JP7199859B2 - コンクリート柱 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板巻立てされたコンクリート柱に関する。

従来、構造物を支えるコンクリート柱の外力によるせん断破壊を防止するために、コンクリート柱の周囲に鋼板などの補強材を巻立てる工法が知られている。
特許文献１には、２枚の断面コ字状の補強用鋼板を、柱の周囲の全周を囲むように互いに向かい合わせて隣接配置し、鋼板の側部で連結及び固定することにより、柱の全長を補強用鋼板で覆ったコンクリート柱が提案されている。
特許文献２には、コンクリート柱を柱軸に沿って複数に区分けして、柱の中央部には、取り外し不可能なように固着された鋼板巻立てを備え、柱の端部には、必要に応じて取り外し可能なように継ぎ手によって締結された鋼板巻立てを備えたコンクリート柱が提案されている。

特開平９－４１５６５号公報 特開２０１５－２１３０９号公報

特許文献１のように柱全体を鋼板巻立てすることにより補強効果は充分となるが、柱の本体を構成するコンクリートの状態を容易には観察できない。特許文献２のように鋼板巻立ての端部側を取り外し可能とすることにより、必要に応じてコンクリートの状態を観察できるが、鋼板巻立ての構造が複雑となり、施工コストが嵩む問題がある。

本発明は、鋼板等の補強材によって柱の一部だけが巻立てされていながら、優れた靭性を示すコンクリート柱を提供する。

本発明は以下の態様を有する。
［１］ コンクリート製の柱本体と、前記柱本体の一部を巻立てた補強材と、を有するコンクリート柱であって、前記柱本体の中央部は前記補強材によって巻立てされておらず、前記柱本体の柱軸方向の一方の端から柱せいの１．５倍の長さまでの領域の少なくとも一部に、第一の補強材が巻立てされており、前記柱本体のコンクリートに鋼繊維が含まれており、前記補強材の柱軸に沿う長さが、柱せいの０．４５～０．７倍であり、前記補強材の前記柱軸方向の一方の端及び他方の端の少なくとも一方に接する前記柱本体の表面に、目地である溝が設けられている、コンクリート柱。
［２］ 前記柱本体の柱軸方向の他方の端から柱せいの１．５倍の長さまでの領域の少なくとも一部に、第二の補強材が巻立てされている、［１］に記載のコンクリート柱。
［３］ 前記補強材が厚さ３ｍｍ～１２ｍｍの鋼板である、［１］または［２］に記載のコンクリート柱。
［４］ 前記鋼繊維の長さが１０ｍｍ～６０ｍｍである、［１］～［３］の何れか一項に記載のコンクリート柱。
［５］ 前記柱本体の内部に鉄筋が配置された鉄筋コンクリート柱である、［１］～［４］の何れか一項に記載のコンクリート柱。

本発明によれば、柱の中央部分に補強材の巻立てを有さず、多くのコンクリート面を露出させることができるので、コンクリート柱の状態を容易に把握することができる。

本発明の実施形態の一例であるコンクリート柱１の正面図である。 コンクリート柱の試験体の曲げせん断実験の概要を示す図である。 曲げせん断実験から得た「柱せん断力(Ｑ_ｃ)－柱部材角(Ｒ_ｃ)関係」を示すグラフである。 曲げせん断実験により各試験体の表面に生じた、ひび割れの様子を撮影した写真である。

以下、図１を参照しながら本発明の実施形態の一例を説明する。本発明の実施形態の一例であるコンクリート柱１は、コンクリート製の柱本体２と、柱本体２の一部を巻立てた補強材３とを有する。柱本体２の柱軸方向は、図１のＡ－Ａ線に沿う方向である。
柱本体２の柱軸方向に見て、柱本体２の中央部は補強材３によって巻立てされておらず、一方の端２ａから柱せいＤの１．５倍の長さまでの領域Ｒ１の少なくとも一部に、第一の補強材３が巻き立てされている。柱本体２を形成するコンクリートには鋼繊維（不図示）が含まれている。

補強材３としては、コンクリート柱１に巻立てすることが可能であれば特に制限されず、鋼板と同等の剛性を有する部材であることが好ましく、例えば、鋼等の金属によって形成された金属板、エンジニアリングプラスチック、繊維強化プラスチック等の合成樹脂によって形成された樹脂板等が挙げられる。
補強材３として鋼板を用いる場合、鋼板の厚さは例えば３ｍｍ～１２ｍｍが好ましい。

