JP5625464B2 - Durable concrete pillar - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート損傷時に内部鋼材の耐腐食性に優れたコンクリート柱に関するものである。 The present invention relates to a concrete column excellent in corrosion resistance of an internal steel material when the concrete is damaged.
架空電力線や柱上変圧器を支える電力支持物にはコンクリート柱が一般的に使用されている。コンクリート柱内部には、コンクリート柱に圧縮応力（プレストレス）を付与するための緊張鋼材と、緊張鋼材に沿って配置される非緊張鋼材とが配筋されている。これらのコンクリート柱は遠心成型法で製造されるため、水セメント比が通常のコンクリート構造物よりも小さく、通常の屋外環境では中性化などの経年劣化をほとんど生じない。また、コンクリート柱内部の鋼材はコンクリートによりアルカリ環境に保持されるため腐食が生じにくく、長期間健全な状態が保持される。 Concrete pillars are commonly used for power supports that support overhead power lines and pole transformers. Inside the concrete column, a tension steel material for applying compressive stress (prestress) to the concrete column and a non-tensile steel material arranged along the tension steel material are arranged. Since these concrete columns are manufactured by a centrifugal molding method, the water-cement ratio is smaller than that of a normal concrete structure, and hardly deteriorates over time such as neutralization in a normal outdoor environment. Moreover, since the steel material inside the concrete column is maintained in an alkaline environment by the concrete, corrosion is unlikely to occur, and a healthy state is maintained for a long time.
電力支持物であるコンクリート柱は、通常供用時で想定される電力線や装柱機材からの荷重（許容荷重）に耐えうるように設計された上で建柱され、一定期間毎の巡視点検によりひび割れなどの状態を管理しながら使用される。 Concrete pillars, which are power supports, are built after being designed to withstand the load (allowable load) from power lines and columns and equipment assumed during normal operation, and cracked by patrol inspection at regular intervals. It is used while managing the state.
しかし、管理者に無許可でケーブルなどを設置され設計外の負荷を受けたり、自動車の衝突や台風などの自然災害などの想定外の荷重を受けて、コンクリート柱にひび割れが入る場合がある。ひび割れの状態によってはひびを介して雨水が侵入し鋼材の腐食劣化を生じ、腐食劣化が進行すると鋼材破断の要因となり得る。 However, there are cases where cables are cracked into concrete columns due to unintended loads such as installation of cables without the permission of the administrator, or unexpected loads such as natural disasters such as automobile collisions and typhoons. Depending on the state of cracks, rainwater may enter through the cracks, resulting in corrosion deterioration of the steel material. If the corrosion deterioration progresses, the steel material may break.
コンクリート柱の損傷は、通常は巡視点検などの監視により発見され、補修や建て替えが行われる。巡視点検のサイクルは、鋼材腐食の進行速度等を考慮して設定される。例えばコンクリート損傷時の鋼材腐食の進行が速いと、巡視点検のサイクルを短縮する（頻度を高める）必要がある。このため、コンクリート損傷時の鋼材腐食の進行を大幅に遅らせる技術は、巡視点検の負荷軽減や突発的な自然災害に対する耐久性向上、さらにはコンクリート柱の長寿命化に大きな寄与が期待できる。 Damage to concrete pillars is usually detected by inspections such as inspections, and repairs and rebuilding are performed. The inspection inspection cycle is set in consideration of the progress of steel corrosion. For example, if the progress of steel corrosion at the time of concrete damage is fast, it is necessary to shorten (increase the frequency) the inspection inspection cycle. For this reason, the technology that significantly delays the progress of steel corrosion when concrete is damaged can be expected to greatly contribute to reducing the inspection inspection load, improving durability against sudden natural disasters, and extending the life of concrete columns.
コンクリート柱の鋼材腐食による破断は、腐食部を起点として割れや減肉を生じ負荷応力に耐えられなくなることで生じる。コンクリート柱が災害などにより受けた損傷状態によっては、設計上の応力を主に負担する緊張鋼材だけでなく、非緊張鋼材にも応力が作用して、両方の鋼材が破断する場合がある。特に、高強度鋼材に高い応力が負荷された状態では、鋼材が脆化する腐食が生じ腐食部を起点として脆性破断を生じる可能性のあることが知られている（非特許文献１参照）。 Breaking due to steel material corrosion of concrete columns occurs when cracked or thinned from the corroded part and cannot withstand load stress. Depending on the damaged state of the concrete column due to a disaster or the like, not only the tension steel material that mainly bears the design stress, but also the non-tensile steel material may cause stress to break both steel materials. In particular, it is known that in a state where a high stress is applied to a high-strength steel material, the steel material becomes brittle and may cause brittle fracture starting from the corroded portion (see Non-Patent Document 1).
このような対策として、樹脂で被覆した鋼材を用いて鋼材腐食を抑制する手法が開示されている（特許文献１〜３参照）。また、材料にクロムを含有させた耐食性の優れたステンレス製鋼材を用いて腐食を抑制する手法が開示されている（非特許文献２参照）。さらに、表面軟質化処理を施した鋼材を用いて脆化を伴う腐食破断を抑制する手法が開示されている（特許文献４参照）。 As such countermeasures, a technique for suppressing steel corrosion using a steel material coated with a resin is disclosed (see Patent Documents 1 to 3). Moreover, the method of suppressing corrosion using the stainless steel material excellent in corrosion resistance which made the material contain chromium is disclosed (refer nonpatent literature 2). Furthermore, a technique for suppressing corrosion fracture accompanied by embrittlement using a steel material subjected to surface softening treatment is disclosed (see Patent Document 4).
しかし、特許文献１〜３に記載の樹脂被覆による鋼材の腐食抑制方法では、樹脂はコンクリート柱の損傷時に疵がつき内部の鋼材が露出する恐れがある。また、非特許文献２に記載のステンレス鋼を用いた方法では、ステンレスはコンクリート柱を連続生産する際、加工性が現行の鋼材と異なるため鋼材の直線性が得られにくい。さらに、樹脂やステンレスなど高価な素材を用いるとコンクリート柱の製造コストが増加する。 However, in the method for inhibiting corrosion of a steel material by resin coating described in Patent Documents 1 to 3, the resin is wrinkled when the concrete pillar is damaged, and the steel material inside may be exposed. Further, in the method using stainless steel described in Non-Patent Document 2, when stainless steel continuously produces concrete columns, the workability is different from the current steel material, and it is difficult to obtain the straightness of the steel material. Furthermore, the use of expensive materials such as resin and stainless steel increases the cost of producing concrete columns.
特許文献４に記載の表面軟化処理を行う方法でも、表面軟質化を施した鋼材は軟質層が腐食により消失すると鋼材の腐食破断を生じる可能性がある。 Even in the method of performing the surface softening treatment described in Patent Document 4, the steel material subjected to the surface softening may cause corrosion breakage of the steel material when the soft layer disappears due to corrosion.
そこで、本発明は、コンクリート柱に設計想定外のひび割れが入り、ひびを介して雨水が侵入する状態に鋼材がさらされても鋼材の腐食劣化の進展や鋼材の破断を著しく抑制することが可能な耐久性に優れたコンクリート柱を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can remarkably suppress the progress of corrosion deterioration of steel materials and the breakage of steel materials even if the steel columns are exposed to a state where cracks outside the design assumption enter the concrete column and rainwater enters through the cracks. An object of the present invention is to provide a concrete column excellent in durability.
