アルカリ骨材反応に関する歴史と世界の動向
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(2) で は,高 ア ル カ リセ メ ン トの等 価Na、0量 て,0.6%と. の限 度 値 と し. い う値 が早 い段 階 で受 け入 れ られ た が,ア. は,そ の結 果 の解 釈 に十 分 注 意 す べ きで あ る こ とは認 め られ な が ら も,試 験 の実 施 が 容 易 で あ るた め に,モ ル タ. ル カ リ骨材 反 応 の 防止 に対 す る一 般 的 な安 全 基 準 と して. ル バ ー 法 は今 日で も重 要 な判 定 法 の1つ とな っ て い る。. の0.6%と. 特 にStantonが. い う値 の妥 当性 に対 して,当. 時 す で に強 い. 発見 した オパ ー ル で 代 表 され る よ うな. 疑 問 が 投 げ か け られ て い る。 こ の よ うな低 ア ル カ リセ メ. 古 典 的 ア ル カ リ ・シ リカ反 応 で は,粗 骨 材 に反 応 成分 が. ン トに対 す るア ル カ リ量 の 限度 値 に 関す る問 題 だ けで な. 含 まれ る とき,コ ン ク リー トの膨 張 お よび ひ び わ れ の 発. く,0.6%を. 生 は モ ル タル の場 合 よ り遅 れ る こ とが認 め られ,ま た,. は る か に 下 回 る ア ル カ リ量 の セ メ ン トを使. 用 した コ ン ク リー トにお い て ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る損. 実 際 の構造 物 が 受 け る 自然 現 環境 条 件 が,コ ン ク リー トに. 傷 が発 生 した こ と もあ り,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る コ ン. 生 ず る損 傷 の 程 度 に大 き な影 響 を及 ぼす の で,モ ル タル. ク リー トの膨 張 や ひ び われ の 発生 を防 止 す る た め に は,. に よ る室 内 実 験 の 結 果 か ら実 際 の コン ク リー ト構 造 物 に. セ メ ン トの 等価Na、0量. お いて 生 ず る現 象 を 予測 す るこ とが 困難 で あ る こ とが 明. の 絶対 値 だ け で な く,等 価 ア. ル カ リ量 の反 応 性 骨 材 量 に対 す る 比率,練. りまぜ 水 お よ. らか とな り,そ れ が,コ. ン ク リー ト供 試 体 に よ る試 験 法. び 骨 材 に含 まれ るア ル カ リ,コ ン ク リー トの外 部 か ら侵. の開 発 へ と受 け継 が れ て ゆ く。 この よ うに,1960年. ま. 入 す る アル カ リも考 慮 され るべ き で あ る こ とがす で に認. で の ア ル カ リ骨 材 反 応 に関 す る研 究 は,岩 石 学 的 手 法 に よ る劣 化 コ ン ク リー トの 内部 組 織 に 関 す る研 究,急 速 化. 識 され て い る。 当然 の こ とで は あ るが,ア ル カ リ骨材 反 応 に よ る コン. 学 的 試 験 法 の開 発 お よび ア ル カ リ骨 材 反 応 の メ カ ニ ズ ム. ク リー トの劣 化 とい う現 象 が 発 見 され て 間 もな く,ア ル. に関 す る研 究 が 中心 で あ り,ASTMC227お. カ リ反 応 性 骨 材 の判 定 法 の 開 発 が最 も重 要 な課 題 と して. の2つ の試 験 法 の確 立 とい う大 き な遺 産 を残 した と言 え. 取 り上 げ られ,骨 材 のア ル カ リ反応 性 を定 性 的 ま た は あ. よ う。. る程 度 定 量 的 に判 定 す る方 法 と して,ま ず 岩 石 学 的 方 法. 1960年. 代 に入 る と,ア. ル カ リ骨 材 反 応 に 関す る研 究. が注 目 され た。 骨 材 のア ル カ リ反応 性 を定 性 的 に推 定 す. 活 動 は や や 下 火 とな るが,研. る方 法 と して,ゲ. く,特 に1965年. 研 究 が,1940年. ル パ ッ ト試 験3)お よび 急 速 化 学 試 験 の. 代 の初 期 に 強 力 に推 し進 め られ た が,こ. よびC289. 究 の 底流 は 滞 ることはな. か ら,カ ナ ダ の ノバ ス コシ ア地 方 にお. いて 発 生 した コ ン ク リー トの 異 常膨 張 お よび ひび わ れ の. れ らの試 験 方 法 は今 日まで 生 き残 って い る。急 速 化 学 試. 発 生 に対 す る調 査 が 開 始 され,こ. 験 法 の 開 発 が積 極 的 に進 め られ た背 景 には,コ. ア ル カ リ ・シ リカ反 応 と異 な るア ル カ リ ・シ リケ ー ト反. ン ク リー. の調 査 研 究 は,従 来 の. ト工 事 を 開始 しよ う とす る初 期 の段 階 で6か 月以 上 の時. 応 の提 案 へ とつ なが る。1960年. 間 を 要 す る モ ル タ ルバ ー 法 が実 施 され る こ とが ほ とん ど. 応 に対 す る 関 心 が 比 較 的 薄 い 時 期 と 考 え られ る。 しか. な く,さ らに岩 石 学 的 方 法 に よ って 得 られ る結 果 は,コ. し,1965年. ン ク リー ト用骨 材 と して 有 害 な ア ル カ リ反 応性 を 直接 表. カ反 応 に よ って 著 しい 損 傷 を受 けた道 路 橋(Lachswehr. 頃,北. 代 は,ア. ル カ リ骨 材 反. 部 ドイ ツ にお い て,ア ル カ リ ・シ リ. す もの で は な い とい う事 情 が あ っ た。 こ の よ うな 状 況 の. 橋)が 特 に大 き な関 心 を呼 ん だ5)。 こ の橋 りよ うは1968. も とで 開 発 され た の が,Mielenzら. に よ る急 速 化 学 法4). 