JP2002104849A

JP2002104849A - コンクリート骨材の製造方法

Info

Publication number: JP2002104849A
Application number: JP2000295088A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Yanagida; 克巳柳田; Kazuhiko Arai; 一彦新井; Hantoku Otsuki; 伴徳大槻; Akihisa Okada; 晃久岡田; Giichi Nagayoshi; 義一永吉; Katsunori Nishida; 克範西田; Takumi Kaneko; 拓己金子
Original assignee: Kajima Corp; Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリシリカ反応の発生を抑制して、長期
に亙ってコンクリート構造物の劣化を防ぐことが可能な
コンクリート骨材の製造方法を提供する。【解決手段】天然石よりなる天然骨材を主成分とし
て、これにカルシウム含有物質を混合し、この混合物を
溶融して結晶化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメントや水と混
合されてコンクリートを製造するのに用いられるコンク
リート骨材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にコンクリートは、セメント、水、
および砂等の細骨材と砂利等の粗骨材とを混合して製造
される。このうち、これらの骨材として天然石よりなる
天然骨材を用いる場合には、専ら玄武岩や安山岩、硬質
砂岩、硬質石灰岩、あるいは川砂利などが用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特に最近こ
のような天然石よりなる天然骨材を用いたコンクリート
構造物においては、骨材に含まれる天然石の反応性鉱物
の量および質によってはコンクリートがアルカリシリカ
反応を起こし、膨張によるひび割れが生じて構造物とし
て機能しなくなったり、場合によっては崩落などの事故
の原因となったりすることが懸念されている。すなわ
ち、このアルカリシリカ反応は、セメント中のアルカリ
（Ｎａ，Ｋ）が骨材中の反応性のシリカと反応して例え
ば珪酸ソーダを生成するものであり、これによって膨張
作用が生じてコンクリートのひび割れやポップアウト、
脆弱化が惹起され、ひいてはコンクリート構造物の崩壊
を誘発するおそれがある。そして、このようなアルカリ
シリカ反応を起こす反応性の天然石の一つとして安山岩
が挙げられており、また過去には国内において川砂利が
アルカリシリカ反応を起こした例が報告されている。

【０００４】本発明は、このような事情を鑑みてなされ
たもので、上述のアルカリシリカ反応の発生を抑制し
て、長期に亙ってコンクリート構造物の劣化を防ぐこと
が可能なコンクリート骨材の製造方法を提供することを
目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、こ
のような目的を達成するために、本発明は、天然石より
なる天然骨材を主成分として、これにカルシウム含有物
質を混合し、この混合物を溶融して結晶化することを特
徴とする。すなわち、上述のようにアルカリシリカ反応
はセメント中のアルカリが骨材中の反応性シリカと反応
して引き起こされるものであるので、これを抑制するに
はセメント中のアルカリ濃度を減少させるか、骨材中の
反応性シリカ濃度を減少させるしかない。そこで、本発
明では、主成分としての上述のようなアルカリシリカ反
応を引き起こす天然石よりなる天然骨材に対し、これに
カルシウムを含有する物質を混合して組成を調整した上
で溶融し、例えばガラス状になったスラグを再加熱法や
徐冷法によって結晶化して、アノーサイト、ウォラスト
ナイト、ゲーレナイト、オージャイトのうち少なくとも
１種類の結晶を析出させることにより、天然骨材中の反
応性シリカを安定化させてその濃度を低減しているので
ある。

【０００６】ところで、このように天然骨材中の反応性
シリカをカルシウム含有物質のカルシウムと反応させて
その濃度を低減するだけであれば、この天然骨材に対し
て過剰のカルシウム含有物質を混合し、すなわち上記混
合物中においてむしろカルシウム含有物質が主成分とな
るようにすればよいのであるが、このように上記混合物
中においてカルシウム含有物質が主成分となって過剰と
なると、骨材としての強度が低下するとともに、混合物
が溶融し難くなり、さらには溶融しても天然骨材の溶融
物とカルシウム含有物質の溶融物とが分離して結晶化が
図られなくなるといった問題が生じるおそれがある。従
って、上記混合物中においてはあくまでも天然骨材が主
成分とされるべきであり、すなわち該混合物におけるカ
ルシウム含有物質の上記天然骨材に対する混合比は、重
量比で１．０未満とされる。

【０００７】また、上記カルシウム含有物質としては、
一つに鉄鋼の製造の際に生成される高炉スラグを用いる
ことが可能であり、かかる高炉スラグは安価であるとと
もに大量安定供給が可能であって、しかもその組成も比
較的安定しているため、好適である。ただし、こうして
カルシウム含有物質として高炉スラグを用いる場合は、
上記混合物におけるこのカルシウム含有物質の天然骨材
に対する混合比は、重量比で０．１〜０．８の範囲内に
調整されるのが望ましく、これを下回ると、天然骨材の
反応性シリカ濃度を十分に低減することができなくなる
おそれがあるのは勿論、天然石の融点が高いために混合
物中の天然骨材を溶融させるのが困難となるおそれもあ
り、逆にこの範囲を上回ると、上述した問題のほかに、
溶融時に高炉スラグから発生する排ガス中の硫黄量が多
くなり、排ガス処理に多大なコストを要することになる
おそれがある。

