アルカリ骨材反応（セミナー資料）

アルカリ骨材反応とは

コンクリートは砂利と砂という天然の骨材をセメントと水で練り混ぜて固めた硬化体なのですが、よくよく考えると不思議な工業製品です。この辺の詳しいお話しは別のページですることに致しますが、コンクリートはご存知のようにセメント、水、砂利、砂からできています。このうち、セメントはまず粘土と石灰石を焼き固めてクリンカーという中間物質を作り、次にこれを粉砕し、固まる時間を調整するための石膏を少々添加して作られます。セメントは水と反応して固まる一種の無機ポリマーみたいなものですが、基本的にはカルシウムとシリカの酸化物、あるいカルシウムとアルミニウムの酸化物が水を取り込んでゲル化することにより、硬化します。セメントは水と混ぜると非常に高いアルカリ性を示し,その溶液中には非常に多くのアルカリ金属（NaやK）イオンが溶け出してきます。このアルカリ金属イオンが、アルカリ骨材反応のアルカリの意味なのです（結して、溶液が高アルカリ性、PHを示すわけからではありせん)。
コンクリート中の骨材には多くのシリカ鉱物が含まれています。化学式はSiO₂ですが、その形態は多様です。代表的な結晶は石英ですが、オパール、トリジマイト、クリストバライトなど各種結晶形態を示すものから、微少質の石英やガラス質のものも含まれます。
骨材に含まれている十分に結晶化していないシリカや結合欠陥部の多いシリカは、カリウムやナトリウムなどのアルカリ金属と反応することによって、アルカリ・シリカゲルを生成して骨材から溶出してきます。このアルカリシリカゲルは水ガラスの一種であり、コンクリート中に存在する水を吸って膨張する性質を有しています。この膨張現象による膨張圧は非常に大きく、コンクリートにひびわれやポップアウトを発生させたり、部材に大変形を生じさせる場合があります。