年 に取 り壊 され,建 造 し直 され た が,そ れ 以 来 ドイ ツ で. 学 法)は 本 質 的 に. は,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に関 す る研 究 に大 き な 関心 が. で あ る 。現 在 のASTMC289‑71(化 このMielenzら. の方 法 と変 わ る と こ ろは な い が,こ の. 急 速 化学 法 は,1952年 とな るが,1954年. に標 準 試 験(案)ASTMC289. と1957年. に改 訂 され て い る。. 化 学 法 や岩 石 学 的 手 法 に よ る判 定 法 は,あ る骨 材 が潜. 払 われ,1973年. にデ ュ ッ セル ドル フで 開催 され た講 演. 会 の 論 文 集 と して 集 大 成 され 確 立 され た 予 防基 準 は, 1983年4月,DIN. 4226と. して 採 用 され て い る6)。. ドイ ツ に お け る新 た な損 傷 構 造 物 の 発 見 が 引 き金 に な. 在 的 な ア ル カ リ反 応 性 の危 険 性 を有 す るか 否 か を 判 定 す. っ た か の よ うに思 わ れ るが,1970年. るた めの 基 準 を 与 え る もの で あ り,そ の骨 材 を コ ン ク リ. 諸 国 で は,ア. ー ト用 と して使 用 した とき の ア ル カ リ反 応 性 お よび そ の. る。 この ア ル カ リ骨 材 に関 す る研 究 の 復 活 の 背 景 に は,. 骨 材 のア ル カ リ反 応性 に よ っ て コ ン ク リー トに損 傷 が 生. 次 の よ うな事 情 が っ た。 す な わ ち. ず るか 否 か につ い て,必 ず し も正 確 な情 報 を与 え る もの. 1)省. 代 に入 る と,欧 米. ル カ リ骨 材 反 応 に 関 す る 関心 が 再 び 高 ま. エ ネ ル ギ ー型 の セ メ ン ト製 造 法 の 採 用 に よ っ. で はな い 。 した が っ て,モ ル タ ルや コン ク リー ト供 試 体. て,廉 価 で低 ア ル カ リセ メ ン トを入 手 す る こ とが 困難 と. に よ る直 接 試 験 法 の必 要 性 も当初 か ら強 調 され て きた 課. な っ た。. 題 で あ った 。 最 初 の段 階 で は,骨 材 中 の砂 分 の み の ア ル. 2)古. い構 造 物 に見 られ るひ び わ れ が,そ れ ま で は非. カ リ反 応 性 を確 認 す るた め に実 施 され たモ ル タ ルバ ー 法. 反 応性 と見 な され て い た骨 材 の ア ル カ リ反 応性 に よる も. は,間 も な くそ の まま 粗 骨材 に対 して も適 用 され る こ と. の で あ る こ とが,新 た に明 らか にな った 。. に な る。 こ のモ ル タル バ ー 法 の粗 骨 材 へ の適 用 につ い て. 6. 3)北. 部 ドイ ツ の よ うに,そ れ まで 知 られ て い な か っ コ ン ク リー ト工 学.
(3) た 場所 で,コ. ン ク リー ト構 造 物 に早 期 に ひ どい 損 傷 が 生. にお い て,大 き な貢 献 を成 して き た と言 え よ う。 一方. じた。 こ の よ うに,1970年. 代 に入 って 欧 米 諸 国 で ア ル カ リ. ,我 が国 に お いて は,1950年,藤. 井 に よ って ア. ル カ リ骨 材 反 応 に関 す る 文 献 が 紹 介 され て い るが9),実. 骨 材 反 応 に対 す る関 心 が高 ま り始 め る に伴 っ て,新 た に. 際 の研 究 活 動 は,1951年. アイ ス ラ ン ド,イ ギ リス お よび 南 ア フ リ カに お い て, 次 々 とア ル カ リ骨 材 反応 に よ る コ ン ク リー ト構 造 物 の劣. され た山 形 県 村 山 橋 お よび長 崎 橋 に お け る劣 化 コ ン ク リ ー トの調 査 で あ る。 こ の調 査 結 果 に よ る と,両 橋 にお い. に近 藤 ・北 川10)によ って 実 施. 化 が 重 要 な 問題 と して浮 上 して くる。 イ ギ リス で は,一. て使 用 され た最 上 川 産 の砂 お よび 砂 利 は頁 岩,砂 岩,〓. 般 に コ ン ク リー ト用 と して 使 用 され て い る 骨 材 の 中 に. 岩,浮 石 等 を含 み,こ れ らの うち頁 岩 と浮 石 の ア ル カ リ. ASTMの. 反 応 性 が高 い こ とが報 告 され て い る。 近藤 ・北 川 は,こ. 化 学 法 ま た は モ ル タ ルバ ー 法 に よっ て 潜 在 的. に有 害 と判 定 され る もの が あ る こ とは か な り以 前 か ら知 られ て い た が,1976年. に南 西 部 にあ る 変電 所 の基 礎 コ. の調 査 に 関連 して,近 畿 ・四 国 ・東 北 にお け る104種 類 の骨 材 の アル カ リ反 応性 をASTMの. 化学 法 に よ って 検. ン ク リー トの劣 化 がア ル カ リ骨 材反 応 に起 因 す る こ とが. 査 した結 果,上 述 の 最 上 川 産 の 骨材 を含 めて,2種. 明 らか にな る まで は,イ ギ リス にお い て ア ル カ リ骨 材 反. み が有 害 な ア ル カ リ反 応 性 を もつ こ とを明 らか に した。. 類の. 応 が コ ン ク リー トの 劣 化原 因 の1つ で あ る と考 え られ た. こ の調 査 結 果 に基 づ い て,我 が国 にお いて は,コ ン ク リ. こ とは な か っ た よ うで あ る。 しか し,そ の後,ア. ルカ リ. ー トに損傷 を 与 え る よ うな有 害 な ア ル カ リ反 応性 骨 材 は. 骨 材 反 応 に よる劣 化 構 造 物 は次 々 と発 見 され,そ. の建 設. ほ とん どな い,と い う考 え方 が一 般 化 した よ うで あ る。. 