JP2007145655A - 炭粉入りコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】空気量の変動を小さくして製造時および施工時の安定した流動性を確保するとともに、固化時の圧縮強度の低下を防止するようにした炭粉入りコンクリートを提供する。
【解決手段】、セメントと、骨材と、水と、混和剤とに炭粉末を練り混ぜて成る炭粉入りコンクリートにおいて、混和剤にＡＥ剤としてポリオキシエチレンアルキル硫酸アミン塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩等の硫酸エステル系アニオン界面活性剤を用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、炭粉入りコンクリートに関し、さらに詳しくは、空気量の変動を小さくして製造時および施工時の安定した流動性を確保するとともに、固化時の圧縮強度の低下を防止するようにした炭粉入りコンクリートに関するものである。

近年、資源環境性を重視した様々なリサイクル技術が開発されている。例えば、木炭、竹炭等の炭は、ホルムアルデヒド等の化学物質の吸着効果、水質浄化効果、調湿効果等様々な効果を有することが知られ、炭を用いた種々の開発が盛んである。

コンクリートについて言えば、セメント等に木炭粉を練り混ぜて固化させたコンクリート製品が提案されている（特許文献１参照）。このように炭粉を練り混ぜたコンクリートを間知ブロック、側溝ブロック、漁礁ブロック等の各種ブロック製品や、これらの表層に使用することにより、空気・水の浄化、微生物・植物の着生させ易くしようとしている。

コンクリートに炭粉を練り混ぜることにより、上記の効果の他に、ブリーディングの抑制、材齢初期の急激な乾燥防止等の効果を得ることができる。しかしながら、コンクリートには一般にＡＥ剤（空気連行剤）が配合されており、練り混ぜた炭粉がＡＥ剤成分を吸着し、その吸着量は炭粉の配合量が多くなるに連れて増加する。したがって、炭粉の品質等によりＡＥ剤を投入するほど、コンクリートの空気量も大きく変動し、製造時および施工時の適正な流動性を安定させることが困難になるという問題があった。また、ＡＥ剤の種類によっては、コンクリート固化時の圧縮強度に影響を及ぼすことも考えられ、適切なＡＥ剤の選定が必要であった。
特開２００２−２１１９６０号公報

本発明の目的は、空気量の変動を小さくして製造時および施工時の安定した流動性を確保するとともに、固化時の圧縮強度の低下を防止するようにした炭粉入りコンクリートを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の炭粉入りコンクリートは、セメントと、骨材と、水と、混和剤とに炭粉末を練り混ぜて成る炭粉入りコンクリートにおいて、前記混和剤に硫酸エステル系アニオン界面活性剤を含むことを特徴とするものである。

本発明の炭粉入りコンクリートによれば、炭粉を練り混ぜた生コンクリートに、ＡＥ剤として、その成分を炭粉に吸収されにくい硫酸エステル系アニオン界面活性剤を投入するので、必要な空気量を得るために多量のＡＥ剤を投入する必要がなく、少量で必要な空気量を確保できる。したがって、炭粉の品質等によって空気量の大きな変動が生じることがなく、製造時および施工時において、適正な流動性を安定して得ることができる。このように空気量の管理が容易になるとともに良好な作業性（ワーカビリティ）を保つことができる。

硫酸エステル系アニオン界面活性剤は、その性質と、投入量の少なさもあり、コンクリート固化時の圧縮強度を低下させることもほとんどなく、十分な圧縮強度を得ることができる。

以下、本発明の炭粉入りコンクリートを実施形態に基づいて説明する。本発明のコンクリートは、所定の配合でセメントと、骨材と、水と、混和剤とに炭粉を練り混ぜた組成物からなる炭粉入りコンクリートであり、混和剤にはＡＥ剤となる硫酸エステル系アニオン界面活性剤を含んでいる。これらの材料を練り混ぜた生コンクリートは固化して、建造物の基礎や構造体、その他コンクリート製品等になる。

セメントとしては、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を用いることができる。骨材としては、山砂、砕砂等の細骨材、砕石、砂利等の粗骨材などの一般的な骨材を使用し、特に限定されるものではない。混和剤としては、必要に応じて減水剤等、一般的に使用されるものが配合される。

本発明のコンクリートには炭粉が配合されているので、多孔質の炭粉がブリーディング水を抱え込みことによりブリーディングを抑制することができる。このように水分が抱え込まれることにより、材齢初期の急激な乾燥も防止することができ、収縮によるひび割れや強度低下を回避することが可能となる。また、炭粉の多孔内にホルムアルデヒド等の化学物質を吸着する効果も得ることができる。

一方、炭粉はコンクリートに配合されるＡＥ剤成分を吸着する性質があるため、所定の空気量を確保するためには、炭粉を配合しない通常のコンクリートに比べて多量のＡＥ剤を投入する必要がある。そのため、炭粉の性質や配合量等により空気量のばらつきが大きくなり、空気量の変動を抑えるように管理することが困難になる。