上記課題を解決するために本発明者らは、まずコンクリート柱にひび割れを導入した状態でコンクリート内の鋼材の腐食速度を調査した。その結果、鋼材のかぶり厚ｔが15mm以上を有していれば、コンクリート内の腐食環境が通常の管理基準を超えるひび割れ部であっても、鋼材の腐食速度を年間20μｍ程度に抑制できることを見出した。また、コンクリート柱製造後の鋼材に観察される表面疵は深さが20μｍ程度であることを確認した。 In order to solve the above problems, the present inventors first investigated the corrosion rate of the steel material in the concrete with cracks introduced into the concrete column. As a result, it was found that if the steel cover thickness t is 15mm or more, the corrosion rate of the steel material can be suppressed to about 20μm annually even in the cracked part where the corrosion environment in the concrete exceeds the normal management standard. It was. In addition, it was confirmed that the surface defects observed in the steel material after the production of the concrete column had a depth of about 20 μm.
これらの知見より、鋼材表面に一定厚さの腐食代を付与することにより鋼材の腐食破断をある程度抑制できることを見出した。腐食代部分の鋼材の材質は、低硬度の軟化層にすると腐食箇所を起点とした割れなどを生じにくいため効果的である。腐食代の厚さとしては、初期に20μｍ程度の疵があり、巡視点検期間を最長10年として巡視期間の間に腐食が進行し、その後コンクリート柱の建て替えに要する期間を1年とすれば約250μｍの厚さが目安となる。 From these knowledge, it discovered that the corrosion fracture of steel materials could be suppressed to some extent by giving the corrosion allowance of fixed thickness to the steel material surface. The steel material of the corrosion allowance portion is effective because a softened layer with a low hardness hardly causes cracks or the like starting from the corrosion portion. As for the thickness of the corrosion allowance, there is a wrinkle of about 20μm in the initial stage. If the inspection period is 10 years at the longest, corrosion progresses during the inspection period, and then the period required for rebuilding the concrete pillar is about 1 year. The standard thickness is 250μm.
また、コンクリート柱には電線などの付属物を取り付た状態での風圧を考慮した設計荷重が規定されているが、設計荷重に対して一定量以上の鋼材を有していれば、ひび割れが生じてもひび割れ幅の増大を抑制できることを見出した。 In addition, the concrete column has a design load that takes into account the wind pressure in the state where an accessory such as an electric wire is attached, but if the steel column has a certain amount or more of the design load, it will crack. It has been found that an increase in crack width can be suppressed even if it occurs.
更に、コンクリート柱の曲げ耐久試験を行い、想定を超える損傷時には非緊張鋼材にも応力がかかり、その際、非緊張鋼材が腐食破断しなければ、緊張鋼材への応力集中や腐食に伴う脆性破断の可能性を低減できることを見出した。 Furthermore, a bending endurance test of concrete columns is conducted, and stress is also applied to non-tensile steel materials when damage exceeds the expected level. It was found that the possibility of this could be reduced.
以上から、コンクリート柱に使用する緊張鋼材あるいは、緊張鋼材と非緊張鋼材について、腐食を起点とした脆性割れに耐性がある鋼材を使用することでコンクリート柱の耐久性を向上できることを知見した。特に鋼材表層に250μm程度の一定厚さに管理された低硬度軟化層の腐食代を設けると同時に、コンクリート柱の設計荷重に応じた鋼材量を確保することにより、コンクリート柱に予期せぬ損傷が発生してひび割れが生じても、鋼材が腐食してから破断に至るまでに10年以上の時間を担保でき、安全に建て替えが可能となることを知見し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は次の通りである。 From the above, it was found that the durability of concrete columns can be improved by using steel materials that are resistant to brittle cracking starting from corrosion for the tension steel materials used for concrete columns, or for tension steel materials and non-tensile steel materials. In particular, by providing a corrosion allowance of a low hardness softened layer controlled to a constant thickness of about 250 μm on the surface of the steel material, and at the same time ensuring the amount of steel material according to the design load of the concrete column, unexpected damage to the concrete column It has been found that even if cracking occurs and the steel material corrodes until it breaks, it can guarantee a time of 10 years or more and can be safely rebuilt, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.
本発明に係わる耐久性に優れたコンクリート柱は、緊張鋼材がかぶり厚15mm以上35mm以下となるように配筋され遠心成型で製造されるコンクリート柱であって、緊張鋼材の中心部の平均硬度である中心硬度ＨＶｃと表層付近の硬度である表層硬度ＨＶｆとの差（ＨＶｃ−ＨＶｆ）から求められる硬度差ＨＶｄが、ビッカース硬度で８０超過２００以下であり、かつ緊張鋼材の硬度が次式で表される軟化開始硬度ＨＶｓとなる軟化開始位置から表層までの距離で規定される軟化層厚ｄｗが、250μm以上1000μｍ未満であることを特徴とする。
ＨＶｓ＝ＨＶｃ−ＨＶｄ×α・・・・・・・（１）
ここで、αは硬度低下率（０．１≦α＜０．２）
The concrete column excellent in durability according to the present invention is a concrete column that is arranged by centrifugal molding so that the tension steel material has a cover thickness of 15 mm or more and 35 mm or less, and has an average hardness at the center of the tension steel material. The hardness difference HV d obtained from the difference (HV c −HV f ) between a certain center hardness HV c and the surface layer hardness HV f which is the hardness in the vicinity of the surface layer is a Vickers hardness of more than 80 and less than 200, and the hardness of the tension steel material Is characterized in that the softened layer thickness d w defined by the distance from the softening start position where the softening start hardness HV s is represented by the following formula to the surface layer is 250 μm or more and less than 1000 μm.
HV s = HV c −HV d × α (1)
Where α is the hardness reduction rate (0.1 ≦ α <0.2)
また、前記コンクリート柱には前記緊張鋼材に沿って非緊張鋼材もかぶり厚15mm以上35mm以下となるように配筋され、前記非緊張鋼材の前記硬度差ＨＶｄもビッカース硬度で８０超過２００以下あり、かつ前記非緊張鋼材の前記軟化層厚ｄｗも250μｍ以上1000μｍ未満であることが好ましい。 Further, the non-tensile steel material is also arranged on the concrete column so as to have a cover thickness of 15 mm or more and 35 mm or less along the tension steel material, and the hardness difference HV d of the non-tensile steel material is 80 to 200 in terms of Vickers hardness. and wherein it is preferred that the softened layer thickness d w of the non-tension steel also less than 250μm or 1000 .mu.m.
また、前記緊張鋼材の中心部分と硬度が略同一の母材部分が、引張強度の略70％を負荷したＦＩＰ試験で破断時間が80時間以上となる焼戻しマルテンサイト組織を有し、前記緊張鋼材をJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強度が1420N/mm2以上1800 N/mm2未満であることが好ましい。 The base material portion having substantially the same hardness as the central portion of the tension steel material has a tempered martensite structure in which the fracture time is 80 hours or more in an FIP test loaded with about 70% of the tensile strength, and the tension steel material that preferably the tensile strength in the case of performing a tensile test at No. 2 test piece of JISZ2201 is less than 1420N / mm 2 or more 1800 N / mm 2.
また、前記非緊張鋼材の中心部分と硬度が略同一の母材部分が、引張強度の略40％を負荷したＦＩＰ試験で破断時間が80時間以上となる焼戻しマルテンサイト組織を有し、前記非緊張鋼材をJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強度が1250N/mm2以上1800 N/mm2未満であることが好ましい。 Further, the base material portion having substantially the same hardness as the center portion of the non-tensile steel material has a tempered martensite structure in which the fracture time is 80 hours or more in an FIP test loaded with about 40% of the tensile strength, it is preferable tensile strength when the tension steel was subjected to a tensile test at No. 2 test piece of JISZ2201 is less than 1250N / mm 2 or more 1800 N / mm 2.