頃 に ま で さか の ぼ る も の まで 含 まれ て い. コ ン ク リー ト構 造 物 に生 ず る損 傷 が ア ル カ リ骨 材 反 応 に. 時 期 が1931年. る。 イ ギ リス のCement. and Concrete. Associationに. 結 成 され た作 業 部 会 は,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 の 防止 対. よる もの で あ るか 否 か の判 別 が 容 易 で な い こ とや,調 査 結 果 の 公 表 が 制 限 され る こ とが あ っ た た め と 思 わ れ る. 策 の一 環 と して,「 ア ル カ リ・シ リカ反 応 に よっ て生 ず る. が,そ の後1965年. 有 害 膨 張 の 危 険 性 を 最 小 限度 に と どめ る た め の 手 引 」7). 取 県 皆 生 海 岸 砂 利 を使 用 した コン ク リー トに発 生 した ア. を 発 行 して い るが,イ. ル カ リ骨 材 反 応 に よる被 害 例 に 関す る報 告 以 外 に,ア ル. ギ リス で 問題 とな っ て い る反 応 性. 骨 材 の 判 定 試験 法 に つ い て は,ま. だ 検 討 中 の よ うで あ. る8)。. にお ける村 田 ・関 ・藤 木11)によ る鳥. カ リ骨 材 反 応 に よ る コン ク リー トの劣 化 につ い て 公 表 さ れ た こ とは な か っ た。1970年. 南 ア フ リ カ で は,NITRR(National Transport. and Road. Research)の. Institute for 調 査 に よ る と,1950. 年 以 来 建 造 され た コン ク リー ト構 造 物 の約50%は. アル. 代 後 半 か ら,ア ル カ リ・シ. リカ反 応 の メ カ ニ ズ ム に 関す る基 礎 研 究 に関 す る報 告12) が散 見 され る が,こ れ ら の論 文 お よび 有 泉 によ る解 説13) (1979年)に. お いて も,我 が 国 にお ける ア ル カ リ骨 材 反. カ リ骨 材 反 応 に よ る劣 化 の兆 候 を も って い る こ とが判 明. 応 に よ る コ ン ク リー トの損 傷例 は,極 め て まれ で あ る と. して い る。 こ の国 で は予 防 策 と して,Malmesburry骨. は 言 え ない 潜 在 化 した もの で あ る こ とが 指 摘 され て い. 材(南. ア フ リカ にお け る反 応性 骨材 の1つ)と. 量0.6%以. アルカ リ. 上 の セ メ ン トとの組 合 せ に お いて は,単. ア ル カ リ量 を2.1kg/m. る。 しか し,1982年. 頃 か ら,阪 神 高 速 道 路 公 団 の関 連. 位. 施 設 にお い て ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に よ るひ び わ れ が 発. 3以 下 とす る こ とを 勧 め て い. 生 して い る こ とが確 認 され,阪 神 高 速 道 路 管 理 技術 セ ン. る。 しか し,南 ア フ リカ の多 種 類 の反 応 性 骨 材 に対 して. ター お よび 日本 材 料 学 会 にお い て 調 査 委 員会(委 員 長:. 適 用 で き る十 分 な信 頼 性 を有 す る反 応 性 骨 材 の判 定 試験. 岡田. 法 を設 定 す る こ とは不 可 能 で あ る とい うのが 現 状 の よ う. 動 が約3年. で あ る。. は,特 に,関 西 地 域 の一 部 の コ ン ク リー ト構造 物 に損 傷. 上 述 の よ うに,1960年. 代 後 半 か ら,北 部 ドイ ツ,ア. 清 京 都 大 学 教 授)が 設 け られ,活 発 な調 査 研 究 活 間 にわ た って 続 け られ た。 こ の調 査 研 究 で. を もた ら したア ル カ リ反 応性 骨 材 に対 す る予 防 基 準 の設. イ ス ラ ン ド,イ ギ リス お よび 南 ア フ リ カに お い て相 次 い. 定 お よび 劣 化 構造 物 の耐 荷 力 お よび 補 修 法 に関 して 貴 重. で,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よっ て損 傷 を受 け た構造 物 が発. な成 果 が 得 られ,そ. 見 され,そ れ らの構 造 物 に関 す る調 査 研 究,そ れ らの 地. カ リ骨材 反 応 に よ る コン ク リー トの劣 化 の 問題 を解 決 す. 域 にお け る予 防対 策 に 関連 す る研 究 お よび ア ル カ リ骨材. る にあ た つ て 重 要 な 役 割 を 果 た して ゆ く もの と 思 わ れ. 反 応 の メ カ ニ ズ ム に 関す る研 究 の 新 たな 展 開 に呼応 し. る。. て,1974年. か ら,約2年. に1回 の 割 合 で ア ル カ リ骨 材. 3.研. の成 果 は,今 後 我 が国 にお ける ア ル. 究 の 現 状 と将 来. 反 応 に関 す る国 際 会 議 が開 催 され て きた。 これ ま で の6 回 の国 際 会 議 は,特 に実 際 の 構造 物 にお け る ア ル カ リ骨. 2.に お い て は,1940年. に ア ル カ リ骨 材 反 応 とい う現. 材 反 応 に よ る劣 化 現 象 を よ り深 く理 解 し,そ れ を予 防 対. 象 が 発 見 され て 以来,こ. 策 また は 劣 化 構造 物 の 維持 管理 に役 立 て て ゆ くとい う点. コ ン ク リー トの劣 化 の 問題 に対 す る世 界 各 国 の 技術 者 お. Vol.24,. No.11,. Nov.1986. の反 応 に よ つて 引 き起 こ され る. 7.
