JP2007314393A - コンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンクリート廃材から得られる微粒分、微粉末を利用して、反応性骨材によるコンクリートやモルタルのアルカリシリカ反応を有効に抑制する。
【解決手段】 コンクリート製造過程において、再生手段を経てコンクリート廃材から再生骨材を製造した後に得られた残渣微粒分ないし微粉末を、使用セメント量に対して１５〜４５質量％で置換することで、前記使用セメントのアルカリ分と反応性骨材のシリカ成分との反応を抑制させるようにした。
【選択図】 なし

Description

本発明はコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法に係り、特にコンクリート廃材から再生骨材を製造する際に発生する残渣分を利用して反応性骨材によるコンクリートやモルタルのアルカリシリカ反応を抑制するようにしたコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法に関する。

近年、良質な河川天然骨材等の枯渇により、コンクリートに用いられる骨材の供給事情はひっ迫した状況にある。そのため、原石山から得た母岩を破砕した砕石、砕砂が供給骨材の多くを占めるようになってきている。従来、砕石、砕砂の原石には硬質砂岩、石灰石等の良質な硬質岩石が選ばれてきたが、最近ではこれらの原石採取が可能な地域も環境保全等の問題でその採取が制限されたりしてきている。そこで、最近では従来あまり利用されていなかった岩種の原石も骨材として使用されるようになってきた。このような背景から近年、アルカリシリカ反応を代表とする反応性骨材によるコンクリート構造物の不良発生が問題化してきている。

これらのアルカリシリカ反応を抑制する方法としては、使用骨材の表面に改質層を形成して使用骨材のアルカリシリカ反応性を阻止する方法（特許文献１）や、アルカリシリカ反応抑制物質を、コンクリート製造時に添加する方法（特許文献２，特許文献３）が主要な対策として提案されている。

特許文献１には、天然骨材の表面に、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等のカルシウム化合物を高温加熱処理して、天然骨材の表面においてカルシウム化合物を反応させた改質層を形成し、コンクリート製造時にセメント中のアルカリ成分と天然骨材中の反応性シリカ等の鉱物との直接接触を遮断し、アルカリシリカ反応を防止することが開示されている。

特許文献２では、アルカリシリカ反応抑制物質として、ゼオライト、活性炭、カーボンブラック、イオン交換容量の多い粘土鉱物等の各種材料が提案されており、また特許文献３では、緑色ガラス瓶等から得られたリサイクル材料としてのクロムガラス小片が反応抑制物質として提案されている。

一方、近年、高度経済成長期に建設された鉄筋コンクリート建物が、建物機能の更新の要請、地域再開発等の理由から取り壊されるケースが増えてきている。このため、鉄筋コンクリート建物を解体したコンクリート廃材の発生量が増加している。コンクリート廃材は通常、再資源化施設で破砕して路盤材(再生砕石)として使用されているが、こうした用途での適用は限界となりつつある。

こうした状況のもと、再生骨材の品質を天然骨材なみに高めて再利用する技術開発も進められており、出願人は、すでに、コンクリート廃材をコンクリート構造物等へ再利用するために、コンクリート廃材からバージン骨材と同等の品質を有する再生骨材と副産物である微粉末とを製造し、すべて再利用するシステム（コンクリート資源循環システム）を提案している（特許文献４）。

特開２００２−１４５６５０号公報 特開２００３−３０６３７２号公報 特表２００１−５１０４３６号公報 特開２００３−２０６５２７号公報

ところで、上述のいずれのコンクリート廃材再生技術においても、骨材表面に付着していたセメント分を取り除く工程において、多量のコンクリート微粉（機械すりもみにおいては比表面積が１，０００〜３，０００cm²/g程度の微粒分、前述の加熱すりもみ法においては比表面積が３，０００cm²/g程度以上の微粉末）が発生する。これらのコンクリート微粒分あるいは微粉末は、現状ではその用途が確立されていないため、その用途の開発、あるいは処理方法が問題となっている。

出願人は、その点に着目し、すでに特許文献４において、再生されたコンクリート微粉末を各種地盤改良材料として使用することを提案したが、さらに上述のコンクリート再生骨材残渣としてのコンクリート微粒分ないし微粉末が上述のアルカリシリカ反応抑制に寄与することができないかの試験、検討を行った。

