大谷石を原料とした人工軽量骨材コンクリートに関する研究(第1報)

1

論　 文】 UDG ：691

．

22 日本 建 築 学 会 構造 系論 文 報 告 集 第 377 号

・

昭和 62 年 7 月

大

_谷

石

を

原 料

と

し た

人 工

軽

量

骨

材

コ

ン

ク

リ

ー

ト

に

関

す

る

　　　　　　

研 究

・

（

第

1

報 ）

正 会 員 正 会 員

向

馮

井

　　　 毅

＊

乃 　 　謙

＊＊ 　

1．

まえ がき 　 近 年

，

鉄 筋コ ン クリ

ー

ト造 建 物の高 層 化の傾 向 が

一

段 と進み

，

そ れ に伴い コ ンクリ

ー

トの軽 量 化が

一

層 重 視さ れ る ようになっ て き て い る

。一

般にコ ン ク リ

ー

トの軽 量 化 を図る方 法 と しては_， 　1） 骨 材 自体の軽 量 化 を 図る方 法 　 2 ）　コ ン ク リ

ー

ト中に多 量の空 気 泡 を 発 生ま たは連 行 　 　 する方 法 　3） 1）， 2） を併 用 する方 法 があ げら れ る

。

こ のう ち

，

骨材 自体の軽量化を 図 る方 法 と して は

，一

般にけつ岩や粘 土 を焼 成 膨 張さ せ た人工軽 量 骨 材が用い られてい る が

，

資 源 的にも豊 富な天 然 ゼ オ ライ トを原 料と する人 工 軽 量 骨 材の開 発 研 究が近 年， 中 国や 日本において進め ら れ て き ている1）

−

9）

_。

　 天 然ゼオライ トをコ ン ク リ

ー

ト用 材 料 として活 用す る 方 法と し ては_， 　

1

） 天 然ゼ オ ライトを多量に含む岩石を破 砕し， これ 　 　を高 温 焼 成す ると

，

その過 程で発 生す る ガス を内封 　 　する ことによ り軽量の焼 結 物を得ること ができ る

。

　 　これ は けつ岩や粘 土 を焼 成し て得ら れ る人工軽量骨 　 　材 と類 似 し た もの であ り

，

軽量コ ンク リ

ー

ト用 骨材 　 　と して用い る ことが可 能 と考え ら れ る

。

　2 ） 天 然ゼ オ ライト は結晶格子格 中に水を多く含有す 　 　る鉱 物であり， これを加 熱す るこ とに よ り含 有 水 分 　 　が分 解

・

発 散し， その部分 が空 隙に置 換さ れ る性質 　 　が ある

。

し た がっ てこ の特性を利用し て， まず粉末 　 　状に し た天 然ゼ オ ライ トを500℃ 内外で加 熱 して 　 　空 気を多量 に内 封し た組 成に してお き

，

次に この よ 　 　う な状 態に し た ゼ オ ライ トをモ ル タル やコ ンク リ

ー

　 　 トの練り混ぜ時に混 入 すると

．

練り混ぜ水と接 触す 　 　る ことに より本来のゼ オライ トの組 成に戻ろ う と す 　 　る変化が生 じ

，

練り混ぜ水の

一

_部と ゼ オ ライ ト中の 　 　空 気との_置換 作用 が生じ， 多量の空 気 泡がモ ル タル 　論文 内 容の

一

部は_，日本 建築 学 会大会 梗 概 集

，

昭 和 58年9月

，

「天 然ゼ オ ライ トを 発 泡 源 と して用い た気 泡コ ンク リ

ー

トに_関す る研 究」に発 表し た

。

　 拿 _{明 治 大 学 　 教 授}

・

_{工 博} 　＃ _{中国 清 華大学　副 教 授} 　 　 ｛昭 和61年11月10日原 稿受 理 ） 表

一

1　 大谷石の化 学 組 成 oo SiO2 職03re

冨

0

昌

債ρ 圓   ρ

1

脚　 L部。ss 備　 　考 大 谷 石 聞

．

go12

，

55L 聞 L920

．

乾 2

．

田 2

．

35111

．

021　の ゼ オ ラ イ ト 研

，

911

，

0LO2

．

22

．

2L14U2 　13

，

4 参 考文献9 け つ 岩 58

．

516

．

L6

．

45

．

22

．

44

．

10D

．

72　 7

．

1 同 　 　 上 け つ 岩 61

．

516

．

14

．

4LOL61

．

963

・

7215

・

7 参 考文賦10 泥　 　 岩 60

．

315

．

35

，

14

．

51

．

5L352

，

56　 8」 同 　 　 上 　　コ ンク リ

ー

ト中に_発生す る。 こ の現象を利 用 するこ 　　とによ り気 泡モ ルタ ま た は気 泡コ ンク リ

ー

トを得る 　 　こと が可 能で ある

。

　3＞ 天 然ゼ オラ イ トに は セ メ ン トの水 和 反 応に よっ て 　 　 生 成 する水 酸 化カル シウム と反 応して水 和 物を生 成 　　する性 質がある

