JP2008247652A

JP2008247652A - コンクリート組成物及びコンクリート硬化体

Info

Publication number: JP2008247652A
Application number: JP2007089332A
Authority: JP
Inventors: Seisuke Nagashio; 靖祐長塩; Hitoshi Fujita; 仁藤田; Minoru Yoshimoto; 稔吉本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP5276276B2

Abstract

【課題】エコセメントを用いても十分な強度を確保することができるとともに、自己収縮や乾燥収縮等による収縮ひずみを低減することのできるコンクリート組成物及びコンクリート硬化体を提供する。
【解決手段】本発明のコンクリート組成物は、エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有する。また、本発明のコンクリート硬化体は、エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有する配合物を硬化させてなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリート組成物及びコンクリート硬化体に関する。

セメント等の水硬性組成物は、その水和反応に伴い硬化し、硬化後のコンクリート又はモルタルは、自己収縮や乾燥収縮等により収縮して、収縮ひずみを生じることがある。

コンクリート硬化体等に収縮ひずみが生じると、それによりひび割れが生じることがある。発生したひび割れは、コンクリート硬化体等の美観を損なうだけではなく、コンクリート硬化体等の鋼材の腐食やコンクリート硬化体等の水密性の低下を招いたり、コンクリート硬化体等の強度が低下したりすることになる。このようなコンクリート硬化体等の収縮ひずみを抑制するために、従来、収縮低減剤や膨張材を添加したコンクリート硬化体等が提案されている。

近年、わが国の経済成長、人口の都市部への集中化に伴い、産業廃棄物や生活廃棄物が急増している。従来、このような廃棄物の大半は、焼却されることによって１／１０程度に減容した後に埋め立て処分されている。しかし、最近では埋立処分場の残余容量が逼迫していることから、新しい廃棄物処理方法の確立が緊急課題となっている。その方法のひとつとして、都市ゴミ焼却灰等を原料とする水硬性組成物が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−１８９５４６号公報

上記特許文献１に記載の技術は、産業廃棄物や生活廃棄物等を有効活用して水硬性組成物（エコセメント）を製造することができるものではあるが、このようにして得られたエコセメントと、一般に使用される砕石、砕砂等の骨材（粗骨材、細骨材）とを用いてコンクリートを製造した場合、コンクリートの強度発現性が鈍いために、水セメント比の低減が必要となり、単位セメント量の増加から自己収縮が大きくなりやすく、また所要のフレッシュ性状を得るための単位水量も増加し乾燥収縮による収縮ひずみも大きくなり、コンクリートにひび割れが生じやすくなるという問題があった。

このような実情に鑑みて、本発明は、エコセメントを用いても初期から長期に亘り十分な強度を確保することができるとともに、自己収縮や乾燥収縮等による収縮ひずみを低減することのできるコンクリート組成物及びコンクリート硬化体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有することを特徴とするコンクリート組成物を提供する（請求項１）。かかる発明（請求項１）のコンクリート組成物が骨材として石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有していることから、当該コンクリート組成物を硬化させることで、高い強度を有し、かつ収縮ひずみを低減し得るコンクリート硬化体を得ることができる。

また、本発明は、エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有する配合物を硬化させてなることを特徴とするコンクリート硬化体を提供する（請求項２）。かかる発明（請求項２）によれば、骨材として石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材を含有することで、高い強度を発揮するとともに、収縮ひずみを効果的に低減することができる。

本発明によれば、エコセメントを用いても十分な強度を確保することができるとともに、自己収縮や乾燥収縮等による収縮ひずみを低減することのできるコンクリート組成物及びコンクリート硬化体を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るコンクリート組成物について詳細に説明する。本実施形態に係るコンクリート組成物は、エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有する。

本実施形態に係るコンクリート組成物において、エコセメントとしては、ＪＩＳ−Ｒ５２１４に規定されているエコセメントを使用することができる。

具体的には、上記エコセメントは、１０〜２５質量％のＣ_３Ａ、１０〜２０質量％のＣ_４ＡＦ、０．１質量％以下の塩素、石膏、Ｃ_３Ｓ及び／又はＣ_２Ｓを含有し、かつ、Ｃ_３ＡとＣ_４ＡＦとの合計量が２０〜３５質量％であるのが好ましい。

