繊維-鉄筋コンクリート（FRC）は、セメントまたは油圧セメント、水、粗骨材、細かい凝集体、および短く均一に分布した不連続繊維で構成される複合材料です。繊維は、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、植物繊維などです。通常、長さは3mmから64mmまで変化し、直径は数ミクロンから1mmまで変化します。繊維のクロス-断面形状は、主に使用される原材料と加工および製造プロセスに依存する円形、楕円形、多角形、三角、または正方形になります。繊維は、主に粗い繊維と細かい繊維の2つのカテゴリに分かれています。微細繊維の直径または同等の直径は通常0.3mm未満ですが、粗い繊維の直径または同等の直径は0.3mm以上です。等価直径と呼ばれる-は、同じ十字-断面積から変換された円形直径、つまり（4a/π）0.5です。
コンクリートの繊維の体積率は通常0.1％〜5％です。このボリュームパーセンテージのサイズは、主に混合物の混合の容易さとプロジェクトのアプリケーションシナリオに依存します。たとえば、コンクリートの収縮と温度変化によって引き起こされる二次応力は、通常、繊維の低用量（量による0.1％から0.3％）によって制御および分解されます。ファイバーの含有量が0.3％を超えると、繊維コンクリートの機械的応答は、繊維のない通常のコンクリートの応答とは、主に亀裂後の負荷-ベアリング容量に大きく異なります。亀裂後にエネルギーを吸収する繊維コンクリートの能力は、「靭性」と呼ばれます。亀裂後の靭性に加えて、より高い投与量の繊維がコンクリートに追加されると、繊維コンクリートは-の強化特性も示します。言い換えれば、この複合材料は、通常のコンクリート自体のそれを超える引張応力に耐えることができます。これらの擬似-延性複合材料、複数の亀裂とかなりのエネルギー吸収とエネルギー散逸特性がよく見られます。
繊維鉄筋コンクリートの種類
American Standard ASTM C116/C116Mは、4種類の繊維コンクリートを提供します。1つ目は、主にステンレス鋼ファイバー、合金鋼繊維、炭素鋼繊維を含む鋼繊維コンクリート（SFRC）です。 2つ目は、ガラス繊維コンクリート（GFRC）で、アルカリ-耐性ガラス繊維で構成されています。 3番目は合成繊維コンクリート（SynFRC）で、4番目は天然繊維コンクリート（NFRC）です。
上の表からわかるように、鋼繊維の強度と弾性率は比較的高く、高度にアルカリ性の環境にあるため、錆びが容易ではありません。それと混合物の間の結合効果は、表面の粗さと変形を強化することにより、より効果的な機械的固定を実現できます。
合成繊維は、主に、さまざまな形態のポリマーを含む石油化学および繊維産業の開発によって生成される非-金属繊維です。以下は、プレキャストコンクリートで一般的に使用されるいくつかの合成繊維です。
炭素繊維
鋼繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維などと比較して、炭素繊維の利点は、その特性、高弾性率、耐熱性、アルカリ環境における化学的安定性、およびその他の腐食性化学環境にあります。さらに、機械的特性を大幅に改善する特性があります。
ナイロン繊維/ポリアミド繊維
このタイプの繊維は、良好な引張強度、高靭性、弾性回復、良好な親水性を持ち、セメント{-ベースのアルカリ環境では比較的安定しています。
ポリプロピレン
この繊維には弾性率が低く、融点が低いため、高-温度オートクレーブの下のプレキャストコンクリート製品には適していません。ただし、融点が低いため、耐火性の高い耐火性材料または製品を生産するために使用できます。コンクリートの補強に使用されるポリプロピレン繊維には、モノフィラメントとフィブリル繊維（伸縮繊維）の2種類があります。これらの繊維は疎水性であり、水との接触角が大きくなっています。したがって、彼らは親水性繊維よりも具体的な結合が劣っています。
ポリビニルアルコール繊維
この繊維は、高いストレッチングの複数のプロセスを介してPVA樹脂でできており、高い剛性と耐水性を持っています。コンクリートベースの繊維分布状態は、特別な表面処理によって変更できます。残念ながら、PVA繊維には大きな熱収縮係数があり、その収縮率は200度で4％になります。それはアルカリ環境と有機溶媒に良好な耐性を持ち、長い-用語の紫外線の下ではほとんど筋力損失がありません。
ガラス繊維
