コンクリート中におけるアルカリ・シリカ反応に関する基礎的研究 : 第1報 サヌキトイドのアルカリ・シリカ反応性

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【

論　

文】

UDC

：

691

．

22

：

691

．

213

；691

．

32 日本 建築 学 会 構 造 系 論 文報 告 集 第 369 号

・

昭 和

61

年 ll 月

コ

ン

ク

リ

ー

ト

中

に

お

け る ア

ル

カ

リ

・

シ リ

カ

反 応

に

関

す

る

基礎 的

研

究

第

1

報

サ

ヌ

キ トイ ド

の ア ル

カ リ

・

シ リ カ 反

応

性

岸

尹

員 員 会 会 正 正

谷

孝

、

　

一

＊

在　 　煥

＊ ＊

　

1．

序

　1940

年

ア メ リ カ

西 部

の コ ン ク リ

ー

ト

ダ

ム の

劣 化 現 象

が

T ．

E ．

　

Stantoni

，に

よ

り

，

使 用 骨材 中

の シ

リ

カ

鉱

物

と

セメ ン

ト中

の ア ルカ

リ

との

反

応

によ る アル カ リ

・

シ

リ

カ

反

応

と して

理 解

さ れ て か ら

多

くの

調

査t）

・

_研

_究

3》_が

_行

_わ れ て き た

。

近 年

，

良 質

の

骨 材 資 源

の

枯 渇

や セ メン ト

，

コ ンク リ

ー

トの

製 造 方 式

の

変 化

に

よ

り

，

こ の

反

応

に よ る

被

害

が

世 界的

に

急 増

しつ つ あ る

_{状 況 下}

に おいて

，

日

本

も そ の

例

外

で は ない こ

と が 認 識 さ

れつ つ _{あ る}4） 。

日

本

は

有数

の

火 山 国

である に

も

か かわ らず

良 質

の

_{川 砂 利}

，

川

砂

に

恵

ま れ

て いた せいか

，

ア ル カ リ

・

シ リ カ

反

応

を

起

こす よ う

な 骨 材

は

存 在

し ないと

認

識

さ れ ていた。 ま た

，

昭

和

25

年 頃

，

藤 井 光 蔵

5 ） ，

小 柳 勝 蔵

6 〕

両 氏

に よ り

，

こ の

_問

題の

危 険 性 が 報 告

さ れ たに

も

か か わ ら

ず

ほ と ん ど

対 策

が

講

じ ら

れ

なかっ た こと は

正

に

先 覚 者

の

教 訓

が

生

か さ れて いな い ところで

あ

るe

　 本研究

で は， 日

本

に

お け

るこ の

問 題

の

重 要 性

お

よ

び

被

害 を最 小 限

に

押

さえ る た

め

に

諸 対 策

が

切 望

さ れ る

現 状

を

踏

まえ_， その

基 礎 的 研 究 を行

っ た

も

の であ る。

本 報

で は ア ル カ

リ

・

シ

リカ反 応

に

端 を 発 し

た

瀬 戸 内

海

地 域

に

分

布

す る

ガ

ラス

質 斜 方 輝 石 安 山岩 （

サ

ヌ

キ トイ

ド

〉

を

用

い

，

その

_岩

石

・

地 質

学

的

な

調 査

お よび

ASTM

の

試 験 方

法に よ り アル カ

リ反 応 性

に

関 す

る

基 礎 的

な

資 料

を

得

る と と

も

に_， セ メン

ト

のアル カ

リ量

，

モ ル タル

調 合

の

変

化

に よ る ペ _シマ ム

量

の

_変

動

に

_対

し_，

critical

ア ル カ リ シ リ カ

比

の

概念

を

導

入 し， ペ シマ ム

量 を予 測 す

る

手 法 を提 案

し た。 な お， アル カ

リ

・

シ

リ

カ

反 応

に

関 す

る

防 止 対 策

の

1

っの

資料

と して，

反 応

性

骨 材 を 用

い て

も反 応

に

よ

る

膨 張

を

生

じ ない

_単

位

アル カ

リ量

の

限 界 値 を実 験 的

に

求

めた。

　

2．

実 験 方 法

　 2

，

1

サヌキ ト

イ

ドの地

質

・

岩

石

学 的考 察

　

サ

ヌ

キ トイ

ドの

_地域

_分

_布

に

_対

して

_考察

する と と

も

に_，

偏 光 顕

微 鏡

，

粉

末

X

線

回

折

お よ

び 走 査 電

子

顕 微 鏡

（

Scanning

　

Electron

　

Microscope−Energy

　

Dispersive

Spectrometer

）

に よ る

岩

石の 分 析 を

行

っ た

。

　

2

．

2ASTM

に ょ る サヌ

キ

ト

イ ド

のアル カ

リ反 応 性

　

ASTM ・

C289

（

骨

材

の

潜

在

反 応 性 試 験 方 法

，

以 下

，

化 学 法 と称 す

る

）

お

よ

び

ASTM

・

C227

（

セメ ン

ト

ー

骨

材

の

潜 在 性

アル カ

リ反 応 試 験 方 法

，

以 下

， モ ルタル バ

ー

法

と

称

する

_）

に より_，

サ

ヌ

キ

ト

イ

ドの ア ル カ リ

反 応 性

を

検 討

し た

。

モ ル タルバ

ー

法

では_， セ メ ン

ト

の アル カ

リ量

が

等 価

アルカ リ

量 （

NatO。

q

．

・

＝

NaiO

＋

0

．

658XK

_，

O ，

以 下

，

Na

：

O

。e

．

と

略

記

する

）

で

0

、

74

％

の

普 通 ボ

ル

ト

ラン

ド

セ メ ン ト

を 用

い_，

混 練 水

に

NaOH

を 添 加

し

全

アル カ

リ量

を

0

．

74

，

1

，

13

，

1

．

52

，

1

，

90

％の

4

水 準

に

変 化

させ た

。

』

　

2

．

3

　

モ ル タル の

調 合

お

よ

びア ルカ

リ量

の

変 化

に

よ

る

　 　 　

ペ _シマム

量

の

変 動

　

