リサイクルコンクリートの耐食性に対するグラスファイバーの影響

ガラス繊維がリサイクルコンクリート（リサイクルコンクリート骨材から作られたもの）の耐食性に及ぼす影響は、材料科学と土木工学において重要な関心事です。リサイクルコンクリートは環境と資源のリサイクルという利点がある一方で、その機械的特性と耐久性（例えば、耐食性）は従来のコンクリートに比べて劣ることがよくあります。ガラス繊維は、補強材は、物理的および化学的メカニズムを通じてリサイクルコンクリートの性能を向上させることができます。詳細な分析は以下の通りです。

1. 特性と機能グラスファイバー

無機非金属材料であるグラスファイバーは、次のような特性を示します。
高い引張強度:コンクリートの低い引張能力を補います。
耐腐食性: 化学的な攻撃 (例: 塩化物イオン、硫酸塩) に耐えます。
強化と亀裂抵抗**: 微小亀裂を埋めて亀裂の伝播を遅らせ、透過性を低減します。

2. リサイクルコンクリートの耐久性の欠点

表面に多孔質の残留セメントペーストが残っているリサイクル骨材は、次のような結果をもたらします。
弱い界面遷移領域 (ITZ): リサイクル骨材と新しいセメントペースト間の結合が弱く、透過性のある経路が形成されます。
低い不浸透性: 侵食性物質 (例: Cl⁻、SO₄²⁻) が容易に浸透し、鋼鉄の腐食や拡大による損傷を引き起こします。
凍結融解耐性が低い: 細孔内の氷の膨張により、ひび割れや剥離が発生します。

3. 耐食性を向上させるグラスファイバーのメカニズム

（１）物理的障壁の影響
亀裂抑制: 均一に分散した繊維が微小亀裂を埋め、亀裂の拡大を防ぎ、侵食物質の進路を減らします。
コンパクト性の向上: 繊維が気孔を埋めて多孔性が低下し、有害物質の拡散が遅くなります。

（2）化学的安定性
耐アルカリ性グラスファイバー(例: AR ガラス): 表面処理された繊維は高アルカリ環境でも安定した状態を保ち、劣化を回避します。
インターフェース強化: 強力な繊維マトリックス結合により ITZ の欠陥が最小限に抑えられ、局所的な侵食のリスクが軽減されます。

（3）特定の侵食タイプに対する耐性
塩化物イオン耐性: ひび割れ形成の減少により Cl⁻ の浸透が遅くなり、鋼鉄の腐食が遅れます。
硫酸塩攻撃に対する耐性: ひび割れの成長が抑制され、硫酸塩の結晶化と膨張による損傷が軽減されます。
凍結融解耐久性: 繊維の柔軟性により氷の形成によるストレスを吸収し、表面の剥離を最小限に抑えます。

4. 主な影響要因

繊維の投与量: 最適な範囲は 0.5%～2% (体積比) です。繊維が多すぎるとクラスター化が起こり、密度が低下します。
繊維の長さと分散: 繊維が長いほど (12～24 mm) 強度は向上しますが、均一な分散が必要です。
リサイクル骨材の品質: 吸水性が高い、または残留モルタル含有量が多いと、繊維とマトリックスの結合が弱くなります。

5. 研究結果と実践的な結論

プラスの効果：ほとんどの研究で、適切なグラスファイバーガラス繊維を添加することで、透水性、耐塩化物性、耐硫酸塩性が大幅に向上します。例えば、ガラス繊維を1%添加すると、塩化物拡散係数を20～30%低減できます。
長期的な性能：アルカリ環境における繊維の耐久性には注意が必要です。耐アルカリコーティングやハイブリッド繊維（例：ポリプロピレンとの複合繊維）は、耐久性を向上させます。
制限事項: 低品質のリサイクル骨材 (多孔性が高い、不純物が多いなど) は繊維の利点を減少させる可能性があります。

6. アプリケーションの推奨事項

適切なシナリオ: 海洋環境、塩性土壌、または耐久性の高いリサイクルコンクリートを必要とする構造物。
混合の最適化: 繊維の投与量、再生骨材の置換率、添加剤 (シリカフュームなど) との相乗効果をテストします。
品質管理: 混合中に凝集しないように、繊維の分散を均一にします。

まとめ

グラスファイバーは、物理的強化と化学的安定化により、リサイクルコンクリートの耐侵食性を向上させます。その効果は、繊維の種類、使用量、そしてリサイクル骨材の品質に依存します。今後の研究では、長期的な耐久性と、大規模な工学応用を促進する費用対効果の高い製造方法に焦点を当てるべきです。