(4) よび 研 究 者 の対 処 の仕 方 の足 跡 につ い て 述 べ た 。 そ の 中. 生 ず る ア ル カ リ・シ リカ反 応 は,さ ら に複 雑 で あ る。 例 え. で,ア ル カ リ骨 材 反 応 に関 す る研 究 活 動 の"ル ネ ッサ ン. ば,骨 材 中 に含 まれ る長 石 の よ うな 鉱物 が ア ル カ リの供. ス期"と. 給 源 に な る か否 か は,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 の 防 止対 策. も言 うべ き1970年. 代 初 頭 にお い て,世 界 の研. 究 者 の 目は,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 とい う現 象 自体 の 特. とい う面 か ら も重 要 な課 題 で あ る。 図‑1は,水. 異 性(例. ル シ ウム の ス ラ リー 中 に種 々 の岩 石 や 鉱 物(粒 子 の大 き. え ば ペ シ マ ム量 の存 在)お. よび ア ル カ リ ・シ リ. 酸化 カ. カ反 応 に よ っ て劣 化 した構 造 物 が示 す 不 可 解 な 挙 動 を,. さ:4.75〜2.36mm)を. よ り深 く理 解 しよ う とす る方 向 に向 け られ た。 す な わ ち. ス ラ リー 中 に 解 放 され る ア ル カ リ量 を 示 す 。 この 図 か. 浸 漬 し た と き に,時 間 と と も に. 反 応 の メカ ニ ズ ム を理 解 す る こ とが有 効 な 防 止 法 の発 見. ら,岩 石 ま た は鉱 物 に よ って は,か な り多 量 の ア ル カ リ. につ な が る,と い う期 待 の も とに,特 にア ル カ リ ・シ リ. が 溶 出 され る こ とが わ か る。 しか し,実 際 の コ ン ク リー. カ反 応 の メ カ ニ ズ ム に 関す る研 究 が積 極 的 に進 め られ,. トにお い て,骨 材 岩 石 中 の ア ル カ リが細 孔 溶 液 中 に溶 出. それ か ら10数. 年 経 過 した現 在 で は,そ の当 時 まで 説 明. す る こ とが あ る か否 か は不 明 で あ る。 こ の よ うに,岩 石. で き な か っ た種 々 の現 象 が,あ る程 度 無 理 な く理 解 で き. 骨材 が ア ル カ リの供 給 源 に な り うるか 否 か とい う問 題 だ. るよ う にな っ た。 特 に,Diamondが. 中心 と な って 進 め. けで な く,そ れ 自体 が膨 張 す る可 能 性 を もつ 粘 土 鉱 物 の. メ リカ)に お け る研 究 に よ って 得 ら. 働 きお よび 隠微 晶質 石 英 や 結 晶 格 子 に欠 陥 を もつ 石 英 が. た パ デ ュー大 学(ア. れ た コ ン ク リー ト中 の 細 孔溶 液(pore. solution)の 化 学. 組 成 とア ル カ リ骨 材 反 応 とを 関連 づ け る考 え方,す. なわ. 関 与 す るア ル カ リ ・シ リカ反 応 につ いて は,今 後 の研 究 に持 た ね ば な らな い 多 くの 問題 が残 され て い る。1970年. ち,ア ル カ リ ・シ リ カ反 応 に 関 す る 限 り,反 応 を 開始 さ. 代 後 半 か ら,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る コ ン ク リー トの劣. せ 持 続 させ るた め に必 要 な細 孔 溶 液 中 の水 酸 化 ア ル カ リ. 化 の問 題 が 大 き く取 り上 げ られ た イ ギ リスや 南 ア フ リカ. の濃 度 には 限 界値 が 存 在 す る はず で あ る とい う 概 念14). にお け る反 応 性 骨 材 中 の反 応成 分 は,隠 微 晶質 石 英 ま た. は,鉱 物 混 和 材 ま た は化 学 混 和 剤 に よ る ア ル カ リ ・シ リ. はひ ず んだ 結 晶構 造 を もつ 石英 で あ る。 これ らの反 応 性. カ反 応 の防 止 の 可 能性 へ の道 を 開 い た と言 え る。 こ の よ. 骨 材 を含 有 す る コ ン ク リー トに お け る ア ル カ リ骨 材 反 応. うに,均 質 な オ パ ー ル 骨材 を使 用 した実 験 に よ って アル. は,本 質 的 に古 典 的 ア ル カ リ ・シ リカ反 応 と異 な る こ と. カ リ・シ リカ反 応 の本 質 を解 明 す る とい う点 に お いて は,. は ない 。 しか し,こ の よ うな石 英 が反 応 成 分 で あ る と き. 1970年. 初 頭 に設 定 され た 目標 に ほ ぼ 近 づ き つつ あ る。. のモ ル タル や コ ン ク リー トの膨 張 挙 動 や 劣 化 の兆 候 は,. しか し,種 々 の鉱 物 か らな る複 雑 な 内部 組 織 を もつ ア ル. 古 典 的 ア ル カ リ・シ リカ反 応 の場 合 とか な り異 な る の で,. カ リ反 応 性 岩 石 を含 有 す る実 際 の コ ン ク リー トに お いて. ア ル カ リ ・石 英 質 岩 石 反 応(Alkali‑Siliceous action)と. Rock. Re‑. して 区別 され る こ と もあ る。 ア ル カ リ ・石 英. 質 岩 石 反 応 につ い て は,そ の反 応 の メカ ニ ズ ム だ け で な く,そ の よ うな 岩 石 の ア ル カ リ反 応 性 の判 定 試 験 法 の 開 発 が,今 後 の重 要 な 課題 の1つ で あ ろ う。 しか し,後 述 す る よ うに,こ の種 の岩 石 に対 す る岩 石 学 的 手 法 お よび 膨 張 試 験 法 に よ る有 害 な ア ル カ リ反 応 性 の判 定 は,古 典 的 ア ル カ リ ・シ リカ反 応 の 場 合 よ り もか な りむず か しい よ うで あ る。 こ の よ うに,ア ル カ リ反 応 性 の石 英 に起 因 す る ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る劣 化構 造 物 も少 な くな い と い うや っ かい な事 情 が 浮 上 して き て い る の で,ア ル カ リ 骨 材 反 応 にお け る隠 微 晶 質 石 英 や格 子 欠 陥 を もつ石 英 の 働 き に つ いて の研 究 も,さ ら に積極 的 に進 め られ る こ と に な る で あ ろ う。 一 方,ア ル カ リ骨 材 反 応 に お い て は, Na +,K. +,OH ‑の. 各 イ オ ン の働 きが 重 要 で あ る こ とは. もち ろ ん で あ る が,実 際 の コ ン ク リー トの ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る劣 化 の メ カ ニ ズ ム にお い て は,こ れ らの イ オ ン と共 存 す るCa. 2+,SO4 2‑,CO3 2‑, Al 3+の 各 イ オ ン の. 働 き の重 要 性 も強 調 され な けれ ば な らな い。 こ の よ うな 図‑1. 40℃. のCa(OH)2ス. ラ リー に お け る鉱 物 お よ び 岩. 石 か らの ア ル カ リの 溶 出(粒 子 の大 き さ:4.75〜 2.36mm,岩 石100g+Ca(OH)220g+水500ml) 15). 8. 実 際 の コン ク リー トにお け るア ル カ リ ・シ リカ反 応 の メ カ ニ ズ ム は よ り複 雑 で あ り,こ れ らの 問題 は,光 学 顕 微 鏡X線. 回 折,SEM,. EPMA,. XPS等. の実験 手 法 の 適 コ ンク リー ト工 学.
