粘土・骨材・土壌のメチレンブルー試験

あるコンクリート製造業者が、メチレンブルー値が仕様の限度値を超えているとして、納入された砂の受け入れを拒否しました。供給業者は異議を唱えます。自社の試験室では、同じ砂について、もっと低い値を測定したというのです。両方の試験室がメチレンブルーを使用し、どちらも結果をグラム毎キログラムで報告していました。しかし、仕様で指定された粒度区分を試験したのは片方だけであり、そもそも2つの数値は比較できるものではありませんでした。

この問題の根本には、概念の取り違えがあります。「メチレンブルー試験」という名称は、1つの装置と1つの尺度による試験のように聞こえます。実際には、同じ色素を使いながらも、材料、粒度区分、終点、結果の表示基準が異なり、それぞれ別の測定対象量を定義する一群の手順です。色素の名称が共通しているからといって、結果まで共通とみなすことが誤りです。以下では各試験方法を区別し、材料に合った方法を選び、それぞれの数値をその定義に沿って解釈できるようにします。

色素が実際に捉えるもの

メチレンブルーはカチオン性色素です。表面活性の高い粘土鉱物はこの色素を強く吸着する一方、石英などの不活性な微粒分による取り込みははるかに少なくなります。そのため、撹拌した懸濁液に色素を少量ずつ加える操作は、活性表面を滴定することに相当します。活性部位が占有されて初めて、溶液中に遊離色素が現れます。メチレンブルー粘土試験が、微粒分の総含有量だけでなく、活性粘土鉱物の量と性質に応答するのはこのためです。

ここから2つのことが導かれます。まず、結果は試験試料にどの粒子が含まれるかに依存します。0/2 mmの粒度区分を試験する方法と、最も細かい粉じんだけを試験する方法では、同じ全体試料からでも異なる数値が得られます。各区分で粘土の濃縮の程度が異なるためです。次に、報告される単位は、その粒度区分と組み合わせて初めて意味を持ちます。「何のキログラム当たりの色素のグラム数なのか」までが結果の一部です。取り込みの基本的な挙動については、関連ガイドのメチレンブルーの吸着測定で詳しく説明しています。

骨材試験：EN 933-9が定義する値は1つではなく2つ

欧州で参照される規格は、EN 933-9「骨材の幾何学的性質の試験、第9部：微粒分の評価、メチレンブルー試験」です。現行版はEN 933-9:2022で、2013年の追補を含む2009年版を置き換えました。その適用範囲の概要は、CENおよびCENELECの規格ポータルで確認できます。この規格は、明確に異なる2つの値を定義しています。MBは0/2 mmの粒度区分で測定します。規定附属書に記載されているMB_Fは、0/0.125 mmの粒度区分で測定します。0/2 mmの測定結果を「MB_F」と呼ぶのは、丸め方の選択ではなく、分類の誤りです。

この手順では、試験試料を約500 mLの水に懸濁させ、撹拌しながら10 g/Lの色素溶液を加えます。添加のたびに、作業者は指定されたろ紙に懸濁液を1滴落とします。終点の判定には、従来のスポット試験を用います。遊離色素によって中央の斑点の周囲に幅約1 mmの淡青色の環が現れ、それが5分間持続することが終点です。結果は、試験した乾燥粒度区分のキログラム当たりのメチレンブルーのグラム数で報告します。したがって、MBの単位は0/2 mmの材料のg/kgであり、MB_Fの単位は0/0.125 mmの材料のg/kgです。同じ砂がMBでは合格し、MB_Fでは不合格になることもあります。仕様でどちらの値を指すか明記しなければならないのは、まさにこのためです。

米国の骨材試験方法は異なる原理を用いる

米国では、似た対象を異なる装置で評価する2つの方法があります。ASTMが有効な規格として掲載しているASTM C1777-20は、ろ紙によるスポット試験ではなく、610 nmでの比色計の読み取りにより、4.75 mm（No. 4）ふるいを通過する材料のメチレンブルー値を測定します。AASHTOストアで入手できるAASHTO T 330は、目視によるスポット試験の終点判定を維持し、75 µmを通過する粒度区分を試験します。どちらも単位質量当たりの色素取り込み量を報告し、その次元はグラム毎キログラムと同等です。ただし、ASTMは、C1777、AASHTO T 330、EN 933-9の結果が大きく異なる場合があると明確に注意しています。試験対象部分の定義が異なり、粘土の濃縮の程度も異なるうえ、比色測定は紙上の環を判定する操作と同じではありません。

したがって、砂の購入者が骨材のメチレンブルー試験を実務上解釈する際には、条件を踏まえる必要があります。その数値は、指定された粒度区分に含まれる有害な活性粘土を、指定された手順で評価するものです。別の粒度区分を試験したり、異なる原理で終点を読み取ったりする試験室は、色素の瓶が同じでも、別の試験を実施していることになります。