モ ルタル の調

合

およ びセ メ ン トの ア ル カ リ量の

変 化

に よ るペ _シマム

量

の

変 動 を調

べ るた めに_，

表

1

の よ うに_， モ ル タ ル の

調 合

，

セ メン

ト

の ア ル カ

リ量

お よ

び サ

ヌ

キ ト

イ ドの

_{全 骨}

_{材 中}

で の混 入

率

を

変 化

さ せ てモル タルバ

ー

を

作

製

し た。 反

応

性

骨

材

の

粒度

は， モ ル タル バ

ー

法

と

同様

あ るいは

JASS

　

1

級 と

し，

反 応 性 骨 材

の ほか は

豊 浦 標 準

砂

あ るい は

大 井 川 産 川 砂 を

用い た

。

セ メ ン トの アル カ

リ

量

は

NaiOeq．

が

0

．

74

あ

る い は

0

．

81

％

の セ メ ン

ト

に

NaOH

を 添 加

し，

表

1

の よ う な アル カ

リ量 と

し た

。

モ ル タルバ

ー

の反

応

温

度

は

43

℃ である

。

　 2

．

4

膨 張 を生

じ ない

単位

アル カ

リ量

の

限

界

値

　 前記

2，

3

の

実 験 結 果

か らモ ルタル の

単 位

アル

カ リ量 と

膨 張

率

との関

係

を

検 討

し，

膨 張 を生

じ ない

単 位

アル カ リ 量の

_限

_{界 値}

を

求

め た

。

ま た，モ ルタル と

比

較

す る た め，

10

×

10

×

40cm

のコ ンク リ

ー

ト

供

試

体

を用

い

単位

ア ル カ リ量の

_{限 界}

_値

を

求

め た

。

コ ン ク リ

ー

トの調

合

は

表

2

の と

Table

　

1Mix

　

_proportions

　of　mortar

．

　cement 　alkah 　content 　and

Sanukitoid

　_content

ゆ _東

_京

_{大 学}



_{教 授}

・

_工博 鱒 _{韓 国 水 原 大 学 　 助 教 授}

・

_工博 　 （昭 和 60 年 12 月 11 日原稿 受理 ）

Sanukitoid

　

con ヒent（諾）

脅

Alkalicont

ε

nt 〔Na、O　eq

．

｝A 凵／CO40 　　C　

、

25 国ノCO45A ／C　

．

50 圃／CO

，

50A ！C2

．

25AO2

．

D WICO

．

60W！CO

．

72 　　　3

，

胃_ノCO

，

7A／C5

．

，

OUCO87 074 65 o

．

o

，

B4

　

₆₀₇₀₉₀

　

「

　

　

　

「

1

．

020

．

40

．

60809010020

，

40508020_ア080100

，

40

，

50 2D

，

4D

，

5D 　

．

80

，

100

LZ5

　

　

9

　

　

　

■

8090100 ｛ 1

．

5 20

．

0

，

50 呂0100 ［ 2

．

o 20

．

_．

_10Q0

．

08G 2

，

5

　

_8010D

　

，

　

　

　

，

 y胃eight 。f

　

tot己1 aggregate

一 16 一

N工 工

一

Eleotronio _Library

Table2

　

Mix

　

proportiens

　of　concrete

，

　alkali　centent 　and 　 　 　 　

Sanukitoid

　_cententUn ｛twei

　

ht

　

k！m

｝

c∈爬ntdlkaliconte

冂

t

曹

Gmx （  ） レ1！C （器｝ S！A （冕） ravea 　　a　1資

G  entw 司tgrsondnon

．

reo

⊂

tT》ereo

⊂

tlvecontent 0

．

851

．

191

，

431

．

刀 2

．

002060149

・

93502108757255755z5575525 ］5020D25030035D34

．

1556 ア tNd20　eq

．

お りで

あ

る

。

反 応 性 骨 材 と

しては

，

サ

ヌ

キ

ト

イ

ド

を

粗

骨

材 （

Gmax＝

20

　mm

_｝

と

して

_用

い_， その

_他

は

_{大 井 川 産川}

砂 利

，

川

砂

を用

い た

。Na20

。 ，

．

が

0．

81

％ の セ メン トに

NaOH

を添 加

し

単 位

アル カ

リ量 を

変

化

さ せ た

。

な お， サヌキ ト

イ ド

は すべ _てモル タルバ

ー

試験

で

求

め た critic

・

al ア ル カ リ シ リ カ

比

で

混 合

し， ペ シマ ム

量

と な る よ う に し た。

供 試 体

の

反

応

温

度

は

43

℃

，

本

数

は

各

条

件

につ き

2

本

と し

，

ダ イ ヤ

ル ゲ

ー

ジ

法

に

よ

り

定 期 的

に

膨 張 率 測

定

を

行

っ た。

　

3．

実 験 結 果

お よ

び 考

察

　

3

．

1

サ

ヌ

キ トイ ド

の

地 質

・

岩 石 学 的 考 察

　

サ

ヌ

キ

ト

イ ド

（

Sanukitoid

＞

は_，

瀬 戸 内 火 山 岩 類

に

属

し

，

斜 長

石

斑 晶 を含

ま な い マ グ

ネ

シウム に

富

む

安 山岩

を

指 す

。

巽

7）_に

_よ

_る

_と

，

瀬 戸 内 火 山 岩 類

は

中 期 中新 世

の

火

山活 動

に

よ

っ て

も た ら され た も

ので，

そ

の

火 山 活 動 時 期

ctS

ノ

s

働

♂

，

，

∩

PA

閥

　 隆 ‘ O4

ー

　

，

　”

