愛知工業大学研究報告 第 40号 B 平成 17年
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ASR
劣化コンクリートから取り出した骨材の反応性に関する研究
A study on Reactivity in Aggregates
Taken from ASR Damaged Concrete
田 中 隆 範 * 森 野 套 二 * * 岩 月 栄 治 * * Takanori TANAKA
，
Keiji MORINO and Eiji IWATSUKIAbstract : Alkali-Silica Reaction(ASR) occurs for a long t巴rm. In the retairs of ASR damag日d concrete structure， it ne巴dsto know th巴r巴sidualreacti vi ty in aggregates. In this paper， the reactivity in aggregates taken from ASR damaged concr日t巴 prismshad been stored for 11-14 years， was investigated by chemical test method and expansion measurements of concrete prisms w巴remade wi th the aggregates. In chemical m巴thod，dissol ved si 1 ica (Sc) of aggregates taken from ASR damaged concrete prisms diff巴r巴dfrom that of original aggregates. The expansions of the concrete prisms that were adjusted in the quantity of 9 kg/m3 alkali were different by the kinds of rocks and the locality of aggregates. And also， it was diff巴rent from th巴past expansions for 11-14years. 1.はじめに アノレカリシリカ反応 (ASR) は、コンクリート打設後 1~2 年で劣化を生ずることがある。また、コンクリートに劣化が 認められるようになった後も反応が長期間にわたって継続 的に進行する問。コンクリート内部でASRが進行している 場合、長期間経過してから急激に劣化が顕在化することもあ り、その反応性は変化に富んでいる。このような変化に富ん だASRではあるが、 Iつの目安は骨材の残存国芯性である。 特に、 ASR劣化構造物の補修においては、補修の要否の判断 や補修方法の選択をするうえで、骨材の残存即芯性を把握し ておく必要がある。しかし、骨材自体に反応性がどの程度残 っているかを調査すると、その反応性は岩穫や試験方法等に よって結果が異なる場合がある抑制)。そして、 ASRの発生 と進行に影響を及ぼす要因も非常に多い。例えば、外部から の影響としては道路に散布される融雪剤に含まれる NaClが そのlつである。従来の融雪剤にはCaC12が主に使われてい たが、地域によっては経済性や路面が滑りにくい等の理由で
*
愛知工業大学大学院建設システム工学専攻(豊田市) 村愛知工業大学工学部都市環境学科(豊田市) NaClの使用が増加しており、コンクリートに外部から NaCl が供給される機会が増している7)8)9)。このように骨材にアル カリが供給される状況は多様化している。 これまでASRを起こした骨材の残存反応性を検討した研究 は少なく、特に長期にわたる詳細な実験及び調査を継続した データは少ない。一方、 ASRの抑制方法として高炉水砕スラ グ微粉末等の混和材の使用は有効である。今後、 ASR劣化コ ンクリート構造物を解体し、再生骨材としてコンクリートか ら取り出した反応性骨材の利用が見込まれるω
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ことから、高 炉水砕スラグ微粉末によるASR膨張抑制効果11)も調査する必 要がある。 本研究では、 11~14 年間貯蔵してあった ASR 劣化コンク リート供試体から骨材を取り出し、骨材の残存関芯性を調査 した。化学法試験では、岩種、骨材の産地、モノレタノレの剥離 状態によって反応性や溶解シリカ量(Sc)がどの程度相違す るかを検討した。吸水率3%
以下まで改善した骨材のみを用 いて作製したコンクリート供試体12)を用いて、岩種、骨材の 産地等によって、改善骨材コンクリートの膨張がどの程度影 響を受けるかを検討した。その他に、高炉水砕スラグ微粉末 を混和材として使用したコンクリート供試体のASR膨張抑制効果についても検討した。 2 実験概要 本研究は、以下の4つの実験より構成される。 シリーズ1:原コンクリートから取り出した骨材の反応性及 び溶解シリカ量(Sc)の変化の検討。 シリーズII-1原コンクリートから取り出した骨材を用いた 供試体の400C湿潤貯蔵での膨張挙動の検討。 シリーズII-2 :原コンクリートから取り出した骨材を用いた 供試体の500CNaCl溶液浸漬貯蔵での膨張挙動の検討。 シリーズill:原コンクリートから取り出した骨材を用いたコ ンクリートの膨張に及ぼす高炉水砕スラグ微粉末の抑制効 果の検討。 2ぺ 使 用 材 料 2岡1.
