JP2014136665A

JP2014136665A - 膨張抑制材、コンクリート及びコンクリートの膨張抑制方法

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Publication number: JP2014136665A
Application number: JP2013006768A
Authority: JP
Inventors: Akio Maru; 章夫丸
Original assignee: MAINTENANCE SOCIAL CO Ltd
Current assignee: MAINTENANCE SOCIAL CO Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-28

Abstract

【課題】コンクリートの膨張抑制、特に、アルカリ骨材反応に伴うコンクリートの膨張を抑制する技術を提供する。
【解決手段】本実施形態の膨張抑制材は、有効成分としてハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む。ハロイサイト、メタハロイサイトは、セメントから異常に溶出するカルシウムやアルミニウム、あるいは、セメント中あるいはコンクリート中に伴うナトリウムやカリウムを吸収し固定化する。未焼成のハロイサイト、メタハロイサイトでも膨張抑制効果が得られるが、温度600〜950℃で焼成（高温加熱）すると、より大きな膨張抑制効果が得られる。膨張抑制材をコンクリートの混練時に混和する。
【選択図】なし

Description

本発明はセメントと骨材からなるコンクリートに混和される膨張抑制材に関し、特に、アルカリ骨材反応に伴う膨張を抑制する膨張抑制材に関する。

コンクリートは、セメント、骨材、水を混練させて形成する。コンクリートは、広く一般的に利用されている建設材料であるが、いくつかの問題もある。その一つにアルカリ骨材反応に係る問題がある。

アルカリ骨材反応は、コンクリートが膨張することによりひび割れが発生する現象である。ひび割れ発生により、漏水や鉄筋腐食、強度低下などの様々な弊害をもたらす。アルカリ骨材反応について、一般的には次の２つのメカニズムが考えられる。

一つは、使用する骨材、すなわち砂利、砕石、砂、砕砂などの中に含まれるアルカリ反応性のシリカやシリケート鉱物がコンクリート中（通常セメント中）のアルカリと反応して膨張し、ひび割れを発生させる。

もう一つは、骨材が炭酸塩岩石（ドロマイト質石灰岩）の場合、骨材中のマグネシウムがセメント中のアルカリの影響を受け、水と反応して水酸化マグネシウムが生成されるに伴い膨張する。

アルカリ骨材反応を起す条件は、
イ．骨材がアルカリ反応性を有する
ロ．コンクリート中のアルカリ分が多い
ハ. コンクリートのW/C（水セメント比）が高い
ニ．コンクリート打設時の養生管理が悪い
などがあげられている。

アルカリ骨材反応を避ける方法として、所定のアルカリシリカ反応性の試験法に基づいてアルカリ骨材反応に関して「無害である」と判定された骨材のみを使用することが原則とされている。

しかしながら、日本の地質的要因などから「無害でない」と判定された骨材をすべて排除することは難しい。意図せず、または、やむ得ず「無害でない」と判定された骨材を使用する場合もある。

アルカリ骨材反応を起す岩石は、玻璃（ガラス）やクリストバライト、トリジーマイトを含む岩石、例えば、玻璃質流紋岩、玻璃安山岩、玻璃質安山岩、黒曜石、真珠岩など、潜晶質石英、波動消光する石英（圧力や温度によって結晶が歪んで、偏光顕微鏡の直交ニコル・プリズム下で波動消光する石英）、細かい雲母などを伴う砂岩、頁岩、粘板岩、珪質砂岩、珪質頁岩、珪質粘板岩、流紋岩などである。

ひび割れが発生したコンクリート中のセメント硬化体を調べると、水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）や3CaO・Al₂0₃・8〜12H₂0、4CaO・Al₂0₃・13H₂0、CaAl(OH)₇・3H₂0 などのカルシウム・アルミネート・ハイドレートならびにエトリンガイト（3CaO・Al₂0₃・3CaSO₄・32H₂0）の生成が共通であり（非特許文献１〜３）、このとき膨張を伴う。

丸章夫：コンクリート構造物の異常ひび割れに関する岩石鉱物学的考察，コンクリート工学，vol.42,No.12,32〜42,2004 丸章夫：異常ひび割れが発生した構造物コンクリートの鉱物学的考察，粘土科学，第45巻，第2号，pp.75〜89,2006 丸章夫：石灰系骨材を使用して異常ひび割れが発生した構造物コンクリートの鉱物学的考察，粘土科学，第46巻，第2号，pp.105〜111,2007

アルカリ骨材反応を起す岩石を排除する以外に、アルカリ骨材反応を抑制する方法として、コンクリート中のアルカリ総量を規制する方法もある。しかし、最近は、高強度コンクリート等、セメント量が増える傾向にあり、実用的ではない。