“

1vlL o

●

闖

酷

麗

罵

「

醐

P

_．

⊥

−

vaOh

Fig

_．

₁



Distributien

　ef　the　

Setouchl

　volcanic 　recks

は

12

±

1Ma

で あ る

。

瀬 戸 内

火

山岩 類

T） は

，

千 葉

県

銚

子

か ら

九 州

東

部

まで

，

瀬 戸 内 海 を 軸

と

し

て

延 長 約

1000

km

にわ たっ て

帯 状 分 布 す

る。

分 布 地 域

は

，

図

1

に

示 す

よ う

に

，

大 き く分

けて_，

九 州 東 部 地 域

， 四

国北 西 部 地 域

，

四

国 北 東 部 地 域

，

大 阪 周 辺 地 域

，

設

楽

地 域

お よ

び銚 子 地

域

で

あ

る。

サ

ヌ

キ トイ ド

の

一

般 的 特 徴

S）_は ，

斑 晶 と

し て

斜 長 石 を含 ま

ない

反 面

，

石 基

は

細 粒

，

流 状

の

斜 長

石，

斜

方 輝 石

，

単

斜 紫

蘇輝

石

， カンラン

石

お よ

び

そ の

間隙

を

埋

めて い る

嗔 間 状

の

褐 色

の

火 山 ガ

ラスで

構 成

さ れているこ とで ある

。

今 回 用

い た

試 料

は

，

瀬 戸 内 火 山岩 類

に

含

ま れ

る地 域

で

産

し た

砕 石

で

無 斑 晶 安 山 岩

で

あ

る

。

石

基

に は

微

斑 晶

と して

斜 長 石

，

斜 方 輝 石 を 含

み，

褐

色

の

火 山 ガ

ラス が

約

60

〜

70

％

を占

めて い る

。

こ の

試 料

の

偏 光

顕

微 鏡

写

真 を写 真

1

に

示

す

。

ま

た，

化 学 分

析 結果

お よ

び

物

理

的性

質 を表

3

に

示 す

。

写真

2

にこ の

試

料

の

_{走 査 型 電 子}

_顕微鏡

に よ る 写

真 を示

す

。

写

真

2 （の

は，

流

状組織

を

示

す

細 長

い

_棒状

の

_斜

_{長 石}

と

正

方

形

に

近

い，

明

るい

結

晶

で あ る

斜 方

輝 石 を 示

す

。

写

真

2

（

b

）

は

，

写

真 2 （

a

_）

の

_中

で

_{点 線}

で 囲 ん だ

部

分 を さ ら に

拡 大

し た もの であ る。

石 基 中

の

嗔 間

状

の

火 山

ガ

ラス，

斜

長 石

お

よ

び

斜

方 輝 石

に

対 す

る

点 分 析

を

，

写

真

2

（

a

_）

_，

_（

b

_＞

に

示

し た

ポ イ

ン トに

対

し てエ

_ネ

ル

ギ

ー

分

散

型ス ペ _{ク ト}ル メ

ー

タ

_．

（

EDS

）

より

行

っ た。

分

析 結 果 を表

4

に

示

す

。

ポ

イ

ン ト

番

号

10，11，IZ

は

火 山

ガ

ラスで

あ

り

，

シ リ カ お よ

び

アル カ リ を

多

量

に

_含

み

，

お お む ね 同

一

の化

学 組 成

を 示 し

，

酸性

ガ ラス であ る。 ポ

イ

ン ト

番

号

13

は，

斜

長 石

結

晶

の

核

（

core

）

に

対 し

て

行

っ

た もの で あり

，

正

長 石

（

Orthoclase

，

　

KAI

　

Si30s

_）

，

_{曹 長}

_石

（

Albite

，

　

NaAISisOs

_》

．

_{灰 長 石 （}

Anorthite

，　

CaAl2Si

，

Os

）

を

端 成 分

と

す

る 三

角 図

で

示 す と 図

2

の

よ う

に

な

り

，

斜

長

石

の

_中

で

も 曹 灰 長 石

（

Labradorite

）

に属 す る

。

ま た，

ポ

イ

ン ト

番 号

14

，

15

，

16

は，

斜 方

輝

石

結

晶の

核 （

core

）

Table

　

3



Chemica

正composilion



and

　

phys

とcaL　

_plope

τ

ties

　of 　 　 　 　

Sanuki

とoid

Si

・

・

T・。

・

Al

…

F

・

・

駒 。・・。・_… K・・P・吶 ひ

_階；

， ’c ＾b…

pti

。・_（

X

_） 66

．

0　0

．

30

、

　15

．

8　　3

，

3　0

．

凹　

3

，

ア　

2

．

97

　

2

．

15

　

D

．

05

．

ユ

．

4

　　

2

，

54　　　　　　2

．

48

Ph

σヒ

01



Pelarizing

皿

icrophetograph

　of 　 　 　

Sanukitoid

　 　 　

（

left

：

polarizers

　

not　crossed

_＞

　 　 　

（right ：crossed



_polarizers

_）

　　　　　圃 　 　 　

圃

Photo

　

2



Scanning

　electron 　micrograph 　of　

Sanukitoid

　showlng

　 　 　

individual

　spots 　analyzed 　

by

　

EDS

NII-Electronic Library Service

Table

　

4

　

EDS

　analysis 　of　

Sanuklteid

恥 int　閥D

．

　　　101 ］ 12

　

cg

！

e

　

c2

；

e

　

「

1

雪

　