エコセメントのアルミニウム源は、主として都市ゴミ等の焼却灰に由来するものであるため、Ｃ_３Ａの含有量が１０質量％未満であると、かかる焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の有効利用及び再資源化の観点から好ましくなく、Ｃ_３Ａの含有量が２５質量％を超えると、注水直後の瞬結や凝結が促進されることで可使時間を確保するのが困難となるおそれがある。

また、Ｃ_４ＡＦの含有量が１０質量％未満であると、Ｃ_３Ａの含有量が多くなり、可使時間を確保するのが困難となるおそれがあり、Ｃ_４ＡＦの含有量が２０質量％を超えると、凝結時間等のエコセメントの物性に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、Ｃ_３ＡとＣ_４ＡＦとの合計量が３５質量％を超えると、クリンカを製造する際にキルン内に溶融物が付着するおそれがある。

さらにまた、塩素の含有量が０．１質量％を超えると、コンクリート硬化体中の単位セメント量が多くなった場合に、日本工業規格（ＪＩＳ−Ａ５３０８）又は日本建築学会（ＪＡＳＳ５）で規定されている「コンクリート１ｍ^３中の塩素の重量（Ｃｌの重量）が０．３ｋｇ以下」の範囲を超えてしまうおそれがある。

エコセメントに含まれる石膏は、エコセメントの凝結調整及び強度増進を担うものであり、無水石膏、二水石膏、半水石膏のいずれも使用することができる。石膏の配合量は、ＳＯ_３換算で１．５〜６．０質量％であることが好ましく、特に３．５〜４．５質量％であることが好ましい。石膏の配合量がＳＯ_３換算で１．５質量％未満であると、エコセメントが凝結異常を起こすおそれがあり、６．０質量％を超えると、コンクリート硬化体の耐久性及び寸法安定性が低下するおそれがある。

エコセメントのブレーン比表面積は、３５００〜５５００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、特に３８００〜４５００ｃｍ^２／ｇであることが好ましい。ブレーン比表面積が３５００ｃｍ^２／ｇ未満であると、強度発現性が著しく低下するおそれがあり、５５００ｃｍ^２／ｇを超えると、所定のスランプを得るための単位水量が増加し、ブリーディング量の増加により、施工性に悪影響を与えるおそれがある。

このようなエコセメントの原料としては、例えば、都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰、貝殻、下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物等の混合物を用いることができ、さらに、この混合物に、石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等を混合して成分を調整したものであってもよい。このような原料を１２００〜１４５０℃で焼成して得られたクリンカを粉砕し、その粉砕物に石膏を添加することで、又は得られたクリンカに石膏を添加して粉砕することで、エコセメントを製造することができる。

石灰石細骨材の配合量は、エコセメント１００質量部に対して０〜５００質量部であることが好ましく、１００〜３００質量部であることが特に好ましい。石灰石細骨材の配合量が５００質量部を超えると、コンクリートの粘性が高くなり、所要のスランプが得られないおそれがある。

石灰石粗骨材の配合量は、エコセメント１００質量部に対して０〜５００質量部であるのが好ましく、特に１００〜３００質量部であるのが好ましい。石灰石粗骨材の配合量が５００質量部を超えると、粗骨材とセメントペーストとが分離してしまうおそれがある。

本実施形態に係るコンクリート組成物には、石灰石細骨材と石灰石粗骨材とのいずれか一方が含まれていてもよいし、両方が含まれていてもよいが、両者が含まれているのが好ましい。石灰石細骨材と石灰石粗骨材との両者がコンクリート組成物に含まれていることで、当該コンクリート組成物を硬化させて得られるコンクリート硬化体の強度をより向上させることができるとともに、収縮ひずみをより低減することができる。

