JPH111973A - コンクリート構造物の爆裂制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリート構造物の各部材において火災時
に発生する爆裂の程度を正確に制御することにより、コ
ンクリート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上さ
せる。 【解決手段】 火災時および火災後にコンクリート構造
物に対して要求される供用性能をあらかじめ設定してお
き、この供用性能に基づいて、コンクリート構造物を構
成する各部材に許容される断面欠損量を算定し、この断
面欠損量に基づいて各部材において発生が想定されるコ
ンクリートの爆裂による剥離深さ寸法を調整する。この
調整を行うに際しては、各部材を構成するコンクリート
の水セメント比および該コンクリートに混入する爆裂防
止用材料の量の一方または双方を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物が火災を受けた際に、コンクリートが剥離する現象
（爆裂）の発生を制御するための、コンクリート構造物
の爆裂制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、通常の普通コンクリートに比べて
圧縮強度を高めた高強度コンクリートと呼ばれるコンク
リート材の利用が盛んとなっている。このような高強度
コンクリートは、その設計基準強度の大きさから様々な
構造物への活用を期待されているものの、火災時におい
ては、内部に含まれている水蒸気の膨張圧が高まり、ま
た非定常熱応力が生じることにより、表面からウロコ状
に剥離する現象（爆裂）を起こしやすい傾向にあると言
われている。

【０００３】したがって、高強度コンクリートを利用し
た構造物においては、火災時に、各部材に爆裂が生じ、
これが進行することにより構造物に安全性の問題が生じ
ることが懸念され、このため、構造物を施工する際に用
いられる高強度コンクリートに、爆裂の防止策として、
ポリプロピレン等の合成繊維を混入することが検討され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在ま
で、このような合成繊維をコンクリートに混入するに際
しては、コンクリートの強度の違いについては考慮がな
されることがなく、このため、条件によっては、爆裂の
抑制効果を得ることができないという問題点があった。
したがって、コンクリートにおける強度等の条件を考慮
することによって、より確実に爆裂の抑制効果を得るこ
とができるような技術が求められていた。

【０００５】また、合成繊維を混入した高強度コンクリ
ートを構造物の施工に際して実際に使用する場合には、
合成繊維が大量に必要でありそのコストが嵩むこと、合
成繊維をコンクリート中にまんべんなく混練することが
必ずしも容易でないこと、合成繊維を混練したコンクリ
ートは、繊維未混入のものに比較して流動性が低くな
り、これにより現場での打設の際に型枠内側のすみずみ
に行き渡らせることが困難であること、などの問題点が
あった。このため、火災時および火災後の構造物の信頼
性・健全性を確保しながらも、コンクリート中に混入す
る合成繊維の使用量を極力少なくして、これにより、施
工コストを低減化するとともに、構造物の施工を円滑化
するような技術が求められていた。

【０００６】本発明は、上記のような事情に鑑みなされ
たものであり、その目的は、構造物の各部材において火
災時に発生する爆裂の程度を正確に制御して、コンクリ
ート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上させるこ
とにある。また、別の目的は、コンクリート中に混練す
る合成繊維の使用量を最小限として、コンクリート構造
物の施工の経済性および作業性を向上させることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、コンクリートの物性を表す量と
して、コンクリートの水セメント比に着目し、この水セ
メント比とコンクリートに混入する爆裂防止用材料の量
の双方を調整することにより、コンクリートの爆裂の剥
離深さを制御することとした。以下に、コンクリートに
発生する爆裂による剥離深さと、コンクリートの水セメ
ント比との関係について若干の説明をしておく。

【０００８】一般に、コンクリートにおいては、その水
セメント比が小さいほど爆裂による剥離深さが大きく、
逆に、水セメント比が大きいほど爆裂による剥離深さが
小さくなることが知られている。これは、水セメント比
が大きいほどコンクリートの組織が空隙が大きく水や空
気が通り抜けやすい状態となるためであると考えられて
いる。

【０００９】このような、コンクリートの水セメント比
とコンクリートの爆裂深さとの関係の一例を表したグラ
フが、図３である。ここに挙げた例は、鉄筋の被り厚４
０mmの鉄筋コンクリート柱を、ＩＳＯ８３４に規定され
る耐火試験に準じた方法で加熱した場合のものである。

