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普

_{アノレミニウム合金}

通 丸 鋼

_Z穂

‑‑.J(アノレミニウム合金S種

(宅υ¥}凶

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脳相

m榔 ﹂ ÷

I J 

材 令 ( 週 )

図1.2 付着強度と材令との関係の一例

(水平埋込棒φ25、コンクリー卜 C種 )

‑94‑

次ζi、板材の付着強度ζl関しては、 ，般に認められているように、鋼のj誌のとrli]じく、 アノレミ合金でも、板を立てて埋設した々が水干にした場《よりも強い。そして、断Ifli6 

x 

19mmと9

x 

32 mmのものの聞には、付着強度花 王は認められなかった。また、材令4週 において、鋼とアルミ合金S種 及 びZ種の 3‑/i‑はほぼ等しい付若強度をぶしたが、1'1山 端がすべり始めるときの付着強度は、アルミ合金の方が鋼よりも大きかった。

以

k

のように、アルミ合金とコンクリー卜との付着強度は、適当な材質のアルミ合全 を用いれば、錦]の場合と同程度かそれ以上になるが、付着性状はアルミ合金と鋼とでは 相当な左がある乙とがわかった。

1.4 アルミニウム合金とコンクリートとの付着機構

1.3節の実験から、アルミ合金とコンクリートとの付着性状は、鋼の場子?と非常に異 なる乙とが判明したので、その付着機構を明らかにするため、次のような実験を行った。

1.  4.  1 実験方法

アルミ合金Z種の板ζi接して、水セメン卜比35ゐのセメン卜へーストおよびモルタル (セメン 卜強さ試験用の

J

1 Sモルタル)を打ち込み、それが硬化後、接触部の気泡の 分布状態を調べたO

また、前述の付着強度試験を行った供試体を縦lζ2つ割にして、コンクリー卜と埋込 俸との接触部の状態を調べ、また、埋 込 棒iと付着している物質の化学分析を行った。

1.4.2  実験結果とその考察

アルミ合金とセメントペース卜及びモルタルとの接触部の状態を写真1.1及び万点 1 2 Ic示した。乙れらの供試体を観察すると、アルミ合金とセメントへーストとの化学反

‑9 5 ‑

写真1.1 アルミ合金とセメントペース卜との接触部 写真1.3 アノレミ合金とモルタルとの接触部の拡大写真

写真1.2 アノレミ合金とモルタノレとの接触部 写真1.4 アルミ合金とモルタルとの媛触部の拡大写民

‑96‑ ^‑97一

応によって発生した水素ガスの気泡は、一部はアルミ合金の表面に接しているものもあ るが、大部分は接触面から O.3 '"'"'  1. 5 mmはなれたと乙ろに分布している乙と、そして接 触血ーには、化学反応による生成物が付着している乙とがわかった。アルミ合金とモノレタ ノレとの接触部の拡大写真を写真1.3及び写真 1.4K示した。

次に、付着強度試験後のアルミ合金の表面の一例を写真 1.5K‑、コンクリート面の一 例を写真 1.6 ~L 示した。乙れらを見ると明らかなように、 付着の破壊はアルミ合金の表 面で起乙るのではなく、アルミ合金を覆っている化学反応生成物(スケーノレ)の外側の コンクリー卜の気泡を多く含んでいる多孔層で起乙っている乙とがわかる。しかし、水 素ガスの気泡の発生は、アノレミ合金の表面すべてにおいて一様ではないようで、破壊而 の一部にはスケーノレがコンクリー卜面に付着している部分も見られるO

方、普通丸鋼の付着破壊面を参考までに写真1.7及び写真1.8に示した。鋼では明 らかに、その表面において付着が破壊されている乙とがわかるO

乙のように、付着の破壊機構が、鋼とアルミ合金とでは全く異なる乙とが明らかにな ったが、乙のζとが1.3節で示した付着性状の相違となっているものと思われるO

次ζ 、付着強度試験後のアルミ合金の表面 ii ζ 付着していたスケーノレを分析した結果を

ぷ

1.9 _{~L 示す。}

乙のスケールは、供試体を破壊した後10日余り経過したものであったので、字気中の C02の影響を大きく受けていると思われるが、予想される化学反応としては、セメン

卜より生成されるCa(OH)2により

貞l.5 付着強度試験後のアノレミ合金の表面

10.3  7.5  表1.9 付着強度試験後にアルミ合金の表面に付着

していたスケール中の主な化合物(%)  アノレミ合金の種別

S  Z 

Si02 

2 A 1 + 2 C a ( OH ) 2 + H2 0 ー~ C a 2 A 1 2 05 + 3 H2 

Ca2 A1205 +2C02十3H20+3H2 0‑→2 C aC03十2A 1 (OH) 3  写真l.6 付着強度試験後のアルミ合金埋設部の コンクリート由^a