。

こ の こと を利 用す れ ば セ メン ト助 　　材と しの_利用が考え られ る

。

　筆者ら は， 以 上の諸 特 性 を有 す る天 然 ゼ オライ トにつ い て

p

ンクリ

ー

ト用 材 料 とし ての利 用に関 する研

_穿

を進 めて きて い る

。

_本研 究は_， そ の

一

部をなすもの で_， 上記

3

用 途の う ち

1

）に あ げた構 造 用 軽 量コ ン クリ

ー

ト骨材 と して の利 用の可 能 性 を把 握 する ため

，

天 然 ゼ オライ ト を多量 に_含有する大谷石 （栃木県 宇 都 宮市 大 谷 町 産 ）を 原料に用いて， 軽 量 骨 材 製 造 過 程における膨 張

・

焼 結機 構の基 礎 的 検 討 を行 うと ともに

，

試 作 し た軽 量 骨 材お よ び そ れ を 用いた軽 量コ ン クリ

ー

トの強 度 特 性 等につ い て 実験検討し た結果 を ま と め た もの である。 　な お， 本 研 究は日本および中 国におい て実 施さ れ た も の で， 大谷石の化 学 組 成 等につ い て は小 野 田セ メ ン ト 　 TGA　 　　　 　　 　　　 　　 　　　 　　 　　　 　　 　　　 　　 　　　 　　 　DTA 　 6

．

0　　　　　　 60 　 4

．

B 　 　 48

ぷ

　

：

：

£

9

、

．

2 、2

白

e

　

。

　

。

T

筥一

、

．

2

　　　

　

−

、2R ZZ

．

2

．

4

−

・41

こ

ll

：

　

認

　 　 　 　

＿

60 　

−

6

．

0 　 　 　0　　10D　200 　3GO 　400　50G 　500 　700　800 　9001eee 　 　 　 温 度 　 〔℃｝ 　 　 　 　図

一

1　 大 谷石粉 末の熱分析結果

8

（株

1

お よび 清 華 大 学において， 大 谷 石の膨 張 機 構

，

骨 材 の製 造は清 華 大 学に おい て

，

骨材の物 性 お よ びコ ン ク リ

ー

トの_{性 状}につ いて は_{清 華 大 学}お よ び明治大 学に お い て実 験検討さ れ た もの で あ る

。

　

2．

大谷石 の化学組成お よび 構 造 　大 谷 石の _{化 学 組成}お よ び構造につ いて

，

その_{分析結 果} お よ び形態観察結果を 示 す と 以下の と お り で あ る

。

　2

，

1　 化 学 組 成 　本 実 験に _用いた 大谷 石の_{化 学 組 成}に つ い て蛍 光

X

線分 析法 （粉 末ブリ ケ ッ ト法）に よ り求め た結果を示すと， 表

一

1の と お りで ある

。

そ れに よ る と近 藤9）_に よ る天 然 ゼオ ラ イ トの分析 結果と近似する_値で あると と もに_， 人 工 軽 量骨材の原料と して

一

般に用い ら れてい るけつ 岩や 泥岩の化学組 成とも比較的類似した化 学 組 成で ある とい え るy ）

・

］o ） 。 　

2．

2

熱 重量分 析 （TGA ＞および示 差 熱 分 析 （

DTA

＞ 　　　 結果 　大谷 石の _{粉 末 試 料 を 用}い て行っ た熱 重 量 分析 結 果お よ び示差熱 分 析 結 果を示 すと図

一

1の と お りである

。

ま ず

，

示 差 熱分析結果をみ る と85

−

100℃ 内 外に おい て 自 由 水の 急 激な発 散に起 因する放 熱 現 象による と思わ れ る_変 化が み ら れ る。 また550

〜

650

°

_C に おいて ヒ

ー

トフロ

ー

に弛 緩がみ ら れ る が

，

これはゼオライ トの組 成 破 壊に よ る変 化を示し て い るもの と考え ら れ る

。一

方， 熱 重 量分 析に よる と

，

約800℃ _まで結 晶 水の放 出に起 因す る と 思わ れ る重量変 化がみ られ る

。

し か し

，

そ れ以 上の温 度 域にお け る 重 量 は ほ ぼ恒量値を示し_， 常 温 時か ら こ の状 態に達す る まで の重 量 減 少 率は 13％ 程 度 とい え る

。

　2．

息

　X

線 回 折 結 果 　大 谷 石粉 末 試 料 を用い て X 線回折 を行っ た結果を示す と

，

図

一

2の と お りである。 それ によ る と， 2

．

54

，

2．

　

74

，

2．

80，

　3

．

18

，

　3

．

41

，

　3

．

58

，

　3

．

99

，

　4

．

65

，

　5

．

15

，

　6

．

00

，

　6

．

80， 8

．

00お よ び 9

，

00A に近 接し た箇 所に回折 線が観 察さ れ た。 これ らの値はいずれもク リノプチロライ トの ピ

ー

ク 写真

一

1

．

走 査 型 電子顕 微 鏡 に よ る 大谷石の断 面 写真 （8000倍 ） と_{符 号}する もの であ るこ と か ら

，

この_{実 験}に用いた大 谷 石は ク リ ノプチロ ライト系ゼ オ ライトを主 鉱 物と し た岩 石で ある といえ る

。

　2

，

4　 形 態 観 察 結 果 　走 査型電 子 顕微鏡を用い て大 谷 石の形 態 観 察 を行っ た 結果を 示す と 写真

一

1の と おり で

，

こ れ に よっ てもクリ ノプチロ ライ トが観 察で き る。

一

方

，

写 真

一

2は光 学 顕 微鏡に よ る大谷石の断 面の観察結果 を示し たもので

，

観 察 面の中に は ゼ オ ラ イ トの _他に長 石や石 英 も若 干 存 在す ること が 認 め ら れ る。 　以 上の 分析 結果お よ び形態観 察 結 果より

