(57)【要約】【課題】  モルタルやコンクリート中の骨材に含まれるシリカ分とセメント中のアルカリは長期間に渡り残水や吸湿水分のもとでアルカリシリカ反応を徐々に進行させ、吸水膨張性のアルカリシリカゲルを生成し、硬化体内部に膨張エネルギーが蓄積され、蓄積維持できなくなった時点で組織破壊を起こす。本発明では、シリカを含有する骨材を使用したモルタル・コンクリートにおいて、このアルカリシリカ反応に起因した劣化を抑制する簡易な方法を提供する。【解決手段】  シリカを含有する骨材を含むモルタル・コンクリートにおいて、モルタル・コンクリート中の骨材に、少なくとも開口空隙を有する多孔性骨材を使用することを特徴とするモルタル・コンクリート劣化抑制方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカを含有する骨材を含むモルタル・コンクリートにおいて、モルタル・コンクリート中の骨材に、少なくとも開口空隙を有する多孔性骨材を使用することを特徴とするモルタル又はコンクリート劣化抑制方法。
【請求項２】
開口空隙を有する多孔性骨材が吸水率５〜３５％の骨材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劣化抑制方法。
【請求項３】
開口空隙を有する多孔性骨材が真珠岩又は膨張性頁岩を原料として製造された人工骨材であることを特徴とする請求項１又は２記載のモルタル又はコンクリート劣化抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタルやコンクリートの長期劣化原因と考えられているアルカリシリカ反応による膨張破壊に起因したモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モルタルやコンクリートで使用される骨材は、山、河川、海等で採取される砂、砂利、砕石などの天然骨材が多用されている。天然骨材は、珪酸塩系の結晶成分や非晶質シリカ等の成分を多かれ少なかれ含むのが一般的である。骨材に含まれるシリカは、水の存在下で、セメントに含まれる可溶性アルカリと反応して高膨張性の珪酸アルカリゲルを生成する。（これをアルカリシリカ反応又はアルカリ骨材反応と云う。）当該ゲルの生成は膨張を伴うため、シリカ分を含む骨材を使用したモルタルやコンクリートでは微量残水や吸湿によってアルカリシリカ反応が徐々に進行し、長期に渡り硬化体内部に膨張エネルギーが蓄積されると、遂には膨張亀裂を生じる。亀裂により、顕著な強度低下や亀裂箇所からの中性化の進行等、モルタル・コンクリートの劣化が起る。特に、セメント含有量が多いモルタル・コンクリートでは可溶性アルカリの濃度も高くなるためアルカリシリカ反応が進み易く、また、高シリカ質の骨材の使用でもアルカリシリカ反応が進み易く、モルタル・コンクリートの劣化が起こり易い。このようなモルタル・コンクリートのアルカリシリカ反応による劣化を防ぐ方策としては、（ａ）シリカ質に富む骨材の使用を避ける。（ｂ）低アルカリ質の特殊セメントを使用する。（ｃ）亜硝酸リチウム等のリチウム塩をモルタル・コンクリートに混和させる。（例えば、特許文献１参照。）（ｄ）リチウム塩をモルタル・コンクリート硬化体に注入又は含浸させる。（例えば、特許文献２又は３参照。）（ｅ）カルシウムリチウムアルミノシリケート等のリチウム系ガラスをモルタル・コンクリートに配合する（例えば、特許文献４参照。）等の方策が知られている。しかるに、（ａ）の方策では、汎用されている多くの骨材はシリカを含み、シリカを含む骨材を使用したモルタル・コンクリートのアルカリシリカ反応に起因した劣化を抑制する解決策にはならず、また（ｂ）の低アルカリ質の特殊セメントはかなり高価でしかも自在に調達できるものではなく、これを大量に使用するのは現実的ではない。（ｃ）の方策では単位セメント量の多いモルタル・コンクリートではアルカリシリカ反応を防ぐために大量のリチウム塩の添加が必要となるが、過剰のリチウム塩はポルトランドセメントを使用した場合に初期に凝結遅延を起こし易く、且つ高価な塩を大量に用いることになり、適用上制約がある。また（ｄ）の方策は比較的規模の小さい対象物や製品以外では不向きであり施工や製造工程上の手間も掛かる。更に（ｅ）のような合成材料を混和する方策では、該材料を得る上で原料調合物を高温でガラス化し、更に混和に適した形態に粉砕せねばならず、製造コストが高騰する等の問題が残る。
