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コンクリートの強度増進材としてのゼオライトの有効性に関する研究

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(1)

1

論   文 】

UDG :691

32 日 本 建 築 学 会 構 造系論 文報告

第 388 号

昭和 63 年

6月

強 度 増 進 材

と し

       

有 効 性

正 会員 正 会 員 正

乃   謙

    毅

* *

恭 ,

 

* **

 

1.

ま え

き      

 

大 谷 石 (

栃 木 県 宇 都 宮 市

見石 (

島根

市 )

ニ ツ

井 石 (

秋 田県 山 本 郡 )

は,

天 然

ゼ オ ラ イ トを

量に

含 有 す

岩 石

と し て

られ ている が, こ の ゼ オライ トを

岩 石

のコ ン ク

用 材

と して の

途 と

して は

 

1

) 焼

さ せ ることに より

軽 量 骨 材

と して の

  2) 水硬性

ること

を利 用

セ メ ン

ト助 材 と

し て の

活 用

 3 )

晶 格 子 格 中の水 と 空 気 を 加 熱

置 換

することに よ り,

気 泡

コ ン ク リ

ト用

発 泡

と して の

活 用

。 な

え ら れ る

 

者 ら は

お よ び

中 国

におい て

大 量

かつ

に わ たっ て

分 布

して い る ゼ

イ ト鉱 物 (

以 下

ゼ オ ラ

ト とい

を セメ ン

コ ン ク

ト用 材 料 と

して

する こと を

目 的

とし て

総 合 的

め て き てい る1)

5} 。 こ の

う ち

大 谷 石 を焼 成 膨 張

に よ り

造 し た 人 工

骨 材

につ い ては

本 建 築 学 会 論 文 報 告

377

1 〕 におい て

そ の

発 泡 機 構

軽 量 骨 材

と し て の

特 性

およ び

量コ ン ク リ

用 骨 材

と して の

有 用

につ い て

発 表

し た と お り で あ る

 

本 報 告

は こ れ に

継 続

る もの で, 上 述 し た ゼ オライ ト の

活 用 方 法

2

目に

し た

, す な わ ち

ゼ オ ラ

水 硬 性

着 目

セメ ン ト

助材

と して の

果 を

す るコ ン クリ

トの

強 度 増

進 用 混

和 材

と し

の適 用

につ い

検討

し た

果 を

ま と め た もの であ る。

 

な お

本 研 究

は 日

お よ

究 者

に よ る

同 研

で, ま

, 日

本 (

治 大 学

田セ メ ン ト

株 式 会 社 )

お い て ゼオ ラ

トの

基礎的特

お よ び

水 硬 性

につ いて

検 討 を行

っ たの ち

清 華 大

に おい て

こ れ らにつ い て

再 実 験

す る と

コ ンク リ

トの強

1

実験

に用い たゼオライ ト岩 石の化 学 組 成

 

(% }   化学 成分

岩 石 種顛 SiOzA 匠

01Fe10

CaO 目&o 村a30KzOig

10ss 大 谷石 丁O

1了 lL

811

682

54O

522

73L958

71 二 7井石

58

37lL822

292

470

993

012

219

39 表

2

 

大 谷石の活 性

Sio

,量及び活性 A且20s 量

         加 熱 温 度

活 性 成 分

常温

500

800

活 性

Sio2

量 (

・ 12.

0811

819

02

活 性

1203

量 (

% )

8

39

8

37

7

37

3

  実 験に用いた骨 材の主 要 物性     品質項 目 種 類 最 大 寸   法 (  ) 粗粒率 絶 乾 比 重 吸水率 (% ) 単 位 容 積 重 量 (kg〃 ) 粒 度 分 宿 粗骨 材 砕  石

206

402

69o

o1

56

申国の骨材 標準 に適 合 (注1〕 細 骨材 川   砂

3

232

61o

801

55

中国 の骨材 標準 に遇 合 (注

1

) 〔注1》J[Sに焜定 ずる砕石 およびJASS 

5

に規定 する砂の粒度 分布の標準範囲と    

ほ ぼ同

で あ る

 零 中 国 清 華 大 学  教 授 # 明 治 大 学  教 授

工 博 # 1 清 水 建 設 (株 )技術 研 究 所

工 修    〔昭 和62年10月2日原 稿 受理) る

験 検 討 を

っ たもの である。

 

2.

本検討

いた ゼ

オ ラ イ ト

概 要

  本検

で は

ゼ オ ラ

岩 石

大 谷 石 お

ニ ツ

石の

2

種 類 を

い た。 これら の

岩 石

す と

以 下

の と おり で

る。

 

2,1

化 学 組 成

鉱 物 組 成

         

 

使 用

した

大 谷 石

お よ び ニ ツ

化 学 組 成

につ い て

蛍 光

X

線 分 析 法 (

粉 末 プ リ

ケッ ト

法 )

に よっ て

得 ら

れ た

結 果

示 す

1

お りで

れ も

SiO2,

Ai

Os

主 成 分

と し, こ れ に, 

Fe203

, 

CaO ,

 

Na

O ,

K

O

を そ れ ぞ れ

2

%程 度 含 有

す る ほ ぼ

学 組

か ら な る

岩 石

で あ る といえる

 

図二

1

石の

粉 末

X

線 回 折

し た

結 果 を 示

し た

の である

それ によ る と

れの

岩 石 も

(2)

チロ ラ イ トの

存 在

を 示 す 位

2.54,

2.

