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2005 年石炭灰有効利用シンポジウム
【講演Ⅵ】
フライアッシュコンクリートの利用拡大を目指して
成田 健 東北電力㈱ 研究開発センター電源技術グループ主幹研究員
2005/12/21 -フライアッシュコンクリートの利用拡大を目指して- 1
講 演 内 容
1.フライアッシュの利用の現状
2.フライアッシュ普及への課題
3.フライアッシュと建築学会指針
4.今回の研究(体制,工程,内容)
5.フライアッシュ(FA)コンクリート・
ガイドライン(案)
①コンクリート調合
②アルカリシリカ反応抑制
6.今後の指針改定
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フライアッシュの利用の現状
1.フライアッシュの一般的特性
[利点] ・流動性の改善
・単位水量の低減
・水和熱,温度ひび割れの低減
・乾燥収縮,収縮ひび割れの低減
・長期強度の増進
・アルカリシリカ反応の抑制
[欠点] ・初期強度の低下
・未燃炭素による空気連行性の低下
・中性化の増大 など
講-VI-1
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フライアッシュの利用の現状
2.フライアッシュの需給の現状
3.建築用コンクリートへの適用の現状
●建築用コンクリートへの適用は,原子力発電所,火力発電所等への使用が主体
●一般建築物への適用は少ない
772万t
(84%)
222万t
(96%)
550万t
(79%)
利用量
(利用率)
924万t232万t692万t発生量
合 計一般産業電気事業
(石炭利用総合センター 2002年度 石炭灰全国実態調査報告書より)
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フライアッシュ普及への課題
フライアッシュが建築工事に使用されない原因は,
①フライアッシュに対する不信感
②レディーミクストコンクリートへの適用の困難性
③フライアッシュの欠点の強調
④フライアッシュの効果のアッピール不足
⑤関連技術基準・仕様書類の不備
講-VI-2
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フライアッシュと建築学会指針
• 昭和50年頃まで,コンクリート用混和材としてフライアッシュを建築工事に用いるコンクリートに広く利用
• 昭和50年代以降,火力発電所施設,原子力発電所施設を除いてほとんど使用されない
[指針関係]
1978年(S53)「フライアッシュセメントを使用するコンクリートの調合 設計・施工指針・同解説」 刊行
1991年(H3) 改定案 刊行
1999年(H11) JIS A 6201 コンクリート用フライアッシュ 改正
1999年(H11)「フライアッシュを使用したコンクリートの調合設計・ 施工指針(案)・同解説」 刊行
6年が経過し指針の見直しが必要な時期に
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今回の研究体制
委託者:9電力会社および電源開発
受託者:社団法人 日本建築学会・材料施工委員会・RC工事運営委員会に,フライアッシュコンクリート研究小委員会を設置し,さらに傘下に4WGを設置
WG1:基本物性WG
WG2:アルカリシリカ反応WG
WG3:マスコン・高流動WG
WG4:事例研究・普及WG
講-VI-3
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研究工程および内容
工 程:平成14年7月8日~平成17年3月31日
検討内容:
1.FAの広範囲的な適用のためのFAコン基本物性把握
2.FAのアルカリシリカ反応抑制効果の実証
3.マスコン・高流動コンへの適用のため技術基盤整備
4.FAコンの普及のための技術基盤整備
フライアッシュを使用するコンクリートの調合設計・施工ガイドライン(案)の作成
フライアッシュを使用するコンクリートの調合設計・施工ガイドライン(案)の作成
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ガイドライン(案)目次
・1章 総 則・2章 構造体および部材の要求性能・3章 フライアッシュの種類および品
質・4章 フライアッシュの選定および使
用方法・5章 フライアッシュコンクリートの種
類および品質・6章 コンクリート材料・7章 調 合・8章 コンクリートの発注・製造およ
び受け入れ・9章 コンクリート工事・10章 品質管理および試験・検査・11章 特殊環境下のコンクリート工
事
・12章 ASR反応抑制対策としてフライアッシュを用いるコンクリート
・13章 マスコンクリート・14章 高流動コンクリート・付 録 付1 JASS 5T-403 建築コンクリー
ト用フライアッシュの品質判 定基準(案)
付2 JASS 5T-404 フライアッシュ 用AE剤の性能判定基準(案)
付3 JASS 5T-405 建築コンクリート 用フライアッシュのアルカリシ リカ反応抑制効果判定基準 (案)
付4 建築コンクリート用フライアッ シュに関する技術資料