QO nHU 

nu d  Qd  

が身えられ、更に、木!え応のC(1  ( OH )2もC02とlメ出し、 CaCO:lとなっているもの と思われる。

以上のように、耐食性の強いアノレミ《令を使用しでもコ ンクリート1.11にl[f{め込むと、 アルミニウムとアルカリの化学反応が起乙り、乙れがI可荷のイ、

J

活性状 lζ大きな影響を}文 iましている乙とカ斗コカ〉るO

1.  5 埋め込み深さが付着強度に及ぼす影響と付着応力度の分布

アルミ《金では、コンクリー卜との付着性状が鋼の湯合と異なることが判明したので、

付着強度が埋設深さによってどのように変わるか、そして、付お応ノJ度がどのように分 布しているか、を調べるため、次のような実験を行った。

写真 1.

7

付着強度試験後の丸鋼の表面 1.  5.  1 実験方法

埋込棒のひずみの測定には、Mains，R・M^。66)及び水野 ・渡辺67)の万法ζi準じた刀 法を用いた。すなわち、埋込棒を縦方向に切削して、半円形断面 lζ し、幅 6四、深さ

3.5 mmの溝を切削して、その溝の底ζiゲージ長 5mJlJのストレーンゲージを3"" 5 cm間隔 にシアノアクリレート接着剤(瞬間接着剤CC‑15、市販物)を用いて貼り付けた。

リード線は、徒O.3凹のホリウレタンj文膜の銅線を則し、た。絶縁性をイ考慮して、溝には エポキシ樹脂接着剤を塗り、ワックスを充填した。その後、エオiキシ樹脂接着斉Ijで2本 を接着し、1本の埋込棒と した。

埋込俸はアルミ合金のS種及びZ種、普通丸鋼及び異形丸鋼の4種で、直径は約25凹 であるO また、埋設深さの影響を調べるための実験に用いた埋込棒は、製造後約 1年の アルミ合金Z種及び普通丸鋼の 2種で、直径はφ16及びφ25である。なお、水平均投の 場合には、アノレミ合金Z種のみを用いた。

写真1.8 付着強度試験後の丸鋼埋設部 のコンクリー卜面

供試体は、鉛直埋め込みの場合には、直径が15cm、

i

えさが15、30、50cmの3荷で、J]<

nHu 

nU

 

‑101 

平埋め込みの場合は、断面が15x 15cm、長さが15cm及び:30cmのものを用いた。

コンクリー卜の配合はA種及びB種である^O 供試体の養生方法は1.3.  1節の場合と同様である。

(唱υ¥

百三世宍迫榔と

2D 

引抜試験は、平均付着応力度の増加が毎分30kgf /crrl以下となるようにし、 ストレー ンゲージの読みは荷重を止めて行なった。

実験結果とその考察 1.5.2 

付着応力度の分布

) 

aE

(  EE 

3

・

埋込長(cm)

30 

乙れをみると、

•

付着応力度の分布を測定した結果の代表例を図1.3""'図1.6IL示した。

門出端

普通丸鋼の引張応力度と付着応力度の分布

(材令28日、コンクリー卜A種、図中の数字は引抜力(tf))  ー

・

図1.4

並回

通丸鋼では、引抜力の増加によって付着応力度が自由端の方に及んでも、加力側の付着 鋼とアルミ合金とでは付着応力度の分布形が異なっている乙とがわかるo すなわち、

端"

h n  

H卜に

4

・

埋込長(cm)

1

・

10  zo 

ー‑ 3D 

(唱υ

¥3 5M mf

︑迫越沼野

(唱υ¥

百三 円M m

︑足 糊芋 アルミ合金では、最大付着応力度の山が自由端

応力度は大きく減少する乙とはないが、

100 

zoo 

B 

(唱

υ ¥ E 5 M m R r

皆掛 耕地 割

(唱υ

¥3 5M mR

迫榔芋

図1.5 アルミニウム合金S種の引張応力度と付着応ノ〕度の分布 (材令91口、コンクリ一卜A種、図中の数字は

r n

^抜力(tf))  自由端

異形丸鋼の引張応力度と付着応力度の分布

(材令28日、コンクリートA種、図中の数字は引抜力 (tO)

30 

埋込長(cm)

10 

図1.3

‑103 ‑

ハU

付着強度試験後のアルミ合金埋設部のコンクリート面 (鉛直埋込みにおける表面から約10cm深 さ の 部 分 ) 写真 1.9

自由端

アノレミニウム合金Z種の引張応力度と付着応力度の分布 (材令91口、コンクリートA種、図中の数字は引抜力 Ct f) ) 

ー‑

埋込長Ccm)