さらに、前記コンクリート柱の地際断面の鋼材総面積Ｓ(mm2)が、風圧荷重を考慮した前記コンクリート柱の設計荷重Ｌ(N)として、Ｓが９L以上２０L以下の応力を負担できる面積であることが好ましい。 Furthermore, the total steel area S (mm2) of the concrete cross section of the concrete column is an area where S can bear a stress of 9L or more and 20L or less as the design load L (N) of the concrete column considering the wind pressure load. It is preferable.
本発明によれば、コンクリート柱に自動車の衝突や台風などの自然災害により設計想定外のひび割れが入り、ひびを介して雨水が侵入する状態に鋼材がさらされても鋼材の腐食劣化の進展や鋼材の破断を著しく抑制することが可能となる。 According to the present invention, cracks that are not designed due to a natural disaster such as a car collision or a typhoon enter a concrete column, and even if the steel material is exposed to a state where rainwater enters through the crack, It becomes possible to remarkably suppress the breakage of the steel material.
以下に添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing below. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.
図１は、本発明の実施形態に係わるコンクリート柱に作用する荷重のイメージ図である。本実施形態ではコンクリート柱１として、通常の送電、配電用に用いられるプレストレストコンクリートポールを例にして説明する。 FIG. 1 is an image diagram of a load acting on a concrete column according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, a prestressed concrete pole used for normal power transmission and distribution will be described as an example of the concrete pillar 1.
コンクリート柱１は下端部が地中に固定されている。設計荷重として、上部の電力線装架位置には電力線からの荷重Ｔが点荷重として作用し、全長にわたり風荷重Ｌが分布荷重として作用する。さらに想定外の荷重も作用する場合もある。例えば、図１には、車両等の衝突荷重が電柱下部に点荷重として作用する場合を図示している。 The concrete column 1 has a lower end fixed to the ground. As a design load, the load T from the power line acts as a point load at the upper power line mounting position, and the wind load L acts as a distributed load over the entire length. In addition, unexpected loads may also act. For example, FIG. 1 illustrates a case where a collision load such as a vehicle acts as a point load on the lower part of the utility pole.
コンクリート柱１には、通常想定される設計荷重に対して所定の安全率で曲げ耐力を有するように、十分な量の鋼材が配置されている。しかし、想定外の荷重が付加されると、図１に示すように曲げモーメントが最大となる地際でひび割れが発生する場合がある。 A sufficient amount of steel material is disposed on the concrete column 1 so as to have a bending proof strength at a predetermined safety factor with respect to a normally assumed design load. However, when an unexpected load is applied, cracks may occur on the ground where the bending moment is maximum as shown in FIG.
図２は、本発明の実施形態に係わるコンクリート柱の概要図である。図２（ａ）はコンクリート柱１の外観図であり、図２（ｂ）は、コンクリート柱内に埋設される鋼材の組立図である。 図２（ａ）に示すコンクリート柱１では、ポール下端から上端の方へ行くに従って漸次直径が小さくなるように全長に沿った所定値のテーパーが設けられている。なお、コンクリート柱１はこれに限定されず、本発明はテーパーが無い柱にも適用することができる。 FIG. 2 is a schematic view of a concrete column according to the embodiment of the present invention. Fig.2 (a) is an external view of the concrete pillar 1, FIG.2 (b) is an assembly drawing of the steel materials embed | buried in a concrete pillar. In the concrete pillar 1 shown in FIG. 2A, a taper having a predetermined value along the entire length is provided so that the diameter gradually decreases from the lower end of the pole toward the upper end. The concrete pillar 1 is not limited to this, and the present invention can also be applied to a pillar without a taper.
図２（ｂ）に示すように、コンクリート柱内には、籠状に組み立てられた鋼材が埋設されている。これらの籠状鋼材２は、周方向に略均等位置に配置した複数の緊張鋼材３と、緊張鋼材３に沿って配置した複数の非緊張鋼材４と、周方向位置に固定するためのフープ筋５とが組み合わさっている。 As shown in FIG. 2 (b), a steel material assembled in a bowl shape is embedded in the concrete column. These bar-shaped steel materials 2 are composed of a plurality of tension steel materials 3 arranged at substantially equal positions in the circumferential direction, a plurality of non-tensile steel materials 4 arranged along the tension steel materials 3, and a hoop bar for fixing at a circumferential position. 5 is combined.
緊張鋼材３は、柱全長にわたって配置されている。緊張鋼材が所定位置に組み上げられた後、プレストレスが与えられ、その後、コンクリートが遠心成型される。コンクリートが凝結した後に緊張鋼材３のストレスを開放することでコンクリートに対してプレストレスが与えられてコンクリート柱１を補強する。 The tension steel 3 is disposed over the entire length of the column. After the tension steel is assembled in place, prestress is applied, and then the concrete is centrifugally formed. By releasing the stress of the tension steel 3 after the concrete has set, prestress is applied to the concrete to reinforce the concrete column 1.
緊張鋼材３はプレストレスをコンクリート柱１に導入するだけでなく、コンクリート柱の曲げ耐力を確保するための主筋としても機能する。緊張鋼材の配置本数は導入されるプレストレスや確保すべき曲げ耐力の大きさに応じて適宜設定すれば良い。図中では簡略化のため緊張鋼材を４本配置しているが、これ以上（例えば８本）配置しても良い。 The tension steel 3 not only introduces prestress into the concrete column 1 but also functions as a main reinforcement for securing the bending strength of the concrete column. What is necessary is just to set suitably the arrangement | positioning number of tension steel materials according to the prestress introduced and the magnitude | size of the bending strength which should be ensured. In the drawing, four tension steel materials are arranged for simplification, but more (for example, eight) may be arranged.
非緊張鋼材４は、柱の長手方向の一部区間に配置されている。図中では、特にテーパーによりコンクリート柱１の下部の緊張鋼材３の周方向間隔が開くため、その間を埋めて補強するために下部に配置されている。また、図中では簡略化のため緊張鋼材の周方向略中間位置に非緊張鋼材を４本配置しているが、緊張鋼材の本数に合わせてこれ以上（例えば８本）配置しても良い。 The non-tensile steel material 4 is arranged in a partial section in the longitudinal direction of the column. In the figure, since the circumferential interval of the tension steel material 3 below the concrete column 1 is opened by the taper in particular, it is arranged at the lower part in order to fill and reinforce the gap. Further, in the figure, for simplicity, four non-tensile steel materials are arranged at a substantially intermediate position in the circumferential direction of the tension steel materials, but more (for example, eight) may be arranged according to the number of the tension steel materials.
非緊張鋼材４にはプレストレスは与えられず、設計上も曲げ耐力の算定に考慮されない場合が多い。しかし、想定外の荷重が作用する場合には非緊張鋼材にも応力が作用するため、実質的には非緊張鋼材４により曲げ耐力が増加する。 The non-tensile steel material 4 is not prestressed and is often not taken into account in the calculation of bending strength in terms of design. However, when an unexpected load is applied, stress also acts on the non-tensile steel material, so that the bending strength is substantially increased by the non-tensile steel material 4.
