| 研究課題/領域番号 |
17H03337
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
西脇 智哉 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60400529)
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| 研究分担者 |
井上 真澄 北見工業大学, 工学部, 准教授 (00388141)
五十嵐 豪 東北大学, 工学研究科, 助教 (10733107)
菊田 貴恒 日本工業大学, 工学部, 准教授 (20599055)
崔 希燮 北見工業大学, 工学部, 助教 (70710028)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 建築構造・材料 / 繊維補強セメント系複合材料 / データベース / 性能指標 / 単繊維引抜試験 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度には、高機能・高性能FRCCの合理的な材料設計手法の提案に当たり、主に実験手法の確定を目的として検討を行った。[1] 繊維補強メカニズムの確認と横断的なデータベースの構築に関しては、主に単繊維引抜試験に着目し、細径繊維であっても引抜試験が可能な専用の引張試験機を開発・導入した。また、既存の試験機にも適用可能な治具および試験体形状を提案し、これらを用いてデータベースの元となる単繊維引抜試験を鋼繊維と合成繊維を中心に行った。ここでは、引抜角度の調整が可能となるように設定し、また、埋め込みマトリックスの調合や複合補強繊維の有無などをパラメータとした実験結果を蓄積し、データベースの充実を図った。ここで試験を行ったものの一部は、対象繊維の引抜試験前後でのX線CT画像を取得して、特に繊維周囲に生じるひび割れ量の定量的な評価指標を見出し、補強もしくは破壊のメカニズムについて考察を行った。
加えて、研究目標としている[2] 相乗効果の期待されるFRCC材料設計事例、および、[3] FRCC総合評価指標の構築に関して、その具体的な検討事例としてUHP-FRCCを対象にひび割れ発生下におけるクリープ性状と、凍結融解抵抗性を中心とした耐久性に関する検討を行った。前者については、ひび割れを有するUHP-FRCCを対象に、画像相関法を適用しての経時的な観察により、曲げクリープ変形がたわみ硬化の継続する形で生じることを確認した。また、ひび割れを有するUHP-FRCCであっても優れた凍結融解抵抗性能を示し、PVA繊維の複合添加により、自己治癒効果に起因して凍結融解抵抗性能が更に向上することを確認した。このほか、コストとフレッシュ性状を加味したFRCCについても検討を行っている。このような各種繊維の複合効果として得られている知見を整理することにより、総合評価指標の提案につなげる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成29年度に予定していた検討項目について、[1] 繊維補強メカニズムの確認と横断的なデータベースの構築に関しては、予定通りに専用の引抜試験装置が導入され、各種パラメータによる試験を実施しておりおおむね順調な進捗と考えている。予定していたCNTやCNFの検討が未着手であるが、鉱物繊維を用いての検討は行えており、この知見をもとに検討を進めたい。また、X線CT観察なども実施できており、現時点で確定的な評価指標を提示するまでには至っていないが、補強メカニズムについての知見は整備されつつある。
[2] 相乗効果の期待されるFRCC材料事例については、研究実績の概要にも記載の通り、UHP-FRCCの事例などいくつかの具体的な組み合わせと、これらのクリープ性状や耐久性（もしくは自己修復効果）についての知見を蓄えつつある。このなかから、相乗効果の有無や評価指標へ展開可能な項目を整理して、[3] FRCC総合評価指標の構築につなげる。この最後の項目については、現状で整理・体系化された形とはなっていないが、その要素となる引抜性状などの力学特性、FRCCとした場合の相乗効果、また、コストやフレッシュ性状などの基礎データを整備しつつあり、これらの状況を総合的に判断して、おおむね順調な進展であると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
[1] 繊維補強メカニズムの確認と横断的なデータベースの構築については、平成29年度から継続し、各種繊維材料についてのデータベースの拡充を図る。これまで整備した単繊維引抜試験装置などを中心に、力学特性などの更なるデータの蓄積を目指す。横断的に比較可能な形で整理することを目指し、サイズ・形状・材質・組成・コストなど様々項目を網羅的に含むデータベースのフォーマットについて引き続き検討を行う。この際には、麻やジュートなどの植物性補強繊維など現状で一般的な補強繊維と考えられていないものについても対象として基礎実験を継続する。[2] 相乗効果の期待されるFRCC材料設計事例の模索と整理に関して、相互補完や相乗効果によって高機能化や高性能化が可能な組み合わせを模索する。評価指標の改善や各種の機能付与など、使用繊維の特徴とFRCC材料としての保有性能の関係に着目して後述の材料設計手法提案の一助とする。各種繊維の特徴が、相乗効果として得られる場合の条件を整理することで、体系的な材料設計手法の提案につなげる。[3] FRCC総合評価指標の構築に関しては、既往の検討例を含めてここまで得られたFRCC材料について、レーダーチャートなどによる具体的な総合評価指標の提案を行い、これに基づいた評価を実施する。このことによって、既に得られたFRCC材料の中での比較や、より改善すべき点の洗い出しなどを行い、更に充実させるべきデータベース項目や、より合理的な性能設計手法へとフィードバックを行う。複数種類の繊維を組み合わせるに当たって、合理的な繊維の選択を行うために、より高性能化を目指す場合、使用繊維量の削減やコストダウンを志向する場合、施工性に力点を置く場合など目標を明確化することで、連動して変化する評価パラメータを総合的に評価可能な指標となるように整備する。
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