74

2.

80

6

OO,

     

o

8

OO

9

00

 

A

近傍

折線

ら れ ること か ら

こ の

2

種 類

岩 石

れ も ク リノ

チロラ イ ト

ゼ オ ラ

を 主 成 分

と した もの とい え る

ま た

アン モ ニ ウ ム

オン

交 換 法

によ り

めた

大 谷 石

の ゼオラ

含 有 量

大 谷 石

で は

60

ニ ツ

井 石

で は

58

っ た。 図

一1

  TGA

1

1

1

1

 

6

O        

2

θ (Cu  

K

α) 大 谷 石お よびニ ツ井石 粉 末の X 線 回折 結 果 D↑A6048 za ξsI2

o

12 )

24

36

48

60 0   1CO  200      400  泓瓦}  630  TOO 800  900 1000       温    度   rc) 図

2

 

大 谷 石お よ び ニ ツ井石粉 末の熱 分 析 結 果

 

2.

2

  加 熱 時 特 性

 

2

常 温

か ら

1000

まで

した

場 合

お よ

ニ ツ

井 石

熱 重 量 分 析 (

TGA

析 (

DTA

)結

果 を示

し た

の で

れに よ る と

と も

400

程 度

加 熱

に よ り

全 体

80

90

減 少

が み ら れ, そ れ

以 上

温 度 域

での

重 量

減 少

めて

ない

い え る。 これ らの

重 量 変 化

と して岩 石

分の

逸 散

による

の であるが

400

℃ ま での

温 度 域

での

重 量 変 化

は ゼ オ ラ

細管

層 間 水

ゼ オラ

脱 水

に よ る もの で あ り, そ れ

以 上

温 度 域

に よ る

ので

と 考

れる。 ま た

と も

100

℃ お よ び

700

°

C

付 近

い て

吸 熱 変 化

が み ら れ た が

その

程 度

は ニ ツ

井 石

に お い てや や

き かっ た

 2

3

活 性

カお よ び

活 性

アル ミ ナの

 

セ メ ン

ト助 材

と し て の

適 性

き な か か わ り

を も

シ リ カ

Sio

お よ び

活 性

アル ミ

ナ (

Al

O

含 有

につ い て

塩 酸

によ る

溶解

重 量 分 析 法

お よ び キレ

定 法

を 用いて

め た

大 谷 石 粉 末

測 定 結 果 を示 す

2

の と お りで

 

そ れに

る と

常 温

に お ける

大 谷

粉 末

活性

シ リ カ

12

08

活 性

アル ミナ

8.

39

比 較 的 高

で あっ た

し か し

これ

と 同

大 谷 石 粉 末 を

500

お よ

800

℃ に

加 熱 し

で は

2

に も

す よ

加 熱 温 度

く な る の に

い,

活性

シ リ カ 量 お よ

活 性

アル ミ

ナ 量

の い

も減

傾 向

が み ら れ る

これ は

高 温 加 熱

す るこ

大 谷 石

構 造

し たこと に よ る

と考

え ら れ る。

 

こ の こと を

ら か にするた め

らは

上 記 大 谷 石

粉 末 を

800

℃ に

加 熱

これを

TGA

お よび

DTA

解析

し た。

は 図

一3

す と お り で

る。 それ に

る と

3

に は 図

2

ら れ る よ う な

大 谷 石 特 有

吸 熱 変

ら れ

温 度

直 線

関 係

がみ ら れ る。

, 写

1

800

℃ で

加 熱

し た

大 谷 石

加 熱

の ない

大 谷 石

電 子 顕 微 鏡 写

比 較

し た

ので あ る が

加熱

し ない

大谷石

られ る ゼ オラ

特 有

微 細

集合 組成

800

℃ で

加 熱

した の

に おい て は ガ TGA   5432 ↓

412

しo 日

挈 割 咽 画 娼 4 DTA TGA

5   0    100   200   300   400  500   500  7eo   800 温 度(℃ ) DTA302418

12851

 

°

6

121824

30900  1000 図

3

 

800

℃ で加 熱し た大 谷石

末の熱分析 結 果 〔a) 加 熱 経 歴の な い場 合 (

b

)800℃

2時 間加 熱し た

    場合 写真

1

  加 熱 経 歴の有 無によ る大 谷 石の組 成 変 化の拡 大写真         (

8000

倍 )

(3)

ラス

進行

粗 状

な ものへ

化 し と が

観 察

さ れ る。 この よ

検 討

か ら,

谷 石

加熱

るこ と

よ り

組 成

粗 状

とな り

ゼ オ ラ

面 積

さ くな り

そ の ため

活 性 度

下 す る もの と

えら れ る。 こ の

傾 向

は ニ ツ

井 石

におい て も

同 様

ら れ た。

 3.

