JP2007015894A - 貝殻粉砕物を含むコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】貝殻粉砕物が配合されたコンクリートにおいて、置換率が３０容量％を超えても良好なワーカビリフィーが確保でき、強度も満足するコンクリートを提供する。
【解決手段】細骨材の一部または全部として下記の表に示される粒度分布を有する貝殻粉砕物を使用し、セメントとして高炉セメントを用いる。

【選択図】なし

Description

本発明は、細骨材として貝殻粉砕物を含むコンクリート、より詳しくは、特定の粒度分布を有する貝殻粉砕物および高炉セメントを含むコンクリートに関するものである。

漁業によって捕獲または採取される牡蠣や帆立貝等の貝類からは大量の貝殻が水産廃棄物として発生し、その多くはリサイクル、すなわち再資源化することができずに、動植物の残滓として埋め立て処分されたり、あるいはその適当な処分が見当たらないために野積みの状態で海岸に放置されてきた。

しかし、近年では、埋め立て処分場として使える用地が年々少なくなっていく傾向にあることや貝殻が野積みのまま放置される場合に発生する悪臭等の環境問題のために、廃棄される貝殻の再資源化が益々注目されるようになってきた。

一方、コンクリート用の骨材としては、細骨材として川砂、山砂または海砂等の砂や砕砂が、そして粗骨材として川砂利または山砂利等の砂利や砕石が従来一般に使用されてきたが、近年では、これらの天然骨材の枯渇の問題と地球環境保全の観点から、種々の産業副産物や産業廃棄物を骨材の代替品として活用することが検討されている。

以上のような貝殻廃棄物に対する再資源化の要求と、産業副産物や産業廃棄物に対するコンクリート用骨材としての活用との流れから、この貝殻廃棄物をコンクリート用骨材として利用するための研究開発も進められるようになってきた。

このような研究としては、例えば、貝殻を数十ｍｍの大きさに粗粉砕し、これを粗骨材の代わりに使用してポーラスコンクリートを製造する研究や、砂状の微細な粒子になるまで微粉砕した貝殻をコンクリートの細骨材の一部として用いる研究等がある。

貝殻をコンクリートの骨材として用いる場合には、上記の例のように、細骨材の代替および粗骨材の代替の二通りの利用が考えられるが、貝殻の活用を一般のコンクリートを対象として考えた場合、次の理由により、細骨材として活用することが多い。

(1) 貝殻は砂利や砕石に比べて強度が小さいため、これを粗骨材の代わりに使用すると、砂利や砕石を使用した通常のコンクリートに比べて著しく強度が低下したコンクリートを生ずる。

(2) 一般の建設工事で使用されるコンクリートには、型枠内に容易に充填できるワーカビリティーが要求されるが、このコンクリートに配合される粗骨材に適した大きさの粒径に貝殻を粉砕した場合には、この貝殻が、例えば帆立貝の貝殻であれば、極めて薄くて偏平な粗骨材を生じ、また、例えば牡蠣殻であれば、薄くて偏平な上に起伏の激しい表面の粗骨材を生じるため、流動性の良い、すなわちワーカビリティーが良好なコンクリートを得ることが非常に困難になる。

このように、一般のコンクリートで貝殻を骨材として活用する場合には、そのコンクリートに十分な強度およびワーカビリティーを確保しなければならないという面から見て、この貝殻を細骨材とする方がより利用価値が高いと言えるが、貝殻を細骨材とする場合には次のような問題がある。

(1) 通常の細骨材を貝殻で置換する場合にもコンクリートで大きな強度低下を生じなくするためには、その置換率は２０〜３０容量％程度が限度とされているので、貝殻廃棄物をできるだけ多量に有効利用したいという観点に立てば、この置換率の一層の向上が望まれる。
(2) 貝殻を細骨材としたコンクリートで良好なワーカビリティーを確保するためには、この貝殻を細骨材として適している５ｍｍ以下の粒径になるまで微粉砕し、かつ、この微粉砕されたものを分級して粒度調整する必要があるが、この作業には多大の手間と費用を要するので、実用的でない。

本発明者は、上述の課題を解決するために種々研究を重ねた結果、
下記の表−１、

に示される粒度分布を有する貝殻粉砕物を細骨材として用い、かつ、高炉セメントをセメントとして用いると、細骨材における貝殻粉砕物の置換率が３０容量％を超えても、良好なワーカビリティーが確保されるとともに、通常の細骨材のみを用いたコンクリートと同等またはそれ以上の強度を有するコンクリートが得られること、
を見出した。

