JP4624292B2 - 繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 - Google Patents
繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4624292B2 JP4624292B2 JP2006096643A JP2006096643A JP4624292B2 JP 4624292 B2 JP4624292 B2 JP 4624292B2 JP 2006096643 A JP2006096643 A JP 2006096643A JP 2006096643 A JP2006096643 A JP 2006096643A JP 4624292 B2 JP4624292 B2 JP 4624292B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- strength
- cement
- ground improvement
- matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Description
この地盤改良体は、最大荷重を超えると、脆性的な破壊を起こす。特に曲げや引っ張りを受ける場合は、最大耐力後に一気に破壊に至る。このため安全を考慮して、室内試験の圧縮強度の1/3〜1/10程度が許容圧縮応力度として用いられる。引っ張り強度は、前記許容圧縮応力度の0.1〜0.2倍、せん断強度は0.3倍として設計することが多い。
地盤改良のソイル固化体は、地盤の土質に応じて、所要強度が得られるセメント量を決定して施工するのが一般的である。セメント量には幅があるが、例えば砂層では80〜300Kg/m3 程度、粘性土では100〜300Kg/m3 程度、シルトでは100〜300Kg/m3 程度のセメント量である。しかし、特許文献2の開示技術は、全ての土質についてセメント量は350Kg/m3と記載しているので、一般的に実施されている地盤改良体とは異質な調合となっている。セメント量が非常に多いことに加えて、高価なビニロン繊維を使用している点が注目される。
上記特許文献3に開示された繊維補強ソイル固化体の施工方法は、水セメント比が低く粘度が高いセメント系硬化材へ、繊維を体積比で1%以下0.5%以上混入して分散させるため、増粘剤や分散剤の使用が不可欠であるし、その後は均一に練り混ぜるため水を供給して所要の水セメント比にする必要があるので、現場での実施が面倒である。
本発明の次の目的は、現在広い分野で大量に使用されており、安価で経済性に優れているポリプロピレン繊維を使用し、しかも練り混ぜ撹拌することにより、繊維が互いに絡み合って大きな繊維補強効果を発揮しマトリックスを補強して成る高強度、高靱性セメント系地盤改良体を提供することである。
土壌とセメント系硬化材を混練して製造する地盤改良体において、
破断強度が200〜1200MPaで、練り混ぜ撹拌することにより繊維と繊維が相互に絡み合うように繊維1の太さに対する長さの比率(アスペクト比)を1000以上に調整したポリプロピレン繊維Pを、地盤改良体の体積比にして0.4〜2%混入して土壌と混練しマトリックス2を補強して成ることを特徴とする。
ポリプロピレン繊維Pの太さは、直径が100ミクロン以下であることを特徴とする。
ポリプロピレン繊維Pは、両端部に、繊維径より10ミクロン以上大きいこぶ状又は塊状のアンカー部を有することを特徴とする。
ポリプロピレン繊維は、表面が疎水性であり、破断強度は200〜1200MPa程度、ヤング係数は2〜15GPa程度であり、他の有機繊維と比較して機械的性質に劣る。そのためポリプロピレン繊維は、地盤改良体の繊維補強効果を得るためには大量に使用しなければならないと考えられてきた。
しかし、本発明では、このポリプロピレン繊維を地盤改良体の体積比にして0.4〜2%混入することで繊維補強効果を発揮させ、セメント系地盤改良体の靱性を大幅に向上させ、曲げ強度、引っ張り強度も大幅に向上させることに成功した。
即ち、一般的な繊維補強の原理は、マトリックス(この明細書で、マトリックスとは、セメント系地盤改良体組織の母材の意味で使用する。)と繊維との付着力や摩擦抵抗で応力を繊維に伝達して曲げ強度、引っ張り強度、靱性を高めると考えられている(図1B、図2Bを参照)。図1B、図2Bにおいて、符号1が繊維、2がマトリックス、3がひび割れを指す。
しかし、本発明では、地盤改良体の中で繊維1が屈曲した状態となり互いに絡み合うように混入されると、引き抜き時の抵抗が増大し同繊維1に応力を伝達してマトリックス2を補強する(図1B)という事実、効果に着眼している。
マトリックスと繊維との間には十分な付着力が作用しており、ひび割れが発生するまでは、繊維とマトリックスが一体的に挙動すると仮定すると、歪みが同じでもヤング係数が大きい繊維ほど大きい応力を負担する。このためマトリックスがひび割れを生ずる歪みに達した際の応力は、ヤング係数が大きい繊維を用いるほどに高くなる。繊維補強マトリックスにひび割れが入る際の断面平均応力σcは、マトリックス単体のひび割れ発生応力σmに、繊維体積比Vf、繊維のヤング係数Ef、マトリックスのヤング係数Emを用い、繊維の配向による低減率を無視すると、下記の数式1で評価できる。
(数式1) σc =σm {1+Vf(Ef/Em−1)}
