国内におけるコンクリート用人工軽量骨材の変遷と最近の動向

(1)

国内におけるコンクリート用人工軽量骨材の変遷と最近の動向

1. はじめに

近年，RC 構造物の超高層化，大スパン化が進んでいる。その方策として，コンクリートを高強度化して部材断面を小さくし，

自重を軽減するか，コンクリートの密度を小さくして軽量化を図ることが考えられる。

建物の設計者にとって，これら両方の性能を合わせ持った，「軽くて強い」コンクリートが実現できればという要望は常にある。

この要望に答える技術として高強度人工軽量骨材が開発されている。

本報告は，国内における人工軽量骨材の変遷と最近の動向をまとめたものである。

○日大生産工(院) 笠井浩日大生産工松井勇

1966 年に人工軽量骨材協会が設立した。

このように,1960 年代は人工軽量骨材を軽量コンクリートに使用できる基盤づくりがなされた時代であった。

1970 年代になると，1971 年に JIS A 5002 が改正され,人工軽量骨材が追加された。

1973 年には,住指発第 769 号「人工軽量骨材を用いる軽量コンクリートの使用基準」

が制定された。また，1978 年に建築学会が

「軽量コンクリートの調合施工指針（案）」

を制定し，人工軽量骨材および人工軽量骨材を用いた軽量コンクリートの品質基準が確立された。

このように 1970 年代は人工軽量骨材の使用が本格化され,わが国の高度経済成長とともに，人工軽量骨材が最も脚光を浴びた時代であった。

2．国内における軽量骨材の変遷^{１）２）３）４）}

国内における軽量骨材の変遷と軽量骨材関連の規格・基準類の制定・改定の一覧を

表 1 に示す。 1980 年代に入ると，1985 年には建設省建築研究所（以下,建研）において, 人工軽量骨材を用いた軽量コンクリートの圧縮強度 36～50N/mm

²

クラスの物性試験や 1986 年には 24～27N/mm

²

クラスの構造部材実験を実施し,高強度軽量コンクリートとしての基礎資料を得た。

我が国における初めての構造用軽量コンクリートの研究は,1947 年に東京大学教授の浜田稔博士が行った天然軽量骨材を用いた軽量コンクリートであった。その後 1955 年に天然軽量骨材を対象とした製品規格として，JIS A 5002「構造用軽量骨材」が制

定された。このように,1980 年代は人工軽量骨材の

新たな用途拡大に向け,試行錯誤していた時代であった。

このように，1940 年後半から 1950 年代は，天然軽量骨材を使用した軽量コンクリ

ートが中心であった。 1990 年代になると，高強度軽量コンクリートの構造実験の研究開発が進み,これらの研究成果をまとめたものとして,1992 年日本建築学会から「高強度人工軽量骨材を用いた建築物の設計と施工」が出版された。

1996 年には日本建築学会 JASS5 の改定により,軽量 1 種コンクリートの設計基準強度の最大値が 36N/mm

²

まで引き上げられた。

1960 年代に入り,膨張頁岩系の人工軽量骨材が米国から技術導入され,1964 年に国内で初めて製造販売された。その頃,建設省住宅局指導課発令（以下，住指発）第 180 号「人工軽量骨材を使用する軽量コンクリートの構造設計基準」,建築学会 RC 基準では , 人工軽量骨材の許容応力度の制定や

JASS 5 では施工標準が制定された。さらに一方，超軽量骨材の開発も進み膨張頁岩，

Recent Trend and Changes of Development of Artificial Light-weight Aggregates in Japan Hiroshi KASAＩ and Isamu MATSUI

(2)

表 1 国内における軽量骨材の変遷および規格・基準類の制定・改定

年代

1945 ・47　浜田稔博士が天然軽量骨材による構造用軽量コンクリートの　～1950 　　　研究開始

・49　鉄筋軽量コンクリートの試作建物（建設省営繕部設計）・52　建築学会：特殊コンクリートの構造設計基準の制定

・50　日本相互銀行本店ビルにて初めて本格的に実用化・55　JIS A 5002：構造用軽量骨材の制定　　　　（浅間軽石コンクリート使用）・58　JIS A 5002の改正（火山灰の除去）