，

試 料と して 用い た大 谷石の 主 鉱物は ク1_{丿ノプチロ ライトであるとい} え る

。

ま た， アン モニ ウムイオン交 換 方 法に より求め た 大谷石

中

の ゼ オ ライ ト含有 量は

，

約60 ％である こと が 判明 し た

。

　

3．

大 谷 石の膨 張機 構 　

3．1

　 発 泡 膨 張 機 構 　けつ 岩や粘 土につ い て は

，

1100

〜

1200℃ で加 熱する こ と に よ り発 泡 膨 張す ること は周 知の こ とで， これ らの 岩石類の膨張機 構につ い ては多くの研 究が なされてきて 　 　 　 　 2θ _{（Cu 　K}α） 図

一

2　大 谷石粉 末の X線回折 結果 Ω：_石英 P ：斜 長 石 F ：長 石 写 真

一

2　 光 学 顕 微 鏡によ る大 谷 石の 　 　 　 　 断面写真

9

い る10Lll）13） 。 　これ に対し

，

大谷 石な ど天 然ゼ オ ライ トを 多 量に含む 岩石の発 泡機 構につ い て の研 究は少な い13 ｝

。

し か し_{， 表}

一

₁に も示し た よ う に大 谷 石と けつ _岩とは化 学 組 成の構 成 割合も比較的親似して お り

，

し た が っ て発 泡機 構 も類 似 し た もの で あ る と考え ら れ る。 す なわ ち， 大 谷 石の場 合において も

，

加 熱 することに より岩 石が適 当な粘 性 を もつ 状態に変 化し

，

その 際に内 部に発 生 し た ガス は_溶融 化 し た岩 石 表 面で逸 散す ること を阻 止さ れ_， 内封され る た め に岩 石 全 体が発 泡 膨 張 するもの と考え ら れ る

。

　Riley

亅4｝_は

_，

_け つ岩および

粘

土の化 学 組 成につ い て 分 析 調査 を行っ た結 果

，

SiOz

，

　 Al_，

O

，， お よ び融 剤 成分

（

CaO ，

　 MgO

，

　FeO

，

　Fe20s

，

　Na20

，　

K20

）量にっ い て良 好な発 泡 を生 ずる溶 融 状 態 を 示す範 囲は

，

図

一3

に 点線で示 す 範 囲であ るこ と を報 告してい る

。

今 回の _実験 に用い た大谷 石の_{化 学 組成}を み る と

，

表

一

1にも示し た よ う に

sio2

：

66．96

％

，

　

Al20

_，：

12．55

_{％ お よ び}融剤 成 分 ：

9．

46

％ で あ り

，

こ れ を 図

一3

の _中に 示 す と 良 好 な 発 泡を示す点線の_{範 囲内}に入 る化 学 組 成であ る とい え る

。

　以 上の_考察か ら大谷 石 に おいて も

，

けつ_岩や粘土 と 同 様に_高温加熱す ることによ り発 泡 膨 張す る性 質を有する rm　　 麟

，

驟製 轤 擘 欝 　 懿

躡

織 競擁

鞴

鑾

難

攤

麟

馨

鷲 靆磁 ：巨麟1黷 義澱 黔 舞

鷲

_鞭 騨1糞

…

懿ご_蒹編 ；羅

F

雛窰羅窒雌讃 _鑼蒹鳶鸞 羹蠶罅藪

靉

講 憩

讖

．

1

鰍 讐髦

覊

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覇 羈

繕

1

｝

_；

_罵

1

躑

_筆

欝灘

蘿

i

写真

一

3　 高温 顕微 鏡に よる大 谷 石の加 熱 温度と体 積 変 化の関 係

觀

_豁

鰹雛

蠶

盤

_撚

1

蠶

撚

轟

纛

礁

懸

羅

ll

纖

3 撒 　 　 　 さeお

1

_鸚

酬

iili

翻

図

一

3 鉱物を 加 熱 す るこ と に よ り良好 な 発 泡 が生 ずる 化 学 組成 　 　 　 範 囲 と大 谷 石の化 学 組 成の比 較 こと が 推定さ れ る が

，

これ を実証 す る た め以下の実 験 を 行っ た。 す な わ ち， 直径 30mm ， 高さ30　mm の円柱形 に切 断し た大谷 石 試料を徐々に加熱し

，

加 熱温度と試 料 の_{体 積 変}化の_関係 を 高 温 顕 微 鏡で観 察 し た

。

結 果は写真

一3

に示す と お りであ る

。

そ れに よ る と， 加熱温度が

600

℃ _以下で は試料の_{体 積 変化}は ほ と んど見ら れ ない が

，700〜800

℃ に な る と ゼ オ ラ イ トの構 造が破 壊され る た め， 試料の体積収 縮が見ら れる （写真

一

3（

b

））

。

こ の体 積 収 縮は

1150

°

C

前 後ま で進 行 し

，

収 縮 量は約20 ％ 内 外と な る （写真

一

3（c））

。

しか し， 加 熱温度 をさ ら に_高める と次第に膨 張現象が み ら れ る よ うに な り_，

1265

℃ 内 外に_右い て試 料の溶 融が急 激に進み_， 試 料 体 表

一

2 岩 石の_{化 学 組成}と加熱時に発生する 　 　 　ガスとの対 照 　 　 　

↓

lOO 　　　　　1270 　　　　　　　　　1190 　 　 　 加 　 熱 　 温 　 度 ｛℃ ） 図

一

4　ガスクロマ トグ ラフに よ る大 谷石 破 砕 物の加 熱温度と発 　 　 　 散 成分

一 10 一

　 　 100 　　　500 　　　工OOO 　1100 　　　　1300 　　　　　　　1500 　 　 　 加 熱 温 度 （℃ ） 図

一

5　ガス クロ _マ ト グラ フ に よ る大 谷 石 粉 末 試 料の加 熱 温 度と 　 　 　発散成 分 積の膨 張 速 度も増 大す る。 こ の場 合

