ハイブリッド繊維強化再生骨材コンクリートの力学特性とBFRP補強梁の曲げ性能
Mechanical Properties of Hybrid Fiber-Recycled Concrete and Flexural Performance of Its BFRP-Reinforced Beams
本研究では、ポリビニルアルコール(PVA)繊維と鋼繊維を配合したハイブリッド繊維強化再生骨材コンクリート(HFRAC)を開発し、その力学特性と曲げ性能を実験的に調査した。従来のポルトランドセメントコンクリート(PC)、繊維無添加の再生骨材コンクリート(RAC)、およびハイブリッド繊維(HF)含有量(0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)のRACの基本的な力学特性を評価した。次に、HF含有量(0~1.5%)とBFRP補強比(0.48~1.98%)が曲げ挙動に与える影響を調査するため、9本の梁を4点曲げ試験で評価した。結果として、HF含有量1.2%が材料レベルと構造レベルの両方で最も優れた性能を示した。材料レベルでは、RACと比較して1.2% HFは立方体圧縮強度、軸圧縮強度、弾性係数、スプリット引張強度をそれぞれ19.44%、23.08%、11.39%、32.55%増加させた。HFの添加は、再生骨材による力学的な劣化を効果的に緩和し、HFRACはRACと同等またはそれ以上の基本的な力学特性を達成した。構造レベルでは、繊維無添加RAC梁と比較して、1.2% HF梁はひび割れ荷重と終局荷重がそれぞれ132.51%、11.92%増加し、ひび割れ幅が47.9%減少し、調査条件下ではPC梁よりも優れた曲げ性能を示した。BFRP棒の破断、バランス破壊、コンクリートの圧壊の3つの破壊モードが観察され、バランス破壊は約1.0~1.1%の補強比で発生した。ハイブリッド繊維は、補強比を単独で増加させるよりも優れたひび割れ制御を示し、橋渡し効果によりひび割れを効果的に微細化した。本研究は、RACの性能向上と構造用途におけるBFRP棒の普及促進に貴重な洞察を提供する。
- PVA繊維と鋼繊維のハイブリッド配合(HF含有量1.2%)により、再生骨材コンクリートの立方体圧縮強度19.44%、軸圧縮強度23.08%、弾性係数11.39%、スプリット引張強度32.55%の向上を確認した。
- HF 1.2%配合の梁は、繊維無添加RAC梁と比較してひび割れ荷重132.51%、終局荷重11.92%の増加、ひび割れ幅47.9%の減少を示し、調査条件下ではポルトランドセメントコンクリート梁より優れた曲げ性能を発揮した。
- BFRP棒の補強比約1.0〜1.1%でバランス破壊が発生し、ハイブリッド繊維は補強比単独増加より優れたひび割れ制御を示した。
再生骨材コンクリート(RAC)は環境負荷低減と建設廃棄物の再利用という社会的要請に応える領域であり、本研究はPVA繊維と鋼繊維のハイブリッド配合(HF 1.2%)により、従来の再生骨材コンクリートの力学的弱点を大幅に改善できることを実証した点が注目に値する。特に、ひび割れ荷重132%増加、ひび割れ幅47.9%低減という構造レベルの性能向上は、BFRP補強材と組み合わせることで再生骨材コンクリートの実構造適用範囲を広げる可能性を示唆しており、建設分野における材料イノベーションとして投資判断上有意な成果と言える。