JPH0678183B2

JPH0678183B2 - アルカリ骨材反応抑制用混和材

Info

Publication number: JPH0678183B2
Application number: JP60267983A
Authority: JP
Inventors: 宏文嶋谷; 一井澤; 三紀夫若杉; 誠一長岡
Original assignee: Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS62128954A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、反応性骨材の使用に起因するアルカリ骨材反
応によって各種のコンクリート構造物やコンクリート製
品が劣化するのを防止するために、その製造時に混和し
て使用するアルカリ骨材反応抑制用混和材に関するもの
である。

［従来の技術］アルカリ骨材反応は、コンクリート中に存在するナトリ
ウム、カリウムなどのアルカリ金属イオンが特定の砂
利、砂に含まれる反応性成分と水の共存下で長期間に亘
り徐々に反応して珪酸アルカリ等の新たな物質を生成す
る反応である。そして、この反応生成物が吸湿膨張して
コンクリートにひび割れを生じさせ、著しくはコンクリ
ートを崩壊にまで至らしめる。

そこで、このアルカリ骨材反応を防止する対策として、
従来、以下の４つの方法が提唱され、また実施されてい
る。

ｉ）骨材の反応性を判定して、反応性骨材の使用を避け
る。

ii）低アルカリセメントの使用、海砂中の塩分濃度の規
制、混和剤に関する規制などによりコンクリート中のア
ルカリ量を制限する。

iii）高炉スラグまたはフライアッシュなどのポゾラン
物質の添加されたセメントを使用する。

iv）コンクリート表面を防水被覆して、コンクリートが
湿潤状態にならないようにする。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、これら従来の対策手段に関しては、いずれも次
のような欠点乃至問題点がある。

ｉ）国土が狭小で、良質の骨材が枯渇しかけている我国
の現状において、実用上、反応性骨材をすべて排除する
ことは不可能であり、反応性骨材でも有効に利用できる
途が要望されていること。

ii）低アルカリセメントは高価であり、コンクリートの
製造コストが高くなること。また低アルカリセメントを
使用したコンクリートでも、例えば海洋構造物における
海水の飛来など、外部からアルカリの供給がある場合に
は、コンクリート中のアルカリ金属イオンの増加を招く
ことになること。

iii）ポゾラン物質の添加は、骨材の性質によっては少
量の使用が却って逆効果になることが一般に知られてい
ること。

iv）さらに、コンクリートを表面被覆するなどして、常
に乾燥状態に保つためには特殊な処理を必要とし、コス
トアップや余分な作業量の増加を来たす不具合があるこ
と。

以上のように、アルカリ骨材反応を防止するための従来
の方策には、必ずしも十分満足すべきものがないのが現
状である。

本発明は、このような事情に着目し、上記諸々の制限や
不具合を蒙らず単にセメントに添加して配合するだけ
で、反応性骨材を使用しても、アルカリ骨材反応による
コンクリートの劣化を有効に抑制できる混和材を新たに
提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］このような要求に合致するものとして、本発明が提案す
る第１のアルカリ骨材反応抑制用混和材は、層状の結晶
構造をもつチタン酸アルカリの酸処理反応生成物（以
下、酸型チタン酸塩と略記する）および／または層間に
アルカリ金属イオンを含有しない層状化合物に属するイ
オン交換性を有するモンモリロナイトからなるものであ
る。

層状の結晶構造をもつチタン酸アルカリ金属塩は、Ti_nO
_2n+1 ^2-（ｎ＝２〜４）のつくる層が積層し、その層間に
アルカリ金属イオンが電気的にゆるく保持されている結
晶構造をとるものである。そのため、この層間アルカリ
金属イオンは陽イオン交換性で、塩酸などの酸で処理す
ることにより、容易にプロトンやヒドロニウムイオンに
イオン交換されて酸型チタン酸塩となる。そして、この
酸型チタン酸塩をアルカリ金属イオンを含むアルカリ性
の水溶液に浸漬すると、速やかにプロトンやヒドロニウ
ムイオンがアルカリ金属イオンに交換されることにな
り、この発明に係る混和材は、このイオン交換反応を利
用してアルカリ骨材反応を有効に抑制するものである。

また、層間にアルカリ金属イオンを含有しない層状化合
物には、これと同様なアルカリ金属イオン交換反応を起
こす物質が多く、例えば結晶性をもつ水素型のリン酸ジ
ルコニウム、モンモリロナイトなどがある。そして、こ
れらの層間にアルカリ金属イオンを含有しない層状化合
物は、上記の酸型チタン酸塩の一部または全部と置換し
て使用することができる。