本実施形態に係るコンクリート組成物は、かかるコンクリート組成物を硬化させて得られるコンクリート硬化体の強度を低下させたり、収縮ひずみの低減効果を妨げたりしない限り、上記エコセメント、石灰石細骨材及び石灰石粗骨材以外の他の成分を含んでいてもよい。コンクリート組成物は、例えば、リグニン系、ナフタリンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤等；その他の添加剤等を含んでいてもよい。

本実施形態に係るコンクリート組成物に所定量の水を添加して混練することで、セメントペーストを得ることができる。そして、得られたセメントペーストを型枠等に流し込み、養生して硬化させることにより、コンクリート硬化体を製造することができる。コンクリートの養生方法としては、例えば、加温養生、水中養生、蒸気養生等が挙げられる。

一般に、エコセメントを用いて製造されるコンクリート硬化体は、普通ポルトランドセメント等を用いて製造されるコンクリート硬化体に比して、その強度（特に長期強度）が低下すると言われているが、粗骨材及び／又は細骨材として石灰石骨材を用いることで、後述する実施例において明らかなように、コンクリート硬化体の強度を向上させることができる。さらに、かかる石灰石粗骨材及び／又は石灰石細骨材を含むことで、コンクリート硬化体の収縮ひずみを低減することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例及び試験例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例及び試験例に何ら制限されるものではない。

〔実施例１〕
細骨材Ｓ（北海道峩朗産石灰石砕砂，表乾密度：２．６３ｇ／ｃｍ^３，吸水率：１．６３％，単位容積質量：１．７８ｋｇ／Ｌ，実積率：６７．１％，粗粒率：３．３０，微粒分量：６．１３％）と、粗骨材Ｇ（北海道峩朗産石灰石砕石，表乾密度：２．６６ｇ／ｃｍ^３，吸水率：０．４５％，単位容積質量：１．６８ｋｇ／Ｌ，実積率：６３．７％，粗粒率：６．５５，微粒分量：０．６０％）と、エコセメントＣ（ブレーン比表面積：４３００ｃｍ^２／ｇ，密度：３．１７ｇ／ｃｍ^３）とを１５秒間空練りし、水Ｗと、ＡＥ減水剤Ａｄ（リグニンスルホン酸系ＡＥ減水剤，商品名：ポゾリスＮｏ．７０，ＮＭＢ社製）とを投入してさらに９０秒間混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔実施例２〕
粗骨材として茨城県桜川産砕石（表乾密度：２．６４ｇ／ｃｍ^３，吸水率：０．６６％，単位容積質量：１．５８ｋｇ／Ｌ，実積率：５９．８％，粗粒率：３．７４，微粒分量：０．６０％）を用いた以外は、実施例１と同様にしてコンクリート原料を混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔実施例３〕
細骨材として茨城県桜川産砕砂（表乾密度：２．６０ｇ／ｃｍ^３，吸水率：１．５８％，単位容積質量：１．６６ｋｇ／Ｌ，実積率：６３．３％，粗粒率：２．６７，微粒分量：６．８８％）を用い、粗骨材として茨城県桜川産砕石（表乾密度：２．６４ｇ／ｃｍ^３，吸水率：０．６６％，単位容積質量：１．５８ｋｇ／Ｌ，実積率：５９．８％，粗粒率：３．７４，微粒分量：０．６０％）を用いた以外は、実施例１と同様にしてコンクリート原料を混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔実施例４〕
粗骨材として茨城県桜川産砕石（表乾密度：２．６４ｇ／ｃｍ^３，吸水率：０．６６％，単位容積質量：１．５８ｋｇ／Ｌ，実積率：５９．８％，粗粒率：３．７４，微粒分量：０．６０％）を用いた以外は、実施例１と同様にしてコンクリート原料を混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔比較例１〕
細骨材として静岡県河東産山砂（表乾密度：２．６１ｇ／ｃｍ^３，吸水率：１．６７％，単位容積質量：１．７２ｋｇ／Ｌ，実積率：６６．８％，粗粒率：３．１３，微粒分量：１．２７％）を用い、粗骨材として茨城県桜川産砕石（表乾密度：２．６４ｇ／ｃｍ^３，吸水率：０．６６％，単位容積質量：１．５８ｋｇ／Ｌ，実積率：５９．８％，粗粒率：３．７４，微粒分量：０．６０％）を用いた以外は、実施例１と同様にしてコンクリート原料を混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔比較例２〕
細骨材として静岡県河東産山砂（表乾密度：２．６１ｇ／ｃｍ^３，吸水率：１．６７％，単位容積質量：１．７２ｋｇ／Ｌ，実積率：６６．８％，粗粒率：３．１３，微粒分量：１．２７％）を用いた以外は、実施例１と同様にしてコンクリート原料を混練し、フレッシュコンクリートを得た。各原料の配合割合を表１に示す。