ここで、緊張鋼材３のコンクリート表層からのかぶり厚ｔは、15mm以上35mm以下であることが好ましい。かぶり厚ｔが15mm未満ではひびが入った際に鋼材の腐食の進行が速いが、かぶり厚ｔが15mm以上では腐食の進行が遅く（腐食速度で20μm/年以下）、腐食抑制効果が認められるためである。また、かぶり厚ｔを35mm以下とすることで製造にかかるコストの増大を抑制し、経済的にコンクリート柱を製造できる。なお、非緊張鋼材４による曲げ耐力の増加を期待する場合には、非緊張鋼材４のかぶり厚ｔも同様に規定するのが好ましい。 Here, the cover thickness t from the concrete surface layer of the tension steel 3 is preferably 15 mm or more and 35 mm or less. If the cover thickness t is less than 15mm, the steel progresses rapidly when cracked, but if the cover thickness t is 15mm or more, the corrosion progresses slowly (corrosion rate is 20μm / year or less) and the corrosion inhibition effect is recognized. Because. Further, by setting the cover thickness t to 35 mm or less, an increase in manufacturing cost can be suppressed, and a concrete column can be manufactured economically. In addition, when expecting the increase in bending strength by the non-tensile steel material 4, it is preferable to prescribe | regulate the cover thickness t of the non-tensile steel material 4 similarly.
さらに、本実施形態では鋼材のかぶり厚ｔだけでなく、鋼材断面の硬度分布にも特徴を持たせることで、鋼材の脆性破断に対する性能を向上させている。詳細には鋼材表面に低硬度の軟化層を設け、軟化層と鋼材中心との硬度差を所定値以上にすることで鋼材の脆性破断を抑制し、さらに、軟化層の厚さを所定値以上にすることで腐食代としての機能も持たせている。 Furthermore, in this embodiment, not only the cover thickness t of the steel material but also the hardness distribution of the steel material cross section is characterized, thereby improving the performance of the steel material against brittle fracture. Specifically, a softened layer with a low hardness is provided on the steel surface, and the hardness difference between the softened layer and the steel center is set to a predetermined value or more to suppress brittle fracture of the steel material, and the thickness of the softened layer is set to a predetermined value or more. By making it, it also has a function as a corrosion allowance.
鋼材断面の硬度分布の特徴について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係わる鋼材の表層から中心部までの硬度分布のイメージ図である。横軸は鋼材表面からの距離ｄであり、鋼材表面（ｄ＝０)から鋼材中心Ｃまでを表している。縦軸はビッカース硬度Ｈｖである。 The characteristics of the hardness distribution of the steel cross section will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an image diagram of the hardness distribution from the surface layer to the center of the steel material according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis is the distance d from the steel material surface, and represents from the steel material surface (d = 0) to the steel material center C. The vertical axis represents the Vickers hardness Hv.
まず、軟化層と鋼材中心との硬度差について説明する。本実施形態で対象とする緊張鋼材３は、緊張鋼材３の中心部Ｃの平均硬度である中心硬度ＨＶｃと表層付近Ａの硬度である表層硬度ＨＶｆとの差（ＨＶｃ−ＨＶｆ）から求められる硬度差ＨＶｄが、ビッカース硬度Ｈｖで８０超過２００以下であることを特徴とする。 First, the hardness difference between the softened layer and the steel material center will be described. The tension steel material 3 targeted in the present embodiment is a difference between the center hardness HV c that is the average hardness of the central portion C of the tension steel material 3 and the surface layer hardness HV f that is the hardness in the vicinity of the surface layer (HV c −HV f ). The hardness difference HV d obtained from the above is characterized in that the Vickers hardness Hv is more than 80 and 200 or less.
硬度差ＨＶｄがビッカース硬度Ｈｖで８０を超過していれば、作用する応力レベルが高い場合にも腐食部の脆化を防止し、鋼材の脆性割れを抑制する効果が母材に対して期待できるためである。また、同２００以下であれば、鋼材製造にかかるコストが過大とならず、経済的にコンクリート柱を製造できるためである。 If the hardness difference HV d is greater than 80 in terms of Vickers hardness Hv, it is expected that the base metal will be effective in preventing embrittlement of the corroded part and suppressing brittle cracking of the steel material even when the applied stress level is high. This is because it can. Moreover, if it is 200 or less, it is because the cost concerning steel material manufacture does not become excessive and can manufacture a concrete pillar economically.
つぎに、軟化層の厚さについて説明する。本実施形態で対象とする緊張鋼材３は、緊張鋼材３の硬度が（１）式で表される軟化開始硬度ＨＶｓとなる軟化開始位置Ｂから表層までの距離で規定される軟化層厚ｄｗが、250μm以上1000μｍ未満であることを特徴とする。
（数１）
ＨＶｓ＝ＨＶｃ−ＨＶｄ×α・・・・・・・（１）
ここで、αは硬度低下率（０．１≦α＜０．２）
Next, the thickness of the softening layer will be described. The tension steel material 3 targeted in the present embodiment has a softened layer thickness d defined by the distance from the softening start position B to the surface layer where the hardness of the tension steel material 3 is the softening start hardness HV s represented by the formula (1). w is 250 μm or more and less than 1000 μm.
(Equation 1)
HV s = HV c −HV d × α (1)
Where α is the hardness reduction rate (0.1 ≦ α <0.2)
硬度が低い軟化層の部分は、鋼材の腐食代として機能する。低硬度部は、腐食しても腐食箇所を起点とした割れなどを生じにくいため腐食代として有効なためである。 The portion of the softened layer having a low hardness functions as a corrosion allowance for the steel material. This is because the low-hardness portion is effective as a corrosion allowance because it is difficult to cause cracks or the like starting from the corroded portion even when corroded.
腐食代の厚さは、表面疵や巡視点検期間に進行する腐食厚を考慮して設定する。表面疵については、コンクリート柱製造後の鋼材に観察される表面疵深さを確認したところ、20μｍ程度であることが判明した。 The thickness of the corrosion allowance is set in consideration of the surface defects and the corrosion thickness that progresses during the inspection. As for surface defects, when the depth of surface defects observed in the steel material after the production of concrete pillars was confirmed, it was found to be about 20 μm.
また、巡視点検期間に進行する腐食厚は、巡視点検期間に緊張鋼材３の腐食速度を乗じて算定することができる。ここで、巡視点検期間とは、コンクリート柱１を巡視点検する間隔のことである。通常は３〜５年の期間であるが、点検費用を削減するためこの期間をさらに延伸（例えば１０年まで延伸）するのが好ましい。 Further, the corrosion thickness that progresses during the inspection inspection period can be calculated by multiplying the corrosion rate of the tension steel material 3 during the inspection inspection period. Here, the inspection inspection period is an interval for inspection of the concrete pillar 1. Usually, it is a period of 3 to 5 years, but it is preferable to extend this period further (for example, to 10 years) in order to reduce the inspection cost.
緊張鋼材３の腐食速度は、かぶり厚ｔを15mm以上に規定すれば、コンクリート内の腐食環境が通常の管理基準を超えるひび割れ部であっても、年間20μｍ程度である（詳細は実施例で説明）。表面に20μｍの疵が入った部分において10年間の巡視点検期間と１年間の建て替え期間を考慮した場合、下記の通り所要最低腐食代は240μｍとなる。
所要最低腐食代
＝表面疵＋巡視点検最長期間（１０年間）に進行する腐食厚
＋建て替え期間（１年間）に進行する腐食厚
＝20＋200＋20
＝240μｍ
If the cover thickness t is specified to be 15 mm or more, the corrosion rate of the tension steel 3 is about 20 μm per year even if the corrosion environment in the concrete exceeds the normal management standard (details are explained in the examples). ). When considering the inspection period of 10 years and the rebuilding period of 1 year in the part with 20μm of flaws on the surface, the required minimum corrosion allowance is 240μm as follows.
