(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート用砕石または砕砂からなるアルカリシリカ反応性の骨材を表層部が溶融する温度に加熱し，その加熱温度から表層部の結晶化が進行するように徐冷することからなるコンクリート用天然骨材の改質法。
【請求項２】
骨材中のＳｉＯ2が３５〜５５重量％，ＣａＯ換算量が５〜３０重量％，Ａｌ2Ｏ3が５〜２０重量％である請求項１に記載の天然骨材の改質法。
【請求項３】
コンクリート用砕石または砕砂からなるアルカリシリカ反応性の骨材をフラックスと共に表層部が溶融する温度に加熱し，その加熱温度から表層部の結晶化が進行するように徐冷することからなるコンクリート用天然骨材の改質法。
【請求項４】
骨材とフラックスの混合物中のＳｉＯ2が３５〜５５重量％，ＣａＯ換算量が５〜３０重量％，Ａｌ2Ｏ3が５〜２０重量％である請求項３に記載の天然骨材の改質法。
【請求項５】
加熱温度が１０００〜１３００℃で，この加熱温度から７００℃までを徐冷する請求項１ないし４のいずれかに記載の天然骨材の改質法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，コンクリート用骨材として使用したときにアルカリシリカ反応を起こすような天然骨材を該反応を起こし難くなるように改質する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モルタルやコンクリート構造物中のアルカリ骨材反応が問題となっている。アルカリ骨材反応に起因して該構造物が膨張し，クラックが生ずることがあるからである。
【０００３】
アルカリ骨材反応は，一般に, 反応性シリカを含む骨材と，セメントなどに含まれるアルカリ金属イオン（Ｎａ+やＫ+) と反応してアルカリけい酸塩を生成し，これが膨張してコンクリートにひび割れ, ポップアウトなどを生じさせる現象を言うが，実際には鉱物の種類によってアルカリシリカ反応, アルカリ炭酸塩反応およびアルカリシリケート反応に分類されることもある。このうち，我が国で問題となっているのは，主としてアルカリシリカ反応である。
【０００４】
このアルカリ骨材反応は，反応性骨材，高アルカリ量，十分な湿度の３条件がそろった場合にコンクリートに被害を与えるとされている。その抑制策としては，反応性骨材を使用しないこと，コンクリート中のアルカリ量を低減すること，アルカリ骨材反応に対して抑制効果のある混合セメント等を使用する事などが推奨され（建設省住指発第１４２号，昭和６１年６月），その後，同住指発第２４４号（平成元年７月）において，アルカリシリカ反応に関して無害と判定された骨材を使用することが通知された。
【０００５】
このようなことから，アルカリシリカ反応の抑制には，実際には，次のような対策が採られてきた。
(1) 無害骨材の使用：骨材のアルカリシリカ反応性試験を実施し，骨材がアルカリシリカ反応に対して無害であることを確認してから使用する。
(2) アルカリ量の抑制：低アルカリセメントを使用することによってコンクリート中の総アルカリ量を抑制する。
(3) 無機質混和材の使用：フライアッシュ，シリカヒューム，高炉スラグ等の混和材を混入することによってアルカリシリカ反応を抑制する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記(1) の対策は，反応性骨材を除くというものであるから，反応性骨材を無害化してから使用することにはつながらない。このため，地質構成上，反応性骨材が多量に埋蔵されている地域では，コンクリート用骨材そのものの入手が難しくなるという問題を抱えることになる。
【０００７】
前記(2) と(3) の対策は，反応性骨材の使用を余儀なくされる場合の対策であるから，アルカリシリカ反応を弱めることはできても完全になくすことは出来ないし，このような材料を使用する場合には，コンクリートの強度発現，流動性の変化，地域による供給事情，コストの増加などを，工事の施工条件に応じて幅広く勘案しなければならず，必ずしも現実的に採れる対策とはなり得ない場合がある。
【０００８】
したがって，本発明は，アルカリシリカ反応性の骨材を適正に処理してコンクリート用骨材に利用できるように改質し，前記のような問題を解決しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために，本発明は，コンクリート用骨材として使用したときにアルカリシリカ反応を起こす天然骨材であっても，これを簡単な処法でアルカリシリカ反応を起こし難い形態に改質する方法を提供するものであり，その要旨は，アルカリシリカ反応性の骨材を，フラックスと共にまたはフラックス無しで，表層部が溶融する温度に加熱し，その加熱温度から表層部の結晶化が進行するように徐冷することにあり，この結晶化によって，反応性のシリカ成分を結晶内に取り込むことを特徴とする。
【００１０】
すなわち，本発明は，コンクリート骨材のうちでも，特にアルカリシリカ反応が問題となる砕石または砕砂を対象とし，このような砕石または砕砂をフラックスと共にまたはフラックス無しで，表層部が溶融する温度に加熱し，その温度から表層部の結晶化が進行するように徐冷することからなるコンクリート用天然骨材の改質法を提供する。ここで，ここで，フラックスは，ＳｉＯ2源（珪砂やシリカフューム），ＣａＯ源（生石灰，消石灰，石灰岩等の微粉），Ａｌ2Ｏ3源，酸化鉄源，等を意味しており，処理対象とする骨材中のＳｉＯ2が３５〜５５重量％，ＣａＯ換算量が５〜３０重量％，Ａｌ2Ｏ3が５〜２０重量％の範囲を外れる場合には，前記のようなフラックスを配合して，この組成範囲となるように各成分量の調整を行ない，融点の低い結晶性スラグを生成させる。加熱温度は少なくとも部分的に溶融する温度例えば１０００〜１３５０℃，好ましくは１０００〜１３００℃を必要とし，この加熱温度から７００℃までを徐冷するのがよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は，アルカリシリカ反応を起こすコンクリート骨材熱処理によって無害化するものである。したがって，本発明で処理対象とするものは，アルカリシリカ反応を起こすようなコンクリート用骨材である。とりわけ，砕石または砕砂のように岩石の内部組織が破砕面に露出して活性な表面を有しているコンクリート用骨材を処理対象とする。
