山 崎 英 樹**
1 . ま え が き
国鉄下 り信越線 に乗 って長野駅 に到着 す る少 し手前進行左側に 白色 の山が連 な ってい るの が見 られ る･ これ が裾花凝 灰岩 で,長野 市の西北部 に広 く分 布 してい るものであ る. この岩 層 の厚 さは 7 00‑8 0 0 mであ り,分 布面積 はお よそ 3 4 k
m 2に及ぶ もので,そ の体積 は約 2 5 0 位 m 3と推定 され る.
この よ うに膨大 で さ らに均質な上 に採 掘 しやす い岩石 のため,古 くか ら利用 され て きた.
た とえば昔はみが き砂や米麦 の精 白用 の拍粉 と して主 に用い られ ,戦 後は空中散布用農薬 の 増量 材が新 たな用途 とな ったが,量的に は微 々た るものであ る.
この裾花凝灰岩 は分析 してみ る と二酸 化珪 素 Si 02 が主成 分で, 他 の爽雑物 が極 めて少 な い上 に ポ ゾラソ反応 を示 す ことが わか った.近年 ,我 国では火力発電所 で主 と して重 油 を燃 料 と してい るため, フ ライア ッシ ュが全 国的に品不足 の状態 であ る. このため コン ク リー ト 業界 では フライア ッシ ュに替 わ る良質な ポゾランを安価 に入 手す る必要にせ ま られ てい る状 況で あ る.
裾 花凝灰岩 を ポ ゾラソと して用 い るこ とが で きるな らば,今 まで殆 ん ど利 用 され ていなか った 資源 の活用化が可能 にな り,工学的 に も経 済的に も利す るところはなはだ大 であ る.
筆 者等 は裾花凝灰岩 を コンク リー ト混 和材 と して用 い るべ く数年来研究 して きたが,本文 は今 までに判 明 した事項 を報告す るものであ る.
2 . 据花凝灰岩について
裾 花凝 灰岩 は,新第三紀 中新 世後半 ( 約 2 千万年 前) の火 山活動に よる堆 積物が団結 した ものであ る.当時 の火山活動 は,斜長石 流紋岩 の活動に よる もので,本岩層 は斜長石流紋岩 の凝 灰岩,凝 灰角疎岩か ら成 り, ときに流紋 岩 の溶岩 を狭 んでい る. 白色,灰 色,淡黄 色, 黄褐 色等 の色 を示す.凝 択岩 は一般に塊 状で あ るが, ときに縞状 の屑理 を示す .流紋岩 は, 斑 晶 として石英,斜長石,黒雲母,角閃 石 と少量 の正長石か ら成 り,石基 は ガ ラス質 で,真 珠岩 や松 香岩 に変化 してい る ところ もあ り,凝灰岩 の一 部は ベ ン トナ イ ト化 してい る｡
本岩層 は上位屑 と下位 層に整合であ り, 屑厚 は 7 0 0‑8 0 0 m で, 長野盆地西縁に そ って北 東〜西南方向に帯状 に分布 してい るもので, そ の埋蔵 量 は約 2 5 0 倍m 3と推定 され る.
2 . 据花凝灰岩の建材化
裾 花凝灰岩 に水 を吹 きつ け る と細粒化 す る性質があ るので,昔 は川水に よる分級 と天 日乾
* 昭和5 2 年 1 月 土木学会中部支部研究発表会において発表 榊 土木工学科 助教授
原稿受付 昭和5 2 年 9 月 3 0 日
長野工業高等専門学校紀要 ･第 8 号
図 ‑1 AW 製造工程
旗に よる製品化が行なわれ前述 のような用途に 用い られてきた.建設材料 として用いるために は,高い品質,高生産性が要求 され るため,昭 和 49 年に長野市安茂里に近代的な工場が新設 さ れ建材 としての生産が開始 された. 図 ‑1に製 造工程を示す.現在 この工場ではコンクリー ト,
モル タルお よび グラウ ト用混和材な らびに壁材 としての生産を 図 ‑1の工程に従って行な って い る.
