合成物およびコンクリート

安価で汎用性の高いコンクリートは、単に多くのアプリケーションのための最高の建築材料です。 問題は、コンクリートを長期的な性能のために環境および構造的負荷に耐えるようにする方法です。 真の複合コンクリートは、通常、砂利と砂骨材で構成され、細かいポルトランドセメントのマトリックスに一緒に結合され、金属鉄筋は通常強度のために組み込まれています。 それは圧縮の下で見事に行いますが、張力で壊れやすく、幾分弱い傾向があります。 硬化中の引張応力と塑性収縮は亀裂を招き、水分の侵入を招き、最終的に埋め込まれた金属の腐食を引き起こし、金属が劣化するにつれて最終的に完全性が失われます。

繊維強化ポリマー（FRP）複合材料は、コンクリート性能を向上させるための可能な材料として長い間構想されてきました。 アメリカコンクリート協会（ACI）や日本土木学会などのグループは、複合補強材の仕様や試験方法の開発に尽力しており、その多くは今日のコンクリート建設 “設計ガイドライン文書に加えて、我々は今、テスト方法を持っている、”ジョンBusel、ACIの委員会440の会長は、複合材料の情報と方向性をエンジニアや設計者に提 試験方法は、ACI440.3R-04に概説されている。 “我々はまた、多くの新しいアプリケーションや新興市場機会に関する具体的な実務家を更新するために、1996年の最先端のレポートの改訂に着実に取り組んでいます”とBusel氏は述べています。

複合鉄筋と補強グリッドは、多くの用途で使用され続けています。 最近では、舗装、床スラブ、プレキャスト部品の補強材として鋼やポリマー繊維を使用する繊維強化コンクリートの製品が開発され、用途が拡大し始めています。

複合鉄筋：確立された技術

過去の15年にわたって、合成のrebarは上昇の鋼鉄価格の多くのプロジェクトの鋼鉄のための実験プロトタイプから有効な取り替えに、特に行った。 「ガラス繊維鉄筋は一般的に使用されており、非常に競争力のある市場です」と、Hughes Bros.の非金属補強のディレクターであるDoug Gremel氏は述べています（Seward、Neb。）、鉄筋製品の老舗メーカー。 “材料に関する業界の知識の状態は、10年前よりも非常に優れています。”

病院の磁気共鳴画像（MRI）施設や、プリペイド顧客を識別するための無線周波数識別（RFID）タグ技術を採用した有料道路ブースへのアプローチなど、いくつかの建 鉄筋は電磁信号に干渉するため、使用できません。 電磁石の透明物に加えて、合成のrebarはまた建物の適用の熱伝達に抵抗するので、例外的な耐食性、ライト級選手—鋼鉄の約4分の1重量-および断熱材を提 二つの最大のメーカーはヒューズとプルトラル（カナダのセトフォード鉱山）です。

合成のrebarは標準的な形成技術のEガラス繊維の粗紡そしてビニールのエステルの樹脂を使用して、普通pultruded。 ヒューズのAslanプロダクトは螺旋形の覆いとpultrallのV棒棒は滑らかであるが起伏のあるプロフィールを作成するためになされる。 両方とも最適結束の付着のための粗雑面を作成するために製造の間に加えられる外の砂のコーティングを備えている。 グレメルによると、ポルトランドセメントの高アルカリに対する最高の腐食特性と耐性、および粘り強い結合を達成するためには、高品質のビニルエステル樹脂が適切な繊維サイズと相まって必要とされています。

ガラス繊維の機械的性質が鋼とは異なるため、FRP棒で補強されたコンクリートの設計と建設のためのガイドであるACI440.1R-03を使用して複合鉄筋を用いたコンクリート構造物の設計が開発されている。 ガイドは鐙がねのためのせん断そして詳述に加えてたわみ、修理可能、クリープの破裂および疲労に、演説する、Buselは言う。 ヒューズおよびPultrallは両方アメリカの合成物の製造業者Assnの傘の下にFRPのRebarの製造業者評議会のメンバー、である。 （ACMA）はrebarのための最低の性能基準の開発のACIにかかわり。 予想外の条件を満たすために複合鉄筋を現場で曲げることはできないのは事実ですが、Gremelはそれが問題ではないと言います。 “エポキシ上塗を施してある棒鋼はエポキシのコーティングを壊さないで、曲げることができない”と彼は述べる。 “我々は、それがどのように行われるべきかである詳細なスケジュールに従って、エンジニアの設計に製造中にガラス繊維のバーを事前に曲げることがで”複合鉄筋とコンクリートのための新しいテスト方法のリリースでは、所有者と設計者は今、構造が予想どおりに実行されることを保証しています。 Gremelは、試験文書がASTM規格に変換されることに注意しています。

