ジオポリマー硬化体の物性と構造利用に関する基礎的研究
（３）鉄筋を配置したジオポリマーモルタルはりの曲げ挙動
前田建設工業(株) 正会員 ○松林 卓 正会員 南 浩輔 正会員 舟橋 政司 (公財)鉄道総合技術研究所 正会員 上原 元樹 正会員 佐藤 隆恒
１．はじめに
ジオポリマー法による硬化体は，石炭灰や高炉スラ グなど産業副産物を活性フィラーとして大量に使用で き，かつ一般的なコンクリートと比較して 80％もの CO2削減を可能とする材料 1)として注目されている．
本材料の基礎理論や実用化に向けた研究 2)が近年行わ れているが，構造部材への適用に関する検討例は少な い．
本研究では，ジオポリマー法により作製したモルタ ル(以下，GPモルタルと記す)を用いた鉄筋を配置した 曲げ破壊型のはりを製作し，曲げ試験を実施した．ま た，試験結果から，曲げ挙動の評価に関する検討を行 った．
２．実験概要
使用材料は，活性フィラーとしてフライアッシュⅠ 種(密 度 2.40g/cm3)を ， 細 骨 材 と し て 山 砂(密 度 2.56g/cm3)および砕砂(密度 2.70g/cm3)を，アル カリ溶液として水ガラスと水酸化カリウムを混 合したものを用いた．GPモルタルの配合を表１ に示す．なお，GP硬化体の作製方法は既報2)に 準じて行った．試験体の加温条件は温度 80℃，
湿度90％RHとし，加温後は，温度20℃，湿度 60％RH の恒温恒湿室内で試験材齢(28 日)まで 気中養生を施した．
試験体寸法は10×10×40cmとし，鉄筋を図１に示す ように配置した．試験体数は３体とし，載荷はスパン 30cm の３等分点載荷により行った．試験日における GP モルタルの物性値を表２に，鉄筋の物性値を表３ に示す．計測項目は，荷重，スパン中央部の鉛直変位，
試験体側面の変位，スパン中央部における引張側主鉄 筋のひずみとした．試験体側面の変位測定位置は図２ に示すとおりであり，鉛直変位を計測するための変位 計設置面と反対側の側面において，パイ型変位計を用 いて計測した．
キーワード ジオポリマー，石炭灰，フライアッシュ，産業副産物，CO2削減
連絡先 〒179-8914 東京都練馬区旭町1-39-16 前田建設工業(株) 技術研究所 TEL：03-3977-2241 表１ GP モルタルの配合(kg/m3)
F S AL フロー値(mm)
530 1415 265 234×240 F：フィラー，S：細骨材，AL：アルカリ溶液
100
60 40 40 60
40 40 100
8416
D4 D6
25 50 25
100
100 100
50 50
400
載荷点 載荷点 CL 50
50
支点 支点
（単位： ）mm
図１ 試験体の配筋 表２ GP モルタルの物性値 試験項目 物性値 試験方法 圧縮強度 28.5N/mm2 JSCE-G 505-2010 静弾性係数 11.3kN/mm2 供試体作製：JSCE-F 506
試験方法：JIS A 1149 曲げ強度 3.62N/mm2 JIS A 1106
表３ 鉄筋の物性値 呼び名 降伏点
N/mm2
ヤング係数
kN/mm2 使用箇所
D6 362 194 主筋
D4 388 184 スターラップ
純曲げ区間
100
157015
（単位： ） 変位計測位置
mm 図２ 試験体側面の変位計測位置 土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)
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３．実験結果
(１) 破壊状況および荷重－変位関係
各試験体の荷重－変位関係を図３に示す．試験体は，荷重 13～15kN程度で曲げひび割れが発生し，44～47kN程度で 鉄筋が降伏し，その後，若干荷重が増加した後に圧縮側の GPモルタルが圧壊した．試験終了後の試験体のひび割れ発 生状況の例を図４に示す．３体の試験体の破壊状況に特筆す べき相違は見られなかった．
（２） ひび割れ発生前後における中立軸の変化
代表的な荷重時における部材軸方向のひずみ断面高さ方 向の分布例を図５に示す．ひずみは試験体側面で計測した変 位を検長で除することにより求めた．同図には，一般的な鉄 筋コンクリートはりの理論に基づいて算出した，全断面有効 およびひび割れ断面における中立軸位置（
x
gおよびx
cr）を 併せて示した．同図から，ひび割れ発生荷重である14.8kN 以降，中立軸位置がx
gからx
cr付近に移動していることがわ かる．（３） ひび割れ発生前後における曲げ剛性の変化
曲げモーメント
M
と曲率φ
の関係例を図６に示す．M
お よびφ
は，日本コンクリート工学会規準(JCI-S-003-2007)に 基づいて算出した．同図には，一般的な鉄筋コンクリートは りの理論に基づいて算出した，全断面有効およびひび割れ断 面におけるM
とφ
の関係を併せて示した．同図から，ひび 割れ発生以前の実験値は，全断面有効の曲げ剛性の勾配とほ ぼ一致しており，ひび割れ発生以降にはひび割れ断面の曲げ 剛性の勾配に漸近する傾向が見られる．（４） ひび割れ発生，鉄筋降伏荷重および曲げ耐力
一般的な鉄筋コンクリートはりの理論を用いて求めたひ び割れ発生荷重と変位，鉄筋降伏荷重と変位，ならびに等価 応力ブロックを用いて算出した曲げ耐力（材料係数および部 材係数は1.0とした）を計算値として，実験値とともに図７ に示す．これによれば，鉄筋降伏荷重の実験値が計算値より も大きかったが，荷重－変位関係の計算値と実験値は概ね一 致した．
４．まとめ
鉄筋を配置したGPモルタルの曲げ挙動は，一般的な鉄筋 コンクリートはりと概ね同様であり，鉄筋コンクリートと同 じ理論で曲げ挙動を評価できる見込みが得られた．
参考文献
1) 相原直樹他：鉄道用材料のLCAによる環境評価，鉄道総研 報告，Vol.23，No.6，pp.5-10，2009
2) 上原元樹：ジオポリマー法による環境負荷低減コンクリー トの開発，鉄道総研報告，Vol.22，No.4，pp.41-46，2008
図３ 荷重－変位関係
図４ 載荷終了時のひび割れ発生状況の例
図５ 部材軸方向ひずみの高さ方向分布の例
図６ 曲げモーメント
M
と曲率φ
の関係の例図７ 荷重－変位関係（計算値との比較）
0 20 40 60
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
変位（mm） 荷重（kN）
No.1 No.2 No.3
0 20 40 60 80 100
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 ひずみ（μ）
高さ（mm）
5.1kN 14.8kN 15.3kN 20.3kN 30.3kN 40.2kN
（全断面有効）
xg
（ひび割れ断面）
xcr
0 10 20 30 40 50
0 0.2 0.4 0.6 0.8
変位（mm） 荷重（kN）
No.1No.2 No.3 計算値 曲げ耐力計算値
0 500 1,000 1,500 2,000
0 0.00002 0.00004
曲率 （1/mm）
曲げモーメント M （N・ mm）
実験値 計算値
ひび割れ断面 全断面
有効
cr cI E 1
g cI E 14.8kN 1
曲げモーメントM (kN・mm) φ
土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)
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