(5) 用 に よ っ て得 られ る劣 化 コ ン ク リー ト内 部 の微 視 的 構造. を 有 して い る か否 か を判 定 して い る国 はほ とん どな い 。. の特 徴 お よび 反 応 生 成 物 に関 す る情 報 を通 して 解 明 され. 表‑1か. て ゆ くも の と思 わ れ る。. 応 性 骨 材 に対 して,適 用 す る た め に開 発 され た ドイ ツ 法. あ る骨 材 が アル カ リ反 応 性 で あ るか 否 か を 適切 に判定 す る こ と に よ って,そ. ら明 らか な よ うに,ド イ ツ北 部 地 域 にお ける反. (DIN4226)は. 別 と して,全. 体 と して,ASTMの2つ. の よ うな 骨材 を コ ン ク リー ト用 と. の方 法 と全 く異 な っ た試 験 法 を 開 発 す る とい う方 向 で は. して 使 用 しな い よ うにす る こ とは,ア ル カ リ骨 材 反 応 の. な く,あ る特 定 の地 域 また は あ る特 定 の骨 材 に適 用 で き. 防 止 対 策 の 基 本 で あ り,2.の. 歴 史 的 背 景 の 項 で述 べ た. る よ うにASTMの. 化 学 法 ま た は モ ル タ ルバ ー法 を修 正. よ うに,ア ル カ リ骨材 反 応 とい う現 象 が 発見 され た時 か. す る とい うのが,世 界 的 な傾 向 の よ うで あ る。 例 え ば,. ら,ア メ リカで は ア ル カ リ反 応 性 骨 材 の判 定 法 に関 す る. ア イ ス ラ ン ドの砂(反 応 成 分:火. 研 究 が 活 発 に進 め られ,1950年. マー クの フ リン ト砂 利 に対 して は,溶. 代 の初 め にASTMの. 化. 山 ガ ラス)お よび デ ン 解 シ リカ量(Sc). 学 法 お よび モ ル タ ル バ ー法 と して完 成 した。ASTMの. に対 す る新 た な 基 準 値 と して,そ れ ぞれ100mmol/lお. 化 学 法(ASTMC289)に. よび50mmol/lが. お け る有 害 骨 材 と無 害 骨 材 と. を判 別 す る た め の基 準 線 は,ア メ リカ にお け る多 数 の骨. ASTMの. 採 用 され て い る。. モ ル タ ル バ ー法 に お け る基 準 値(6か. 月に. 材 に対 す る モ ル タ ルバ ー法 と化 学 法 の結 果 に基 づ い て 設. お け る膨 張量 の 限 界値:0.1%)に. 定 され た。 こ の基 準 線 を設 定 す る た め に用 い られ た反 応. 題 点 が 指 摘 され て い る。 元 来,・ASTMの. 性 骨 材 中 の反 応 成 分 の ほ とん ど は,オ パ ー ル,玉 髄,火. タ ル の膨 張 が 比較 的 初 期 の短 期 間 にお い て 急 速 に進 行 す. 山 ガ ラス の いず れ か で あ っ た た め と思 われ るが,ASTM. る よ うな骨 材(一 般 に古 典 的 ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に属. 対 して も,2,3の. 問. 基 準 は,モ ル. の2つ の方 法 は,古 典 的 な ア ル カ リ反 応 性 の 骨 材 に対 す. す る と され る もの)に 対 して 設 定 され た もの で あ る。 し. る適 用 性 は比 較 的 良 好 の よ うで あ る。 しか し,1970年. か し,遅 延 膨 張 性(late‑expansiveness)を. 後 以 後,カ. 前. ナ ダ,イ ギ リス,南 ア フ リカ にお い て発 見 さ. え ば南 ア フ リカ のMalmesbury骨. 示 す骨 材(例. 材)は,そ. れ を使 用. れ た アル カ リ骨 材 反 応 に よ る コ ン ク リー トの劣 化 は,ア. した モ ル タ ルバ ー の膨 張 量 はASTMの. ル カ リ反 応 性 の 石 英 に起 因 す る もの も少 な くな い。 こ の. る が,実 際 の コ ン ク リー ト用 骨 材 と して使 用 す る と有 害. こ と も関 係 して い ると 思 われ るが,表‑1に. 示 され る. な膨 張 を示 す とい う不 都 合 が 生 ず る。 した が っ て,モ ル. 化学 法 ま た は モ ル タ ル バ ー法 を そ の. タ ルバ ー法 にお い て も,す べ て の岩 石 に適 用 で き る よ う. ま ま適 用 す る こ と に よっ て骨 材 が有 害 な ア ル カ リ反 応 性. な基 準 値 の設 定 は不 可 能 で あ り,あ る特 定 の骨 材 に対 し. よ うに,ASTMの. 表‑1各. Vol.24,. No.11,. Nov.1986. 国 に お け る ア ル カ リ反 応 性 骨材 の 判 定 法 の 現 状(文 献16)に. 基準値以下 であ. 基づいて筆 者が作成). 9.