3. AW の性質
原石を乾燥徽粉砕 した製品 ( 商品名エースワ ーカー,以下 AW と略称す る)の分析結果を表
義 ‑1 化 学 分 析
義‑2 物 理 分 析
真比重 見掛比重 水分( %)
義‑3 単位水量比と 強度比
‑1 ,2 に示す. 義‑1 には参考のために各種の白土の化学分析結果をも示 して比較 した.裾
花凝灰岩のようなケイ酸質白土をポ ゾランとして用いるためには ,Si 02 の含有量は 60% 以
上必要 とされ, しか も活性に富んで Ca( OH) 之と化合 しやすい可溶性シ 1 )カ分が高いもので
あることが必要であ る.表 ‑1 にあるように AW は Si 02 が 72% , 可溶性シ T )カ約 61% でポ
案‑4 フライアッシュとの比較
粉 末 度
比 重
誓 欝 笥 I 44 p 讐% ?)
圧 縮 強 度 比 2 8 日 91 日 フライアッシュ ･ ･ 9 5 以 上 L
24 0 0 叫 2 5 以下L ･ 1 0 2 叫 6 0 叫 7 0以上 A W 2 . 3 3 1 3 6 0 0 1 2 0 1 1 0 4 1 6 6 1 7 9
ゾランの条件をみたす.
フライア ッシ ュと比較するために J I SA6 2 0 1 ｢フライア ッシ ュ｣に準拠 して試験 したのが 表 ‑3 である.
真一4 は AW とフライア ッシ ュ ( J I SA6 2 0 1 ) とを比較 した ものであるが, これに より AW
の単位水量化がフライア ッシ ュの規格値 より 2% 大 きい他は規格内にあることがわか る.
単位水量比 とは 表 13 の標準配合モル タルのフローと同一の値を示すために必要な試験配 合モル タル ( AW 混入)の水量 と標準モルタルの水量 との比である.通常用い られているフ ライア ッシ ュの比重や粉末度は AW とほぼ等 しい値を持 っているか ら,単位水量比に差を生 ず る原因は, フライア ッシ ュと AW の粒子形状の相違であろ う.すなわち ,AW の粒子は角 張 っているため表面積が フライア ッシ ュより大 き くな り,付着す る表面水が多 くなるものと 思われ る. しか し, 日本におけるダム工事のフライア ッシ ュの規格をみ ると 1 0 3 位が多 く,
AS TM では 1 0 5 としていることか らも AW の値はそれ程大 きなものではない.
AW 粒子が角張っていることは フライアッシ ュのような球状粒子 と比較す ると混和材 とし て不利のように思われ るが,む しろ AW 粒子が角張 っているために表面水の張力が強 くな り, その結果 フライア ッシ ュの場合 よりもブ リージングが小さ く,保水性が大 き くな っている.
いいかえれば材料の分離に対する抵抗性が大 き くなることがわか っている. これは コンクリ ー トポンプを用いる場合に重要なポソバ ビリーチが良 くな ることである.
4 . コンク リー ト混和材 と しての検討
川砂利な どの天鉄骨材の不足に より,砕石の川砂利への混入が行なわれている ( 長野市で 4 0‑4 5 % 位の混入率である)が,今後ますます混入率が高 くなろ う. これに ともなって コン クリー トの品質を保つために混和材が必要 とされ,すでに数種の混和材が実用化 されている が,本文では AW を用いてまだ固 まらないコンク リー トお よび硬化後の コンク1 )‑ トにお よ ぼす影響を調査 してみた.
4･1 材料および配合
使用材料は,普通ポル トラン ドセメン ト,混和材は長野市安茂里産の AW ,骨材は長野市 犀川産の川砂利に砕石を 4 0‑4 5 % 混入 したものと犀川産の川砂を用いた.配合は 表 ‑5 に示 す とお りである.
