コンクリートと樹脂製品の相性

ちょっと説明がうまく書けるか自信が無いのですが、メトンと言う樹脂があります。基本的な物性はヤング率1580MPa、ポアソン比0.39、熱線膨張係数7.5*10-5です。
本来はステンレス製品（SUS304)を固定するのにコンクリートを巻き込んでいます。ステンレスの代替品としてメトン樹脂を使った場合にコンクリートに与える悪影響が無いか知りたいのです。コンクリートは18-8-20位の物を一般に使っています。特にメトンをコンクリートで巻き込んだ場合、熱線膨張係数のちがいが約6倍ありますので温度上昇に伴いメトンがコンクリートより伸び、コンクリートにクラック又は大きな亀裂を生じさせないか心配なんです。メトンの試作品を作って検証する以外無いのでしょうか？よろしくおねがいします。

No.2 回答者： shota_TK 回答日時： 2003/03/15 23:06

No1の者です。

恐らく、前半の話は機械系の大卒の人なら理解できると思いますので、
そういう人を見つけて尋ねてみたらいいと思います。
簡単に言うならば、線膨張係数が６倍であっても、実際に効いてくるのは
「線膨張係数×ヤング率」なので、プラスチックを使った場合の悪影響は小さい、
ということですね。

プラスチックとアルカリ性の話は、有機材料とか化学などの分野の人でないと
わからないと思います。コンクリートはpH=10～12とかなり過酷なアルカリ環境
になります。しかも、一般的に10～40年の耐久性を要求されますね。
耐アルカリ性の低い材料だと、問題が起こるかも知れませんね。
わからないことがあったら、また質問して下さい。

No.1 回答者： shota_TK 回答日時： 2003/03/13 11:54

プラスチックの熱膨張の研究（？）をしてる者です．

例えば，丸棒の両端を完全に固定して加熱した場合です．
断面積A，長さL，温度差T，線膨張係数a，弾性率Eとします．
材料に負荷されるひずみxは
x=aT
になりますね．よって，この材料にかかる軸方向の圧縮応力sは
s=Ex=aET
単純には，この圧縮応力の大きさが，コンクリート側に影響を与える，
と考えられます．
プラスチックは，線膨張係数は大きいですが，弾性率が小さいので，
外部に与える応力は，案外小さくなります．
s=aETについて，ステンレスと樹脂を比較してみて下さい．

ただし，上記の議論は「横方向には自由変形できる」という条件です．
以前，「横方向の自由変形を完全に拘束すると，樹脂の弾性率は
かなり大きくなる」という話を聞いたことがあります．
樹脂を埋め込んで使用する場合は，このケースに相当すると思いますので，
安全係数を多めにとってやった方がいいと思います．
この点について，ポアソン比を使えば求められそうですが，
ポアソン比も自由変形を仮定しているため，求めるのは無理みたいです．

あと，本題とは関係ありませんが，コンクリートは強いアルカリ性ですね．
ステンはアルカリに非常に強いですが，樹脂はアルカリ中で加水分解反応を
起こす材料が多いです．長期の耐久性にも注意を要します．
特に，エステル結合を有する樹脂は要注意です．

この回答へのお礼

shota_TKさん丁寧な回答ありがとうございます。私はその道の専門家ではないのでアドバイスいただいた文言全てを理解できませんでしたが、何となく方向性が見えました。それと最後のアルカリ性に関する情報は大変重要な事なので今後の参考とさせていただきます。ありがとうございました。

お礼日時：2003/03/15 00:18