出願人は、コンクリート細粒分ないし微粒分が上述のアルカリシリカ反応抑制において、以下の条件を満たすことにより、その効果を奏するとの知見を得た。

従来から、水和熱の抑制や長期強度の増進などを目的にコンクリート混和材として使用されているフライアッシュや高炉スラグなどは発電施設の燃料灰、製鉄工程等の他産業の副産物であるが、それらにはアルカリシリカ反応抑制効果があることが確認されている。フライアッシュや高炉スラグによるアルカリシリカ反応抑制効果は、ポゾラン反応によるＣａ（ＯＨ）₂の消費と、結晶成長に伴い生成されたカルシウムシリケート相（ＣＳＨ）によるアルカリの吸着（固定）による効果として説明されているが、同様な効果が廃コンクリート微粉末にもあることが確認できた。

その際、アルカリシリカ反応抑制効果を有効に奏する条件として、材料の中性化が進行していることが上げられる。これに対して通常、コンクリート微粒分等は湿式処理を行うものを除き、再利用までのプロセスにおいて大気に曝されるため、中性化が進行しており、これらの条件を満たしている。
また、粒度に関してはあまり細かくない方がアルカリシリカ反応抑制効果が高いことが確認された。しかし、加熱すりもみ法によって得られた、比表面積が５，０００cm²/gを超えるコンクリート微粉末（微粒分）でもアルカリシリカ反応抑制効果が確認された。さらに、具体的には、アルカリシリカ反応抑制対策として使用する場合、比表面積が大きい微粉末では、セメント量の４５質量％程度以下で混合することが好ましく、一方、再生骨材の製造時の残渣として中性化が進行し、かつ粒度があまり細かくない細粒分ないし微粒分を用いる場合には、これより少ない混合率でも高いアルカリシリカ反応抑制効果を期待できる。

このような知見を踏まえ、アルカリシリカ反応抑制を実現するための、コンクリート微粒分あるいは微粉末の使用用途の拡大という観点から、本発明はコンクリート製造過程において、再生手段を経てコンクリート廃材から再生骨材を製造した後に得られた残渣細粒分ないし微粒分を、使用セメント量に対して４５質量％以下で置換することで、前記使用セメントのアルカリ分と反応性骨材のシリカ成分との反応を抑制させるようにしたことを特徴とする。

前記残渣細粒分ないし微粒分の比表面積が１，０００〜３，０００cm²/gであるときの前記使用セメント量に対する置換率を、１５〜３５質量％とすることが好ましい。

前記残渣細粒分ないし微粒分の比表面積が３，０００cm²/g以上であるときの前記使用セメント量に対する置換率を、２５〜４５質量％とすることが好ましい。

前記コンクリート廃材で使用されたセメントは、高炉セメントＢ種である場合、その効果はより好ましく発揮される。

本発明によれば、コンクリート廃材から再生骨材を製造する際に発生する残渣分を有効利用して、コンクリートやモルタルのアルカリシリカ反応を効果的に抑制することができるという効果を奏する。

以下、本発明のコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

［微粉末のアルカリシリカ反応抑制効果］
図１は、反応性の安山岩砕砂と山砂(チャート系)を対象に、再生微粉末を用いて行った迅速法による試験結果を示した膨張率試験結果図である。同図（ａ），（ｂ）に示したように、コンクリート微粉末の各置換率において、迅速法（ＪＩＳ Ａ １８０４）により高圧促進養生され作製されたモルタルバーの膨張率は、微粉末の含有アルカリ量にかかわらず、微粉末で置換することにより抑制されることが確認された。また、その抑制効果は高炉スラグで置換した場合よりも高い傾向があることが認められた（同図（ｂ））。また、同図（ｂ）に示したように、コンクリート微粉末をセメントに対して４５質量％まで置換しても試験体の膨張は完全には抑制できないが、従来、アルカリシリカ反応抑制対策材料として用いられている高炉スラグと比較しても、比表面積が大きなコンクリート微粉末の場合も４５質量％程度の置換をすれば、アルカリシリカ反応抑制効果は確実なものと考えられる。

