JP2008162841A

JP2008162841A - モルタル又はコンクリートの劣化抑制用方法及び劣化抑制モルタル又はコンクリート

Info

Publication number: JP2008162841A
Application number: JP2006353707A
Authority: JP
Inventors: Akinori Sugiyama; 彰徳杉山
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】モルタルやコンクリートに広く使用されているシリカ分を含有する骨材を使用しても、セメントの凝結や硬化性に支障を及ぼすことなく、また工程・施工上の負荷やコストが増加することもなく、アルカリ骨材反応に伴うモルタルやコンクリートの劣化の進行を容易に抑制することができる劣化抑制方法を提供する。またシリカ分を大量に含有する骨材を使用しても、劣化が著しく起こり難いモルタル又はコンクリートを提供する。
【解決手段】シリカ含有骨材を含むモルタル又はコンクリートにおいて、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、全骨材の０．７×Ａ質量％以上を開口空隙を有する多孔質骨材にすることを特徴とするモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、モルタルやコンクリートに使用する骨材中のシリカ分に由来したアルカリ骨材反応によるモルタルやコンクリートの劣化を防ぐ方法及び劣化を抑制したモルタル又はコンクリートに関する。

モルタルやコンクリートの結合成分であるセメントは、水と反応して凝結・硬化するが、この水和反応で水酸化カルシウムが生成する。一方、モルタルやコンクリートに使用されている骨材は、その殆どが化学成分としてシリカ（ＳｉＯ₂）を含有する。このシリカは水の存在下で水酸化カルシウム等のセメント中のアルカリ成分と反応し（アルカリ骨材反応又はアルカリシリカ反応と称されている。）、吸水性の珪酸アルカリゲルを生成する。珪酸アルカリゲルは、生成過程で比較的高い膨張を起こすため、シリカを含有する骨材を使用したモルタル・コンクリートでは、微量残水や大気からの吸湿によってアルカリ骨材反応が徐々に進行し、硬化体内部に膨張エネルギーが蓄積される。長期間蓄積増強された膨張エネルギーはやがて硬化体に亀裂を生じさせて開放され、その結果、亀裂による顕著な強度低下が起こり、モルタルやコンクリートが劣化する。

このようなモルタルやコンクリートの劣化原因となるアルカリ骨材反応を防ぐ方法として、シリカ分含有量の極力少ない骨材を使用するような消極的な方法の他、亜硝酸リチウム等のリチウム塩をモルタル・コンクリート作製時に添加したり（例えば、特許文献１参照。）、硬化後に注入・含浸させる方法（例えば、特許文献２参照。）、カルシウムリチウムシリケート等のリチウム系ガラスを配合する方法（例えば、特許文献３参照。）等が知られている。このうち、シリカ分含有量の極力少ない骨材の選定は不可能ではないものの、建築・土木用途或いは製品用途のモルタル・コンクリートの骨材使用実情から鑑みると制約が多く、現実的ではない。また、リチウム塩混和による方法では、単位セメント量の多いモルタル・コンクリートでは大量のリチウム塩を必要とし、リチウム塩は高価なためコストが増大し、またセメントにポルトランドセメントを使用した場合は初期凝結の遅延を引き起こす。硬化体に注入・含浸させる方法では、凝結遅延は起きないが、施工上多大な手間と、混和使用する場合よりも大量のリチウム塩を用意する必要があり効率的ではない。また、リチウム系ガラスの配合による方法は、当該ガラス自体を添加用に製造するとコストが高騰するため、品質が一定の廃ガラスを入手使用する必要があるなど、纏まった量のガラス入手に制約があり、比較的小規模な施工物や製品には適するが、汎用化には必ずしも適していない方法であった。
特開昭６１−２５６９５１号公報特開２００５−６０１４４号公報特開２００４−１９６５６６号公報

本発明は、モルタルやコンクリートに広く使用されているシリカ分を含有する骨材を使用してもアルカリ骨材反応に伴うモルタルやコンクリートの劣化を抑制できる方法であって、前記のような凝結遅延などセメントの凝結や硬化性に支障を及ぼすことなく、また工程・施工上の負荷が増加することなく、さらにコストの高騰や原料調達に制約を受けることもなく、シリカ含有骨材を使用するモルタルやコンクリートの劣化の進行を容易に抑制できる方法を提供する。またシリカ含有骨材を使用した劣化が抑制されたモルタル又はコンクリートの提供を課題とするものである。