Minimum required corrosion allowance = Surface flaw + Corrosion thickness that progresses during the longest inspection period (10 years) + Corrosion thickness that progresses during the rebuilding period (1 year) = 20 + 200 + 20
= 240μm
よって、腐食代として機能する軟化層厚ｄｗを250μｍ以上に規定することで、最大１０年間の巡視点検期間でも保守管理可能となり、点検費用を大幅に削減することができる。また、同1000μｍ未満と規定すること、鋼材製造にかかるコストが過大とならず、経済的にコンクリート柱を製造できる。 Thus, by defining the softening layer thickness d w, which functions as a corrosion allowance more than 250μm, also becomes possible maintenance in patrol inspection period of up to 10 years, it can significantly reduce the inspection cost. Moreover, it is prescribed that the thickness is less than 1000 μm, and the cost for manufacturing the steel material is not excessive, and the concrete column can be manufactured economically.
ここで、軟化層厚ｄｗを求める際に用いる軟化開始硬度ＨＶｓは、（１）式の通り、中心硬度ＨＶｃと、硬度差ＨＶｄに硬度低下率α（０．１以上０．２未満）を乗じた値との差から求められる。硬度低下率αを０．１以上とすることで、鋼材中心部の硬度のバラツキの影響を受けずに、純粋に軟化開始した位置を特定できる。また、同０．２未満とすることで、軟化層として評価できる範囲を過小評価せずに適切に考慮できる。 Here, the softening start hardness HV s used for obtaining the softened layer thickness d w is the center hardness HV c and the hardness difference HV d according to the equation (1), and the hardness reduction rate α (0.1 or more and 0.2). Less than)). By setting the hardness reduction rate α to 0.1 or more, it is possible to specify the position where the softening starts purely without being affected by the hardness variation of the steel material center. Moreover, the range which can be evaluated as a softening layer can be considered appropriately without underestimating by making it less than 0.2.
表層位置Aは、鋼材表層から所定深さの位置のことを指す。所定深さは、鋼材表層の被覆、汚れなどによる影響を排除できるように適宜設定すればよく、一般に３０μｍ程度に設定すればよい。 The surface layer position A refers to a position at a predetermined depth from the steel material surface layer. The predetermined depth may be set as appropriate so as to eliminate the influence of coating, dirt, etc. on the steel surface layer, and generally set to about 30 μm.
鋼材表層に軟化層を設ける処理方法は、特に限定されず、公知の方法を適宜選択して採用すればよい。なかでも、特許文献４に記載の表面軟質化処理方法が好ましい。特許文献４の表面軟質化処理方法では、焼入れ工程後の焼戻し工程において、加熱手段として高周波誘導加熱を行う。高周波誘導加熱による焼戻しでは鋼材自体が発熱するが、この発熱部の深さは、焼戻加熱コイルのコイルターン数と周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間の組合せにより調節することができる。つまり、軟化層の硬度や厚さを一定範囲で制御しながら軟化層を形成することができる点が本実施形態に適している。 The treatment method for providing the softening layer on the steel surface layer is not particularly limited, and a known method may be appropriately selected and employed. Especially, the surface softening processing method of patent document 4 is preferable. In the surface softening treatment method of Patent Document 4, high-frequency induction heating is performed as a heating means in the tempering step after the quenching step. In tempering by high-frequency induction heating, the steel material itself generates heat, but the depth of this heat generating part is adjusted by a combination of the number of turns and frequency of the tempering heating coil, input electrical energy, heating temperature, heating time, and cooling time. be able to. That is, it is suitable for this embodiment that the softened layer can be formed while controlling the hardness and thickness of the softened layer within a certain range.
対象とする鋼材には緊張鋼材３と非緊張鋼材４の両方が含まれる。ここでは代表的に緊張鋼材３を対象として説明したが、非緊張鋼材４を曲げ耐力補強用の補強筋として扱う場合には、非緊張鋼材４に対しても緊張鋼材３と同様の硬度分布を規定するのが好ましい。緊張鋼材のみならず非緊張鋼材にも鋼材の腐食による脆性割れに耐性のある鋼材を適用することで、管理基準を大幅に超えるひび割れがコンクリートに生じた場合にも、鋼材破断によるコンクリート柱の性能劣化を大幅に遅延することが可能となる。 The target steel materials include both the tension steel materials 3 and the non-tensile steel materials 4. Here, the tension steel material 3 has been described as a representative, but when the non-tensile steel material 4 is handled as a reinforcing bar for bending strength reinforcement, the hardness distribution similar to that of the tension steel material 3 is applied to the non-tensile steel material 4 as well. It is preferable to specify. By applying steel materials that are resistant to brittle cracks due to corrosion of steel materials to not only tension steel materials but also non-tensile steel materials, the performance of concrete columns due to steel material breakage even when cracks significantly exceed the control standards occur in concrete. Degradation can be greatly delayed.
緊張鋼材３の水素脆化試験としてＦＩＰ (Federation Internationale de la Precontrainte) 試験が知られている。この試験は50℃，20%チオシアン酸アンモニウム水溶液中で，鋼材に一定荷重を負荷し破断までの時間を評価する。 An FIP (Federation Internationale de la Precontrainte) test is known as a hydrogen embrittlement test of the tension steel 3. In this test, a constant load is applied to a steel material in a 20% ammonium thiocyanate aqueous solution at 50 ° C, and the time until fracture is evaluated.
緊張鋼材３は、その中心部分と硬度が略同一の母材部分が、引張強度の略70％を負荷したＦＩＰ試験で破断時間が80時間以上となる焼戻しマルテンサイト組織を有することが好ましい。一方、非緊張鋼材４は、同じくその中心部分と硬度が略同一の母材部分が、引張強度の略40％を負荷したＦＩＰ試験で破断時間が80時間以上となる焼戻しマルテンサイト組織を有することが好ましい。ＦＩＰ試験値を満足する焼戻しマルテンサイト組織を規定することにより、材料面から腐食部からの脆性割れを抑制することができる。 The tension steel material 3 preferably has a tempered martensite structure in which a base material portion having substantially the same hardness as the center portion has a rupture time of 80 hours or more in an FIP test in which approximately 70% of the tensile strength is loaded. On the other hand, the non-tensile steel material 4 has a tempered martensite structure in which the base material portion having substantially the same hardness as the center portion has a rupture time of 80 hours or more in an FIP test in which approximately 40% of the tensile strength is loaded. Is preferred. By defining a tempered martensite structure that satisfies the FIP test value, brittle cracking from the corroded portion can be suppressed from the material surface.
緊張鋼材３は、JISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強度が1420N/mm2以上1800 N/mm2未満であることが好ましい。非緊張鋼材４は、引張強度が1250N/mm2以上1800 N/mm2未満であることが好ましい。引張強度を一定値以上に規定することにより、従来実施されてきた一般的なコンクリート柱の設計に対応しながら、鋼材に作用する応力レベルを引張強度に対して一定割合以下に抑制することができ、脆性破断のリスクをより低減できる。さらに、強度が1800N/mm2を超えると腐食を起点とした脆化破断の可能性が高くなることから、引張強度を1800N/mm2未満とすることでも脆性破断のリスクを低減できる。 Tension steel 3 is preferably a tensile strength in the case of performing a tensile test at No. 2 test piece of JISZ2201 is less than 1420N / mm 2 or more 1800 N / mm 2. Untensioned steel 4 is preferably tensile strength is less than 1250N / mm 2 or more 1800 N / mm 2. By prescribing the tensile strength above a certain value, the stress level acting on the steel material can be suppressed to a certain percentage or less with respect to the tensile strength while complying with the design of a conventional concrete column that has been implemented in the past. The risk of brittle fracture can be further reduced. Furthermore, if the strength exceeds 1800 N / mm 2 , the possibility of brittle fracture starting from corrosion increases, so the risk of brittle fracture can be reduced even if the tensile strength is less than 1800 N / mm 2 .