【００１２】
本発明に従う骨材の熱処理は，アルカリシリカ反応を起こす反応性シリカを不活性にする作用を果たすものである。すなわち，少なくとも部分的に溶融するような温度に加熱し，その温度からの凝固過程を出来るだけ徐冷することによって結晶化を促進させ，ＳｉＯ2を結晶の構成成分として該結晶内に取り込ませる。その加熱温度は，対象とする天然骨材の種類（岩石の種類）によって異なるが，１０００〜１３５０℃の温度範囲，好ましくは１０００〜１３００℃，さらに好ましくは１０００〜１２００℃，さらには１０００〜１１００℃の温度範囲において，部分的に溶融させることができる。そして，この加熱温度から約７００℃付近まではできるだけ緩やかな冷却速度で徐冷し，結晶化を進行させ，この結晶化が進行したあとは，放冷すればよい。処理雰囲気は大気または燃焼雰囲気でよい。
【００１３】
この熱処理は炉内雰囲気や炉内圧の制御を必要とせず，開放空間内での温度制御のみで行うことができるので，焼却炉の燃焼ガスを利用したり，ジエットバーナーによる直焼きなどの簡単な処法のほか，より効率よく行う場合には，熱処理炉を用いて行うことができる。熱処理炉としてはバーナー加熱のバッチ炉またはトンネル炉等の連続炉が採用できる。
【００１４】
この熱処理によって，アルカリシリカ反応性骨材を結晶化するための処理条件は，処理対象骨材の化学成分組成が，下記の結晶化範囲，すなわち，
ＳｉＯ2：３５〜５５重量％，
Ａｌ2Ｏ3：５〜２０重量％，
ＣａＯ：５〜３０％重量％
にあるか否かで異なる。
【００１５】
まず，処理対象骨材が，ＳｉＯ2が５２重量％以下の塩基性岩（例えば玄武岩など）で，且つＡｌ2Ｏ3とＣａＯが前記範囲にある場合には，約１２００℃，場合によっては約１１００℃に加熱し，７００℃程度まで徐冷すれば部分的溶融物が結晶化し，反応性鉱物を結晶内に封じ込めることができる。
【００１６】
ＳｉＯ2が５２重量％を越える酸性岩（流紋岩など）や中性岩（安山岩など）の場合や，ＳｉＯ2は５２重量％以下であってもＡｌ2Ｏ3とＣａＯが前記の範囲の外れる場合には，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量を前記の範囲となるように，これら成分のフラックス（ＳｉＯ2源，Ａｌ2Ｏ3源またはＣａＯ源の粉体）を，粉砕された該岩石（砕石または砕砂）に混合し，この混合物を約１２００℃に加熱して少なくとも一部を溶融し，７００℃程度まで徐冷するのがよい。これによって，結晶化が進行し，反応性鉱物を結晶内に封じ込めることができる。
【００１７】
いずれにしても，この熱処理によって天然岩石を再結晶化するものであるが，砕石や砕砂ではその破砕面の表面部が結晶化すれば，表層部の反応性ＳｉＯ2が結晶内に取り込まれてアルカリシリカ反応が一応抑制することができる。したがって，熱処理によって砕石の内部まで溶融することは必ずしも必要ではない。むしろ，内部まで溶融するような熱処理では，砕石や砕砂が再び塊状化し，これを破砕することが必要となるので望ましくないこともある。フラックスを使用する場合には，砕石同士が焼結した状態となることがあるが，軽度の焼結状態では解砕することは容易である。
【００１８】
表１は，代表的なアルカリシリカ反応性天然岩石の化学分析値である。表１に見られるように，斑れい岩や玄武岩はＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量が前記の範囲にあるので比較的低温での熱処理によって結晶化を行なわせることができる。ただし，フラックスを使用してさらに低温での処理を行うようにすることも可能である。これに対して，花崗岩や流紋岩はＳｉＯ2量が高くＣａＯ量が低いので，ＣａＯ源のフラックスを添加して，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯ量が前記の適性な範囲となるように調整してから熱処理することが必要である。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
図１は，代表的なアルカリシリカ反応性骨材である火成岩の鉱物組成と化学組成（横軸はＳｉＯ2％を示す・・第２段のＳｉＯ2％の表示参照）の関係を示すものである。図１から，骨材の鉱物組成によって，およそのＳｉＯ2量，Ａｌ2Ｏ3量およびＣａＯ量が判読できるから，当該骨材の鉱物に応じて，本発明に従う熱処理条件を設定することができる。
【００２１】
このようにして，非石英質系の反応性のシリカ鉱物（トジリバライトやクリストバライトなど），非晶質シリカガラス，隠微晶質石英などの鉱物を含有するアルカリシリカ反応性天然骨材を，アルカリシリカ反応に対して無害化することができる。
【００２２】
【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性骨材であってもこれを無害化できるので，アルカリシリカ反応性岩石をコンクリート用骨材に使用可能にする道が開け，最近のコンクリート用骨材枯渇化の問題の解消に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的なアルカリシリカ反応性骨材である火成岩の鉱物組成と化学組成（横軸がＳｉＯ2％）との関係図である。
【図１】
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