【特許文献１】特開昭６１−２５６９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３８０号公報
【特許文献３】特開２００５−６０１４４号公報
【特許文献４】特開２００４−１９６５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、モルタルやコンクリートで広く使用されているシリカを含む骨材を用いても、アルカリシリカ反応によるモルタル・コンクリートの劣化を抑制できる簡易な手段を見出すことを目的とするものであり、特に、反応性骨材と称されるシリカ分が比較的多い骨材を使用する場合でも充分適用できるモルタル・コンクリートの劣化抑制方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、前記課題を解決するため、従来法の如く反応性骨材とセメントアルカリによるアルカリシリカ反応自体を直接抑制する方策を採らず、アルカリシリカ反応で生成した吸水膨張性シリカゲルによるモルタルやコンクリート硬化体の膨張破壊に繋がる膨張圧力を極力抑制することを前提に検討を行った。その結果、モルタルやコンクリート中の骨材に高シリカ質の反応性骨材が使用される場合でも、開口空隙に富む多孔性骨材を併用すれば、アルカリシリカ反応は起こるものの、生成したアルカリシリカゲルは弱流動性であるため、膨張分が多孔性骨材の空隙中に容易に侵入でき、貯留されることで硬化体内での膨張圧力の蓄積が著しく低減し、アルカリシリカ反応に起因するモルタルやコンクリートの劣化が起り難くすることができると云う知見を得、本発明を完成させた。
【０００５】
即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表すモルタル又はコンクリートの劣化抑制方法である。（１）シリカを含有する骨材を含むモルタル・コンクリートにおいて、モルタル・コンクリート中の骨材に、少なくとも開口空隙を有する多孔性骨材を使用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）開口空隙を有する多孔性骨材が、吸水率５〜３５％の骨材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）開口空隙を有する多孔性骨材が真珠岩又は膨張性頁岩を原料として製造された人工骨材であることを特徴とする前記（１）又は（２）のモルタル又はコンクリート劣化抑制方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、例え高シリカ質の反応性骨材が使用される場合であっても、或いは単位セメント量を増大させてアルカリ総含有量を多くした場合であっても、モルタルやコンクリートの硬化特性や性状に支障を及ぼすことなく、アルカリシリカ反応に起因する劣化を防ぐことができ、長期に渡って劣化が起り難い強固なモルタル又はコンクリートを特別な設備や複雑な工程を要することなく、また高価な薬剤を用いることなく、通常の製造方法によって、容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のモルタル・コンクリート劣化抑制方法は、モルタルやコンクリートに使用する骨材の一部に開口空隙を有する多孔性骨材を使用することにより達成されるものである。開口空隙を有する多孔性骨材以外の骨材は何れの骨材でも良く、例えば川砂、海砂、山砂、砕砂等の天然細骨材、川砂利、海砂利、各種岩石の砕石等の天然粗骨材、合成されたり鉱石等を改質処理して得た人工骨材などを挙げることができ、またその含有シリカの量も制限されず、シリカ分を多く含む反応性骨材と称されるものでも良い。
【０００８】