cgEe Sie2 刊02A1209Fe20 ヨ H面 岡_90CaO 閥dloKzDtota1i

・

−

Iengaa S τ 昌 FH 閥 C 闇 K 刀

．

10

．

49

．

61

、

？ Doo2

．

54

．

795

、

50

■

2410

．

3920

．

041

．

5180

．

1300Do

．

6490

．

808

　　　　　　　 ロ

77

．

8　　　　7873　　　　55

，

5　　　　57

．

1　　　　55

鹽

55弓

．

9 0

．

6　　　　0

．

7　　　　0　　　　　　0

、

3　　　　07 盲　　　　0

囓

2 10

．

2　　　　9

．

5　　　　2巳

．

4　　　　1

．

7　　　　1

．

7　　　　1

．

4 1

．

1　　　　】

．

1　　　　0

．

5　　　　10

、

1　　　　16

．

3　　　　10

．

ア D 　 　 　O　 　 　 　 　O　 　 　 　 O

．

3　 　 　 　0

．

5　 　 　 　 0

．

3 D　　　　　　D　　　　　　O　　　　31

．

4　　　　Z6p5　　　　29

、

8 0　 　　　 0　

幽

　 　11

．

4　　 　

0

、

9　 　　 1

．

2　　 　 1

，

］ 2

＿

5　　　　　2

．

0　　　　　5p1　　　　　0

．

5　　　　　0r2　　　　　0

鹽

4 4r5　　　　　4

，

4　　　　　0

．

4　　　　　0

、

02　　　　0

＿

03　　　　0

鹽

Oア 9679　　　　　95

．

9　　　　101r3　　　　102

．

3　　　

・

　102

．

1　　　　　ga

鹽

8 0

＝

24　　　　　0

［

24　　　　　0

冨

8　　　　　　0

＝

6　　　　　0

冨

5　　　　　0

＝

6 10

．

_{323 　　　！}0

．

_{439　　　2}

．

_{481　　　 1}

．

_{963　　　1}

鹽

96ア_1r964 0

．

063　　 G

．

067　　　0　　　　0

、

OOア　　 0

．

003　　 0

．

eo4 蓐

．

60　　　　　1

、

491　　　　瑠

．

495　　　　0

』

070　　　　0

、

071　　　　D

．

059 0

．

】聖7　　　　0p118　　　　0

、

02　　　　　0

．

289　　　　0

．

403　　　　0p320 0　　　　　0

鹽

002

．

　　OpOO2 　　　0

、

Ol　　　　O

．

016 　　　0

」

010 0　　　　　　　　0　　　　　　　　0　　　　　　　1

，

608　　　　1

・

401　　　　1

，

5SS O　　　　　O　　　　O

，

543　　 0

．

034　　 D

．

045　 　0

．

043

0r643　　　　0

．

522　　　　0

．

439　　　　0

，

031　　　　0

、

015　　　　0

．

02ア 0

．

792　　　0

，

ア42　　　0

．

D22　　　0

．

OO1　　　0

．

001　　　0

，

003 　 　 　 An　騒

、

1　En　83

．

3　　　　72

．

6　　　　81

、

4 　 　 　 Ab　43

，

フ　Fs　15

．

0　　　　25

，

0　　　　馳5

．

4 　 　 　 0「　

．

’

_Z

_鹽

₂   　　1

．

7 　　　　2

鹽

4 　　　　2

．

2

C

「 r：reldS叫rq ：qu

亂

r 監z

α

：cr

圏

toh創

艦

te

q

「

ff

「

ffG

fq

↑

f

_f

　 10　　 　　 　 　　20　　 　　 　 　　30　 　 　　 　　 　40　 　 　　 　　 　50

Fig

，

4　

X

−

ray　

diffraction

　

pattems

　of　

Sanukitoid

ら 　 　 　 　 　 　 　 　 ヨ 　 　 　 　 　 　 　 　 　

ロ

　 　 　

ロ

　 　 　 　

ロ

　 　 　 　

コ

　 　 　

ロ

　 　 　 。

ε

初

£

鉐

。 ・

 

5

為

_゜

盆

’

　 命

　

　

　

△

　 　 　

An

　 　 　

NnSisOe

−

　 　 　　 　 　 　

−

CaShOe

Fig

．

2　Che

皿

ical

　composition 　of　

_plagioclase

　

in

　the　

Sanukitoid

Fs

MgSio ，

90

　

8

°



70

−

_∫

OF

，

SiOs

Fig

．

3　

Chemical

_，

cemposition 　of　olthepyroxene 　

in

　

the

　

Sanuki

・

　 　 　

toid

お よ び

縁

（

rim

_）

での

分 析 結 果

で

あ

る が

，

エ ン ス タ タ

イ

ト （

Enstatite

，

　

MgSiOe

）

， フ ェ ロ シラ

イ ト

（

Ferrosilite

，

FeSiO

，

）

お

よ び

珪 灰 石 （

Wollastonite

，　

CaSiOs

）

を

端

成 分 と す

る 三

角 図

で

示

す と 図

3

の よ うにな り，

斜 方 輝 石

の

中

で も

ブ

ロ ンザ イ ト

（

Bronzite

，

古 銅 輝 石

）

で あ る が

，

結

晶

の

_縁

ではハ

イ

パ

ー

シ ン

（

Hypersihene

，

紫 蘇 輝 石 ）

に

近

い

組 成 と

なっ て いる。

　

顕 微 鏡 観 察

で は

，

ク リス トバ ラ

イ ト

の

存 在

は

確 認

で き な かっ た が

，

粉 末

X

線

回

折

に よ る と，

図

4

の

よ う

に

明

瞭 な ピ

ー

ク が

現

れ てい る

。

　 3

．

2ASTM

に よる

サ

ヌ

キ

ト

イ

ドの アル カ リ反

応 性

　

化 学 法

による

結

果

では

，

溶

解

シ

リ

カ

量 （

S

，

）

が

615

．

1

mmo

_レ

L

で

_多

く， ア ル カ リ

濃 度

の

減 少

量

（

Rc

）

が

185

．

1

mmo1

／

L

で あ り，

潜

在

的 有 害

の

範 囲

に入る。 　 　 　 　 　 τ

ime

　（months ｝

Fig

_．

_{5　Expansion}

　of 皿ortar　

ba

【with 　

different

　alkali　contents

　

モルタルバ

ー

法

に よ る

材令

1

年

ま

での

試 験 結 果 を図

5

に

_示

す。

図

．

5

よ り

，

セ メン

ト

の アル

カ リ量 が

1．

90

％

の 場

合

は

，

材

令

15

日 での膨

張 率

は

0

．

2

％ であ り， ア ル カ リ

量

が

1．52

％ め

場 合

，

材令

1

か 月 で

0，

13

％

の

膨 張 を

示

し

，

モ ル タルバ

ー

法

の

許 容 値 を大

き

く上 回

る

。

こ の こ と は

，NaOH

で セメ ン トの アル カ

リ量 を増 加

させ る こ と に よ り， モ ル タ ル バ

ー

法

の

促 進 試 験 を 可 能 と

し，

早 期

判定

を

も

可

能

せ し め るこ

と を示

す

も

の で

あ

る

。

し か し

，

アル カ リ量 が

1

．

13

％，

0

．

74

％ の

場 合

の

膨 張 率

はわ

ず

か で あ り， モ ル タ ルバ

ー

法

の

判

定

に

よれ ば無 害 と な る

。 こ の よ うに

，

高

アル カ リ

環 境 下

で は

著

しい

膨 張 を 示 す 骨 材

で も

，

モ ル タル あ るい はコ ン

．

ク リ

ー

トの アル カ

リ濃 度

が あ る

限

界値以下

に な る

と 膨 張

し ない こ

と が わ

か る

。

した

がっ て

，

モ ル タルバ

ー

法

に よ り

骨 材

の

反 応 性 を検 討 す

る

場 合

は

，

セ メン トのアル カ リ量 を ある

程 度 高

める

必 要

が あ り

，

筆 者

ら9）_{は すで に モル タ ル バ}

ー

_{法 試 験}

_に

_適

_{切 な ア} ル カ リ量

を報 告

し てい る。

上 記

に おいて

膨 張

し ない

理 由

と して

挙 げ

ら れ る の は

，

低

ア ル カ リ量の

他

に

，

反

応 性 骨

材

の

混 合 割 合

に

よ

るペ シマ ム

_{効 果}

がモ ルタル バ

ー

法

では

考 慮

さ れ ていないた め と 思 わ れ る が， これに

対

す る

根 拠

は

次節

で

述

べ る

。

　

