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2018 年度 実施状況報告書

繊維補強セメント複合材料により断面積層補強を施した鉄筋コンクリート版の耐爆性能

研究課題

研究課題/領域番号 17K06647
研究機関熊本大学

研究代表者

山口 信  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (80570746)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード耐爆性能 / 局部破壊 / スポール破壊 / 繊維補強モルタル / スラリー充填繊維コンクリート
研究実績の概要

鉄筋コンクリート版のスポール破壊低減を目的とした断面積層補強材の開発を目的に、以下の2項目について実験的検討を行った。
(1) 補強用繊維として汎用のポリビニルアルコール繊維を用い、繊維形状およびマトリックスの水結合材比がポリビニルアルコール繊維補強モルタル(以下PVAFRMと略記)の接触爆発に対する耐爆性能に及ぼす影響について実験的検討を行った。その結果として、(i) 繊維径が一定であれば長い繊維を用いる方が、また、アスペクト比が一定であれば細径の繊維を用いる方がスポールを抑止する上で有効であること、(ii) スポールを抑止する効果は水結合材比が高すぎても引くすぎても低下し、繊維形状に応じて水結合材比の適正値が存在すること、(iii) スポールが生じた試験体では、繊維形状や水結合材比が異なる場合であってもスポール深さはほぼ一定となり、その要因として繊維配向性の影響が考えられること、等を明らかにした。
(2) 補強用繊維を9種類(鋼繊維5種類、合成繊維4種類)で変化させたスラリー充填繊維コンクリート(以下SIFCONと略記)の接触爆発に対する耐爆性能について実験的検討を行った。その結果として、(i) 細径真直鋼繊維(直径0.2mm、長さ13mm)を用いたSIFCONにおいて、スポール限界低減効率が54%程度以上となり、同材料を用いることで優れたスポール低減性能を有する耐爆構造部材を構築できる可能性があること、(ii) 両端フック付き鋼繊維を用いたSIFCONでは、補強用繊維が太くなるほど、また、端部フックの段数が増加するほどスポール低減性能が低下すること、(iii) 合成繊維を用いたSIFCONのスポール低減性能は、鋼繊維を用いた場合に比して小さくなる傾向にある。しかし、合成繊維であっても細径のものを用いることで耐爆性能の更なる向上を図れる可能性があること、等が明らかとなった。

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

断面積層補強材として用いる繊維補強モルタル(PVAFRMおよびSIFCON)の更なるスポール低減性能向上を図れる材料条件(繊維素材・形状およびマトリックスの水結合材比)を見出すことができた点で、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

前年度の研究において明らかとなった、スポール低減性能を付与する上で最適な材料条件(繊維素材・形状およびマトリックスの水結合材比に関する条件)を適用した繊維補強モルタル(PVAFRMおよびSIFCON)を用いて鉄筋コンクリート(以下RCと略記)版に断面積層補強を施し、それら複合部材の接触爆発に対する耐爆性能について実験的検討を行う。実験ステップは、以下の3ステップとする。
Step 1: 最適な材料条件を適用した繊維補強モルタル単体を対象に、爆薬量を変化させて接触爆発試験を行い、同材料の使用によるスポール限界および貫通限界低減効率を明らかにする。
Step 2: RC版における裏面側コンクリートを上記繊維補強モルタルに置換し、その積層補強厚が積層補強RC版の耐爆性能に及ぼす影響について検討する。積層補強厚は、無補強、25%補強、50%補強、75%補強および全体補強の5水準とし、爆薬量は、Step 1で特定した、繊維補強モルタル単体のスポール限界および貫通限界に相当する爆薬量とする。
Step 3: 積層補強RC版において、裏面側繊維補強モルタルのスポール低減性能をより効果的に発揮させるため、爆発面側コンクリートの骨材種類の影響について実験的検討を行う。本実験ステップは、爆発面側コンクリートの塑性圧縮(多孔体内部の空隙が潰れることにより圧力上昇が抑制される現象)に期待し、裏面側繊維補強モルタルに入射する応力波を低減させることを目的に実施するものであり、それを可能にするため、爆発面側コンクリートの骨材として人工軽量骨材、発泡スチロール骨材等の多孔質な骨材を用いる。なお、実験における爆薬量はStep 2と同様とする。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Institut Teknologi Sepuluh Nopember(インドネシア)

    • 国名
      インドネシア
    • 外国機関名
      Institut Teknologi Sepuluh Nopember
  • [雑誌論文] Influence of Fiber Shape and Water-Binder Ratio on Blast Resistance of PVA Fiber Reinforced Mortar2019