【０００８】一方、このカルシウム含有物質としては、
上記高炉スラグ以外に生石灰を用いることも可能であ
る。ただし、この場合も、上記混合物におけるこのカル
シウム含有物質の天然骨材に対する混合比が低すぎる
と、天然骨材を溶融させるのが困難となるおそれがある
一方、この混合比が高すぎても、カルシウム濃度が高く
なるために融点が高くなり、やはり混合物の溶融が困難
となるおそれが生じる。このため、この場合の上記混合
比は、重量比で０．１〜０．５の範囲内に調整されるの
が望ましい。また、このカルシウム含有物質として、生
石灰ではなく消石灰を用いたり、これら石灰と上記高炉
スラグとを併せて用いたりすることも可能であり、この
場合の混合比は、このカルシウム含有物質に含有される
カルシウム量と主成分としての天然骨材の量とから、上
述のカルシウム含有物質として高炉スラグや生石灰を用
いた場合の混合比に準じて調整されるのが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
ついて説明する。この第１の実施形態では、次表１に主
な組成と塩基度を示す安山岩よりなる天然骨材を主成分
とし、これに、同表１にやはり主な組成と塩基度を示す
高炉スラグをカルシウム含有物質として混合して組成を
調整し、混合物を得た。しかして、この混合物における
カルシウム含有物質の天然骨材に対する混合比（カルシ
ウム含有物質／天然骨材）は、重量比で０．４４であっ
た。

【００１０】

【表１】

【００１１】次に、こうして得られた混合物を溶融炉に
供給して１４５０℃で１時間保持して溶融した後、冷却
してガラス状とした。そして、これを結晶化炉において
８５０℃で２時間保持してから１分当たり１℃で１０７
５℃にまで昇温し、さらに１０７５℃で４時間保持して
結晶化させ、骨材Ａを得た。この骨材Ａの主な組成と塩
基度についても、表１に併せて示す。

【００１２】こうして得られた骨材Ａは、軟化を生じる
こともなく硬質で、目視においても良好な石材化が確認
された。また、この骨材ＡをＸ線回折分析した結果、オ
ージャイト（Ca(MgFeAl)(SiAl)₂O₆）が析出しているこ
とが確認された。そこで、次に、この第１の実施形態に
よって得られた骨材Ａと、表１に示した安山岩よりなる
天然骨材とに対して、ＪＩＳＡ５３０８の付属書７に
基づく化学法によってアルカリシリカ反応性の試験を行
った。この結果を次表２に示す。

【００１３】

【表２】

【００１４】しかるに、この表２の結果より、上記第１
の実施形態の製造方法による処理を施す前の天然骨材に
おいては、当該試験によるアルカリ濃度減少量Ｒｃおよ
び溶解シリカ量Ｓｃともに多く、しかも溶解シリカ量Ｓ
ｃがアルカリ濃度減少量Ｒｃを上回っていて、評価も
「無害でない」という結果であったのに対し、本実施形
態による骨材Ａにおいては、主成分とされたこの天然骨
材に比べてアルカリ濃度減少量Ｒｃおよび溶解シリカ量
Ｓｃともその絶対値が大幅に低減されており、特にアル
カリ濃度減少量Ｒｃが溶解シリカ量Ｓｃを上回っていて
「無害」の評価を得ることができた。

【００１５】このように、上記構成のコンクリート骨材
の製造方法においては、アルカリシリカ反応を呈する天
然石よりなる天然骨材にカルシウム含有物質を混合して
溶融し、さらに結晶化させることにより、この天然骨材
に含まれる反応性シリカを安定化させて反応性シリカ濃
度を減少させることができる。従って、こうして製造さ
れた骨材を用いてコンクリートを製造することにより、
アルカリシリカ反応を抑えてコンクリート構造物のひび
割れやポップアウト、脆弱化や崩壊などを長期に亙って
防ぐことが可能となる。しかも、この骨材の製造方法で
は、あくまでも天然骨材が主成分であって、混合される
カルシウム含有物質はこれを越えることがないので、製
造された骨材の強度が天然骨材に対して著しく劣化する
ことがなく、十分な強度のコンクリート構造物を構築す
ることができるとともに、混合物の溶融が妨げられた
り、溶融物が分離したり、あるいは結晶化が阻害された
りすることもなく、確実に反応性シリカ濃度を低減する
ことが可能となる。