鋼繊維やビニロン繊維は、地盤改良体のマトリックスに対して、ヤング係数がそれぞれ250倍と50倍程度であり、繊維体積比Vf=1%とすると、ひび割れ発生時の断面平均応力σcはそれぞれ、3.5倍と1.5倍程度と予測される。一方、ポリプロピレン繊維は、ヤング係数が3倍程度であり、ひび割れ発生時の断面平均応力σcは1.02倍にすぎない。
また、繊維補強体の終局強度σuは、繊維の終局強度をσfuとして、下記の数式2で評価できる。
(数式2) σu =σfu・Vf
しかし、実際に試験を行ってみると、作用応力が大きくなるとマトリックスと繊維の間の付着が切れ繊維が抜け出しはじめるため、繊維の抜けだし時の摩擦抵抗のみが繊維に伝達されて外力に抵抗するにすぎないことが確認された。結局、強度やヤング係数の大きな繊維を使用しても、上記した期待通りのひび割れ強度や終局強度は得られないことがわかった。これを逆にいうと、強度やヤング係数が低く、繊維補強のためには大量に(例えば3%以上)も添加しないと効果が生じないと考えられてきたポリプロプピレン繊維であっても、強度の低いセメント系地盤改良体の補強には比較的少量の添加でも補強に有効であることを見出し、高靱性化を実現できることが確認されたのである。
最も重要なことは、繊維の強度やヤング係数よりも、最大応力以降には摩擦により繊維に応力を伝達しやすいことである。この現象により繊維補強マトリックスの曲げ強度、引っ張り強度、靱性の向上が可能になるのである。
繊維の強度は、摩擦抵抗で生ずる応力によって破断しなければよいと考えられる。地盤改良体自体の強度が0.5〜4MPa程度として、繊維補強マトリックスの引っ張り応力度1MPaを実現できるとしても、繊維体積比1%で繊維強度は100MPa、繊維体積比0.5%としても必要繊維強度は200MPa程度であればよい。ヤング係数が大きい繊維は、早い段階で繊維とマトリックスの付着破壊が発生し、繊維強度を有効に発揮できず、補強の効率は低下してしまう。
以上の繊維補強効果を得る繊維の材質は、破断強度が200〜1200MPa程度、ヤング係数が2〜15GPaと比較的低強度で、低剛性の繊維でよく、工業的に広く使用されて安価に入手できるポリプロピレン繊維が適合することが判明した。
したがって、セメント系地盤改良体についての優れた力学特性を有効活用する設計法を採用することで、自立山留めや液状化防止を目的とする地盤改良体断面の低減化(経済設計)、あるいは中層、高層建物への直接基礎形式の採用、更に杭状改良体や壁杭の水平支持力の増大による地下構工法の合理化を達成することが可能となる。
前記ポリプロピレン繊維Pの太さは、直径が好ましくは50ミクロン以上、100ミクロンまでとする。
また、ポリプロピレン繊維Pは、両端部に、繊維径より10ミクロン以上大きいこぶ状又は塊状のアンカー部を有するものを使用するのが好ましい。
ちなみに、ポリプロピレン繊維をセメント系硬化材および各土質土壌へ混入し練り混ぜ撹拌する手法としては、地盤改良装置の撹拌掘削翼で掘削した原位置土壌中へセメント系硬化材の注入管とは別系統の例えば少し太めの空気圧搬送管を通じて圧送供給して直接混入する直接方式と、原位置の掘削土壌を掘削して一旦は地上へ排出し、地上の混練プラントに収容した上で、セメント系硬化材と上記ポリプロピレン繊維を混入して混練する地上方式などを実施条件に応じて選択的に実施する。実施例1〜12は後者の地上方式を採用して実施した場合を示す。
かくして製造したセメント系地盤改良体の繊維分散状態は、およそ図2A、Bに示すように、各繊維1はそれぞれ湾曲状態となり、しかも繊維と繊維が相互に絡み合った状況でマトリックス2中に内在することを確認できた。
比較例1、7、14、17は、従来用いられている地盤改良体で、繊維を混入していない。その他の比較例へ混入した繊維は、ビニロン繊維とナイロン繊維およびポリプロピレン繊維の3種類である。
更に詳細には破断強度960MPaのナイロン繊維、同1950MPaのビニロン繊維、同311〜935MPaのポリプロピレン繊維をそれぞれ選択使用して練り混ぜ撹拌した。各繊維の太さに対する長さの比率(アスペクト比)は、210〜800とした。これらを体積比にして1.0%混入して、前記土壌と混練しマトリックスを補強するセメント系地盤改良体を製造した。もっとも、各比較例2〜6、8〜13、および15、16の繊維分散状態は、およそ図1A、Bに示すとおりで、各繊維1、1は直線状態を保ち、繊維と繊維が絡み合うことなく、マトリックス2中に分散した状況であることを確認した。
即ち、最大耐力に至った直後に破断して全く靱性のないものを×印とし、最大耐力に達した直後に、破断はしないが、耐力が大きく低下するものを△印、最大耐力に達した後に歪みが2%に至った時点でも最大耐力の50%以上を保持するものを○印、そして、歪みが2%を超えても耐力低下が殆ど見られず靱性が優れているものを◎印で表している。
先ず、図4の場合はシルトに水セメント比100%のセメント系硬化材を170Kg/m3 混入したが、繊維の混入は無い比較例1をマトリックスとして、これに直径17ミクロンで長さ20mm(アスペクト比が1190)であるポリプロピレン繊維Pを体積比で1%混入した本発明の実施例1と、一方、アスペクト比が210〜600の範囲で、ポリプロピレン繊維P、ビニロン繊維B、ナイロン繊維Nをそれぞれ体積比1%混入した比較例2〜6の引っ張り試験および曲げ試験における応力と歪みの関係を示している。
