2009年03月30日

コンクリートスペシャルトピックス Vol.3

コンクリート補強用“マクロ”合成繊維の紹介

グレースケミカルズ(株)社では、STRUX85/50L(コンクリート補強用合成繊維)をトンネル覆工コンクリートの補強材として販売、実績(第2東名各所におけるトンネル覆工コンクリートに採用)を得ています。

参考PDF資料(グレース社カタログより)

今回ご紹介するレポートは、この“マクロ”合成繊維を建築分野において「スラブーオンーグレード」(SOG)用の補強材料として米国標準協会(ANSI)及びスチールデッキ協会(SDI)の新しい基準に認知され、その長所について報告されています。
国内において、当該材料のアドバンテージについて考察されてみて頂ければ幸いです。

新東産業(株) 開発部 仲田昌弘


Macro Synthetic Fibers: Macro Advantage
By Robert Madore
コンクリート補強用“マクロ”合成繊維:“マクロ”なアドバンテージ
ロバート マドア(グレース建材事業部フィールド 市場開発部門)


Engineered macro synthetic fibers have a long history of reliable performance as a reinforcement material in commercial and residential slab-on-ground (SOG) applications. Now, thanks to a new standard issued in 2007 by the American National Standards Institute and the Steel Deck Institute (ANSI/SDI-C1.0), macro synthetic fibers may soon become the reinforcement standard for composite steel deck floor applications, as well.

高性能マクロ合成繊維は「スラブ−オン−グレード」(SOG)用の補強材料として今日に至るまで信頼性のある性能を誇ってきました。2007年に米国標準協会(ANSI)とスチールデッキ協会(SDI)が施行した新しい基準(ANSI/SDI-C1.0)のおかげで、マクロ合成繊維は複合スチールデッキ用途の補強材料として業界標準になると期待されます。

The new standard indicates (in section 6a) macro synthetic fibers of virgin polyolefin are permitted as a suitable alternative to traditional welded wire fabric (WWF) for temperature and shrinkage reinforcement. While the standard also specifies cold-drawn steel fibers as a reinforcement alternative, macro synthetic fibers offer important advantages over both steel fibers and WWF—both during construction and over the long term.

新基準(項目6a)では、ポリオレフィン製のマクロ合成繊維が、温度、収縮補強用として従来の溶接ワイアーファブリック(WWF)の代替として認められています。この基準は低温延伸スチール繊維も代替品として指定していますが、施工時と建築物の長期的観点の両方から、マクロ合成繊維はスチール繊維、WWFに対して重要な利点があります。

WWF requires storage space at the jobsite and significant labor throughout the construction process. A crane is required to move the WWF to its location, where an entire crew is needed to construct staging, set chairs and tie-off the WWF prior to pouring concrete. A 20% overlap of WWF sheets is typically required, resulting in material wastage. During the concrete construction phase, pump lines can get caught on or tangled in the WWF, making the job more difficult and dangerous. WWF presents other safety risks, as well. Handling, cutting and positioning WWF exposes workers to sharp edges. And workers face the constant hazard of tripping on the WWF, possibly resulting in injury. Clearly, eliminating WWF from the equation results in faster, less costly and safer construction.

WWFは現場において保存スペースが必要な上に施工時を通じて多くの労働力を要します。WWFを移動するにはクレーンが必要ですし、移動場所では作業員全員がコンクリート施工前のステージング、チェアーの設置、タイの完了に駆り出されます。WWFシートは約20%のオーバーラップが必要で、材料の無駄になります。加えて、コンクリートの打設時にはポンプのラインがWWFに引っかかったりして、作業が困難で危険も伴います。また、WWFを切断したり、配置するときに尖った先端で怪我をしたり、WWFに足が引っかかって転んで怪我をする作業員がでる可能性もあります。明らかにWWFの使用を控えることで、早くて、安価で、そして安全な工事をすることが出来ます。

Steel fibers mitigate some of these disadvantages, though not all. Added to the mix at the batch plant, steel fibers are hard on equipment, including drums and ready-mix trucks, shortening their lifespan. At the plant and at the jobsite, steel fibers are difficult to dispense and exposed steel fibers continue to present a hazard, especially on surfaces handling foot or vehicle traffic. Exposure of steel fibers can also result in unsightly staining due to corrosion.