・58　パーライトの製造開始

1960 ・64　人工軽量骨材の製造開始・64　建設省住指発180号「人工軽量骨材を使用する鉄筋軽量

・64　三井金属鉱業が膨張頁岩系骨材の製造販売開始　　　　コンクリート造構造基準」通達

・64　新潟地震・64　建築学会：RC基準改正（初めて人工軽量骨材の許容応力度改正）

・66　人工軽量骨材（ALA）協会が5社で設立・65　建築学会：JASS5改正（初めて人工軽量骨材の施工標準制定）

　　　（大阪セメント、清水建設、住友金属鉱山、三井金属鉱業の4社　　　は膨張頁岩が原料、日本ジョーライトのみフライアッシュが原料）

・69　十勝沖地震

1970 ・70　人工軽量骨材の出荷量のピーク（100万ｍ³超える）・71　JIS A 5002改正：構造用軽量骨材に人工軽量骨材の追加

・73　第一次オイルショック　人工軽量骨材の価格高騰　・73　建設省住指発769号「人工軽量骨材を用いる軽量コンクリート

・78　第二次オイルショック　人工軽量骨材の価格高騰　　　　の使用基準について」通達

・74　建設省住指発230号「高強度人工軽量コンクリートの使用　　　要領について」でFc24N/ｍｍ²人工軽量骨材コンクリートの　　　ポンプ施工禁止

・78　建築学会：軽量コンクリート調合設計施工指針（案）制定 1980 ・85　建研：人工軽量骨材コンクリート 36～50N/mm²クラスの物性試験実施

・85　九電産業　フライアッシュ系骨材の製造販売開始

・86　建研・理科大：人工軽量骨材コンクリートの 24～27N/mm²クラスの　　　梁部材の構造実験実施

・86　住友金属鉱山：超軽量骨材の製造技術確立 1990 ・91　バブル景気崩壊

・91　高強度人工軽量コンクリートの構造実験など研究開発進む

・93　抗火石系超軽量粗骨材の商品化

・95　膨張頁岩系超軽量粗骨材の商品化

・97　フライアッシュを主原料とした高強度人工骨材の研究開発

・99　石炭灰と膨張頁岩微粉末を主原料とした高強度人工軽量骨材　　　（J骨材）の研究開発の本格的開始

・99　真珠岩系超軽量骨材の商品化

2000 ・00　J骨材を混入したプレキャストパネルを建物外壁に初適用

・00　日本コンクリート工学協会「軽量コンクリートの性能の多様化　　　と利用の拡大に関するシンポジウム」開催

・01　建研：33年間屋外暴露した人工軽量骨材の試験体物性試験実施

・03　J骨材軽量コンクリートを３建物の躯体に初適用（計約3400m³）

軽量骨材関連の規格・基準類の制定・改定軽量骨材の変遷など

・91　建設省住指発180号「人工軽量骨材を用いる軽量コンクリート　　　の使用基準について」通達（769号、230号の廃止および　　　以後は建設省住宅局の認定を廃止）

・92　建築学会：高強度人工軽量骨材を用いた建築物　　　の設計と施工（36N/mm²クラスの施工・構造性能とりまとめ）

・97　建築学会：JASS5改定（人工軽量骨材コンクリート Fc36N/mm² 　　　まで上限）

・03　JIS A 5002の改正

・04　建築学会　骨材小委員会人工骨材ワーキングの設置

抗火石や真珠岩を用いた超軽量骨材が商品化された。

このように 1990 年代は，さらなる軽量化あるいは高強度軽量化の方向へと新しい軽量骨材の開発がなされた時代であった。

2000 年代に入ると，2000 年に，日本コンクリート工学協会主催の「軽量コンクリートの性能多様化と利用の拡大」に関するシンポジウムが開催された。また，日本建築学会では 2004 年に人工骨材ＷＧが設置され，軽量コンクリートの最近の技術の現状について，筆者の一人が参加してまとめているところである。

以上のように，2000 年代も 1990 年代に引き続き，人工軽量骨材の新たな利用の拡大が検討されている時代と言える。

3．国内の人工軽量骨材の出荷量推移^１）４）

国内の人工軽量骨材の出荷量の推移を図

1 に示す。人工軽量骨材の出荷量は 1970 年に 100 万ｍ

³

を超え,1973 年の第一次オイルショック前には約 185 万ｍ

³

でピークに達した。それ以降は，オイルショックによる燃料の高騰により，人工軽量骨材の価格が高騰したこと等から徐々に出荷量は減少し,1980 年代後半のバブル景気で一時増大したが,バブル崩壊後はさらに出荷量は

200

図 1 国内の人工軽量骨材の出荷量の推移^4）

150

100

50

0‘71

75 80 85 90 95 00

年度

出荷量（万ｍ3）第一次オイルショック第二次オイルショックバブル崩壊

200

150

100

50

0‘71

75 80 85 90 95 00

年度

200

150

100

50

0‘71

75 80 85 90 95 00

年度

(3)