本発明の実施例1は、大きな歪みを生じた時点でも高い耐力を保持しており、優れた靱性を発揮することがわかる。
アスペクト比が1000の本発明実施例4は、歪みが2%に達した時点でも耐力低下は50%未満を維持している。更に大きなアスペクト比1200、1786の本発明実施例3と2は、一層優れた靱性を発揮することがわかる。
図5と同様に、アスペクト比が1000の本発明実施例7は、歪みが2%に達した時点でも耐力低下は50%未満を維持している。更に大きなアスペクト比1200、1770の本発明実施例6と5は、非常に優れた靱性を発揮することがわかる。
以上のとおり、本発明によれば、ポリプロピレン繊維Pを用いて、いかなる土壌でも、優れた靱性と高強度が得られることが明らかである。
2 マトリックス
3 ひび割れ
Claims (3)
- 土壌とセメント系硬化材を混練して製造する地盤改良体において、
破断強度が200〜1200MPaで、練り混ぜ撹拌することにより繊維と繊維が相互に絡み合うように繊維の太さに対する長さの比率(アスペクト比)を1000以上に調整したポリプロピレン繊維を、地盤改良体の体積比にして0.4〜2%混入して土壌と混練しマトリックスを補強して成ることを特徴とする、繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体。 - ポリプロピレン繊維の太さは、直径が100ミクロン以下であることを特徴とする、請求項1に記載した繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体。
- ポリプロピレン繊維は、両端部に、繊維径より10ミクロン以上大きいこぶ状又は塊状のアンカー部を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載した繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006096643A JP4624292B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006096643A JP4624292B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007270488A JP2007270488A (ja) | 2007-10-18 |
JP4624292B2 true JP4624292B2 (ja) | 2011-02-02 |
Family
ID=38673575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006096643A Active JP4624292B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4624292B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5728184B2 (ja) * | 2010-09-07 | 2015-06-03 | 株式会社竹中工務店 | 床版一体遮水壁及び床版一体遮水壁の構築方法 |
JP2012102573A (ja) * | 2010-11-11 | 2012-05-31 | Takenaka Komuten Co Ltd | 水平力伝達構造の構築方法 |
JP2012136898A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Takenaka Komuten Co Ltd | 山留壁 |
JP5738602B2 (ja) * | 2011-01-05 | 2015-06-24 | 株式会社竹中工務店 | 山留壁 |
JP5778968B2 (ja) * | 2011-04-11 | 2015-09-16 | 株式会社竹中工務店 | 繊維混入改良体 |
CN104099921B (zh) * | 2014-07-24 | 2016-05-11 | 南京大学(苏州)高新技术研究院 | 一种波浪形纤维加筋土及其制备方法 |
CN106638559A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-10 | 许昌学院 | 一种土木工程用的土壤的硬化方法 |
JP7228416B2 (ja) * | 2019-03-12 | 2023-02-24 | 株式会社テノックス | 繊維入りセメントミルクおよび繊維入りセメントミルクの圧送ポンプによる注入方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06257135A (ja) * | 1993-03-08 | 1994-09-13 | Kurimoto Kensetsu Kogyo Kk | 地盤の柱状改良体及びその築造方法並びに土留壁 |
JP2001048609A (ja) * | 1999-08-10 | 2001-02-20 | Kajima Corp | 繊維補強ソイルセメント固化体 |
JP2001355233A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | East Japan Railway Co | 混合攪拌による場所打ち杭の造成方法 |
