JP2005350333A - 環境保全型軽量コンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量で環境に対する負荷が少ないコンクリートを提供する。
【解決手段】ガラス発泡体を骨材にし、木質系炭化物を含有させることで、軽量で自然に対する負荷が少ないコンクリートが提供される。特に好ましい態様として、ポルトランドセメントを基材として、粒径１ｍｍ〜２０ｍｍのガラス発泡体を３０〜５０容量％、ガラス発泡体粉末を４％〜１１容量％含有したコンクリートの表面にアルミナセメントを基材として１５重量％以上の木質系炭化物を混合した炭コンクリートを薄く付着させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリートに関し、特に、軽量で有害物質の溶出が少なく水質浄化にも適した土木・建築資材としても好適なコンクリートに関する。

大雨による河川の氾濫や、地下水の枯渇を防ぐといった目的で、雨水枡や側溝にポーラスコンクリートを用いて、雨水を地下へ浸透させている。ポーラスコンクリートは砂を用いないで作られた多孔質のコンクリートで、内部に空隙を形成することで水を通しやすいなどの特徴をもち、雨水対策や護岸工事などに利用されている。

ポーラスコンクリートの空隙には充填材や土を入れることができるなどの特徴から、植物や微生物が生育しやすく緑化など環境対策にも利用されている。

ポーラスコンクリートはこのような特徴を有するが、重量が大きく設置作業には重機を必要とし、施工に手間がかかるものであった。またコンクリートはアルカリ性が強く、接触した水のｐＨが高くなるものであった。また六価クロムなどの有害物質が溶出されるなど環境に対しての負荷が大きいものであった。

本発明の目的は、軽量で環境に対する負荷が少ないコンクリートを提供することにある。

本発明に従えば、上記の目的を達成するものとして、ガラス発泡体を骨材にし、木質系炭化物を含有させることで、軽量で自然に対する負荷が少ないコンクリートが提供される。本発明に使用されるコンクリートは特に好ましい態様として、ポルトランドセメントを基材として、粒径１ｍｍ〜２０ｍｍのガラス発泡体を３０〜５０容量％、ガラス発泡体粉末を１％〜１１容量％含有し、表面に木質系炭化物を混合した炭コンクリートを薄く付着させたものである。表面に付着させるコンクリートはアルミナセメントを基材として、１５重量％以上の木質系炭化物を含有する。

本発明は、コンクリートの骨材にガラス発泡体を使用し、表面に木質系炭化物を混合したコンクリートを付着させることにより、軽量で土木・建築資材としても好適なコンクリート成型体が得られるとともに、コンクリートに接触する水のｐＨの上昇を抑え、コンクリートから溶出される有害物質が少ないという効果を見出したことに基づくものである。

以下、本発明に使用するコンクリートを構成する各構成成分および製造工程に沿って本発明を詳述する。
ガラス発泡体１は、ガラス質廃材をガラス破砕機、例えばハンマーミルなどの衝撃型破砕機を用いて粉砕し、粉砕物を篩分けして得られる０．２１ｍｍ以上２．３８ｍｍ以下の粒度分布を有する粗粉砕ガラス粉９６％以上と０．２１ｍｍ未満の粒度分布を有する微粉ガラス粉４％以下のガラス質配合粉を原料とする。

前記ガラス質廃材としては、例えば、廃棄されたガラスびん、板ガラス、窓ガラス、テレビやパソコンの前面ガラスパネル、ガラス製品工場からのスクラップなどである。このようなガラス質の廃材のうち、ガラスびん、板ガラス、窓ガラスの廃材は、比較的多量に回収ができるので、有利である。

前記ガラス質配合粉に対して０．１〜３重量％の発泡剤としての炭化珪素を添加混合して成る混合粉をガラスの軟化点以上に加熱焼成し、次いで冷却する。

炭化珪素は通常、コークスと酸化珪素が主体である珪砂から製造されるが、本目的に使用される炭化珪素は必ずしも充分に精製されていなくてもよい。例えば、純度が低いものや、製造中に微粉末としてフィルターなどに回収されるものでもよい。

炭化珪素の添加量は０．１重量％未満であると、嵩比重が１．２ｇ／ｃｍ３以上と充分な軽量特性をもつ製品をつくることが困難となる。一方、その添加量が３重量％を超えると、製品が高価になって好ましくないので、経済上の理由から３重量％までにとどめる。

前記配合ガラス粉をそのガラス質の軟化点以上に加熱焼成する点については、この軟化点はガラス原料の種類によって異なる。珪酸塩ガラスの場合には７５０℃以上が一般的であり、特に好ましい温度は７６０〜９６０℃である。９６０℃を越えると不必要なエネルギーを使用し不経済なので、これを超えない温度で焼成し、発泡体を得る。

前記の配合ガラス粉に炭化珪素を０．１重量％以上添加したものに、更に該配合ガラス粉に対し０．０５〜２重量％の炭酸カルシウムや炭酸ナトリウム等の炭酸塩の少なくとも１種を添加、混合して成る混合粉を、ガラスの軟化点以上に加熱焼成し、次で冷却することにより、更に極めて軽量な嵩比重１ｇ／ｃｍ３以下のガラス質発泡体１が確実に得られる。添加量が０．０５重量％未満では、前記の添加効果が得られない。