本発明で使用する開口空隙を有する多孔性骨材は、骨材成分は限定されない。好ましくはシリカ質が少ないものが良い。本発明の使用に適した開口空隙を有する多孔性骨材を例示すると、火山性の礫等の天然骨材、スラグ等の精錬副産骨材、膨張頁岩、粘板岩又は真珠岩等を焼成して得た人工骨材を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。より好ましくは、アルカリシリカ反応を起こしても生成するアルカリシリカゲル量が少なくなることから、特に真珠岩又は膨張頁岩を原料とする人工軽量骨材が好適である。多孔性骨材の開口空隙量は特に制限されない。好ましくは吸水率が５〜３５％の多孔性骨材がアルカリシリカ反応で生成するアルカリシリカゲルの吸水膨張の緩和作用が大きいことから推奨され、より好ましくは吸水率が１０〜２５％の多孔性骨材とする。吸水率が５％未満の多孔性骨材は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アルカリシリカゲルの膨張分を取り込める空隙確保が難しく、また３５％を超える骨材は強度的に脆弱で、用途によっては強度や耐久性が不足することがあるので適当でない。また、骨材の開口空隙の空隙径は限定されないものの、アルカリシリカゲルによる膨張分が骨材空隙内部へと円滑に移動する上で、約１０ｎｍ〜１００μｍであるのが好ましく、このような大きさの空隙が骨材表面にできるだけ多く開口しているものがより好ましい。
【０００９】
本発明ではコンクリートやモルタルに含まれる前記の開口空隙を有する多孔性骨材とそれ以外の骨材の含有量の比率は特に限定されるものではない。即ち、骨材の一部でも開口空隙を有する多孔性骨材を使用すれば、例えアルカリシリカ反応が起っても生成したアルカリシリカゲル膨張物が多孔性骨材の空隙中に侵入するため、硬化体への膨張圧による付加が、多孔性骨材による開口空隙容積に相応して緩和される。膨張圧力の緩和作用は一般に多孔質骨材の含有比率が高まるに連れ増大し、モルタル・コンクリートの劣化抑制効果が高まる。劣化抑制に最適な多孔性骨材の他の骨材に対する使用比率は、多孔性骨材を含む骨材のシリカ含有量によって大きく左右される他、使用するセメントのアルカリ成分含有量、更には他の混和成分を含むものでは、そのシリカ含有量やアルカリ成分含有量にもよることに加え、前述の如く使用する多孔性骨材の開口空隙容積にも影響される。このため一概に規定し難いものの、一例を挙げると、普通ポルトランドセメントと典型的な反応性骨材である化学成分としてのＳｉＯ2含有量が６０〜７０％の非多孔性の粗骨材を使用するコンクリートでは、多孔性骨材に吸水率が１０〜２５％で化学成分としてのＳｉＯ2含有量が該非多孔性粗骨材とほぼ同様である人工軽量細骨材を用いると、該粗骨材量の概ね５０〜１００重量％に相当する量だけ加えれば良い。これよりもシリカ分の少ない他の骨材を粗骨材に使用した場合では、該比率の人工軽量細骨材の併用で総じてアルカリシリカ反応に起因するコンクリートの劣化を回避可能となる。
【００１０】
また、本発明の劣化抑制方法が適用できるモルタルやコンクリートは、結合成分にセメントを含むものであって、シリカを含有化学成分とする骨材や混和材を含むものであれば限定されない。更に、当該モルタルやコンクリートは、例えば、何れもモルタルやコンクリートに使用可能な減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、膨張材、収縮低減剤、消泡剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、防錆剤、白華防止剤、撥水剤、防水剤、顔料、繊維、増量材等の混和成分を含むものであっても良い。本法を適用できるモルタルやコンクリートに使用されるセメントは、水硬性のセメントであれば何れのセメントでも良く、例えば普通、早強、超早強、低熱又は中庸熱等の各種ポルトランドセメント、このようなポルトランドセメント又はそのクリンカに石炭灰、各種スラグ、シリカ又は石灰石等の粉末を加えた混合セメント、エコセメント、アルミナセメント、白色セメント等の特殊セメントを挙げることができる。