3．

3

モ ル タル の

_調

合

お よ びア ル カリ

量

の

変 化

に よ る

　 　 　

ペ シマ ム量の

_{変 動}

　

アル カ リ

・

シ リ カ 反

応

に よ る 膨

張

は，

反 応 性 骨材

の

粒

径お よび混 入 量により

変 化

し

，

最 大 膨 張

を 生 じ る ペ シマ ム

_{条 件}

が

存 在

す ること が 知 ら れて い るle）

_。

_{ま た}

_，

筆 者

一

₁₈

一

N工 工

一

Eleotronio _Library

　

876543

．

21

　

・

　 　

凸

　 　

・

　 　

・

　 　

・

　 　

…

　

　

0

　

0

　

0

　

0

　

0

　

0

　

0

　

　

0

　

0

（

遣 ω

5匚

o 匠 O 冨 」

5

」

2

も 匚 o 砺 壽 旦 x 凵

　 　 　 　

ReaCtive

　

aggregate



COntent （％

_｝

Fig

．

6

　

1nnuence

　of　mix 　

proportions

　upon 　

_pessimum

　centent

ら1n はペ シマ ム量 は

，

モ ル

タ

ル の

調 合

お よ びセ メ ン トの アルカ リ 量 に よ り

変

動 す

る が

，

最 大 膨 張 を生

じ る アル カ

リ

・

シ リ カ

比

は

一

定

で あ ること

を

，

反 応 性 骨 材 と

し て

オ

パ

ー

ル を

用

い てすで に

報 告

して い る

。

こ こ で は_， サヌ

キ

ト

イ

ドへ の

_適

_用

を

試

み た。

　

3．

3．1

モル タルの

調

合

に よ るペ シマ ム

量

の

変 動

　

アル カ リ 量 が

NasO

。。

．

で

0

．

74

％

の

普 通 ボ

ル

ト

ラン

ド

セ メ ン トを

用

い

，

．

NaOH

_{を添 加 し}

て

全

アル

カ

1

_{丿量 を}

₁

_％

一

_定

_{と し}

_，

_{モ ルタル の}

_{調 合 を変 化 さ}

_{せ た}

_{場 合}

_{の モル タル} バ

ー

の

材 令

6

か

月

で の

膨 張 率

と

反 応 性 骨

材

の

_{全 骨}

_{材 中}

の

混

入

率

の

_{関係 を 図}

6

に

示 す

。

骨 材

セメ ン ト

比

が

小

さ く な る ほ どペ シマ ム

量

は

大

きい

方

へ

_{移 動}

_し ， そ れ に

従

い

膨張

率

も

増 加

し て い る。

　ASTM

・

C227

（

モ ル タル バ

ー

法 ） と

ほ ぼ

同

様

の

_調

_合

で

作 製

さ れ たモ ル タル バ

ー

（

図

6

中

の △

印

）

で は

，

ASTM

・

C227

_（

モ ル タル バ

ー

法

）

に よ る

反

応性

骨

材

の

混

入

率

と

同

一

で

あ

る

100

％

の と き は，

材 令

6

か

月

で

0．

04

％ の

膨 張

を

示

し

，

無 害 と判 断

さ れ る が

，

混

入

率 20

％ では

，

O

．

　

37

_％ の

大

きな

膨 張 を示

し，

有害

と な る。 し た がっ て

，

ASTM

・

C227

_（

モ ル タ ル バ

ー

法 ）

に

よ

っ て

骨

材

の

反 応 性 を判 断 す

る

場 合

は， ペ シマ ム

効

果

を

考慮

す る

必

要

が あ る。

　

3．

3．

2

セ メン トの アル カ リ

量

に

よ

るペ シマ ム

量

の

_変

　 　 　 　 動

　

モ ル タル の

_{調 合}

を

一

定 （

C

；

A

：

W

＝

1

：

1．

25

：

0．

　

45

）

_{と し}

，

_{アル カ リ}

_量

_が

NatOee．

で

0．

81

％ の

普

通 ボ

ル トラ ン

ド

セ メ ン

ト

に

NaOH

を

添

加

し

，

ア

ル カ

リ

量 を

4

水

準

に

変化

さ せ た

場

合

の

材令

8

か

月

での モル タル バ

ー

の

膨

張率

と 反

応性

骨

材

の

混 入 率

の

関 係 を

図

7

に

示

す

。

セメ ン

ト

の アル カ

リ量

が

増 加 す

る ほ

ど

， ペ シマ ム量 は

増 加

し

，

そ れに

伴

い

膨 張 率 も増 加

して いる。

　以

上

の

_各

々 の

_{膨 張 率}

お

よ

び

表

1

で のそ の

他

の モ ル タルバ

ー

の膨 張

率

を

，

反

応

性

　 D

，

9 ε

の

O

・

8

慧

・

，

7

．

：

り

0

・

6

：

eo

．

．

5

蔦

駐

゜

・

4kD

．

3

£

50

・

2 』

＝

0

．

1

　 　

937554321

．

　 　

唖

　

　

　

_・

　

　

　

■

　

　 　

，

　 　 　

■

　

　 　

　

_卩

　 　

　

_・

　

　 　

■

　 　

　

_・

　 　

0

　 　 む 　

　

　 　

　

　 　

　

ロ 　

　

ロ 　 　

　

ロ 　

　

　 　

　

　 　

　

　 霾

）

望 誓 oE

°

り の 毋 L3 き E

も

匚 o 窃 話 旻 山 　 　 　

　 　 　

Reactive

　aggregate content （％）

Fig

．

7

　