調製した配合ガラス粉を加熱焼成する作業は、配合ガラス粉を型枠内に所定の高さまで堆積し、且つ均一な厚さにならしたものを加熱炉内に装填した後、加熱し所要の加熱焼成温度まで上昇させるが、この場合、ガラス質が珪酸塩ガラスの場合は、７５０℃以上、好ましくは７６０℃〜９６０℃に昇温する。焼成時間は、配合ガラス粉を堆積させた高さが１０ｍｍであれば１０分〜４０分、２０ｍｍであれば２０分〜５０分程度とすることが好ましい。焼成温度が低ければ焼成時間を長く、逆に焼成温度が高ければ焼成時間を短くするようにする。例えば、堆積させた高さが１０ｍｍで焼成温度が９６０℃ならば１０分、焼成温度が７６０℃ならば４０分である。５０分以上の焼成は経済的に好ましくない。なお、配合ガラス粉に水分が多量に含まれている場合には、２００℃付近で完全に水分を蒸発してから、前記の昇温を行う。

前記の焼成を経たのち冷却を急速に行うと、その所定の均一な厚さの発泡体は亀裂を生じ、無数の大きさのまちまちな例えば粉末状の大きさのものから６０ｍｍ程度の大きさの図２に示すような不定型塊状のガラス発泡体１として得られる。

ガラス発泡体の特性は、密度は０．３ｇ〜０．８６ｇ／ｃｍ３、製造時の含水率０％、吸水率３〜１０６％前後である。密度が低いものは吸水率が高く、粒径が小さいほど吸水率が高い。また、圧縮強度は２〜２３Ｎ／ｍｍ２である。密度が高いほど、圧縮強度も高い。

ガラス発泡体１が得られる際には粉末状の大きさのガラス発泡体粉末が発生するが、これは２ｇ／ｃｍ３程度と重く、軽量骨材としては使用できないものである。

本発明では廃棄されていた前記ガラス発泡体粉末をガラス発泡体コンクリート製造の際にセメントの一部と置換して利用しても、５Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度を得られる。置換率はセメントの５０重量％までとする。５０％を超えると強度が低下してしまうので、これを超えない範囲で置換する。

表面に付着させる炭コンクリート３においては、アルミナセメント（凝固基材）に骨材を混ぜ合わせて、木質系炭化物が添加されている。骨材は、アルミナセメントやポルトランドセメント用の骨材として一般的に使用されているものであり、例えば、砕石、砕砂、スラグ骨材、人工軽量骨材、砂利および砂である。アルミナセメント（凝固基材）と骨材の成分比率は、一般に１：４〜２：１である。

アルミナセメントはよく知られているように、ボーキサイトに石灰石を混合し溶融焼成することによって製造され、一般に、Ａｌ２Ｏ３約４０〜５５％、ＣａＯ約３５〜４５％、ＳｉＯ２約２〜１０％、Ｆｅ２Ｏ３約２〜１０％を含有し、少量のＴｉＯ２やＭｇＯ等を含有するものである。塩類、弱い酸類、油脂類、化学薬品等に対しても、強い抵抗性があり、これらの浸食性物質が水とともに流れてくるような場所においての使用も可能である。

木質系炭化物は木炭、竹炭などのバイオマスを原料とした炭化物である。このような木質系炭化物の混合量は物質を吸着する炭化物の特性を発揮するように１５重量％以上であることが好ましい。炭化物の原料は廃材、バージン材は問わない。炭化物の炭化温度は最低４００℃以上で焼成されたものが望ましく、炭素含有率は８０％以上がよい。

バイオマスを原料とする炭化物は非バイオマス系炭化物に比べて次のような特徴がある。すなわち、バイオマス系炭化物の細孔径分布は直径数μｍ〜数１０μｍに広く分布しており、これは物理的な物質の吸着（アンカー効果）や微生物の担持には効果的である。これに対して、石油系の活性炭などの細孔径分布は１μｍ未満に偏っており、低分子化合物の吸着には向いているが、微生物担持などには不適である。

本発明のガラス発泡体コンクリートは、次の工程によって製造することができる。
（１）凝固基材（ポルトランドセメント）、ガラス発泡体、ガラス発泡体粉末を均一に混ぜ合わせる。（２）混合した材料に水を加え混練する。（３）混練した材料を２層に分けて所望の形状を型取った型枠に充填し、各層ごとに上部からの振動を１０秒程度与えながら流し込む（成形温度は一般に５〜１８０℃）。（４）充分な養生期間をおいて（蒸気養生は〜６０℃、オートクレーブ養生は〜１８０℃にて行う）型枠から製品を脱却する。（５）凝固基材（アルミナセメント）、骨材、木質系炭化物を均一に混ぜ合わせる。（２）混合した材料に水を加え混練する。（３）混練した材料を脱却した製品に塗布する。

