3.建設レンタル需要急増 4.低騒音化,排気改善等対公害防止機械普及 4.財政構造改革と建設工事のコスげウン 5.建機仕様の多様化
策検討
5.機械化施工第2世代への模索(情報 化施工,異分野技術応用,人間社会
との共存同質化)
6.操作性,安全性向上
4.5 骨材の変遷と評価24〜3り
4.5.1 はじめに
骨材は,コンクリート容積の70〜80%を占め,コンクリートの物性値に影響す る大きな要素であり,施工法の重要な構成要素である.現在,構造物の耐久性が 議論されるなかで,海砂による中性化促進,アルカリ性骨材によるクラック誘発 等の現象が早期劣化要因として骨材の課題として提起されている.骨材の賦存量, 品質の確保,生産体制も含めた骨材全体の課題である.コンクリート骨材は,従 来豊富な川砂利と川砂に依存していたが,コンクリートの需要の増加による河川
砂利の賦存量減少や採取時の河川環境問題による規制もあり陸砂利､海砂,砕石, 砕砂の需要供給が増加している.実態調査結果によりコンクリート用骨材の変遷
と実態の考察より品質,需要,生産体制に注目し今後の課題を提起する.
4.5.2 骨材品質の地域性と変遷
表4.5は,東北,関東,北陸,中部,近畿,中国,四国,九州の8ブロック内 での10カ所の現場調査を1992〜94年度と99年度に実施した結果である32)
表4.5 骨材物性の全国平均値
調査 細骨材 粗骨材
品質と示 絶乾密度 吸水率 絶乾密度 吸水率
実薪率(%) 方書規格 2.5g/cm3以上 3.5%以下 2.5g/cm3以上 3%以下
区分 年度
天然 砂
砕砂 混合
天然 砂
砕砂 混合
砂利 砕石 砂利 砕石
Gmax40 Gmax20,25 札
砂利 砕石 砂利 砕石 1992年 2.53 2.56 1.66 1.50 2.59 2.70 1.33 0.88 65.l 59.7 62.6 58.7 1999年 2.53 2.58 1.88 1.69 2.60 2.67 1.31
此
1.⑬8t 63.2 60.0 62.4 59.4
※川砂､山砂､陸砂､海砂､真砂を天然砂として砕砂混合は,天然砂に砕砂を混合したものである.
(1)細骨材の絶乾密度,吸水率
絶乾密度の経時変化は,ほとんどない.東北地方の約半数が2.5g/cm3を下回る がその他地域は2.5〜2.6g/cm3の範囲である.吸水率の経時変化は,全国平均で 0.2%程度増加している.東北地方の天然砂が2〜3.5%,その他地域では1〜2.5%の 範囲である.天然砂は砕砂より0.2%程度小さめである.
(2)粗骨材の絶乾密度,吸水率,実績率
絶乾密度品質の径時変化はないが,砕石の使用率が増加しても､る.地域的には, 東北地方で砂利の絶乾密度が2.5g/cm3を下回るがその他地域は,2.6g/cm3前後で ある.砕石は,岩種により2.5〜3.0の範囲にある.吸水率の経時変化はほとんど ない.細骨材と同じく東北地方が2〜3.5%と大きく,その他地域では2%以下であ る.砕石の吸水率は砂利よりやや小さい傾向にある.実績率の径時変化はない.
実績率は,砂利が60%以上,以下が砕石と分類できる.砂利実績率が3〜4%高い.
(3)品質変遷のまとめ
環境保全や天然資源枯渇の情勢下で砕石,砕砂が増加している.所要物性値を 持つ材料により構成されたコンクリートの供給が施工の前提である.骨材製造の
実態と生産骨材の物性値特性,原石性状を把握することは,今後のコンクリート 工の品質,施工にとって極めて重要なことである.