本発明は、このような知見に基づいて発明されたもので、
細骨材の一部または全部として前記の表−１に示される粒度分布を有する貝殻粉砕物が用いられ、かつ、セメントとして高炉セメントが用いられていることを特徴とする、コンクリート、
に係わるものである。

本発明によれば、貝殻粉砕物をコンクリートの細骨材として用い、そしてまたセメントとして高炉セメントを用いることによって、その貝殻粉砕物の細骨材における置換率を従来よりも大きくしても、通常の細骨材のみが用いられたコンクリートと同等またはそれ以上の強度を有するとともに、良好なワーカビリティーが確保されたコンクリートが得られるので、従来処分に悩まされていた大量の貝殻廃棄物の有効な再資源化を図ることができ、その結果、この大量の貝殻廃棄物を廃棄処分することによる弊害や負担を軽減できるばかりでなく、自然環境から採取される骨材用の砂、砂利および砕石等の量を減少させることによって地球の環境保全にも貢献することができる。

本発明で用いられる高炉セメントとしては、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ５２１１ 高炉セメント」のＡ種、Ｂ種およびＣ種の他、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０ ポルトランドセメント」に高炉スラグ微粉末を混合したものを使用することができ、この後者の場合、一般に９５〜３０対５〜７０の容量比でＪＩＳ Ｒ ５２１０ ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末とが混合される。

貝殻としては一般にどのような種類の貝の貝殻でも利用することができるが、そのうち帆立貝または牡蠣の貝殻が適しており、そして主成分が殆ど炭酸カルシウムからなる帆立貝の貝殻が特に好ましく使用される。

前記の表−１に示される粒度分布を有する貝殻粉砕物を細骨材として、これを普通ポルトランドセメントと組み合わせたコンクリートでは、貝殻粉砕物の配合量が増大するに従って、その強度は低下する傾向がある。この傾向は、従来の研究で得られている「硬化したコンクリートで大きな強度低下を来さないためには、通常の細骨材との置換率が２０〜３０％程度が限度である。」という結果に符合している。

細骨材の貝殻粉砕物と組み合わせるセメントとして高炉セメントを採用することによって、通常の骨材が配合された従来のコンクリートと同様またはそれ以上の強度を得ることができる。その理由は、貝殻粉砕物の主成分である炭酸カルシウムと、高炉セメント中に生成し易い各種のカルシウムアルミネートとの反応の結果によるものと考えられ、また、このような反応が十分起こるのは、貝殻粉砕物において前記の表−１に示される粒度分布が確立されていることも寄与しているものと考えられる。

表−１に示される貝殻粉砕物の粒度分布を図で示すと、添付図面の図１のようになる。貝殻粉砕物の粒度が表−１の範囲よりも粗くなると、換言すれば、貝殻粉砕物の粒度範囲が図１の範囲から右側にずれると、高炉セメントとの反応性が低下して硬化コンクリートで十分な強度が得られなくなるばかりでなく、フレッシュコンクリートで良好なワーカビリティーが得られなくなり、一方、貝殻粉砕物の粒度が表−１の範囲よりも細かくなると、換言すれば、貝殻粉砕物の粒度範囲が図１の範囲から左側にずれると、高炉セメントとの反応性は高められるものの、前記の回転式破砕混合機で容易に製造することができなくなってコスト的にも実用的でなくなるばかりでなく、細粒成分の割合が多くなってコンクリートの粘性が高まる結果大量使用に支障を来すようになるので、貝殻粉砕物の粒度範囲が表−１に示される範囲にあることが本発明にとって必須の要件となっている。

貝殻を前記の表−１に示される粒度分布の粉砕物とするには、一般にどのような種類の破砕機または粉砕機等でも使用できるが、
本出願人の特許に係わる特許第３５５４８２９号に示されるような回転式破砕混合機を用いて、それの破砕時における回転数を調節すると、前記の表−１に示される粒度分布を有する貝殻破砕物を容易に製造することができ、その結果、この回転式破砕混合機を貝殻破砕物の製造に利用することはコスト的に見ても十分な実用性を具えていること、
も本発明者は見出した。

