ポゾラン反応相ーII

フライアッシュ

ポゾラン反応相ーI

フライアッシュの周囲に放射状に生成されたポゾラン反応相

フライアッシュ混合コンクリートの利用拡大■ セメント混合材としてのフライアッシュ■ 強度発現性を短時間で調べる■ 特殊条件下で利用できるコンクリートを開発● ひとこと 地球工学研究所 バックエンド研究センター 主任研究員 山本 武志

セメント混合材としてのフライアッシュ
日本には多くの石炭火力発電所があり、電源別発電電力量では約24％（2004年度）を担っています。エネルギーセキュリティの確保、供給の安定性や経済性から、原子力発電に次ぐ発電施設として欠くことのできないものです。一方、石炭を燃やした後は大量の石炭灰が排出されるため、石炭灰を建材や道路材、肥料などに有効利用する方法がさまざまに検討されています。
電力中央研究所は石炭灰の多くを占めるフライアッシュを、セメントの混合材として利用するため、フライアッシュを混ぜたコンクリートの強度を短時間で調べる方法と、耐水性・耐熱性に優れた新しい高耐久性コンクリートの製造方法を開発しました。

■ 混合材としての特長■ フライアッシュの性状で強度が変化

フライアッシュは石炭火力発電所の電気集塵セメントと水が反応し固まる水和反応の際に、機で回収された石炭灰の一種で、主な成分であフライアッシュが加わると、その成分の約70〜るシリカとアルミのほかに、少量の鉄、マグネ80％を占めるシリカやアルミなどのガラス質が、シウム、カルシウムを含んでいます。石炭灰はセメント水和物（水酸化カルシウム）と長い時全国で年間、約800万トンが排出され、その約間をかけて化学反応を起こします。これを「ポ80％がセメントの原料に使われていますが、コゾラン反応」と呼び、この反応がコンクリートンクリートの強度を増すための混合材として利の強度を高めると言われていますが、その発現用されるのは約80万トン、10％程度です。

メカニズムは十分にわかっていません。

フライアッシュを混ぜることで、コンクリー

石炭は産地によってその成分が異なり、また、トの劣化の原因の一つであるアルカリ骨材反応

発電所での燃焼条件などによってフライアッシの抑制効果が上がるほか、コンクリートの長期ュの性状も変化するので、扱い方を誤ると強度的な強度の増進、固化する際の水和熱（発熱）の低いコンクリートになります。ポゾラン反応の抑制、および自己収縮率の減少によるひびわは打設後、３カ月ほどかけて進むため、現在はれの防止、コンクリート組織の緻密化、打設時打設の際にサンプルを採って３カ月ほど放置しの流動性の向上が発揮されます。てから圧縮強度試験などを行い、初期の設計強度を満たしているかどうか調べています。このため、構造物が完成した後でしか強度発現性が発電所からでた評価できず、今までに使ったことのあるフライ

フライアッシュ活性度指数（％）

アッシュしか混合材に使うことができません。
160140120100806040200炭種
電子顕微鏡写真（球形の粒子がフライアッシュ）

図フライアッシュの粒子

28日

91日

189日

378日

原粉 細粉 粗粉 原粉 細粉 粗粉 原粉 細粉 粗粉 原粉 細粉 粗粉 原粉 細粉 粗粉

BOWA

図

MSLI/BAWR

強度発現性の評価

JIIS規格に定められた強度を100とすると、27〜54週の間に十分な強度が発現する。

強度発現性を短時間で調べる■ ポゾラン反応を解明する■ 2日間で評価が可能にコンクリートの強度の決め手となるポゾラン

API法は、ポゾラン反応の進み具合を評価す反応を詳細に調べた結果、フライアッシュの粒る手法です。セメントとフライアッシュと水を子を取り囲むようにできる２層のポゾラン反応

混ぜた懸濁液中のカルシウムイオンの消費率を相が時間とともに成長し、セメントの練り混ぜ調べることで、ガラス質とセメント水和物の反後にできる数十から数百ナノメートルの空隙応の具合が評価できます。ポゾラン反応とコン（水隙）を充填していくこと、これにより水和反クリート強度の相関が明らかになったので、こ応生成物間の距離が縮まって接着力が高まり、の現象を加速してポゾラン反応を早く進めれば、コンクリートの強度を増大させることが明らか

