In order to clarify the bond behavior of FRP bars under high temperature, pull-out tests were conducted changing FRP bar type (Carbon and Aramid), temperature, and concrete strength. It is concluded that the bond behavior of FRP bars under high temperature was deteriorated by softening of resin.textapplication/pdfdepartmental bulletin pape

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サトウ, ヒサシ

スミダ, アツシ

ムツヨシ, ヒロシ

佐藤, 尚

睦好, 宏史

角田, 敦

Japanese

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r炭素･アラミド繊維棒材を補強筋に用いたコンクリー ト部材の耐火性能に関する研究FireResistanceofConcreteMembersReinforcedwithCFRP/AFRPBars睦好 宏史 1*､佐藤 尚2､角田 敦 3HiroshiMutsuyoshi1,HisashiSato2,AtsushiSumida31埼玉大学教授 工学部建設工学科DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,SaitamaUniversity2埼玉大学大学院 理工学研究料DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,SaitamaUniversity3東 レ･デュポン株式会社DUPONTITORAYCO_,LTDAbstractInordertoclarifythebondbehaviorofFRPbarsunderhightemperature,pul10uttestsWereconductedchangingFRPbartype(CarbonandAramid),temperature,andconcretestrength.ItisconcludedthatthebondbehaviorofFRPbarsunderhightemperaturewasdeterioratedbysofteningofresin.KeyWords:fireresistance,carbon,aramid,resin1.はじめに近年､FRPロッド (連続繊維補強材)は軽量かつ高強度で腐食 しない等の特長を持ち､また非磁性であるため鉄筋に替わるコンクリー トの補強材やプレス トレスコンクリー トの緊張材 として注 目されている｡FRPロッドを建築･構造物に用いるためにはFRPの耐火性を明 らかにしてお く必要がある｡一般にFRPロッドの耐火性を評価するには高温下においてFRPロッドに含浸されている結合材の劣化が予想されるために､コンクリー トとの付着性状が低下することが予想される.本研究は､FRPロッドの種類､コンクリー ト強度､加熱温度が付着特性に及ぼす影*〒338-8570 さいたま市下大久保 255電話 :048-858-3553E-mail:mutuyosi@mtr.civil.saitama-u.ac.jp105響を比較･検討 し､高温下における付着特性の劣化メカニズムを解明することを目的とした｡2.実験概要2.1 使用材料および配合本実験に用いたコンクリー ト強度は 3種類 (A:低強度､B:中強度､C:高強度)で､コンクリー トの配合及び強度を表-1に示す｡なお､使用 したセメン トは早強ポル トラン ドセメン トである｡また､実験に用いた補強材は鉄筋､FRPロッド(炭素繊維､アラミド繊維)である｡表面形状は､炭素繊維がより線状のものと組紐状のもの､アラミド繊維は組紐状のものを用いた｡それ らの力学的特性等を表-2に示す｡表-1 コンクリー ト示方配合粗骨材の最大寸法 記号 水セメント比 単位量(kg/m3) 圧縮強度(mm) W C(%) 水 セメント細骨材 粗骨材 (MPa)20 A 50 201 402 704 887 40B 4 53 667 40 5C 33 201 604 630 794 60表-2 補強材の材料特性記号 表面形状 公称断面積 有効断面積 比重 引張強度 弾性係数 破断伸び 熱膨張係数(mm2) (mm2) (kN/mm2)(kN/mm2) (%) (10~6/oc)CFCC(炭素)より線状 102.8 76 1.5 2.25 143 1.6 0.6FRP(アラミド 組紐状 127 127 1.3 1.12 68.8 1.3 -2.0CFRP(炭素) 組紐状 170 170 1.5 1.86 411.6 1.9 0.6表-3 供試体要因供試体名称 補強材 目標温度 コンクリート(oC) 圧縮強度CC-N-A CFRP-1(より線) 常 温 ACC-N-B BCC-N-C CCC-1-A 100 A2R 200(冷間)CC-15-A 150 Aち BCC-15-C CA-N-A AFRP(組紐) 常温 AA-N-B BA-N-C CA-1-A 100 A2 200A-2-B BA-2-C C2.2 供試体図-1に示す供試体を用いて補強材 とコンクリートとの付着試験を行った｡コンクリー トの供試体寸法は直径 150mm､高さ300mmの円柱供試体である｡補強材を供試体中央に配置し付着区間はコンクリート円柱中央部で 44mm とした｡この付着長さは補強材が破断する前に付着破壊が生じる長さとして設定した｡また､荷重端側と自由端側の非付着区間は銅パイプ又は塩ビパイプで付着が生じないようにした｡