ポリプロピレン繊維鉄筋コンクリートの軸方向引張特性に関する実験的研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 16383 (2023) この記事を引用

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ポリプロピレン繊維強化コンクリートの軸方向引張特性を研究するために、本論文ではコンクリートの軸方向引張試験装置を開発した。 この装置は、剛体フレーム、球面ヒンジおよびプーラー、試験片作製部の 3 つの部分で構成されます。 この試験装置は、コンクリートの引張強度とピーク引張ひずみを正確に測定でき、張力下のコンクリート試験片の偏心問題を完全に解決します。 ポストピークセグメントの引張ひずみを測定できるため、プロセス全体の引張応力-ひずみ曲線を取得できます。 上記試験装置を用いてポリプロピレン繊維コンクリートの軸方向引張試験を実施し、その結果、ポリプロピレン繊維を添加することによりコンクリートの引張強度が明らかに向上し、コンクリートの引張破壊に一定の塑性特性を示すことがわかった。 試験結果は、繊維含有量が増加すると、コンクリートの引張強度が最初に増加し、その後減少することを示しています。 コンクリートの引張特性に及ぼすポリプロピレン繊維含有量と硬化年数の影響を研究し、最適なポリプロピレン繊維含有量を決定しました。 繊維含有量が 0.9 kg/m3 のとき、コンクリートの引張強さは最大値に達します。 同条​​件でのコンクリートの分割引張試験も同時に実施した。 コンクリートの軸方向引張試験と割断引張試験の損傷現象と試験結果を比較解析し、コンクリートの軸方向引張試験における新開発装置の適用性を検証した。

ポリプロピレン繊維をコンクリートに添加すると、経済性と持続可能性が向上し、大きなメリットが得られます。 たとえば、繊維とコンクリートを組み合わせると、コンクリートの耐ひび割れ性を向上させることができます1、2。 ポリプロピレン繊維は、優れた機械的特性、優れた耐食性、低価格を備えています。 適切な量​​のポリプロピレン繊維をコンクリートに添加すると、コンクリートの機械的特性と耐ひび割れ性が明らかに向上します3、4、5。 0.1 ～ 0.3% のポリプロピレン繊維を添加すると、コンクリートの塑性収縮を 12 ～ 25% 低減できます。 さらに、7 日後と 28 日後のコンクリートの分割引張強度と曲げ強度を増加させることができ、28 日後の引張圧縮比を 46% 増加させることができます。 明らかに、ポリプロピレン繊維はコンクリートの性能を大幅に向上させることができます6、7、8。

現在、コンクリートの機械的特性に関する研究のほとんどは、圧縮荷重および曲げ荷重下でのコンクリートの性能に焦点を当てており、コンクリートの軸方向の引張挙動に関する研究はほとんどありません。 現在、コンクリートの引張強さは、分割試験9,10や曲げ試験11などの間接法が主に測定されています。 引張強さは経験式に従って計算されますが、試験片の内部応力状態はより複雑です。 測定された引張強さの誤差が大きくなり、コンクリートの極限引張ひずみや引張応力-ひずみ曲線が測定できなくなります12。 軸方向引張試験は、コンクリートの引張強さを試験するのに最も適した方法である13。 何人かの学者がこの点に関して実験を行っています。

Julia et al.14 は、3 点曲げ試験と軸方向の引張試験を同時に実施しました。 軸方向引張試験では、円筒形のコンクリート供試体を使用した。 さらに、軸方向引張試験装置を開発した。 試験片の両端を金具でクランプして引張力を加えていますが、偏心対策は行っていません。 Kim et al.15 は、可変セクションを備えたダンベル試験片を使用し、応力集中が可変セクションによって軽減され、試験片の中央部分が均一な引張ゾーンになりました。 Liao et al.16 は、コンクリート軸方向引張装置とクランプのセットを設計し、コンクリートの直接および間接引張試験を同時に実施しました。 Kasagani 氏と Rao17 氏は、コンクリートの上下端を固定し、試験体の偏心を解消するために両端にプルリングを設置する外部クランプ式コンクリート固定具を開発しました。 この方法は、コンクリートの引張応力-ひずみ曲線の立ち上がり部分を測定するために使用されました。 実験作業は、繊維体積の 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.50% のモノガラス繊維を使用して一軸張力下で実行されました。結果は、強度、変形能力、エネルギー吸収能力がモノガラス繊維の方が高いことを示しました。モノグラスファイバー強化コンクリートよりもグレードの高いグラスファイバー強化コンクリート。