土壌試験：フランスのVBSはコンクリートではなく土工のための指標

土壌にも、この試験群に属する独自の方法があります。VBSと略される土壌のメチレンブルー値（valeur de bleu de sol）は、土工や道路建設における分類のために、土壌によるメチレンブルーの取り込み量を測定します。従来の手順は、AFNORカタログに掲載されているフランス規格NF P94-068です。この1998年の規格は廃止され、NF EN 17542-3:2022に置き換えられています。そのため、現行版を確認せずにNF P94-068を引用する手順は、旧規格に基づいていることになります。

VBSのスポット試験は、骨材のスポット試験と似ています。土壌と水の懸濁液に色素を順次加え、ろ紙に滴下して、周囲に持続する環が現れるまで続けます。ただし、測定対象量は異なります。試験室では0/5 mmの部分を試験し、VBSは通常、0/50 mmの材料を基準として、乾燥土壌100 g当たりの色素のグラム数で表します。VBSを10倍したり10で割ったりして、EN 933-9のMB値に換算してはいけません。10という係数で換算できるのは単位であり、粒度区分、試料調製、基準量への換算までは変更できません。土壌のVBSと骨材のMBは、異なる工学的問いに答える指標であり、それぞれの限度値は、その試験方法に対応するものです。

ベントナイトと掘削泥水：清浄度ではなく活性と容量

この試験群の第3の系統は、骨材の受け入れや拒否とは無関係です。掘削流体では、掘削泥水のメチレンブルー試験によって、市販のベントナイトと掘削で生じた反応性固形分の両方を含め、泥水中にすでに存在する反応性粘土の量を測定し、総陽イオン交換容量を推定します。現行の手順はAPI RP 13B-1「水系掘削流体の試験」に記載されており、第6版の発行日は2026年1月です。適用中の版を確認するための公式な情報源は、API規格カタログです。泥水試料を酸性化し、過酸化水素で処理して妨害となる有機物を除去した後、ろ紙上に環が現れる終点まで色素で滴定します。結果であるメチレンブルー容量は、掘削流体の体積当たりで報告します。ベントナイトの交換容量について明示された仮定のもとで、ベントナイト換算量に変換できます。

乾燥ベントナイトそのものは、さらに別の方法で評価します。API RP 13Iは試験室での試験を扱っており、分散させたベントナイトのメチレンブルー試験も含まれます。この手順では、交換容量の推定値を100 g当たりのミリ当量で報告します。ASTM C837「粘土のメチレンブルー指数の標準試験方法」は、現行の改訂版がC837-09(2024)で、引き続き有効な規格です。粘土そのものによる色素吸着を測定し、その指数が陽イオン交換容量やその他の粘土特性に関連すると説明しています。これらは粘土の活性を測定するものです。骨材の清浄度に関する限度値をベントナイト指数に適用したり、ベントナイトの容量を掘削泥水に適用したりすることは、材料を変えて最初の誤りを繰り返すことになります。

試験方法の比較

以下の表は、本記事の参照資料です。2つの数値を比較する前に、対応する行が一致していることを確認してください。

この表に基づく手順を公開する前に、すべての規格の版を確認してください。規格は改訂されます。この表は調査時に確認した版を記録したものであり、恒久的な文献一覧ではありません。膜やポリマーの実験を含む、この色素の関連する材料試験用途については、関連ガイドのメチレンブルーを用いた材料試験で説明しています。

ある方法の限度値を別の方法に適用できない理由

受け入れを拒否された砂の例に戻りましょう。仕様の限度値が0/2 mmを対象とするEN 933-9のMBに対して定められていた一方で、供給業者の試験室が0/0.125 mmを対象とするMB_F、あるいはASTM C1777による比色測定値を報告していたとします。細かい粒度区分では粘土が濃縮されるため、その数値は試験対象の定義上、高くなります。また、比色計が読み取る物理的信号は、環による判定とは異なります。どちらの不一致も、それだけで合格を不合格に変える可能性があります。この争いは、どちらがより適切に滴定したかという問題ではありません。同じ色素名を共有する、2つの異なる測定対象量の問題です。

したがって、原則は厳密です。仕様の限度値が有効なのは、その限度値を導いた試験方法、粒度区分、結果の表示基準に対してだけです。代替方法で限度値を設定するには、代表的な材料を両方の方法で試験して得た実測に基づく相関が必要であり、単位換算では済みません。また、活性粘土のメチレンブルー試験は、粘土の量だけでなく性質にも応答します。そのため、ある地質由来の材料で良好な相関が得られても、別の由来の材料に適用できるとは限りません。

試験前の簡単なチェックリスト

溶液を調製する前に、材料、版の年を含む規格、試験対象の粒度区分、終点の判定基準、結果の表示基準を書き出してください。引用する版が現行版であることを、規格の発行機関で確認します。そのうえで、その方法に対応する色素濃度、校正、管理試料を準備してください。この5項目をすべて明記した報告書であれば、読者は測定を再現できます。また、本来は試験方法の説明が担うべき役割を、色素名だけに任せてしまうことも防げます。