減少している。2000 年以降の人工軽量骨材の出荷量は 2002 年では 48 万㎥，2005 年では 31 万㎥と減少している。その影響もあり，

2008 年現在，人工軽量骨材の製造会社は

2

社のみとなり，人工軽量骨材の需要は低迷しており極めて厳しい時代を迎えている。

4．人工軽量骨材の種類と製造方法^１）２）

軽量骨材の原料の種類，製造方法，形状を表 2 に示す。

軽量骨材は構造用と非構造用に大別され，

構造用軽量骨材の種類は JIS A 5002－2003

「構造用軽量コンクリート骨材」によると，

「人工」「天然」「副産」に分類される。そのうち，人工軽量骨材とは，膨張頁岩，膨張粘土，膨張スレート，フライアッシュを主原料としたものと定義されている。

製造方法による違いは，非造粒型，造粒型，破砕型に大別される。ここでは，原料として代表的な膨張頁岩の製造方法について述べる。

非造粒型は，原料となる膨張頁岩を粗砕機で粉砕し，ロータリーキルンで焼成する。

キルン内で骨材の角張りが取れ，形状は川砂利形となる。非造粒型の製造方法の長所は製造工程が単純化でき，製造管理が比較的容易である。短所は，原料を粗砕し，そのまま焼成するため，原料の品質の変動に焼成後の骨材の品質の変動が依存されることとなる。

造粒型は，原料となる膨張頁岩をボールミルなどで微粉砕し，その他の原料を混合し，加水・混練する。その後，造粒機で造

粒し，ロータリーキルンに入れて焼成する。

造粒方法は，ロール型押出し造粒機と回転型造粒機があり，前者の焼成骨材の形状はまゆ形で，後者の場合は球形となる。

造粒型の人工軽量骨材の製造方法の長所は，

種々の原料（石炭灰，発泡材，ベントナイト，下水汚泥など）を配合することができ，

焼成骨材の品質変動が非造粒型よりも比較的小さいことである。短所は，非造粒よりも製造工程が複雑なため製造管理の手間がかかる。

破砕型は，原料を粗砕し，ロータリーキルンに投入し焼成する。発泡した原料は塊状となりキルンの出口で粗砕されるため，

骨材の形状は角張った砕石形である。破砕型の製造方法の長所は，製造管理は前 2 者に比べて容易であるが，短所は前 2 者に比べて，焼成骨材の品質変動が大きい。

以上のように, 人工軽量骨材の製造方法の違いによる長短所を把握し，造粒型は骨材の品質確保の面から優れた方法と言える。

5．最近の開発動向¹^）²^）

人工軽量骨材の開発の動向を図 2 に示す。

人工軽量骨材の開発目的は，①高断熱化，

②超軽量化，③高強度軽量化，④資源の有効利用に区分できる。

①高断熱化の観点から，旧くから非構造用軽量骨材として，膨張真珠岩や膨張黒曜石を原料とするパーライトや膨張ひる石を原料とするバーミキュライトがある。これらの骨材は絶乾密度 0.02～0.50ｇ/cm

³

の範囲にあり，断熱モルタル・コンクリートあ

表 2 軽量骨材の原料の種類，製造方法，形状

分類原料形状

人工膨張頁岩造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級球形，まゆ形非造粒型粉砕⇒分級⇒焼成⇒分級川砂利形

破砕型粉砕⇒焼成⇒粉砕⇒分級砕石形膨張粘土破砕型粉砕⇒焼成⇒粉砕⇒分級砕石形フライアッシュ造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級球形，まゆ形石炭灰+膨張頁岩造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級まゆ形

天然火山れき破砕型粉砕⇒分級砕石形

火山れき加工品破砕型粉砕⇒分級⇒ｾﾒﾝﾄｺｰﾃｨﾝｸﾞ加工砕石形副産膨張スラグ（製鉄スラグ）破砕型水滓スラグを暴気膨張⇒分級砕石形膨張ぼた（石炭ぼた等）造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級球形非構造用膨張真珠岩非造粒型粉砕⇒乾燥⇒焼成⇒分級川砂形

膨張黒曜石非造粒型粉砕⇒乾燥⇒焼成⇒分級川砂形膨張ひる石非造粒型粉砕⇒乾燥⇒焼成⇒分級川砂形その他真珠岩造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級球形

抗火石造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級球形建設汚泥造粒型脱水⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級砕石形廃ガラス造粒型粉砕⇒造粒⇒乾燥⇒焼成⇒分級砕砂形廃発泡スチロール破砕型粉砕⇒遠赤外線⇒粉砕⇒分級砕砂形

製造方法

構造用

(4)

るいは鉄骨耐火被覆材等に用いられている。

②資源の有効利用の観点から，石炭灰や建設汚泥，廃ガラス，廃発泡スチロールなど様々な原料を使用して骨材化の研究がなされている。特に，石炭灰の発生量は 2005 年度において約 834 万トンに達しており，

