ガラス繊維補強コンクリートの材料特性-香川大学学術情報リポジトリ

ガラス繊維補強コンクリートの

材料特性

豊福俊英，藤原達也＊，吉岡伸弘＊＊

Effects of Material Properties on Glass Fiber Reinforced Concrete

byToshihideToYOFUKU，TatsuyaFuJIWARAandNobuhir’OYosHIOKA ThemechanicalpropertiesofGlassfiberreinforcedconcrete（GFRC）depend on thetype，1ength，and volumeofglass丘bers，matrixcomposition，fabricationmethod，Curingregimenandstorageconditions Inthepresentstudy，effectsofmaterialproportion（1engthandvolumeofglass丘bers）ontheGFRChave beenexaminedTestspecimenswerecastusingordinar・ypOrtlandcement，fourdifferentvolumecontent Tocomparethebehavior・OftheGFRCwithplainconcrete（controIspecimen：W／C＝0．50，Slump＝20cm， Aircontent＝20％，Compressivestrengthattheageof28days＝350kgf／cm2）Resultsofanexperimental investigationtodeterminetheworkability（slumpandVBtest）andtheflexuralandcompressinestrengthof theGFRCarepresented 摘 要 ガラス繊維補強コンクリートの特性は，ガラス繊維のタイプ，長さ及び畳によって，またマトリクスの構成，製 作方法，養生及び保存方法によって影響を受ける． 本研究では，ガラス繊維の長さおよび量（コンクリートの容横比）の効果について試験した．試験用供試体は普 通ボルトランドセメントを使用し4種類の容積畳について作製した．ガラス繊維補強コンクリ・−トはプレーンコン クリート（コントロ・−ル試験体）と比較した．実験的研究の結果は，ワーカビリチ（スランプ及びVB試験）及び 曲げ及び圧縮強度について報告した． 1い は じ め に

コンクリートを耐アルカリガラス繊維で補強したガラス繊維補強コンクリート（Glass Fiber．Reinforced Con− crete：以下，GFRCと略記）は，セメントコンクリート系の新しい複合材料であり，土木分野（1）−（7）及び建築分野（8〉−（14） での基礎的な研究が行われてきた（15）．これはガラス繊維を用いて脆性材料の強化を目的とするものであり，コンク リ・−トの曲レヂ強度，引張強度，衝撃強度及び掛性を向上させることが期待できると考えられる．その場合，使用さ れるガラス繊維の材料特性として，耐アルカリ性を有すると共に，引張強度が高くかつ弾性率が高いことが要求さ れる． ＊現在 立花工業㈱ ＊＊現在 青葉工業㈱

74 _{香川大学農学部学術報告 第42巻 第1号（1990）} 2．．研 究 目 的 本研究では，ガラス繊維をコンクリートの補強材料として利用する場合のGFRCのコンシステンシーおよび力学 的特性等の材料特性について実験的に検討する． 最初に，プレミックス法により練り混ぜたGFRCのコンシステンシーに関しては，繊維長さ，繊維混入量および 水セメント比を要因として，スランプおよびVB試験を行った． 次に，前述の要因と同じものについて，GFRCの硬化後の材令28日の圧縮，曲げ，引張強度及び弾性係数試験を 行い，その力学的特性について実験的に検討する． 3．実験計画および使用材料 31実験計画 本実験は，表1に示す，次の2つのシリ ーズからなる．この表において，繊維混入 量とは，セメント重畳に対する重畳百分率 で示した． Ⅰシリ・−ズでは，水セメント比（W／C＝ 50％）を一定として，繊維長さおよび繊維 混入量を要因として実験を行った． ⅠⅠシリ1−ズでは，繊維長さ（25m）およ び繊維混入量（2．0％）を一足として，水セ メント比を45から65％まで変化させて実験 を行った． 3 2 使用材料 32．1 セメント 住友セメント社製の普通ポ／レトランドセ メントを使用した．

