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Mechanical Properties of DFRCC


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[文献]
短繊維によるコンクリート補強(FRC)
コンクリートは引張に対しては脆性的(もろい)であり、延性材料である鉄筋と 併用することにより互いの長所を生かしてコンクリート構造物を構成している。 コンクリートの引張能力を期待することができれば、新しい構造形態の可能性がある。 従来から、鋼製の短繊維を使用して引張強度を期待したコンクリート(SFRC)が 使用されてきた。
DFRCC
近年、ビニロン繊維やポリエチレン繊維を使用した、引張強度よりも引張靭性(伸び能力)を 期待した高靭性繊維補強セメント系複合材料(DFRCC)が開発されている。通常のコンクリートの ひび割れ歪が数百μであるのに対して、数%の伸び能力を期待しようとするものである。
DFRCCの一軸引張試験
DFRCCの伸び能力を検証しようとしても、現在ではその評価方法が確立されていない。 信頼できるデータを得ることができるよう、 「ダンベル型」供試体の作製、一軸引張実験を行う。
DFRCCの曲げ試験
ダンベル型供試体の引張試験とあわせて、より供試体の作製が容易で、 加力を行いやすい角柱供試体を作製し、曲げ試験を行う。DFRCCの破壊エネルギーの評価が可能である。
単繊維の引抜試験
DFRCCの引張靱性は、マトリックスを架橋する繊維の架橋性能に支配される。繊維の架橋性能は、1本1本の 単繊維のマトリックスからの抜け出し特性によって決まる。抜け出し特性は、繊維とマトリックスの 付着性状、引抜力と繊維が角度を有することによって生じるスナビング効果に影響されると考えられる。 基本的な単繊維の抜け出し特性は、単繊維の引抜試験によって求めることができる。
引抜試験の結果
引抜試験の結果より、試験体厚さ(付着長)が大きいほど、また、角度が大きいほど引抜荷重が大きくなる様子がわかる。
架橋則の計算
単繊維の引抜性状をモデル化し、マトリックス中の繊維の引き抜き力を足し合わせることによって引張応力−ひび割れ幅関係(架橋則)を計算する。
(架橋則計算用プログラムはこちら

繊維配向の可視化
力の作用する向きに対して繊維が有効に配向していないと、想定する十分な引張靱性が得られない可能性がある。 DFRCCの結合材(マトリックス)は、繊維の分散性を確保するために粘性が大きいので、マトリックスの流れ場によって 繊維の配向性が影響を受けると考えられる。セメントマトリックスを模した水ガラスを用いて、繊維配向の可視化を行う。
繊維配向の可視化
画像処理により、色のついたターゲット繊維の座標情報を取得し、繊維の配向角度の分布状況を検討する。 マトリックスの流れによる配向性の影響度を把握するとともに、流れを制御する方法を探し出す。