【００１０】図３中において、縦軸はコンクリートの爆
裂による剥離深さの寸法を示し、横軸はコンクリートの
水セメント比を示している。図中の○は、合成繊維をコ
ンクリート中に混入しない場合（合成繊維混入量が０．
０ｋｇ／ｍ³の場合）であり、実線は、○印のデータを
直線回帰したものである。このように、合成繊維がコン
クリート中に混入されない場合には、コンクリートの爆
裂深さは、水セメント比が増大するにしたがって、ほぼ
直線的に減少していくことがわかる。また、図中の△
は、合成繊維をコンクリート中に１．０ｋｇ／ｍ³の割
合で混入した場合であり、これによれば、水セメント比
が同一ならば、合成繊維をコンクリート中に１．０ｋｇ
／ｍ³混入することによって、爆裂による剥離深さが１
７〜１８ｍｍ低減できることがわかる。

【００１１】また、以下の表１は、図３に示したグラフ
とは別の実験例を示したものである。

【表１】 この表から明らかなように、コンクリートの爆裂深さ
は、水セメント比が同一ならば、合成繊維の混入量が大
きいほど、小さくなり、また、合成繊維の混入量が同一
ならば、水セメント比が大きいほど、小さくなるという
傾向にある。

【００１２】本発明は、以上のように、コンクリートの
爆裂の深さ寸法が、コンクリートの水セメント比、およ
び合成繊維等の爆裂防止用材料の量の双方から影響を受
けることに着目して行われたものである。

【００１３】すなわち、請求項１記載のコンクリート構
造物の爆裂制御方法は、コンクリート構造物が火災を受
けた場合を想定して、火災時および火災後に該コンクリ
ート構造物に対して要求される供用性能をあらかじめ設
定しておき、該供用性能に基づいて、前記コンクリート
構造物を構成する各部材に許容される断面欠損量を算定
し、該断面欠損量に基づいて前記各部材において発生が
想定されるコンクリートの爆裂の深さ寸法を調整してな
り、該調整に際しては、前記各部材を構成するコンクリ
ートの水セメント比および該コンクリートに混入する爆
裂防止用材料の量の一方または双方を調整することを特
徴とする。

【００１４】このコンクリート構造物の爆裂制御方法
は、構造物を構成する各部材において発生が想定される
爆裂の深さ寸法を、コンクリートの水セメント比と、爆
裂防止用材料の混入量とをバランスさせて、正確に制御
し、これにより爆裂による各部材の断面欠損量を許容範
囲内に収めることが可能である。

【００１５】また、請求項２記載のコンクリート構造物
の爆裂制御方法は、請求項１記載のコンクリート構造物
の爆裂制御方法であって、前記各部材に許容される断面
欠損量と前記供用性能との双方に基づいて、前記各部材
を構成するコンクリートの水セメント比の調整可能量を
決定するとともに、該水セメント比の調整可能量と前記
断面欠損量とから、前記各部材を構成するコンクリート
に混入すべき爆裂防止用材料の量を決定することを特徴
とする。

【００１６】このコンクリート構造物の爆裂制御方法に
おいては、各部材の爆裂による断面欠損量を許容範囲に
抑えるために、まず、コンクリートの水セメント比を調
整することととし、構造物の供用性能から考えて、水セ
メント比のみにより断面欠損量の調整が不可能な場合
に、爆裂防止用材料を使用することができる。したがっ
て、使用される爆裂防止用材料の量を最低限に抑えるこ
とが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明によるコンクリ
ート構造物の爆裂制御方法の一例を示すフローチャート
である。本実施の形態のコンクリート構造物の爆裂制御
方法は、図１に示すように、大きくわけてブロックＢ１
からブロックＢ３までの三つの手順から構成されてい
る。ブロックＢ１においては、コンクリート構造物を構
成する各部材の火災後における供用性能が設定され、ブ
ロックＢ２においては、コンクリート構造物を構成する
各部材に許容される断面欠損量が算定され、さらに、ブ
ロックＢ３においては、火災時に各部材に発生が想定さ
れる爆裂による剥離深さ寸法の調整が行われる。

【００１８】ブロックＢ１において設定される各部材の
火災後の供用性能としては、当該部材が柱、梁、耐力壁
などの耐力部材である場合には、その部材の強度が用い
られ、また、当該部材が、床、間仕切壁、外壁などの非
耐力部材である場合には、その部材の防火性能が用いら
れる。また、ブロックＢ２においては、上記の火災後に
おける供用性能を実現するような、爆裂による各部材の
断面欠損の許容量が算出される。さらに、ブロックＢ３
においては、爆裂による断面欠損を許容量以下とするよ
うなコンクリートの水セメント比およびコンクリートに
混入される合成繊維（爆裂防止用材料）の量が決定され
る。