付5 フライアッシュコンクリートの 施工例
付6 調合計算例および参考調合
講-VI-4
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フライアッシュの使用目的とその種類,効果
◎◎○(6)細骨材の粒径・粒度の改善
○◎◎(5)アルカリシリカ反応抑制
-◎◎(4)水和熱の低減
◎◎◎(3)乾燥収縮ひび割れ抑制
○◎◎(2)流動性の増大
○◎◎(1)単位水量低減
Ⅳ種Ⅱ種Ⅰ種
推奨できる種類使 用 目 的
[注1] ◎:非常に効果がある,○:効果がある
[注2] Ⅰ,Ⅱ種は結合材として用いる場合,Ⅳ種は結合材として用いない場合をいう
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フライアッシュの使用方法
①フライアッシュを全て結合材とみなす場合
②フライアッシュの
一部のみを結合材とみなす場合
③フライアッシュを結合材とみなさない場合
W C S GF
W C S GF
W C S GF
W C S G(基本)
講-VI-5
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耐久性を確保するための調合に関する規定
①フライアッシュを結合材とみなす場合
②フライアッシュを結合材とみなさない場合
60 %一 般
50 %標 準
45 %長 期
水結合材比の最大値計画供用期間の級
65 %一 般
55 %標 準
50 %長 期
水ポルトランドセメント比の最大値計画供用期間の級
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フライアッシュコンクリートの調合強度式
一般式 FFa=a’(C+Fa)/W+b’
提案式 FFa=a(C+kFa)/W+b
ここに, FFa:フライアッシュコンクリートの 調合強度(N/mm2)
C:単位セメント量(kg/m3)
Fa:単位フライアッシュ量(kg/m3)
W:単位水量(kg/m3)
k:フライアッシュの強度寄与率
a’ ,b ’,a ,b :工場の実験定数(N/mm2)
[注]フライアッシュの置換率は30%以下
講-VI-6
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強度寄与率kと単位セメント量
●フライアッシュ種類,材齢別の関係
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
100 200 300 400 500 600The portland c ement content (kg/m
3
k va
lu
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
100 200 300 400 500 600The port land cement content (kg/ m
3)
after 91 dayss tandard curing
Type II Type IIafter 28 dayss tandard curing
e
)
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
100 200 300 400 500 600The portland c ement content (kg/m3
k va
lu
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
100 200 300 400 500 600The port land cement content (kg/ m3)
aft er 91 dayss tandard curing
Type IVafter 28 dayss tandard curing
Type IV
e
)
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強度寄与率kの推奨値例
①FAⅡ種の使用箇所別の推奨値
②FAⅣ種の使用箇所別の推奨値
0.5~0.8
0.2~0.5
基礎
0.4~0.5
0.1~0.3
壁
0.5~0.7材齢91日のk値
0.2~0.4材齢28日のk値
CFT使用部位
0.4~0.5
0~0.5
基礎
0.2~0.3
0~0.3
壁
0.3~0.4材齢91日のk値
0~0.4材齢28日のk値
CFT使用部位
講-VI-7
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アルカリシリカ反応(ASR)
1930年代にアメリカで発見。その後、ヨーロッパを初め、世界各地で同様の現象が報告
日本では、1950年代と1960年代にそれぞれ1例ずつの報告その後、しばらく報告がなく、わが国にはASRはないとされてきた
1982年、阪神地区でASR被害事例が確認
反応性シリカ鉱物を持つ骨材が、セメント等からのアルカリ分と水の
存在下で長期にわたり反応し、コンクリートに膨張ひび割れやポッ
プアウトを生じさせる現象
化学反応の例
SiO2+2NaOH+8H2O→Na2H2SiO4・8H2O
アルカリシリカ反応とは 被害の経緯
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ASRの被害事例