No . 1 ‑N0 . 9 は AW をセメン トの一部 として ( AW/ ( C+AW) )混入 し ,No . 1 0 ‑No . 1 2
は AW を細骨材の一部 として ( AW/ C)混入 した.
4･ 2 ブリージング試験
長野工業高等専門学校紀要 ･第 8 号
表 ‑5 配
合表
単 位 量 ( kg/
m 8)七メソ車 w l水 匝骨材桓骨材1 減水剤
鷲
3
6 I l: ≡ L
7 . 7 7 2 2 2 4 4 4 2 2 2
1 9 7 3 3 3 2 2 2 1 1 1
( 荏) No.1‑N0.9 は内割 ,No. 1 0‑No. 1 2 は外割.
まだ固 まらない コンク リー トについ N al てブ リージング試験を行 ない 図 ‑2 の N o L 2 結果を得た. ブ リージングは打込 まれ / ‑ ー
: ′ 一･ 一 1 ‑ N a3 た コンクリー ト中のセメン トや骨材粒 N a l O 子 の沈降に よって,余剰水が表面に上 N a l l 昇す る現象で, これに影響す る因子の N q 1 2
3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0
1 つに 0.1 5mm 以下 の骨材の徽粒分の 存在 とセメン トの粉末度 ( 高いものは 経過時間 ( 分) ど少な くなる)があ る･配合 No ･ 1 ‑9
図1 2 ブ リージング試験 は AW はセメソ トの一部であ り,その 粉末度はセメン トより高めであるか ら
AW の混入率の増加 とともに プ リ‑ジングが減少す る. また No . 1 0‑1 2 では AW は骨材の 一部であ り,徴粒な骨材 の存在に よりブ リージ ングが減少 してい る.
粗骨材 とモル タル との付着は, まだ固 ま らない時は粗骨材 のまわ りの付着水 の表面張力に よるものであ るか ら微粒子の大 きさが粗骨材を とりまく水の薄膜 の厚 さに近づ く程分離 しに くくなることが知 られている. AW 粒子は微細な粒子でかつ表面が角張 ってい るため表面に 付着す る水の張力は強 く; この粒子がセ メン トのフロック内に侵入 してセメン トを分散 させ るいわゆ る徽粉末効果を発揮 し,粘性に とんだペ ース トをつ くり, さ らに付着力のつ よいモ ル タルを形成 して粗骨材 と結合す るために ブ リージングが減少す るものと考え られ る.
ブ リージングは材料分離 の一種であ り, レイタンスを生ず る原田であ るか ら,少ない こと
が望 ましい. この分離に対す る抵抗性はポ ンプに よる長距離圧送時に重要な性質であるが,
フライア ッシ ュと AW の分離抵抗を比較す るために保水性試験を行な った結果 AW の方が
高い保水性を示す ことがわかった. これについては後 日発表 の予定である.
4･3 プロクタ‑貫入抵抗試験
AW 混入に よるセメン トの凝結硬化時間特性に与える影響を知 るためにプロククー貫入試 験を実施 した. AW 混入率 1 0%,2 0 % で終結時間が約 1 時間および 1 時間半のお くれを見せ た. これは コンクリー トの凝結は,同一 セメン トを用い温度が同一のときは,水セメン トが 大 きいほ ど一般に凝結がおそ くな る傾向があるが, No . 1 ‑ 3 では水セメン ト比が 1 . 0 ずつ 大き くなっているので この結果があ らわれた ものである.
4･4 圧縮強度試験
J I SA l 1 0 8 に よる圧縮強度試験 の結果を図 ‑3 に示す.
