ポリプロピレン繊維含有量が鋼スラグ超高強度噴霧コンクリートの高温性能に与える影響
Effect of Polypropylene Fiber Content on the High-Temperature Performance of Steel Slag UHPS
トンネル火災時の高温条件下における超高強度噴霧コンクリート(UHPS)の爆裂剥離や機械的特性の急激な劣化問題を解決するため、ポリプロピレン繊維(PPF)の体積含有量(0%、0.2%、0.3%、0.4%)が異なる4群の供試体が設計された。20°Cから800°Cまでの多段階高温試験を実施し、UHPSの高温損傷進化と剥離抵抗に対するPPFの影響を調査した。試験結果によると、400°C以下の温度では明らかな剥離は発生しない。PPF無添加群では400°Cで表面剥離が見られ、PPF 0%群では600°Cから800°Cで激しい爆裂剥離が発生したが、PPF添加群はすべて構造的完全性を維持した。質量損失率は温度とPPF含有量の増加に伴い増加し、800°Cでの0.4% PPF群では15%に達した。機械的特性に関しては、圧縮強度、引張強度、曲げ強度はいずれも温度上昇とともに一度上昇してから低下し、0.3% PPF群は400°Cでピーク値(圧縮強度: 135.95 MPa、引張強度: 23.24 MPa、曲げ強度: 27.42 MPa)に達した。曲げ靭性は温度上昇とともに連続的に減少し、0.2% PPF群が最も良好な靭性保持率を示した。本研究は、UHPSに対するPPFの高温改質効果とその最適な含有量範囲を明らかにし、トンネル覆工コンクリートの防火設計に重要な理論的支援と実験的根拠を提供するものである。
- ポリプロピレン繊維(PPF)を0.2〜0.4%添加した超高強度噴霧コンクリート(UHPS)が、600〜800°Cの高温下での爆裂剥離を防止できることを実験で確認
- PPF 0.3%添加群は400°Cで圧縮強度135.95 MPa、引張強度23.24 MPa、曲げ強度27.42 MPaのピーク性能を示した
- PPF無添加のUHPSは400°Cで表面剥離、600〜800°Cで激しい爆裂剥離が発生したのに対し、PPF添加群は全温度域で構造的完全性を維持
トンネル覆工向け超高強度噴霧コンクリートの高温耐火性能をポリプロピレン繊維添加で改善する研究成果であり、安全規制が厳しいインフラ・トンネル工事市場において、耐熱性を備えたコンクリート材料の採用ニーズ拡大につながる可能性がある。0.2〜0.3%のPPF添加が最適であり、爆裂剥離防止効果が実験的に確認された点は、防火設計規格の改訂や新規格策定時の材料選定に影響を与え得る。