なお、緊張鋼材３よりも非緊張鋼材４のＦＩＰ試験時の荷重レベルや引張強度を低減した。これは、それぞれの鋼材に設計上作用し得る応力レベルを考慮したものである。特に、プレストレスがかからない非緊張鋼材４は緊張鋼材３のような高強度は要求されない点を反映している。 In addition, the load level and tensile strength at the time of the FIP test of the non-tensile steel material 4 were reduced rather than the tension steel material 3. This takes into account the stress level that can affect the design of each steel material. In particular, the non-tensile steel material 4 that is not pre-stressed reflects the point that high strength like the tension steel material 3 is not required.
さらに、コンクリート柱１の地際断面の非緊張鋼材４と緊張鋼材３の総面積Ｓ(mm2)が、風圧荷重を考慮したコンクリート柱１の設計荷重Ｌ(N)として、総面積Ｓが９Ｌ以上２０Ｌ以下の応力を負担できる面積であることが好ましい。総面積Ｓが９Ｌ以上であれば、コンクリートにひび割れが発生してもひび割れ幅の増大を抑制できる。同２０Ｌ以上では鋼材量の増加に伴う効果が飽和するため、総面積Ｓの上限値を２０Ｌと定めることで、高価な鋼材を不必要に多量に使用することを防止し、コンクリート柱１のコストの増大を抑制できる。
Furthermore, the total area of the tension steel 3 and untensioned steel 4 Chisai section of concrete columns 1 S (mm @ 2) is, as a design load L of the concrete pole 1 in consideration of the wind pressure load (N), the total area S 9L It is preferable that the area can bear a stress of 20 L or less. If the total area S is 9L or more, an increase in crack width can be suppressed even if cracks occur in the concrete. Since the effect accompanying the increase in the amount of steel material is saturated at 20L or more, the upper limit of the total area S is set to 20L, so that an unnecessary amount of expensive steel material is prevented from being used in large quantities, and the cost of the concrete column 1 Can be suppressed.
以上説明の通り、本実施形態のコンクリート柱１によれば、自動車の衝突や台風などの自然災害により設計想定外のひび割れが入り、ひびを介して雨水が侵入する状態に鋼材がさらされても鋼材の腐食劣化の進展や鋼材の破断を著しく抑制するができ、コンクリート柱の耐久性を高めることができる。 As described above, according to the concrete pillar 1 of the present embodiment, even if a steel material is exposed to a state in which rain that has not been designed due to a natural disaster such as a car collision or a typhoon enters and the rainwater enters through the crack. The progress of corrosion deterioration of steel materials and breakage of steel materials can be remarkably suppressed, and the durability of concrete columns can be enhanced.
〔腐食速度試験〕
遠心成型したコンクリート柱に幅0.1ｍｍと0.5ｍｍのひび割れを導入し、実環境で暴露試験を行い、コンクリートをはつって鋼材表面からの腐食速度を測定した。なお、ひび割れ幅0.5mmは通常の管理基準を超える範囲から設定した。
検討に使用した鋼材の組成は、C：0.4％、Si：1.8%、Mn：0.6%、P：0.01％、S：0.05%、Ti：0.03%、B：0.001%、および、C：0.2％、Si：1.3%、Mn：0.7%、P：0.02％、S：0.03%、Ti：0.03%である。
[Corrosion rate test]
Cracks with a width of 0.1 mm and 0.5 mm were introduced into a centrifugally molded concrete column, and an exposure test was conducted in an actual environment, and the corrosion rate from the steel surface was measured with concrete. The crack width 0.5mm was set from the range exceeding the normal control standard.
The composition of the steel materials used for the study was C: 0.4%, Si: 1.8%, Mn: 0.6%, P: 0.01%, S: 0.05%, Ti: 0.03%, B: 0.001%, and C: 0.2% , Si: 1.3%, Mn: 0.7%, P: 0.02%, S: 0.03%, Ti: 0.03%.
実施例１１〜１６は、特許文献４に記載の方法で熱処理を行って軟化層を設けた鋼材をかぶり厚ｔ15mm〜35mmの位置に配置した。比較例１１〜１２は、市販のJISG3137(細径異形PC鋼棒)に該当する鋼材（上記熱処理は実施せず）をかぶり厚ｔ10mmの位置に配置した。結果を表１に記す。 In Examples 11 to 16, a steel material that was heat-treated by the method described in Patent Document 4 and provided with a softened layer was disposed at a position where the cover thickness was t15 mm to 35 mm. In Comparative Examples 11 to 12, a steel material corresponding to the commercially available JISG3137 (small-diameter deformed PC steel rod) (the above heat treatment was not performed) was arranged at a cover thickness t10 mm. The results are shown in Table 1.
かぶり厚ｔ10ｍｍの条件では、ひび割れ幅が0.1ｍｍでは鋼材腐食は殆ど認められないが（比較例１１参照）、通常の管理基準を大幅に超える0.5ｍｍという大きなひび割れ幅の場合は40μm/年というかなりの速さで腐食が進む（比較例１２参照）。一方、かぶり厚ｔは15ｍｍ以上では、ひび割れ幅が0.5mmでも腐食速度は20μm/年以下であり、腐食の抑制効果が認められる（実施例１２参照）。 Under the condition of the cover thickness t10 mm, almost no corrosion of the steel material is observed when the crack width is 0.1 mm (see Comparative Example 11), but in the case of a large crack width of 0.5 mm, which greatly exceeds the normal control standard, it is considerably 40 μm / year. (See Comparative Example 12). On the other hand, when the cover thickness t is 15 mm or more, even if the crack width is 0.5 mm, the corrosion rate is 20 μm / year or less, and an effect of inhibiting corrosion is recognized (see Example 12).
〔緊張鋼材用試験〕
緊張鋼材の評価試験として、硬度評価試験、母材材質評価試験、脆性化評価試験を行った。硬度評価試験では、表層硬度ＨＶｆ、中心硬度ＨＶｃ、硬度差ＨＶｄおよび軟化層厚ｄｗについて測定（算定）した。表層硬度ＨＶｆを求める表層付近は表層Aから30μｍ位置とし、軟化層厚ｄｗを求めるための硬度低下率αは０．１５とした。なお、軟化層厚ｄｗについては、10年周期の巡視点検期間で保守管理可能な250μｍ以上の場合を○、250μｍ未満の場合を×と評価した。
[Test for tension steel]
Hardness evaluation test, base material quality evaluation test, and brittleness evaluation test were performed as evaluation tests of the tension steel materials. Hardness evaluation test were surface hardness HV f, center hardness HV c, measured for hardness difference HV d and softened layer thickness d w (calculated). The vicinity of the surface layer for obtaining the surface layer hardness HV f was positioned 30 μm from the surface layer A, and the hardness reduction rate α for obtaining the softened layer thickness d w was 0.15. Note that the softened layer thickness d w, the case of the above maintenance manageable 250 [mu] m in patrol inspection intervals of 10 year cycle ○, was evaluated as × when less than 250 [mu] m.
