ガラス繊維強化コンクリート

ガラス繊維強化コンクリート（GFRC ）は、繊維強化コンクリートの一種です。この製品は、イギリス英語でグラスファイバー強化コンクリートまたはGRCとも呼ばれています。^{[1]ガラス繊維コンクリートは、主に建物の外装パネルや建築用プレキャストコンクリートとして使用されます。似た材料に、}繊維セメントサイディングやセメントボードがあります。

GRC（ガラス繊維強化コンクリート）セラミックは、コンクリートおよびセラミックマトリックスに埋め込まれた高強度でアルカリ耐性のあるガラス繊維で構成されています。 ^[1] この形式では、繊維とマトリックスの両方が物理的および化学的アイデンティティを保持しながら、どちらかの成分が単独で作用するだけでは達成できない相乗的な特性の組み合わせを提供します。一般に、繊維は主要な荷重支持部材であり、周囲のマトリックスは繊維を所定の位置と方向に保ち、繊維間の荷重伝達媒体として機能し、環境による損傷から繊維を保護します。繊維はマトリックスの強化と、繊維強化複合材料におけるその他の有用な機能を提供します。ガラス繊維は、連続または不連続（切断）の長さでマトリックスに組み込むことができます。

セメントのアルカリ性がシリカと反応するため、元のタイプのガラス繊維の耐久性は低かった。1970年代に耐アルカリ性ガラス繊維が商品化された。^{[2]耐アルカリ性はガラスに}ジルコニアを加えることで実現される。ジルコニア含有量が多いほど、アルカリ攻撃に対する耐性が増す。ARガラス繊維は、国際的に認められた仕様（EN、ASTM、PCI、GRCAなど）に準拠するために、ジルコニア含有量が16％以上でなければならない。

繊維強化コンクリートの広く使用されている用途は、構造用ラミネートです。これは、繊維とマトリックスの薄い層を接着して、必要な厚さに固めることで得られます。各層の繊維の配向と、さまざまな層の積み重ね順序を制御することで、複合ラミネートのさまざまな物理的および機械的特性を生み出すことができます。鉄骨フレームなしで鋳造された GFRC は、窓枠、装飾柱、外部のフリーズ、または石灰岩のような壁パネルなど、純粋に装飾的な用途によく使用されます。

ガラス繊維強化コンクリートパネルの設計では、引張力、圧縮力、曲げ力、せん断力に対する基本特性の知識と、クリープ、熱応答、水分移動などの二次荷重効果に対する挙動の推定を組み合わせて使用​​します。

構造用金属と繊維強化複合材料の間には多くの違いがあります。たとえば、金属は一般に降伏と塑性変形を示しますが、ほとんどの繊維強化複合材料は引張応力-ひずみ特性において弾性です。ただし、これらの材料の異なる性質により、降伏プロセスに匹敵する微視的スケールでの高エネルギー吸収のメカニズムが提供されます。外部負荷の種類と強度に応じて、複合積層板は特性の緩やかな劣化を示す場合がありますが、通常は壊滅的な破損にはなりません。金属構造と複合構造における損傷の発生と成長のメカニズムも大きく異なります。多くの繊維強化複合材料のその他の重要な特性は、非腐食性、高い減衰能力、および低い熱膨張係数です。

ガラス繊維強化コンクリート建築用パネルは、プレキャストコンクリートパネルと外観は似ていますが、いくつかの重要な点で異なります。たとえば、GFRC パネルは、厚さが薄いため、平均してプレキャストコンクリートパネルよりも大幅に軽量です。軽量であるため、建物の構造部品にかかる負荷が軽減され、建物のフレームの建設がより経済的になります。

サンドイッチ パネルは、3 つ以上の材料を結合して構造パネルを形成した複合材です。低密度コア材料のせん断強度と GFRC 表面材の高い圧縮強度および引張強度を利用して、高い強度対重量比を実現します。

サンドイッチ パネルの理論と個々のコンポーネントの機能は、 I 型梁との類推で説明できます。サンドイッチ パネルのコアは、フランジをサポートしてフランジがユニットとして機能するようにする I 型梁のウェブに相当します。I 型梁のウェブとサンドイッチ パネルのコアは、梁のせん断応力を負担します。サンドイッチ パネルのコアは、I 型梁のウェブとは異なり、フェーシングを継続的にサポートするため、フェーシングがしわや座屈を起こさずに降伏強度まで、またはそれ以上の強度まで加工できます。明らかに、コアとフェーシング間の結合は、これら 2 つのコンポーネント間でせん断荷重を伝達できなければならず、それによって構造全体が一体のユニットになります。

軽量スチールフレームを導入することで、サンドイッチパネルの耐荷重能力を大幅に向上できます。軽量スチールスタッドフレームは、フレームがコンクリート製品で覆われていることを除けば、壁用の従来のスチールスタッドフレームに似ています。ここでは、スチールフレームの側面は、外部負荷の種類と大きさに応じて、2層以上のGFRCで覆われています。強くて硬いGFRCは、スタッドの両側で完全な横方向のサポートを提供し、スタッドが横方向にねじれたり座屈したりするのを防ぎます。結果として得られるパネルは、従来の鉄筋コンクリートと比較して軽量でありながら、強くて耐久性があり、簡単に扱うことができます。

GFRC材料特性

GRCの典型的な強度特性

GFRC は、その強度、重量、デザインにより、非常に用途が広く、さまざまな用途に使用されています。この素材が最もよく見られるのは、建設業界です。^[要出典]歩道から数階分上に張り出した建築用クラッディングなど、非常に要求の厳しいケースで使用されます^[3]。また、GFRC コーヒー テーブル、GRC Jali、エレベーション スクリーンなどの室内家具など、美観を重視したケースでも使用されます^[4 ]。ガラス繊維強化コンクリートは、コンクリートのコストを削減するだけでなく、強度も向上させます^{[5] 。}

6. GFRC スクリーン (GRC Jali) アジア GRC。2024 年 2 月 12 日に改訂。「GFRC 技術仕様、GRC 材料特性、GRC の一般的な強度特性と用途」。