本発明ではＡＥ剤として炭粉に成分を吸着されにくい硫酸エステル系アニオン界面活性剤を用いるため、少量の投入で所定の空気量にすることができ、空気量が大きく変動することがない。したがって、空気量の管理が容易になり製造時および施工時において、所定の空気量を確保して適正な流動性を安定して得ることができる。これにより、良好な作業性を保つことができる。

硫酸エステル系アニオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキル硫酸アミン塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩等を例示することができる。その配合量は、各材料の配合割合、要求性能等により適切な量が決定される。

炭粉としては、例えば、木炭、竹炭等の微粉末を用いて、その粒径を７５μｍ未満、好ましくは５０μｍ以下にする。炭粉の全量に対して粒径が７５μｍ以上の炭粉が多く含まれる（例えば、１０％程度以上）ようになると、コンクリート強度が低下するという問題が生じる。粒径の下限値は主に製造可能性から規制され、例えば１μｍ程度となる。

一般的な配合であれば、固化後のコンクリートの圧縮強度は、水／セメント比により、ほぼ決まるので、水／セメント比を変えなければ、強度の観点から炭粉の配合比率が規制されることはあまりない。実際には、各材料の仕様や要求性能（強度や流動性など）に応じて、予め種々の配合で試験練りした供試体を用いて各性能を確認し、炭粉の配合比率を決定することになり、例えば、配合する炭粉の単位量（生コンクリート１ｍ^３当たりの配合量）を３ｋｇ／ｍ^３〜３０ｋｇ／ｍ^３、好ましくは、３ｋｇ／ｍ^３〜１０ｋｇ／ｍ^３とする。３ｋｇ／ｍ^３未満であると、炭粉により発揮されるブリーディング抑制や材齢初期の乾燥防止等の効果を十分に得ることができない。製造時および施工時の流動性に影響を与えないようにするには、炭粉の単位量を少なくして１０ｋｇ／ｍ^３を以下とする。

このコンクリートの製造は、例えば、生コンクリート製造工場で所定量のセメントと水と骨材とを練り混ぜてアジテータ車で施工現場に運搬し、到着後、アジテータ車のドラムに所定量の炭粉、ＡＥ剤、その他の混和剤（ＡＥ減水剤、減水剤等）を投入し、高速攪拌して炭粉を均一に分散させるようにする。

他の製造方法としては、炭粉、ＡＥ剤等を含むすべての材料を生コンクリート製造工場で練り混ぜて、アジテータ車で施工現場に運搬して使用することもできる。

下記の材料を用いてＡＥ剤の種類のみを変えた６種類の炭粉入りコンクリートおよび炭粉を配合しない基準コンクリート１種類の合計７種類のコンクリートを所定のスランプ量１８ｃｍおよび空気量４．５％となるように製造した。この際のＡＥ剤の使用量および各コンクリートの圧縮強度を測定した。

[使用材料]
使用材料は以下の通りである。セメントＣは、普通ポルトランドセメント、密度３．１６ｇ／ｃｍ^３とした。細骨材ＳはＳ１とＳ２の２種類とし、細骨材Ｓ１は山砂(佐原産)、表乾燥密度２．５９ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．９４％、細骨材Ｓ２は砕砂(葛生産)、表乾燥密度２．６４ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．１３％として、Ｓ１とＳ２との重量配合割合を４０％：６０％とした。粗骨材Ｇは、石灰岩質砕石（横瀬産）、表乾燥密度２．７０ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．２５％、実績率６０．２％とした。練り混ぜ水は、上水道水とした。炭粉は、木炭微粉末（中国産備長炭）とし、粒度分布は図３に示す通りであり、平均粒径は１６．７μｍであった。ＡＥ減水剤は、リグニンスルホン酸系標準形とし、使用量はすべてのコンクリートで一定量とし、基準コンクリートでスランプが目標の１８ｃｍとなるように定めた。

種類を変えたＡＥ剤は、実施例１〜３となるコンクリートには、それぞれポリオキシエチレンアルキル硫酸アミン塩（ＡＥ２）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩（ＡＥ３）、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩（ＡＥ４）を配合した。比較例１〜３となるコンクリートには、それぞれラウリル酸イミダゾリン誘導体（ＡＥ１）、ロジンのカリウム塩（ＡＥ５）、ノニオン系特殊界面活性剤とカルボン酸系活性剤（ＡＥ６）を投入し、基準コンクリートにはポリオキシエチレンアルキル硫酸アミン塩（ＡＥ２）を配合した。

表１に各コンクリートの配合を示す。基準コンクリートは、炭粉を配合しないで水／粉体比（水／セメント比）を６５％とし、基準コンクリートを除く６種類のコンクリートは、基準コンクリートに対して、質量でセメントを炭粉に置き換えて水／粉体比を６５％にして、細骨材Ｓで容積の調整を行なった。即ち、すべてのコンクリートで水／粉体比を同一の６５％として、基準コンクリート以外のコンクリートでは水／セメント比が６５．８％となった。

