JPH03103344A - コンクリート用アルカリ骨材反応抑制剤及びコンクリート - 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】 （イ）発明の目的 本発明は、土木・建築構造物に広く用いられるコンクリ
ートの劣化要因であるアルカリ骨材反応の抑制剤及び該
薬剤を含有するコンクリートに関するものであり、アル
カリ骨材反応性を有する骨材を使用してコンクリートを
製造する際、得られたコンクリートのアルカリ骨材反応
を抑制し、引いてはアルカリ骨材反応による劣化の抑制
に非常に有効なものであり、土木・建築業界で広く利用
し得るものである。

「従来の技術」 土木・建築構造物には、コンクリートが大量に使用され
ており、これに不可欠である骨材も同様であり、川砂利
が良質なコンクリート用粗骨材として非常に多く使用さ
れている。

しかしながら、大量使用の結果として、近年、川砂利が
枯渇化しており、これに代って砕石が頻繁に使用されて
いる。これに伴って、水の存在下において、コンクリー
トの主或分であるセメント中のアルカリ分と砕石及び若
干の川砂利に含まれているある種の鉱物との化学反応、
すなわち、アルカリ骨材反応が発生し、生或物の膨張作
用によりコンクリートの亀甲状ひび割れなどがいたる所
で発生しており、深刻な問題となっている。

アルカリ骨材反応とは、水の存在下でセメント中の酸化
ナトリウムあるいは酸化カリウムの形で含まれるナトリ
ウムイオンあるいはカリウムイオンと骨材（反応性骨材
）中のある種のｔ物が化学反応を起こし、ケイ酸ソーダ
（水ガラス）などのアルカリケイ酸塩ゲルを生戒する一
連の反応であり、アルカリ骨材反応に伴って、生或した
ゲルの吸水による膨張作用で、コンクリートにひび割れ
、ポップアウトなどを誘発させるものであり、極端な場
合には該コンクリートを用いた構造物を破壊に至らしめ
るものである。

アルカリ骨材反応は，反応性骨材に含まれる鉱物の種類
によって化学反応の形態が異なっており、それらはアル
カリ・シリカ反応、アルカリ・シリケート反応及びアル
カリ炭酸塩岩反応の３種類に大別される。

アルカリ・シリカ反応及びアルカリ・シリケート反応は
、，オパール、玉随、クリストバライト、トリジマイト
、はりなどの不安定な反応性シリカ鉱物を含む砕石及び
若干の川砂利による反応であり、一方、アルカリ炭酸塩
岩反応は、ドロマイト質石灰岩による反応である。

最近、日本では、セメントコンクリート用骨材に不安定
な鉱物を含む安山岩、粘板岩、頁岩などの砕石あるいは
川砂利を多く使用しており、そこで発生するアルカリ骨
材反応は、アルカリ・シリ力反応がほとんどである。

アルカリ骨材反応は、限界量以上の反応性シリカの存在
、十分なアルカリ量及び十分な水分量の３つの条件がそ
ろった時に発生するため、アルカリ骨材反応を抑制する
ためには、３つの条件のうちの１つ以上を欠如させれば
良い。

従って、昭和６１年度建設省アルカリ骨材反応対策に関
する暫定指針では、反応性骨材の使用制限、低アルカリ
形セメントの使用、適切な混和材（スラグなと）を添加
した混合セメントの使用及びコンクリート中のアルカリ
総量の規制の４つの対応策を挙げている。

又、該指針とは別に、アルカリ骨材反応を防止あるいは
抑制するための混和剤（材）として、ＡＥ剤、ＡＥ減水
剤、リチウム化合物などの有機あるいは無機化合物等の
併用が提案されているが、どれも満足できる効果が得ら
れていない。

そのため、コンクリートのアルカリ骨材反応の抑制、引
いてはアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化を抑
制する方法及びそのための適切な薬剤が強く求められて
いる。

「発明が解決しようとする課題」 本発明は、コンクリートにおけるアルカリ骨材反応の抑
制、引いてはアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣
化を抑制する方法及びそのための適切な薬剤を求めるべ
く威されたものである。