，

試 料の形は次 第に 球 状を 呈 す る よ うに変化 す る が

，

これ は 試料 内部に発 生 す る ガス の 圧力と試 料の_{溶融 軟 化}によ る表層 部の_溶融層 の粘 性と が平 衡状態を保ち

，

かつ

，

溶_{融 化}し た_試料表面 の _{表 面 張}力の _{作 用}に より

，

次 第に球 状に変 化 し たものと 考え ら れ る （写真

一3

（

f

））。 こ の状態 に お け る体 積 膨 張 は加熱開始時の

2，

4

倍を示す。 さ ら に加熱温度を高め て い く と使 積 膨 張も進 行 し_， 1400℃ _{前 後}に おい て膨 張が 最 大と なり

，

そ の時の膨 張 率は約4

．

5倍 を示 す。 しか し

，

そ れ以上の温 度 域におい ては試 料の溶 融が進みすぎ粘 性 が低 下する た め_， 発 生するガスが逸 散し_， 再び体 積 収縮 を示 す 方 向に転じ

，

1520℃ で溶 融

・

液 化 する

。

　 以上の高 温 顕 微 鏡に よ る観 察 結 果か ら

，

大 谷 石 を加 熱 する ことに より

，

発 泡 膨 張が良 好な状 態で進 行 する ため の適 正な粘性 を有 する表 層 部の溶 融 状 態 を得る温 度は

，

1200

−

1350℃ の範 囲にあるもの と考え ら れる

。

　3

．

2 膨 張 源ガス につ い て 　 近 藤 らの研 究9 ）に よる と

，

ゼオライ トの発 泡 時の粘 性 はお よそ 10B

−

9ポ イズ で， これを 膨 張 させ るの に必 要 な 内部の ガス の圧 力は 5

−

　20　

kg

_／cmZ _程度で ある こ と が_報 告さ れ ている

。

大 谷 石についても発 泡 機 構が同 様である ことか らこれ らの特 性につ い て は

，

それぞれ の特 性 値 範 囲 内の値 を示すもの と考え られ る

。

し か し_， 大 谷 石 を 加 熱 させ た場 合に発 生 するガス の種 類につ い て は必 ずしも 明 確には さ れて いない

。

岩 石を加 熱して発 生 する ガス の 種 類につ い て

，

爾 見1°）

_，

吉 岡m ら の研 究を総 合し化 学 組 成 と発 生ガス との対 照 を 示 す と表

一

2の よ うになる。 本 研 究では大 谷 石を加 熱し た場 合に発生 す る ガス の種 類を 解 明 す る た めに筆者の 設 計に よ る 微 小 型密 封 高温電 気 炉 にガス クロ マ ト グ ラフを連 接 し て

，

試料大 谷 石の_{膨 張}ガ スを 測 定し た

。

その結 果は 図

一

4お よび

5

に示す と お り で あ る

。

こ の実 験で は常温か ら 1500

°

C

まで温 度 上 昇 さ せた場 合に発生 する ガス の 種 類を検 討 し た もの で ある が，

1200− 1350

℃ の範 囲に おいて発 生す るガスは ほ と ん ど が水蒸 気で

，

こ の他に若 干の CO ，も検 知さ れ た。 こ の結 果は_， 近 藤 ら13 〕の研 究 結 果 と も

一

部 合 致 するもの である

。

　4

．

大 谷 石 軽 量 骨 材の性 質 　4

．

1 骨 材の_{内 部 構 造} 　 写 真

一4

は

，

大 谷 石

，

けつ _岩

，

_{粘 土}お_よび_{石 炭 灰 を原} 料と し た軽量骨 材の断 面を走 査 型 電 子 顕 微 鏡を用い て撮 影し たもの であ る。 それによる と

，

けつ 岩

，

粘 土， 石 炭 灰を原料に用い た軽 量 骨 材の 内部 空 隙には

，

連 続 したも のが多く見られ_， 特に石 炭 灰 軽 量 骨材で は そ の_{傾 向}が_顕 著であ る。 こ のよ うな連 続 した空 隙が多く存 在す る軽 量 骨材に おい ては

，

表 面か ら吸 水し た水が連 続 空 隙 を通し て骨 材 内 部にまで浸 透しや すい傾 向にある こと が うかが え る。 した がっ て_， 骨 材 表 面のガラス質 化し た層の緻 密 さの程 度が同等で あれ ば

，

連 続 空 隙 を 多く有す る骨 材に お ける吸 水量は

，

相 対 的に大き く な る こ と が予想され る

。

これに対し

，

大 谷 石 を原 料に用いた軽 量 骨 材は， 他の

3

：

：

1

：

蠹

・・

li

：

郎

i

　ζ

＼ 石炭灰軽口骨 材   罅 〕 o 　 邑

’