【００１９】次に、図２のフローチャートを参照して、
図１に示した各ブロックＢ１〜Ｂ３において具体的に行
われる手順を説明する。図２中に示すように、まず、ブ
ロックＢ１においては、コンクリート構造物を構成する
各部材（柱、梁や壁など）が耐力部材であるか否かの判
断が行われ（ステップＳ１）、これが耐力部材であれ
ば、火災後にその部材に対して期待される強度性能が設
定され（ステップＳ２）、また、これが耐力部材でなけ
れば、火災後にその部材に対して期待される防火性能が
設定される（ステップＳ３）。

【００２０】また、ブロックＢ２においては、ステップ
Ｓ２において設定された強度性能、および、ステップＳ
３において設定された防火性能を実現するために、各部
材に構造設計上、または、防火設計上必要とされる断面
積や断面の幅寸法等が算定され、これにより、各部材に
対して火災後に許容される断面欠損量が求められる（ス
テップＳ４）。

【００２１】さらに、ブロックＢ３においては、各部材
が耐力部材であるか否かの判断が再び行われる（ステッ
プＳ５）。これが耐力部材である場合には、コンクリー
トに要求される圧縮強度が構造設計上すでに定まってい
るため、水セメント比の調整は行わないこととする。す
なわち、水セメント比の調整可能量を０とし（ステップ
Ｓ６）、この水セメント比においてコンクリートの爆裂
による断面欠損量を許容量以下とする合成繊維の最低混
入量を算定して（ステップＳ７）、この量の合成繊維を
コンクリート中に混練することによって、コンクリート
において発生が想定される爆裂の程度を制御する。

【００２２】一方、ブロックＢ３において、コンクリー
ト構造物の構成部材が耐力部材でない場合には、コンク
リートに問題が生じない範囲において、その圧縮強度を
低減することとし、その場合の水セメント比の調整可能
量を算定する（ステップＳ８）。さらに、ステップＳ８
において算定した水セメント比の調整可能量にしたがっ
て、コンクリートの水セメント比を調整した場合に、合
成繊維を混入しなくても爆裂による断面欠損量が許容量
以下になるかどうかの判断を行う（ステップＳ９）。こ
の場合、想定される断面欠損量が許容量以下となる場合
には、水セメント比の調整のみによって、コンクリート
において発生が想定される爆裂の程度を制御することと
し（ステップＳ１０）、また、水セメント比の調整のみ
によって爆裂による断面欠損量を許容量以下に抑えるこ
とができない場合には、断面欠損量を許容量以下とする
ような合成繊維の最低混入量を算定し（ステップＳ
７）、これにより算定された最低混入量の合成繊維をコ
ンクリートに混練することによって、発生が想定される
爆裂の程度を制御することとする。

【００２３】上述のコンクリートの爆裂制御方法におい
ては、あらかじめ、コンクリート構造物の火災時および
火災後の供用性能を設定しておき、この供用性能を実現
するような爆裂による断面欠損の許容量を算定し、爆裂
による剥離深さをこの許容量内に制御するという構成が
採用されており、このような爆裂による剥離深さを許容
範囲内に制御するにあたっては、コンクリート中に混入
する合成繊維の量とコンクリートの水セメント比との双
方を調整することとされている。

【００２４】従来、コンクリートの爆裂防止策として
は、単純に、コンクリート中に混入する合成繊維の量を
変化させて、爆裂の剥離深さを調整することのみが考え
られていたのに対し、本実施の形態では、それに加え
て、コンクリートの水セメント比を調整することによっ
て、従来に比較して、より正確にコンクリートの爆裂に
よる剥離深さを制御することが可能であり、なおかつ、
この剥離深さを許容範囲内に制御して、構造物の火災安
全性を確保することが可能となる。

【００２５】さらに、従来において、混入する合成繊維
の量を調整するだけでは、爆裂による剥離深さを安全な
範囲内に制御することができないような場合にも、本実
施の形態によれば、水セメント比を調整することによっ
て、対応が可能となる。