柱・梁のひび割れの例 腰壁のひび割れの例
講-VI-8
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ASRの抑制対策
●建築指導課長通達
安全と認められる骨材の使用
低アルカリ形セメントの使用
抑制効果のある 混合セメント等の使用
コンクリート中のアルカリ総量の抑制
高炉セメントB種・C種
混合材を混合したセメント
高炉セメントB種・C種フライアッシュセメントB種・C種
高炉セメントB種 ベースセメントのR2OがO.8%以下
スラグ混合比40%以上その他のとき
スラグ混合比50%以上
フライアッシュセメントB種 ベースセメントのR2OがO.8%以下
フライアッシュ混合比15%以上その他のとき
フライアッシュ混合比20%以上
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実験概要
• 目的
FAをセメントの一部または細骨材の一部と 置換して使用した際のASR抑制効果を把握し, ガイドライン作成の基礎資料を得る
• 実験方法
対象としたFA:Ⅰ種,Ⅱ種,Ⅳ種
実験の構成:
共通実験(モルタルバー),個別実験,
補足実験(FAの品質試験)
講-VI-9
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骨材のアルカリシリカ反応性の比較
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
川砂
利川
砂利
川砂
利川
砂利
川砂
利川
砂利
川砂
利
川砂
利砕
石砕
石砕
石砕
石
チャー
トZ
D1
安山
岩Z
D2
安山
岩Z
D3
砕石
100
砕石
50
砕石
M100
砕石
M30
砕石
H100
砕石
H30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1314151617 1819202122 232425 2627282930 31
骨材の種類
膨張
率(%
) 全国反応性骨材調査結果
BS
FA
FA今回
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実験結果(フライアッシュの種類,銘柄)
フライアッシュの種類と膨張率(建材試)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
比表面積(cm2/g)
膨張
率(%
)
Ⅰ種
Ⅱ種
Ⅳ種
置換率15%
各種フライアッシュの膨張抑制効果
0.0
0.1
0.2
0.3
1 4 8 10 13 16
フライアッシュⅡ種の銘柄
膨張
率(%
)
置換率20%
置換率25%
講-VI-10
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ASR抑制を考慮したフライアッシュの最低置換率
-15%10%
セメントおよび細骨材の一部と置換[併用]
20%15%10%細骨材の一部と置換
-15%15%セメントの一部と置換
Ⅳ種Ⅱ種Ⅰ種使用方法の原則
※
※備考
反応性の高い骨材をペシマム条件等で使用する場合,膨張を抑制できない場合があるため,モルタルバー法の材齢6ヶ月の膨張率が0.3%以上の場合,または試験を実施していない場合は,JASS 5T-405による
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今後の指針改定
• これらの研究成果をうけて、現行の「フライアッシュを使用するコンクリート調合設計・施工指針(案)」に反映させるため、本年度からフライアッシュコンクリート施工指針改定小委員会を設置し、2007年度発刊を目標に指針改定作業を行っている。
• 今後,フライアッシュの有効利用は,混和材として広く一般のコンクリートに使っていただけるように宣伝と実績を積むことが肝要である。
皆さんのご協力宜しくお願いします。
講-VI-11
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なりた たけし
氏 名 成田 健
東北電力㈱ 研究開発センター(電源技術グループ)
役職 主幹研究員
主要経歴
1980 年 3 月 東北工業大学 工学部 建築学科 卒業
1980 年 4 月 不二コンクリート工業㈱ 入社
1982 年 5 月 同社 退社
1982 年 6 月 東北大学 工学部 建築学科 奉職
1993 年 3 月 同大学 辞職
1993 年 4 月 東北電力㈱ 電力技術研究所 入社
1995 年 6 月 改組により研究開発センターとなり現在に至る
主な業務内容
1993 年 4 月の入社以来,一貫して石炭灰利用技術研究に従事している。
現在までの主な研究は,石炭灰砂(ファイヤービーズ)開発,厚層基盤材開発,盛土
材開発,アスファルトフィラー,石炭灰を利用した高流動コンクリート等に及ぶ。更に,
コンクリート構造物のライフサイクル,凍害等に関する研究にも従事している。
今回,講演する日本建築学会,土木学会,日本コンクリート工学協会等の各種委員
会に委員として活動している。なお,石炭エネルギーセンターの主催する石炭灰利用
委員会等の委員も勤めている。
講-VI-12