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フライアッシュをコンクリートに混合させた時の効果9個|主な種類も紹介

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公開日時 2023.02.28 最終更新日時 2023.02.28

こちらの記事では、フライアッシュをコンクリートに混合させた時の効果についてご紹介いたします。


 

フライアッシュとは


フライアッシュとは、火力発電所で発生する溶融状態の灰が、冷却されて球状微細粒子となったものを電気集塵機で捕集したものです。

もともとフライアッシュは産業廃棄物でしたが、特徴である化学的・物理的性質からコンクリートの混和材として用いられています。

このフライアッシュという物質について、1度は耳にしたことがあっても、実際はその働きをよく知らない方も多いのではないでしょうか。

この記事では、「フライアッシュとは」について、その種類や効果、関連用語などを解説していきます。

混和材とは

コンクリートに混和する材料としては、混和剤と混和材の2種類が存在します。

AE減水剤や凝結遅延剤など、添加する量が少なく、コンクリートの容積として算出する必要のないものを「混和剤」と呼びます。

一方、フライアッシュやスラグ等、添加する量が比較的多いためコンクリートの容積として算出する必要のあるものを「混和材」と呼びます。

後者の混和材に分類されるフライアッシュとは、コンクリートに混和することでワーカビリティの向上、アルカリシリカ反応の抑制などの効果を発揮します。

フライアッシュとは?主な種類4つ



コンクリートの混和材として用いるフライアッシュですが、微粉炭の品質や燃焼条件、捕集の方法などによってその品質はかなり左右されます。

そのため、「JIS A 6201 コンクリート用フライアッシュ」には、利用目的に応じた4種類(フライアッシュⅠ種、Ⅱ種、Ⅲ種、Ⅳ種)のフライアッシュの品質が規定されています。

一番ポピュラーに流通しているのはⅡ種ですが、それぞれどのように違うのか、以下で解説していきます。

主な種類1:フライアッシュⅠ種の規定

フライアッシュⅠ種は、強熱減量(試料を高温に熱した際に減少する質量)が3.0%以下で、粉末度が高い(細かい)ものです。

混和することで、コンクリートの強度を高めると同時に流動性を付与し、アルカリシリカ反応を抑制するなどの効果を発揮します。

また、初期強度発現性も無混入のものと遜色ありません。

主な種類2:フライアッシュⅡ種の規定

フライアッシュⅡ種は、強熱減量が5.0%以下で、粉末度は中程度です。このⅡ種は標準的なフライアッシュで、全国的に広く流通しています。

混和することで、特にコンクリートの水和熱抑制、長期強度改善の効果を発揮します。

また、コンクリートへの流動性付与とアルカリシリカ反応抑制については、無混入の場合と比べて十分に効果が発揮されます。

主な種類3:フライアッシュⅢ種の規定

フライアッシュⅢ種は、粉末度はⅡ種と同等ですが、Ⅱ種よりも強熱減量が高いという特徴があります。

混和することで、コンクリートの水和熱抑制、アルカリシリカ反応抑制、長期強度改善に対して、Ⅱ種と同様の効果を発揮します。

ただし、Ⅲ種として流通しているものには流動性と空気連行性にほとんどありませんので、配慮が必要です。

主な種類4:フライアッシュⅣ種の規定

フライアッシュⅣ種は、4種類の中では1番粉末度が低い(粗い)ものです。

水和熱抑制効果はⅡ種と同程度得られ、アルカリシリカ反応の抑制も期待できます。ただし、強度発現性においては配慮が必要です。

主にⅡ種製造の際に分級粗粉として回収されるフライアッシュで、トンネル吹付けコンクリートなどに使われています。

フライアッシュとは?コンクリートに混合させた時の効果9個

フライアッシュとは?コンクリートに混合させた時の効果9個

先述の通り、フライアッシュとは火力発電の際に出る廃棄物(灰)に注目したエコな材料で、コンクリートに混和することで様々な効果を発揮します。

ここからは、ポゾラン反応や水和熱の減少、ワーカビリティの改善など、多くの特性を持つフライアッシュによってもたらされる良い影響を、9つに分けて解説していきます。

混合させた時の効果1:長期的強度の継続

フライアッシュの主成分であるシリカとアルミナが、セメントの水和によって生成される水酸化カルシウムとゆっくり反応して、不溶性の水和物になります。

これを「ポゾラン反応」と呼びます。ポゾラン反応は長期間継続するため、セメントだけの場合よりもコンクリートの長期強度が増進します。

フライアッシュとは、このポゾラン反応が特性として大きく効いてくる材料なため、フライアッシュに関連して「ポゾラン反応」という単語は覚えておきましょう。

混合させた時の効果2:熱応力ひび割れの抑制

フライアッシュを混和したコンクリートは、外気の温度に関わらず、温度上昇量が小さくなり、代替率が上がるほど効果を発揮します。

温度上昇量が抑えられれば、温度勾配や温度収縮を抑制する効果が得られます。

そのため、熱応力ひび割れが問題となるマスコンクリート工事(ダム工事や原子炉格納容器等)には、フライアッシュを混和材として使用するのが望ましいと言えるでしょう。

混合させた時の効果3:水和熱の低減

フライアッシュとは、コンクリートの水和熱を抑制する効果を持つ物質です。フライアッシュの量が増加するほど水和熱は減少し、この水和熱抑制効果によって、前述の熱応力ひび割れを抑制することができます。マスコンクリートの施工にはとても重要な項目です。

