete matrix to prevent explosion. There is no limitation, and organic fibers made of a general thermoplastic polymer can be used. However, from the viewpoint of the effect, those formed by an organic material having a weight residual ratio of 30% or less when heated to 500 ° C. preferable.
[0013]
There are various weight residual ratios when heated to 500 ° C. in various organic fibers. When fibers with a large weight residual ratio are used, in the concrete for explosion prevention formed by evaporation of the fibers in the event of a fire The water vapor escape hole is not sufficiently formed, and there is a concern that the effect of the fiber on explosion prevention may be greatly diminished. According to the study by the present inventors, the weight residual ratio when heated to 500 ° C. Smaller fibers evaporate well in a fire and can effectively form a water vapor escape hole, and can effectively prevent explosion with fewer fibers. From the viewpoint that a large volume of pores comparable to the fiber volume before evaporation is formed by evaporation, and that the pore functions well as a water vapor escape hole and expresses favorable explosion resistance, when heated to 500 ° C. A fiber having a weight residual ratio of 30% or less is desirable.
[0014]
The method for measuring the weight residual ratio when heated to 500 ° C. in the present invention will be described.
First, the air dry mass of an organic fiber is measured, 6-7 mg is weighed, and it measures by a differential scanning calorimetry. As specific measurement conditions, using a differential scanning calorimeter (TAS200, manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), with a sample holder made of alumina, the rate of temperature increase: 5.0 ° C./min, measurement time interval: 0.6 seconds Measure with
[0015]
Speaking of the relationship with organic materials, when polypropylene and polyvinyl alcohol, which are fibers having relatively low melting / evaporation temperatures, are measured under the above-mentioned conditions, the residual weight ratios are 14% and 18%, respectively. It turns out that it can be used. On the other hand, since polyvinyl chloride and acrylic fiber have a weight residual ratio exceeding 30%, it is not possible to expect a sufficient explosion resistance effect.
From such a viewpoint, for example, organic fibers made of organic materials such as polypropylene, polyvinyl alcohol, and vinylidene are preferred.
[0016]
In addition, regarding the shape of the organic fiber, the diameter of the fiber suitable for explosion prevention should be 5 to 500 μm, although the action of the pores for water vapor diffusion that provides explosion resistance during heating should be selected. It is desirable that If the fiber diameter is too small, it is difficult to form pores having a preferable size as a water vapor path. If the fiber diameter is too large, it is difficult to exhibit sufficient explosion resistance to high-density concrete, and the strength tends to decrease. There is.
[0017]
Moreover, it is preferable that the length of a fiber is 5-40 mm. Within this range, a preferable explosion-proof effect and uniform dispersibility can be obtained. When the fiber length is too long, the dispersibility in the concrete composition is deteriorated, and it is difficult to obtain uniform concrete, and there is a concern that the local explosion-proof effect is lowered.
These organic fibers can be used as monofilaments or strand fibers as long as they can be uniformly dispersed without agglomerating in the concrete. Further, even in the case of a monofilament, it may not necessarily be a columnar shape, and may be a hollow fiber, a modified cross-section fiber, or a fiber having pores or fine branches on the surface as long as fluidity is not impaired.
[0018]
As for the amount of organic fibers mixed in the explosion-proof concrete of the present invention, the greater the water vapor diffusibility, the more the concrete strength and the fluidity of the concrete composition before hardening tend to decrease. In consideration, it is preferably in the range of 0.05 to 0.50% by volume.
Even in the case of using a fiber that readily evaporates at a high temperature and easily forms an effective void, such as the organic fiber used in the present invention, the explosion prevention effect tends to be insufficient if it is less than 0.05% by volume. .
[0019]
The concrete of the present invention is characterized by containing inorganic fibers in addition to the organic fibers.
Inorganic fibers are mixed with the organic fibers in the concrete composition to suppress a decrease in fluidity due to the organic fibers, and in the concrete matrix, resist the thermal stress generated on the concrete surface in the event of a fire and resist the concrete. It has a function of developing explosion resistance by suppressing peeling.
From this point of view, the length of the inorganic fiber used is preferably equal to or larger than the maximum size of the aggregate, considering the physical properties of the concrete during mixing and driving, and the resulting explosion suppression effect is also large. . Specifically, the maximum dimension of the aggregate of ultra high strength concrete is generally about 5 to 25 mm, but the maximum dimension of the aggregate is expressed as passing through a sieve with the same dimension. It contains a considerable amount of aggregate that is larger than the maximum dimension. From such a viewpoint, the length of the inorganic fiber is desirably in the range of 5 to 40 mm. If the inorganic fiber length is too short, the reinforcement and hardening due to the restraint of the concrete is lowered. On the other hand, if these fibers are too long, the fluidity of the fresh concrete tends to be lowered, and it is difficult to ensure workability. From the viewpoint of practical use, the length of the inorganic fiber is more preferably about 5 to 40 mm from the viewpoint of both the explosion prevention effect and the fluidity.
[0020]
The inorganic fibers may be monofilaments or converged strands, but those having a diameter of about 50 to 2000 μm are preferable from the viewpoint of ensuring the explosion resistance of the organic fibers and suppressing the decrease in fluidity.
The shape of the inorganic fiber does not necessarily have to be a cylindrical shape, and may be a spindle shape or a needle shape as long as the length and the maximum diameter are within the above-described range, may be a modified cross-section fiber, have an appropriate aspect ratio, and have a surface area. Larger ones, fibers whose ends are deformed into hooks, and the like are preferable from the viewpoint of bondability with concrete.
Examples of the inorganic fibers include metal fibers typified by steel fibers and stainless fibers, carbon fibers, and glass fibers. Although metal fibers are preferable from the viewpoint of effects and availability, non-metallic inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers that do not decrease in strength in a high temperature environment are also confirmed to have favorable effects in the present invention. Yes.