調査結果は,砕石,砕砂の方が天然材より密度,吸水率は良好な結果となってい る･コンクリート標準示方書の規格値も満足してい‑る.しかし別途報告書では, 密度は低め,吸水率は高めの傾向があるとされる33･34).特に細骨材の密度が 2･5g/cm3を下回ると警告している.骨材の強度(絶乾密度),耐久性(吸水率)以 外に粒度分布,形状による実績率は,単位水量に影響を及ぼす.実績率が悪いと
同一のコンシステンシーを得る単位水量が増加する35).単位水量の増加はコンク リートの初期物性に影響し乾燥ひび割れの発生を誘発する要因になる.単位水量 は,細骨材粒度による影響も受ける36,37).砂の粗粒率は,製造過程で2.5〜3.0
に調整されているが生産過程では,表4.6に示す要因により品質のバラツキが生 じやすい.その結果,ブリージングの過多やコンシステンシーの不良がワーカビ リティーに悪影響を及ぼしコンクリートとしての物性値,品質に大きく関与する.
表4.6 製砂過程における品質の問題
原因 内容
原砂の岩種 原石破砕特性による扁平化等
製造方式 ロッドミル製砂方式によるロッドと水量による調整バラツキ 生産過程における回収方式 クラッシュファイヤ性能による微粒分の消失
堆積,運搬 微粒分の消失
自然環境保全,天然骨材の枯渇現況の対応策として,骨材の性状を中心とした 規格(吸水率,絶乾密度,安定性,すり減り)を用途からの視点で評価判断する 研究もある.康瀬らによるコンクリートダムにおける最適骨材評価は,有限資源
を有効利用して原石の廃棄量低減による環境保全を推進するものである38).原石 岩種を使用目的(所要物性値)により定量評価することが必要となる.図4.1,4.2
は,ダム原石採取の実態と判定内容の一例である39).適用判定には,岩種に係わ らず｢岩の硬さ,脆さ｣が調査19ダム全数で実施されている.その判定は,ロッ クハンマー打撃が100%,削孔時のくり粉色を併用したものが約42%である.その 他割れ目,色調を併用しているダムが約半数あるが何れもその手段は目視が大多 数である.客観的な定量的試験は,製品の定期的な物理試験となる.
骨材の課題と社会環境を図4.3に示す.品質と生産が課題の中心となる.骨材 の生産状況が複雑化する将来,コンクリート品質の安定的条件となる骨材品質評 価は,できるだけ早い時期,つまり原石採取時に定量的な判断が可能となること が望ましい.筆者らによる色素色彩計を応用した岩種判定は,自然という原始形
とデジタル計測という未来形の組合せによる原石採取時に可能な原石劣化の定量
的判定提案である4D).また見かけ比抵抗を用いた手法も同様に原石の賦存状況を 把握する有効な手段となる41).砕石,砕砂の品質で変えられるのは粒度と粒形だ けで物理的性質は不変である.そのためには先ず骨材原石の鉱物特性,生産地に
よる工学的リスクを指標化したマネージメントが必要となる.品質と生産に関す る現況を考察する.
岩判定j立と岩‡箋
岩石種別廃棄岩比とダム数
当粥礫堪
0̲8以上 0.6･〉0.さ
0.4〜D̲6
0.2･‑0̲4 0‑0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
ダム数
口火山岩□深成岩囲変成岩■第三紀･中生層
図4.1岩種と廃棄岩率
8 2 4 ち 8
ダム数 D岩守さ臆さ■割れ8間隔同色調■その他
図周一2 岩判定と岩種
※1海外への情報発進は海砂,アルカリ骨材反応等骨材に起因するコンクリートの早期劣化の 研究成果
※2国際基準とは,骨材の試験方法の国際規格
図4.3 骨材の課題と社会環境42)
4.5.3 骨材需要と生産体制の変遷43,44･45,46) (1)骨材需要と供給
骨材の現況課題が品質と生産に係わることが明らかになった.そこで骨材需要 と生産体制に関して変遷と現況を把握して施工法との関連を検証する.
骨材需要は､社会資本整備の実施状況により左右される.河床低下,水質汚染 防止等の河川環境保全や社会的環境に対する意識高揚の中で砂利採取規制が強化 され地域的に砂利の安定供給が困難となり砕石,砕砂の供給量が増加している.
