JPS62128954A - アルカリ骨材反応抑制用混和材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１反応性骨材の使用に起因するアルカリ骨材反
応によイ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＋ｈ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、カリウムなどのアリカリ金属イオンが特定の砂利
４妙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　Ｊｔ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東として、
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１反応性骨材の使用を避け
る。

ｉｌ）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。

１ｉｉ）高炉スラグまたはフライアッシュなどのボゾラ
ン物質の添加されたセメントを使用する。

Ｉマ）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１反応性骨材をすべて排除する
ことは不可能であり１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。

１ｉｉ）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。

ｉｏ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駄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、上記績々の制限や
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。

Ｌ問題点を解決するための手段１ 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／または居間にア
ルカリ金属イオンを含有しない層状化合物からなるもの
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、Ｔ　
ｉ　ｎ　０２ｎ＋１２−　（ｎ＝　２〜４）　（７）　
ツ＜　ル層がＭ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１例えば結晶性をもつ水素型のリン酸ジ
ルコニウムなどがある。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重敬％以ドのＭ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
９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ｔｏ
ｉｌ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清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居間に交換可能な陽
イオンを有する鉱物の粉末としては５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／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七すロナイ
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１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重廣％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
量は混線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ｌＯ＠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〜ｌＯ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、水セメント比が大ぎ
くなリ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３０ｆｉｉ％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、一旦居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
種々のアルカリ全屈イオン吸着反応機構の屯独または複
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１ 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＝ｌ
：９（重量比）の混合物 Ｃ〕酸型チタン酸塩二水素型モンモリロナイト＝１：９
Ｃ重量比）の混合物 １　）　ＡＳＴＭ　Ｃ２８１１’″骨材潜在反応性試験
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、ＡＳＴ）ｌ　　の方法に
はＩＮ水酸化ナトリウム水溶液２５１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）　　　　　　　　　１０８．２　　　　　　　　　
ｍ　　　ｍｏｌ／Ｑｂ　）　　　１２４．７　　　ｍ謬
ｏ１／＋１ｃ　）　　　　　　９１．８　　　　　ｍ　
　ｍｏｌ／Ｑ２　）　ＡＳＴＭ　Ｃ２２７“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篭
を測定し、１１１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Ｎａ２０＝　０．６０％のセメントにＭａｉｌを等
価Ｎａ２Ｏ換算で０．６θ％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５ｚ、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ｌ）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ブレーンの約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。

表　モルタノりと≦想１」ｉ追定績釆 ｌ）添加量は重量％で示す。

［発明の効果］ 以上のように１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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。