    • 著者名/発表者名
      Danny Triputra SETIAMANAH, Makoto YAMAGUCHI, Priyo SUPROBO, Shintaro MORISHIMA, Zhicheng ZHANG, Atsuhisa OGAWA and Takashi KATAYAMA
    • 雑誌名

      Materials Research Proceedings

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] モルタル調合による高流動グラウト材を用いたスラリー充填繊維コンクリートの基礎的力学特性2019

    • 著者名/発表者名
      森島慎太郎、山口信、張志成、兼安真司
    • 雑誌名

      セメント・コンクリート論文集

      巻: 72 ページ: 293-299

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Effect of Fiber Shape and Water-Binder Ratio on Blast Resistance of PVA Fiber Reinforced Mortar (Part 1 Experimental Method and Results)2019

    • 著者名/発表者名
      Danny Triputra SETIAMANAH, Makoto YAMAGUCHI, Shintaro MORISHIMA, So-shiro SHIBUYA, Atsuhisa OGAWA and Takashi KATAYAMA
    • 学会等名
      AIJ Annual Meeting
  • [学会発表] PVA繊維補強モルタルの耐爆性能に及ぼす繊維形状と水結合材比の影響(その2 実験結果の考察)2019

    • 著者名/発表者名
      森島慎太郎、山口信、Danny Triputra SETIAMANAH、渋谷颯志郎、小川敦久、片山隆
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演会
  • [学会発表] Influence of Fiber Shape and Water-Binder Ratio on Blast Resistance of PVA Fiber Reinforced Mortar2019

    • 著者名/発表者名
      Danny Triputra SETIAMANAH, Makoto YAMAGUCHI, Priyo SUPROBO, Shintaro MORISHIMA, Zhicheng ZHANG, Atsuhisa OGAWA and Takashi KATAYAMA
    • 学会等名
      Sixth International Symposium on Explosion, Shock wave and High-strain-rate Phenonena (ESHP 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Fiber Types on Blast Resistance of Slurry Infiltrated Fiber Concrete under Contact Detonation2019

    • 著者名/発表者名
      Shintaro MORISHIMA, Makoto YAMAGUCHI, Danny Triputra SETIAMANAH, Zhicheng ZHANG and Shinji KANEYASU
    • 学会等名
      Sixth International Symposium on Explosion, Shock wave and High-strain-rate Phenonena (ESHP 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] スラリー充填繊維コンクリートの基礎的力学特性と耐爆性能に及ぼす繊維種類の影響(その1 基礎的力学特性)2019

    • 著者名/発表者名
      山口信、森島慎太郎、Danny Triputra SETIAMANAH, 渋谷颯志郎、張志成
    • 学会等名
      日本建築学会研究報告 九州支部
  • [学会発表] スラリー充填繊維コンクリートの基礎的力学特性と耐爆性能に及ぼす繊維種類の影響(その2 耐爆性能)2019

    • 著者名/発表者名
      森島慎太郎、山口信、Danny Triputra SETIAMANAH、渋谷颯志郎、張志成
    • 学会等名
      日本建築学会研究報告 九州支部
  • [学会発表] Influence of Fiber Shape and Water-Binder Ratio on Blast Resistance of PVA Fiber Reinforced Mortar2019

    • 著者名/発表者名
      Danny Triputra SETIAMANAH, Makoto YAMAGUCHI, Shintaro MORISHIMA, So-shiro SHIBUYA and Zhicheng ZHANG
    • 学会等名
      AIJ Kyushu Chapter Architectural Research Meeting
  • [学会発表] 接触爆発を受けるスラリー充填繊維コンクリートの耐爆性能に及ぼす繊維種類の影響2019

    • 著者名/発表者名
      山口信、森島慎太郎、兼安真司、居石鉄兵
    • 学会等名
      一般社団法人防衛施設学会 年次フォーラム2019(平成30年度年次研究発表会)
  • [学会発表] 鉄筋コンクリート部材のスポール破壊低減技術2019

    • 著者名/発表者名
      山口信
    • 学会等名
      公益社団法人日本材料学会 衝撃部門委員会および講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Blast Resistance of SIFCON Using High-Fluidity Grout of Mortar Mix against Contact Detonation2018

    • 著者名/発表者名
      Shintaro MORISHIMA and Makoto YAMAGUCHI
    • 学会等名
      2018 Engineering Workshop
    • 国際学会
  • [備考] 熊本大学 山口研究室(建築材料・施工)

    • URL

      https://yama-lab.jimdofree.com

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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