このように酸型チタン酸塩と層間にアルカリ金属イオン
を含まない層状化合物の各単味または両者の混合物から
なる混和材は、セメントに20重量％以下の割合で添加し
て使用されることになる。これは、20重量％を超えて添
加すると、相対的にセメント分の減少が大きくなり、コ
ンクリートの強度低下が顕著に現われるためである。通
常、この混和材はアルカリ骨材反応の抑制効果と強度低
下のバランスを考慮すると、セメントに対して10重量％
前後添加して使用するのが好適である。

次いで、本発明が提案する第２のアルカリ骨材反応抑制
用混和材は、層状の結晶構造をもちかつ層間にアルカリ
金属イオン以外の交換可能な陽イオンを有する鉱物の粉
末に、前記第１の発明に係る混和材を混合してなるもの
である。

ここに、層状の結晶構造をもちかつ層間に交換可能な陽
イオンを有する鉱物の粉末としては、例えばモンモリロ
ナイト、バーミキュライト、ノントロナイト、サポーナ
イトなどがあり、これらはアルミノ珪酸がつくる層間に
交換可能な陽イオンが電気的にゆるく保持されていて、
この陽イオンが他の陽イオンを含む溶液と接触する時、
可逆的にイオン交換するものである。従って、粉末状の
鉱物は陽イオンとしてアルカリ金属イオンを含まないも
のでなければならず、例えばカルシウムモンモリロナイ
トや水素型モンモリロナイトなどが好適なものとして利
用される。

そして、この特定の鉱物粉末は、前記酸型チタン酸塩等
を適当な割合で混合して用いられる。これは、イオン吸
着速度の異なる両者を混合してセメントに添加すること
により、アルカリ骨材反応の抑制に相乗的効果が発現で
きることによるもので、通常鉱物粉末に対し、前記酸型
チタン酸塩等の添加割合は10重量％以下に抑えられる。
すなわち、酸型チタン酸塩とこの種の粘土鉱物とのアル
カリ金属イオン吸着速度を比較すると、前者の方が少し
遅くなるが、一方コンクリート中の水溶性アルカリの量
は混練時における加水後セメントの水和反応の進行とと
もに急激に減少する。このため、両者を混合して使用す
る場合には、酸型チタン酸塩等の添加割合は10重量％以
下で十分である。また、粘土鉱物はポゾラン反応性を有
するためにセメントが減少されることにより強度の低下
分を補うことができ、かかる強度面からも鉱物粉末の割
合が多い方が好ましい。なお、酸型チタン酸塩等の混合
割合は、水相のアルカリ濃度の経時変化を考慮すると、
５〜10重量％の範囲が適していると考えられる。

このような鉱物粉末と酸型チタン酸塩等との混合物から
なる混和材は、セメントに30重量％以下の割合で添加し
て使用されることになる。これは、粘土鉱物の吸水率が
大きいため、この混和材を添加してないコンクリートと
同一セメント量でそのワーカビリチーを等しくするため
には練りまぜ水量を増加しなければならず、その結果、
30重量％を超えて添加すると、水セメント比が大きくな
りコンクリート強度の低下を来たすことになるからであ
る。そして、その添加量が30重量％以下であれば、練り
まぜ水の増加に伴なう強度の低下分を粘土鉱物のポゾラ
ン反応により補うことができるとも言える。なお、通常
の好ましい添加量は、10重量％前後である。

［作用］本発明のアルカリ骨材反応抑制用混和材をコンクリート
に所定量添加すれば、第１の発明に係るものの場合、そ
の酸型チタン酸塩等が前述のように、速やかに層間のプ
ロトンやヒドロニウムイオンをアルカリ金属イオンと交
換等して、コンクリート間隙水中のアルカリ金属イオン
を捕獲し、このアルカリ金属イオンの捕獲作用によって
アルカリ骨材反応の進行を有効に抑制するものとなる。
なお、一旦層間に取り込まれたアルカリ金属イオンは、
間隙水がアルカリ性の間は殆ど溶出せず、その捕獲効果
を持続することになる。