，
骨材を取り出したコンクリートの特性 骨材を取り出すために用いたコンクリートは、 ASRによる コンクリートの劣化を検討するために 11~14 年間研究室に 貯蔵してきた供試体寸法100X 100 X 390醐の角柱供試体(以 下、原コンクリートと称す)である。その使用骨材は反応性 で、あるチャートY
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、缶、 J、T
、安山岩M
、Ky、N
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生 である砂岩 Ty、Tであり、原コンクリート時の総アノレカリ量 は2.4、3.0、3.6、6.0 kg/m3 (3. 6、6.0kg/m3はチャートY
o
、 おのみとし、砂岩 Tは3.0kg/m3のみとする)となっている。 図 lに原コンクリートに使用された骨材の化学法試験結果、 図2に骨材種類別の原コンクリートの醇張率を示す。 2園1'2原コンクリートから取り出した骨材のモルタル付着 状態 原コンクリ)トをブレーキジョークラッシャで破砕して 取り出した骨材は、次の3種類とした。すなわち、破砕直後 の何も手を加えてない状態の骨材(以下、改善前と称す)、 ロサンゼルス言式験機で 3~4 時間摩砕してモノレタルを剥離し、 第~f謝蕎造物に使用することができる吸水率 3%以下にした 状態の骨材(以下、改善後と税です)、及び、改善後の骨材300g に対し1Qの工業用硝酸鞠夜(町03、濃度67.5%)に48時間 浸漬してモノレタルを剥離した状態の骨材(以下、硝酸浸漬後 と初?す)1的である。それらを写真 1~写真 3 fこ示す。なお、 硝酸溶液浸演前後のモルタノレ付着量、すなわち、改善後の骨 材に付着しているモルタルの割合は表 I に示すように、 8~ 23%で、あった。 2・2 原コンクリートから取り出した骨材を用いたコンクリート 供試体 2'2'1 供試体作製 改善後の骨材を用いたコンクリート供試体の配合を表2fこ 示す。供試体寸法は60X60X 150皿で角柱供試体とし、供試 体両端に膨張率測定用としてピスを埋め込んだ。粗骨材は前 述にある改善後、細骨材には安定な石英からなる非反応性の 愛知県瀬戸産の珪砂を用い、供試体本数は、配合毎で 1~ 、 、。 600 ，-→ロチヤトYO <)チヤトSe Aチ ヤ トJ 0チ ヤ トT 園安山岩M .安山岩Ky 企安山岩N ロ砂岩Ty 。砂岩T E400 0 一 一 一 一lー」'
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E岡 寺 、 震 性H 礎 ~ 200 -' 「 ! 入 0 1 溶解シリ力量Sc(mmol/O 図1 原コンクリートに使用された骨材の化学法試験結果 0.40 0.35 0.30 四 国4
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原コンクリートの粗骨材の種類 図2 骨材種類別の原コンクリートの膨張率 写真1 原コンクリートから取り出した骨材(改善前) 写真2 原コンクリートから取り出した骨材(改善後) 3本作製し、同一環境に貯蔵した。なお、改善後に付着してASR劣化コンクリートから取り出した骨材の反応性に関する研究
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いるモノレタルに含まれるアルカリは、表1に示すように0.04 ~O. 12 kg/m3と微量なので作会期寺に考慮せず、総アノレカリ量 をNa20換算で、シリーズEでは3kg/m3、9kg/m3、シリーズ Eでは9kg/m3とした。また添加アノレカリは、 NaOH(特級、頼 粒状)を水に溶かして用い、セメントは普通ボルトランドセ メント(アルカリ量、NazO換算0.62見)を用いた。本実験では、 シリーズII-1において、総アルカリ量3kg/m3と9kg/m3の供 試体 (H14、15作製)で計120本、シリーズII-2において、 総アルカリ量3kg/m3の供試体 (H15作製、チャートYo、Se、J
、T、安山岩Mのみ)を計39本、シリーズEにおいて、総 アノレカリ量9kg/m3の供試体(H16作製)を計47本作製した。 2-2-2シリーズ E供試体の貯蔵状態 シリーズII-1では、供試体作製24時間後に供試体を湿度 95九以上となるようすべて湿らせた保湿布で覆い、ビニール 袋で 2重に密封し湿潤状態とした。供試体を貯蔵した容器は、 400C恒温室内に設置した。またシリーズII-2では、貯蔵期間 28日までをシリーズII-1と同様とし、それ以降は供試体を W CのNaCl溶液に浸1
責状態とした。 2-2固3シリーズE供試体の貯蔵状態 シリーズ盟では、セメントは50%を高炉水砕スラグ微粉末 で置換したものを使用した。また、シリーズE一lと同様に供 試体作製24時間後に供試体を湿度 9回以上となるようすべ て湿らせた保湿布で覆い、ピ、ニール袋で、 2重に密封し湿j問状 態とした。それらを貯蔵した容器は、 400C恒温室内に設置し た。 2-3実験方法 会3・1化学法話験 原コンクリートから取り出した改善前、改善後、硝酸浸漬 後のチャートYo、缶、J