PultrallのV棒は具体的な保護プロダクト株式会社によって米国で専ら配られる。 （CPPI、ダラス、テキサス州）。 CPPIのSam Steere大統領は、インディアナ州ニュートン郡のアメリカ国道I-65号線に架かる新しい橋を含む、V-RODを採用したいくつかの最近のプロジェクトを報告しています。 長さ58m/191ftの三径間橋は幅10.5m/34.5ftで、コンクリート橋脚に支持されている鋼製のIビームの上に座っている鉄筋コンクリートデッキがあります。 203mm/8インチの厚い具体的なデッキは下半分のエポキシ上塗を施してある鋼鉄rebarと補強されるが、防蝕V棒の合成棒は解氷の塩が付いている接触のた 複合バーの二つのサイズは、それぞれ152mm/6インチの中心に配置されました-横方向に＃5バー（16mm/0.625インチの直径）と＃6（19mm/0.75インチの直径）は、長手方向に 全体の構造は遠隔関係によってデッキの性能の進行中の評価のためのPurdue大学の研究者によって光ファイバーセンサーによって、計装された。 それはインディアナ州の運輸省によって船橋楼甲板の塗布の合成棒の最初の使用である、Steereは言う。

ヒューズ-ブラザーズ アスラン100のガラス繊維棒はMorrison、Coloの場所鋳造物の具体的な橋に最近取付けられていた。、コロによって構築されました。 ——- デンバー市と郡の公園とレクリエーション部門と協力して輸送（CDOT）の。 ベアクリークに架かる13.8m/45フィートの長さの橋は、足場、支台、翼壁、欄干、湾曲した注ぎ入れられたコンクリートアーチにガラス繊維の鉄筋を使用していた。 具体的なアーチの上に坐るワンピース、全合成のデッキはKansasの構造合成物（Russell、Kan。). いくつかの異なったrebarのサイズは#5、#6および#7（19mm/0.75インチの直径）を含む鋳造物の要素に、組み込まれた。 詳細な設計を達成するためには、多くの曲がった鐙と独特の形状が必要であった、とGremelは指摘し、すべてが出荷前に工場で製造されたと付け加えた。 CDOTエンジニアのMark Leonardは、Hughesが最も低い入札を提出したため、州は過去のプロジェクトで複合鉄筋で良好な成功を収め、Aslanを選択したと述べています。 デッキが低速で最低の交通を得るが、leonardは橋デザイナー、Parsons Brinkerhoffを言う(デンバー、Colo。）、すべてのACIの設計指針に続き、材料を証明するために新しいACI440.3R-04試験方法を使用しました。

複合鉄筋市場は、新素材である玄武岩繊維が足場を得るにつれて、さらに競争力が高まると予想されます。 ロシアとウクライナに施設を持つ玄武岩繊維生産者であるSudaglass Fiber Technology（テキサス州ヒューストン）は、テキサス州北部の米国の生産施設で地面を破った、とSudaglassのエグゼクティブVP Graham Smithは述べている。 玄武岩/エポキシのrebarはウクライナで現在pultruded、スミスに従って米国の構造のために証明されることの過程に、ある。

一般的なガラス繊維よりもわずかに大きい密度で、同社の玄武岩繊維は、ガラスの公称範囲である—60°Cから650°C（-76°Fから1202°F）と比較して-260°Cから982°C（-436°Fから1850°F）のはるかに広い熱範囲を有しており、融点は1450°C（2642°F）であり、玄武岩は火災を必要とする用途に有用である。抵抗。 さらに、スミスは材料がガラス繊維を保護するのに使用される特別なsizingsへのリゾートなしでコンクリートのアルカリの内容への優秀な抵抗を示すこと