オ ラ イ ト

るコン ク リ

強 度

  

増 大 効 果

関 す

検 討

     

 

 

前 項で

ら か にiLた よ うに ゼオ ラ

トに は

活 性

カ や

アル ミ

含 ま

れ て お り, これ ら はコ ンク リ

におい て セ メ ン

水 和 反 応

によっ て

生 成

す る

水 酸

化カル シ ウム

Ca

OH

2

反 応

し て

発 現 に

す ること が

え ら れ る。

本 項

で は

普 通

コ ン ク

トを

に して

これに

谷 石

お よ びニ ツ

粉 末

を 添 加 し

こ の

石 粉の混 入に よ るコ ン クリ

強 度

増 進

効果

に つ い て

験 的

こ と と し た。

 

3。1

  使 用 材 料

 

a

セ メ ン ト:

中 国 北 京 産 普 通

ボル

ラン

セメ ン ト

国 国 家 規 格

GB

 

175

−85

強 度 区 分

525

kgf

cm2

お よ び

北 京 産 高 炉

セ メ ン ト

国 国 家

GB .

1344

85

区 分

425

 

kgf

cmz

2 種 類

を用

 

b

) 骨 材

粗 骨 材

il

匕京 立 水 橋 産 砕

石,

に同

採 取

川 砂

い た

こ れ ら

骨 材

物 性

3

す。

 

c

混 和

各 試 験

も 中 国

南 鉱 山 局 産 β ナ

タ リ

ン ス ルホン

酸 系 高 性 能 減 水 剤

い た。

 

d

) 練

り ま

水 道

いた。

 

e

) 鉱 物 粉 末 混 和 材

では ゼ 才ラ

トの

果 を

検 証

す る た めに

石 お よ びニ ツ

井 石

を 用い た

国 河

北省

赤 城 県 産

ゼ オ ラ

使

さ らにこ れ と

較検討

する ために

電 所

フラ イア ッ シュ お よ び

北 京 錬 鉄 場 産 高 炉

ス ラグ

粉末

も用

いて

そ れ ぞ れ の

混 和

強 度 発 現

及 ぼ す

響の 比

ができ る よ うに

し た。

 

3.

2

実 験

 

実 験

4

つ の シ リ

ズ に 分 け て

実 施

し た

シ リ

実 験

お よ び 用い

コ ン ク リ

トの

す と

以 下

の と お り である

 

a

シ リ

ズ ユ

実 験

単 位

セ メ ン ト量

500kg

m3 の

コ ンク

トを基 準

と し

調 合 上

条 件 を 変 更 す

るこ と な く

セ メ ン ト量 の

IG

50

 

kg

m3

谷 石

ニ ツ

井 石

粉 末

びフラ

ア ッシュ

高 炉

ス ラ

グ粉

して

作 製

し たコ ン ク リ

につ い て

これ ら

粉 末 混 和 材

強 度 発 現 効 果 を比 較 検 討

する こと

を 目的

と した も

の で

試 料

コ ンク

調

合 表 を

4

示 す 』

 

b

シ リ

2

実 験

:シ

1

と 同

単 位

セメ ン ト

500kg

m3 の

普 通

ク リ

7

を基 準

セ メ ン 表

4

 

シ リ

ズ1実 験に用い た コ ク リ

トの調 合 表 セ メ ン ト

竕末混和財 所 顎 量〔k墨ん

} 試 験 体 暫 号 樌矧 平均粒度 (岬 ,

wC +Z (注 の く% ) 細   骨 材   串 {% , 毘 位 永 量 嘸 ノ而 識 水荊 鰡而 セ  メ ン  ト 粉   末 湿 和 材 肉 骨材 粗 骨 材 L

メント 巳O 跖 321155

O500

緲 1207 2 六谷 石 6

235321755

0450505501207 3 ニ

井石 5

435 認 工755

o450 印 560120 了 4 フ ラ イ ア7シ

5

635 谺 1?55

04505e 跚 1207 5 昌 炉 水 砕 ス ラグ 5

7 詬

321755

045050 踟 且2  (注2}結 合 材 里 壁 (セ メ ント+ぜ オ彡イ け に対 す るホの刮 合 表

5

 シ リ

ズ 2実 験に用いたコ ン ク リr トの調 合 表 セ メ

ト 扮 末混 和材 所 要 量 〔kg〆

り 試験体 番   号 租 類 平 均 粒 度 〔μの Wq +z 〔庄 幻 〔%} 細 骨 材 串 〔% } 頃 位 水 量 街ノ雨 誠水 荊 缶9!