、T、安山岩M、Ky、N、砂岩Ty、T、 計62種類の骨材について化明宏試験を行った。さらに、そ れらの骨材とは別途にチャート、安山岩、珪砂を用い、硝酸 搭液の骨材に及ぼす影響の有無を調べるために、硝酸翻夜浸 漬前後で、化学法試験も行ったO なお、化学法試験において粒 度調整以降の手順は、どの処理方法でも]ISA 1145-2001に 従った。 2-3-2膨張率測定 コンクリート供試体の膨張率測定は、 400C湿潤貯蔵及び 500CNaCl闇夜浸漬貯蔵の供試体ともに、測定する16時間以 上前に温度 20士20Cfこ保たれた測定室内へ移動させた後、1
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1000mmダイヤノレゲージ付きの長さ変化測定器を用いて行 った。なお、脱型24時間後の測定値を初期値とし、膨張率 を算出した。 3.結果及び考察 3・1原コンクリートから取り出した骨材の反応性及び溶解シ リ力量(Sc)の変化〔シリーズI) 原コンクリートから取り出した骨材の化学法試蜘古果を 写真 3 原コンクリートから取り出した骨材(硝酸浸漬後) 表l改善後骨材のモノレタル付着率~
硝酸浸漬 硝酸浸j責 モル5'ル モル5')レに含 前 の 質 量 後 の 質 量 付着率 まれるアルカリ (g) (g) (拍) 量(kg!m3) チャートYo2.4kg!m3 300.0 245.5 18 0.08 チャートYo3.0kg!m3 300.0 238.0 21 0.09 チャートYo3.6kg!m3 300.1 238.4 21 0.12 チャートYo6.0kg/m3 300.0 256.9 14 0.10 チャートSe2.4kg!m3 300.1 250.8 16 0.05 チャートSe3.0kg!m3 300.2 270.3 10 0.04 チャートSe3.6kg/m3 300.2 261.0 13 0.06 チャートSe6.0kg!m3 300.3 260.0 13 0.11 チャートJ2.4kg!m3 300.1 266.8 11 0.04 チャートJ3.0kg!m3 300.0 255.0 15 町。06 チャートT2.4kg/m3 300.0 260.0 13 0.04 チャートT3.0kg!m3 300.5 257.9 14 0.06 安山岩M2.4kg/m3 301.0 271.0 10 0.06 安山岩M3.0kg!m3 301.0 275.8 8 0.05 安山岩Ky2.4kg!m3 303.5 242.4 20 0.07 安山岩Ky3.0kg!m3 302.7 244.3 19 0.08 安山岩N2.4kg!m3 314.3 243.6 22 0.05 安山岩N3.0kg!m3 309.8 240。目 23 0.07 砂岩Ty2.4kg/m3 311β 265.8 15 0.06 砂岩Ty3.0kg!m3 307.1 251.2 18 0.09 砂岩T3.0kg!m3 317.7 255.8 19 0.10 表2改善後の骨材を用いたコンクリート供試体の配合ト
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単 位 量(kg!m') 粗骨材 7J<セメント 細骨材 粗骨 最大寸法 比 率 水 セメント 細骨材 材 混和 剤 (mm) (出) (%) W G S G 1025 チャート Yo，Se，J，T 1058一
1054 安山岩 M，Ky，N 20 51.3 41.0 154 300 761 0.3 1091 1046 砂 岩 Ty，T 1079 ※1混和剤は9kg!m'の供試体のみ使用 ※2高炉水砕スラグ微粉末を混入した供試体 は、セメントへの微粉末混入率を50刊とした巨ヨ
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S
c
)
を比較すると、チャートY
o
、安山岩M
、N
は溶解 シリカ量(
S
c
)
が減少しており、原コンクリート時にシリカが 消費されたと考えられる。逆にチャート缶、J
、T、安山岩K
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は溶解シリカ量(
S
c
)
が増加していることから、原コンクリ ート時にシリカが残った状態にあり、しかも反応しやすい状 態になっていると考えられる。1
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ASR劣化コンクリートから取り出した骨材の反応性に関する研究j