スチール繊維の使用でこれらのWWFの欠点のいくつかは補われますが、すべてが解決される訳ではありません。スチール繊維はレディーミックス・コンクリートのバッチの際に添加されますが、ミキサー車やドラムなどの装置に過酷で設備の寿命を縮めてしまいます。レディーミックス・コンクリート工場、施工現場の両方において、スチール繊維は添加が簡単ではなく、また露出した繊維は危険で、とくに表面に出ているものは上を歩く作業員や車両に危険を及ぼします。更に露出した繊維は腐食によって美観を損なうシミを招くこともあります。

Macro synthetic fibers, by contrast, virtually eliminate these shortcomings inherent in WWF and steel fibers. Added to the mix at the batch plant, macro synthetic fiber requires minimal labor time or cost at the jobsite beyond pouring the concrete. Macro synthetic fibers put less wear on pumping and finishing equipment than steel fibers and do not cause the edge chipping when control joints are sawed typical to steel fibers. Moreover, the flexible polyolefin fiber eliminates the safety hazards associated with steel and any potential for corrosion.

一方、マクロ合成繊維を使用することで、はこれらWWFやスチール繊維に固有のすべての欠点を取り除くことが出来ます。レディーミックス・コンクリート工場でコンクリートに添加されるマクロ合成繊維はコンクリートの打設に加わる労働力すなわちコストは最小になります。マクロ合成繊維はポンプやフィニッシング装置に対する負荷もスチール繊維より少なく、スチール繊維で典型的に起こる目地を切るときのエッジ チッピング(目地角の欠け)もありません。さらに、マクロ合成繊維はスチールに起因する安全性の問題、腐食の可能性を完全に取り除くことが出来ます。

But how does it perform? Macro synthetic fiber has properties that make it very attractive as a reinforcing material—including toughness, ductility and residual strength. Macro synthetic fibers also offer high tensile strength. When added to concrete in the appropriate volume, macro synthetic fibers give concrete excellent reinforcement properties with plastic shrinkage control capabilities.

では、肝心の性能は?マクロ合成繊維は補強材料として、靭性、延性、残留強度など、とても魅力ある性質を有しています。さらに、マクロ合成繊維は高伸張強度を有します。適切な分量を添加することで、コンクリートは優秀なコンクリート補強性能と塑性収縮低減性能を発揮します。

The key lies in macro synthetic fiber's greater reinforcement density. Pound for pound, macro synthetic fiber offers reinforcing performance that is superior to steel. At equal volumes in the mix, the best macro synthetic fiber products place 5 - 15 times more fibers in the concrete than steel fibers—up to 530,000 macro synthetic fibers versus about 35,000 steel fibers. (Note that the new ANSI/SDI standard calls for steel fibers to be used at a minimum addition rate of 25 lbs/yd3 vs. macro synthetic fiber at a minimum addition rate of just 4 lbs/yd3.) This far greater fiber count per unit volume results in superior post-crack performance, because there are many more fibers available to intercept a micro crack, keeping it from expanding.

その鍵はマクロ合成繊維の大きな補強密度にあります。同じ重量で比較すると、マクロ合成繊維はスチール繊維よりも優れた補強性能を発揮するのです。同じ分量で、高性能のマクロ合成繊維はスチールに比べて5から15倍の繊維数があります。これはスチール繊維約35,000本に比べてマクロ合成繊維は最高530,000本にあたります。(ANSI/SDIの規定では最低25 lbs/yd3(1 m3当たり約15キロ)以上のスチール繊維の添加を推奨しますが、マクロ合成繊維では最低4 lbs/yd3(1 m3当たり約2.4キロ)となります。)この単位体積あたりの圧倒的な繊維数が、より多くの繊維がひび割れを捕らえて、その拡大を防ぐことができ、優れたひび割れ拡大抑制性能につながっています。

Macro synthetic fiber's post-crack performance advantage is even more dramatic when compared to WWF, which does not control cracking well. With WWF, cracks must
propagate to the steel before it is controlled. Because there is only one layer of WWF running through the concrete, cracks can propagate and widen above and below this reinforcement layer, weakening the concrete. The tremendous density of macro synthetic fibers, by contrast, provides uniform reinforcement throughout the concrete, from subgrade to surface.