(lLu
3 J
Bq)的哨m環TJ0 7 2 8 9 1 7 2 8 9 1 7 2 8 9 1 7 2 8 9 1
0
0 0 材 令 ( E Z ) 図‑3 圧 縮 強 さ
No . 1 ‑9 においては, 材令 2 8 日まで ほ AW を混入 した ものが強度が低いが, これは内割 配合のため単位セメン ト量が少ないためである. 2 8 日以降では AW 混入 した ものの強度増進 率が大 きく無混入 コンクリー トより強度増を示 している.
No . 1 0‑1 2 では,セメン ト量一定の外割配合で AW は骨材改良材 として用いてあ り,初期 材令か ら強度が大 きく現われてい る. これ より AW が粒度改良に効果があることがわか り今 後の骨材不良化に対 しての役割の重要性が期待され る.
長期材令における強度の伸びは AW のポゾラン反応に よるものであるが, これを確認す る ために一部の配合についてさらに長期 の圧縮試験を行なった.ただ し図 ‑3 とは多少実験条 件が異なったので図 13 とは別図に した. No .1 ,4,7 が無混入 コンクリー トである. ( 図‑
4).
図 ‑4 に よると AW 無混入のものは材令 91 日以後は殆んど強度は増加せず水平に近 いのに
反 して AW 混入 コンクリ一･ トは 91 日以後も増加 している. これは AW の可溶性 Si 0 2がセ
長野工業高等専門学校紀要 ･第 8 号
(〜 8 ＼B T)
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0
0材 令 (日)
図 ‑4 長 期 強 度
メソ トの水和物である水酸化 カルシウムと反応 して固化するポゾラン反応に よるものであろ ら.
4 ･5 断熱温度上昇試験
AW を混入 したコンクリー トの温度特性を知 るために断熱温度上昇試験を行なった.結果 を図 ‑5 に示す.国中 N0 .6 は AW 混入率を 3 0 % とした ものである.最大上昇温度とその到 達時間は AW の混入率が大 きいほど温度は低 くな り,時間はおそ くなる.単位セメン ト量が 少な くなれば水和熱が低 くなるのは当然であるが ( 図 ‑5( a ) ) ,AW を除いた正味のセメン ト 量 1kg あた りの温度上昇量は図‑5 ( 切のように AW の混入率が大きくなる程増 している. す なわち AW にはセメン トの水和を促進す る働きがあると見 られるが, これは鉱物質徽粉末の 添加によって生ず る徴粉末効果である.
図 ‑5 よりコンク1 )‑ トの最高温度上昇量は ,AW の混入率にはぼ比例 して低下すること がわかる.これはダムの ような温度による影響を問題にするマスコンクリー トに対 して大変 有利なことである.
4･6 乾燥収縮試験
No .1‑ 6 について材令 2 7 2 日までの乾燥収縮を測定 した ( 図 ‑6 参照) I .
試験は恒温恒湿室 ( 2 0o C ,55%RH)にて行なった. No .4‑ 6 の値は , No .1‑ 3 より わずかに小であ り傾向が同 じなので紙面の都合上図は省略 した.
コンクリー トの乾燥収縮は,使用材料,配合,部材の形状寸法,養生方法などにより影響 され るが,本実験での因子は配合である.一般に単位水量および単位セメン ト量が多いほど 乾燥収縮が大 きくなるが,図 ‑6 にもその傾向が見 られ る.
宕材令では AW 混入 コンクリー トの収縮が大 きいが,材令 6 ケ月以後では殆ん ど同程度の 値を示 している.図示 してないが AW 混入率が 3 0% の場合 も同程度であった.す. なわち AW 混入 コンクリー トは混練時に無混入 コンクリー トと同一のスランプを得るためにはわずかな が ら水を多 く必要 とされ るが,収縮量は普通 コンクリー トと同 じか少ない位である.
AW を混入す ると図 ‑6 のように重量が軽減する. 材令 と重量の関係は 1 ケ月位までに急
激な重量の減少がみ られ るが,その後は減少率はわずか となる.
50 100
図 ‑5 水 和 熱
150 200 材 令 (時間)