補強の選択が、合成のrebarプロジェクトの意思決定者間の広い懇願があると期待されるものは何でも。 「結論としては、優れたエンジニアや設計者が腐食の問題を解決しようとしているということです」とGremelは結論づけています。 “プロジェクト材料の5から7パーセントより大きい費用のために、このプロダクトが付いている構造のための10から20年のより長い生命を達成する。”

プレキャストパネルの複合グリッド：高電位

CTがプレキャストコンクリート建設パネルに繊維強化ポリマーグリッドを使用することについて最初に報告して以来（”複合ソリューションは、成長する土木建設需要を満たす、”CT August2002、p.40）、市場は大幅な成長を目撃している、とBuselは述べています。 “このアプリケーションは巨大です”と彼は主張しています。 “途方もない可能性があります。”

この電荷はAltusGroup、五プレキャストコンクリートメーカーと補強プロデューサー TechFab LLC（アンダーソン、S.C.）のコンソーシアムによって主導されています。 TechFabは、Hexcel（ダブリン、カリフォルニア州）の50/50の合弁会社です。）およびChomarat Group（Le Cheylard、フランス）。 これまでのところ、AltusGroupのメンバーにはOldcastle Precast（Edgewood、Md。）、高コンクリート構造物（デンバー、ペンシルベニア州。）、クレテックス社が所有する二つのプリキャスター（エルクリバー、ミネソタ州。 Techfabの商業開発ディレクターでC-GRIDテクノロジーのプログラムリーダーであるJohn Carson氏は、販売量の増加により、新しいメンバーが追加される可能性が高いと述べてい

いろいろCarbonCastプロダクトは構造および非構造の絶縁された壁パネルおよび建築クラッディングを含むAltusGroupによって、提供される。 C格子は普通要素を補強する二次鋼線の網を取り替えます—慣習的な鋼鉄rebarはまだほとんどの場合第一次補強のために使用されます。 C格子は重ねられたゆがみを一直線に並べる有効な、専有準編むプロセスでなされ、よこ糸の大きい牽引カーボン繊維は開いた構造の急速な治療のエポ 格子開始はパネルの強さの条件、具体的なタイプおよび総計のサイズによって25.4mmから76のmm（0.25インチから3インチ）に、変わる。 製造工程の間に、格子は格子と治されたコンクリート間のとらわれの強さを高める粗雑面を与えられる。 TechfabのMeC-GRID製品ラインでは、ガラス、アラミド、またはポリマー繊維をさまざまな樹脂のいずれかと組み合わせて使用するグリッドも利用できます。 カーボンおよびnoncarbonの格子は両方装飾的な要素、鋳造物場所のコンクリートおよび修理/リハビリテーションのような他の適用の使用を、見つける。

CarbonCastパネルの利点は重要です、とCarson氏は言います。 C格子は大いにより軽く、鋼鉄よりほぼ7倍の大きい抗張特性があります。 治療の収縮による割れることは非常に減り、鋼鉄格子が付いている具体的なパネルで起こる頻繁に見苦しい表面の汚損を除去するC格子は腐食し その耐食性はカバーの76.2mm/3インチまで湿気からの鋼鉄格子を保護するように要求されるかもしれないが、具体的なカバーの6.35mm/0.25インチ少しの使 従って、パネルの重量は慣習的なプレキャストされると比較される66%大いに減らすことができる。 より軽いパネルはそれからかなりより低い建設費に終ってより少なく相当な鋼鉄基礎工事を、要求するより低く全面的な壁の重量を可能にする。 C格子はまた熱的に非導電性です、従ってパネルの絶縁材の価値は妥協されません。 更に、開始は鋼鉄格子と可能ではない力の鋸が付いている仕事の場所のパネルで切ることができる。 これらの利点すべてはより有効な構造のための交通機関、建設および上部構造の費用を下げるために翻訳する。

