2018 Fiscal Year Research-status Report
Blast resistance of reinforced concrete slabs with clad-reinforcement of fiber reinforced cement composites
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17K06647
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
山口 信 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (80570746)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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