【００１１】
本発明の劣化抑制方法の適用では、含有される骨材量に関し、例えば低シリカ質の非多孔性の骨材の使用を前提に設計されたモルタル・コンクリートの場合は、該骨材の配合量を減ずることなく所望量の開口空隙を有する多孔性骨材を追加配合使用すれば、多孔性骨材使用量が比較的少量で済むため配合上の大きな変更を要すことなく対応できる可能性がある。また高シリカ質の非多孔性の骨材の使用を前提に設計されたモルタル・コンクリートでは、多孔性骨材を追加配合使用すると、劣化を充分抑制する上では、骨材総量が増大する為、使用材料の配合量の大幅な見直しが必要となることから、非多孔性骨材の一部を多孔性骨材に置換した配合のモルタル・コンクリートにすることが望ましい。また、含有骨材が全て多孔性の骨材からなる場合も、その骨材にシリカ分が含まれる限り、アルカリシリカ反応自体は起こり得る可能性があるため、多孔性骨材に少なくとも開口空隙を有する骨材、望ましく吸水率５〜３５％の骨材が含まれると、本法が適用されてモルタル・コンクリートの劣化を抑制することができる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はここに表す実施例に限定されるものではない。
表１に表す低吸水性の非多孔質骨材、表２に表す高吸水性の多孔質骨材、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）から選定される材料を用い、表３に表す配合のコンクリート混練物を作製した。コンクリート混練物の作製は、３０リットルの混練物を得るべく、水を除く各材料を５０リットル容積の強制パン型ミキサに一括投入し、１５秒間乾式混合の後、水を加え、９０秒間混練を行った。尚、表１及び２の各骨材の吸水率の測定は、骨材分類に応じてＪＩＳ  Ａ  １１３４、ＪＩＳ  Ａ  １１３５、ＪＩＳ  Ａ  １１０９及びＪＩＳ  Ａ  １１１０に準じた方法で測定し、ＳｉＯ2の化学成分としての骨材含有量は、湿式化学成分分析の方法で求めた。また、表２中の人工軽量骨材は、膨張頁岩を主原料に焼成処理して製造された市販品（商品名；アサノライト、太平洋マテリアル社製）を、天然軽量骨材は駒ヶ岳産火山礫（軽石）を使用した。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
【表３】
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【００１６】
得られたコンクリート混練物は、常温下で、内寸７．５×７．５×４０ｃｍの型枠に打設し、２４時間経過後に脱型し、同一配合に付３体のコンクリート成形体を作製した。コンクリート成形体は飽和塩化ナトリウム水溶液に浸漬させ、５０℃の恒温槽で養生した。この成形体に対し、材齢１日の該成形体の縦、横及び高さを基準とし、材齢７日〜１８０日の該成形体の縦、横及び高さの長さを測定して膨張量（％）を算出した。算出にあたっては、各成形体毎に縦、横及び高さの線膨張量を平均し、更に成形体毎の該線膨張量の平均値を同一配合コンクリート成形体３体で平均した値を以て膨張量とした。また、材齢１８０日のコンクリート成形体のひび割れ発生状況を目視で調べた。以上の結果を表４に表す。
【００１７】
【表４】
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【００１８】
表４より、本発明の劣化抑制方法を施していないコンクリート（比較例１〜２）では、材齢９０日以降アルカリシリカ反応で生成したアルカリシリカゲルの吸水膨張によると思われる成形体外寸の急激な膨張量の増化が見られ、また材齢１８０日で微細な亀裂が発生したもの（比較例２）も見られた。これに対し、本発明の劣化抑制方法を施したコンクリートでは、材齢１８０日でも膨張量の増化が殆ど認められない（実施例５）か、未施行のものより遙かに少ない膨張量の増加しか観測されず（実施例１〜４及び６〜７）、アルカリシリカ反応による膨張破壊のリスクを著しく低減させることが可能であることがわかる。