（ｕ）発明の構或 「課題を解決するための手段」 本発明者等は、コンクリートにおけるアルカリ骨材反応
の抑制、引いてはアルカリ骨材反応によるコンクリート
の劣化を抑制する方法及びそのための適切な薬剤を求め
るべく種々検討して本発明を完威したものであり、本発
明は、コンクリートにおけるアルカリ骨材反応を効果的
に抑制する優れた薬剤を見出して成されたものである。

すなわち、本発明は、ポリマーディスパージョン又は再
乳化形粉末樹脂からなることを特徴とする反応性骨材含
有コンクリート用アルカリ骨材反応抑制剤及び反応性骨
材とボリマーデイスパージぢンあるいは再乳化形粉末樹
脂を含有することを特徴とするコンクリートに関するも
のである。

Ｏポリマーディスバージョン又は再乳化形粉末樹脂 本発明におけるポリマーディスバージョンは、主として
乳化重合によって製造されるものが適しており、水の中
にボリマーの微粒子（粒径約０．０５〜５．０ｕｍ）が
均一に分散し、浮遊している状態のものをいい、本発明
にとり好ましいものは、ＪＩＳ　Ａ　　６２０３（セメ
ント混和用ボリマーデイスバージョン）に規格化されて
いる様な品質を有するものである。　本発明のポリマー
デイスバージョンには、一般にゴムラテックス、樹脂エ
マルショイと呼ばれているもの及びそれらの混合物が通
用される。

ゴムラテックスは、合或ゴム系、天然ゴム系、ゴムアス
ファルト系などのラテックス、及びそれらのラテックス
に安定剤、消泡剤、或膜助剤などが添加されたものであ
り、合成ゴムラテックスとしては具体的にクロロプレン
ゴム、スチレンプタジエンゴム、アクリロニトリルブタ
ジェンゴム、メタクリル酸メチルブタジェンゴムなどの
ラテックスが挙げられる。

樹脂エマルションは、酢酸ビニル系、アクリル酸エステ
ル系及び樹脂アスファルト系などの樹脂エマルション及
びそれらのエマルシゴンに安定剤、消泡剤、或膜助剤な
どが添加されたものであり、具体的にポリアクリル酸エ
ステル、ポリ酢酸ビニル、ポリ（スチレン／アクリル酸
エステル）、ポリブロビオン酸ビニル、ポリ（エチレン
／酢酸ビニル）、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂エ
マルション、エボキシなどの熱硬化性樹脂エマルシ奢ン
及びアスファルト、ゴムアスファルト、バラフィンなど
の歴青質エマルション等が挙げられる。

混合ディスバージョンとしては、２種類以上のゴムラテ
ックスあるいは樹脂エマルションを混合した混合ゴムラ
テックス及び混合樹脂エマルションが挙げられる。

本発明にとり望ましいのは、最も汎用的に使用されてい
るポリ（スチレン／アクリル酸エステル）エマルション
、ポリアクリル酸エステルエマルション、スチレンブタ
ジエンゴムラテックス及びポリ（エチレン／酢酸ビニル
）エマルションであり、これらは単独あるいは混合して
使用される。

再乳化形粉末樹脂は、ポリマーディスバージョンを粉末
化したものであり、粉末エマルション、パウダーエマル
ションなどとも言われているが、練り混ぜ水を添加する
ことによって再乳化出来るものであり、具体的にはボリ
（スチレン／アクリル酸エステル）エマルシッン、ポリ
（酢酸ビニル／ビニルバーサテート）エマルシゴン等か
ら得られたものが挙げられる。使用に際しては、これら
を単独あるいは混合して使用する。

アルカリ骨材反応抑制剤としてポリマーディスバージョ
ンあるいは再乳化形粉末樹脂を使用する際の使用量は、
理論的には反応性骨材の種類と量によって定まるもので
あるが、反応性骨材の反応性が千差万別であり、又、反
応性骨材の反応及び反応生戒物の膨張に対してポリマー
ディスパージョンあるいは再乳化形粉末樹脂が直接的に
は関与しないため、ボリマーセメント比によって定めて
おくのが妥当である。ボリマーセメント比とは、セメン
トに対するポリマーディスパージョンあるいは再乳化形
粉末樹脂の全固形物の重量比であり、百分率で表わし、
添加によりセメントモルタル及びコンクリートの圧縮、
曲げ、引張及び接着強度、伸び能力、防水性、耐薬品性
、耐摩耗性などの性質が変化するため、使用量には十分
に注意する必要がある。本発明においては、ポリマーデ
ィスバージョンあるいは再乳化形粉末樹脂の使用量は、
ボリマーセメント比で５〜３０％が好ましく、より好ま
しいのはＩＯ〜２０％である。ボリマーセメント比５％
未満の添加量ではポリマーディスバージョンあるいは再
乳化形粉末樹脂による満足のいく反応抑制効果が得難く
、一方、３０％を超える添加量では、反応抑制剤として
の効果が十分に得られるものの、諸物性の低下をきたす
うえに経済的にも好ましくない。