o セ ン メト 竕  末 混和材 纏 骨 材 粗 骨材 6 セ メン ト 8

D3532i 了55

0 伽

 

5501207 7 大 谷石 6

7 緬 詑 1755

o45050 麟 1207 8 大谷 石 6

235

詑 1755

o

45050550 監207 9 大谷 石 5

63532L 了55

045050560L207 且0 二 7井 石 6

835321755

o 姻 50 説 互207 n 二 7井 石 5

4 距 踞 2?55

o450 即 鋤 1207 L2 二7井 石 5

6

35 詑 n55

O450 釦 5601207 〔注2} 表

4の 脚 注 参 輾 表

6

 シ リ

ズ 3実 験に用いたコ ンク リ

トの 調 合 表 ゼ オ ライ ト 所  要   量 (k巳/9

】 試5奐体 番  号 種    矧 混入亘 α)【注3) WC †Z 〔注2》 ζ% 単  位 水 量 鰍&/ゆ 滅水剤 魄ん り セ  メ ン  ト ゼオラ イト 紹 骨材 粗 骨 財

13 大谷石 兆o351 了5

5

姻 50560

1027 M 大谷 石 15

 .

聞 L了

5542575

謝 jo27 L5 大谷石 20 路 17554001no 跚 田 27 16 二7井石 1035 置〒55 齠 即 細 102了 17 二7井石 15 お 175542575 踟 10解 18 ニ7井石 2035

1755400

LQO560

田27 19 中 国 河 北 省産 10 あ

f755

 

450505601027 20 中国 河 北省 産 1535L τ55  

42575560

mz7 2L 中 国 河 北省 産 20 路 17554qo

Loo5601027 CE2) ま

 

4のE9iltsma (注3,結胡 雌 ‘セ メ・卜・t

t ラ イ ト,  =対す るge    

7 

シ リ

ズ4実 験に用いたコ ン クリ

トの調

合表

セ メ ン ト 種   類 W 所  要  量 lk51巴り 試験体 番   号 ゼ 才 ラ イ ト粉 宋混 入の有 無 C

十Z 圃 (% 単   位 水 量 賑 ノ曲 減水 荊 喚 ノ面 喫  メ ン  ト ゼ オ 細 骨 材 糧骨 栂 22 無 4団 o6201208 23 脊

37

817D

4

03go

60620120B 24

450o6201208 25

普通トラポンルド セメント 有 35

5i605

O 蹴 6062D  

ユ208 26 無 姻 o52512 腮 四 有 33

01505

5390606251208 圏 無

 

1140 450o   1210 29 有 3【

O 6

o390

∂D 脚 1210 30 無 450

0 枷 1208 31 有 訂

8i704

D39 σ 5062D ユ2囲 32 無

450o 跏 1208 33 高炉セ メ ン ト 有 35

51605

0

390606201208 別

無 姻 0 晒 1208 35 有 33

0 ヱ50: 5

5390go 晒 1208 36 無

45006301210 訂 有 3i

oL406

o 躙 60 勵 1210 (注2)表

4の脚注 参 照

(4)

ト量

内割

IO

% を

粒 度 を

3

水 準

化 さ せ た 大

石 お よ びニ ツ

井 石

代替

し た

場合

, こ のゼ オ ラ

イ ト

度 変 化

がコ ンク リ

トの

強 度

発 現

ぼ す

影 響

ら か にする こと を 目

と し た 実 験 シ リ

で ある。 この

実 験

いた

コ ン ク リ

トの

調 合 表

5

示 す

 

c

シ リ

3

結 合 材 量 (

メ ン

ゼ オ

ト) を

SOO

 

kg

 

と し

こ の

結 合 材 料

める ゼオ ラ

内 割

り で

10,15

お よ び

20

% に

変 化

さ せ た コ ン ク

につ いて,

セ メン トを ゼ オ ラ

トで

置 換

し た

場 合

強 度 発 現

ぼ す

影 響 を

す ること を

と し た もの である

使 用

し た

試 料

コ ンク リ

トの 調 合 表 を 表

6

示 す

 

d

シ リ

4

実 験

:セ メ ン

ト種 類 を普 通 ボ

ラン ドセ メ ン トと

セ メ ン

変 化

させ

谷 石 粉

を 混 入 し たコ ン ク

トと混 入

し ない コ ン ク リ

ト につ い て

セメ ン

ト種 類

と ゼ

イ ト粉 末 混 入 効 果

との

係 を

ら か に

る こと

を 目的 と

し た

実 験

で あ る

この

実験

いた

試 料

コ ンク

トの

調合表

一7

す。

 

3

3

  試 験 体

製 作

お よ

び養 生

      J

 

試 験 体

100mm

立 法 体

と し

鉄 製

型 わ く を 用 いて

成 形

し た。

各 試 料

コ ン ク

制練

リ ミ

50

埔 )

い て

十 分

ぜ たの

わ くに

ルバ

イ ブ

タ を

い て

め た

各 試 験

後 24 時

,20

湿 空 中

養 生 し

たの

ち脱 型 し

, 表

8

 実験結果

覧 (

シリ

ズ 1

4実 験 ) 圧      

f

シ リ

ズ 区   分 番 号 スランプ 蠅

3

7

日 芻 日

073

0

0

跏 シリ

1

3

8

4

臼)

0

7

053

5

娚 晒

8

o

シ リ

2

o

o3

1117

O3

3

姫 晒

764

37

53

0

 

0

147

03

4

躅 昭

1516

03

6

167

03

5

7

田 シ リ

3

8

 

72

97

03

2

覦 η

9

2016

53

4

227

3.