マクロ合成繊維の優れたひび割れ拡大抑制性能は、WWFと比較するとさらに顕著です。WWFは、そもそもひび割れの抑制にあまり効果がありません。WWFの場合、ひび割れがスチールに到達するまで何の制御もうけません。WWFは一層のシートのみがコンクリート中に通されているだけなので、この補強された層の上下においてはひび割れが進んで拡大してしまい、コンクリートを脆弱にしてしまいます。比べて、膨大な数のマクロ合成繊維は床板から表面に到るコンクリート全体に均一な補強を施します。

However, not all macro synthetic fibers are created equal. When specifying fibers for use in composite steel decks, it is critical to ensure the product meets the highest standards for strength and fire resistance.

しかしながら、すべてのマクロ合成繊維が同じとは限りません。複合スチールデッキに使用する繊維を選定する際は、製品が高い性能基準を満たしていることを確認するのはとても重要なことです。

Look for a macro synthetic fiber product with a high modulus of elasticity, which can enhance yield capacity and post-cracking capacity. These properties give concrete structures superior post-crack performance, helping maintain tight crack control over the long term. This modulus of elasticity can vary greatly from one product to another, from as low as 600k psi up to the highest available, 1.4 million psi.

マクロ合成繊維の弾性率を確認してください。高い弾性率は許容降伏値とひび割れ拡大抑制能力を増加します。これらの特性はコンクリート構造物に優れた割れ拡大防止性能をあたえ、長期にわたるひび割れ抑制能力を維持します。繊維弾性率は商品によって、低いものでは600k psi (約4.1 GPa)から、高いものでは1,400,000 psi (約9.7 GPa)までの大きなばらつきがあります。

In addition to meeting the new ANSI/SDI standards, macro synthetic fiber products must also meet UL fire rating standards for the particular steel deck application. Currently, STRUX® 90/40 from Grace Construction Products is the only macro synthetic fiber with UL approval to be used at a maximum addition rate of 5 lbs/yd3 for replacement of WWF in Floor-Ceiling D700, D800 and D900 series designs.

マクロ合成繊維はANSI/SDI の新基準を満たすだけでなく、一部のスチール デッキ用途では、アメリカ安全基準のUL規格の耐火基準を満たす必要があります。グレース社のSTRUX® 90/40は、複合スチールデッキ、床・天井D700、D800、D900シリーズ設計でのWWFの置き換えとして最高5 lbs/yd3の添加率までUL規格に認定されています。

Specifiers are always on the lookout for alternative materials and techniques that save time and money without sacrificing performance. With their inclusion in the new ANSI/SDI-C1.0 standard, macro synthetic fibers offer a compelling alternative to traditional WWF and steel fiber reinforcement for composite steel deck projects. Offering superior crack control with significantly shorter construction cycle time, dramatically reduced labor costs and enhanced safety, macro synthetic fibers can give any specifier a huge competitive advantage.

設計担当者は常に性能を犠牲にすることなく時間とコストを節約できる代替材料や代替技術を求めています。ANSI/SDI-C1.0規格に入ったことで、複合スチールデッキ工事においてマクロ合成繊維は従来のWWFやスチール繊維に替わる、説得力のある材料となりました。優れたひび割れ防止機能、大幅な工期の短縮、大きな人件費の削減、そしてその安全性、マクロ合成繊維は設計担当者に大きなアドバンテージを提供します。

Robert Madore is a Field Market Development Manager for Grace Construction Products.
ロバート マドア氏は米国グレース社建材事業部のフィールド市場開発部のマネージャーです。
posted by 新東産業 at 09:00| スペシャルトピックス | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする