JP6755070B2 - アルカリシリカ反応の抑制剤、セメント質硬化体の製造方法、およびアルカリシリカ反応の抑制方法 - Google Patents
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Description
本発明は、硝酸アルミニウムを含むアルカリシリカ反応の抑制剤、および該抑制剤中に浸漬した骨材を用いてアルカリシリカ反応が抑制されたセメント質硬化体を製造する方法、およびセメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する方法に関する。
アルカリシリカ反応は、反応性骨材中のシリカとコンクリート中のアルカリ金属が、反応して生成したアルカリシリカゲルが吸水により膨張して、コンクリートにひび割れが生じる現象である。このアルカリシリカ反応は、コンクリートの耐久性を低下させる主因になっている。
アルカリシリカ反応の抑制に関する従来の基本的な考えは、(i）アルカリシリカ反応が生じないと判定された骨材の使用、(ii）アルカリ含有量の少ないセメントの使用（いわゆるアルカリ総量規制）、および、(iii）アルカリを吸着する能力がある高炉スラグ、フライアッシュ、シリカヒューム、およびメタカオリン等のポゾラン物質を含む混合セメントの使用が挙げられる。
しかし、これらの対策を講じてもなおアルカリシリカ反応が発生する場合があり、これらの対策だけでは万全とは云えない。
アルカリシリカ反応の抑制に関する従来の基本的な考えは、(i）アルカリシリカ反応が生じないと判定された骨材の使用、(ii）アルカリ含有量の少ないセメントの使用（いわゆるアルカリ総量規制）、および、(iii）アルカリを吸着する能力がある高炉スラグ、フライアッシュ、シリカヒューム、およびメタカオリン等のポゾラン物質を含む混合セメントの使用が挙げられる。
しかし、これらの対策を講じてもなおアルカリシリカ反応が発生する場合があり、これらの対策だけでは万全とは云えない。
そこで、各種の薬剤を用いてアルカリシリカ反応を抑制する方法が、種々提案されている。
例えば、特許文献１に記載のコンクリートの耐久仕上げ方法は、硬化コンクリートの表面に、亜硝酸塩を含有したセメント組成物を塗布した後、未硬化状態にある該セメント組成物の表面を、エポキシ樹脂含有塗材で被覆する方法である。
しかし、前記特許文献１に記載の方法は、コンクリート面に亜硝酸塩等を含有するセメント組成物を塗布した後、さらに樹脂等の表面被覆材を用いてコンクリート面を被覆するため、作業が煩雑になる。
例えば、特許文献１に記載のコンクリートの耐久仕上げ方法は、硬化コンクリートの表面に、亜硝酸塩を含有したセメント組成物を塗布した後、未硬化状態にある該セメント組成物の表面を、エポキシ樹脂含有塗材で被覆する方法である。
しかし、前記特許文献１に記載の方法は、コンクリート面に亜硝酸塩等を含有するセメント組成物を塗布した後、さらに樹脂等の表面被覆材を用いてコンクリート面を被覆するため、作業が煩雑になる。
また、非特許文献１に記載の研究は、水酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、プロピオン酸カルシウム、および炭酸リチウム等の各種の化合物を用いて、反応性骨材を含むモルタルの膨張抑制効果（アルカリシリカ反応の抑制効果）を検討した結果が記載されている。その内容は、プロピオン酸カルシウムと炭酸リチウムは、膨張抑制効果が認められたが、水酸化アルミニウム等のアルミニウム化合物では、膨張抑制効果が認められないか、むしろ膨張が増大する場合があった（３．２．６ 各種化学物質の膨張抑制効果の比較の欄を参照のこと）。また、前記プロピオン酸カルシウム、および炭酸リチウムが膨張抑制効果を有するとしても、これらの化合物を混和剤として用いた場合、コンクリートやモルタルの強度発現性に与える悪影響が危惧されるが、非特許文献１には強度発現性に関する記載がなく、コンクリート等の強度発現性に与えるプロピオン酸カルシウム等の影響は不明である。
平林ら、「化学物質の少量添加によるアルカリシリカ反応の抑制に関する研究」、愛知工業大学研究報告、第４５号、平成２２年
したがって、本発明は、アルカリシリカ反応の抑制効果が高く、かつコンクリート等の物性（強度発現性等）に影響しないアルカリシリカ反応の抑制剤等を提供することを目的とする。
本発明者は、前記目的にかなうアルカリシリカ反応の抑制剤等について、鋭意検討した結果、硝酸アルミニウムは、アルカリシリカ反応の抑制効果が高く、セメント質硬化体の強度発現性や鉄筋の腐食に悪影響を及ぼさないこと、すなわち、前記非特許文献１では、アルミニウム化合物は、アルカリシリカ反応の抑制効果がないとしていたが、本発明者は、非特許文献１の記載に反し、硝酸アルミニウム（アルミニウム化合物の１種）の抑制効果を見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するアルカリシリカ反応の抑制剤等である。
すなわち、本発明は下記の構成を有するアルカリシリカ反応の抑制剤等である。
［１］硝酸アルミニウムの含有率が１０質量％以上で飽和濃度以下の水溶液であるアルカリシリカ反応の抑制剤中に、７日以上浸漬してなる骨材を水洗することなく用いてセメント質硬化体を製造する、セメント質硬化体の製造方法。
［２］硝酸アルミニウムの含有率が１０質量％以上で飽和濃度以下の水溶液であるアルカリシリカ反応の抑制剤中に、７日以上骨材を浸漬する骨材の浸漬工程と、
該浸漬した骨材を水洗することなく用いてセメント質硬化体を製造する製造工程と
を少なくとも経て、該セメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する、アルカリシリカ反応の抑制方法。
［２］硝酸アルミニウムの含有率が１０質量％以上で飽和濃度以下の水溶液であるアルカリシリカ反応の抑制剤中に、７日以上骨材を浸漬する骨材の浸漬工程と、
該浸漬した骨材を水洗することなく用いてセメント質硬化体を製造する製造工程と
を少なくとも経て、該セメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する、アルカリシリカ反応の抑制方法。
本発明のアルカリシリカ反応の抑制剤等によれば、アルカリシリカ反応の抑制効果が高く、セメント質硬化体の強度発現性やセメント質硬化体中の鉄筋の腐食に悪影響を及ぼさない。
本発明のアルカリシリカ反応の抑制剤（以下「抑制剤」と略すこともある。）は、前記のとおり、硝酸アルミニウムを含む。また、本発明のセメント質硬化体の製造方法は、前記アルカリシリカ反応の抑制剤中に、１日以上浸漬してなる骨材を用いてセメント質硬化体を製造する方法である。さらに、本発明のアルカリシリカ反応の抑制方法は、抑制材中に骨材を浸漬する浸漬工程と、該骨材を用いてセメント質硬化体を製造する製造工程とを少なくとも経て、アルカリシリカ反応を抑制する方法等である。
以下、本発明について、アルカリシリカ反応の抑制剤、セメント質硬化体の製造方法、およびアルカリシリカ反応の抑制方法に分けて詳細に説明する。
以下、本発明について、アルカリシリカ反応の抑制剤、セメント質硬化体の製造方法、およびアルカリシリカ反応の抑制方法に分けて詳細に説明する。
１．アルカリシリカ反応の抑制剤
該抑制剤は硝酸アルミニウムであり、取扱いの容易性から、好ましくは硝酸アルミニウムを含む水溶液（硝酸アルミニウム水溶液）である。
前記抑制剤（硝酸アルミニウム水溶液）中の硝酸アルミニウムの含有率（濃度）は、特に制限されないが、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上であり、該含有率の上限は、特に制限されないが、好ましくは硝酸アルミニウムの飽和濃度である。該濃度が５質量％以上であれば、アルカリシリカ反応の抑制効果が高い。
また、該抑制剤は、硝酸アルミニウムに加えて、亜硝酸ナトリウム、および亜硝酸カルシウム等の亜硝酸塩や、硝酸ナトリウム、および硝酸カルシウム等の硝酸アルミニウム以外の硝酸塩等の抑制剤から選ばれる１種以上を併用することもできる。
該抑制剤は硝酸アルミニウムであり、取扱いの容易性から、好ましくは硝酸アルミニウムを含む水溶液（硝酸アルミニウム水溶液）である。
前記抑制剤（硝酸アルミニウム水溶液）中の硝酸アルミニウムの含有率（濃度）は、特に制限されないが、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上であり、該含有率の上限は、特に制限されないが、好ましくは硝酸アルミニウムの飽和濃度である。該濃度が５質量％以上であれば、アルカリシリカ反応の抑制効果が高い。
また、該抑制剤は、硝酸アルミニウムに加えて、亜硝酸ナトリウム、および亜硝酸カルシウム等の亜硝酸塩や、硝酸ナトリウム、および硝酸カルシウム等の硝酸アルミニウム以外の硝酸塩等の抑制剤から選ばれる１種以上を併用することもできる。
２．セメント質硬化体の製造方法
該製造方法は、抑制剤中に、１日以上浸漬してなる骨材を用いてセメント質硬化体を製造する方法である。浸漬期間が１日以上であれば、アルカリシリカ反応の抑制効果が高い。なお、該浸漬期間は、好ましくは３日以上、より好ましくは７日以上である。
浸漬した後は骨材を乾燥してもよい。ここで、乾燥とは、乾燥機等で強制的に乾燥するほかに、天日下で静置して骨材を表乾状態にすることも含む。水分が蒸発して恒量になるまで乾燥を行うと、アルカリシリカ反応の抑制効果が高くなり好ましい。ここで、前記セメント質硬化体とは、骨材とセメントを少なくとも含む水硬性硬化体であって、例えば、モルタルやコンクリートが挙げられる。
セメント質硬化体の製造において用いる混練機は、強制練り２軸ミキサ、パン型ミキサ等の公知の混練機を用いることができる。
該製造方法は、抑制剤中に、１日以上浸漬してなる骨材を用いてセメント質硬化体を製造する方法である。浸漬期間が１日以上であれば、アルカリシリカ反応の抑制効果が高い。なお、該浸漬期間は、好ましくは３日以上、より好ましくは７日以上である。
浸漬した後は骨材を乾燥してもよい。ここで、乾燥とは、乾燥機等で強制的に乾燥するほかに、天日下で静置して骨材を表乾状態にすることも含む。水分が蒸発して恒量になるまで乾燥を行うと、アルカリシリカ反応の抑制効果が高くなり好ましい。ここで、前記セメント質硬化体とは、骨材とセメントを少なくとも含む水硬性硬化体であって、例えば、モルタルやコンクリートが挙げられる。
セメント質硬化体の製造において用いる混練機は、強制練り２軸ミキサ、パン型ミキサ等の公知の混練機を用いることができる。
３．アルカリシリカ反応の抑制方法
該抑制方法は、抑制剤（硝酸アルミニウム水溶液）中に、１日以上骨材を浸漬する骨材の浸漬工程と、該浸漬した骨材を用いてセメント質硬化体を製造する製造工程とを少なくとも経て、該セメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する方法である。なお、該浸漬期間は、前記と同様に、好ましくは３日以上、より好ましくは７日以上である。
また、該抑制方法は、前記浸漬工程と前記製造工程の間に、前記浸漬した骨材を水洗する水洗工程を含んでもよい。骨材を水洗すると、骨材とセメントペーストとの付着性が向上し、セメント質硬化体の強度が向上するほか、流動性の低下を抑制できる。
該抑制方法は、抑制剤（硝酸アルミニウム水溶液）中に、１日以上骨材を浸漬する骨材の浸漬工程と、該浸漬した骨材を用いてセメント質硬化体を製造する製造工程とを少なくとも経て、該セメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する方法である。なお、該浸漬期間は、前記と同様に、好ましくは３日以上、より好ましくは７日以上である。
また、該抑制方法は、前記浸漬工程と前記製造工程の間に、前記浸漬した骨材を水洗する水洗工程を含んでもよい。骨材を水洗すると、骨材とセメントペーストとの付着性が向上し、セメント質硬化体の強度が向上するほか、流動性の低下を抑制できる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）骨材：アルカリシリカ反応性が高い安山岩の細骨材（Rc=119mmol/L、Sc=626mmol/L）。ただし、Rcは骨材から溶出したシリカ量を意味し、Scは骨材により消費されたアルカリ量を意味する。
（３）硝酸アルミニウム（ Ａｌ（ＮＯ３）３、試薬１級、関東化学社製）
１．使用材料
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）骨材：アルカリシリカ反応性が高い安山岩の細骨材（Rc=119mmol/L、Sc=626mmol/L）。ただし、Rcは骨材から溶出したシリカ量を意味し、Scは骨材により消費されたアルカリ量を意味する。
（３）硝酸アルミニウム（ Ａｌ（ＮＯ３）３、試薬１級、関東化学社製）
２．骨材の硝酸アルミニウム処理
（１）実施例１
１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材を１０５℃で恒量になるまで乾燥した後、ＪＩＳ Ａ １１４６「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して骨材の粒度を調整した後、乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（２）実施例２
１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材に水を加えて骨材を洗浄した後、洗浄液を注ぎ出し、この洗浄を合計で８回繰り返した。
洗浄した骨材を乾燥した後、前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整した後、乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（３）実施例３
前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整した後、１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材を乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（４）比較例
前記骨材を硝酸アルミニウム処理することなく、そのまま前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整して、硝酸アルミニウム非処理骨材を作製した。
（１）実施例１
１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材を１０５℃で恒量になるまで乾燥した後、ＪＩＳ Ａ １１４６「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して骨材の粒度を調整した後、乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（２）実施例２
１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材に水を加えて骨材を洗浄した後、洗浄液を注ぎ出し、この洗浄を合計で８回繰り返した。
洗浄した骨材を乾燥した後、前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整した後、乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（３）実施例３
前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整した後、１０質量％の硝酸アルミニウム水溶液中に前記骨材を、質量比で１：１の割合で入れて７日間浸漬した。該浸漬後、硝酸アルミニウム水溶液を全量注ぎ出し、容器に残った骨材を乾燥して表乾状態にして硝酸アルミニウム処理骨材を作製した。
（４）比較例
前記骨材を硝酸アルミニウム処理することなく、そのまま前記ＪＩＳに準拠して骨材の粒度を調整して、硝酸アルミニウム非処理骨材を作製した。
３．アルカリシリカ反応性試験
前記硝酸アルミニウム処理骨材、および硝酸アルミニウム非処理骨材を用いて、前記ＪＩＳに準拠してモルタルバーを作製し、材齢２６週まで骨材のアルカリシリカ反応性試験を行なった。モルタルバーの長さおよび重さの経時変化を図１に示す。また、材齢８週の実施例３と比較例のモルタルバー中の骨材の反射電子像を図２に示す。
前記硝酸アルミニウム処理骨材、および硝酸アルミニウム非処理骨材を用いて、前記ＪＩＳに準拠してモルタルバーを作製し、材齢２６週まで骨材のアルカリシリカ反応性試験を行なった。モルタルバーの長さおよび重さの経時変化を図１に示す。また、材齢８週の実施例３と比較例のモルタルバー中の骨材の反射電子像を図２に示す。
４．モルタルのフローと圧縮強度の測定
ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタルフローとモルタルの圧縮強度を測定した。
具体的には、実施例１〜３および比較例の骨材を用いて、モルタルを練り混ぜした後、モルタルのフローをＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定するとともに、該モルタルを型枠に打設して、２０±３℃、湿度９５%以上の湿空箱で２４±２時間、養生を行った後に脱型し、内径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形の供試体を得た。
次に、該供試体を２０±２℃で水中養生し、材齢２８日と９１日でＪＳＣＥ−Ｇ ５０５に準拠して圧縮強度を測定した。その結果を表１に示す。
ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタルフローとモルタルの圧縮強度を測定した。
具体的には、実施例１〜３および比較例の骨材を用いて、モルタルを練り混ぜした後、モルタルのフローをＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定するとともに、該モルタルを型枠に打設して、２０±３℃、湿度９５%以上の湿空箱で２４±２時間、養生を行った後に脱型し、内径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形の供試体を得た。
次に、該供試体を２０±２℃で水中養生し、材齢２８日と９１日でＪＳＣＥ−Ｇ ５０５に準拠して圧縮強度を測定した。その結果を表１に示す。
５．試験結果について
（１）耐アルカリシリカ反応性について
図１（Ａ）に示すように、膨張率は、比較例が０．４％を超えて高いのに対し、実施例１〜３では０．３％未満と低い。特に実施例１および３の膨張率は０．０４％未満と、極めて低い。また、図１（Ｂ）に示すように、質量変化率も、特に実施例１および３が低くなっている。
また、図２（Ｂ）に示すように、比較例はアルカリシリカ反応によるゲル（図中のＡＳＲｇｅｌの箇所）が生じているのに対し、図２（Ａ）に示すように、実施例３ではアルカリシリカ反応によるゲルは生じていない。
（２）モルタルのフローと圧縮強度について
表１に示すように、モルタルのフローおよび圧縮強度は、実施例、比較例ともにほぼ同程度であるから、本発明のアルカリシリカ反応の抑制剤は、コンクリート等の物性に悪影響を与えないことが分かる。
（１）耐アルカリシリカ反応性について
図１（Ａ）に示すように、膨張率は、比較例が０．４％を超えて高いのに対し、実施例１〜３では０．３％未満と低い。特に実施例１および３の膨張率は０．０４％未満と、極めて低い。また、図１（Ｂ）に示すように、質量変化率も、特に実施例１および３が低くなっている。
また、図２（Ｂ）に示すように、比較例はアルカリシリカ反応によるゲル（図中のＡＳＲｇｅｌの箇所）が生じているのに対し、図２（Ａ）に示すように、実施例３ではアルカリシリカ反応によるゲルは生じていない。
（２）モルタルのフローと圧縮強度について
表１に示すように、モルタルのフローおよび圧縮強度は、実施例、比較例ともにほぼ同程度であるから、本発明のアルカリシリカ反応の抑制剤は、コンクリート等の物性に悪影響を与えないことが分かる。
Claims (2)
- 硝酸アルミニウムの含有率が１０質量％以上で飽和濃度以下の水溶液であるアルカリシリカ反応の抑制剤中に、７日以上浸漬してなる骨材を水洗することなく用いてセメント質硬化体を製造する、セメント質硬化体の製造方法。
- 硝酸アルミニウムの含有率が１０質量％以上で飽和濃度以下の水溶液であるアルカリシリカ反応の抑制剤中に、７日以上骨材を浸漬する骨材の浸漬工程と、
該浸漬した骨材を水洗することなく用いてセメント質硬化体を製造する製造工程と
を少なくとも経て、該セメント質硬化体のアルカリシリカ反応を抑制する、アルカリシリカ反応の抑制方法。
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| JP2016191679A JP6755070B2 (ja) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | アルカリシリカ反応の抑制剤、セメント質硬化体の製造方法、およびアルカリシリカ反応の抑制方法 |
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| JP2018052774A JP2018052774A (ja) | 2018-04-05 |
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