火災時のコンクリートの爆裂現象の解明と制御

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火災時のコンクリートの爆裂現象に関る要因としては、(1)加熱時に生ずる材料内部の温度勾配により発生する熱応力、(2)材料内部の含水の蒸発により生ずる空隙圧力の上昇、の2つが考えられる。本研究では、モルタル版供試体に圧縮荷重を加えた状態で加熱し、その時の温度分布と空隙内圧力の上昇を測定した。モルタル版の厚さは28mmとし、加熱条件は盛期火災を想定して800℃の雰囲気を衝撃的に加えた。荷重レベルは、圧縮強度比で0、1/2、1/3の3条件、供試体の初期含水率は気乾状態(3.5%)、湿潤状態(5%)、飽和吸水状態(15%)の3条件とした。これらの条件の組み合わせに対して全部で18回の実験を行い、温度分布および空隙圧力上昇との相関を得た。圧縮応力下では、空隙構造の一部が閉塞し、透気率が見掛け上減少するから空隙圧力上昇は大きくなる傾向がある。詳細な分布は現在も継続して行っているが、圧縮荷重の有無により空隙圧力上昇がどれほど影響されるかについては、これまでの知見では指摘されていない新たな発見である。また、実験とは独立に、熱水分同時移動モデルを用いた感度解析を行い、温度分布と空隙圧力上昇に及ぼす初期含水率、透気率の影響などのパラメーターの影響を予測した。解析結果からは、初期含水率の影響は微小であり、従来経験的に言われている「含水率が高いものほど爆裂しやすい」という説とは相反する結果となった。本研究の成果をもとに、爆裂のメカニズムを記述する構成則を今後提案する計画である。構成則には、材料の熱膨張により発生する熱応力と空隙内圧力上昇により生ずる応力を包括したものを考えており、本研究では実験結果は構成則の構築とその検証に有効に利用できる。