本発明者は、前記課題を解決するにあたり、骨材中のシリカとセメントアルカリの反応自体を抑制するような方法を用いずに、アルカリシリカ反応で生成した珪酸アルカリゲルによるモルタル・コンクリート硬化体の膨張亀裂に繋がる膨張圧力を極力抑制することを主体に検討を行った結果、シリカ含有量の骨材を使用する場合でも、骨材全体に含まれるシリカ含有量に応じて、使用する骨材の一定量を開口空隙を有する多孔質骨材にすれば、生成した珪酸アルカリゲルは流動性があるため、その膨張分が硬化体内部の骨材空隙に移動し、硬化体内部での膨張圧の発生を実質抑制できるという知見を得、凝結性状や施工工程に支障や負荷を及ぼすことなく、モルタルやコンクリートの劣化を十分抑制できたことから本発明を完成させた。

即ち、本発明は、以下の（１）〜（２）で表されるモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法及び（３）〜（４）で表される劣化抑制モルタル又はコンクリートである。（１）シリカ含有骨材を含むモルタル又はコンクリートにおいて、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、全骨材の０．７×Ａ質量％以上を開口空隙を有する多孔質骨材にすることを特徴とするモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法。（２）多孔質骨材が開口空隙率２０〜８０％であることを特徴とする前記（１）のモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法。（３）シリカ含有骨材を含むモルタル又はコンクリートであって、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、全骨材の０．７×Ａ質量％が開口空隙を有する多孔質骨材である劣化抑制モルタル又はコンクリート。（４）多孔質骨材が開口空隙率２０〜８０％である（３）の劣化抑制モルタル又はコンクリート。

本発明によれば、多大なコストや手間をかけずに、骨材中のシリカ分含有量に応じて使用する骨材の一定量を開口空隙を有する多孔質骨材にするだけで容易にアルカリ骨材反応に起因するモルタルやコンクリートの劣化を効率よく抑制できるため、高シリカ質の骨材を使用でき、シリカ分の総含有量が多い骨材配合のモルタルやコンクリートにすることができる。

本発明の劣化抑制方法で対象とするモルタル又はコンクリートは、少なくとも化学成分としてシリカ（ＳｉＯ₂）を含有する骨材と、セメントで代表されるアルカリ成分含有の水和反応性物質を含むものであれば特に限定されない。

このうちセメントは、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメントの他、アルミナセメント、白色セメント、エコセメントなどの特種セメント、高炉セメントやシリカセメント等の混合セメント等を例示することができる。また、セメント以外のアルカリ成分含有の水和反応性物質としては、例えば、生石灰やエトリンガイト形成物質を有効成分とする膨張性混和材、カルシウムアルミネート類の速硬又は急結性混和剤を例示することができる。

また、化学成分としてシリカを含有する骨材は、一般にモルタルやコンクリートで使用されている川砂、山砂、海砂、岩石砕砂等の天然細骨材と川砂利、山砂利、海砂利、岩石砕片等の天然粗骨材のほぼ全てが該当し、合成鉱物を起源とした無機系人工骨材も化学成分としてシリカを含有する限り、本発明が対象とするモルタルやコンクリートに含まれても良い骨材である。また、本発明では全骨材がシリカ分を含まない骨材でない限り、シリカ分を含まない骨材を含むモルタル・コンクリートも対象となる。

本発明の劣化抑制方法は、モルタル・コンクリートに含有する骨材のうちの一定量以上を開口空隙を有する多孔質の骨材にすることで、モルタルやコンクリート中で生じたアルカリシリカ反応に起因する膨張圧を抑制することにある。全骨材に占める開口空隙を有する多孔質骨材の含有量は、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、０．７×Ａ質量％以上（１００質量％を含む。）である。残分の骨材は実質開口空隙を有さない骨材（以下、普通骨材と称す。）となるが、モルタルやコンクリートの配合設計で許容される限り、使用する全ての骨材を開口空隙を有する多孔質骨材にすることも可能なため、全骨材中に占める多孔質骨材の含有量の上限値は制限されない。全骨材に占める開口空隙を有する多孔質骨材の含有量が０．７×Ａ質量％未満であると、アルカリシリカ反応で生成した珪酸アルカリゲルによる体積増加分が入り込む空隙容積の不足が大きくなり、膨張圧力が高まり過ぎて硬化体の亀裂発生に繋がるので好ましくはない。また、コンクリートでは細骨材、粗骨材の区別無く開口空隙を有する多孔質骨材を使用できるが、粗骨材への開口空隙を有する多孔質骨材の使用割合を多くするほど、より膨張圧を抑制し易くなるので好ましい。