JP2003239276A (ja) * | 2003-01-23 | 2003-08-27 | Dia Consultant:Kk | 道路の構築工法 |
-
2006
- 2006-03-31 JP JP2006096643A patent/JP4624292B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06257135A (ja) * | 1993-03-08 | 1994-09-13 | Kurimoto Kensetsu Kogyo Kk | 地盤の柱状改良体及びその築造方法並びに土留壁 |
JP2001048609A (ja) * | 1999-08-10 | 2001-02-20 | Kajima Corp | 繊維補強ソイルセメント固化体 |
JP2001355233A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | East Japan Railway Co | 混合攪拌による場所打ち杭の造成方法 |
JP2003239276A (ja) * | 2003-01-23 | 2003-08-27 | Dia Consultant:Kk | 道路の構築工法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007270488A (ja) | 2007-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4624292B2 (ja) | 繊維補強による高強度、高靱性セメント系地盤改良体 | |
JP6669862B2 (ja) | アルミナセメント組成物の凝固及び硬化を開始するための安定化された水性組成物 | |
JP2009203106A (ja) | コンクリート躯体の曲げ補強用の高靱性ポリマーセメント、およびこの高靱性ポリマーセメントを用いたコンクリート躯体の曲げ補強工法 | |
JP5861985B2 (ja) | 鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法 | |
KR101596246B1 (ko) | 시멘트계 재료 보강용 아치형 강섬유 | |
JPH09227191A (ja) | 鋼繊維補強高流動高強度コンクリート | |
WO2022022092A1 (zh) | 抗震同步注浆材料 | |
JP5415015B2 (ja) | 吹付け補修工法 | |
CN111196701B (zh) | 聚合物改性混杂微纤维的胶凝复合材料 | |
CN112456868B (zh) | 织物增强型水泥复合物和其制造方法 | |
KR101874380B1 (ko) | 변단면 형상의 개량체를 지중에 형성하는 저하중 건축물용 지내력 기초 시공방법 | |
JP2006321664A (ja) | 繊維補強された軽量セメント系硬化体 | |
CN107489431A (zh) | 一种大变形围岩段复合式衬砌 | |
JP5615015B2 (ja) | 耐震補強構造及び耐震補強方法 | |
JP4986924B2 (ja) | 耐震補強方法 | |
KR100820914B1 (ko) | 패트화이버가 혼합된 숏크리트 조성물의 제조방법 | |
KR101958356B1 (ko) | 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물 | |
CN102912893A (zh) | 一种高延性纤维混凝土组合砌块砌体墙及其施工方法 | |
CN102912892A (zh) | 一种高延性纤维混凝土组合砖砌体墙及其施工方法 | |
JP2007302528A (ja) | 繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリート、及びそれを用いてなる法枠の施工方法 | |
JP2004156242A (ja) | トンネル補強工法 | |
JP2011121832A (ja) | 耐せん断破断性に優れたセメント複合材料用の混練物並びに複合材料および橋梁部材 | |
JP6214393B2 (ja) | 複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料 | |
Tatnall et al. | Developments and applications of high performance polymer fibres in shotcrete | |
JP3723385B2 (ja) | 繊維補強ソイルセメント固化体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081225 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100924 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101012 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4624292 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131112 Year of fee payment: 3 |