脚 睨 認

53

2

 

觀  

0

254

03

1

7

鴿

26

4

o3

3

72

3

O3

2

  脚

03

618742

シリ

42910

3.

3

3018

03

5

342

311553

2

跚 訖

1603

箝 お

1503

0

1

0

20

35403

6

 

42且 躙

3612032

嵎 その

後 所 定

試 験 材 令

まで

標 準 養 生 を行

った

 4

実 験 結 果

お よ

検討

  実 験 結 果

覧 を表

8

これ

も とに

検 討 を

う と,

大 要 以

下の よ うになる

  4

1 

フ レッ シュ コ ンク リ

トの

性 質

  本実

で は

オ ラ

イ ト

粒度

を変 化

させ

単 位 水 量

量につ い てはほ ぼ

と し た た め,

実 測

ス ラ ンプ

10cm

か ら

20

 cm の

にぱ らつい た

し か し

これ らの ス ラン

プ値 を総 合 的

検 討

し た

場 合

ゼ オラ

イ トを 混

入 した コ ンクリ

トに お い て は

混 入の もの に比べ

1

5

3

Ocm

程 度

の ス ラ ン

プ低 下

が み ら れ

こ の

傾 向

は ゼ オラ

トの

くな る の に

き くな る

性 質

し たら これはゼ オラ

トの

造 が

で あ る た め

り 混 ぜ 水の

部 が ゼ オ ラ

内部

さ れ たこと に よ る

影響

え ら れ る

。一

空 気 量

につ い ては ゼ オ ラ

粉 末

入に よ る

変 化

は み ら れ な かっ た。

 

4

2

 各 種 鉱 物 粉 末 混 和 材

がコ ン ク

強 度 発 現

に及 ぼす

シ リ

1

実 験 )

  大 谷 石

びニ ツ

井 石

粉 末

な ら びに

高 炉 水 砕

ス ラ グ

粉 末

びフ ラ

ア ッシュ で セ メ ン

ト重 量

10

% を代

し たコ ン クリ

トにつ い て

材 令

3

7

日およ び

28

日の圧

縮 強 度

検 討

し た。

4

各 材 令

につ い て

これ

ら鉱 物 粉 末 混 和 材

るセ メ ン

代 替

わ な  

1In

l

m

1

・・

1

,。

     

3

         

7

               

認       材 令 (日) 図

4

 粉末

和 材

種類

がコ ン クリ

トの圧 縮 強 度に及 ぼ す影       響 暑 L20

1m

l

      5

6PtS 

9)

§

(a〕大谷石紛末混入 平均版 5

oo

一一一

6

1μmO   ユ

§

 

胛一

P呷一一一

§

{b}二v井 石 吩末混入 3      7      蹌   3      7      認       材   令  〔日, 図

5

  ゼ オライ ト粉 末の平 均 粒 度 と圧 縮 強 度の関 係

(5)

  ユゆ

1

80     10       且5      凶  

 且0      15      勿       ゼオラ イ

ト粉隷 よ る セ メ ン ト懈 UO

46

 

ゼ オ ラ

粉 末

に よるセ メ ン ト

代替率

とコ ク リ

トの       圧 縮 強 度の関 係 畧1an

l

橿

ll

ll

・・ ,L。 。 。 。5 _ 。。 。5 。B       水セメント比

09

7

大 谷

粉末

セメ ン トの

内割

13

3

し たコ ン      ク リ

トの圧 縮 強 度に及ぼ す水セ メ ン ト比およびセ メ ン       ト種 類の影 響 かっ

た 試 験 体

圧 縮 強 度 を基 準

と し

各 種 混 和 材 を混 入

し た

試 験 体

圧 縮 強 度

相 対 強 度

に より

比 較

し た

の で

る と

谷 石 粉 末

入 し た コ ン クリ

ト におい ては

無 混 入

の コン ク リ

材 令

3

7

お よ び

28

の い

れに おい て も

10

以 上

強 度

がみ られた

こ の

傾 向

はニ ツ井 石

末 を 混 入 し たコ ン ク リ

トにおい て も

にみ ら れ た が,

度増

粉 末

し て

っ た

こ の ほ か

の た めに行っ た 高 炉 水 砕ス ラ

やフラ イ アッシュ を

混 入 し たコ ン ク リ

トに おい て は

無 混

入の もの に

材 令

3

お よ

7

日 に おいて

10

程 度 低

値 を示

し た

し か し

これ らの

混 和 材

におい ては

材 令 経 過

強 度 増 進

良 好

ポゾ ラン

応効

が う かが え る

傾 向

が み ら れ た。

 