砕石の原石採取も周辺の景観や環境保全の規制条件により厳しい状況にある.品 質面からは,天然材は,地質学的変成作用(自然淘汰)による良質形状であるが, 人工骨材は,原石性状と破砕機の破砕特性等によって物理的性状や品質が変動す る･そのため原石の性状認識と生産管理が必要となる.良質のコンクリートを製 造するための前提は,使用骨材の清浄,堅硬であり物理的,化学的に安定である
ことと適切な粒度を有することである47)
我が国の骨材の需要量と供給量の推移を図4.4に示す.
(】医匝)剛史排G‡卸
表4.7砂利の採取地別採取量比率49)
年度
採取地 1963年 1996年 河川 ■93.6% 9.8%
山 2.8% 27.2%
陸 3.6% 40.3%
海 0 22.7%
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995
図4.4 骨材需要量と供給量の推移48)
1955以前の骨材は全て天然の砂利,砂で,その採取地の大半が河川であった.
1960年頃には河川骨材3億トンが使用されている.需要のピークは,1967〜1995年 の間で1990年に9億5千万トンとなる.この数年は,年間8億トン〜9億トンの需要量 で推移している.この骨材需要に対して砂利,砕石により約90%を供給している.
スラグ,輸入骨材が約10%程度である.
供給量を見ると河川砂利は1965年の 2.6億トンをピークに減少し1995年には 3500万トンまで落ち込んでいる.他の天然材料では,1965年より山,陸砂利が急増
し1973年には2億5千万トンに達しているが,その後は2〜2.5億トンで変動してい る.海砂利は,同1965年より採取され1978年に9000万トン程度となりその後は8000 万前後の水準を維持している.表4.7に1963年と1996年の30年間における採取 地の変動を示す.採取地の変化が歴然とする.1963年の砂利,砕石供給量比率は,
84:14(250百万トン:43百万トン)に対して1996年では41:57(357百万トン:487百万トン) と逆転している50).(砕石はコンクリート用骨材としてJIS規格に制定された1961 年頃から河川砂利と相反して生産が急増する.砕砂は1970年に追加)
次に砕石に注目して見ると,1963年の生産量が4,300万トンで,用途は主に道路】
鉄道が約78%を占めコンクリート用は約20%前後である.1972年には3億トンを越し 1991年の5億3千万トンをピークとするが,その後は5億トン程度に漸減している.
1996年度の需要量8億6千万ト,(コンクリート用5.8億トン)に対して供給は,砕 石4億9千万トン(57%),砂利3億6千万トン(43射である..表4.8に1996年度の砕石
の地域別用途別生産量を示す.
表4.8 地域別用途別の骨材生産量:単位千トン1996年29)
地域名 道路用 コンクリート用
その他用
粗骨材 細骨材 粗骨材 細骨材
北海道 13247 172 5366 590 3620
東 北 40102 534 12珊1 2281 5286
関 東 6269l 2605 255(略と 14261 17460
中 部 20302 913 仙
4那 1166 4377
近 畿 22637 2145 班粉7 4183 6270
中 国 1珊 829岳 14260 4103 4223
四 国 8645 156 1(粉41 3983 2116
九 州 31674 1217 29謂2 5121 9㈲
全国計 217307 鉱72 126(おl 甜7芦 減12
砕石の用途別生産数量は,道路用約51%,コンクリート使用が約37%(平成6年 34.4%)となっておりコンクリート用が増加している.同年の細骨材は,道路用3.8‰
コンクリート用が 22.1%と砕石に比較して低くなっている.2乳･5り コンクリート 用粗骨材の生産地域では関東,近畿,九州が多く,細骨材は関東と近畿以西が多
くなっている.中部,東北,北海道は,比較的河川砂利に恵まれ砕石製造数量が 少ないと推測できる.表4.9に地域別の砂利採取量を示す.表4.10に1994年度 の地域別の砕石生産量とコンクリート使用比率を示す.表4.9から河川砂利は, 関東が50%強,中部,近畿を含めれば76%を占める.山砂利も関東が65%,東北を 含め82%である.陸砂利は,北海道を主に関東以北で92%,海砂利は,中国以西で