(6) て,判 定 の 時期 お よ び膨 張 量 の基 準 値 を設 定 す る傾 向 に. 材 の ペ シ マ ム量 が移 動 す る と き に生 ず る。 前 者 に つ い て. あ る。一 般 的 に言 え ば,6か. は,我 が 国 で は現 在 の と こ ろ,コ ン ク リー ト中 の ア ル カ. 月 にお いて0.1%以. 下 の膨. 張 量 を示 す 骨材 は無 害 とす る基 準 は危 険 側 に過 ぎ る よ う. リの濃 度 を上 昇 させ る よ うな フ ライ ア ッ シ ュは 見 られ な. で あ る。 ア メ リカ にお い て も,Corps. い よ うで あ る が,後 者 に関 す る問 題 は,対 象 とな る反 応. 基 準 はASTM基 CAN. of Engineersの. 準 よ り か な りきび し く16),カ ナ ダ の. 3 A23.1‑M77で. は,材. 性 骨 材 の膨 張 挙 動 や コン ク リー トの配 合 等 との 関連 にお い て 検 討 され る べ き で あ る。 ポ ゾラ ン のア ル カ リ ・シ リ. 令 に 関係 な く,0.04%. 以 上 の膨 張 を示 す 骨 材 は 不 合格 とい う,さ らに きび しい. カ膨 張 の 抑 制 効 果 の 判 定 試 験 法 と して,ASTMC441. 基 準 値 を設 定 して い る。 カナ ダ,南 ア フ リカ お よび イ ギ. が あ る。 しか し,こ の標 準試 験 は,高 炉 ス ラ グへ の適 用. リス(検 討 中)に お い て は,モ ル タ ル(細 骨 材 と して 使. は適 当で な く,す べ て の ポ ゾ ラ ンに対 して 信 頼 で き る結. 用)で. ン ク リー ト(粗 骨 材 と. 果 を与 え る も ので あ るか 否 か は疑 問 で あ る。 した が って. は有 害 な膨 張 を起 こす とい う岩 石 も少 な く. 現 状 で は,各 ポ ゾ ラ ンま た は 高 炉 ス ラ グの ア ル カ リ ・シ. は あ ま り膨 張 しない が,コ. して使 用)で. な く,コ ン ク リー ト供 試 体 に よ る膨 張 試験 法 を 設 定 ま た. リカ膨 張 に及 ぼす 影 響 を よ く把 握 す る と と もに,実 際 の. は 検討 中 で あ る。 しか し,試 験 の実 施 の 容 易 さお よび実. 適 用 に あ た って は,特 定 の反 応性 骨 材,セ. メ ン トお よ び. 際 の コ ン ク リー トに よ り近 い 条 件 下 にお け る骨 材 の 有害. ポ ゾ ラン の組 合 せ に対 して,そ. 膨 張性 の判 定 法 とい う点 か ら考 えて,モ ル タル バ ー 法 以. 験 によ っ て十 分 確 か めて お くこ と以 外 に方 法 は な い よ う. 外 に適 当 な方 法 が な い とい うの が現 状 で あ る。 モ ル タル. で あ る。 ポ ゾ ランや 高 炉 ス ラグ の ア ル カ リ ・シ リカ膨 張. ま た は コ ン ク リー ト供 試 体 の膨 張 量 か ら骨 材 の有 害 膨 張. 抑 制 材 と して の有 効 利 用 の 問題 は,ア ル カ リ骨 材 反 応 に. 性 を判 定 す る直接 法 は,結 果 を得 る まで に長 期 間 を要 す. 関 す る第6回. る とい う欠 点 を 克服 す る た め に,2,3の. った こ と,産 業 副 産物 の コ ンク リー ト用 材 料 と して の有. 促 進 法17)〜21)が. の有 効性 を あ らか じめ試. 目の 国 際会 議 に お け る主 テ ー マ の1つ で あ. 検 討 され て い る。 しか し,い ずれ の促 進 法 に お いて も,. 効 利 用 につ い て の 関心 の高 ま りお よび イ ギ リス にお け る. モ ル タル の膨 張 は,通 常 の コ ン ク リー ト中 で は起 こ りえ. フ ライ ア ッ シ ュや 高 炉 ス ラ グは,イ ギ リス に お け る ア ル. な い よ うな反 応 が 生 ず る こ と に よっ て影 響 され る お それ. カ リ ・シ リカ反 応 に よる コ ン ク リー トの劣 化 の防 止 に対. が あ り,こ れ らの促 進 法 に よっ て得 られ た結 果 と実 際 の. して 有 効 で あ る と の確 証 に基 づ い て,そ れ らの使 用 が積. コン ク リー トにお け る現 象 と の相 関性 につ い て十 分 検 討. 極 的 に 勧 め られ て い る こ と7)を考 慮 す る と,我 が国 に お. して お くこ とが重 要 で あ る。 これ らの促 進 法 が どの程 度. いて も,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に よる コ ン ク リー トの劣. 広 範 囲 の骨 材 に対 して 適 用 可 能 で あ るか とい う こ とに つ. 化 防 止 対 策 の1つ の大 きな 柱 と して,フ. い て の確 証 は,得. 高 炉 ス ラ グや シ リカ フ ュー ムの 積 極 的 な使 用 を 推進 す る. られ て い ない のが 現 現状 で あ る。 実 際 の. コ ン ク リー トに お け る条 件(特 にア ル カ リ量 お よび温 度) に近 い試 験 条 件 下 に お け るモ ル タ ル ま たは コ ン ク リー ト. ライ ア ッシ ュ,. た め の研 究 が必 要 で あ ろ う。 1970年 代 後 半 以 後 に開 催 され た 国 際 会 議 で は,ア. ル. 供 試体 の膨 張 挙動 との相 関性 を十 分 検 討 しな い で,促 進. カ リ骨 材 反 応 に よ って 劣 化 し た コ ン ク リー ト構 造 物 に 関. 法 を標 準試 験 と して採 用 す る こ とに よ って 種 々 の不 都 合. す る事 例 研 究 の報 告 の数 が増 加 し,特 にア ル カ リ骨材 反. (例え ば 良 品 質 の骨 材 を棄 却 す る こ と,ま た は逆 の こ と. 応 に関 す る第5回(1981年)お. よび 第6回(1983年). もあ る)が もた ら され る こ との危 険 性 を避 け る た め に,. 国 際会 議 にお い て は,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に よっ て 損. 現 在 各 国 で は,ASTMの. 傷 を受 けた種 々 の コン ク リー ト構 造 物 の特 徴,ひ び わ れ. 化 学 法 お よび モ ル タル バ ー 法. に お い て 規 定 され て い る試 験 条 件 は忠 実 に踏 襲 す る が,. の 発 生 状 況,補 修 お よび 補 強 工 事 例,お. 基 準 値 は,そ の国 ま た は 地域 で 問題 とな って い る反 応 性. るア ル カ リ骨 材反 応 に よる コン ク リー ト構 造 物 の損 傷 状. 