■ 6

〆

「

多

祠

燕

　 　石 炭_灰軽鄙 「材 ‘日本耐

　

∠ ；

．

一 一 ・

〆 °

、

ノ

　 　 膨 張けつ岩 ｛亅躙 ／ 　 　 　

＿ 一

＿ ．

＿ ，

詒

 丶H

_膨彊け つ岩（目本勘　　　大谷石 略 材 c虞_作 D 　 　 　 　＼ ・ 0　1 　2　3E

ぎ

゜ N ｛、

，

）

　

ユ5 図

一

6　 各 種 軽 量 粗 骨 材の経 時吸水 率 20　 　 　 　 　24 写真

一

4　各 種 軽 量 骨 材の断 面の拡大写 真 （150倍 ）

一 11 一

種 類の軽量骨材と 比較 して独 立し た空隙が多く

，

そ の た め 吸水量 も少な く な ること が

一

連の骨 材 断 面の形態観 察 結 果か ら予 想さ れ る

。

「

　4

．

2　骨 材の吸水性状 　図

一

6は

，

4

．

1の 検 討に用い た4種 類の軽量骨 材お よ び参 考と し て 日本産の人工軽量骨 材の経 時 吸 水 率を示 し たもの で ある

。

そ れに よ る と

，

’

骨材内部の_{空 隙}に連 続 し た ものが 多い石炭灰

，

粘土

，

けつ _岩を_{原 料}に用い た軽 量 骨材で は高 L

，

i

吸水率を示し

，特

に表 層 部のガラ ス質 化が 不 十 分な 石炭灰軽量骨材に おい て は格 段に高い 吸 水 率 を 示し てい る

。

これに対し

，

大 谷 石 軽量骨

材

におい て は相 対的に み て他の軽 量 骨 材に比 較して吸 水 率は極めて小さ く

，

しか も短時間で ほ ぼ定 常 値に達す る性 質が み られ た

。

　一

般 にプレ ソ

ー

キング が不 十 分な軽 量 骨 材

．

を用い

．

た コ ンク リ

ー

トでは運 搬

，

打ち込み時 間 内に スラン_プ低 下が 生じ や す く

，

コ ン クリ

ー

ト打 設に支 障 をき たすこ と も あ 200 180 160 140

ミ

・2・

攀

・。 ・

饋

　

．

80 60 4020 mm

ロ

　

ヒ

位 単

チ

↓

P

　

O 卜 　 　 　 OOH

吻

夛

’

厚

攀

影

0 　 0　　　　　　　1　　　　　　 　 2　 　　　　　　3　　　　　　　4 　 　 　 　圧密変化量 （面） 図

一

7　各 種 軽量粗骨材の圧 密 変 化 量と 圧縮強度の_{関 係} 今 回 の 実 験 結 果 500 400 003 GO2 宥 ＼

3

靉

蝗 田 100 　 　 　 膨張けつ岩 （日本産1

が

プ 「

／

／

　 　 　 　 　

孅 癬 鍛 　 0 　 　 　 　7日　 　　 　　 　　 　　 　　 　　　認 日 　 　 　 材 　　令 図

一

B　 各 種 軽量骨 材を用いたコ ン クリ

ー

トの圧縮 強 度の比 較

一

₁₂

一

表

一

3　コ ンク リ

ー

ト実 験に用い た軽量 骨材の性 質 細

・

粗 の　別 骨 材 種 顯 比 壷 絶 乾

墨

｛熔

騨

材の大 き 　 　 　缶ゴ 2〕 さの範 囲 　〔  ） 黼 辮 （％ ）

．

24時 間 吸水 率 （％ ） 齶

　　　　　　L

膨張 けつ_岩 （非造粒 ご北京産） 1

．

器 0

．

7正 20

−

513

，

了

！

7

、

2

　　　　F

　 　

’

　 ［　 　 　 1 膨張粘土 （造 粒

・

北京産） 1

．

05o

．

〔2 叡｝

〜

5

’

　」

　

．

．

．

一

一

．

　i　　 T

−一

一

1

呻

・・

一．

｛

　 　 1

．

3　 　1

．

6

一

一

一

一

一

粗骨 材 大谷 石軽量骨材 〔非造粒

・

賦 作品 ） LO50

．

62 加

〜

5

！

膨張けつ岩 （造粒

・

日本 産 ） L230

．

8215

〜

5　 2

．

815

、

3

二

携 嫩 且5 参 考 　 」 石炭灰軽量骨材 〔造粒

・

日本 産 〕 L鼬 　 　 　 1　 　 　 　1　 　 　 旨 蜥

「

15

〜

5 4

，

2 _遮 8 鷁燃 且6 大谷石軽量粗骨材を破 砕したもの（試作品11

．

250

．

70　 1 　　 　 E5

〜

7

．

19

．

1 細骨材 参 考 膨張け

つ

岩 （造粒

・

日本産 11

．

θDL145

〜

7

，

4h5

，

8 携螺 15 表

一

4試 料コ ン ク リ

ー

トの調 合比お よ び単 位 容 積 重量

、

粗骨材種顛 W／C （％） 目標ス ラ ンプ ｛ω 単 _呻 骨

1

犠

げ



i

単｛

鵬

量

騙 琴

i

儲

_両

酬

酬

癩 膨温けつ岩 弱 1册　1弱

，

2　 1

．

001

．

ooI1

，

蹴　 1

，

田 〕ヨ₁

．

妍 　　 　 　 L 膨張粘土 徊 3±1 ・6騒1“

．

・

；

Lo・ 1

．

00 ・鮨 ll

・

5筋

」

1

・

42・ 大谷石 軽量 覗 16野 “

・

4_」 1

・

oo1

．

00L   1

．

518！1

．

400 る が，大谷 石を原料と し て焼 成し た人工軽 量 骨 材 （以 下， 大 谷石軽 量骨材という）の よ うに吸 水 率が小さ く

，

かつ 定常値に達す る時間 が短くて よい 骨 材は

，

・

コ ン ク リ

ー

ト 用 骨材と し て極め て良好な性質を有してい るといえる

。

　4

．

3 骨材強さ

　