柱本体２に対する補強材３の巻立ての工法は特に制限されず、公知の工法を適用することができる。柱本体２と巻立てをした補強材３の間には、モルタルや硬化性樹脂等の充填剤が注入されていてもよい。

図１のコンクリート柱１の寸法は、柱本体２の全長がＨであり、柱せいがＤである。柱本体２の一方の端２ａに第一の補強材３が巻立てされており、他方の端２ｂに第二の補強材３が巻立てされている。第一及び第二の補強材３の柱軸方向の長さはＬである。

本明細書において「柱せい」は、柱本体の全長の中点で柱軸に直交する柱断面の輪郭（断面形状）において、断面形状を構成する最も長い辺に平行な直線が、断面形状の重心を通るときに、断面形状と交差する２点を結ぶ線分をいう。前記２点を結ぶ線分は、柱断面の曲げモーメントに対する圧縮縁端から引張縁端までを結ぶ線分に相当することが好ましい。ただし、断面形状が直線的な辺を有しない場合（例えば、断面形状が円、楕円である場合）に限り、その断面形状を含む最小円の直径を「柱せい」とする。

コンクリート柱１の靭性を充分に向上させる観点から、柱本体２の両端に補強材３が巻立てされていることが好ましい。第一の補強材３の長さＬ（Ｌ１）と第二の補強材３の長さＬ（Ｌ２）は互いに同じでもよいし、異なっていてもよいが、柱軸方向における靭性のバランス、強度分布を均等にする観点から、長さＬ１と長さＬ２は同じであることが好ましい。

各補強材３の長さＬは、柱せいＤを指標として、柱せいＤの０．２５～１．５倍が好ましく、０．３５～１．１倍がより好ましく、０．４５～０．７倍がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、補強材による靭性の向上がより一層顕著になる。
上記範囲の上限値以下であると、巻立ての施工が容易になるとともに、柱本体２のコンクリート表面の露出面積が大きくなり、柱本体２の状態を容易に把握することができる。

柱本体２の端部に巻立てられた第一の補強材３は、柱本体２の一方の端２ａから、柱せいＤの１．５倍の長さまでの領域Ｒ１に位置する。同様に、第二の補強材３は、柱本体２の他方の端２ｂから、柱せいＤの１．５倍の長さまでの領域Ｒ２に位置する。柱本体２の全長Ｈから領域Ｒ１及び領域Ｒ２を除いた残りの領域Ｒ３が柱本体２の中央部である。第一及び第二の補強材３は、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の範囲内にあり、領域Ｒ３にはみ出していない。

柱本体２の全長Ｈは、柱せいＤの３倍超であることが好ましく、柱せいＤの３．５倍以上１０倍以下がより好ましく、柱せいＤの４倍以上６倍以下がさらに好ましい。
上記範囲であると、補強材による靭性の向上がより一層顕著になる。
なお、柱本体２の全長Ｈが柱せいＤの３倍以下である場合（Ｈ≦３×Ｄである場合）、柱の中心（全長Ｈの中点）から一方の端２ａに向けて０．５×Ｄの長さまで、及び柱の中心から他方の端２ｂに向けて０．５×Ｄの長さまでを合わせた領域を中央部とする。この場合にも本発明にかかるコンクリート柱において補強材は中央部に巻立てられていない。

領域Ｒ１には一続きの補強材３が１つ巻立てられていてもよいし、互いに柱軸方向に離間して２つ以上が巻立てられていてもよい。施工の容易さ、補強設計の容易さの観点から、一続きの補強材３が１つのみ巻立てられていることが好ましい。領域Ｒ２における補強材３についても同様である。図１の例では、領域Ｒ１と領域Ｒ２にそれぞれ１つの補強材３が巻立てられている。

領域Ｒ１において、第一の補強材３の一方の端（領域Ｒ３と反対側の端）の位置は、柱本体２の一方の端２ａの近傍にあることが好ましく、端２ａから０～３０ｃｍの範囲にあることがより好ましく、０～１０ｃｍの範囲にあることがさらに好ましい。この範囲にあると、補強材による靭性の向上がより一層顕著になる。
同様に、領域Ｒ２において、第二の補強材３の他方の端（領域Ｒ３と反対側の端）の位置は、柱本体２の他方の端２ｂの近傍にあることが好ましく、端２ｂから０～３０ｃｍの範囲にあることがより好ましく、０～１０ｃｍの範囲にあることがさらに好ましい。この範囲にあると、補強材３による靭性の向上がより一層顕著になる。