［コンクリート微粒分、微粉末別による奏効の比較］
次に、どのような条件のコンクリート微粉（微粒分、微粉末）でアルカリシリカ反応抑制効果が高いのかについて、硬化セメントペーストを粉砕して作製した各種の擬似微粉を用いて、その効果について検討した。図２は、その試験結果を示している。同図に示したように、
(1)普通セメント（ＮＣ）を用いた硬化セメントペーストを微粉砕した場合、０．１５〜０．３mmの微粉末でアルカリシリカ反応抑制効果が認められた。
(2)高炉セメントＢ種（ＢＢ）を用いた硬化セメントペーストを微粉砕した方がアルカリシリカ反応抑制効果が得られる。
(3)微粉の中性化が進むと、さらに高い抑制効果が認められる。
ことが確認された。

コンクリート中性化が進むとアルカリシリカ反応抑制効果が高まる理由としては、中性化の際に、ＣＳＨの一部がシリカゲルと炭酸カルシウムに分解するが、このシリカゲルはポゾラン活性が高いため、Ｃａ（ＯＨ）₂を消費するとともに、新しくできた水和物中にアルカリを取り込むためと考えられる。また、ＢＢの方がアルカリシリカ反応抑制効果の高いのはＣａ／Ｓｉ比の低いＣＳＨが生成され、アルカリ吸着性能がやや高くなったためと考えられる。砕砂も山砂も同様の傾向であることから、比表面積の大きい加熱すりもみ法により得られたコンクリート微粉末より、比表面積の比較的小さなコンクリート微粒分の方がアルカリシリカ反応抑制効果は高いといえる。

［コンクリート微粉の置換率］
コンクリート廃材から再生材料としての各種再生骨材（粗骨材、細骨材）を製造した後の微粒分で構成される再生骨材残渣(コンクリート微粉)をセメントと置換したコンクリートの品質は微粉末の置換割合に応じて低下することが知られている。これは再生骨材残渣には強度を増進する効果はほとんどないため、微粉末の置換に応じて、セメント量が低下するためである。

しかし、このコンクリート微粉の使用セメントに対する置換率が５〜１０質量％であれば、フレッシュコンクリートにおける特性および硬化コンクリートとしての特性に大きな低下は認められない。アルカリシリカ反応以外の特性低下を防止するために、コンクリート微粉の置換率はできるだけ低く設定することが好ましい。なお、比較的低強度の高流動コンクリートへ適用する場合には、コスト面のメリットを考慮すると、微粉量の置換率を高めることも好ましい。その場合、コンクリート微粉の置換量としては１００〜２００kg/コンクリート１m³程度の混入が可能である。以上の点を踏まえ、コンクリート微粉のセメントとの置換に対するアルカリシリカ反応抑制が確実な範囲（表中、◎で表示）と有効な範囲（表中、○で表示）をまとめると、下表のように区分することができる。

同表に示したように、コンクリート微粉の種類に応じて、アルカリシリカ反応抑制が有効な範囲以上の区分において、コンクリート微粉の置換率を決定し使用すればよい。その際、上述のように、フレッシュコンクリートとしての特性および硬化コンクリート時の特性とのバランスを考慮してその置換率を決定することが好ましい。

コンクリート微粉末（含有アルカリ分を考慮、考慮せずの２例）と試験体の膨張率との関係を示したグラフ。 各種擬似微粉を用いて置換率を変えて膨張率（抑制効果）の差を比較したグラフ。

符号の説明

１ コンクリート表面

Claims (3)

1. コンクリート製造過程において、再生手段を経てコンクリート廃材から再生骨材を製造した後に得られた残渣微粒分ないし微粉末を、使用セメント量に対して４５質量％以下で置換することで、前記使用セメントのアルカリ分と反応性骨材のシリカ成分との反応を抑制させるようにしたことを特徴とするコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法。
2. 前記残渣微粒分の比表面積が１，０００〜３，０００cm²/gであるときの前記使用セメント量に対する置換率を、１５〜３５質量％とする請求項１に記載のコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法。
3. 前記残渣微粉末の比表面積が３，０００cm²/g以上であるときの前記使用セメント量に対する置換率を、２５〜４５質量％以下とする請求項１に記載のコンクリートのアルカリシリカ反応抑制方法。

Images