大谷石

，

けつ 岩， 粘 土

を

原 料と した 3種 類の軽 量骨材 お よ び参 考と して 日本産 人工軽量 骨材につ い て，

BS

812 （Mechanical　_properties

，

　aggregate 　values 　

fQr

　

im．

pact　crushing ₁₀　per　cent 　

fines

，

　abrasion 　and 　polished stone _{）法 を 準 用}し て骨 材の圧 密 変 形量 と 圧縮強 度の_関 係を求め た。 結 果は図

一

7に示 す と おりである

。

そ れに よ る と

，

大 谷 石 軽量骨 材は膨 張けつ _岩や膨 張 粘 土 骨 材に 比べ_同

一

_{荷 重}に対す る圧 密 変 形 量が少な く， こ の ことか ら 骨材強度も

3

種類の軽量骨 材のな かで は最 も高い とい え る

。

こ の よ うに_大谷 石 軽 量 骨 材が高い強 度 を示す理 由 と し て は_， この_{骨 材}に おい ては内 部に独 立 し た空 隙が多 い こと， 表 面の ガラス質部分 が緻 密で

，

かつ 硬 質であ る こと などがあ げら れ る

。

　こ の実 験で は骨 材の含 水状態 を気乾状態に し た場合と 飽 水 状 態に し た場 合につ い て検 討 を行っ た が， 飽 水 状 態 の骨材に おい て は気 乾 状 態の骨 材に比 較して 20

−

30％ の強 度 低下 を 示 し た

。

砂 利， 砕 石 な どの普 通 骨 材におい て は 吸 水 率 が 低い こと か ら通常の場合

，

骨 材 強 度に及ぼ す含 水 率の影 響は少ないといえ る

。

本実験でみ ら れ る よ うに含 水 率と骨 材 強 度の関 係が顕 著に み られ る の は

，

軽

薮

_黶

・ 　 　呶 _義 騨爨_{轆 賊} 写 真

一

S　各種軽量骨材を用いたコ ン クリ

ー

トの骨 材とモ ル タル_部分の_界面の拡 大写真 （300倍） 牧 骨 材の特 性といえる

。

コ ン ク リ

ー

トの圧 縮 強 度 試 験に 用い ら れ る供 試 体の養 生 方 法とし て は_，

一

般に標 準 養 生 （20±3℃ _{水 中 ）}が採 用 され ることが多いが， こ の よ う な方 法 を用い た場 合は

，

軽 量コ _ンク リ

ー

トに おい て は見 掛上の骨 材 強 度が相 当量低 下す る性 質が ある ことか ら

，

気 乾 状 態 に あるコ ンクリ

ー

トに対 する見 掛 上の強 度 低 下 は

，

普 通コ ンク リ

ー

ト より大きい こと が予 想さ れ る

。

そ の た め

，

コ ン ク リ

ー

ト構 造 物などに用い ら れ る構 造 体コ ンク リ

ー

トの強 度 管 理を標 準 養 生 供 試 体 また は現 場 水 中 養 生 供 試 体を用い て行 う場 合は

，

軽 量コ _ン クリ

ー

トでは 普 通コ ン クリ

ー

トに比べ ， 安 全 側で管 理がな さ れ る こと に な るとい え る。 　

5．

大 谷 石 軽 量 骨 材 を用い たコ ンクリ

ー

トの性 質 　 大 谷 石の化 学 組 成

，

発 泡 機 構お よ び焼 成 膨 張さ せ た骨 材につ いて基 礎 的 検 討 を行っ た結 果

，

コ ン ク リ

ー

ト用 骨 材と しての適性を有す る見 通し が得ら れ たこと から

，

そ れ を

実

証す る た め

，

すで に実 用 化さ れて い る膨 張けつ _岩 お よ び膨 張粘土を用い たコ ンク リ

ー

トと比 較 検 討 を行っ た。 　5

，

1 使 用 材 料 　 骨 材は

，

表

一

3に示す ように

，

市 販 軽 量 粗 骨 材2種 類

，

試作 大谷 石軽量粗骨材お よ び大 谷 石 軽 量 細 骨 材 を用い た。 こ れ ら骨 材の

一

般 物 性は同 表に示す とお り である

。

ま た

，

セ メ ン トは中 国 河 北 省 宣 化 地 区 産の普 通 ボル トラ ン ド セ メン トで 中国 国 家 規 格

GB −

175

−

77 （Normal

Partland

　

Cement，

　

Pozzolanic

　Cement

，

　Portland　Blast

Furnace

　

Slag

　