生コンクリートの練り混ぜは、容量５５Ｌの強制練りパン型ミキサを使用し、１バッチ当たり３５Ｌを練り混ぜた。材料は、それぞれ別々に軽量して順次、迅速に投入し、炭粉については事前にセメントに均一に混ぜた状態で投入した。練り混ぜ時間は、材料投入後９０秒とした。

[スランプおよび空気量]
スランプ、空気量の測定は、それぞれＪＩＳ Ａ １１０１、ＪＩＳ Ａ １１２８に準じて実施した。スランプを目標の１８ｃｍおよび空気量を目標の４．５％とするために使用したＡＥ剤の使用量を図１に示す。尚、図１におけるＡＥ剤使用量を示す縦軸の単位は、配合した粉体（セメントＣと炭粉）質量の０．００１％を１Ａとして示している。

この結果から、ＡＥ剤にＡＥ２、ＡＥ３、ＡＥ４、ＡＥ５を採用したコンクリート（実施例１〜３、比較例２）の場合、その使用量を抑えることができることが判明した。

[圧縮強度]
圧縮強度の測定は、ＪＩＳ Ａ １１０８に準じ、各コンクリートで外径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱供試体を製造し、材齢７日および２８日について測定を実施し、その結果を図２に示す。円柱供試体は作製４８時間以内に脱型し、それぞれ７日、２８日まで標準養生とした。

尚、製造した各円柱供試体の空気量は、目標の４．５％と若干の差が生じたので、空気量４．５％を基準として、空気量―１％で圧縮強度−５％、空気量＋１％で圧縮強度＋５％の割合で、測定で得た圧縮強度を補正して図２に示した。

この結果から、基準コンクリートと同等もしくはそれ以上の圧縮強度を有するのは、ＡＥ剤にＡＥ１、ＡＥ２、ＡＥ３、ＡＥ４を採用したコンクリート（実施例１〜３、比較例１）であることが判明した。

以上の図１および図２の結果から、ＡＥ剤にＡＥ２、ＡＥ３、ＡＥ４を用いたコンクリート（実施例１〜３）では、所定の空気量を得るための使用量を少なくできるとともに、圧縮強度の低下を防止できることが判明した。

次いで、炭粉によるホルムアルデヒドの吸着効果を確認するため吸着性能を測定した。表２に示すように、上記の実施例１のコンクリートをベースにして配合する炭粉の単位量を７、１０、２０、３０ｋｇ／ｍ^３の４種類に変え、これに伴いセメントＣおよび骨材Ｓの単位量のみを変えた本発明のコンクリート（実施例４〜７）と、上記の基準コンクリートとの合計５種類のコンクリートを用いて外径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱供試体を形成し、材齢２８日になるまで、封緘養生し、試験直前に脱型して試験に用いた。すべてのコンクリートのＡＥ剤はＡＥ２、ＡＥ減水剤はリグニンスルホン酸系標準形であり、水／粉体比は６５％で統一した。

各円柱供試体を一辺の長さが５００ｍｍの立方体アクリル容器の内部中央に配置し、アクリル容器内部のホルムアルデヒド濃度を５ｐｐｍとして密封し、ガス検知管を用いてホルムアルデヒド濃度の経時変化を測定した。測定は室温２０℃で実施し、検知濃度に変化がなくなるまで行なった。アクリル容器内部に何もいれない（ブランク）状態での測定も実施し、その結果を図４に示す。

図４の結果より、本発明のコンクリート（実施例４〜７）では、２時間経過後には約８０％のホルムアルデヒドを吸着し、６時間後には測定限界の０．５ｐｐｍ以下となり、炭粉を配合しない基準コンクリートに比べ、著しく優れた効果があることが確認できた。

所定の空気量を確保するために炭粉入りコンクリートに投入したＡＥ剤の量を示すグラフ図である。 ＡＥ剤を投入したコンクリートの圧縮強度を示すグラフ図である。 実施例のコンクリートに使用した炭粉の粒径の分布を示すグラフ図である。 ＡＥ剤を投入したコンクリートのホルムアルデヒド吸着性能を示すグラフ図である。

Claims (3)

1. セメントと、骨材と、水と、混和剤とに炭粉を練り混ぜて成る炭粉入りコンクリートにおいて、前記混和剤に硫酸エステル系アニオン界面活性剤を含む炭粉入りコンクリート。
2. 前記硫酸エステル系アニオン界面活性剤をポリオキシエチレンアルキル硫酸アミン塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩のいずれかとする請求項１に記載の炭粉入りコンクリート。
3. 前記炭粉の配合量を前記炭粉入りコンクリート１ｍ^３に対して３ｋｇ／ｍ^３以上１０ｋｇ／ｍ^３以下とする請求項１または２に記載の炭粉入りコンクリート。

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