322 骨 材

粗骨材および細骨材は，それぞれ砕石お よび海砂と山砂の浪合砂で，その物理的性 質を表−2に示す． 表−1 実 験 計 画 要 因 ガラス繊維＊ シリ−ズ 水セメント比 供試体番号 W／C（％） 長 さ （mm） 混入盈 （％） 0 50 2 10 50 3 〃 20 〃 4 〃 30 〃 5 〃 50 〃 6 25 10 50 7 〝 20 〃 8 〃 30 〃 9 〃 40 〃 10 〃 50 〝 36 10 50 12 〃 20 〃 13 〃 30 〃 14 〃 50 〃 15 25 20 45 7 〃 〃 16 〝 〃 55 17 〃 〝 60 18 〃 〃 65 ＊チョップドストランドの耐アルカリガラス繊維 表−2 骨 材 の 物 理 的 性 質 種 別 比 重 最大寸法 （m） 各ふるいに残る重畳百分率（％）

15 10 5 25 12 06 0一3 015 受 皿

粗粒率 F M 細骨材 254 0 6 18 41 88 99 100 2．53 粗骨材 256 10 0 25 98 100 100 100 100 623

旭硝子社製のチョップドストランドの耐アルカリガラス繊維（商品名：アルファイバー（セミフィル））で，比重 2．0，繊維長さ13，25及び36mmのものを使用した．また，その化学組成を表−3に示す．

表−3 耐アルカリガラス繊維（アルファイバー）の化学組成

化学組織 SiO2 A1203 Na20 Zr02 CaO K20 MgO B203

重 畳（％） 62−5 01 144 167 56 （注）旭硝子社の技術資料より転記した 32．4 氷 水道水を使用した． 32．5 混和剤 標準型の減水剤（商品名：ポゾリス恥．70）をセメント量の2．5％使用した． 3“3 配 合 実験に使用したプレーン及びGFRCの配合を表−4に示す．プレーンコンクリート（ガラス繊維の混入していない もの，供試体番号No．1）は，目標スランプ20cm，空気塵20％，圧縮強度350kgf／cがとなるように試験配合で求めた ものである． 表−4 示 方 配 合 表 水セメント比 位 孟 （短／が） 備 考 配 合 シリ1−ズ W／C

S／a

供試体番号 水 セメント 細骨材 粗骨材 繊 維 混和剤＊ 単 50 512 196 392 857 823 9“80 Nα1 50 512 196 392 856 821 3．92 9小80 m2，6，11 50 512 196 392 854 819 784 9小80 恥3，7，12 50 512 196 392 852 817 1176 980 鵬．48，13 50 512 196 392 850

815 1568 980 恥9

50 51小2 392 848 813 1960 980 NG5，10，14 45 512 196 436 834 802 872 10小90 恥15 50 512 196 392 854 819 784 9．80 No．7 55 512 196 356 868 833 712 890 Nα16 60 512 196 327 881 847 654 818 恥17 65 512 196 302 892 857 604 L7小55 恥18 （注）＊標準型の減水剤（ポゾリス恥70）で減水率10％ 34 供託体の作製 34．1練りまぜ 練りまぜは容畳50ゼの強制練り授拝機ミキサ（マルイ社製）を用いて行った． プレーンコンクリートの場合は，細骨材および粗骨材を投入し30秒間まぜ，次にセメントを投入し30秒間まぜた 後，ミキサを回転状態のまま水を投入し120秒間練りまぜた． −一方，GFRCの場合は，水の投入まではプレーンコンクリートと同様に行い，水の投入後30秒間まぜた後，ミキ サを回転させたままガラス繊維を手で分散させながら投入し，投入が終った後さらに90秒間練りまぜた．