これまでに300万ft2以上のCarbonCastパネル製品が販売されており、需要が非常に高いため、TechFabは最近、主要な拡張計画を発表しました。 新しい工場には、カーソンによると、今年の10月までに稼働する必要がある追加のグリッド製造ラインがあります。 この発表は、Zoltek Corp.（セントルイス、ミズーリ州）との複数年契約を発表したことに密接に従っています。）、C格子で使用されるPanex35の大き牽引繊維の製造者。 Carson氏によると、この契約は、最初の製品発売年の間にC-GRIDの一貫した供給を保証します。 “Zoltekはこのプロジェクトの初日からの私達の第一次繊維の製造者そして支持者でした”、彼は指摘します。

プレキャストパネルは、映画館、教会、駐車場など多様なプロジェクトで使用されてきました。 最近のプロジェクトはボルチモア、Mdの近くの332,000ft2枢機卿の健康のオフィス/倉庫の複合体だった。 長さ15.5m/51フィートまでのCarbonCastパネルは、二階建ての建物の垂直外壁を形成するために鋳造されました。 各パネルは50mm/2インチの厚い外のwythe（具体的な層）および100mm/4インチの厚い内部のWYTHEから成っているfacesheets間の泡の絶縁材（R-16絶縁材の価値を達成する）の152mm/6インチを特色にするサンドイッチ構造である、c格子はパネルの表面に垂直に置かれた内部および外のwythesを接続し、せん断の補強を提供する。

“私たちはこのコンセプトで高いギアに移行しています”とCarson氏は言います。 「アプリケーションの成長に対応するために、新製品を追加しています。”

繊維強化コンクリート：強い上に来る

改良された特性のためのコンクリートの短い繊維の使用はずっとローマ帝国で構造迫撃砲が馬毛と補強されたことを考慮する十年—世紀の間受け入れられた技術である。 繊維の補強はマトリックスの失敗の場合には負荷の部分の運送とひびの成長の阻止によってコンクリートの靭性および延性（ひびなしで塑性的に変形 ドクター-オブ-ザ-イヤー ミシガン大学のVictor Li氏は、繊維強化コンクリートの非常に高性能なサブセットである高性能繊維強化セメンタイト複合材料の特性を研究しており、性能、低コスト、容易な実行が維持されている限り、材料の受け入れは成長すると考えている。

“この材料を使用すると、せん断鉄筋の排除につながり、材料コストと人件費の削減につながります”と李氏は言います。 これらの全体的なコスト削減は、繊維強化材料のコストを容易に正当化することができる。”

繊維強化コンクリートの正式な認識は、過去五年間にわたってその使用のための基準とガイドラインの出版に拍車をかけている（CT July/August2001、p.44を参照）。 その時以来、商用アプリケーションが急増しています。

建築材料大手Lafarge SA（フランス、パリ）は、幅広い市民インフラや建築用途をターゲットに、超高性能繊維強化コンクリート材料、貿易マークDuctalを約十年間推進しています。 Ductalはポルトランドセメント、無水ケイ酸の発煙、水晶小麦粉、良い無水ケイ酸の砂、可塑剤、水および鋼鉄または有機性繊維、普通12のmm/0.5インチの長さ Vic Perry、DuctalのためのVP/総務部長は、相対的な結晶粒度に選ばれる良い粉の組合せが実質的に鋼鉄繊維の湿気の進入そして潜在的な腐食を除去する連続的な気孔率の完全な不在を終って治療の間に最高の圧縮を作成することを言う。 安全な側面にあるためには、ポリビニルアルコール（PVAL）繊維は建築か装飾的な適用のために普通錆つく鋼鉄繊維と起こり、人間の接触が心配である研摩性 材料はprecastersか具体的な準備ができ組合せの製造者にバルク袋で販売される。

“繊維を添加することにより、材料は延性に変形し、引張荷重を支えることができます”とペリー氏は言います。 「繊維は靭性と改良された微細構造特性を提供します。”

