Transcript 化学的侵食
アルカリ骨材反応 コンクリート工学研究室 岩城 一郎 アルカリ骨材反応とは？ • 劣化現象：反応性シリカ鉱物や炭酸塩岩（ドロマ イト）を有する骨材がコンクリート中のアルカリ性 溶液と反応して，コンクリートに異常膨張やひび 割れを発生させる現象．アルカリシリカ反応 （ASR）とアルカリ炭酸塩岩反応に大別．（我が 国ではASRの被害実績が多い．以降ASRを中 心に説明） • 劣化指標：膨張量 ASRのメカニズム • 骨材中に含まれる反応性シリカと細孔溶液中の （主として水酸化）アルカリNa，Kが反応し，吸水膨 張性のゲルを生成→ゲルの吸水膨張により，コン クリートにひび割れを発生 • ASRの要因：コンクリート中のアルカリ量，骨材中 の反応性シリカ，水分（3条件が揃った時ASRが進 行） • コンクリート中のアルカリ量：主にセメントから供給 （外部からも供給）→総アルカリ量の規制，コンク リート中の等価アルカリ量Na2O＋0.652K2O ≦3kg/m3 • 骨材中の反応性シリカ：代表例 オパール，クリス トバライト，トリジマイト，火山ガラス，および石英の 一部等，これらを含む安山岩，流紋岩類等 • 水（細孔中に存在する水，外部から供給される水） ASRの特徴 • ペシマム（極値）の存在：反応性骨材と非反応 性骨材との混合比がある特定の値の場合，膨 張量が最大→アルカリ量一定の条件下では， 骨材量が多いほど，ゲルの生成量 増大，コン クリート（モルタル）中の水酸化アルカリ濃度 急 速に低減→シリカを解離する反応が活発でなく なる．（P.P.でメカニズムチェック） • （ペシマム量は反応性鉱物の種類によって異な り，中にはペシマムが存在しないものもある．） • その他のペシマム現象：水セメント比（空隙が 粗：アルカリイオンの移動容易，膨張圧は作用 しにくいという現象の相互作用） ASRの対策 • 反応の進行に必要な条件（アルカリ，骨材，水）をそろえない １．安全と認められる骨材の使用 ２．ポルトランドセメントのうち低アルカリ形の使用 ３．抑制効果のある混合セメント等（高炉セメント，フライアッシュセ メント等）の使用 ４．コンクリート中のアルカリ総量の規制 • 国土交通省のアルカリ骨材反応対策（H14改正） 土木構造物は上記３，４を優先 （その他構造物は１，３，４のいずれか一つを確認） • ポゾランおよび高炉スラグ微粉末の使用（水酸化カルシウム量 の低下，アルカリイオン濃度の低下：スラグでは見られない，組 織の緻密化等により説明） • フライアッシュ：置換率15%以上において十分な抑制効果 • シリカフューム：5%程度の添加により膨張量が大幅低下 • 高炉スラグ微粉末：置換率40%以上で効果確認 アルカリ骨材反応の事例 「コンクリート名人養成講座」日経コンストラクションより 小林一輔他共編「コンクリート辞典」オーム社より 新聞記事より コンクリ内の化学反応で鉄筋破断 山陽新幹線橋脚 広島県大野町内の山陽新幹線の高架橋や橋りょうの橋脚計６基 で、コンクリート内部の化学反応によって鉄筋が破断していたこと が８日、ＪＲ西日本の調べで分かった。セメントのアルカリ成分と骨 材中の鉱物が反応して化学物質を生成し、これが水を含んで膨張 する「アルカリ骨材反応」が原因とみられる。 鉄筋破断があったのは高架橋、橋りょう各２カ所で、いずれも橋 脚上方の先端部。主鉄筋が１０－３６本破断し、コンクリートのひ び割れが生じていた。 同社は２０００年７月に発見、強度を高めるためコンクリートを充 てんして補修を終えている。 アルカリ骨材反応をめぐっては、全国の国道や高速道路の橋脚 など計約１５００基が損傷している疑いがあることが３月、国土交 通省の調査で判明している。（2003年4月8日） http://www.sankei.co.jp/news/ NHKクローズアップ現代 放送記録より 2003年４月10日(木)放送 鉄筋破断の衝撃 ～問われるコンクリートの安全性～ 鉄筋コンクリートの安全性を脅かす現象「鉄筋の 破断」が、近畿や北陸の道路橋脚１５カ所で見つ かった。原因は、アルカリ骨材反応というコンクリ ート内部の膨張によって、鉄筋が引きちぎられた ためと考えられる。 砂などに含まれる鉱物とセメントが化学反応を起 こし、膨張する現象である。従来は鉄筋があるか ら構造上は問題ないとされてきたが、今回の調査 結果を受け「建築物が条件によっては崩壊してし まう危険性もある」と専門家は語る。今回の発見は、 別目的の補修作業中の偶然にすぎない。事態を重く見た国土交通省は３月、緊 急調査を指示した。しかし外見からの破断発見は難しく、その補強法も模索中だ。 社会インフラ全体の見直しに繋がりかねない「鉄筋破断」について考える。 ス タジオ出演：斎藤 宏保（ＮＨＫ解説委員） http://www.nhk.or.jp/gendai/ ASRによる劣化の種類とその特徴 コンクリート ・ひび割れ ・変位・変形 ・ゲルの滲出 ・変色 ・ポップアウト ・はく離・はく落 ・強度低下 これまで構造物の耐力低下に 直結することはないと考えられ ていた。 鉄筋 鉄筋腐食 鉄筋の降伏・破断 構造物の耐力そのものに直接 影響を及ぼす。 国、学会での対応 国土交通省 ・2003年3月19日記者発表：「アルカリ骨材反応が生じた橋梁に対 する対応について」 ・近畿地方整備局に「アルカリ骨材反応橋脚等に関する対策検 討委員会」（委員長：宮川豊章京都大学教授）を設置→道路橋 のアルカリ骨材反応に対する対応要領取りまとめ→全国の橋 梁に対して、調査、補修等を実施するよう通知 土木学会コンクリート委員会 ・4月に「アルカリ骨材反応対策小委員会」 （委員長：宮川豊章 京都大学教授）を設置 ・メカニズムの解明、鉄筋破断による構造耐力への影響度、必要 な対策の検討→2003年9月に土木学会誌において中間報告 膨張率（%） 高炉スラグ微粉末混和によるASR対策 0 .4 0% 40% 0 .3 50% 60% 0 .2 70% 80% 0 .1 モル タル バ ー 法 W /B =50% 0 2 粉 末 度 4000cm /g 2 0 % N aC l環 境 下 - 0 .1 0 5 10 15 20 試 験 期 間 （週 ） 25 全塩分含有量（%） 2 粉 末 度 4000cm /g 試 験 期 間 26週 2 .5 2 1 .5 1 0 .5 0 0% 40% 50% 60% スラグ 置 換 率 スラグ置換率40%以上で 顕著な膨張抑制効果 30 W /B =50% 3 NaCl環境下でASR促進 70% 80% 塩分浸透性が顕著に 改善