第一又は第二の補強材３の何れか１つ以上の端に沿って、柱本体２の表面に、目地（溝）が形成されていてもよい。目地があることにより、コンクリート柱１に対してずりの力が外部から加わった場合に、目地をひび割れの起点として、ひび割れのランダムな発生を防ぎ、損傷の制御や予測を容易にすることができる。
目地（溝）の深さは、例えば、０．５ｃｍ～５ｃｍが好ましく、０．５ｃｍ～３ｃｍがより好ましく、０．５ｃｍ～１ｃｍがさらに好ましい。
目地（溝の）幅は、例えば、０．５ｃｍ～５ｃｍが好ましく、１ｃｍ～３ｃｍがより好ましく、１ｃｍ～２ｃｍがさらに好ましい。
目地の幅／深さの比は、例えば、１～５が好ましく、１～３がより好ましく、１～２がさらに好ましい。

図１に示すようにコンクリート柱１を正面から見て、巻立てられた第一の補強材３の一方の端からなる辺（一方の端辺）及び他方の端からなる辺（他方の端辺）は互いに平行であってもよいし、非平行であってもよい。柱の靭性のバランス、強度分布を均等にする観点から、平行であることが好ましい。第二の補強材３の各端辺についても同様である。

また、コンクリート柱１を正面から見て、各補強材３の端辺と柱軸とがなす角は、直角でもよいし、非直角であってもよい。柱の靭性のバランス、強度分布を均等にする観点から、前記なす角は８０～１００°であることが好ましい。
図１の例では、第一及び第二の補強材３は、それぞれ２つずつ端辺を有し、各端辺は互いに平行であり、各端辺と柱軸とがなす角は約９０°である。
なお、補強材３の任意の端辺と柱軸とが非直角である場合、その端辺を柱本体２の周面に沿ってなぞると、補強材３の端辺に含まれる１点と柱本体２の端との距離が変化する。この場合、柱本体２の端を基準とする補強材３の端の位置は、柱本体２の周面に沿って等間隔で補強材３の端の１０箇所の距離を測定し、その平均値として求められる。

柱本体２の柱軸に直交する柱断面の輪郭の形状（断面形状）は、正方形、矩形、その他の四角形、その他の多角形、円形、楕円形のいずれであってもよい。
本明細書において、コンクリート柱１の正面は、柱本体２の幅が最も長く見える面（柱せいＤと平行な面）である。前記輪郭が円形である場合、コンクリート柱１の正面図は任意の位置から見て、平面に投影した図になる。

コンクリート柱１は、靭性を向上させる観点から、内部に鉄筋が配置された鉄筋コンクリート柱であることが好ましいが、鉄筋を有しないコンクリート柱であっても構わない。鉄筋の種類、本数、配筋の様式は従来の鉄筋コンクリート柱と同様とすることができる。さらに、鉄筋に加えて、内部に鉄骨を備えていてもよい。

柱本体２を形成するコンクリートの種類は、鋼繊維を含むものであれば特に制限されず、公知のコンクリートが適用される。
前記コンクリートに含まれる鋼繊維の含有量は、混入率で表され、後述する範囲が好ましい。前記コンクリートに含まれる鋼繊維のサイズや形状は、後述するものが好ましい。
以下、本発明に適用可能な超高強度コンクリートを例として説明するが、本発明はこれ以外のコンクリートを用いた場合にも柱の靭性を向上させることができる。

以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「コンクリート」は、フレッシュコンクリート及び硬化コンクリートを包含する。
「超高強度コンクリート」は、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上であるコンクリートを示す。
「水結合材比」は、フレッシュコンクリート中の結合材の総質量に対する水の質量の割合（質量％）を示す。
「結合材」は、コンクリート中で水和反応する材料であり、例えばセメント、シリカフューム、スラグ、フライアッシュ等である。
「鋼繊維の混入率」は、コンクリートから鋼繊維及び有機繊維を除いた残部の総容積に対する鋼繊維の容積の割合（容積％）を示す。
「有機繊維の混入率」は、コンクリートから鋼繊維及び有機繊維を除いた残部の総容積に対する有機繊維の容積の割合（容積％）を示す。