Cement

_＞ に _{規 定} す る 強 度 区 分425

kg

／cmZ の もの を用い た

。

　5

．

2　コ ン ク リ

ー

トの調 合

，

成 形

，

養生 方 法 　表

一

4に示す よ うに_{， 粗骨材}の_{種 類}の_異な る

3

種 類の 試 料コン ク リ

ー

トを作 製し た

。

各コ ンク リ

ー

トの調 合は， 相 互の強 度 比 較が しや すい よ うに単 位セ メ ン ト量

，

単 位 水量お よ び水セ メン ト比を

一

定と し た

。

供 試 体は

一

辺 が 10cm の鉄 製 型 枠 を 用い て成 形 し， 湿潤 状 態で 24時間 養 生し た のち脱 型 し

，

そ の後

，

試 験 材 令まで標 準 養 生 を 行っ た

。

　

5．

3

　

実験結果 概 要 　 粗 骨 材に大谷 石 軽量骨 材を用いたコ ン ク リ

ー

トの絶 乾 時 単 位 容 積 重 量は

，

表

一

4に示 す よ うに 1400kg ／m3 で

，

3種 類の試 料コ ンク リ

ー

トの 中で は最 も 小さい値であっ た

。

しか し

，

骨材比 重のや や 高い膨張けつ _岩を_用い た コ ン ク リ

ー

トに おいて も

1

　457　

kg

_／m3 で あ り

，

その _差は極 めて小さいといえ る。 　図

一

8は

，

材 令 7月お よ び28 日 にお け る3種 類の軽 量 コンク リ

ー

トの圧縮 強 度を比 較 し たもの で あ る。 そ れ に よ る と

，

膨 張けつ 岩_{や膨 張}粘土_を用いたコ ンク リ

ー

ト の材 令28 日圧縮 強 度が278 お よ び253kg／cmz を示し た の に_対し大 谷 石 軽 量 骨 材 を用い たコ ン クリ

ー

トで は 375

kg

_／cm2 を示し

，30−

40％ も の高い値で あっ た

。

こ の よ うに大 谷 石 軽量骨 材を用いたコ ン クリ

ー

トに おい て高い

_，

強 度が得ら れ た理 由と して は

，

前 項で述べ たよ うに骨 材 自体の_{強 度}が高いこ と

，

写真

一5

に示すコ ンク リ

ー

ト断 面の拡 大 写真に見ら れ る よ うに膨張けつ _岩や_{膨 張 粘}土 を 用い たコ ンク リ

ー

トで は

，

ペ

ー

ス トと骨 材の _{界 面}に ク ラッ ク が観察さ れ る と と も にコ ンク リ

ー

ト断 面に もク ラックの _見ら れ る もの も あっ た

。

これに対 し大谷 石 軽量 骨材を用い たコ ンク リ

ー

トにおい て は その ような クラッ ク は見ら れず

，

コ ンク リ

ー

ト組成の

一

体性が良好であ る こ と が

，

高い強 度 発 現に寄 与して いる もの と考えられる

。

こ の よ う に大 谷 石 軽量骨 材を用い たコ ン クリ

ー

トにおい て 骨材とペ

ー

ス トの

一

体性が良 好で あ る 理由と して は大 谷 石 中に含ま れ る ゼ オ ラ イ トがセ メ ン トの _{水 和 反 応}に よっ て生 成する水 酸 化カルシ ウム と反 応して硬 化 体を生 成す る性 質 を有す ること も

一

つ の理由と し て考え ら れ る

。

ま た

，

今回の実験に用い た 膨 張 けつ 岩 お よ び 膨_{張 粘} 土骨材が_{北 京市}の工場に おい て量産体制の も とに_生産さ れ て い る もの である の に対し， 大 谷石軽 量骨材は清 華 大 学の実 験 用 キル ンで焼 成し た試 作骨材で あ り

，

慎 重に焼 成さ れた こと も高い コ ン ク リ

ー

ト強 度が得ら れ た理 由の

一

_{つ と して考え ら れ る} 。 　な お

，

こ の大谷 石軽量 骨材を 用い た コン ク リ

ー

トを日 本 産 人工軽量 骨材を 用い たコ ン ク リ

ー

トと 比 較 す る と

，

一 13 一

図

一8

に み ら れ る よ うに同 等 もし くは若 干 低い強 度を示 し ているが

，

供試体の形状等を考慮する と

，

日本 産 人工 軽量骨材を用い たコ ンクリ

ー

トよりもやや低い強度を示 すもの と考え ら れ る。 　

6

．

結 　 論 　 大谷石お よ び大谷 石 を焼 成 膨 張 させ た軽 量 骨 材な ら び にそ れ を用いたコンク リ

ー

トにつ い て基 礎 的 検 討 を行っ た結 果 をま と め る と

，

大要 以 下の よ うに な る

。

　

1

） 今 回の実 験に用いた大 谷 石は

，X

線 回 折

，

顕 微 鏡 観 察な ど に よ り ク リ ノプチロ ライ ト系ゼ オ ライ トを約 60％含有す る岩石であ るこ と を明らかに し た。 　2） こ の _{大 谷 石}を破 砕 して