また、第２の発明に係る混和材の場合、基本的には上記
と共通した作用が営まれる上に、特定の鉱物粉末に酸型
チタン酸塩等を混合して使用するようにしたことによ
り、次のような相乗的作用が発揮できるものとなる。す
なわち、前述したように両者の間にはアルカリ金属イオ
ンの吸着速度に差異があり、仮に粘土鉱物単味で使用し
た場合はコンクリートの長期材令において安定したアル
カリ捕獲効果は期しがたい。一方、酸型チタン酸塩等単
味の使用の難点として、水和初期のアルカリ捕獲効果に
多少の不安が残ることがある。しかして、両者を複合し
て添加すれば、これら相互の短所を補い、アルカリ骨材
反応の抑制がより完全なものとされる。つまり、水和初
期のアルカリ捕捉作用を鉱物粉末に受担させ、その後の
アルカリ捕捉作用を酸型チタン酸塩等に受担させことに
より、安定かつ長期に亘り水相のアルカリ濃度を許容範
囲内に抑えることできるのである。

このように本発明に係る混和材は、その構成成分による
種々のアルカリ金属イオン吸着反応機構の単独または複
合作用により、コンクリート中のアルカリ金属イオン濃
度を安定領域にまで低下してアルカリ骨材反応の進行を
抑制する作用を果す。

［実施例］以下、実施例を挙げて具体的に説明する。

まず、下記の試験に供した混和材の試料は、次の３種で
ある。

ａ）酸型チタン酸塩単味ｂ）酸型チタン酸塩：カルシウムモンモリロナイト＝1:
9（重量比）の混合物ｃ）酸型チタン酸塩：水素型モンモリロナイト＝1:9
（重量比）の混合物１）ASTM C 289“骨材の潜在反応性試験方法（化学
法）”に準じて、水酸化ナトリウムのアルカリ濃度の変
化を調べた。なお、ASTMの方法には1N水酸化ナトリウム
水溶液25mlに対して骨材試料25gを用いるが、上記ａ）
〜ｃ）の試料は吸水により膨潤するために10gとした。

この結果、各試料によるアルカリイオン濃度の減少量は
次の通りであった。

ａ） 106.2 m mol/l ｂ） 124.7 m mol/l ｃ） 91.6 m mol/l ２）ASTM C 227“セメント−骨材の潜在反応試験方法”
によりモルタルバーの膨張量を測定し、膨張の抑制効果
を確認した。骨材試料としては非常に反応性の高いパイ
レックスガラスを用い、等価Na₂O＝0.60％のセメントに
NaClを等価Na₂O換算で0.60％分を添加してモルタルバー
を成型した。また、各試料の添加量はセメントの内割り
で５％、10％、15％とした。

モルタルバーの膨張測定結果を、比較例と共に次表に示
す。

これらの試験結果からは、まず試験１）より、本発明の
混和材ではアルカリ金属イオンを吸着することによりそ
の濃度を低下させることが認められ、また試験２）より
アルカリ骨材反応による膨張が、アルカリ金属イオン濃
度の低下によりプレーンの約1/3〜1/10にまで減少させ
ることができるのが確認される。

〔発明の効果〕以上のように、本発明のアルカリ骨材反応抑制用混和材
を使用すれば、反応性骨材を用いてコンクリートを製造
する場合もこれを所定量セメントに配合して添加するだ
けで、アルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化を防
止できる。そして、この混和材を利用すれば、従来の対
策手段のような骨材、セメントの制約や特殊な処理を必
要とせず、コスト的にも安価に済むのが特徴である。し
かも、反応性骨材のアルカリ金属イオンとイオン交換を
することによりアルカリ骨材反応を抑制しているので、
一度捕獲したアルカリが遊離されることがなく、長期に
亘って抑制効果を持続させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−106449（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−26546（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層状の結晶構造をもつチタン酸アルカリの
酸処理反応生成物および／または層間にアルカリ金属イ
オンを含有しない層状化合物に属するイオン交換性を有
するモンモリロナイトからなることを特徴とするアルカ
リ骨材反応抑制用混和材。
【請求項２】層状の結晶構造をもちかつ層間にアルカリ
金属イオン以外の交換可能な陽イオンを有する鉱物の粉
末に、層状の結晶構造をもつチタン酸アルカリの酸処理
反応生成物および／または層間にアルカリ金属イオンを
含有しない層状化合物に属するイオン交換性を有するモ
ンモリロナイトを混合してなることを特徴とするアルカ
リ骨材反応抑制用混和材。