As the metal fibers, for example, steel fibers used for steel fiber reinforced concrete can be suitably used. In addition to the cylindrical cut wire type, deformed fibers such as shear fibers, cutting fibers, and melt extraction fivers are also used. These are preferably used in the present invention. These include, for example, Tough grip manufactured by Bridgestone Corporation, Tessa manufactured by Nippon Steel Pipe Co., Ltd., Shinko Fiber manufactured by Kobe Steel Co., Ltd., and NAS fiber manufactured by Nippon Yakin Co., Ltd. It is also available as a commercial product.
[0021]
In addition, since this inorganic fiber functions as a reinforcing material which restrains concrete and resists thermal stress and suppresses peeling, an appropriate tensile strength (tensile strength) is required. Effective tensile strength for explosion prevention is 600 N / mm²Or more, preferably 600 N / mm²~ 3000N / mm²Range. An inorganic fiber having such strength is effective because sufficient restraining force for concrete is secured even under high-temperature heating conditions. Here, the tensile strength can be measured by the method described in Japan Society of Civil Engineers, Steel Fiber Quality Standard for Concrete, JSCE-E 101.
[0022]
The amount of the inorganic fiber added is preferably as the water binder ratio is small and the compressive strength is high, and as the stress applied to the member is high, the inorganic fiber is preferably added. Therefore, it is desirable to select the smallest amount within the range in which the explosion suppressing effect is exhibited, depending on the water binder ratio of concrete and the design stress. From such a viewpoint, in the case of high-strength concrete having a water binder ratio of 20% or less as in the present invention, the amount of addition is within the range of 0.1 to 2.0% by volume and the explosion resistance and flow of fresh concrete. A composition having a good balance of properties can be obtained.
In addition, from a viewpoint of suppression of the fluidity | liquidity fall of fresh concrete, in addition to the said preferable addition amount of an organic fiber and an inorganic fiber, the ratio of both is also important and it is the range of 1: 0.2-1: 20. preferable. In addition, with this compounding ratio, the effect of delamination due to the thermal stress of concrete during high-temperature heating and the diffusion of water vapor due to the function of the concrete matrix reinforced with inorganic fibers and the organic fibers uniformly arranged in the matrix All of the effects are suitably exhibited. From the same viewpoint, when the diameter of the organic fiber is 1, the diameter of the inorganic fiber is preferably 5 to 200 times that. Within this range, a more preferable dispersion of the organic fibers can be achieved.
[0023]
The explosion-resistant concrete of the present invention is the above-mentioned water binder ratio and components other than the addition of organic fibers and inorganic fibers, specifically cement, water, fine powder admixture, aggregate, chemical admixture, etc. There is no restriction | limiting in particular, According to the objective, it can apply to all the general well-known concrete compositions. Hereinafter, these components will be described sequentially.
[0024]
The binder used in the present invention includes cement and an admixture. The type of cement to which the present invention can be applied is not particularly limited, and any of ordinary cements such as ordinary Portland cement, early strong Portland cement, moderately hot Portland cement, low heat Portland cement or blast furnace cement, fly ash cement, etc. It can be selected and used. In addition, in the case of ordinary concrete such that the water binder ratio of the concrete exceeds 30%, the level of the effect of the explosion generated in the concrete at the time of fire does not become a problem, and the high strength that is the object of the present invention, and Considering the improvement of the explosion prevention effect, the present invention is particularly useful when applied to high-strength concrete having a water binder ratio of 20% or less, and this water binder ratio is an essential component in the present invention. Needless to say.
[0025]
As the fine powder admixture, known admixtures such as silica fume, blast furnace slag fine powder, fly ash and the like can be used. Among these, fine particle silica fume containing vitreous silica described in JP-A No. 6-121550, which has been attracting attention as an admixture excellent in high strength development in recent years, is preferably used. These silica fume aggregate on the cement particle surface to cover them, and are useful for ensuring the fluidity of fresh concrete having a small water binder ratio.
[0026]
As the aggregate, known coarse aggregates and fine aggregates can be blended depending on the purpose, but hard sandstone, quartz schist, andesite, etc., which are easily developed with high strength, are effective. The blending amount can also be appropriately selected within a known range.
As the chemical admixture, it is preferable to use a high-performance water reducing agent widely used for high-strength concrete. Examples of such chemical admixtures include naphthalene sulfonic acid formalin high condensate salts, water-soluble vinyl copolymers and the like, and known ones can be appropriately selected and used. Among these, a specific water-soluble vinyl copolymer containing a (meth) acrylic acid structural unit described in Japanese Patent No. 2646449 is preferably used.
[0027]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Examples 1-4, Comparative Examples 1-6)
(1) Concrete material
Cement: Low heat Portland cement
Fine aggregate: Crushed sand
(Maximum dimension 5mm, surface dry density 2.67g / cm^Three, Water absorption 1.75%,
(Actual volume ratio 54.9% m, coarse grain ratio 2.78)
Coarse aggregate: Hard sandstone crushed stone
(Maximum dimension 20 mm, surface dry density 2.66 g / cm^Three, Water absorption 1.75%,
(Actual rate of 59.9% m)
Admixture: Powdered silica fume
(Specific gravity 2.2, Specific surface area 14m²/ G, SiO₂94% content)
Admixture: Polycarboxylate-based high-performance AE water reducing agent
(Takemoto Yushi Co., Ltd., high-performance water reducing agent SSP-104)
Organic fiber: Polypropylene fiber
(Specific gravity 1.0, heat-resistant temperature 160 ° C, moisture content 30%,
14% residual weight when heated to 500 ° C., 17 dtex fineness,
(Fiber diameter 0.1mm, length 10mm)
Inorganic fiber: Steel fiber
(Specific gravity 7.75, fiber diameter 0.8mm, length 30mm)
(2) Mixing of concrete
Experiments were performed using high-strength concrete having a water binder ratio of 15% as a base material according to the formulation shown in Table 1 below. The concrete was adjusted by the amount of the high-performance water reducing agent so that the slump flow value when kneaded was 65 cm ± 5 cm.
[0028]
[Table 1]