【００１６】また、本実施形態においては、上記カルシ
ウム含有物質として、鉄鋼の製造の際に生成される廃棄
物である高炉スラグが用いられており、このような高炉
スラグは安価であるため、上述のような優れた性能を有
するコンクリート骨材を比較的低廉に製造することがで
き、経済的である。また、かかる高炉スラグは鉄鋼製造
時に大量に生成されるので安定的な供給が可能であり、
さらには組成も比較的安定しているため、一層確実に天
然骨材の有する反応性シリカ濃度を低減することができ
る。

【００１７】ただし、この第１の実施形態のようにカル
シウム含有物質として高炉スラグを用いる場合には、上
記混合物におけるこのカルシウム含有物質の天然骨材に
対する混合比を、重量比で０．１〜０．８の範囲内に調
整するのが望ましい。すなわち、溶融すべき上記混合物
中においてこの混合比が０．１を下回るほど高炉スラグ
が少ないと、天然骨材の反応性シリカ濃度を十分に低減
することができなくなるおそれがあり、また融点の高い
天然石よりなる天然骨材が多くなることにもなるので、
溶融炉を高い温度に保持しなければ混合物を十分に溶融
させることができなくなるおそれも生じる。一方、逆に
上記混合比が０．８を上回るほど大きいと、カルシウム
含有物質が主成分としての天然骨材と同量に近くなるた
め、製造された骨材の強度が劣化したり、混合物の溶融
が妨げられたり、溶融物の分離が生じたり、あるいは結
晶化が阻害されたりするおそれがあるとともに、表１に
示したように高炉スラグには硫黄分が含まれているの
で、混合物の溶融時に発生する排ガス中の硫黄量も多く
なり、この排ガスを脱硫処理するために多くのコストを
要して経済性を損なうおそれがある。

【００１８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。この第２の実施形態では、次表３に主な組成と
塩基度を示す川砂利よりなる天然骨材を主成分とし、こ
れに生石灰をカルシウム含有物質として混合して組成を
調整し、混合物を得た。しかして、この混合物における
カルシウム含有物質の天然骨材に対する混合比（カルシ
ウム含有物質／天然骨材）は、重量比で０．２４であっ
た。

【００１９】

【表３】

【００２０】次に、こうして得られた混合物を溶融炉に
供給して第１の実施形態と同様に１４５０℃で１時間保
持して溶融した後、冷却してガラス状とし、これを結晶
化炉において８５０℃で２時間保持してから１分当たり
１℃で１０７５℃にまで昇温し、さらに１０７５℃で４
時間保持して結晶化させ、骨材Ｂを得た。この骨材Ｂの
主な組成および塩基度についても、表３に併せて示す。
そして、この第２の実施形態によって得られた骨材Ｂ
と、表３に示した川砂利よりなる天然骨材とを用いて、
ＪＩＳＡ５３０８の付属書８に基づくモルタルバー法
によってアルカリシリカ反応性の試験を行った。この結
果を次表４に示す。ただし、この表４の結果は材齢９週
間目のものであり、有効ゲージ長は１６０mmであった。

【００２１】

【表４】

【００２２】しかるに、この表４の結果より、上記第２
の実施形態の製造方法による処理を施す前の天然骨材に
おいては、材齢９週間で既に膨張率が０．０５０％を上
回っており、「無害でない」との評価となるのに対し、
本実施形態による骨材Ｂにおいては、主成分とされたこ
の天然骨材に比べて膨張率が大幅に下回っており、材齢
３ヶ月での判断基準となる膨張率０．０５０％の半分程
度に抑えられている。勿論、この骨材Ｂを用いたものに
おいても、材齢３ヶ月および６ヶ月での結果を待たなけ
れば最終的に「無害」の評価を下すことはできないが、
表２の結果を見る限りでは、材齢６ヶ月において膨張率
が０．１００％を下回ることが十分に期待される。

【００２３】このように、カルシウム含有物質として生
石灰を用いたこの第２の実施形態においても、上記第１
の実施形態の場合と同じように製造された骨材のアルカ
リシリカ反応を抑えることができ、従って当該骨材を用
いたコンクリート構造物において長期に亙ってひび割
れ、ポップアウト、脆弱化、崩壊などを防止することが
可能となる。また、本実施形態では、こうしてカルシウ
ム含有物質に生石灰を用いているので、第１の実施形態
の高炉スラグに比べて高価ではあるものの、その組成は
一層安定化することとなり、より確実かつ効率的に骨材
の反応性シリカ濃度を低減することができる。