香川大学農学部学術報告 第42巻 第1号（1990） 76 342 コンシステンシー試験方法 練りまぜが終ったフレッシュコンクリートは，ミキサから練り板に取り出し，手練りで再度全体を授拝後，コン システンシー試験を行った．また，次に述べる強度試験用供試体も同時に作製した． コンシステンシ・一試験は，「丁ISAllOlコンクリートのスランプ試験方法」に従ってスランプ試験を，さらに丸 束製作所製ピービーコンシストメータを用いて振動数3600回／分，中位のウエイト（スエーデン標準）による振幅 でVB試験を行った． 3“43 強度試験用供試体の作製および強度試験方法 342のコンシステンシー試験と同じ練り板に取り出したコンクリートを，それぞれの強度試験用型枠に打ち込ん だ後，テ・−ブルバイブレータを用いて振動締め固めを行い，圧縮，曲むデ及び引張強度試験用供試体を各々3体作製 した．強度試験用供試体は28日間実験室内に放置（空中養生）した後，強度試験を行った．まだ弾性係数試験は， 圧縮強度試験と同時に検長60mmのヒズミゲ・−ジを用いて測定し，1／3割線ヤング係数により求めた． 4，．実験結果および考察 411シリーズ：級維長さおよび混入量の影響 411コンシステンシー試験結果 スランプ試験およびVB試験結果を，表−5 及び図−1L∼2に示す． スランプは繊維混入量の増加と共に急激に小 さくなり，繊維混入畳3．0％付近で繊維長さにか かわりなく1Ocm程度となった．繊維混入量0 ∼3．0％の間では繊維長さの長いもの程，同一L繊 維混入量に対して，小さいスランプ値を示した． また，繊維混入堂が3．0％以上になると繊維長さ の違いにかかわらずスランプは1Ocm以下であ った． これに対して，VB値はスランプが1Ocm以 上，すなわち繊維混入盈30％までは，繊維長さ 13及び25mmの間には違いが認められないが繊維 長さ36cmの場合幾分大きく，繊維混入盈2．0％に おいて後者は前者の2倍程度の値を示した．ま た，繊維混入量が30％以上の場合，繊維長さが 13及び25cm程度と比較して36mmの場合，さらに 大きな値を示し，繊維混入量30％において，繊 表−5 フレッシュコンクリート試験結果 供試体 ガラス繊維 スランプ V B 値 シリ・−ズ 長 さ （mm） 混入盈 （％） 番 号 （cm） （sec） 195 6 13 1一0 100 10 〃 2．0 60 26 4 〃 30 10 40 5 〃 50 05 150 6 25 10 100 13 7 〃 20 40 22 8 〃 30 10 40 〃 40 05 51 〃 5．0 05 207 36 60 23 12 〃 20 20 44 13 〃 3−0 1小0 93 14 〃 50 05 519 15 25 20 15 92 7 〃 〃 20 22 16 〃 〝 10 45 17 〃 〃 20 53 18 〝 〃 15 29 維長さ13mmの場合に比較して25及び36mmのVB 億はそれぞれ，1及び23倍であったのに対し，繊維混入盈50％の場合さらにその比は大きくなり1．4及び3け4倍で あった．したがって，繊維長さ36mmの場合，繊維長さ25m以下の場合に比べて，コンクリート打設時の振動締め囲 めには，より一層の注意が必要と思われる．

︵∈U︶．卜 ．＼ 1卜10 ベ 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 繊維混入量（％Wt対セメント） 10 20 30 40 50 繊維混入量（％Wt対セメント） 図−1繊維混入量とスランプとの関係（Ⅰシリーズ） 図−2 繊維混入量とVB値との関係（Ⅰシリーズ） 412 強度試験結果 強度試験および弾性係数試験結果を，表一6および図−3∼6に示す． 圧縮強度は，繊維長さ25および36mmの場合には繊維混入急に関わらずほぼ同じ値を示した．しかし，繊維長さ13 表−6 硬化コンクリート試験結果 ガラス繊維 シリ− ズ 供試体番号 圧 縮 強 度 曲 げ 強 度 引 張 強 度 弾性係 数 （mm）