4

3

ゼ オラ

粉 末

粒 度

とコ ン ク リ

強 度

係 (シ リ

2

実 験

                   

 

大 谷 石

お よ びニ ツ

井 石

振 動

ミル を

い て

粉砕

そ の

粒 度

平 均 粒 度

6

8

6

4

お よ び

5

6

μm

3

段 階 に

変 化

さ せ

これ ら ゼ オ ラ

が コ ン ク リ

トの

強 度

発 現

に 及 ぼ す

影 響 を検 討 し

5

ゼ オ

ラ イ トを 混 入 させ なか っ た

試 験 体

圧縮 強 度

基 準

に し て

対 強 度 比

した

の である

2

種 類

の ゼ オラ

トを セメ ン

トと 代 替 混 入 し

た コ ンク

では

無 混 入

の に

比 較

し て

強 度

発 現

す ること は シ リ

1

らか な ことで

るが, これらゼ オラ

トの

粒 度

か く す るこ

に よ り

強 度

は さ らに

の と

な ること を

U.

た。

すな わ ち

5

ら れ る よ うに

谷 石 粉

平 均 粒 度

6

8

6

4

5

6

μ皿 に

変 化

させ て

入 し たコン ク

では

無 混

入コ ンク

トに

材 令 7

日 で は

10

12

お よ び

15

% の

強 度 増

と な り, 材

28

日 に おい ても

10

10

13

増 大

と な るこ と

し た。 この

傾 向

はニ ツ

井 石 粉 末 を混 入

し たコ ン ク

リ「 トに おいて も ほ ぼ

同様 (

平 均

7

2

% 増

に みられ た

し か し

こ れ

実 験

も明

ら か な よ うに

t

ゼ オ ラ

ト の

粒 度

か く

ることに

強 度 増

効 果

は そ れ ほ

顕 著

でない ことか ら,

み て

強度増大

と し たコ ンク

ト用 混 和 材 と

し ての

粒 度

は,

平均 粒度

6

μm

程 度

の と

え られ る

  4

4

ゼ オ ラ

粉 末

代 替 混

とコ ン ク リ

関係 (

3

実 験 )

 

シ リ

1

お よ び

2

では

セ メン

対 す

ゼ オ

トの 代

混 入

10

とし た

場 合

の コ ン ク1

強度

につ い て

っ た

の であるが

3

で は

に ゼ オ ラ

粉 末

代替

10,15

20

% に

化 さ せ た 場 合 につ い て

これ がコ ンク リ

ぼ す

影 響

につ い て

検 討 を行

っ た。 な お

こ の

実 験

で は

お よ

ニ ツ

石 粉 末

の ほ かに

中 国 河 北 省 赤

城 県 産

ゼ オラ

粉 末

い て

b

6

ゼ オ ラ

イ トを 混

入 し ない コ ンク リ

トの

縮 強度

基準

に し て

各 試 験 体

相 対 強 度 を示

し た もので あ る

そ れに よる と ゼ オ ラ

ドの

代 替 率

10

%の

験 体

においては

も無 混 入

の よ り

も高

強 度 を 示

し ている

1

替 混 入 率

15

で はそのゼ オ ラ

イ ト混

入の

効 果

な くな り

20

% で は

無 混

入 コン ク リ

トとほ ぼ

同 程 度

の 10

          7   

 

            ao“        2θ (Ct  Kat) 図

8

 

大 谷 石を混入 し た セ メン ト硬 化 体の

X

回折

果 A2TG ・ G5

o 挈4

巡1

o 頃 2

矚 1

2   0 9

6a

°

6

4

s

2

fi 

80

 

0

1

  

1

5     0     70     140   210   Z80    350   42P   490    55D   530   700       温 度 (℃, 図」

9

 

ゼ オ ラ粉 末 (大 谷 石 ) を 混 入セ メ ン

硬化体

      熱 分 析 結 果

(6)

強 度

と なる。

以 上

の こと か ら

コ ンク

強 度

ること

を 目 的 と

し た ゼ オ ラ

粉 末 混 和 材

と して の

正 混 入

セ メ ン ト

量の

内割

10

% 内外

の と

え ら れ る。

  4

5

セ メ ン

ト種 類

に よ る ゼ オ ラ

イ ト粉 末

効 果

につ い て

シ リ

4

実 験

 

セ メ ン

中国産 普

通 ボ

トラ

セメ ン

お よ

セ メ ン

トを用

いたコ ンク

トを基

これに

粉 末

を セメン ト重 量の

内 割

13

3

入 したコ ンク リ

につい て圧

縮強度

比 較 検 討 し

果 を

対 強 度

と 図

7

の と お りで

そ れに よ る と

れの セ メン ト

を用

い たコ ン ク リ

トに お い て も,

石 粉 末

13

3

% 混

入 し たコ ンク リ

におい て は

入 に

強 度 増

が み ら れ

セ メ

場 合

にその

き くな る

傾 向

が み ら れ た。 こ の

結 果 を 材

28

日に お け る

全 平 均

する と,

普 通

ボル

ラン

セ メン トを

いた

場 合

で は

15

3

高 炉

セメ ン トを

た場 合

で は

13.