（超高強度コンクリート）
本発明に好適な超高強度コンクリート（以下、「本コンクリート」ともいう。）は、セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを含む。有機繊維は必須ではないが、コンクリート柱の靭性を向上させる観点、及び火災時の熱によって爆裂を防ぐ観点から、鋼繊維とともに含まれることが好ましい。

セメントとしては、水和熱が低い点で、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が好ましい。

シリカヒュームとしては、コンクリート用として公知のシリカヒュームであってよい。
シリカヒュームの含有量は、セメントの質量に対して９～２０質量％が好ましい。シリカヒュームの含有量が前記範囲内であれば、本コンクリートの流動性及び間隙通過性がより優れる。

水の含有量は、水結合材比が２５質量％以下となる量である。水結合材比は、１５～２５質量％が好ましく、１５～２０質量％がより好ましい。
水結合材比が２５質量％以下であれば、１００Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を得やすい。水結合材比が１５質量％以上である場合、鋼繊維の混入率が間隙通過性に与える影響が大きくなるが、以下の配合により間隙通過性を高めることができる。

粗骨材としては、硬質砂岩砕石、安山岩砕石、流紋岩砕石等が挙げられる。
粗骨材の表乾密度は、例えば２．５５～２．７ｇ／ｃｍ^３であってよい。
粗骨材の粗粒率は、例えば６～６．６であってよい。

粗骨材の最大寸法は、１５ｍｍ以下であることが好ましい。粗骨材の最大寸法は、粗骨材の９０質量％以上が通るふるいのうち最小寸法のふるいの呼び寸法で示される寸法である。粗骨材の最大寸法が１５ｍｍ以下であれば、単位粗骨材かさ容積を０．３ｍ^３／ｍ^３以上にしても、間隙通過性を確保できる。
最大寸法が１５ｍｍ以下の粗骨材としては、例えば、最大寸法が１５ｍｍの粗骨材、最大寸法が１３ｍｍの粗骨材等が市販されている。

粗骨材の含有量は、本コンクリートの単位粗骨材かさ容積が０．３～０．４ｍ^３／ｍ^３となる量であることが好ましい。単位粗骨材かさ容積は、０．３３～０．３７ｍ^３／ｍ^３が好ましい。
単位粗骨材かさ容積が０．３ｍ^３／ｍ^３以上であれば、ひび割れ抵抗性が優れる。単位粗骨材かさ容積が０．４ｍ^３／ｍ^３以下であれば、間隙通過性が優れる。

細骨材としては、砕砂、山砂、陸砂等が挙げられる。
細骨材の表乾密度は、例えば２．５５～２．７ｇ／ｃｍ^３であってよい。

化学混和剤としては、公知のものを使用でき、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。これらの化学混和剤はいずれか１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本コンクリートは、化学混和剤として少なくとも、高性能減水剤を含むことが好ましい。高性能減水剤としては、例えば主成分がポリカルボン酸エーテル系のもの、主成分がポリカリボン酸コポリマーのもの等が挙げられる。
高性能減水剤の含有量は、主成分の固形分率３０％程度の場合、例えば、セメントの質量に対して１～５質量％程度である。

鋼繊維を構成する鋼材としては、普通鋼材、ステンレス鋼等が挙げられ、耐アルカリ性を有するものが好ましい。
また、防錆の観点から、鋼材表面に亜鉛めっきを施したものが好ましい。
鋼繊維の形状としては、フック型、ストレート型、波型等が挙げられる。コンクリートと鋼繊維の付着向上、コンクリートの靭性向上の点では、フック型が好ましい。
鋼繊維としては、例えば、鋼繊維補強コンクリート用の鋼繊維として市販されているものを使用できる。

鋼繊維の長さは、１０～６０ｍｍが好ましく、１２～３２ｍｍがより好ましく、２４～３２ｍｍがさらに好ましい。鋼繊維の長さが前記範囲内であれば、コンクリートの間隙通過性及びひび割れ抵抗性がより優れる。鋼繊維の長さは、ノギス等により測定される。
鋼繊維の直径は、０．１５～０．９ｍｍが好ましく、０．３８～０．７５ｍｍがより好ましい。鋼繊維の直径が前記範囲内であれば、コンクリートの間隙通過性及びひび割れ抵抗性がより優れる。鋼繊維の直径は、ノギス等により測定される。