本発明の劣化抑制方法で使用できる開口空隙を有する多孔質骨材は、骨材含有成分は限定されず、例えばシリカを含有するものでも使用でき、シリカ含有量も制限されないが、劣化抑制作用をより高める上ではシリカ含有量が少ないものの方が望ましい。使用可能な多孔質骨材の具体例として、火山礫を破砕し粒度調整した天然骨材、頁岩、真珠岩、松脂岩、黒曜石、抗火石、シラス等の天然鉱石粉或いは石炭灰、スラグ、汚泥焼却灰、飛灰といった産業副産物・処理物に、必要により炭化珪素や酸化鉄等の発泡助剤、ガラス形成成分、セメント等の結合材を加え、これを成形して加熱発泡又は多孔化させた無機系の人工骨材を挙げることができ、また、シリカ含有量が殆どない多孔質骨材としては、発泡スチロールなどの有機系軽量骨材を例示することができる。

本発明で使用する多孔質骨材は前記のような骨材であって、その開口空隙率が２０〜８０％であるものが好ましい。この範囲の開口空隙率にすれば、例え開口空隙に取り込めなかったアルカリシリカ反応による珪酸アルカリゲルの膨張残分があっても、モルタル・コンクリート硬化体に亀裂を生じさせる程に膨張圧が高まることを十分回避できる。より好ましい多孔質骨材の開口空隙率は、３０〜５０％である。開口空隙率が２０％未満では、例えば一般的な単位セメント量のモルタル・コンクリートに対しても、アルカリシリカ反応による珪酸アルカリゲルの膨張分を取り込める開口空隙が著しく不足し、亀裂発生に繋がる膨張圧力が蓄積され易いので適当ではなく、また開口空隙率が８０％を超えるような骨材では一般にかなり脆弱な骨材となるため、モルタルやコンクリートの混練操作や用途面で制約されるので適当ではない。また、骨材の開口空隙径は特に制限されるものではないが、概ね１０ｎｍ以上であれば生成した珪酸アルカリゲルが比較的容易に侵入できるので望ましい。

また、本発明の劣化抑制モルタル又はコンクリートは、アルカリシリカ反応を原因とする膨張亀裂による劣化を抑制したモルタル・コンクリートである。本発明のモルタル又はコンクリートは何れもセメントを含む。含有使用するセメントは水硬性のものなら何れのセメントでも良く、例えば普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメントの他、アルミナセメント、白色セメント、エコセメントなどの特種セメント、高炉セメントやシリカセメント等の混合セメント等を挙げることができる。また、モルタル・コンクリート中のセメント量は制限されない。

また、本発明の劣化抑制モルタル又はコンクリートは、骨材を含む。使用する骨材は、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、骨材のうち０．７×Ａ質量％以上（１００質量％を含む。）の骨材を開口空隙を有する多孔質骨材とする。残部骨材は実質開口空隙を有さない骨材で良い。全骨材に占める開口空隙を有する多孔質骨材の含有量が０．７×Ａ質量％未満であると、アルカリシリカ反応で生成した珪酸アルカリゲルによる体積増加分が入り込む空隙容積の不足が大きくなり、膨張圧力が高まり過ぎて硬化体の亀裂発生に繋がるので好ましくはない。使用する骨材の成分は、開口空隙を有する多孔質骨材かそれ以外の普通骨材であるかを問わず、限定されない。従って、本発明のモルタル又はコンクリートは、アルカリシリカ反応の反応物質であるシリカ分を大量に含む骨材であっても使用することができる。モルタル又はコンクリート中の全骨材の含有量は、特に制約されず使用者が任意に配合設計すれば良い。一応の目安として、含有するセメント１００質量部に対し、概ね１５０〜４５０質量部を例示することができるが、使用骨材の密度等に応じて適宜変更するのが望ましい。

本発明の劣化が抑制されたモルタル又はコンクリートで使用する開口空隙を有する多孔性骨材は、前記の本モルタル又はコンクリートの劣化抑制方法で使用する多孔性骨材と同様である。

また、本発明の劣化が抑制されたモルタルやコンクリートは、本発明の効果を実質喪失させない範囲で、前記セメント及び骨材以外の配合成分を含むものであっても良い。このような成分として、例えば、何れもモルタルやコンクリートに使用できる減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、分散剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、速硬剤、膨張材、収縮低減剤、消泡剤、起泡剤、分離防止剤、発水剤、増粘剤、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂、防錆剤、防水剤、繊維、抗菌剤、ポゾラン反応性物質、増量剤等を挙げることができる。