0

値 を 示

し た

こ のこと か ら

大 谷

石 粉

を 混 入 す ることに

度増進効

普 通

ボ ル トラン ドセメ ン

同 様

高 炉

セメ ン トで

れ る

いえ る。

 

5.

ゼ オ ラ

イ ト混 入

コ ンク リ

トの

発 現 機 構

    察

 

前項

験 検 討

通 ボル トラン ドセメ ン

大 谷

石 粉

を セメ ン ト

重 量

10

程 度

代替

入し たコ ン ク リ

トの圧

縮 強度

無 混

入 コ ン ク リ

10

15

% 高

を 示 すと が 確 認 さ れ た 。 こ の

よ う

に コ ン ク リ

トに ゼオ ラ

トを

入 す るこ とに

強 度

増 大 効 果

につい ては いろい ろの

因 が

関 連

して いるこ と が

えられる

そのた め

本 項

で は, こ のゼ オ ラ イ トを 混 入 し たコ ン ク リ

トの

強 度 発

機構

につ い て,

筆 者

らの

実 験

中心

考 察 を行

うこ

と と

し た

 

5

1

カ ル シウムと

活 性

シ リ カ お よ び 活

ア ル ミ

との

反 応 効 果

    lO

         20

      30

         40

         50

     

2e

 (Cu   Kcr } 図

10

 ゼ オ ライ ト粉 末 (大 谷 石 ) 混入の有 無の 別 に よ る セメ       ン ト硬 化 体の X 線 回 折 結 果

写真

2

 

大 谷 石

粉 末

入 し た セメ ン ト硬 化 体の

C−S−H

相の

     

拡 大写 真 (8000倍

(a〕 普 通ボル トラ ン ドセ メ ン ト (

b

)    のみ を用いたセ メ ン ト硬 化

    体

 

_.

t

_

_

 

−_−

1 普 通 ボル ト ラン ドセメ ン トに内 割20%の大 谷石 粉 宋 を混入 した セ メ ン ト 硬 化 体

写 真

3 

大 谷 石 粉 末の混 入の有 無に よ る セ メン ト硬 化 体の比較

 

2

し た よ う に

本 実 験

い た

大 谷 石

にお け る

活 性

Sio2

量 お よ び

活 性

ア ル ミ

Al

Os

は そ れ ぞ れ

12

 

08

% お よ

8

39

% と

比 較 的 高

あっ た

こ の う ち

活 性

シ リ カ は セメ ン

水 和 反 応

っ て

生 ず

酸化

カ ル シ ウ ム

Ca

OH

∂ と 反 応

C −S −H

を生

す るこ とに なる

こ の

C −S−H

X

に よ り

観 察

した

結 果

8

TGA

DSC

に よ る

分 析 結 果 を 図

9

顕微

に よ る

観 察

写 真

2

これ らの

実 験 結 果

か ら

C −S −H

が コ ン ク リ

生 成

する こと が

確 認

で き

こ れ がコ ンク リ

強 度

上 に

寄 与

している もの と

え ら れる。

  5

2

ゼ オラ

イ ト粉 末

反 応 特 性 効 果

 

前 項

でゼ オ ラ

イ ト中

ま れ る

活 性

シ リ カ と

水 酸 化

カ ル シ ウムの

反 応

に よる

C −S −H

を 明 らか に し た が

こ の

反 応 現 象

お よ び

効 果

解 明

す る た めに

以 下

検 討 を行

っ た。

す な わ ち

, セ メ ン ト

20

ゼ オ ラ

イ ト粉 末

代 替

し た

セメ ン ト+ゼ オラ

イ ト

す る

の 割

合 >

25

%の セ メ ン ト ペ

ト試 験 体 を

作製

し,

材令

28

におい て

電 子 顕 微

(7)

お よ び

X

に より

硬 化

成 を検 討

し て み た

 

一10

X

線 回

折 結 果 を 示

し た

のであ る が, それ に よ る と ゼ オ ラ

イ トを用

, セメ ン

の み に よる セ メ ン

ト水 和 物の

C−S

H

存 在

特徴

の回

     

o

折 線

3

04A 点

観 察

で きる

10

b

)参 照

イ ト

末 を

20

% 代 替 混 入 さ

せ た セ メン ト ペ

ス トにおい ては

C −S−H

特 徴

折 線

れ ること につ い

て は セメ ン

のみの

硬 化

場 合

わ ること は な く,

む し ろ ゼ オ ラ

トを

入 し た

に お い て より

顕 著

れ てい る

10(

a

)参

 

セ メ ン

水和

反 応

に よ り

生 成 さ

れ る

水 酸 化

      リ ル シ ウム の

存 在

折 線

2

62A

はセ メ ン

トペ

ー.