本コンクリートにおいて、鋼繊維の混入率は、０．５容積％超２容積％以下が好ましく、０．７～１．２容積％がより好ましい。鋼繊維の混入率が０．５容積％超であれば、本コンクリートの靭性及びひび割れ抵抗性が優れる。鋼繊維の混入率が２容積％以下であれば、充分な間隙通過性を確保できる。

有機繊維は、ポリアセタール系繊維を含むことが好ましい。
ポリアセタール系繊維は、ポリアセタール樹脂を含む繊維である。
ポリアセタール樹脂は、［－ＣＨ_２－Ｏ－］で示されるオキシメチレン単位を有するホモポリマーまたはコポリマーである。ポリアセタール樹脂は、分解開始温度および分解終了温度が比較的低く、短時間で分解が終了する。そのため、ポリアセタール系繊維は、他の有機繊維に比べて、少ない混入率で充分な爆裂防止効果を発揮する。

ポリアセタール系繊維は、ポリアセタール樹脂のみから成るものでもよく、ポリアセタール樹脂と他の樹脂とを含む繊維でもよい。
他の樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。
ポリアセタール系繊維中のポリアセタール樹脂の割合は、ポリアセタール系繊維の総質量に対し、４５質量％以上が好ましい。

ポリアセタール系繊維のメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）は、爆裂防止効果の点から、５ｇ／１０分以上が好ましく、２０ｇ／１０分以上がより好ましい。
ポリアセタール系繊維のＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ ６７５８に従い、１９０℃、荷重２１．２Ｎの条件で測定される値である。

ポリアセタール系繊維の乾燥密度は、１．４１ｇ／ｃｍ^３が好ましい。乾燥密度が前記範囲内であれば、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。乾燥密度はＪＩＳ Ｌ １０１５により測定される。

ポリアセタール系繊維の長さは、９～１１ｍｍが好ましく、９．５～１０．５ｍｍがより好ましい。ポリアセタール系繊維の長さが前記範囲内であれば、間隙通過性、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。ポリアセタール系繊維の長さは、ＪＩＳ Ｌ １０１５により測定される。
ポリアセタール系繊維の水分率は、２０～４０％が好ましく、３０～４０％がより好ましい。ポリアセタール系繊維の水分率が前記範囲内であれば、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。ポリアセタール系繊維の水分率は、ＪＩＳ Ｌ １０１５により測定される。

ポリアセタール系繊維の断面形状は、円形、異形及び中空等のいずれであってもよい。
ポリアセタール系繊維が他の樹脂を含む場合、ポリアセタール系繊維は、ポリアセタール樹脂と他の樹脂との混合樹脂からなる繊維でもよく、ポリアセタール樹脂からなる層と他の樹脂からなる層とを有する複合繊維であってもよい。複合繊維の形態としては、並列型、芯鞘型、分割型等が挙げられる。
ポリアセタール系繊維は、例えば、特許第４６０８１７６号公報に記載の方法により製造できる。

鋼繊維とポリアセタール系繊維との容積比（鋼繊維／ポリアセタール系繊維）は、１２．５～２００が好ましく、５０～１００がより好ましい。鋼繊維とポリアセタール系繊維との容積比が前記範囲内であれば、コンクリートの耐爆裂性、靭性、ひび割れ抵抗性がより優れる。

本コンクリートにおいて、有機繊維の混入率は、０．１～０．４容積％が好ましく、０．２～０．３容積％がより好ましい。有機繊維の混入率が０．１容積％以上であれば、耐爆裂性が優れる。有機繊維の混入率が０．４容積％以下であれば、充分な間隙通過性を確保しやすい。

本コンクリートは、所定の水結合材比、鋼繊維の混入率、単位粗骨材かさ容積等を満たすように、セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維と、必要に応じて他の成分と、を配合することにより調合できる。