母材材質評価試験では、母材引張強度の70％荷重負荷時のＦＩＰ試験を行い、破断時間が80時間以上を○、80時間未満を×と評価した。脆性化評価試験では、緊張鋼材に0.5％NaClを付着させ湿潤状態で引張強度の70％の負荷応力かけて500時間経時後の腐食部からの割れの発生有無を観察した。割れ有を×、割れ無を○と評価した。緊張鋼材用試験の結果を表２に示す。 In the base material evaluation test, an FIP test was performed at a load of 70% of the base material tensile strength, and a fracture time of 80 hours or more was evaluated as ◯, and less than 80 hours was evaluated as ×. In the embrittlement evaluation test, 0.5% NaCl was attached to the tension steel material, and the presence or absence of cracks from the corroded portion after 500 hours was observed in a wet state under a load stress of 70% of the tensile strength. The presence of cracking was evaluated as x, and the absence of cracking was evaluated as ○. Table 2 shows the results of the tensile steel test.
比較例２１、２２は脆性化評価試験の結果が×となり、緊張力が作用している条件では鋼材が脆性化すると評価された。比較例２１では母材材質評価試験の結果が×となっている。また、比較例２２では母材材質評価試験の結果は○であったが、硬度差ＨＶｄが40と他のケースよりも小さい。よって、母材部のＦＩＰ試験での破断時間が80時間未満の鋼材、または硬度差ＨＶｄが一定値未満の鋼材は、鋼材が脆性化しやすいと判断される。
比較例２３では、母材材質評価試験および脆性化評価試験の結果は○であったが、軟化層厚ｄｗが規定値（250μｍ）を下回っており×と評価された。
In Comparative Examples 21 and 22, the result of the brittleness evaluation test was x, and it was evaluated that the steel material became brittle under the conditions in which the tension was acting. In Comparative Example 21, the result of the base material evaluation test is x. Further, in Comparative Example 22, the result of the base material evaluation test was “good”, but the hardness difference HV d was 40, which is smaller than the other cases. Therefore, it is determined that a steel material having a fracture time of less than 80 hours in the FIP test of the base material part or a steel material having a hardness difference HV d less than a certain value is likely to be brittle.
In Comparative Example 23, the result of the matrix material evaluation test and embrittlement evaluation test was the ○, softened layer thickness d w is evaluated as × is below a specified value (250 [mu] m).
〔非緊張鋼材用試験〕
非緊張鋼材の評価試験として、硬度評価試験、母材材質評価試験、脆性化評価試験を行った。母材材質評価試験は、母材引張強度の40％荷重負荷時のＦＩＰ試験を行った。
[Test for non-tensile steel]
As an evaluation test for non-tensile steel, a hardness evaluation test, a base material evaluation test, and a brittleness evaluation test were performed. In the base material evaluation test, an FIP test was performed at a load of 40% of the base material tensile strength.
脆性化評価試験では、非緊張鋼材に0.5％NaClを付着させ湿潤状態で本実施形態の下限荷重1250N/mm2の60%の負荷応力かけて500時間経時後の腐食部からの割れの発生有無を観察した。その他の条件は緊張鋼材用試験と同様とした。非緊張鋼材用試験の結果を表３に示す。 In the embrittlement evaluation test, 0.5% NaCl was attached to the non-tensile steel material, and whether or not cracking occurred from the corroded part after 500 hours with 60% load stress of the lower limit load of 1250N / mm 2 of this embodiment in the wet state Was observed. The other conditions were the same as those for the tensile steel material test. Table 3 shows the results of the test for non-tensile steel.
表３の結果は表２に示す緊張鋼材用試験の結果と同様となった。なお、比較例３３は硬度差ＨＶｄが60であっても脆性化評価試験の結果が×となっている。実施例３２等から硬度差ＨＶｄが90あれば脆性化評価試験の結果が○となることから、鋼材の脆性化を抑制するためには硬度差ＨＶｄが少なくとも80程度必要であると考えられる。 The results in Table 3 were the same as the results for the tension steel test shown in Table 2. In Comparative Example 33, even when the hardness difference HV d is 60, the result of the brittleness evaluation test is x. From Example 32 and the like, if the hardness difference HV d is 90, the result of the brittleness evaluation test becomes ◯, so it is considered that the hardness difference HV d is required to be at least about 80 in order to suppress the brittleness of the steel material. .
〔コンクリート柱の曲げ耐久試験〕
緊張鋼材および非緊張鋼材を配筋したコンクリート柱を、地際から約２ｍ位置に約0.5ｍｍのひび割れが発生するように柱頂部に水平方向の荷重を付与した状態で実環境に３年間保持した。なお、実施例４２では緊張鋼材のみを配筋したコンクリート柱を用いた。
[Bending durability test of concrete columns]
A concrete column with reinforced steel and non-tensioned steel is held for 3 years in a real environment with a horizontal load applied to the top of the column so that a crack of about 0.5 mm occurs at a position about 2 m from the ground. . In Example 42, a concrete column with only tension steel was used.
荷重を保持したコンクリート柱について、緊張鋼材および非緊張鋼材の脆性化評価と、コンクリート柱の傾斜評価を行った。表４にコンクリート柱内の緊張鋼材と非緊張鋼材の評価結果を、表５にコンクリート柱の曲げ耐久性評価結果を示す。 About the concrete column which kept the load, the embrittlement evaluation of the tension steel material and the non-tensile steel material and the inclination evaluation of the concrete column were performed. Table 4 shows the evaluation results of the tension steel and non-tensile steel in the concrete column, and Table 5 shows the bending durability evaluation results of the concrete column.
表４において、緊張鋼材の引張強度評価では、1420N/mm2以上1800 N/mm2未満を○、その他を×とし、非緊張鋼材の引張強度評価では、1250N/mm2以上1800 N/mm2未満を○、その他を×とそれぞれ評価した。緊張鋼材材質評価もしくは非緊張鋼材材質評価では、ＦＩＰ試験において、引張強度の70％もしくは40%の荷重条件で定荷重試験を行い、破断時間が80時間以上となる焼き戻しマルテンサイト組織を○、マルテンサイト系組織で破断時間が80時間未満を×とした。緊張鋼材および非緊張鋼材の硬度分布評価では、硬度差ＨＶｄが80以上かつ軟化層厚ｄｗが250μｍ以上を○、その他を×とした。鋼材量評価では、コンクリート柱の地際部の鋼材総断面積Ｓ(mm2)、
コンクリート柱の設計荷重Ｌ(N)として、Ｓ／Ｌが9以上を○、9未満を×とした。
In Table 4, the tensile strength evaluation tension steel, 1420N / mm 2 or more 1800 N / mm 2 lower than the ○, others as ×, the tensile strength evaluation of untensioned steel, 1250N / mm 2 or more 1800 N / mm 2 Less than was evaluated as ○, and others were evaluated as ×. In the tensile steel material evaluation or non-tensile steel material evaluation, in the FIP test, a constant load test is performed under a load condition of 70% or 40% of the tensile strength, and a tempered martensite structure with a rupture time of 80 hours or more is In the martensitic structure, a break time of less than 80 hours was evaluated as x. In the hardness distribution evaluation of the tension steel material and the non-tensile steel material, the hardness difference HV d was 80 or more and the softened layer thickness d w was 250 μm or more, and the others were x. In the evaluation of the amount of steel, the total cross-sectional area S (mm 2 ) of the steel at the boundary of the concrete column,
As the design load L (N) of the concrete column, S / L is 9 or more, and less than 9 is x.