ス トの み の 試 験

で は, 図

10

b

す よ うに

明 確

ら れ る が, ゼ オ ラ

粉 末 を混

入 し たセ メ ン

ス トで は

10(

a

す よ う に

水 酸 化

カル シ ウ ム の

回 折 線

ら れ ない

こ の ことはゼ オラ

末 と 水 酸 化

カル シ ウ ム と が

反 応

して

C −S −

H

成 さ れた ため と

えられ る

この よ

う た よ

く の

C −

S −H

形 成

され る こと は

組 織

が ち

と なり

強度向

寄 与 す

の と

ら れ る。

 

3

本 検 討

い た

2 種類

の セメ ン トペ

ス ト

硬 化 体

材 令

28

日 にお け る 電 子 顕

微 鏡

真 を示

t

の で

る。 そ れ に よ る と, 写

一3

b

ゼ オ ラ イ

粉 末

をセ メ ン ト

量の

20

代 替 混

入 した セ メ ントペ

ス トの

拡 大

であ るが

すように

水 和

にゼ オ ラ

粉 末 と 水 酸 化

カル シ

ムとの

水和

わ れ た

C −S −H

相 が 見 ら

れ る。 し た がっ て,

こ の こと か ら も セメン トペ

ス トの み で

硬 化

さ せ た

化体

よ り

ゼ オ ラ

入 す るこ

い ち

組 織

す る

を 生 成

す るこ

が で

る といえ る。 こ の

観 察 結 果

は 上

X

折 結 果 と

する

の であ る

いえ る。

高 性 能 減 水 剤

を 用いたコ ンク

セ メ ン ト比は

さ く な る

傾 向

場 合

によっ て は

30

% 以

にな るこ とが ある

セ メ ン トの

水 和

量 は,

に は セ メ ン

ト重 量

38−

40

え ら れでい るが

高 性 能 減 水 剤

い た 場

は セ メ ン トの

完 全 水 和

必 要

と する

るこ

い た め

,一

の セ メ ン

強 度 発

寄与

し ない ことにな ること

を指 摘

論 文

6)も み ら れ る

か し

こ の よ う 表

9

 

セ メン ト

ゼ オ ライト (大 谷 石 )

H30

硬 化 体の圧 縮 強       度に及 ぼ す ゼ オ ライ ト加 熱の影 響 圧   縮   強   度    (kgf/cm2) ゼ オライ ト

の加 熟 条件

7

28

      

91

800

2

時 間

157

245

395

熱な し (常 温 )

175

378

478

(大 谷石粉 末混 入 量:セ メ ン ト重量の

30

%) 10

20

2θ {Cu  Ker) 30

40

11

ゼ オ ライ ト粉 末

大 谷 石

Ca

OH

H

O

硬 化体

X

      線回折結果 TGA7

2 4

8   4       0   2

自o 百

掣 嵐 囓 囲

2

4

4

3 9

6 6

4

oo

u 巳

    2             0     3 O   0     2     弓

6

4

7p2                                                        

9

6   0     70   140   210   Z8e  350  420  490  560  630  700       温 度 (℃) 図

12 

ゼ オ ライト粉 末 (大 谷 石 )

Ca

Oll

i

H

O

硬 化体の熱       分析 結果 な

場 合

に お い て

セ メ ン

を ゼ オ ラ

さ せ たコ ンク リ

トで は

単位

セ メン ト

な く なる た め

水 和

に必

量 が あ る

程 度 少

なく て

セ メ ン トが

未 水 和

る ことが

な く な り し か もこ の

水 和

に よっ て

生 成

した

水 酸 化

カ ル シウムが ゼ オ ラ

トと 反 応

して

C −S−H

相 を形 成

コ ンク リ

強度

向 上

有 効

効 果

が あ る もの と

え ら れ

ゼ オ ラ

イ ト粉 末 混和 材

副 次 的

効 果

期 待

で き

 5

3

水 和 反 応

ぼ す ゼ オ ラ

トの

加 熱 処 理

影 響

 

大 谷 石

オ ラ イ ト粉 末

びこれ を

800

°

C

2

時 間

加 熱

した

粉 末

水 酸 化

カル シ ウムを

混 合

し て

作製

し た

験体

標準 養

し, こ

れ を材 令

28

日におい て

X

線 回 折

な ら

TGA

, 

DSC

分 析 レ

結 果 を 図

11

12

これ らの

実 験 結 果

か ら

らか な

よ う

硬 化

に は けい

カ ル シウム

水 和

C −S−H

お よ びア ル ミ ン

カル シ ウム

水 和 物 (

4CaO

Al

O

13H

O

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