〔試験例１〕圧縮強度試験
実施例１〜４及び比較例１〜２にて得られたフレッシュコンクリートを硬化させて得られた供試体について、ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠して圧縮強度試験を行った。なお、圧縮強度試験を行った材齢は３日、７日、２８日及び９１日であり、コンクリートの養生は標準水中養生とした。また、供試体寸法は、φ１０×２０ｃｍとした。結果を図１及び表２に示す。

図１及び表２に示すように、実施例１〜４の石灰石細骨材又は石灰石粗骨材を含むコンクリートは、石灰石細骨材及び石灰石粗骨材のいずれをも含まない比較例１及び比較例２に比して、高い強度を有することが確認された。特に実施例１の石灰石細骨材と石灰石粗骨材とを含むコンクリートは、優れた圧縮強度を有することが確認された。これにより、石灰石細骨材及び石灰石粗骨材を配合することで、エコセメントを用いて高強度のコンクリート硬化体を製造することができる。

〔試験例２〕乾燥収縮試験
実施例１〜４及び比較例１〜２にて得られたフレッシュコンクリートを硬化させて得られた供試体について、ＪＩＳ−Ａ１１２９−２「コンタクトゲージ方法」に準拠して乾燥収縮試験を行った。なお、コンクリートの養生は標準水中養生７日間とし、養生後に基長を測定して、乾燥を開始した。基長の測定は、乾燥開始材齢１日、３日、７日、１４日、２１日、２８日、５６日及び９１日のものについて行った。また、供試体寸法は、１０×１０×４０ｃｍとした。結果を図２及び表３に示す。

図２及び表３を参照して実施例２と比較例１とを対比すると、実施例２と比較例２とは細骨材が同一であり粗骨材のみ異なるものであるが、粗骨材として茨城県桜川産砕石を用いた比較例１のコンクリートに比して、粗骨材として石灰石砕石を用いた実施例２のコンクリートは、収縮ひずみを低減し得ることが確認された。

また、実施例４と比較例１及び２とを対比すると、実施例４と比較例１及び２とは粗骨材が同一であり細骨材のみ異なるものであるが、細骨材として静岡県河東産山砂を用いた比較例１のコンクリートや茨城県桜川産砕砂を用いた比較例２のコンクリートに比して、細骨材として石灰石細骨材を用いた実施例４のコンクリートは、収縮ひずみを低減し得ることが確認された。

さらに、細骨材として石灰石細骨材を用い、粗骨材として石灰石粗骨材を用いた実施例１のコンクリートは、最も収縮ひずみを低減し得ることが確認された。このことから、骨材として石灰石骨材を用いることで、エコセメントを用いてもコンクリートの収縮ひずみを低減することができると考えられ、コンクリートの収縮ひずみをさらに低減するためには、細骨材も粗骨材もともに石灰石骨材を用いることが好ましいと考えられる。

試験例１における圧縮強度試験の結果を示すグラフである。試験例２における乾燥収縮試験の結果を示すグラフである。

Claims

エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有することを特徴とするコンクリート組成物。
エコセメントと、石灰石細骨材及び／又は石灰石粗骨材とを含有する配合物を硬化させてなることを特徴とするコンクリート硬化体。