また、本発明の劣化が抑制されたモルタルやコンクリートの製造方法は何等限定されない。また、フレッシュモルタルやコンクリートを得る上での混練水の配合量は、何れもセメント１００質量部に対し、３０〜７０質量部が推奨されるが、該推奨量に限定されるものではない。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明するが、本発明はここで表す実施例に限定されるものではない。

［コンクリートの作製］
次に表す各材料を選定使用し、表１に表す配合量となるよう、容量５０リットルの強制パン型ミキサに一括投入し、１５秒間乾式混合した後、表１に表す量の混練水を注水し、更に９０秒間混練を行ってフレッシュコンクリートを作製した。尚、使用骨材の開口空隙率は、Ａ及びＢについてはＪＩＳＡ１１０９、Ｃ及びＦについてはＪＩＳＡ１１１０に準じた方法で測定し、Ｄ、Ｅ及びＧについてはこれを煮沸した際の吸水量から算出した。また、各骨材中の化学成分としてのシリカ（ＳｉＯ₂）の含有量は、ＪＩＳＲ５２０２に準じた湿式化学成分分析の方法で求めた。表１には、各コンクリート毎にコンクリートに配合された全骨材中シリカ含有率も記す。

Ａ；普通細骨材（川砂、開口空隙率１．６５％、ＳｉＯ₂含有量６５質量％）
Ｂ；普通細骨材（安山岩破砕粒、開口空隙率０．９７％、ＳｉＯ₂含有量６０質量％）
Ｃ；普通粗骨材（川砂利、開口空隙率１．６５％、ＳｉＯ₂含有量６３質量％）
Ｄ；多孔質細骨材（頁岩系人工軽量細骨材、商品名「メサライト」；日本メサライト工業株式会社製、開口空隙率２５．２％、ＳｉＯ₂含有量６７質量％）
Ｅ；多孔質細骨材（真珠岩系人工軽量細骨材、商品名「太平洋パーライト」；太平洋マテリアル株式会社製、開口空隙率２９．６％、ＳｉＯ₂含有量７４質量％）
Ｆ；多孔質粗骨材（火山礫破砕物（軽石）、開口空隙率７２．５％、ＳｉＯ₂含有量５８質量％）
Ｇ；多孔質粗骨材（頁岩系人工軽量細骨材、商品名「太平洋アサノライト」；太平洋マテリアル株式会社製、開口空隙率３４．７％、ＳｉＯ₂含有量６９質量％）
Ｈ；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）

［コンクリートの劣化に関する評価］
作製したフレッシュコンクリートは、水平に設置した内寸で高さ７．５×縦７．５×横４０ｃｍの上部開口型枠（７．５×４０ｃｍの一面が開口上部）に打設し、常温で２４時間放置した後脱型し、角柱状のコンクリート硬化体を得た。該コンクリート硬化体は脱型後直ちに飽和塩化ナトリウム水溶液に浸漬させ、そのままの状態で５０℃の恒温槽で養生した。このコンクリート硬化体の材齢１日の高さ、縦及び横の長さを測定して算出された体積を基準とし、材齢７、３０、９０及び１８０日の高さ、縦及び横の長さを測定して算出された体積から体積膨張率（％）を算出した。さらに、材齢１８０日のコンクリート硬化体については、目視で表面のひび割れ発生状況を調べた。以上の結果を表２に表す。

表２の結果より、本発明の劣化抑制手段を講じたコンクリートは、該手段を講じていないコンクリートと比べ、何れも膨張率がはるかに小さいものとなり、また長期材齢体でもひび割れ等の劣化が見られなかった。これに対し、本発明の劣化抑制手段を講じていないコンクリートは長期材齢対でひび割れ発生が見られた。

Claims

シリカ含有骨材を含むモルタル又はコンクリートにおいて、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、全骨材の０．７×Ａ質量％以上を開口空隙を有する多孔質骨材にすることを特徴とするモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法。
多孔質骨材が開口空隙率２０〜８０％であることを特徴とする請求項１記載のモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法。
シリカ含有骨材を含むモルタル又はコンクリートであって、使用全骨材中のシリカ含有率（質量％）の値をＡとすると、全骨材の０．７×Ａ質量％が開口空隙を有する多孔質骨材である劣化抑制モルタル又はコンクリート。
多孔質骨材が開口空隙率２０〜８０％である請求項３記載の劣化抑制モルタル又はコンクリート。