したがって、膨張抑制効果のある混和材が望まれている。

本発明は上記課題を解決するものであり、膨張抑制効果のある混和材を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を進めた結果、ハロイサイトに膨張抑制効果があることを見出し、本発明を完成させた。

上記課題を解決する本発明の膨張抑制材は、ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む。

ハロイサイト、メタハロイサイトは、セメントから異常に溶出するカルシウムやアルミニウム、あるいは、セメント中あるいはコンクリート中に伴うナトリウムやカリウムを吸収し固定化する。これにより膨張を抑制する。

好ましくは、前記ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトは焼成される。

これにより、さらに更なる膨張抑制効果が得られる。

更に、好ましくは、前記ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトは、焼成温度７００〜８００℃、焼成時間３０〜６０分の条件にて焼成される。

更に、好ましくは、前記膨張抑制材は、ペレット状である。

更に、好ましくは、前記膨張抑制材は、アルカリ骨材反応を起す可能性のある骨材を含むコンクリートに混和され、アルカリ骨材反応を抑制する。

アルカリ骨材反応を起す可能性のある骨材とは、所定のアルカリシリカ反応性試験において「無害でない」と判定された骨材である。意図せず、または、やむ得ず「無害でない」と判定された骨材を使用した場合でも、膨張を抑制し、アルカリ骨材反応を抑制できる。

上記課題を解決する本発明のコンクリートは、ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む膨張抑制材が混和されることにより、膨張が抑制されている。

上記課題を解決する本発明は、コンクリートの膨張抑制方法であって、コンクリート混練時にハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む膨張抑制材を混和する。

本発明によれば、コンクリートの膨張を抑制できる。特に、アルカリ骨材反応に伴うコンクリートの膨張を抑制でき、その結果、アルカリ骨材反応を抑制できる。

また、ハロイサイトは、安価に入手可能な天然粘土鉱物であり、実用性および経済性が高い。

〜概要〜
本実施形態の膨張抑制材は、有効成分としてハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む。

ハロイサイトは粘土鉱物の一種であり、Al₂0₃・2SiO₂・4H₂0なる化学組成を有する。九州地方、韓国、香港等に分布している。ハロイサイトは温度100〜450℃で加熱（低温加熱）すると結晶水の一部が脱水してメタハロイサイト（Al₂0₃・2SiO₂・2H₂0）となる。

ハロイサイト、メタハロイサイトは、セメントから異常に溶出するカルシウムやアルミニウム、あるいは、セメント中あるいはコンクリート中に伴うナトリウムやカリウムを吸収し固定化する。

未焼成のハロイサイト、メタハロイサイトでも膨張抑制効果が得られるが、温度600〜950℃で焼成（高温加熱）すると、より大きな膨張抑制効果が得られる（後述）。

ハロイサイトとメタハロイサイトの焼成条件は、温度が低いときには長時間とし、高温では短時間でよい。例えば、600℃であれば100分以上、700℃であれば60分以上、800℃であれば30分以上、900℃であれば10〜20分であることが好ましい。

品質と作業性の観点から、焼成温度700〜800℃、焼成時間30〜60分の焼成条件が更に好ましい。焼成温度800℃超になると、温度管理及び時間管理が難しくなり、品質が劣るおそれがある。700℃未満であると焼成時間が長くなり、作業性が劣る。作業性が問題にならない場合は、焼成時間120分としてもよい。

膨張抑制材は粉状でも粒状でもよいが、焼成によりペレット状とすることが好ましい。これにより、膨張抑制材の管理や取扱が容易となる。

〜使用方法〜
本実施形態の膨張抑制材をコンクリートの混練時に混和する。ハロイサイト、メタハロイサイトは分散性が高く、ペレット状であっても混練により、均一に拡散する。

混和量は、コンクリートに使用する骨材の種類とハロイサイトの純度による。高純度ハロイサイトの場合で、アルカリ反応性が高い砂利を骨材とした場合の混和量は、未焼成ハロイサイトでは対セメント比20％程度、焼成ハロイサイトならびに焼成メタハロイサイトでは5％以上である。

膨張抑制材混和後は、通常のコンクリート同様に打設すればよい。

〜効果実証試験〜
ハロイサイト、メタハロイサイトの膨張抑制効果の実証試験をおこなった。

コンクリートの膨張を試験する方法は、JISA5308 附属8 骨材のアルカリシリカ反応性試験方怯（モルタルバー法）が適する。すなわち、コンクリートが膨張するか否かは、本方法によって判断することができる。試験方法の概要は次の通りである。