混合させた時の効果4:水密性が向上

先ほども触れましたが、フライアッシュを混和材として用いる際に起こるポゾラン反応は、多くの良い影響をコンクリートにもたらします。

不溶性の固い物質が長期的に生成されるという現象(ポゾラン反応)は、コンクリートの組織をより密にしてくれます。その結果、水密性が向上し、構造物の耐久性向上や強度増進などに繋がります。

混合させた時の効果5:骨材のアルカリシリカ反応の抑制

アルカリシリカ反応(ASR)とは、骨材から溶解したシリカと、セメント中のアルカリ成分が反応し、アルカリシリカゲルが生成される現象のことです。

周囲の水分を吸収して膨張したアルカリシリカゲルによって、コンクリートにはひび割れが発生します。

フライアッシュとは、このアルカリシリカ反応を抑制する効果をもつ混和材であり、モルタルの膨張を大幅に抑えることができます。

混合させた時の効果6:乾燥収縮の低減

フライアッシュの代替率が増加するほど、硬化後の乾燥収縮は減少します。「乾燥収縮」とは、コンクリート表面からの水分蒸発によって、コンクリートが収縮する現象です。

フライアッシュの使用によって、乾燥収縮による拘束応力が緩和されるため、ひび割れの抑制に繋がります。

乾燥収縮に及ぼす影響はそこまで大きくはありませんが、フライアッシュの特性として覚えておくとよいでしょう。

混合させた時の効果7:耐塩害性能が向上

「塩害」とは、塩分による劣化現象の総称です。海水や潮風に含まれる塩分がコンクリート内部に侵入すると、鉄筋は不導体被膜が破壊され酸化反応を起こし、腐食が進行します。

フライアッシュとは、ポゾラン反応によってコンクリートを緻密にする働きを持つ混和材であるため、塩化物イオンが緻密になったコンクリートを通りにくくなり、結果的に耐塩害性が向上します。

混合させた時の効果8:ワーカビリティの改善

フライアッシュとは表面が滑らかな球状の物質であるため、混和することでコンクリートに流動性を与えます。

そのため、同じ単位水量でもより流動性の高いコンクリートが得られ、ワーカビリティの向上をもたらします。

なお、ここでの「ワーカビリティ」とは、流動性と材料分離の抵抗性から構成される、コンクリートの扱いやすさの程度のことを指します。

混合させた時の効果9:水量の低減

滑らかな球状のフライアッシュはコンクリートに流動性を与えるため、単位水量(コンクリートの単位体積当たりの水量)の少ないコンクリートもフライアッシュの混和によって必要な流動性が得られます。

単位水量が低減できると、コンクリートはより緻密になり、強度が上がります。

フライアッシュ以外の混和材3選

ここまで、フライアッシュを混和材として使用することで、様々な効果が発揮されることを解説しました。では、フライアッシュ以外の混和材には、どのようなものがあるのでしょうか。

ここでは、フライアッシュ以外の混和剤3つ「シリカヒューム」「高炉スラグ微粉末」「石灰石微粉末」を解説していきます。

フライアッシュ以外の混和材1:シリカヒューム

シリカヒュームは、二酸化ケイ素を主成分とした球体の微粒子です。

シリカヒュームの粒子はセメントより遥かに小さく、混和材として使用するとベアリングのような効果を発揮するため、コンクリートの流動性を向上させます。

また、ポゾラン反応が生じるため、コンクリートの強度増進にも効果があります。

フライアッシュ以外の混和材2:高炉スラグ微粉末

高炉スラグ微粉末とは、製鉄の際に生成される副産物です。

高炉スラグ微粉末を混和材として使用すると、水和熱抑制、長期強度増進、耐塩害性向上、アルカリ骨材反応抑制などの効果が得られます。その環境にやさしい特性から、各方面で利用が促進されています。

この高炉スラグ微粉末は、フライアッシュやシリカヒュームなどが発揮するポゾラン反応による性質ではなく、潜在水硬性という性質によって長期強度発現を可能にしています。

「高炉セメント」と呼ばれるものは、高炉スラグ微粉末を所定量混合して作られたセメントです。

フライアッシュ以外の混和材3:石灰石微粉末

石灰石微粉末は、石灰石を乾燥・粉砕・分級して製造されたものです。混和材としては、材料分離抵抗性および施工性の確保、水和熱抑制を目的に利用されます。

高炉スラグ微粉末やフライアッシュに比べると、そこまでメジャーな混和材ではありませんが、単語だけでも覚えておくとよいでしょう。

フライアッシュ混和材を活用しよう

今回は、混和材としてメジャーなフライアッシュの特徴について解説しました。建設に欠かせないコンクリートには、混和材や混和剤によって様々な工夫がされています。

フライアッシュという火力発電所で生成される副産物をコンクリートに混ぜることで様々な良い影響があるという1点を記憶するだけでも、土木や建設業を理解するための大きな一歩になるでしょう。

「フライアッシュとは」の内容を理解、活用し、コンクリートへの理解をより一層深めていきましょう。


 


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