さ 混入盈 （％） b t 。×10

355 408 28一1 253 2 13 10 321 335 296 1−66 〃 2一0 323 37−9 26．1 170 4 〝 30 469 296 172 5 〃 5一0 279 462 267 133 6 25 10 396 332 294 249 7 〃 20 386 468 335 229 8 〃 3．0 365 433 318 208 9 40 355 474 348 203 10 〝 5．．0 407 532 357 219 36 382 414 27小0 2小07 12 20 330 405 24小5 1−77 13 〟 376 417 302 196 14 〃 50 345 567 333 155 15 25 20 348 41一8 276 171 7 〃 〃 386 46小8 335 229 16 〃 〃 265 371 272 141 1L7 〃 〃 210 325 233 129 18 〃 〃 204 299 225 126

78 _{香川大学農学部学術報告 第42巻 第1号（1990）} mmの場合には，圧縮強度は繊維混入量の増加に伴い若干低正する傾向が認められ，例えば繊維混入量50％では全く 繊維を混入していない場合の79％程度の強度を示した． 曲げ強度は，いずれの繊維長さに対しても，繊維混入量の増加につれて大きくなる傾向を示した．しかし，繊維 混入盈10∼20％までにおいて，繊維を混入しない場合と同程度，あるいはそれ以下の強度を示すものもあった． 引張強度は，繊維長さ13mmの場合繊維混入量が増えてもほぼ山定の値を示したが，繊維長さ25mの場合大きくな る傾向を示し，繊維混入量50％において，繊維を混入しないものと比較して，約13倍の強度増加を示した．また 綾 織推長さが36mmの場合も，25mmの場合よりその増加割合は小さいが，大きくなる傾向を示し，繊維浪人盈5・0％にお いて，繊維を混入しないものと比較して，約1“2倍の強度増加を示した． 弾性係数は，3種類の繊維長さ共に，繊維混入量の増加と共に低下する傾向を示した． 400 盲 ＼ 苫300 鱒 封 200 集 出100 0 10 20 30 40 5。0 繊維混入量（％Wt対セメント） 1．0 20 3り0 40 50 繊維混入量（％Wt対セメント） 図−4 繊維混入量と曲げ強度との関係（Ⅰシリーズ） 図−3 繊維混入量と圧縮強度との関係（Ⅰシリーズ） 10 20 30 40 50 繊維混入量（％Wt対セメント） 図−6 繊維混入畳と弾性係数との関係（Ⅰシリーズ） 10 20 30 40 50 繊系臣混入畳（％Wt対セメント） 図−5 繊維混入量と引張強度との関係（Ⅰシリーズ）

42“1コンシステンシー試験結果 スランプ試験およびVB試験結果を，表一5および図−7∼8に示す． 両図から，水セメント比はほとんどスランプおよびVB値に影響しない結果を示した．しかし，これはここで行 ったスランプが0∼2cm付近の硬練りのコンクリ・−トであったため羞がでにくかったことも−・困と考えられる． ︵8︶○卜八恥ベ 繊維長さ 25mm 繊維混入景20％ 45 50 55 60 水セメント比W／C（％） 65 45 50 55 60 水セメント比W／C（％） 65 図一7 水セメント比とスランプとの関係（ⅠⅠシリーズ）図−8 水セメント比とVB値との関係（ⅠⅠシリーズ） 4．22 強度試験結果 圧縮，曲げ及び引張強度及び弾性係数試験結果を図−9及び図一10に示す． 圧縮強度は，図一9に示すように繊維を混入しない場合と同様にセメント水比C／Wが大きくなるにつれてほぼ直 線的に増加する傾向が認められた． また，曲げ及び引張強度も，図−10に示すように，圧縮強度の場合と同様に，セメント水比C／Wが大きくなるに つれてほぼ直線的に増加する傾向が認められた． さらに，弾性係数は図一9に示すように圧縮強度の増加に伴って，セメント水比C／Wが大きくなるにつれてほぼ 直線的に増加する傾向が認められた． 5 3 4 ︵葛＼−聾者ヨ×︶森 50

．t：

． ＿ ＿ ○ ・○一一Ⅶ 盲＼琶︼︶噸悪牒一かb叫第一壷 40 30 墜 単20 散 10 0 20 1．5161718192021222．3 セメント水比C／w 図−9 セメント水比と圧縮強度および弾性係数と 図−10 セメント水比と曲げおよび引張 の関係（ⅠⅠシリーズ） _{強度との関係（ⅠⅠシリーズ）}