以上説明した本コンクリートにあっては、有機繊維がポリアセタール系繊維を含み、粗骨材の最大寸法が１５ｍｍ以下であり、単位粗骨材かさ容積が０．３～０．４ｍ^３／ｍ^３であるため、水結合材比が２５質量％以下と低く、鋼繊維の混入率が０．５容積％超２容積％以下と高いながらも、間隙通過性及びひび割れ抵抗性に優れる。
これは以下の理由によると考えられる。
有機繊維がポリアセタール系繊維を含むため、超高強度コンクリートに求められる耐爆裂性を確保しつつ、有機繊維の混入率を減らして、本コンクリートから鋼繊維を除いた残部の流動性が高めることができる。
また、最大寸法が１５ｍｍ以下である粗骨材は、最大寸法が１５ｍｍ超、例えば２０ｍｍの粗骨材に比べて、コンクリートの収縮抑制効果に優れる。そのため、ひび割れ抵抗性を充分に確保しつつ、単位粗骨材かさ容積を０．３～０．４ｍ^３／ｍ^３と少なくして、本コンクリートから鋼繊維を除いた残部の流動性が高めることができる。なお、一般的な超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積は０．５～０．５６ｍ^３／ｍ^３程度である。
本コンクリートから鋼繊維を除いた残部の流動性が高いため、鋼繊維を多く含みながらも充分な流動性を確保できる。
さらに、本コンクリートにあっては、水結合材比が２５質量％以下と低く、鋼繊維の混入率が０．５容積％超２容積％以下と高いため、優れた強度（例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８に従って測定される、材齢２８日（４週）または、材齢５６日（８週）における圧縮強度として１１０～１８０Ｎ／ｍｍ^２）が得られる。また、有機繊維を含むため、耐爆裂性も有する。

＜作用効果＞
本発明のコンクリート柱は、コンクリート製の柱本体の端部に補強材が巻立てられているだけで、柱の全長に巻立てを行った場合と同等の靭性を発揮する。単に補強材の巻立て領域を減らすだけでは靭性が低下してしまうが、本発明にあってはコンクリートに鋼繊維を含むため、巻立て領域と非巻立て領域との境界でひび割れ等の損傷が生じることを防止でき、柱全体として優れた靭性を発揮する。

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

（使用材料）
実施例で使用した３種類のコンクリート組成物の配合を表１に示す。
表１中の各記号の意味は次の通りである。
「Ｗ」：工業用水
「Ｃ」：シリカフュームプレミックスセメント（太平洋セメント株式会社製、中庸熱ポルトランドセメント、密度３．０４ｇ／ｃｍ^３、比表面積６３５０ｃｍ^２／ｇ、ＳＦ置換率１３．３％）
「Ｗ／Ｃ」：水セメント比（水結合材比）
「ｓ／ａ」：｛細骨材の容積／（細骨材の容積＋粗骨材の容積）｝×１００％で表される細骨材率
「Ｓ」：細骨材
「Ｓ１」：細骨材（硬質砂岩砕砂、表乾密度２．６３ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．１７％、粗粒率３．０４）
「Ｓ２」：細骨材（山砂、表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ^３、吸水率２．３７％、粗粒率２．１０）
「Ｇ」：粗骨材（硬質砂岩砕石１５０５、最大寸法１５ｍｍ、表乾密度２．６５ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．６８％、実績率６１．５％、粗粒率６．３５％）
「ＰＡＦ」：ＡＦＲコンクリート工法用合成繊維（ダイワボウポリテックス株式会社、ポリアセタール繊維（Ｓ－ＡＦＲ）、乾燥密度１．４１ｇ／ｃｍ^３、長さ１０ｍｍ、水分率３０．５％）
「ＭＦ」：端部フック型鋼繊維（ベカルトジャパン株式会社、ドラミックス３Ｄ４５／３０、密度７．８５ｇ／ｃｍ^３、長さ３０ｍｍ、直径０．６２ｍｍ）

（実施例１、比較例１～５）
＜超高強度コンクリートの調合＞
表１に従い、各材料を以下の手順で練混ぜて超高強度コンクリートを調合した。
鋼繊維の混入量４０ｋｇ／ｍ^３及び８０ｋｇ／ｍ^３はそれぞれ、鋼繊維の体積比混入率（Ｖｓｆ）０．５％及び１％に相当する。有機繊維（ポリアセタール繊維）の混入量３．１ｋｇ／ｍ^３は、有機繊維の体積比混入率０．２％に相当する。
材料の練混ぜは、強制二軸練りミキサを用いた。シリカフュームプレミックスセメント（Ｃ）及び細骨材（Ｓ）を投入し、空練りした後、水（Ｗ）及び化学混和剤を投入及び混練し、モルタルとした。次いで、粗骨材（Ｇ）を投入及び混練し、コンクリートを得た。さらに、ポリアセタール繊維（ＰＡＦ）及び鋼繊維（ＭＦ）を投入し、目標スランプフロー及び目標空気量となるように９０秒間混練して、鋼繊維入り超高強度コンクリートを得た。また、表１には示していないが、プレミックスセメント（Ｃ）×０．１０質量％の割合で混和剤を配合した。