【００２６】このように、本実施の形態のコンクリート
構造物の爆裂制御方法によれば、従来に比較して、コン
クリート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上させ
ることができる。

【００２７】さらに、上述のコンクリートの爆裂制御方
法においては、各部材の爆裂による断面欠損量を許容範
囲に抑えるために、まず、コンクリートの水セメント比
を調整することとし、これにより対応が不可能な場合に
は、合成繊維のコンクリートに対する混入量を調整する
こととしている。したがって、単に合成繊維の混入量の
みを調整することによって爆裂の深さを制御しようとす
る場合に比較して、合成繊維の使用量を少なく抑えるこ
とができ、これにより、コンクリート打設の際の作業の
円滑化を図ることが可能となるとともに、経済的な火災
安全設計が可能となる。

【００２８】なお、上記実施の形態において、爆裂防止
材料としてコンクリートに混入される合成繊維の種類と
しては、例えば、ポリプロピレン、ビニロン、ポリエチ
レン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリエチレンテレフ
タレートなどが好適である。また、この場合、繊維の寸
法としては、長さ５〜５０mm程度、太さ１０〜１００μ
ｍ程度のものが、繊維の形状としては、モノフィラメン
トタイプ、網状フィルムタイプ、ストランドタイプなど
のものが好適に用いられる。

【００２９】また、上記実施の形態において、本発明の
主旨を逸脱しない範囲で、その構成の一部を変化させる
ようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るコ
ンクリート構造物の爆裂制御方法においては、コンクリ
ート構造物が火災を受けた場合を想定して、火災時およ
び火災後に該コンクリート構造物に対して要求される供
用性能をあらかじめ設定しておき、この供用性能に基づ
いて、各部材に許容される断面欠損量を算定するととも
に、この断面欠損量に基づいて、コンクリートの水セメ
ント比およびコンクリートに混入する爆裂防止用材料の
量を調整して、コンクリートの爆裂による剥離寸法を調
節することとしている。これにより、従来に比較して、
より確実にコンクリートの爆裂による剥離深さを制御す
ることが可能となり、なおかつ、この剥離深さを許容範
囲内に制御することにより、構造物の火災安全性が確保
できる。したがって、従来に比較して、コンクリート構
造物の火災安全性に対する信頼性を向上させることがで
きる。

【００３１】請求項２に係るコンクリート構造物の爆裂
制御方法は、各部材に許容される断面欠損量の供用性能
との双方に基づいて、各部材を構成するコンクリートの
水セメント比の調整可能量を決定するとともに、この水
セメント比の調整可能量と断面欠損量とから、前記各部
材を構成するコンクリートに混入すべき爆裂防止用材料
の量を決定する構成とされているため、合成繊維の混入
量のみを調整して爆裂の深さ寸法を制御する場合に比較
して、合成繊維の使用量を少なく抑えることができ、こ
れにより、経済的な火災安全設計が可能であるととも
に、コンクリート打設の際の作業の円滑化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるコンクリート構造物の爆裂制御
方法の手順の一例を示すフローチャートである。

【図２】 図１に示したフローチャートの各ブロックを
詳細に示したフローチャートである。

【図３】 鉄筋コンクリートを加熱した実験結果の一例
を示す図であって、コンクリートの水セメント比と爆裂
深さとの関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート構造物が火災を受けた場合
   を想定して、火災時および火災後に該コンクリート構造
   物に対して要求される供用性能をあらかじめ設定してお
   き、該供用性能に基づいて、前記コンクリート構造物を
   構成する各部材に許容される断面欠損量を算定し、該断
   面欠損量に基づいて前記各部材において発生が想定され
   るコンクリートの爆裂による剥離深さ寸法を調整してな
   り、 該調整に際しては、前記各部材を構成するコンクリート
   の水セメント比および該コンクリートに混入する爆裂防
   止用材料の量の一方または双方を調整することを特徴と
   するコンクリート構造物の爆裂制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコンクリート構造物の爆
   裂制御方法であって、前記各部材に許容される断面欠損
   量と前記供用性能との双方に基づいて、前記各部材を構
   成するコンクリートの水セメント比の調整可能量を決定
   するとともに、該水セメント比の調整可能量と前記断面
   欠損量とから、前記各部材を構成するコンクリートに混
   入すべき爆裂防止用材料の量を決定することを特徴とす
   るコンクリート構造物の爆裂制御方法。