上記の回転式破砕混合機を用いて帆立貝の貝殻を粉砕した場合に得られる粉砕物の粒度分布と回転式破砕混合機の回転数との関係が図２に示されている。この回転数が速くなるにつれて粒度分布曲線が左側にシフトして、粉砕物の粒度が全般的に細かくなっていくことが分かる。このように、回転式破砕混合機によれば、それの回転数を調整することで、表−１に示される粒度分布の範囲内で種々の粒度の貝殻粉砕物を容易に得ることができる。

以下の実施例は、本発明を実施する場合の好ましい例を具体的に示すことを意図するものであって、本発明がこれらの実施例によって限定されることは意図されていない。

実施例１
下記の表−２に示される使用材料を用い、かつ、下記の表−３に示されるコンクリートの配合に従って、すなわち、セメントとして高炉セメントＢ種を用い、そして細骨材の川砂の０容量％、２５容量％、５０容量％、７５容量％および１００容量％を貝殻粉砕物で置き換え、また、セメントとして普通ポルトランドセメントを用い、川砂の０容量％、２５容量％および５０容量％を貝殻粉砕物で置き換え、そしてこれらのいずれの場合にも、先ずセメント、細骨材および粗骨材をミキサに投入してこれらを空練りした後、水、ＡＥ減水剤を加えて９０秒間練り混ぜることによって、それぞれ比較試料１、本発明試料１、２、３、４および比較試料２、３、４を製造した。上記の貝殻粉砕物は前記の回転式破砕混合機を用いて回転数９００ｒｐｍの下で粉砕されることによって、前記の図２の粒度分布曲線−●−で示されるような粒度分布を有するものであった。

以上のようにして製造されたフレッシュコンクリートについてスランプ試験および空気量試験を実施し、また、硬化後のコンクリートについては材齢７日および２８日における圧縮強度を測定して、これらの試験結果を下記の表−４に示し、また、貝殻粉砕物の置換率０％のコンクリートの圧縮強度に対する、貝殻粉砕物の置換率０％、２５％、５０％、７５％および１００％の各場合のコンクリートの圧縮強度の比、すなわち表−４に示された圧縮強度比を図３に示した。

表−４および図３によれば、本発明試料１、２、３および４における貝殻粉砕物の使用量、すなわち通常の細骨材である川砂との置換率はそれぞれ２５％、５０％、７５％および１００％であったが、川砂との置換率が０％であった比較試料１と比べて圧縮強度の低下は見られず、これらの本発明試料の圧縮強度はむしろ比較試料１の圧縮強度を凌いでいることが分かる。このような結果は、明らかに本発明が、コンクリートにおける貝殻粉砕物の置換率が精々２０〜３０％程度が限度であると認識されていた従来技術と著しく異なる傾向を示している。

また、セメントとして普通ポルトランドセメントを用いて貝殻粉砕物の置換率を２５％とした比較試料３では、この置換率が０％であった比較試料２に比べて圧縮強度の低下が見られ、そして置換率が５０％であった比較試料４では、この強度低下が更に著しかったことが分かる。このような結果は、セメントとして普通ポルトランドセメントが用いられるコンクリートでは貝殻粉砕物の置換率が精々２０〜３０％程度が限度であるとされてきた従来技術と同様な傾向を示していて、上記の本発明試料とは著しく異なる傾向を明瞭に示している。

以上に述べた説明から明らかなように、本発明は通常の細骨材の代わりに貝殻粉砕物を細骨材として用い、かつ、セメントとして高炉セメントを用いることによって、圧縮強度においても従来の普通コンクリートに比べて遜色のないコンクリートを提供できるので、本発明は、このような普通コンクリートが適用される広範囲の分野で利用することができる。

本発明で用いられる貝殻粉砕物の粒度範囲を示すグラフである。 本発明で好ましく用いられる回転式破砕混合機の回転数と、この回転式破砕混合機によって得られる貝殻粉砕物の粒度分布との間の関係を示すグラフである。 貝殻粉砕物の置換率０％のコンクリートに対する、貝殻粉砕物の置換率０％、２５％、５０％、７５％および１００％のコンクリートの圧縮強度比を示すグラフである。

Claims (2)

1. 細骨材の一部または全部として下記の表−１に示される粒度分布を有する貝殻粉砕物が用いられ、かつ、セメントとして高炉セメントが用いられていることを特徴とする、コンクリート。
   

   
2. 前記貝殻粉砕物が回転式破砕混合機で処理されることによって得られる貝殻粉砕物である、請求項１記載のコンクリート。

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