1

・

JO 

ー

，

50 

(唱

υ¥

百三

Mm

門ヘ 迫榔 と

図1.6

の方ζl移動するにつれて、加力側の付着応力度が大きく減少することである^O これは付 着機構から予想、される傾向と一致しているo

白端 lζ近づくほど アルミ合金Z種については、最大付着応力度の山の高さが

また、

コンクリートの底の方ほど埋込棒に作用するコンク 乙れは、

顕著に大きくなっているO

ブリージングによる水の付着も少ないので、気泡の量が少なく 強度が大きくなっているも におけるせん断抵抗力が大となるため、付

リー卜の側圧が大きく、 なって、多孔

のと思われるo

宙1.9 t乙見られるように、 コンクリートを破壊して埋込棒との接触面を観察すると、

コンクリ一卜の上部では、多孔層のせん断で付着が破壊されているが、写真 1.10

t c

見ら アルミ合金の表面におけるすべりの痕跡が多く現れている乙と から、上記のζとは推測されるO

部では、

れるように、

付 着強度試験後のアルミ合金埋設部のコンクリート而 (鉛直埋込みにおける表面から約40cm深さの部分) 写真1.10 

F

部ではスケ アルミ合金とスケールとの付着が害されていることを示

‑し、 と部ほどスケールが多量ζl付 方、埋込棒の表面を観察すると、

ールが除かれている面が広く、

S種 乙れは、

S種では小さい。

ζの傾向はアルミ合金Z種において著しく、 している^o

Fhd ハU

‑104 ‑

表l.10  埋込長を変化させた場合の付者強度 (Kgf/cni) 

15 

一

30  50 

4  13  トーー . 

A  A  A  A 

((7印 )￨

1 B 

鉛￨普通丸鋼 ^'P L:::>  41 

，

^{1W)51 (100) ! 32  (78)} 

^I 

⁴⁶⁽⁹²⁾ 128 (侃)

I  ‑ I 

35  φ16  47 (100) 

I 

54  (100) 

I 

40 (84 ) 

φ25  32  (100) 

I 

51  (100) 

I 

28 (86 ) 

I 

39  (76 )  自￨ Z 

φ16  36  (100) 

I 

49 (100) 

I 

32  (89) 

I 

42  (86 )  18  I  I 30  φ16  29 (100)  35  (100)  22  (77 ) 28 (81 ) 

平 Z φ16  23  (100)  38 (100)  17 (73)  27 (70) 

〔注) (  )内は埋込長15cmの場合の付着強度ζl対する百分率

写真l.11  付着強度試験後のアルミ合金の表面(

2

年間室内放置 lとより自然酸化させたアルミ合金Z種を用いたもの) (鉛直埋込みにおける表面から約40cm深さの部分)

は大差はないようであるO 付着機構の両者の相違からは、アノレミ合金ではこの減少傾向 は大きいことが予想されるのであるが、 (1)で示したコンクリー卜の下部における付行の 増大によって、鋼の場合と大差のない傾向を示したものと考えられるO

水平埋込の場合 iζ は、アルミ合金Z種では、埋込長の増加による付着強度の減少傾向 は、鉛直埋込の場合よりも大となっている。ζれは前述の理出から説明できる傾向とー では気泡がZ種よりも発生しやすいので、本実験程度の上部と下部における条件の差で

では、Z種ほど大きな付着強度の差を示さなかったのではないかと思われるO

しかし、Z種及びS種においても、乙れらを2年間室内に放置して、充分表面を酸化 させたものは、気泡の発生が少なく、付着の発生が少なく 、付着応力度の分布は普通丸 鋼の場合の分布 lζ 近づいており、付着強度も大となった。付着強度試験後の埋込棒の表 面を写真 l.1UC示したが、アルミ合金の表面におけるすべりが相当生じている乙とがわ

致する^O

乙のように、アルミ合金においては、埋込長が長い(50cm程度)場合には、鉛

L t l

理込 では、付着強度の減少は鋼の場合と大差がないと考えてよいが、水平埋込では、鉛白均 込の場合よりも減少傾向が大なることを考慮しなければならない。

1. 6 ま と め かるO

(2)埋込長と付着強度との関係

本研究 lとより得られた結果をまとめると次のようになる^O

(1 ) アルミ合金とコンクリー卜との付着性状は、鋼の場合と異なっている乙とが明らか

となった。すなわち、鋼の場合には、付着強度試験において、ド!由端がすべり始めても 引抜力は一般 lζ 増大するが、アノレミ合金の場合には、自由端がすべり始めると引抜力は 急速に減少するζとが多い。

埋込長を変化させて付着強度を測定した結果を表l.10IC示した。鉛直埋込の場合につ いては、埋込長の増加による付着強度の減少傾向は、普通丸鋼とアルミ合金Z種の聞に

nh U 

ハU ‑107 ‑

ドキュメント内 道路材料の特性に関する基礎的研究 (ページ 52-59)