1nfiuence

　

of　cement 　a1kali　content 叩on

　

pessimum

　 　 　content 　　　　　　　

．

．

骨 材

に

対

す る アルカ リ

量

の

重 量 比

（

アル カ リ量

／ 反 応 性

骨 材 量

，

以 下

， これ

を

アル カ

リ

シ リ カ

比

と

称

す る

）

で

表

す

と図

8

の よ うにな る。 モル タルバ

ー

の

膨 張 率

は

，

アル カ

リ

シ

リ

カ

比

が

増

加

す る に

従

い

急 激

に

増 加

し

，

最 大

に

達

し た

後 緩 や

か に

減 少

す る

。

こ の

図

か ら

，

モ ル タル の

調 合

お よ びセ メ ン トの アルカ リ 量 が

変

化

して

も最 大 膨 張 を生

じ る アルカ

リ

シ

リ

カ

比

は

一

定

で あ り

，．

この と きの アルカ

リ

シ

リ

カ

比 を

critical アル カ リ シ リ カ 比 と

呼

ぶことに

す

る

。

し た がっ て，

あ

る

試料

の critical ア ル カ

リ

シ

リ

カ

比

が 分

か れ

ば

，

任

意

の アルカ リ 量 を

有

す

る

任 意

の モ ル

タ

ル

調 合

に おいて

，

ペ シマ ム量 を

予 測 す

る こと がで きる

。

す な わ ち， critical アル カ

リ

シ

リ

カ

比

は

次

の

よ う

に

表

すこ と が で

き

る

。

　 　

I

　 　 　

S

＝ _照

_』

_／

Wr…・

……・

・

…一 ・

…・

………

_{（1 ）}

し か し，

　

Wa＝NaiOea．

（

％ ）

×

C

　 　 　 　

Wr＝A

／

CXCXP

（％ ）

で あ るの で

，

上

記 （

1

）式

は

次

の

よ

うになる

。

　　　S

＝

Na

！

Oea．

／

（

（

A

／

C

）

×

P

）

…・

……・

・

…・

………

（

2

）

．

こ こ に

，

S

：critica1 ア ルカ リシ

リ

カ

tic

，

　

Wa

：アル カ リ量

，

Wr

：ペ シマ ム

時

の

反 応 性 骨 材 量

，　

C

：セメ ン ト量

，

A

／

C

：

骨 材

セメ ン

ト比

，

P

：ペ シマ ム

割 合 （

％

）

　

図

8

より

．

critical ア ル カリ シ リ カ 比

は

約

O．

02

で あ る。 　 　 　 0

、

0］　　　　0

．

02　　　　0

．

03　　　　0

．

04　　　　　

0

，

05

　　　　

0

．

06

　　　　　0

．

07

　　　　0

．

08　　　　0

，

09 　 　 　 　AlkaH　 silice 　 mtio

Fig

．

8

　

Relationship

　

between

血orta 匸

bar

　expansion 　and 　alkali 　silica　ratio

NII-Electronic Library Service

100

80

60

40

窟

）

起 Φ ← ＝

8E

毳

E

い £

20

　 　 　 　

0

　 　 　

1

　 　

2

　　

3

　 　

4

　 　

5

　 　 　 　

Aggregate

　

cement

　

ratio

Fig

．

　

g



Calculated

　

pessimum

　content 　 of 　

Sanukitoid

この

値 を式 （

2

）

に

代 入

し

，

モ ルタルの

調

合

，

セ メン ト のアル カ

リ量

が

_変化

す

ると きの べシマ ム量 を

算 出

す る と

図

9

の よ うにな る。

同

一

骨 材

セ メ ン

ト比

におい ては， ア ル カ

リ量 が増 加 す

る

と

べ シマ ム

量

は

増 加 す

る

。

ま た

，

同

一

_{アル カ リ量}の と きは

_骨

材

セ メ ン

ト比

が

大

き く な る とペ シマ ム

量

は

減少

し，

調合

が

ペ シマ ム

量

の

変 動

に

及 ぼ す 影

響

は

小

さ く な る

。

図

9

で

得

ら れ た

結 果 を 普 通

コ ン ク

リ

ー

ト

の

調 合

に

適

用

す る と， コ ンク リ

ー

ト

調 合

の

場 合

は，

少

量

の

反

応性

骨

材

の

混

入 でペ _シマ ム

量

に

達 す

るこ

と

に

な

る

。

こ の

_結

果

は

，

実構造物

か ら

採 取

し たコ アの

全 膨 張 率

と 骨 材 混 入 率

を

検 討

し た

岡 田

ら］Z ｝_の

試 験 結 果

と

一

致

す る。

図

9

に は

，

水

セ メン ト

比 と反 応 温 度

に

よ

る

影 響

は

考

慮

さ れて いないが

，

水

セ メン

ト比

は

全 膨 張 率

の

大 き さ

の みに

影 響

し

，

ペ シマ ム

_量

に は

影響

し ない

と思

わ れ る

。

ま た

．

反 応 温 度

に

対

して は，

同

一

試

料

を用

いて オ

ー

ト

ク レ

ー

プ

促 進 試 験 （

GBRC

法

）

を

行

っ

、

た

結

果

，

図

8

と まっ た く

同 様

の

結 果

が

得

ら れ た と

報告

し た 田

村

ら13）_の

報

告

か ら

も

，

反

応

温

度

はペ シマ ム

量

に

影

響

し ないと

も考

え ら

れ る

が

，

ま だ

検 討

の

余

地 が あ る

。

　

以

上の こと よ り

，

あ る

反

応性

骨

材

のべ _シマ ム

量 を指 標

と するより

，

critical アル カ リ シ

リ

カ

比 を 指 標 と す

る

方

が

妥 当

で あ る と 思 わ れ る

。

筆 者

らの

試 験 結 果

で は

，

オパ

ー

ルの critical ア ル カ

リ

シ

リ

カ

比

は

O．

　

09

，

九 州 産 安 山 岩

は

0

．

026

，

北 海

道 産

安

山 岩

は

0．

013

で

あ

っ た

。

　 3

．

3

．

3

真の アル カ リシ リカ

比

お よ びペ シマ ム

現

象

に

　 　 　 　 対

す る

考 察

　 前 記

の アル カ

リ

シ

リ

カ

比

と は

，

前

に

述

べ た よ

う

にセ メ ン トの ア ル カリ と

反 応 性 骨 材

との

重

量の比で あ る

。

し か し

，

真

の ア ル カ リ シ リ カ 比 と は

，

反 応

に

_関

_係

す る

水 溶 性

アルカ リ

量

と

反

応性

鉱

物中

の シ リ カ

量

との

比

で

あ

るべ

_き

で あ る

。

しか し

，

こ れ に

対

するデ

ー

タ の

不 足

や

試 験

の

_困

難

さ の た め

，

こ こ で は アルカ リ と 反

応 性

骨

材

の

全 重 量 を

用

いてい る

。

　