フライアッシュ混合コンクリートの強度を短時になりました。

間で評価できます。そこで、API法を用いて、解明した強度発現メカニズムに基づき、フラ強度発現性を評価する方法を検討しました。

イアッシュ混合コンクリートの強度発現性をコ短時間で評価する条件を明らかにするため、ンクリートの打設前に評価する新しい手法、温度条件を60℃、70℃、80℃とし、12、18、24API法（Assesed Pozzolanic-activitu Index：促時間の経過を観測しました。その結果、80℃、進化学試験法）の開発に取り組みました。

18時間の条件で、ポゾラン反応量を適切に評価できることがわかりました。これにより、従来は３カ月かかった混合コンクリートの強度を約練り混ぜ余剰水による水隙

水酸化カルシウム（CH）２日間で評価でき、さらにフライアッシュの出荷時に、打設１年後の強度をあらかじめ予測することができるようになりました。

1st Stage 材齢28日まで
C-S-H

ポゾラン反応相-I
粒子近傍の水隙を充填（CH）

2nd Stage 材齢189日まで
C-S-H

ポゾラン反応相-Iの内側に成長したポゾラン反応相-II。
開口幅10〜100nmの細孔を多く形成

図 ポゾラン反応相-IIの拡大写真（表紙写真の一部）（CH）

フライアッシュ表面（左部）から、厚さ約15nmの板状結晶がからまるように連続している。

3rd Stage 材齢378日まで
C-S-H

図

強度発現のメカニズム

特殊条件下で利用できるコンクリートを開発■ 高い耐久性を持つコンクリート■ 耐水性が高く高温下でも使える

コンクリート構造物は、港湾構造物のようにこのコンクリートの耐水性を長期浸漬試験で水中にも作られます。わが国にはすでに100年を調べた結果、コンクリートからの主要成分の溶経過した小樽港のような構造物がありますが、出量は少なく、従来のフライアッシュ混合コン

一般的には、コンクリート中の成分が水に溶けクリートに比べて、水中での長期耐久性がある出すため、水中での長期の耐久性は保障できまことがわかりました。

せん。また、高温下では、水和反応生成物に含また、高温下での利用については、110℃の高まれる結晶水が脱離してもろくなり、やはり長温乾燥下で約半年間放置したところ、2％弱の収期の耐久性は確保できません。

縮は見られるものの、トバモライトの変化は認耐久性を高めるには、結晶自体の耐久性が高められず、耐久性に変化はありませんでした。

い「トバモライト」の含有率を高める方法が考

この新しいコンクリートは、放射性廃棄物処えられます。当研究所では、40％のフライアッ分施設で使うコンクリート部材など、長期間のシュ混合コンクリートに、200℃前後の高温で12耐水・耐熱を確保する必要がある分野などへの時間程度の養生を施し、結晶度の高いトバモラ適用が考えられます。

イトの含有率を高め、高耐久性コンクリートを● ひとこと作ることに成功しました。
上部が水に接してCaが溶出
40.00

30.00

37.14

27.86

34.28

25.71

31.43

23.57

28.57

21.43

25.71

19.29

22.86

17.14

20.00

15.00

17.14

12.86

14.29

10.71

11.43

8.57

8.57

6.43

5.71

4.29

2.86

2.14
0.00

0.00
Ca

600μm

Ca

従来のコンクリート

図

600μm

開発したコンクリート

高耐久性コンクリートの浸漬試験結果

浸漬13週後、従来のコンクリートはカルシウム(Ca)が水に溶け出すため硬化体中のCa濃度が低下するが、トバモライトコンクリートは、その量はわずかです。

■ 既刊「電中研ニュース」ご案内
No.425 海水魚を対象とした毒性試験法を開発
No.424 微生物の電気培養で環境浄化

API法はフライアッシュの出荷時に適用できる、画期的な手法です。今後は多くの石炭火力発電所で利用していただけるよう、論文発表などを通じてアピールしていきます。
高耐久性コンクリート
地球工学研究所については、フライアッバックエンド研究センター
シュの有効利用という点
主任研究員
では一つの成果を出すこ山本 武志とができましたので、さらに耐久性を高めるにはどうすればよいかを考えています。他の混合材の利用などセメント材料そのものの検討や養生の方法などを工夫し、さらに堅牢なコンクリート構造物の建設を目指し、「コンクリート」を究めていきます。

No.423
No.422

画像による腕金の再利用判定
広範囲な海の流れを陸上から把握

2006年３月22日発行〒100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町1-6-1（大手町ビル7階） TEL.（03）3201-6601 FAX.（03）3287-2863
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