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一 ︿ ﹀ 一 0.020 0.000 0 0，020 0.000 0 400 500 100 マーカー 口 一 ム 200 300 貯蔵期間(日) 100 ※2砂岩Tは3.0kg/m3の み チャート Yo~安山岩 M が貯蔵期間 840 日で O. 022~0. 03側、 安山岩 Ky~砂岩 T が貯蔵期間 490 日で O. 0l 2~0.020協の膨張 率を示している。総アルカリ量3kg/m3では、岩種の反応性の 有無、骨材の産地、原コンクリート時の膨張等によって膨張 率にわずかながら差が見られた。また、反応性骨材であるチ ャート、安山岩で、あっても貯蔵期間 490~840 日で膨張が活 発に起きていない原因としては、原コンクリート時の膨張に よってシリカが消費されたことや今回の実験に用いた供試 体がJISA 5308に定められている ASRの抑制対策にあたる 総アノレカリ量3kg/m3以下で、あったことが考えられる。しかし、 微量ながら膨張が継続しており、化学法試験結果からも今後 膨張が増加する可能性があるため、更なる検討が必要といえ 総アノレカリ量3kg/m3コンクリート供試体の膨張挙動 次に、硝酸溶液浸漬前後の化学法試験結果を図 4に示す。 図によると、チャート、安山岩、珪砂の 3種類すべてにおい て、浸漬前後で、アノレカリ濃度減少量(Rc)、溶解シリカ量(Sc) に大きな違いは見られない。このことから、モルタル剥離の 過程で硝酸揃夜が骨材(チャート、安山岩)自体に及ぼす影 響はほとんど無いものといえる。 国 5 3-2 原コンクリートから取り出した骨材を用いた供試体の 400C湿潤貯蔵及び500CNaCI溶液浸漬貯蔵での膨張挙動〔シリーズ
II) シリーズII-1において、総アノレカリ量 3kg/m3、9kg/m3コ ンクリート供試体の膨張挙動を図 5、図 6に示す。図 5では、:
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0.120 γ 一 一 一 一 一 寸 一 一 一 一 一 「 一 一 n U 内 u n u n U ハ U 0 8 6 4 2 4 l A U A U A U ︽ U n u n u n U 内 U 内 U (民)凶町出盛 0.000 100 200 300 400 500 貯蔵期間(日) ※1 3.6kg/m3、6.0kg/m3はチャートYo、Seの み ※2砂岩Tは3.0kg/m3のみ 図6 総アノレカリ量9kg/m3コンクリート供試体の膨張挙動 る。 図 6 では、チャート Yo~安山岩 M が貯蔵期間 840 日で 0.049 ~O. 133目、安山岩 Ky~砂岩 T が貯蔵期間 490 日で 0.022~ 0.116切の膨張率を示している。総アルカリ量9kg/m3は、高ア ルカリであるため、各種骨材とも総アノレカリ量3kg/m3よりも 短期間で明確な膨張が見られた。特に安山岩の膨張率はMで O.082~0. 08問、 KyでO.099~0. 116潟、 N で 0.022~0.029切を それぞれ示しており、同じ岩種で、あっても膨張率に差がある ことがわかる。このうち安山岩Kyは、貯蔵直後より膨張が 一定の割合で伸びており、他とは異なる膨張を示している。 また、安山岩Nはほとんど膨張していないが、その原因とし て、原コンクリ」ト時の膨張によって、シリカがかなり消費 されたためと考えられる。 さらに、シリーズ1I-2におし、て、 500CNaCl溶J夜に浸漬貯 蔵した総アルカリ量 3kg/m3コンクリート供試体の膨張挙動 を図 7tこ示す。図を見ると、チャート Yo~安山岩 M は貯蔵期 間 546 日で 0.032~0.045%の膨張率を示しており、貯蔵期間 28日までの400C
湿潤貯蔵よりも、貯蔵期間28日以降、すな わち、500CNaCl樹夜浸漬貯蔵時に膨張がわずかながら促進さ れている。これを図 5 のチャート Yo~安山岩 M の同時期と比 較すると、 0.004~0.01 開程度大きい膨張を示している。こ のことからNaClによる ASRへの影響は認められたが、外部 からNaClが供給される環境下にもかかわらず、大きな膨張 はみられなかった。これは、骨材に付着している微量のモノレ1
6
5
600 本研究で得られた結果をまとめると次のようである。 (1)使用した骨材はコンクリ)ト中で長期間 (11~14 年)A
S
R
を起こしていたが、化学法試験にて7
仰の骨材が「無 害でない」と判定される反応性を残していた。 (2)溶解シリカ量 (Sc)は、チャート Yo、安山岩 M、Nが原コ ンクリート時の長期間の反応によって減少したが、逆に チャートSe、J
、T、安山岩Kyは原骨材の試層姉古果より も長期経過後の方が増加した。 (3)原骨材と長期経過後の溶解シリカ量 (Sc)の変化とコン クリート供試体の膨張挙動に相関関係が見られた。 (4)原コンクリート時に反応が進行していると残存反応性 は低くなり、逆に反応が進行していない場合は、残存反 応性が高くなるといえる。 参考文献1
)
岩月栄治、皿井剛典、森野套二:長期間貯蔵したA
S
R
モノレ タノレバーの膨張挙動と実構造物の劣化について、土木学会 第53回年次学術講演会講演概要集、第5部、pp.202-203、 1998. 102
)
岩月栄治、森野杢二、皿井剛典:長期間貯蔵したA
S
R
モノレ タノレバーの膨張に及ぼす反応性鉱物の影響、コンクリート 工学年次論文報告集、V
o
l.20、N
o
.