コンクリートの骨材となる岩石、砂利、砂は、表1の粒度分布となる様に粉砕する。セメントは、JIS A 5210に規定される普通ポルトランドセメントを用いる。セメントのアルカリ量は事前に求めておき、Na0Hを加えてセメントのアルカリ量がR₂Oで1.2±0.05％となるように調整する。

モルタルの配合は、
水＋Na0H水溶液：
300ml
セメント：600g
骨材（砂、表乾）: 1,350g
として、供試体を3本作製する。

骨材には、新潟産砂利を用いる。詳細な砂利構成は、砂岩30％、頁岩14％、珪質頁岩33％、安山岩13％、流紋岩6％、その他2%とする。

成形は、4cm×4cm×16cmの型枠を用い、型枠ごと湿空箱に入れ、24±2時間後脱型し、密封容器中で、湿度 400±2℃、相対湿度95 ％以上で貯蔵する。供試体の長さ測定は、脱型時、4週間、8週間、3ケ月、6ケ月で行なう。供試体3本の平均膨張率が、6ケ月後に0.100％未満の場合は無害（ひび割れに至る膨張はない）とする。

〜実施例1（未焼成）〜
表２に、膨張抑制材として純度１００％に近い未焼成ハロイサイトを対セメント比20％程度混和した場合の膨張率を示す。比較例として、膨張抑制材を混和しない場合の膨張率を示す。

比較例における材令6か月の膨張率は、0.512％となり、規格値（0.100％以下）を満たさない。すなわち、アルカリ骨材反応よる膨張が発生する。これに対し、実施例１における材令6か月の膨張率は、0.085％となり、規格値を満たす。

このように、未焼成ハロイサイトを有効成分とする混和材でも、膨張抑制効果が認められる。

〜実施例２（焼成）〜
表３に、膨張抑制材として純度１００％に近いハロイサイトを焼成温度750℃、焼成時間120分の条件でペレット状の焼成したハロイサイトを対セメント比10％程度混和した場合、膨張抑制材として純度１００％に近いハロイサイトを焼成温度750℃、焼成時間120分の条件でペレット状の焼成したメタハロイサイトを対セメント比10％程度混和した場合の膨張率を示す。ペレットは2〜4ｍｍ程度である。比較例は上記と同じである。

実施例２における材令6か月の膨張率は、0.042％と0.037％なり、規格値を満たす。未焼成である実施例１と比較すると、少ない混和量でより大きな膨張抑制効果が得られることがわかる。

焼成ハロイサイトと焼成メタハロイサイトとを比較すると、焼成メタハロイサイトの方が、若干、膨張抑制効果が得られると言える。

〜効果〜
ハロイサイトを有効成分とする混和材の膨張抑制効果を確認した。焼成すると、更なる膨張抑制効果が得られた。

更に、焼成によりペレット状になり、管理、取り扱いが容易になる。

〜その他〜
本実施形態ではアルカリ骨材反応に伴うコンクリートの膨張抑制に着目して説明したが、適用範囲はこれに限定されない。最近は高強度コンクリート等の新たな開発に伴い、新たな膨張抑制材も望まれている。また、コンクリートに限定されず、グラウトに混和しても膨張抑制効果を期待できる。

成形は、4cm×4cm×16cmの型枠を用い、型枠ごと湿空箱に入れ、24±2時間後脱型し、密封容器中で、温度40±2℃、相対湿度95％以上で貯蔵する。供試体の長さ測定は、脱型時、4週間、8週間、3ケ月、6ケ月で行なう。供試体3本の平均膨張率が、6ケ月後に0.100％未満の場合は無害（ひび割れに至る膨張はない）とする。

Claims

ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含むことを特徴とする膨張抑制材。
前記ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトは焼成される
ことを特徴とする請求項１記載の膨張抑制材。
前記ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトは、
焼成温度７００〜８００℃
焼成時間３０〜６０分
の条件にて焼成される
ことを特徴とする請求項２記載の膨張抑制材。
ペレット状である
ことを特徴とする請求項２〜３記載の膨張抑制材。
アルカリ骨材反応を起す可能性のある骨材を含むコンクリートに混和され、
アルカリ骨材反応を抑制する
ことを特徴とする請求項１〜４記載の膨張抑制材。
ハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む膨張抑制材が混和されることにより、膨張が抑制された
ことを特徴とするコンクリート。
コンクリートの膨張抑制方法であって、
コンクリート混練時にハロイサイトまたは／およびメタハロイサイトを含む膨張抑制材を混和する
ことを特徴とするコンクリートの膨張抑制方法。