＜試験体の作製＞
超高層建物の下層階を想定して縮尺３０％のＲＣコンクリート柱の試験体を次のように作製した。試験体の断面寸法は３４０ｍｍ角又は３５０ｍｍ角、加力スタブと基礎スタブで挟まれた試験体の内法長さは１３６０ｍｍとした。両スタブに定着させる主筋として１６－Ｄ１６（ＳＤ６８５）を図２に示す間隔で配筋し、せん断補強筋として４－Ｕ７．１（ＳＢＰＤ１２７５）を４０ｍｍピッチで配筋した。上記で得た超高強度コンクリートの何れかを打設して適切に養生することにより、ＲＣコンクリート柱の試験体を得た。各比較例と実施例で使用した超高強度コンクリートの種類、鋼板巻立ての有無、鋼板巻立ての範囲と長さを表２に示す。

実施例１と比較例５の試験体については、断面寸法３５０ｍｍ角のＲＣコンクリート柱本体の両端に、補強材である鋼板（ＳＳ４００、厚さ３．２ｍｍ）を巻立てた。この柱本体の柱せいは３５０ｍｍである。柱軸方向に沿う鋼板巻立ての長さ（巻立て長さ）は１７５ｍｍとした。この巻立て長さは、柱せいの０．５倍である。
各鋼板巻立ての両端に接する（両端に沿う）柱本体の表面に、目地である溝を設けた。溝の幅は１０ｍｍ、深さは５ｍｍとした。目地は各鋼板巻立ての両端に沿って、柱本体を１周するので、ＲＣコンクリート柱本体の目地底における断面寸法は３４０ｍｍ角、目地を設けていない箇所の断面寸法は３５０ｍｍ角である。スタブと鋼板巻立ての間にも目地を設けているので、鋼板巻立てのスタブとは反対側の端は、スタブから１８５ｍｍの位置にある。ＲＣコンクリート柱本体の端（各スタブとの境界）から１８５ｍｍを超えた部分（中央部）には鋼板を巻立てていない。

比較例１～３の試験体については、鋼板を巻立てず、ＲＣコンクリート柱本体の断面寸法を３４０ｍｍ角とした。比較例４の試験体については、ＲＣコンクリート柱本体の断面寸法を３５０ｍｍ角にするとともに、ＲＣコンクリート柱本体のスタブ間の全長１３６０ｍｍのうち、１３５０ｍｍに渡って、上記の鋼板を巻立てた。さらに、鋼板の両端と各スタブ間の間に実施例１と同様の目地を設けて、目地底における断面寸法は３４０ｍｍ角とした。

＜実験の方法と結果＞
各試験体について、曲げせん断実験を行った。図２に示すように、試験体の上方と下方に位置する加力スタブと基礎スタブを水平に保ちながら、引張（軸力比－０．７５）から圧縮（同０．６）に至る変動軸力を試験体に作用させ、柱部材角Ｒｃによる変位漸増正負交番繰返しせん断載荷を行った。なお、図２の寸法単位は「ｍｍ」である。

実験結果から得た「柱せん断力(Ｑ_ｃ)－柱部材角(Ｒ_ｃ)関係」を図３に示す。
正加力（圧縮軸力側）ではＲ_ｃ＝０．５％でコンクリートが圧壊し、Ｒｃ＝１％前後に主筋が圧縮降伏した。負加力（引張軸力側）では柱軸方向に直交するひび割れが発生し、Ｒ_ｃ＝１．５％前後に主筋が引張降伏した。各試験体の結果を比べると、Ｒ_ｃ＝０．７５％までは荷重差が比較的小さく、Ｒ_ｃ＝１％以降に荷重差が見られた。最大耐力に対する最終加力（Ｒ_ｃ＝５％）時の耐力低下率は、比較例５では１５％を超えたが、比較例４と実施例１では５～１０％程度にとどまった。
各実験から得た、コンクリート圧縮強度、ヤング係数、正負の最大せん断力、正負の１段筋降伏時せん断力、初期剛性計算値と実験値を表３に示す。