Ｏ反応性骨材 本発明における反応性骨材とは、セメントに含まれるＮ
ａ”、Ｋ゛と反応する戒分、すなわちオパール、玉随、
クリストバライト、トリジマイト、はりなどの反応性シ
リカ鉱物を含む砕石及び川砂利、より具体的には、それ
らの成分を含有する、安山岩、粘板岩、頁岩、砂岩等の
砕石及び川砂利である。

○使用方法 本発明におけるコンクリートのアルカリ骨材反応抑制剤
及びその上或分であるポリマーディスバージョン又は再
乳化形粉末樹脂の使用方法としては、セメントと骨材の
混練り時、セメント、骨材及び練り混ぜ水（セメントコ
ンクリート）の混練り時、セメントコンクリートと添加
剤（材）との混練り時などに添加する方法が考えられる
が、再乳化形粉末樹脂の場合はセメント及び骨材の混練
り時に、ポリマーディスパージョンの場合は練り混ぜ水
の添加時に添加することが望ましい。通常、土木・建築
構造物に使用するセメントコンクリートは、製造設備（
混線設備）を有する工場で製造され、トラックアジテー
夕車で現場まで運搬され、打設されるレデーξクストセ
メントコンクリートがほとんどであり、例えば、これに
ポリマーディスパージョンを混和する場合、工場でのコ
ンクリート混練り時に添加することが望ましい。

○セメント 本発明に適用されるセメントとしては、特に限定される
ものではなく、普通、早強などのボルトランドセメント
、高炉セメントなどの水硬性であり、酸化カルシウムと
酸化ケイ素を主体として成る粉末で、それらを単独ある
いは混合物として使用される。

○添加（剤）材 フレッシュコンクリートの作業性の向上、硬化コンクリ
ートの性能改善などの目的で、本発明におけるポリマー
ディスパージョンあるいは再乳化形粉末樹脂に、各種添
加剤（材）を併用することも可能である。

添加剤としては、従来公知で多用されている空気連行性
を有するＡＥ剤、ＡＥＩ水剤、高性能＾Ｅ滅水剤あるい
は減水剤、流動化剤など、気泡剤、凝結あるいは硬化促
進又は遅延機能を有する調節剤、急結剤、防せい剤、防
水剤、収縮低減剤、防凍・防寒剤、膨張剤、即時脱型用
混和剤、永和熱抑制剤、増粘剤、消泡剤、高強度用混和
剤などが挙げられ、それぞれの目的に応じて併用される
。又、添加材としては、シリカフユーム、フライアッシ
ュなどの人工あるいは天然のポゾラン材料、けい酸質微
粉末、膨張材、収縮低減材、高強度用混和材などが挙げ
られる。しかしながら、これらの添加剤（材）を使用す
るにあたっては、゛ポリマーディスバージョンあるいは
再乳化形粉末樹脂によるアルカリ骨材反応抑制効果の妨
げにならないことを確認したうえで用いることが望まし
い。又、先に本願発明者等が発明し提案した（特願平１
−１５０５２１）ケイフッ化物との併用により、より優
れたアルカリ骨材反応抑制効果が得られる。

○防水性被覆材 本発明によりポリマーディスバージョンあるいは再乳化
形粉末樹脂を混和し製造されたコンクリート外表面を、
既存の防水性被覆材を用いて防水処理することにより、
本発明の反応抑制剤との相乗効果が認められ、更に良好
なアルカリ骨材反応抑制効果を得ることができる。