2， pp. 943-948、1998 謝辞 本研究は平成 13年度愛知工業大学教育・研究特別助成の助 成金によって行ったものである。ここに誘曜を表します。 '.市宮一 一 500 原コンクリート マー力一 のアルカリ量 2.4回:1m3 口 3.0出どm3 ム 3.6出どm3。
6岨Okg/m3。
※ 3.6kg/m3、6.0kg/m3(ま チャートYo、Seのみ 200 300 400 貯蔵期間(日)且
，
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500CNaCl溶液に浸漬貯蔵した総アルカリ量3kg/m3コンクリート供試体の膨張挙動 1 T"，，-~J 1 100A
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劣化コンクリートから取り出した骨材の反応性に関する研究 0.000 0 0.160 0.140 0.120 n u n u n U O B 6 4 2 n U ハU n u n U ハ U ( 三 時 出 掛 ﹃ 0.040 0.020 600 600一
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三日
1 ~イt---'一寸ト寸 500 500 4.まとめ 200 300 400 貯蔵期間(日) 200 300 400 貯蔵期間(日) 1 3'<1.Ù~M 1: タノレと粗骨材の寸法の大きさによる反応の遅さが原因と考 えられる。しかし、 400C湿潤貯蔵と同様に微量ながら膨張が 到撤しており、化学法試験結果からも今後膨張が増加する可 能性があるため、継続して調査する必要がある。 以上をまとめると、原骨材と長期経過後の溶解シリカ量 (Sc)の変化とコンクリート供試体の膨張挙動に相関関係が みられる。すなわち、原コンクリート時に反応が進行してい る場合、シリカが消費され、残存する反応性は低くなり、逆 に、原コンクリート時に反応が進行していない場合は、シリ カが消費されず、骨材中に残った状態にあり、コンクリート 中にそれらの骨材があることによってさらに残存する反応 性が高くなっている。 3.3 原コンクリートから取り出した骨材を用いたコンクリート の膨張に及ぼす高炉水砕スラグ微粉末の抑制効果〔シリーズ m) 高炉水砕スラグ微粉末を混入した総アノレカリ量 9kg/m3コ ンクリ)ト供試体の膨張挙動を図8に示す。図では、チャー ト Yo~砂岩 T が貯蔵期間 177 日で 0. 0l 0~0.022弘の膨張率を 示している。図 6 のチャート Yo~砂岩 T の同時期と比較する と、 O~O. 10倒程度、膨張が抑制されていることがわかる。 このうち、 O~O. 007%程度しか膨張が抑制されていないもの もあるが、これらは非反応性である砂岩Ty、Tや原コンクリ ート時にシリカがかなり消費されたと考えられる安山岩Nの みであり、その他のチャートや安山岩は 0.027~0. 108回程度、 膨張が抑制された。これらのことから、コンクリートから取 り出した骨材であっても、通常の反応性骨材同様に高炉水砕 スラグ微粉末によるA
S
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膨張抑制効果があるといえる。 100 100 0.000 0 0.000 0 0.160 0.140 日120 n u n u n u n u n o n o -n u n u n u n u n u (揖)凶町出盛 0.040 0.020 0.160 0.140 0.120 n u n u n U 0 8 6 咽 ' n u n u n u n u n υ (担)凶町出盛 0.040 0.020 600 600巨
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l 500 500 よ l I L l -200 300 400 貯蔵期間(日) 200 300 400 貯蔵期間(日) 図7 100 100 0.000 0 0.000 0 0.160 0.160 0.140 n u n U ︽ U n U 2 0 8 6 噌 B 4 1 n u n u n u n u n u n u ( 担 ) 凶 町 出 問 描 E 0.140 0.120 n u n u n u n u o o a u T l n u n u n u n u n U ( 民 ) 時 出 盛 0.040 0.040 0.020 0.02040