（比較例１～３）
各実験において試験体のコンクリート表面に生じた、ひび割れの様子を撮影した写真を図４に示す。
鋼板巻立てなしの比較例１～３では、柱軸の全体にわたって多数のひび割れが生じた。鋼繊維なしの比較例１に比べて、鋼繊維の含有量が多くなる比較例２、比較例３の順に、コンクリートの圧壊による縦ひび割れの長さが短くなり、最大荷重が大きくなった。
鋼板巻立てなし且つ鋼繊維なしの比較例１では、隅角部のかぶりコンクリートが剥落して、柱が全体的に大きく損傷した。一方、コンクリートに鋼繊維を含む比較例２～３では、隅角部のかぶりコンクリートに浮きが生じたが、剥離には至らず、比較例１に比べて柱の損傷が全体的に抑えられていた。
以上から、柱軸方向の全長に渡って鋼板巻立てされたコンクリート柱（比較例４）と比べて、比較例１～３のコンクリート柱の靭性が劣ることが分かった。
（比較例４）
柱軸方向のほぼ全長に渡って鋼板を巻立てた比較例４の柱本体におけるひび割れの様子は調べていない。比較例４のコンクリート柱は、表３の物性値が示しているように、優れた靭性を有することが確認された。
（比較例５）
柱本体の柱軸方向の両端部のみに鋼板を巻き立てた比較例５では、コンクリートの露出部分における縦ひび割れの長さが長く、ひび割れの幅が広く、柱本体が大きく損傷した。巻き立てた鋼板の柱中央側の先端（目地を設けた箇所）付近において特に大きな損傷が見られた。また、比較例５の最大荷重は、鋼板巻立てなしの比較例１と同等であった。
以上から、鋼繊維を含まない比較例５において、柱本体の両端部に巻いた鋼板による補強効果はないことが分かった。

（実施例１）
柱本体のコンクリートに鋼繊維を含み、柱本体の柱軸方向の両端部のみに鋼板を巻き立てた実施例１では、比較例５及び比較例１～３と比べて、コンクリートの露出部分における縦ひび割れの長さが短く、損傷の程度が軽減されていた。目地を設けた箇所の付近においても特に大きな損傷は見られなかった。また、実施例１の最大荷重は、鋼板巻立てなし且つ鋼繊維を同量含む比較例２に対して、約１２％上昇した。さらに表３の物性値が示しているように、実施例１のコンクリート柱は比較例４と同等の優れた靭性を有することが確認された。
以上から、本発明のコンクリート柱は、柱本体の全長に渡って鋼板巻立てされた従来のコンクリート柱と同等に優れていることが理解される。

１…コンクリート柱、２…柱の本体、３…補強材、４…目地（溝）、２ａ…コンクリート柱の一方の端、２ｂ…コンクリート柱の他方の端、Ｄ…柱せい、Ｈ…コンクリート柱の全長、Ｌ…補強材の長さ、Ｒ１…第一の補強材の巻立てが可能な領域、Ｒ２…第二の補強材の巻立てが可能な領域、Ｒ３…補強材の巻立が無い領域

Claims (5)

1. コンクリート製の柱本体と、前記柱本体の一部を巻立てた補強材と、を有するコンクリート柱であって、
   前記柱本体の中央部は前記補強材によって巻立てされておらず、
   前記柱本体の柱軸方向の一方の端から柱せいの１．５倍の長さまでの領域の少なくとも一部に、第一の補強材が巻立てされており、
   前記柱本体のコンクリートに鋼繊維が含まれており、
   前記補強材の柱軸に沿う長さが、柱せいの０．４５～０．７倍であり、
   前記補強材の前記柱軸方向の一方の端及び他方の端の少なくとも一方に接する前記柱本体の表面に、目地である溝が設けられている、コンクリート柱。
2. 前記柱本体の柱軸方向の他方の端から柱せいの１．５倍の長さまでの領域の少なくとも一部に、第二の補強材が巻立てされている、請求項１に記載のコンクリート柱。
3. 前記補強材が厚さ３ｍｍ～１２ｍｍの鋼板である、請求項１または２に記載のコンクリート柱。
4. 前記鋼繊維の長さが１０ｍｍ～６０ｍｍである、請求項１～３の何れか一項に記載のコンクリート柱。
5. 前記柱本体の内部に鉄筋が配置された鉄筋コンクリート柱である、請求項１～４の何れか一項に記載のコンクリート柱。

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