繊維補強コンクリート

繊維を補強材として使用するというコンセプトは新しいものではありません。 繊維は古くから補強材として使用されてきました。 歴史的には、モルタルには馬の毛が、土レンガには藁が使われていました。 1900年代には、アスベスト繊維がコンクリートに使われました。 1950年代になると、複合材料という概念が生まれ、繊維補強コンクリートが一つのトピックとなった。 アスベストによる健康被害が発覚すると、コンクリートなどの建材にはアスベストに代わる物質が求められるようになった。 1960年代には、鉄やガラス（GFRC）、合成繊維（ポリプロピレンなど）がコンクリートに使用されるようになりました。

繊維は通常、プラスチック収縮と乾燥収縮によるひび割れを制御するためにコンクリートで使用されています。 また、コンクリートの透水性を低下させ、水のにじみを減少させる。 繊維の種類によっては、コンクリートの耐衝撃性、耐摩耗性、耐粉砕性に優れています。 大きなスチールや合成繊維は、状況によっては鉄筋やスチールに完全に取って代わることができる。 トンネルなどの地下構造物では、鉄筋に代わって繊維補強コンクリートが使用されています。 実際、いくつかの繊維は実際にコンクリートの圧縮強度を低下させる。

コンクリートミックスに加えられた繊維の量は、 “体積率”（Vf）と呼ばれる複合体（コンクリートと繊維）の総体積の割合として表されます。 Vfは通常0.1〜3%の範囲である。 アスペクト比（l/d）は、繊維の長さ（l）をその直径（d）で割ることによって計算されます。 非円形の断面を持つ繊維は、アスペクト比の算出に等価直径を使用します。 繊維の弾性係数がマトリックス（コンクリートやモルタルの結合材）より高ければ、材料の引張強度を高めて荷重を支えるのに役立ちます。 繊維のアスペクト比を上げると、通常、マトリックスの曲げ強度と靭性が増します。 長さが長いとコンクリート内部のマトリックスが良くなり、直径が細いと繊維の本数が増えます。 各繊維の効果を確実にするために、骨材の最大サイズよりも長い繊維を使用することが推奨されます。 通常のコンクリートには19mmの等価直径の骨材が含まれており、これはコンクリートの35～45％に相当しますが、20mmより長いファイバーはより効果的です。 しかし、長すぎる繊維や処理時に適切に処理されていない繊維は、ミックス内で「ボール」になる傾向があり、作業性の問題が発生します。

繊維は、コンクリートの長期的な耐久性のために追加されます。 ガラスやポリエステルは、コンクリートのアルカリ性条件や各種添加剤、コンクリートの表面処理で分解されます。

高速1号線のトンネル覆工では、直径18 & 32μmのポリプロピレン繊維を1kg/m3以上含むコンクリートを使用し、以下のような効果を上げています。 細径のポリプロピレン繊維を添加することにより、トンネル覆工の補強になるだけでなく、事故による火災の際に覆工が「剥離」して損傷するのを防ぐことができます。