[0029]
(3) Concrete production
Mixing was performed with a forced biaxial mixer.
The amount of kneading in one batch was 100 liters or less. Fine aggregate, cement, and silica fume were kneaded for 15 seconds, then water and an admixture were added and mixed for 1 minute, and then coarse aggregate was added. The mixing time after adding the coarse aggregate was 2 minutes, and after adding the coarse aggregate, the mixture was mixed for 60 seconds, mixed with organic fibers and inorganic fibers, and further mixed for 60 seconds to obtain concrete.
[0030]
(4) Concrete fluidity test
The L flow initial velocity of the concrete with a slump flow of 60 cm was measured by the L flow test method described in Japanese Patent No. 2589757, and the fluidity of the concrete was judged. A material with a high flow rate has a low viscosity and can be said to have excellent fluidity.
The results are shown in Table 2 below. Moreover, the result of having performed the same measurement by making what did not mix organic fiber and inorganic fiber at all into a control (Comparative Example 1), and having a high water binder ratio (water binder ratio 23%) as a target example. Are also shown in Table 2.
[0031]
(5) Fire resistance test
The fire resistance test was performed as a cylindrical specimen having a diameter of 15 cm and a height of 30 cm using a cylindrical specimen having a deformed reinforcing bar having a diameter of 13 mm in the center in the direction perpendicular to the diameter. After placing the test body, it was allowed to stand indoors, and after a predetermined age (26 weeks) had elapsed, a heating test was performed. At the time of the test, the water content was measured by a test method according to JASS 5N T-602.
In the test, the test body was installed in the center of the load heating furnace for the fire resistance test, and the standard heating temperature curve T = 345 log (8t + 1) +20 (t: time (minutes)) defined in ISO834 (former Ministry of Construction Notification No. 2999) Then, heating was continued for 60 minutes to confirm the state of destruction.
The weight of the specimen before heating and the weight after heating for a predetermined time were measured, and the degree of explosion was evaluated by the weight reduction rate due to heating. That is, concrete that is easy to explode can be said to have a large weight loss rate before and after heating because concrete is scattered and lost from the surface of the specimen due to explosion.
[0032]
The weight reduction rate is expressed by the following formula.
Weight reduction rate of specimen (%) = [[weight before heating (g) −weight after heating (g)] / weight before heating (g)]
The results of the loading heating test are also shown in Table 2 below. Three specimens were tested for one type, and the average value of the weight reduction rate of the three specimens was taken as the test result.
[0033]
[Table 2]