2010 年には 1000 万トンに増大する見込みである。そのため，石炭灰を利用した軽量骨材の研究が多く行われている。また，建設汚泥も 2002 年度における最終処分量は約 265 万トンであり，石炭灰と同様に問題と言える。

③超軽量化の観点から，膨張頁岩，抗火石，

真珠岩を各原料とする，絶乾密度約 0.8～

0.9ｇ/cm

³

の超軽量骨材が開発されている。

膨張頁岩系の場合は，膨張頁岩を微粉砕し，発泡材を添加した造粒物を焼成したもので,連続型気泡を形成している。

抗火石系の場合は，抗火石は加熱により発泡しないため，発泡材の添加で，焼成後の骨材内部に均一で微細な独立気泡が形成されている。

真珠岩系の場合は，真珠岩微粉末に発泡材を加えた造粒物を，焼成過程で一度焼結して脱気を行い，その後の焼成で発泡させるといった，極めて高度な製造技術で微細な独立気泡が形成されている。

これらの骨材は，カーテンウォールなど非構造部材に用いられている。

④高強度軽量化の観点から，石炭灰のうち，

フライアッシュを主原料とする絶乾密度約 1.80ｇ/cm

³

の高強度人工骨材が開発されている。この骨材は,良質なフライアッシュを使用しなければ,骨材の所定の品質確保が容易でないことや焼成温度 1200～1300℃

のためエネルギーを多く必要とすることが課題である。

筆者らは，石炭灰と膨張頁岩微粉末の 2 成分を主原料とする絶乾密度約 1.55ｇ/cm

³

の高強度人工軽量骨材を開発している。主な特長は，a)主原料が 2 成分のため，多種多様な石炭灰の品質変動に対し，膨張頁岩微粉末との配合割合を調整することにより，

品質が安定した骨材の製造を可能とした。

b)フライアッシュ JIS 規格以外の灰も使用可能なため，石炭灰の利用範囲が拡大され

る。c)焼成温度は 1100～1200℃であり，上述の高強度人工骨材よりも焼成エネルギーが少ないことがあげられる。

これらの骨材は従来の膨張頁岩系人工軽量骨材では実現できなかった Fc60N/mm

²

クラスの高強度軽量コンクリート構造部材としての利用が今後期待できる。

以上のように，人工軽量骨材は，建築部材の新たな用途への利用拡大に向けた技術開発が今後も進むことが予測される。

4．まとめ

1945 年から今日に至る国内における人工軽量骨材の変遷や出荷量の推移をまとめ，

特に，2005 年度の出荷量は 1973 年度のピーク時の約 1/6 であり，人工軽量骨材の需要は減少している。このような中で，人工軽量骨材は，新たな用途への利用拡大に向け，高断熱化，超軽量化，高強度軽量化，

資源の有効利用という観点で技術開発が今後も進むことが予測される。

「参考文献」

1)

笠井芳夫編：軽量コンクリート，技術書院，

2002

年

11

月

2)

日本コンクリート工学協会：高性能軽量コンクリート研究委員会報告書，

2000

年

8

月

3)

日本建築学会：高強度人工軽量骨材を用いた建築物の設計と施工，1992 年

12

月

4)人工軽量骨材（ALA）協会資料

図 2 人工軽量骨材の開発の動向

人工軽量骨材の開発

高断熱化

高強度軽量化資源の有

効利用

・石炭灰

・石炭灰+ 膨張頁岩微粉末

・石炭灰

・廃ガラス

・廃発泡スチロール

・建設汚泥

・膨張真珠岩

・膨張黒曜石

・膨張ひる石

超軽量化

・膨張頁岩

・真珠岩

・抗火石

断熱モルタル構造部材耐火被覆材

骨材化 ^カーテン

ウォール

：開発目的

：原料

：適用例人工軽量

骨材の開発

高断熱化

高強度軽量化資源の有

効利用

・石炭灰

・廃ガラス

・建設汚泥

・石炭灰

・廃ガラス

・建設汚泥

・膨張真珠岩

・膨張黒曜石

・膨張ひる石

・膨張真珠岩

・膨張黒曜石

・膨張ひる石

超軽量化

・膨張頁岩

・真珠岩

・抗火石

・膨張頁岩

・真珠岩

・抗火石

・膨張頁岩

・真珠岩超軽量化・抗火石

断熱モルタル構造部材耐火被覆材

骨材化 ^カーテン

ウォール

：開発目的

：原料

：適用例

国内におけるコンクリート用人工軽量骨材の変遷と最近の動向