| 研究課題/領域番号 |
21K18756
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
秋山 充良 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00302191)
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| 研究分担者 |
リム ソーポーケム 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (60801305)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| キーワード | 鋼繊維補強コンクリート / プレキャストコンクリート杭 / 遠心成形 / X線撮影 / せん断耐力 |
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| 研究実績の概要 |
目的：プレキャストコンクリート杭は，地震作用を受けても曲げが卓越する場合が多く，せん断破壊を防ぐために必要なせん断補強鉄筋量は，橋脚などに比べて大幅に少ない．これに対し著者らは，プレキャストコンクリート杭の製造時に用いられる遠心成形技術を利用して，コンクリート内に付加した鋼繊維を杭軸直角方向に配向し，せん断力を効率的に負担させることで，せん断補強筋を必要としない遠心成形SFRC（Steel Fiber Reinforced Concrete: 鋼繊維補強コンクリート）杭の開発を試みる．2021年度は，その基礎検討として，遠心成形の有無および型枠内面の摩擦係数が異なる杭体を製作し，X線撮影により鋼繊維数の分布，および配向を確認した．
実験概要：型枠内面の摩擦条件については，粗さの異なる3種類の研磨布を用いることで調整した．本研究では，3体の供試体を製作し，遠心成形と型枠内面の摩擦条件が鋼繊維数の分布，および配向に及ぼす影響を比較検討した．本実験では供試体の厚さを20 mmとしたため，使用する粗骨材の最大寸法は10 mmとしている．また，流動性の高いコンクリートほど鋼繊維配向は改善されると考えられるため，高流動コンクリートを使用した．供試体は全て気中養生とし，養生期間を28日とした．鋼繊維混入率は全ての供試体において0.50 vol%とした．遠心成形の動力としてブラシレスモーターを用い，速度制御のもと遠心成形打設を行った．
得られた成果：(1)遠心成形により，鋼繊維配向の向上を図ることが可能である．多くの鋼繊維が杭軸直角方向に配向されることから，鋼繊維によるせん断補強鉄筋の代替は十分に可能であると思われる．(2)型枠内面の摩擦係数が大きいほど，遠心成形SFRC杭の鋼繊維数の分布は均一化し，また，鋼繊維配向も改善できることから，遠心成形SFRC杭のせん断耐力の向上が期待できる．
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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
本研究の最終的な目的は，鋼繊維が杭体内に均一に分布し，それを杭軸直角方向に配向させることで鋼繊維にせん断補強鉄筋の代替効果を期待した，せん断補強筋を必要としない遠心成形SFRC杭を開発することである．2021年度に実施した予備実験およびX線撮影により，遠心成形打設を用いることで効果的に鋼繊維の向きを部材軸直角方向に配向させることが可能であり，さらに，配合上の工夫や，型枠表面の摩擦係数を高めたりすることで， 鋼繊維の分布の均一性，および配向性が改善されることを確認した．
この成果に基づき，2022年度はせん断実験，さらに2023年度は大型のプレキャスト鋼繊維補強コンクリート杭の製造とその耐荷力実験，および品質保証のための検査方法を構築していきたい．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度引き続き，遠心成型による周面摩擦を効果的に高め，一様な鋼繊維分布と，杭軸直角方向に配向した鋼繊維を生み出すための打設方法を実験的に同定する検討を続ける．直径300mmの円筒にモーターを設置し，SFRCを投入した後に円筒を回転させ，コンクリートに遠心力を与える．この遠心力によりコンクリートを締固め，円筒とコンクリートの摩擦を高めることにより，周方向への流れを作る．この流れにより，ランダムに配向している鋼繊維を杭軸直角方向に向かせる．実験では，円筒1分あたりの回転数やその継続時間，円筒内面に塗布する材料（摩擦係数を調整するプラスティックやすり），コンクリートの流動性（自己充填コンクリートの使用の有無）などを実験パラメータとする．成型後の杭体を切断し，早稲田大学材料・構造実験室にある大型X線試験装置を使用することで，鋼繊維分布を可視化し，鋼繊維分布が一様かつ鋼繊維の配向が杭軸直角方向となる材料設計・製造方法を同定する．
次に，2021年度および2022年度に実施する予備実験の結果に基づき選定さえた施工法に従い，有効高さ，杭の肉厚と外径の比（径厚比），せん断スパン比，および鋼繊維量などをパラメータとしたSFRC杭を製造し，そのせん断実験を実施する．せん断実験では，通常のせん断補強鉄筋を有する杭体も製作し，せん断補強鉄筋と同等の効果を発揮するための鋼繊維量を実験的に同定する．遠心成型により生まれる周面摩擦力により，既存のSFRCと異なり，多くの量の鋼繊維が杭軸直角方向に配向され，せん断補強鉄筋の配筋を必要としない杭体が製造されると期待する．併せて，せん断実験後に杭体を分割し，X線撮影を行い，その画像にある鋼繊維分布・配向の情報を用いたSFRC杭のせん断強度予測手法を確立したいと考えている．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響により，プレキャストコンクリート工場で行う予定だった予備実験の一部が2022年度に繰り越しになった．これは，主に，プレキャストコンクリート工場近くでの滞在費や工場までの交通費，および消耗品の購入費である．ただし，早稲田大学内で十分な予備実験を行うことができたため，研究の進捗には影響していない．2022年度5月にプレキャストコンクリート工場で実験を行う段取りは出来ており，その実験時に，「次年度使用額（B-A）」を使用予定である．
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