[0034]
As is apparent from Table 2 above, in Examples 1 to 4 which are the explosion-proof concrete of the present invention, there is little decrease in fluidity with respect to concrete not mixed with fiber (Comparative Example 1), and there is no practical problem. It turns out that it is a level. Moreover, in the fire resistance test, the weight reduction rate was 20.8 to 23.5%, and when the change in appearance was visually observed, the surface layer of the specimen was partially peeled off, There was no big explosion. These show that the change in weight is remarkably reduced as compared with concrete in which no fiber is mixed, and it can be seen that there is an effect of sufficiently preventing explosion.
On the other hand, in Comparative Example 1 (control sample) in which neither an organic fiber nor an inorganic fiber is added, there is no problem in fluidity, but the water binder ratio is relatively low when the water binder ratio is low. Compared to the high target example, the weight change in the fire test was large, and the appearance was severely explosive, leaving only the concrete in the center. The sample with a relatively high water binder ratio, which is the target example, had a weight reduction rate of 35%, but the explosion occurred only on the surface layer, and the state of the explosion was suppressed compared to Comparative Example 1 with a low water binder ratio. Has been.
[0035]
On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3 to which only inorganic fibers were added, the fluidity was almost the same as that in which no fibers were added, but although some improvement was seen in the fire resistance test, both caused explosions. From the weight reduction rate, it was found that a practically sufficient explosion prevention effect was not observed. In addition, in Comparative Examples 4 to 6 to which only organic fibers were added, the same tendency was observed, and in the fire resistance test, although some improvement was observed as the addition amount of organic fibers was increased, explosion occurred and the weight reduction rate It turned out that it is not enough for practical use. Regarding the fluidity, a significant decrease in fluidity was observed in Comparative Example 6 in which the amount of organic fiber added was 0.5% by volume.
Further, when focusing only on the fluidity, in comparison between Examples 3 and 4 and Comparative Example 5 containing an equal amount of organic fiber, the fluidity is slightly improved by the combined use of inorganic fibers. It was confirmed that the combined use of these fluids prevented the decrease in fluidity.
[0036]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, even in concrete having a low water binder ratio, explosion can be effectively suppressed without lowering fluidity, and high-explosive, high-strength explosion-resistant concrete is provided. There is an effect that it can.

Claims

Explosion-resistant concrete containing cement, water, fine powder admixture, aggregate and chemical admixture and having a water binder ratio of 20% or less,
0.05 to 0.50% by volume of organic fibers composed of an organic material having a diameter of 5 to 500 μm, a length of 5 to 40 mm, and a weight residual ratio of 30% or less when heated to 500 ° C. , and a length 5 to 40 mm, and a tensile strength 600N / mm ² or more, contained 0.1 and 2.0% by volume of inorganic fibers is 50~2000μm diameter, both users of content ratio (volume ratio) Is in the range of 1: 0.2 to 1:20 , and the ratio of the organic fiber diameter to the inorganic fiber diameter is in the range of 1: 5 to 1: 200 .

The explosion-proof concrete according to claim 1, wherein the organic material constituting the organic fiber is at least one selected from the group consisting of polypropylene and polyvinyl alcohol.

2. The explosion-proof concrete according to claim 1, wherein the inorganic fiber is at least one selected from steel fibers, stainless fibers, carbon fibers, glass fibers, and strands thereof.

The explosion-proof concrete according to claim 1, wherein the aggregate contains an aggregate having a maximum dimension of 5 to 25 mm.