表５において、緊張鋼材および非緊張鋼材の脆性化評価では、荷重を３年間保持した後で、ひび割れ部での鋼材の破断無を○、破断あるいは腐食部からの割れの進展有を×とした。コンクリート柱の傾斜評価では、荷重を３年間保持した後で、ひび割れ部を起点とした傾きが垂直方向に対して30°未満を○、30°以上を×とした。 In Table 5, in the brittleness evaluation of tension steel and non-tensile steel, after holding the load for 3 years, no breakage of the steel material at the cracked portion was indicated as ○, and the presence of crack propagation from the fractured or corroded portion was indicated as ×. . In the evaluation of the inclination of the concrete column, after holding the load for 3 years, the inclination starting from the cracked portion is less than 30 ° with respect to the vertical direction, and ○ is more than 30 °.
表５より比較例４１〜４３では緊張鋼材および非緊張鋼材のいずれも脆性化して破断や割れが生じており、コンクリート柱の傾斜角度が30°以上となった。これらのケースでは表４より緊張鋼材と非緊張鋼材の両方が鋼材評価（引張強度、材質、硬度分布のいずれかの評価）を満たしておらず、この影響で鋼材の脆性化やコンクリート柱の傾斜が生じたものと想定される。
From Table 5, in Comparative Examples 41 to 43, both the tension steel material and the non-tensile steel material were brittle and fractured or cracked, and the inclination angle of the concrete column was 30 ° or more. In these cases, as shown in Table 4, both the tension steel and the non-tensile steel do not satisfy the steel evaluation (evaluation of any one of tensile strength, material, and hardness distribution). Is assumed to have occurred.
また、表５より比較例４４でもコンクリート柱の傾斜角度が30°以上となった。このケースでは表４より緊張鋼材と非緊張鋼材はそれぞれ鋼材評価を満たしたが、鋼材量が不足しており、この影響でコンクリート柱の傾斜が生じたものと想定される。 Also, from Table 5, the inclination angle of the concrete column was 30 ° or more in Comparative Example 44 as well. In this case, it is assumed from Table 4 that the tension steel material and the non-tensile steel material satisfy the steel material evaluation, but the amount of the steel material is insufficient and the concrete column is inclined due to this effect.
一方、表５より実施例４１、４２では、緊張鋼材および非緊張鋼材の両方とも（実施例４２では緊張鋼材が）脆性化せず、コンクリート柱も傾斜しなかった。これらのケースでは表４より鋼材に関して全ての評価を満たしている。 On the other hand, from Table 5, in Examples 41 and 42, both the tension steel material and the non-tensile steel material (the tension steel material in Example 42) did not become brittle, and the concrete column did not incline. In these cases, all the evaluations regarding steel materials are satisfied from Table 4.
また、表５より実施例４３，４４では、非緊張鋼材が脆性化しているものの、コンクリート柱の傾斜は一定範囲（10°〜15°）に収まっている。表４より、これらのケースでは非緊張鋼材の鋼材評価を満たしていないが、緊張鋼材の鋼材評価は満たしている。 Moreover, in Examples 43 and 44 from Table 5, although the non-tensile steel is brittle, the inclination of the concrete column is within a certain range (10 ° to 15 °). From Table 4, although these cases do not satisfy the steel material evaluation of the non-tensile steel material, the steel material evaluation of the tension steel material is satisfied.
従って、実施例４３，４４のように少なくとも緊張鋼材の鋼材評価を満たしていればコンクリート柱の傾斜を一定範囲に抑制でき、所要の耐久性を確保できる。また、実施例４１，４２のように緊張鋼材および非緊張鋼材の両方の鋼材評価を満たしていれば、コンクリート柱が傾斜せずさらに耐久性を向上させることができる。 Therefore, if at least the steel material evaluation of the tension steel material is satisfied as in Examples 43 and 44, the inclination of the concrete column can be suppressed within a certain range, and the required durability can be ensured. Moreover, if the steel material evaluation of both a tension steel material and a non-tensile steel material is satisfy | filled like Examples 41 and 42, a concrete pillar will not incline and durability can be improved further.
１ コンクリート柱
２ 籠状鋼材
３ 緊張鋼材
４ 非緊張鋼材
５ フープ筋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concrete pillar 2 Steel rod 3 Tensile steel 4 Non-tensile steel 5 Hoop
Claims (5)
緊張鋼材の中心部の平均硬度である中心硬度ＨＶｃと表層付近の硬度である表層硬度ＨＶｆとの差（ＨＶｃ−ＨＶｆ）から求められる硬度差ＨＶｄが、ビッカース硬度で８０超過２００以下であり、
かつ緊張鋼材の硬度が次式で表される軟化開始硬度ＨＶｓとなる軟化開始位置から表層までの距離で規定される軟化層厚ｄｗが、250μm以上1000μｍ未満であることを特徴とする耐久性に優れたコンクリート柱。
ＨＶｓ＝ＨＶｃ−ＨＶｄ×α・・・・・・・（１）
ここで、αは硬度低下率（０．１≦α＜０．２） It is a concrete column that is made by centrifugal molding with tension steel being arranged so that the cover thickness is 15 mm or more and 35 mm or less,
The hardness difference HVd obtained from the difference (HVc−HVf) between the center hardness HVc, which is the average hardness of the central portion of the tension steel material, and the surface layer hardness HVf, which is the hardness in the vicinity of the surface layer, is 80 to 200 in terms of Vickers hardness,
In addition, the softened layer thickness dw defined by the distance from the softening start position to the surface layer where the hardness of the tension steel material becomes the softening start hardness HVs represented by the following formula is 250 μm or more and less than 1000 μm in durability. Excellent concrete pillar.
HVs = HVc−HVd × α (1)
Where α is the hardness reduction rate (0.1 ≦ α <0.2)
前記非緊張鋼材の前記硬度差ＨＶｄもビッカース硬度で８０超過２００以下あり、
かつ前記非緊張鋼材の前記軟化層厚ｄｗも250μｍ以上1000μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の耐久性に優れたコンクリート柱。 The concrete pillars are arranged so that the non-tension steel material is covered with a cover thickness of 15 mm or more and 35 mm or less along the tension steel material,
The hardness difference HVd of the non-tensile steel material is also in excess of 80 and 200 or less in terms of Vickers hardness,
And the softening layer thickness dw of the said non-tensile steel material is 250 micrometers or more and less than 1000 micrometers, The concrete pillar excellent in durability of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記緊張鋼材をJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強度が1420N/mm2以上1800 N/mm2未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐久性に優れたコンクリート柱。 The base material portion having substantially the same hardness as the central portion of the tension steel material has a tempered martensite structure with a fracture time of 80 hours or more in an FIP test loaded with approximately 70% of the tensile strength,
The tensile strength when the tensile steel material is subjected to a tensile test using a JISZ2201 No. 2 test piece is 1420 N / mm2 or more and less than 1800 N / mm2, and has excellent durability. Concrete pillar.
前記非緊張鋼材をJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強度が1250N/mm2以上1800 N/mm2未満であることを特徴とする請求項２または３に記載の耐久性に優れたコンクリート柱。 The base material portion having substantially the same hardness as the center portion of the non-tensile steel material has a tempered martensite structure in which the fracture time is 80 hours or more in the FIP test loaded with about 40% of the tensile strength,
The excellent durability according to claim 2 or 3, wherein the tensile strength of the non-tensile steel material when a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1250 N / mm2 or more and less than 1800 N / mm2. Concrete pillar.
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