防水性被覆材としては、アルコキシシランなどのシラン
化合物、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの
１種あるいは２種以上の混合から得られる塗布浸透型防
水材、アクリルゴム、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エ
ポキシ樹脂などを主或分とする塗膜防水材、アクリル樹
脂、ポリ（エチレン／酢酸ビニル）エマルションなどの
エマルション、スチレンブタジエンゴムラテンクスなど
のラッテクスなどのボリマーディスパージゴン、再乳化
形粉末樹脂などをセメントペーストあるいはモルタルに
混和したボリマーセメントペーストあるいはポリマーセ
メントモルタルなどが挙げられる。

コンクリートへの水分、海塩粒子（飛来塩分）などの浸
入によるアルカリ骨材反応の促進、内部鉄筋の腐食によ
る塩害などを防止する目的においても、該防水性被覆材
により防水処理を施す事が望まれる。

「作用」 本発明におけるアルカリ骨材反応抑制の作用機構は、必
ずしも明かに出来ないが、概略以下の通りと考えられる
。

アルカリ骨材反応は、セメント中のアルカリと反応性骨
材中のある種の鉱物が水分の存在下で化学反応を起こし
、ケイ酸ソーダ（水ガラス）などのアルカリケイ酸塩ゲ
ルを生或する反応であり、アルカリケイ酸塩ゲルは、吸
水性及び膨張性を有しており、コンクリートの膨張、ひ
び割れを発生させ、破壊に至らしめるものであることは
前記したとおりであり、本発明におけるポリマーディス
パージョンあるいは再乳化形粉末樹脂を、セメントモル
タルあるいはコンクリートに混入することにより、セメ
ントの永和とポリマーフィルムの形或が同時に進行し、
ポリマーの網状構造を含む一体化したｃｏｍａｔｒｉｘ
相が形成され、これが骨材を強固に結合することにより
、セメンｌ・モルタルあるいはコンクリートの性質が大
幅に改善されることは周知の通りである。このように、
ポリマーディスバージゴンあるいは再乳化形粉末樹脂を
アルカリ骨材反応性骨材を使用したコンクリートに混入
することによって、アルカリ骨材反応にまり生威したゲ
ルの膨張をボリマーフィルムが拘束し、アルカリ骨材反
応によるセメントコンクリートの膨張は抑制されるもの
と推測される。

従って、内部的にはアルカリ骨材反応は進行しているが
、外面的にはアルカリ骨材反応が抑制された様に見え、
その結果として、コンクリートの膨張が阻止され、コン
クリートの劣化が防止できるという本発明の効果が達或
されているものと推測される。

「実施例」 次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるもので
はない。なお、実施例及び比較例における％はすべて重
量％であり、試験方法は以下に示す通りである。

※供試体の作製 セメントと砂の割合が重量比で１：２．２５であるモル
タルのフローが１７０±５となるように水一セメント比
を調整した表−２に示す調合の抑制剤未添加あるいは添
加モルタルをＪＩＳ−Ｒ−５２０１（セメントの物理試
験方法）に準じて練り混ぜ、寸法４０Ｘ４０Ｘ１６０ｎ
ｖ＋に或形し，２４時間湿空（２０″ＣｉｌＯＯ％Ｒ．
Ｈ．）養生して供試体を作製した。なお、モルタル中の
総アルカリ量は、Ｎａ．Ｏ換算で２．０％となるように
調整した。又、反応性骨材は、全骨材の１０％を置換し
た。

※膨張量の測定 湿空養生後の供試体について、基長を測定し、直ちにオ
ートークレープ（４時間：１２８゜ｃ；２．５　ｋｇｆ
／ｄ　）による促進試験を行った。養生後、２０℃、１
００％Ｒ．　Ｈ．の条件下に２４時間静置し、供試体の
長さを測定し、膨張量を求めた。

※圧縮強さ試験 長さ変化測定後の供試体について、ＪＩＳ−Ｒ−５２０
１に準拠して圧縮強さ試験を行い、次式によって相対圧
縮強さを求めた。

相対圧縮強さ（χ）＝（σｉ／σ。）ＸＩＯＯσｉ＋抑
制剤添加モルタルの圧縮強さ σ。；抑制剤未添加モルタルの圧縮強さ単位は何れも（
ｋｇｆ／ｃＩａ） 「実施例」 実施例１ 表−１に示される組或で乳化重合により製造して得たポ
リアクリル酸エステルエマルションを抑制剤として、ボ
リマーセメント比５％で、セメント及び細骨材に、表−
２に示すように、練り混ぜ水と共に添加し、ＪＩＳ　　
Ｒ　　５２０１に準拠して練り混ぜ、或形し、所定の養
生を行いモルタル供試体を作製した。