使用される繊維のタイプによって、管の耐圧強度は150MPaから200MPa（21,750のpsiから29,000のpsi）まで、標準的なコンクリートの15MPaから50MPa（2,175のpsiから7,250のpsi） 試験された曲げ強度は40MPa/5,800psiと高いとペリー氏は述べています。 LafargeのFortaの鋼鉄繊維と補強されるDuctalはプレキャストされた構造のためにそして複数のプレストレス橋梁の塗布で使用された。 フランスのサンピエール-ラ-クールでは、20m/65フィートの長さの車両橋が設計され、従来の170mm/6.5インチの厚さの鉄筋鉄筋コンクリートデッキを支える10本のダクタルiビーム桁が設計された。 鉄筋を含まないプレキャスト桁は、深さ600mm/24インチであり、下部フランジに配置された13mm/0.5インチの鋼ストランドケーブルでプレストレスされた。 管がビーム形態に注がれる前に張力がストランドに適用される。 コンクリートがストランドを覆い、材料が硬化し始めたら、それらは切断され、実際にはコンクリート混合物に圧縮応力がかかる。

Perry氏は、プレストレストビームを曲げにかけると、引張応力は発生せず、代わりに「圧縮解除」され、パフォーマンスが大幅に向上すると説明しています。 Ductalの強さのために、ビームはかなりあたりフィートの重量を切るrebarを要求しない。

ギリシャの大文字”Π”のような断面形状のダクト構造（基本的には下部フランジのない箱形梁）は、米国連邦高速道路局（FHWA）ターナー-フェアバンク研究所の試験軌道に設置された実験橋のデッキと桁の両方として機能しており、将来の高速道路建設に対する設計の適合性を調査している。 “½”のガード/デッキは州のハイウェーおよび交通機関の役人(AASHTO)HL-93負荷構成のアメリカ連合に抗するように設計されている。

“管のビームは同じビーム重量のためのより長いスパンを可能にする、”ペリーは言う。 “最終的には、梁や橋のデッキに繊維強化コンクリートが表示されます。”

SIコンクリートシステム。 （チャタヌーガ、Tenn.）は、コンクリート用繊維補強材のメーカーです。 SIは商業および住宅の適用で二次鋼線の網の補強および軽いrebarへの代理として使用されるNovomesh、Fibermeshおよび他の繊維プロダクトを、siのHal Payne、戦略的な同盟 SIはポリプロピレン（PP）繊維、鋼鉄繊維、マクロ合成繊維および設計されたブレンドを提供する。 ペインによると、SIのポリプロピレン繊維製品は、コンクリートの治療としてこれらの亀裂が主要な欠陥に成長するのを防ぐために、”早い年齢”の塑性収縮亀裂を制御するために重要である。 Novomesh950は会社のための新製品で、粗い単繊維のmacrosyntheticおよび照合された、fibrillated microsynthetic繊維のブレンドから成っている。 Payneに従って、プロダクトは商業床平板のための意図されていた使用の鋼鉄繊維としてよい結果を与える。

Kingspan（Sherburn、Malton、N.Yorkshire、イギリス）はBekaert Building Products（Friedrichsdorf、ドイツ）からの具体的な繊維の添加物を使用する具体的な構造の専門家である。 Bekaertの定形Dramixの鋼鉄繊維はコンクリートに鋼鉄格子を補強しないで床および屋根を作り出すために加えられる。 この製品は、歴史的な英国のヨーク市の深い三階建てのSpurriergate開発のような窮屈な建築現場に理想的であると伝えられています。 コンクリートが鋼鉄格子補強を要求しないので、鋼鉄格子の費用および扱いにくいロールを渡すために必要な労働は具体的な注ぐ操作前に多階建ての建物にそれを切り、置くことは完全に除去される。 このプロジェクトの繊維強化コンクリート床は、自動ポンプ装置を使用して繊維強化材料を各フロアに直接供給するだけで、単一の操作に配置され

オーストラリア、フランス、日本、米国では、暫定設計ガイド（サイドバーに記載）が繊維強化コンクリートのガイダンスと許可を提供するようになりました。 “この材料は、建設速度、改善された美学、優れた耐久性、耐食性などのソリューションを提供します”とペリーは結論づけています。 “それは構造のための減らされた維持そして長い寿命に翻訳する。”

編集者注:下部組織修理(CT June2005)のための複合材料の使用の私達の次の記事およびガラス繊維の合せ釘棒およびプレストレス腱の未来の記事のための