また

，

ペ シマム

現 象

は アル カ リ

・

シ リ カ 反

応

特

有

の

現

一

₂₀

一

象

とし て

，

ア ル カ リ

・

シ リカ

反 応

の メ カニ

ズ

ム と

関 連

し て

研 究

が

行

わ れて いる が

，

これに

対

してはい くつ _か

_{見 解}

が あ る が

，

次

の

2

つ が

も

っ と

も

一

般 的

であ る。 そ の

1

つ は

，

反

応

生

成物

であ る アルカ リ シ リ カ

ゲ

ル の

化 学

組成

の 違い が 膨

張

に

影

響 す る という

化 学

量

論 的

な

考

え 方 であ る。

Dent

　

Glasser

，

　

Kataoka

】4♪_は ， シ リ カ

ゲ

ル と

水酸 化

ナ ト リ ウムを

用

い たモデル

実験

よ り

浸

透 圧 を測

定

してお り

，

その

_{結 果 最}

大

浸

透 圧 は

，Sio

：

／

Na

，

O

の モ ル 比 が

3〜

5

の と き

得

ら れ る。 し か し

，

S

．

　

Diamondl5

〕ら は

，

合

成

し た ア ルカ

リ

シ

リ

カ

ゲ

ル の

膨 張 圧

測定 結

果

か ら

，

膨

張

圧

と ゲル の

化 学 組 成

との

間

に は

明 確

な

相 関 関 係

は ない と

結

論

づ

け

て い る。

　

も う

1

つ は

，Mielenx

’6）

_，

　

HobbSi7

）

，

　

Oz

）

11s

）らに よる

も

の で

あ

る

。

彼

ら に

よ

ると

，

ペ シマ ム は ア ルカ リ

量

と

反応

性 骨 材 量

の

2

つ の

相 反 す

る

反応 特 性

の

結 果 と し

，

反 応 性

骨

材

がペ _シマム

量 以 下

であれ ば

反 応 性 骨 材

が

先

に

消耗

さ れ_， ペ _シマ ム

量 以 上

で

あ

ればア ル カ

リ

が

早

く

消 耗

さ れ，

反応

は

止 ま

る

が

， ペ シマム

時

は

両 方 が 消耗 さ れ

る

ま

で

反

応

が

続

く とい うこと で あ る

。

　

し か し， こ の

2

つ の

考

え

方

は

根本 的

に

相

違

するもの で は な く

，

ま た と も に

理

論

的

に

確

立

さ れ た

も

の で は ない

が

，

本論文

で

提

案

し た critical アル カ リ シ リ カ

比

の

概 念

は_， アル カ リ と シ リ カ との

重 量 比

が

一

定

の

と

きペ _シマ ム

と

な る ということ で

，

上

記

の

ど

ち らの

_考

え

方

に よっ て

も理 解

で き る

。

　

3．

4

膨

張

を

生

じ ない

_単位

アル カ

リ量

の

限

界

値

　

図

5

お よ

び

図

7

よ り

，

セ メン

ト

の アル カ

リ量 が 増 加 す

る と 膨 張 が

増

加 す ること は 明 ら か で ある

。

図

5

よ り，

反

応性

骨

材

で も

低

アルカ リ

環境

下

では な ん ら

膨

張

を示

さ な いが

，

モ ルタル あ るい はコンク リ

ー

トの アル カ

リ濃 度 が

あ

る

限 界値 以 上

に

達 す

る と

膨 張

す る と

考

え ること が で き る。

S ．

　

Diamoridig

］_は

_，

_{アル カ リ}

・

_骨

_{材 反応}

_{を 生}

_{じ さ せ} ， さ らに

持 続

させ るた めに必

要

な

細

孔

溶液 中

の

水 酸 化

アル カ

リ

の

濃 度

には あ る

限 界

値

が

存 在

す る と し，

仮

定

の

限 界

値

と して

0．

25N

（

pH

　

13．

4

に

相

当

）

を設 定

し ている

。

し か し

，

ア ル カ リ量の

_限

_界値

は

，

反 応 性 鉱 物

の

種 類

，

含 有

量

，

結 晶 度

お よ び

組

織

な どに よ り

変

化

する と

思

わ れ る。

図

6，7

に み ら れ る よ う に，

同

一

_{調 合}

，

同

一

_アルカ

_リ量

の場

合

にも

，

反 応 性 骨 材

の

混 入 率

に

よ

りモ ル タル バ

ー

の

膨

張 率

は

_大

き く

変

動

する

。

し たがっ て_，

膨 張

を 生 じ ない

単位

アル カ リ

量

の

限 界 値 を 求

める た

め

には

，

反 応性 骨 材

の

混 入 率

は

critical

ア ルカ リ シ リ カ 比でな け れ

ば

な ら な い

。

　

図

10

に

表

1

での モ ル タル の膨

張

率

と

単位

ア ル カ リ

量

との

_{関 係}

を

示

した

。

同

一

ア ル カリ

量

で も

反 応 性 骨 材

の混

入 量

により

膨 張 率

は

大

き く

変

動 す る が，

一

_{般 的}

_{に ア ル カ} リ 量 が 増え る に

従

い

，

最 大 膨 張 率

も

増 加

し て い る

。

これ は

NaOH

の

添 加

に よ るア ル カ リ量の

_{増 加}

あるい は骨

材

N工 工

一

Eleotronio _Library

丶

セメ ン

ト比

の

減 少

に

よ

り，

図

9

か ら，

反 応

性

骨

材

の ペ シ マ ム

量 も増 加

し

，

し

_仁

が

って

膨 張

率

も

増

加

す る と

思

わ れ る

。

　

モル タルバ

ー

は

，

低

アル カ リ量の と き はほと ん ど

膨 張

を示

さ

ず

，

単 位

アル カ リ量 が

4kg

／m3 を 超 過 す る と 急

激

に

膨 張

し

始

め る

。

し た がっ て，

膨張

を

生

じ ない

単

位

アル カ

リ量

の

限界 値

は

3kg

／

M3 であ る

。

　

また

，

モル タル と

比 較

す る た め，

10

×

10

×

40cm

の コ ンク

リ

ー

ト供 試

体

を

用

いた

試験 結

果

を

図

11

に

示 す

。 コ ン ク

リ

ー

ト

に

お

け る

有

害

な

膨

張

の

_{判 断 基 準}

を

CSA

　