一一一（以　下　余　白）一−一 表−１ポリアクリル酸エステルエマルション組成表−２
に示された様に、抑制剤未添加モルタルの膨張量と比較
して、抑制剤としてポリアクリル酸エステルエマルショ
ンを添加したもののそれは、若干低下する程度であり、
抑制効果は僅かであった。

実施例２〜４ 表−２に示すように、抑制剤にポリアクリル酸エステル
エマルションをボリマーセメント比でＩＯ、１５％及び
２０％添加し、モルタル供試体を作製した。

ポリアクリル酸エルテルエマルションのｔ　７Ｊ＋７　
及びボリマーセメント比の増加に伴って、モルタルの膨
張量は相当に抑制された。更に、モルタルの圧縮強さも
かなり増大した。

実施例５〜７ 表−２の実施例５〜７に示すように、抑制剤にポリマー
ディスバージョンとしてポリ（エチレン／酢酸ビニル）
エマルシゴン（市販品）及ヒスチレンブタジエンゴムラ
テックス（市販品）並びに再乳化形粉末樹脂としてポリ
（酢酸ビニル／ビニルバーサテート）（市販品）をポリ
マーセメント比１５％でそれぞれ添加し、モルタル供試
体を作製した。

ポリ（エチレン／酢酸ビニル）エマルション、スチレン
ブクジエンゴムラテックスあるいはボリ（酢酸ビニル／
ビニルバーサテート）の添加により、モルタルの膨張量
は相当低下し、それらの抑制剤としての効果が確認され
た。又、ポリアクリル酸エステルエマルシゴンと同様に
、圧縮強さも向上した。

比較例１ 表−２の比較例ｌに示すように、抑制剤未添加のモルタ
ルの膨張率は相当に大きい。

実施例８ 表−１の実施例８に示すように、抑制剤としてポリアク
リル酸エステルエマルションをポリマーセメント比３％
で添加し、モルタル供試体を作製した。

抑制剤未添加モルタルの膨張量と比較して、ポリアクリ
ル酸エステルエマルションをポリマーセメント比３％で
添加したもののそれは僅かであり、ボリマーセメント比
３％では，抑制剤としての効果は僅かである。

実施例９ 表−２に示すように、抑制剤としてポリアクリル酸エス
テルエマルションをポリマーセメント比３５％で添加し
、モルタル供試体を作製した。

抑制剤未添加モルタルの膨張量と比較して、ポリアクリ
ル酸エステルエマルションをボリマーセメント比３５％
で添加したもののそれは相当に低下し、抑制剤未添加モ
ルタルの１／２程度まで減少する。又、圧縮強さも相当
に向上する。

比較例２〜３ 表−２に示すように、抑制剤として炭酸リチウム及び水
酸化リチウムをそれぞれセメントに対して０．８％添加
し、モルタル供試体を作製した。

炭酸リチウムあるいは水酸化リチウムの抑制剤としての
添加は、モルタルの膨張量の低減及び圧縮強さの向上に
対して効果が認められない。

一一−（以　下　余　白）一一一 （ハ）効果 本発明によるアルカリ骨材反応抑制剤を、アルカリ骨材
反応の恐れのあるセメントコンクリートに添加すること
により、コンクリートのアルカリ骨材反応を抑制し、引
いてはアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化を抑
制することが可能となる。このため、本発明は、土木・
建築構造物のアルカリ骨材反応劣化による膨大な経済的
損失を低下せしめると共に、コンクリートの破壊により
発生する人的危害を大幅に低下させることを可能とする
優れた効果を生ぜせしめるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリマーディスパージョン又は再乳化形粉末樹脂か
   らなることを特徴とする反応性骨材含有コンクリート用
   アルカリ骨材反応抑制剤。 ２、反応性骨材とポリマーディスパージョン又は再乳化
   形粉末樹脂を含有することを特徴とするコンクリート。