以下に本発明を実施例に沿って説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
実施例１：ポルトランドセメント、ガラス発泡体１、ガラス粉末を下記に示す割合で添加し、前述の工程に従ってガラス発泡体コンクリート２を製造し、アルミナセメント６５重量％、木質系炭化物２５重量％、細骨材１０％の割合で配合された炭コンクリート３をガラス発泡体コンクリート２の表面に塗布し、環境保全型軽量コンクリートを製造し、その圧縮強度、空隙率、透水係数を測定した。なお、ガラス発泡体１は粒径５〜１５ｍｍ、密度０．４３ｇ／ｃｍ３のものを用いた。ガラス発泡体粉末は密度２．３ｇ／ｃｍ３のものを用いた。炭コンクリート３に配合したアルミナセメントは電気化学工業株式会社製「デンカアルミナセメント１号」を用いた。その組成はＡｌ２Ｏ３：５１．６重量％、ＣａＯ：３５．３重量％、ＳｉＯ２：３．５％、Ｆｅ２Ｏ３：５．４％、ＴｉＯ２：２．６％、ＭｇＯ：０．８％である。木質系炭化物には立花バンブー株式会社製の「竹炭」で、粒度が０．０５ｍｍ〜４ｍｍのものを用いた。測定結果を表１に示す。その結果、ガラス発泡体の混合比が５００Ｌ／ｍ３、ガラス発泡体粉末のセメント置換率が５０重量％、水／セメント比が３１重量％のときに好適な結果を得た。この結果より、強度を得るためにセメント量を増やしても、空隙率や透水係数が低下してしまい、また軽量化するためにガラス発泡体を増やしても強度が低下してしまうので、セメントは１７５Ｌ／ｍ３、ガラス発泡体を５００Ｌ／ｍ３の配合比のときに、強度と重量のバランスが最も良い結果が得られる。ガラス発泡体の配合比は３００Ｌ／ｍ３以下となると、重量が増すので好ましくない。また、セメントのうち、５０重量％をガラス発泡体粉末に置き換えても圧縮強度の低下はなく、空隙率、透水係数ともに良好な結果を得られた。ガラス発泡体粉末の置換率はセメント使用量を減らすという経済的理由からセメントの２０重量％以上とする。

実施例２：溶出試験および生物付着量（１）木質系炭化物を２５％添加した前記炭コンクリート３を表面に塗布したコンクリート成型体と、炭コンクリートを塗布しない普通コンクリート成型体を作製し、これを試験体としてこの表面に２２ｍｇ／Ｌ、窒素１０．４５ｍｇ／Ｌ、リン９．７ｍｇ／Ｌの水を流し、２４時間循環させて、水に溶出される六価クロム量とｐＨを測定した結果、炭コンクリートを塗布していないコンクリートからは０．０８１ｍｇ／Ｌの六価クロムが溶出されたが、炭コンクリートを表面に塗布したコンクリートからの溶出は見られなかった。また、炭コンクリートを塗布していないコンクリートに接触した水はｐＨが１２．３と高いアルカリ性を示したが、炭コンクリートを表面に塗布したコンクリートに接触した水は８．３と低い値を示した。（２）また、表面に付着する生物量を計測した結果、炭コンクリートを表面に塗布したコンクリートは、炭コンクリートを塗布していないコンクリートに比べて、約１０００倍の生物付着量があった。

本発明の環境保全型軽量コンクリートは軽量で充分な強度を持っているので、重機を使用しない簡易な施工が可能であり、荷重による破壊の心配が無い。本発明のコンクリートは表面に木質系炭化物を混合した炭コンクリートを付着させることにより、コンクリートに接触する水のｐＨの上昇を抑え、有害物質がコンクリートから溶出されることを抑制し、環境に対する負荷低減に寄与し、表面に付着する微生物による水質浄化効果が期待できる。従って、本発明の環境保全型軽量コンクリートは、雨水浸透に利用される雨水枡や雨水管等のポーラスコンクリート、土木資材または建築資材等として、建築および土木分野における利用価値はもとより、その他の分野においても有効活用を図ることができる。

本発明の環境保全型コンクリートの断面図である。 ガラス発泡体の斜視図である。

符号の説明

１ ガラス発泡体
２ ガラス発泡体コンクリート
３ 炭コンクリート
４ ポルトランドセメント

Claims (7)

1. ガラス発泡体とセメントを混ぜ合わせた成型体から成ることを特徴とする軽量コンクリート。
2. ポーラス状に形成された請求項１のコンクリート。
3. ガラス発泡体が３０〜５０容量％含有されることを特徴とする請求項１又は請求項２のコンクリート。
4. ガラス発泡体が１ｍｍ〜２０ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のコンクリート。
5. ガラス発泡体粉末が４％〜１１容量％含有されることを特徴とする請求項３のコンクリート。
6. 木質系炭化物を配合した請求項３又は請求項５のコンクリート。
7. 木質系炭化物が１５重量％以上の割合で混入された炭コンクリートをコンクリートの凸凹した表面の一部または全部で所定深さに亘って薄く付着させた請求項３又は請求項５のコンクリート。

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