【００２４】ただし、本実施形態のように生石灰をカル
シウム含有物質として用いた場合でも、その天然骨材に
対する混合比が低すぎると、骨材の反応性シリカ濃度を
十分低減することができなくなるとともに、混合物を高
い溶融温度で溶融させなければならなくなる一方、逆に
この混合比が高すぎても、カルシウム濃度が高くなるた
め、やはり高い溶融温度が要求されるとともに、溶融物
の分離や結晶化の不全、あるいは製造された骨材の強度
不足などが生じるおそれがある。このため、こうして生
石灰をカルシウム含有物質として用いる場合は、上記混
合物におけるこのカルシウム含有物質の天然骨材に対す
る混合比を、重量比で０．１〜０．５の範囲内に調整す
るのが望ましい。

【００２５】また、このようにカルシウム含有物質とし
て石灰を用いる場合においては、第２の実施形態のよう
に生石灰ではなく、消石灰を用いることも可能であり、
この場合の混合比は生石灰を用いる場合のカルシウム濃
度に準じて、上記混合物における天然骨材に対する消石
灰の重量比として０．１３〜０．６６の範囲に調整され
るのが望ましい。さらに、これら生石灰や消石灰に第１
の実施形態の高炉スラグを加えてカルシウム含有物質と
して天然骨材と混合するようにしてもよく、この場合の
混合比も当該カルシウム含有物質のカルシウム濃度を勘
案して調整されるのが望ましい。また、これら第１、第
２の実施形態における天然骨材としての安山岩や川砂利
の他にアルカリシリカ反応を示すものとしては、例えば
蛋白石、玉髄、各種チャート、フリント、珪酸質苦土質
石灰岩、流紋岩、凝灰岩、石英安山岩、粗面岩、千枚
岩、黒曜岩、トリジマイト、クリストパライト、輝沸石
などが知られており、本発明はこのような天然石よりな
る天然骨材に対しても適用可能である。

【００２６】さらにまた、上記第１、第２の実施形態で
はこの混合物を溶融する際の溶融温度を１４５０℃とし
ているが、この溶融温度は、低すぎると十分な溶融がな
されない一方、高すぎても溶融炉の浸食やエネルギーロ
スが大きくなって不経済となるので、１３００〜１５０
０℃の範囲とされるのが望ましく、また溶融後には１２
００〜１４００℃に保持して脱泡させるのが望ましい。
さらに、これらの実施形態では、再加熱法により、この
溶融物を一旦冷却してから結晶化炉において再加熱して
結晶化を図っており、このとき８５０℃で２時間保持し
てから昇温して１０７５℃でさらに４時間保持している
が、先の保持温度（結晶生成温度）は８００〜９００℃
の範囲とされるのが望ましく、この温度を下回ると結晶
が生成されない一方、上回るとアノーサイト、ウォラス
トナイト、ゲーレナイト、オージャイト以外の結晶も析
出するおそれがあり、また後の保持温度（結晶成長温
度）は１０００〜１２００℃の範囲とされるのが望まし
く、この温度を下回ると結晶が十分に成長しない一方、
上回ると結晶化物が再溶融して安定した成長が妨げられ
るおそれがある。また、この再加熱法に代えて徐冷法に
より結晶化を行ってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルカリシリカ反応を示す天然石よりなる天然骨材を主
成分とし、これにカルシウム含有物質を混合して溶融・
結晶化することにより、反応性シリカ濃度を低減してア
ルカリシリカ反応を抑えることができ、コンクリート構
造物におけるひび割れやポップアウト、脆弱化や崩壊な
どを長期に亙って防止することが可能となる。また、こ
のカルシウム含有物質として高炉スラグを用いた場合に
はその混合比を０．１〜０．８に、生石灰を用いた場合
には混合比を０．１〜０．５に調整することにより、製
造される骨材としての強度を確保しつつも、確実かつ経
済的な溶融および結晶化を図ることが可能となる。

フロントページの続き (72)発明者新井一彦東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者大槻伴徳東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者岡田晃久東京都中央区佃２丁目17番15号月島機械株式会社内 (72)発明者永吉義一東京都中央区佃２丁目17番15号月島機械株式会社内 (72)発明者西田克範東京都中央区佃２丁目17番15号月島機械株式会社内 (72)発明者金子拓己東京都中央区佃２丁目17番15号月島機械株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然石よりなる天然骨材を主成分とし
て、これにカルシウム含有物質を混合し、この混合物を
溶融して結晶化することを特徴とするコンクリート骨材
の製造方法。
【請求項２】上記カルシウム含有物質が高炉スラグで
あって、上記混合物におけるこのカルシウム含有物質の
上記天然骨材に対する混合比が、重量比で０．１〜０．
８の範囲内に調整されていることを特徴とする請求項１
に記載のコンクリート骨材の製造方法。
【請求項３】上記カルシウム含有物質が生石灰であっ
て、上記混合物におけるこのカルシウム含有物質の上記
天然骨材に対する混合比が、重量比で０．１〜０．５の
範囲内に調整されていることを特徴とする請求項１に記
載のコンクリート骨材の製造方法。