岩 石 に適 合 す る よ うに修 正 す る こ とに よ って,ア. 況 につ い て 比較 的 多 くの報 告 が見 られ る。 さ らに,2.の. ルカ リ. よび 各 国 にお け. 骨 材 反 応 に よ る コ ン ク リー トの劣 化 問題 に対 処 して い る. 項 で述 べ た よ うに,1982年. よ うで あ る。. に お け るア ル カ リ ・シ リ カ反 応 に よ る劣 化 構 造 物 に関 す. す で に1940年. の 初 め にお い て,Stantonは,ボ. 頃 か ら開始 され た 関 西 地 域. ゾラ. る調 査 研 究21)は,我 が 国 に お け る本 格 的 な事 例 研 究 と し. ン が ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に よる コ ン ク リー トの有 害 膨. て は初 めて の も ので あ り,特 に モ デ ル ば りを使 用 す る こ. 張 を抑 制 す る 効 果 を 有 して い る こ とを 確 認 す る と 同時. とに よ って 実 施 され た ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ っ て損 傷 を. に,5%程. 度 の フ ラ イ ア ッ シ ュ を添 加 す る と,か え っ て. 受 け た鉄 筋 コ ン ク リー トは りの耐 荷 力 に 関す る研 究 成 果. 膨 張 量 が増 大 す る とい う事 実 も報 告 して い る 。 この よ う. は,諸 外 国 にお い て も この よ うな研 究 の例 は な く,貴 重. な ポ ゾ ラ ンの 添 加 に よ って 膨 張 が 増 大 す る とい う現 象. な もの で あ る。 こ の よ うな 事例 研 究 は,ア ル カ リ骨 材 反. は,ポ. ゾ ラ ンか らモ ル タ ル 中 の細 孔 溶 液 にア ル カ リが供. 応 に よ って 損 傷 を受 けた コ ン ク リー ト構 造 物 の補 修 ・補. 給 され る とき,ま た は ポ ゾラ ン の添 加 に よ って 反応 性 骨. 強 お よび 維 持 管 理 の問 題 を解 決 して ゆ くた め に必 要 と さ. 10. コ ン ク リー ト工学.
(7) れ る だ け で な く,実 際 の 劣 化 コ ン ク リー トの 内部 組 織 に 関 す る岩 石 学 的 調 査 お よび劣 化 コ ン ク リー ト中 に存 在 す. ASTM 3). る反 応 生 成 物 に関 す る研 究 は,実 際 の コン ク リー トにお け る複 雑 な ア ル カ リ骨 材 反 応 お よび それ に よ る コ ン ク リ ー トの劣 化 の メ カニ ズム を理 解 す る の に大 き く寄 与 す る で あ ろ う。 実 際 に,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ って 損 傷 を受. and. ; Experience. Pap,. R.C.. Test ;. Proc.. Reaction, cellaneous 6). リー ジ ン グ,プ ラ. 7). と密 接 な 関係 に あ る とい う興 味深 い 事 実 が 明 らか に な っ て い る22)。こ の よ うに,特 に1980年. よ る コ ン ク リー トの 劣 化 は,コ. も深 い 関 連 性 を もっ て い る こ とを 明 らか に しつ つ あ る。 4.む. す. Inst.. of the. 10). Concrete. 前 後 か ら再 び始 ま っ た こ の問 題 に. 11). 13). 14). : Private. え ば ア ル カ リ反 応 性 骨 材 の判 定 法 は,1950年. 村 田清 逸 ・関. 有 泉. 昌:コ No.2,. 16). J.H.P.. P.E.. 6th. pp.. and. 参 T.E.. Stanton. action. Between. Vol.66, 2). Vol.24,. E.G.. 考. : Expansion Cement. pp.1781•`1811, Swenson. No.11,. : A. Nov.1986. and. Concrete Aggregate,. of. of Test. and. for Conf.. 303•`314,. : Studies. Comparison. Cem.. Int.. 1983. of of. Concr.. Alkali-. Two. Ac-. Res.,. Vol.. 1982. et. Alkali. Methods. 6th pp.. al.. and. 1982. al : A. Rapid. Reactivity. Vol.13,. Method. of. No.3,. for. Aggregate,. pp.417•`422,. 博 ・星 野 善 孝 ・斉 藤 広 志:ア. Identi-. Cem.. and. 1983. ル カ リ骨 材 反 応 性 の. メ ン ト技術 年 報,Vol.38,. pp.110〜113,昭59年 20). R.E.. Oberholster. Method. for. of. Siliceous. 16,. No.2,. and. Testing,. G.. The. Aggregates,. Cem.. pp.181•`189,. 日本 材 料 学 会:ア. Davis. : An. Potential. Accelerated. Alkali. and. Reactivity. Concr.. Res.,. Vol.. 1986. ル カ リ骨 材 反 応 に 関 す る シ ンポ ジ ウム,. p.172,昭60年. 献 of. A. Sodium. p.14,. Proc.. 早 期 判 定 に 関す る一 実 験,セ. 21). 文. 1.. pp.641•`647,. Res.. 田村. No.1,. et. Methods,. Between. Calcium,. Copenhagen,. Ming-Shu,. Concr.. 策,劣 化 構 造 物 の補 修 ・補 強,維 持 ・管 理 に関 す る研 究 へ と重 心 が移 りつ つ あ る。. No.5,. Concrete,. : Reactions. of. Chatterji, Part. Test. fication. 19). Concrete,. Solu-. in. 1983 S. Visser. Report,. S.. 土 科 学,Vol.. Concrete-Pore. : Evaluation. Reaction. Tang. pp.1078〜. Alkalis. Reactivity,. Jensen,. 12, 18). in Conf.. Hydroxides. Progress. celerated. Int.. 155•`466,. Aardt the. in. ル カ リ骨 材 反 応 に関. No.290,. 