A

23

．

1

．

M77

付 録

B

に

_従

い

0．

03

％ と す る と_，

図

より

有

害

な

膨

張

を

示

す の は，

単位

アル カ リ

量

が

5kg

／

mS

を超 過

し た

と

きで

あ

る

。

し た がっ て

，

コ ン ク リ

ー

ト

で の ア ル カ リ

量

の限

界 値

は

5kg

／

m3 で あ り

，

モ ル タル の

場 合

よ り

大

きい

値

と なっ ている が

，

これ は

反 応 性 骨 材

の

粒 度

の

差

お よ

び

コ ン ク リ

ー

トに

膨

張

を

引

き

起

こ す の に

必 要

なエ

_ネ

ル

ギ

ー

が， コ ン ク リ

ー

トの

非 均

一

性

のた めモ ル タル よ り

増

加

し た た め と

思

わ れ る。

　

反 応

性

骨

材

を

使

用

せ

ざ

る を

得

ない

場 合

の

対 策

の

1

つ

と

1

．

0

　 　 　 　

8

　 　 　 　

0

寂

）

個 看

_‘

oE 頃

60

θ 帽 　 　 　 　 　

4

匚 ゜

至

恥

x Φ 」 窒

2q

」 ＄ 」 o Σ

0

　 　 　

24681012141618

　 　 　 　

AIkali

　

content （

kg

／m3 ）

Fig

_．

₁₀

　

Mortar

　

bar

　expansion 　versus 　alkali　content

02D 　 　 　 　

5

　 　 　 　 　 　 　

　

0

　 　 　 　 　 　 　

　

5 　 　 　 　

1

　 　

　

　 　 　 　 　

　

1

　 　

　

　 　 　

　

　

　

0

　 　 　 　 ロ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 む

｛

迅 E

団

τ ロ

3

_Φ

」 u

に

8

旨

に

θ 旨

。

景

凵

0

　 　 　

Alka

】

i

content （Na10eq

，

）　

kg

／m3

Fig

．

11

　

Length

　changes 　versus 　alkali 　content 　

for

　concrete

　 　 　

prism

　

continuously



moist　cured

　

at　

43

°

C

し て

，

コ ン ク リ

ー

ト

の ア ル カ

リ

含

有 量 を 限 界 値 以 下

に し て

用

いる

方 法

が

イギ リ

ス の

指 針 案

2ω_な

_ど

_{に み られ る}

_が

，

しか

し， こ の

指

針

案

で

も

指摘

され

た

よ

う に

，

コン ク

リ

ー

ト

内

の アル カ リの

移 動

に よ る アル カ リ

濃

度

分

布

の差 お よ びセ メ ン ト

以 外

に

起

因 する アル カ リ も ある の で，

使

用

に

至

る

ま

で は

十 分

な

検 討 が 必 要

で

あ

る

。

む し ろ

，

ア ル カ リ

以 外

の

他

の

陰 イ

オン

_（

例

え

ば塩

素

イ

オン

_）

な ど に よ る二

次 効

果

に よ り， ア ル カ リ量の

限

界値

は， こ こで

求

め た よ う な

限 界 値 を減

少

さ せ る

可

能

性

も あ る

。

　

4．

結 　 論

　

サ

ヌ

キ トイ ドを反 応

性

骨

材

と して

用

い

た

い

く

つかの

実

験 よ

り

次

の

よ

う な

結果

が

得

られ た

。

　

（1 ）

サヌ

_キ

ト

イ

ドは

瀬 戸 内 火 山岩 類

に

属

し，

岩石学

的 調 査

よ り，

反

応

性鉱物

と して

酸 性

の

火 山 ガ

ラス と ク リ ス

ト

パ ラ

イ

トの

存

在

が

確

認さ れ た

。

　

（2 ＞

サ

ヌキ ト

イ

ドの

_主

な

構 成 鉱 物 中

，

火 山 ガ

ラ ス

以

外

に_，

斜 長

石 お よ

び

斜方

輝 石

が

存 在 す

る

が

， これ は

走 査

電 子 顕 微 鏡 分 析

よ り

，

ラ

ブ

ラ ドラ

イ ト （

曹 灰 長

石

）

お よ び ブロン

ザ イ

ト

（

古銅輝

石

）

で

あ

るこ

と

が

判 明

し た

。

　 （3 ＞

ASTM

の

_{化 学 法}

に

よ り潜 在 的 有 害

の

範 囲

に

属

し，

ASTM

の モ ル タル バ

ー

法

で は

，

ア ル カリ 量 が

1．

52

％

以 上

高

め ら れ た と き

有 害 な 膨 張 を 示

し た。

　

（

4

）（

3

）

よ り

，

モ ルタルパ

ー

法

に よ り

骨

材

の

反

応性

を

評価

す る と き は

，

セ メ ン トのアル カ リ量 を

高

め る 必

要

が あ る。

　

（

5

）

最 大 膨 張

を

生

じ るペ _シマ ム

量

は

，

モ ル タル の

調

合 お

よ

び

セメ ン トの ア ル カ リ

量

に よ り

変 動

す る が

，

最

大

膨

張

を生

じ るcritical アル

カ リ

シ

リ

カ

比

は

一

定

であ る。

　

（

6

＞

反

応

性 骨 材

の

critical

アル カ リ シ リ カ

比

が

分

か れ ば_，

任 意

のモ ル タル

調 合

，

ア ル カリ量の と きの ペ シマ ム

_{量 を予 測}

す るこ と がで

き

る

。

　

（

7

）

サヌ

キ

ト

イ ド

の

膨 張 を生

じない

単位

ア ルカ リ量 の

限

界値

は

，

モ ルタル に お い て は

3kg ／

m3

_，

コ ンク リ

ー

トに おい ては

5kg

／

m3 _で

_あ

_る

_。

　謝 　

辞

　

本

研 究

を

行 う

に

当

た り，

御

指

導

，

御 協 力 頂

い た

東 京 大

学 岩 石 学 研 究 室

の

永 原 裕 子 先 生

お よ

び

小

野 田

セメ ン

ト研

究 所

の

_{中島節 治}

_，

_{石 井 四 郎 両 氏}

に

謝 意 を

表

し ま す。ま た

，

分 析

に

用

い た

電

子

顕微鏡

は

，

日

本 国 立 博 物 館

分 館の施

設

を

利

用

さ せて

頂

き ま し

た

。

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