コンクリートで使用されるガラス繊維には、アルカリ耐性のために最低16％の二酸化ジルコニウムが含まれている必要があります。アルカリ{-遊離繊維などの他のタイプのガラス繊維は、コンクリートでの使用には推奨されません。ガラス繊維には高い弾性率と高強度があり、コンクリートと良好な結合があります。ガラス繊維の鉄筋コンクリートと他の繊維鉄筋コンクリートの違いは、繊維含有量です。前者の繊維体積の割合は4％から6％、後者、またはその他の繊維体積の割合は約0.1％〜1％です。ガラス繊維の高い含有量を実現するには、コンクリート組成には、セメント、細かい凝集体の高い含有量が必要であり、粗い骨材はほとんど必要ありません。
コンクリートにおける繊維の役割
quasi -静的負荷と衝撃応答
繊維は機械的特性を効果的に改善できます。衝撃ドロップハンマーテストは、0.1％から0.2％の体積含有量を持つポリプロピレンファイバーコンクリートの衝撃強度が、初期亀裂段階と最終破壊段階の両方で通常のコンクリートの衝撃強度よりも高いことを示しています。現在、繊維コンクリートの圧縮強度を決定する統一された標準試験方法はありませんが、関連する研究では、繊維コンクリートの軸圧縮強度が通常のコンクリートの軸方向の強度よりも85％から100％高いことが示されています。さらなる研究により、衝撃荷重の下では、繊維コンクリートは、圧縮期間後期に明らかなピーク延性がないことが示されています。これは、主にコンクリートの断片が繊維に結合していないためです。テスト結果は、鋼繊維コンクリートの衝撃係数がポリマーファイバーコンクリートであることを示していますが、衝撃係数は約1.5で、通常のコンクリートと変わりません。さらに、結果は、3つの-寸法変形鋼繊維が2つの-寸法変形鋼線維よりも明白な動的衝撃係数を持っていることを示しています。ただし、動的荷重下の引張強度と亀裂後の残留曲げ強度は大幅に改善されました。
衝撃荷重下でのコンクリート中の繊維の性能は、亀裂が高い変位下での繊維とコンクリートの間の結合に大きく依存します。調査によると、負荷速度が増加すると、鋼繊維コンクリートは、ポリプロピレン繊維を含むいくつかのコンクリート標本と比較して、亀裂発達に対して高い抵抗性があることが示されていますが、後者は前者にすぐに追いつくことができます。これは、主にポリプロピレン繊維自体が鋼線よりもひずみ速度に対してより敏感であるためであると推測されています。
収縮亀裂の制御
繊維が自由収縮やその他の関連する早期-年齢特性に大きな影響を与える可能性があることはよく知られています{-ベースの複合材料。研究では、約1％の体積率のポリエチレン繊維を使用すると、コンクリートの遊離塑性収縮が30％も減少することが示されています。自由収縮に加えて、コンクリートの制約された収縮に対する繊維の効果を研究するために、さまざまな技術も使用されています。繊維の添加は、主に制約された環境の下でコンクリートの収縮亀裂の幅と長さを変更するために使用されます。関連する研究の結論は、ほぼ次のとおりです。
1.繊維材料と種類は、収縮亀裂に大きな影響を与えます。同じ量の繊維含有量について、ガラス繊維は亀裂の成長を阻害するのに最も効果的であり、その後に合成繊維が続きます。
2。特定の繊維体積分率と繊維タイプの場合、より長く、より小さな-直径繊維は、より短く、厚い繊維よりも効果的です。表面上の幾何学的な変形が大きい繊維は、変形していない繊維よりも効果的です。
3.植物繊維に関しては、コーティングまたはコーティングされていない繊維は、体積率が0.3％を超える場合にのみ有効です。
防水性と耐久性
プレキャストコンクリート成分は、硫酸攻撃、解凍-凍結サイクル、アルカリ-シリカ反応、および鋼鉄の腐敗により、分解する傾向があります。これらのすべての場合、水の浸透が重要な役割を果たします。プレキャストコンクリート製品の耐久性は、主に水侵入/浸透の速度に依存します。結果は、水透過性がコンクリートの亀裂に依存し、コンクリート亀裂の幅の増加がより高い水透過性をもたらすことを示しています。繊維の補強は、コンクリート亀裂抵抗を改善し、亀裂表面の粗さを増加させ、複数の亀裂の発生を促進し、コンクリートの透過性を大幅に低下させます。ストレスとストレス-誘発コンクリート亀裂に関しては、結果が通常のコンクリートの亀裂がその透過性を大幅に増加させ、繊維-鉄筋コンクリートの透過性は通常のコンクリートの亀裂よりも著しく低いことを示しています。繊維が耐水性を改善する方法については、繊維の添加により、通常のコンクリートのマイクロポアがナノポアに変更されることが研究が示されています。
プレキャストコンクリートの鉄筋腐食は重大な問題です。コンクリートの塩化物汚染が主要な要因であり、鋼を腐食させるメカニズムとプロセスはよく理解されています。残念ながら、コンクリートの亀裂により、塩化物イオンや他の腐食性化学物質がより簡単に入ることができ、さらなる腐食を促進します。塩化物イオンは、主に毛細血管浸透によって拡散しますが、塩化物の拡散は主に水透過性に依存しています。