早期の割裂破壊防止のために､螺旋筋 D6を径供試体名称 補強材 目標温度(oC) コンクリート圧縮強度CR-N-A CFRP-2(組紐) 常 温 ACR-N-B BCR-N-C CCR-1-A 100 A15 150CR-2-A 200 AB BCR-2-C CS-N-A 鉄筋 常温 AS-N-B BS-N-C CS-1-A 100 AS-2-A 200 AS-3-A 300 AB BS-3-C C100m ピッチ40m で配置した｡2.3 連続繊維補強材の引抜き試験付着試験は連続繊維補強材とコンクリー トとの付着強度試験-JSCE-E539-1999-[1]に準じて行った｡供試体はマン トルヒーターを用いて所定の温度まで加熱 し､目的温度に達した時点で保温しながらジャッキにより引抜き試験を行った｡試験は､補強材がコンクリー トから30mm以上引抜けるか､もしくはコンクリー トが割裂破壊 し荷重が大きく低下するまで計測を続けた｡計測は､変位計による自由端変位の106ド測定､コンクリー ト内部温度を熱電対により3箇所で測定､補強材にはひずみゲージによるひずみ測定を行った｡ここで供試体の加熱温度は､常温 (約20℃)､100℃､150℃､200℃､300℃の4通 りとした｡実験要因は表-3に示す｡lp⊥定着具 205:o f .慧 'FN) 巨 ずみゲージ｣対｢ブー ト端変位 ''::'.-'::..:i.;■●●.. - - 1: 5 T....二㌧ヽ 4 2741:51●●●■●■■●● ●●~ i1 26図-1 供試体寸法3.実験結果と考察鉄筋､FRP(CFRP-1､AFRP､CFRPl2)について､強度 A (低強度)における荷重と自由端変位関係を図-2に示す｡また､図13に各温度での平均付着応力度を示す｡3. 1 鉄筋自由端変位がおよそ 2m で付着強度は大きく低下している｡自由端変位が 10mmでは､ほとんどの供試体で 10kNまで低下し､最終的には lkNまで低下しており､節がコンクリー トを徐々に削ることによる摩擦力の低下と推測され､引抜きの際にはコンクリー ト片の落下も確認された｡この現象は鉄筋を用いた供試体で顕著に見られた｡温度の影響は最大荷重にほとんど影響を及ぼさず､これに比べてコンクリー ト強度の影響が大きいことが分かった｡ 高10708642086420211111(Nq);#5 10 15 20自由端変位量(mm)炭素繊維(より線)5 10 15 20自由端変位量(mm)アラミド繊維(組紐)5 10 15 20自由端変位量(mm)炭素繊維(組紐)臣 cS二Tol.A_ACC-200R-A0 5 10 15 20自由端変位量(mm)図-2 強度A (低強度)での荷重一自由端変位量温下においては､コンクリー ト強度が低下すると付着性状も低下している｡最村柵 て惰応力度2ⅦCX)～'2.5∞墓10!bO0 ∩ 国常温■1∞度□ 502m:支X)皮図一3 各温度での平均付着応力度3.2 連続繊維補強材3.2. 1 CFRP-1(より線)自由端変位 2m 前後で最大荷重をとった後､荷重値が変位で約 5mm ごとに上下する現象が見られる｡これは､より線状の表面形状に起因していると考えられる｡つまり､より線状のために引抜き時にロッド自体にねじれが生じ､このねじれにコンクリー トが耐えられなくなるまでコンクリー トが削れることはなく引抜かれることになる｡ しかし 150℃ではこの現象はみられず､これは結合材のエポキシ樹脂の軟化による結合力低下によると思われる｡また､コンクリー ト強度よりも温度の影響が大きく､これは温度上昇によるエポキシ樹脂の軟化による､表面ラッピングと繊維の結合力低下と思われる｡3.2.2 AFRP (組紐)常温では､荷重は最大荷重の後､緩やかに低下しているが､200℃では急激な低下が見られる｡これは樹脂の軟化により結合力がほとんど期待できず付着部分全体がほぼ同時に摩擦力に移行 したと考えられるo温度の影響は著しく､これは CFRP-1に比べ､その変化も大きい｡また､コンクリー ト強度が高いほど温度の影響を強く受けていることが分かった｡3.2.3 CFRP-2(より線)CFRPは表面形状が AFRPと同様であるにもかかわらず AFRPとは異なった結果となった｡これは弾性係数の違いに起因していると思われ､CFRPは弾性係数が大きいためにコンクリー トを削りながら引抜かれていると考えられる｡また､コンクリー ト強度の影響よりも温度による影響が大きく､AFRP と同程度の付着特性の低下を示している｡4.まとめ1)鉄筋の付着性状はコンクリー ト圧縮強度による影響が大きく､高温時においてもコンクリー ト強度が低下することにより付着強度が低下する｡2)CFRP-1では､樹脂の軟化に伴い結合力が低下し､表面形状が維持できなくなり表面のラッピングの剥離により付着強度は大幅に低下｡3)AFRPは､樹脂が軟化することにより結合力は低下し熱膨張が大きいためにAFRP表面の剥離から付着性状は低下する｡4)CFRP-2は､樹脂がガラス転移点温度を超えた後､樹脂の軟化に加え､弾性率が高いことからコンクリー ト強度の低下の影響により付着性状が低下｡以上から､高温下におけるFRPの付着性状の低下の主な原因は樹脂の熱による劣化である｡FRPの軸直角方向の熱膨張率は鉄筋の 2-4倍であるため付着性状は良好になると思われるが樹脂の劣化によりその影響はほとんど認められなかった｡5.参考文献[1]コンクリー ト標準示方書 [規準編]､土木学会､pp.264-266､1999[2]土木･建築分野の繊維強化複合材料 :監修 連続繊維を利用したコンクリー ト系複合材料(CCC)研究会 会長 中辻照幸[3]防耐火 wG 耐熱特性 swG 活動成果(1):東レ･リサーチセンター[4】連続繊維補強材の高温時付着試験 報告書 :清水建設株式会社108

炭素・アラミド繊維棒材を補強筋に用いたコンクリート部材の耐火性能に関する研究

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