香川大学農学部学術報告 第42巻 第1号（1990） 80 5．結 以上の結果をまとめると次のとおりである． 1）スランプ試験結果：ここで用いた3種類の繊維長さすべてにおいて，繊維混入量の増加に伴ってスランプが低 下した．その場合，繊維混入量が同一・ならば，繊維長さの長いもの程スランプは小さな値を示した． 2）VB試験結果：繊維長さが36mmの場合，繊維長さが25mm以下の場合に比べて，コンクリ1−ト打設時の振動固めに より一層の注意が必要と思われる． 3）曲げ及び引張強度はすべての繊維長さにおいても，ほぼ繊維混入畳の増加につれて，直線的に増大した．しか し，圧縮強度は繊維を混入しないものと比較して，同程度あるいは若干小さな値を示した． 4）セメント水比C／Wと圧縮，引張及び曲げ強度とはいずれもほぼ境線関係を示し，C／Wの増加につれてこれら の3つの強度も増大した． 終わりに，本報告は1984年に行った実験についてまとめたものである．筆者らは耐アルカリガラスをはじめ新素 材のコンクリ・−トヘの有効利用の検討を行っており，その一環としてここに報告するものである． 参 考 文 献 （1977） （9）大東，三嶋，田原：ガラス繊維強化セメントの凍 結融解抵抗性，第1回コンクリートエ学年次講演 会講演論文集，（1979） （9）三嶋，岸谷，友沢，菅原，入江，−・家：GFRCの 曲げ試験方法の提案，日本建築学会昭和54年度大 会，183−184，（1979） ㈹ 友沢，菅原，三嶋，−豪：GRCの曲をデ試験方法に 関する研究，第5回コンクリ・−ト工学年次講演会 講演論文集，21−24，（1983） （川 平眉，友沢，秋浜，石井：GRCの引張試験におけ る載荷方法と試験体寸法，第5回コンクリ、−ト工 学年次講演会講演論文集，25−28，（1983） （12）有坂，西，青木：GRC（ガラス繊維混入モルタル） の調合と2∼3の物性について，日本建築学会昭 和55年慶大会，317−318，（1980） n3）有坂，西，青木：GRCの曲げクリ1−プ性状に関す る1実験，日本建築学会昭和57年慶大会，23−24， （1982） （14）横山，友沢，田中：GRC用ガラス繊維の耐久性評 価試験方法に関する研究，日本建築学会昭和57年 度大会，33−34，（1982） （15）セメント協会繊維補強コンクリート研究専門委貞 （1）仁腰二，鵜飼，児玉：ガラス繊維補強コンクリート に関する2，3の実験，第32回土木学会年次学術 講演会概要第Ⅴ部，138−139，（1977） （2）出口，三瀬，真嶋：グラスファイバ・−コンクリー トの力学的性状に関する実験的研究，第35回土木 学会年次学術講演会概要集第Ⅴ部，（1980） （3）三瀬，共鳴，出口：ガラス繊維補強コンクリート の各種要因下における流動特性および力学的特性 に関する研究，第36回土木学会年次学術講演会概 要集第Ⅴ部，（1981） （4）三瀬，真嶋，出口：ガラス繊維混入量と流動性に 関する実験的研究，第3回コンクリートエ学協会 年次講演会論文集，217−220，（1981） （5）三瀬，真鴫，出口：ガラス繊維補強コンクリート の流動性に及ぼす各種要因の影響について，セメ ント技術年報第35巻，505−509，（1981） （6）三瀬，真嶋，出口：GFRCの引張強度について， 第37回土木学会年次学術講演会概要集第Ⅴ部，257 −258，（1982） （7）三瀬，共鳴，由川：GFRCのせん断特性について， セメント技術年報第36巻，401−404，（1982） （8）和泉：耐アルカリ性ガラス繊維補強セメントに関 する研究，日本建築学会昭和52年度大会，23ト232，