，

1200

−

1350 ℃ で加 熱 す ることによ り軟 化す る と と も に表層 部が溶 融 化し

，

内 部に発 生す るガス に よっ て球 状に膨張し

，

絶 乾 比重 1

．

05

程 度の_{良 好}な軽 量 骨 材を得ること がで き る。 　

3

） 大 谷 石 軽量骨材は表層 部の ガ ラス質が緻 密で， し か も骨材中の空 隙が独 立 し た ものが多い こと か ら

，

けつ 岩 や 粘 土 を原 料と し た軽 量 骨 材に比 較して吸 水 率が小さ く

，

かつ _{骨 材 自体}の_{強 度 も高}い特 性を有 する。 　4 ） 大 谷 石 軽 量 骨材を用い たコ ン クリ

ー

トは

，

骨 材と ペ

ー

ス トの界 面 付 着が良 好であること な どか ら

，

膨 張け つ 岩 や 膨 張 粘 土を用いたコ ンクリ

ー

トに比 較して高い圧 縮 強 度がみ られ

，

参 考に示し た 日本 産 人工軽 量 骨 材を用 い た コ ン ク リ

ー

トと比 較 し て も

，

ほ ぼ近 似 し た強 度を示 して いること か ら

，

強度特性に おい ても す ぐ れて いる と いえる。 　5） 大 谷石を は じ め天 然ゼオライ トを 含む岩 石は

，

日 本におい て は極めて_広い地 域に分 布してお り

，

ま た

，

中 国におい て も多くの地域に存在し て い る こと

．

か ら

，

そ の 有 効 利 用の検 討は有 意 義なこ と と考えられ る。 本 報 告で は構 造 用 軽 量コ ン ク リ

ー

ト骨材と して の利 用の可 能 性に つ い て検 討し たが

，

中 国に お け る市 販人 工軽量骨 材と 比 較して同 等 以上の性 能を有 し

，

かつ

，

_{日本 産 人}工_{軽 量 骨} 材と比 較して も近 似 し た性 能を有す る骨材であ ること を 明らかに し た。この よ う なこ と か ら

，

大 谷 石をコ ンク リ

ー

ト用 軽 量 骨 材 資 源と して活 用す るこ と は

，

有 効な利 用の

一

つ と考え ら れ る

。

　 謝 　辞 　本研究の実 施に当た り ま し て は_， 清 華 大 学 郭王順 氏

，

王 瑞 氏

，

明 治 大 学 菊 池 雅 史 氏

，

清 水 建 設株 式 会 社江原恭 二氏

，

小 野 田セメ ン ト株 式 会 社 内 川　浩 氏

，

宇 智田俊

一

郎 氏に多大の ご協力 を頂き ま し た

。

こ こ にその こと を 記

14

一

し

，

厚く謝 意を表 し ま す。 　参考文献

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江 原 恭二 ：天 然ゼ オライトを発 泡 材 　 　 と して用いた気 泡コ _ンク リ

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トに関す る研 究 〔そ の 1＞

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10 8）　 向 井 　 毅

，

馮 乃 謙

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江 原 恭二 ：天 然ゼオライ ト粉 末の気 　 　 泡コ _ンクリ

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ト用 混 和材料と し て の利 用に関す る基 礎 的 　 　研究

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5

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　Liu　Yua皿

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He

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　Lian

　 　 Hui

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　 　 lite　Expantion

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_∫Qurnal 　of 　Silicate　Vol

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13

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1985

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3

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一

1人工軽量骨 材の製 造

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セメ ン トコ ンク リ

ー

ト

　 　 No

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259

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　1968

14） C

．

M

．

　Riley：Relation　of　Chernical　Properties　to　the

　 　 Bloating　of　

C

正ays

，

　

Jou

皿al　of　American　

Seramic

　 　 Society

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　No

．

34

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1951

．

4 15_＞向 井　毅ほ か 1人工超 軽 量 骨 材を用い たコ ンク リ

ー

トの 　 　 性 質に関す る検 討 〔その 1｝

，

日本建築 学 会 犬 会梗 概集

，

　 　 昭 和61

．

8　 　 　

−

16＞　 向 井 　毅ほ か ：石炭 灰 系 軽 量 骨 材を用い たコ ン ク リ

ー

ト 　 　 の基 礎 的 性質に関す る検討 （そ の 1）

，

日本 建 築 学 会 大会 　 　 梗 概集

，

昭和61

．

8

SYNOPSIS

UDC:691.22

'

THE

PROPERTIES

OF

ARTIFICIAL

LIGHTWEIGHT

AGGREGATE

AND

CONCRETE

WITH

EXPANDED

ZEOLITE

ROCK

by Dr.TAKESHI MUKAI, Piofessor, Meiji Univ, and

FENG NAI-orAN,AssociateProfessor of TsinghuaUniv.

,

Members of A.I.J.

'

This

paper presentsthe research en the expanding characteristic of zeoiite rock

(Ohya-Roek)

and the

fun-demental

_propertiesof aggregate and concrete with expanded zeolite rock as a structural lightweightconcrete.

We

received a

few

beneficial

conclusions inthisinvestigation.

(

1

)

We

could _produce a new _type of artificial

lighweight

aggregate that

is

made of zeolite

'rock

crushed and

fired

at about 12soOC,

(2)

This

artificial lightweightaggregate has many _poresthat are not connected to each other.

Therefore,

.this

aggregate

has

a

higher

compressive strength than theother artificial

lightweight

aggregates,

_.and

the

water absorptien

is

not as

high

as

in

theother aggregates.

(

3

)

The compressive strength

6f

theconcrete mixed with expanded zeolite aggregate

is

higher

than the other

concretes compoced of expanded clay aggregate and expanded slate aggregate.

From

the above results, we can conclude thatthe expanded zeolite aggregate is_the most _qualitifiedas a structural

lightweight

concrete aggregate.

'