1979. Grattan-Bellew. A.D.. 1951. ル カ リ骨 材 反 応 を起. メ ン ト ・コ ン ク リー ト,No.. Reactions. Proc.. And. Silica. ム の解 明 に関心 が集 ま っ た時 期 よ り,現 在 では,防 止対. 1). pp.379〜398,. 慎 吾 ・藤 木 洋 一:ア. : Alkali. Van. Alkalis 17). 頃 か ら 再 び活 性 化 した 研 究 活 動 の流 れ の過 程 を 頃 ま で の ア ル カ リ骨 材 反 応 の メ カニ ズ. p.8,. 1983. ン ク リ ー ト用 骨 材 の 問 題 点,粘. Effects,. Potassium,. コ ン ク リー トの劣 化 の例 も少 な くな い こ とが判 明 し,そ. み る と,1980年. the. Notes,. ル カ リ骨 材 反 応 に 関 す る 研 究,. pp.41〜55,. S. Diamond. Rocks. か らあ ま り大 き く進 歩 して い な い こ と も確 か で あ る。 ア. 定 法 の 開 発 を い っそ う 困 難 に して い る。. Guidance. 枷 場 重 正 ・川 村 満 紀 ・岡 田光 芳;ア. Copenhagen, 15). 頃. ル カ リ反応 性 の石 英 に起 因す る ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る. 40.. : Minimising. Communication,. 近 藤 泰 夫 ・北 川 欣 一:ア. tion. う認 識 が 一 般 化 す る こ と にな っ た。 しか し,ア ル カ リ骨. 1970年. Association Reaction. Alkali-Aggregate. 材 反 応 を 防 止 す るた め の 対 策 に 関 す る技 術 の 進 歩 は遅. Hamburg, No.. 1983 Palmer. 19,. い こ とが 判 明 し,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る コン ク リー ト る特 定 の 地域 に 限 られ た もの で は な い とい. Organized. Industry,. す る 基礎 研 究,材 料,Vol.26, 1084, 1977. ル カ リ ・シ リカ反 応 の メ カニ ズ ム に対 す る理 解 が深 ま る と と も に,ア ル カ リ骨材 反 応 に よ っ て劣 化 した コ ン ク リ ー ト構 造 物 の 数 は ,そ れ ま で に予 想 され て い た以 上 に多. Against. Conf.. Publication. セ メ ン ト技 術 年 報,Vo1.5,. る こ とは な か っ た が,欧 米. 対 す る関 心 の高 ま り に伴 う活 発 な研 究 活 動 に よ って,ア. の こ とが,判. Cement. Industry. Alkali-Silica. Mis-. Measures Proc.. した コン ク リー トの一 例,セ 220, pp.7〜13, 1965. 諸 国 にお い て1970年. Station,. 井 光 蔵:ア ル カ リ骨 材 反 応 とコ ン ク リー トの過 度 膨 張, コ ン ク リー ト ・パ ン フ レ ッ ト,No.3, p.60, 1950. 12). く,例. Experiment 1975. Concrete,. Cement. 1947. Alkali-Aggregate. : Preventive. in. and of. pp.193•`221, Over. C-75-3,. Cement. Cement-Aggregate. 9)藤. ア ル カ リ骨 材 反応 に関 す る研 究 の底 流 は,Stantonに. の劣 化 は,あ. Cement. Vol.44,. : Chemi-. with. D.. び. よ る こ の現 象 の 発 見 以来,滞. Stud.. 8). ン ク リー ト用 材 料 に関 連. す る要 因 だ けで な く,施 工 お よび構 造 に 関係 す る要 因 と. Rapid. London,. Benton. in. Waterways. Res.. E.J.. Aggregates. Concern. (Editor). 1973,. Sept.. 頃 よ り世 界各 国 に. お いて 進 め られ て きた 事 例 研 究 は,ア ル カ リ骨 材 反 応 に. the. Risk. of Bldg.. Office,. and. of. ACI,. Reactions. Feb.. Forms Nat.. Processes. Paper,. Wischers. by. 1957 Between. Alkali-Aggregate. Stationary. Greene. : New U.S.. Alkali. 義 生 不 良,熱 応 力 等 の原 因 によ る初 期 ひ. び わ れ が,ア ル カ リ ・シ リカ反 応 に よ るひ び われ の発 生. G.. H.M.. Reactivity. Mather. ー ト構 造 物 に お け る ひび わ れ 発 生 の長 期 間 の観 測 調 査 に. VI, Some. Procedures,. Chemical. Reaction, B.. Part with. K.T.. for. Alkalies. 5). pp.48•`50, : Reaction. 1958. Mielenz,. cal. ;. Test. No.25,. No.226,. Tarleton. Cement. Accelerated. pp.18•`64, 4). Bull.. R.D.. Interaction. い る。 例 え ば,ア ル カ リ反 応 性 骨 材 を使 用 した コ ン ク リ. ス チ ック収 縮. and. Aggregate. Res.. す る研 究 に よっ て,ア ル カ リ骨 材 反 応 に よ る コ ン ク リー. よ り,練 りまぜ お よび 締 固 め不 足,ブ. ASTM. Jones. and. けた 実 在 の コ ン ク リー ト構 造 物 の長 期 にわ た る挙 動 に関. トの劣 化 に及 ぼ す諸 要 因 に 関す る新 た な知 見 が 得 られ て. Tests,. F.E.. Through Proc.. ReASCE,. 22). A.. Nielsen. : Service. Silica. Reactions,. crete,. Copenhagen,. Life. Proc.. 6th. Prediction Int.. pp.411•`418,. Conf.. and Alkalis. Alkali. in. Con-. 1983. 1940 Reactive. Aggregate. Undetected. by. 11.
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