JP2009018956A - 建築物の基礎地盤材用モルタルおよびコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】流動化処理土の用途分野において、再生微粉末の大量消費が可能で、解体コンクリート塊のリサイクル率が高く、かつ建築物の基礎地盤材料として十分な強度レベルが確保できるモルタルおよびコンクリートを提供する。
【解決手段】 解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）の混練物、コンクリートの場合はさらに解体コンクリート塊を破砕することにより得られる粒径４０ｍｍ以下のガラ骨材（Ｇ）を含む混練物からなり、質量基準で、Ｃ／Ｗ≦０.５、およびＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲で、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超える量のセメントを配合してなる建築物の基礎地盤材用コンクリート。
【選択図】図２

Description

本発明は、建築物の基礎地盤材として、従来の流動化処理土に代わって使用することができる、解体コンクリート塊のリサイクル材料を用いたモルタルおよびコンクリートに関する。

環境負荷低減技術として、解体コンクリート塊を原料とする再生骨材を製造し、建築物の構造用コンクリートに再利用する取り組みが行われている。しかし、解体コンクリート塊を原料とする再生骨材の製造時に大量に副産される微粉末（本明細書では「再生微粉末」と呼んでいる）については、使用可能な用途が少なく、大量消費が望めないのが現状である。そのため、再生骨材を利用したコンクリートのリサイクルにはコストを含め課題が多く、それを乗り越えるには、再生微粉末の用途開発が不可欠である。

近年、再生微粉末の有効な利用方法として建築物のコンクリートや流動化処理土への適用が検討されている。このうち、建築物のコンクリートへの適用については、再生微粉末を再生骨材とともに使用すれば、構成材料に占める解体コンクリート塊を原料とする材料の割合（以下「解体コンクリート塊のリサイクル率」という）は高くなるものの、製造したコンクリートの乾燥収縮が大きくなる傾向があり、耐久性の観点から未だ問題が多い。

一方、流動化処理土では新規材料として残土（発生土）を使用することから、再生微粉末を混合して使用したとしても解体コンクリート塊のリサイクル率が大幅に向上することにはならず、残土（発生土）の運搬に伴う化石燃料の消費を含め、コストおよび環境負荷の低減には更なる工夫が望まれるところである。

これまで、建築物の基礎地盤材料などとして使用される流動化処理土に関して、構成材料（セメント、水、残土、コンクリートガラ）やその配合をパラメータに設定し、利用することが検討されてきた（特許文献１〜３、非特許文献１）。この中で、「再生微粉末」の有効利用を図った事例が特許文献３、非特許文献１に示されている。

特開２００６−１９３８９５号公報 特開２００４−２９２２８５号公報 特開２００３−２６１９６２号公報 依田和久、外３名、「全量リサイクルを目的とした再生微粉末の有効利用技術の開発（その１ 中流動コンクリートの基礎的性状）」、社団法人日本建築学会２００３年度大会（東海）学術講演梗概集Ａ−１分冊、２００３年７月３０日発行

しかし、特許文献３には具体例としてカオリン粘度を配合したモルタルが示されているにすぎず、水、セメント以外の材料を基本的に全て解体コンクリート塊を原料とする材料で構成した「解体コンクリート塊のリサイクル率」が高いものは示されていない。また、そのモルタルは材齢２８日の一軸圧縮強度が５００〜１０００ｋＮ／ｍ²（０.５〜１Ｎ／ｍｍ²）程度であるが、建築物の基礎地盤材料としてはさらに強度の高いものが必要とされることがある。その場合に、土成分を配合しないような組成のもので対応できるかどうか、特許文献３には教示されるところがない。さらに、特許文献３にはコンクリートガラを骨材に使用したコンクリートは示されておらず、再生微粉末とコンクリートガラを混合して「解体コンクリート塊のリサイクル率」を一層高めた場合に、建築物の基礎地盤材料に適したものが得られるのかどうか、類推することはできない。ここで、コンクリートガラとは、解体コンクリート塊を解体現場や中間処理施設で破砕機により粒径４０ｍｍ以下程度に簡易に破砕したものである。なお、再生骨材は、コンクリートガラに処理を加えて得られるものであり、本明細書では、コンクリートガラと再生骨材を異別のものとして扱っている。

非特許文献１には再生微粉末と再生骨材を使用し、土成分を使用していないコンクリートが示されている。しかし、これは水セメント比５０％程度、圧縮強度４０Ｎ／ｍｍ²クラスの中流動コンクリートであり、セメントの配合量がこれより大幅に少ない流動化処理土の分野で、土の代わりに解体コンクリート塊に由来する材料を全量使用したものが実現できるかどうか、不明である。また、再生骨材ではなくコンクリートガラを骨材に使用することについても、その可能性は定かではない。

本発明は、流動化処理土の用途分野において、再生微粉末の大量消費が可能で、解体コンクリート塊のリサイクル率が高く、かつ建築物の基礎地盤材料として十分な強度レベルが確保できるモルタルおよびコンクリートを提供すること、特にそのコンクリートにおいては付加価値の低いコンクリートガラを骨材に使用して解体コンクリート塊のリサイクル率を高めたものを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）の混練物からなり、質量基準で、Ｃ／Ｗ≦０.５、およびＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲で、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超える量のセメントを配合してなる建築物の基礎地盤材用モルタルが提供される。

また、解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、解体コンクリート塊を破砕することにより得られる粒径４０ｍｍ以下のガラ骨材（Ｇ）の混練物からなり、質量基準で、Ｃ／Ｗ≦０.５、およびＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲で、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超える量のセメントを配合してなる建築物の基礎地盤材用コンクリートが提供される。

本発明によれば、以下のメリットが得られる。
（１）再生微粉末を使用することにより、残土を配合することなく、建築物の基礎地盤用材料として十分な強度を発現するモルタルまたはコンクリートが実現可能となり、解体コンクリート塊のリサイクル過程で副産される再生微粉末の大量消費を通じて当該リサイクルの促進に寄与できる。
（２）再生微粉末により、残土だけでなく、セメントの一部も置換可能であることが確認され、地盤材料におけるセメントの節約も可能になる。
（３）コンクリートにおいては、骨材の全部をコンクリートガラで賄うことが可能であり、低付加価値材料の使用によるコスト低減と解体コンクリート塊のリサイクル率を一層向上させることができる。

発明者らは、土を構成材料として使用せずに、解体コンクリート塊に由来する材料と、水およびセメントのみによって、建築物の基礎地盤材料として十分な特性を有するモルタルあるいはコンクリートが得られるかどうか、詳細な研究を進めてきた。その結果、セメント水比（Ｃ／Ｗ）、およびセメントと再生微粉末の配合比（Ｃ／Ｂ）を適正化した場合に、それが可能になることを知見した。特にそのコンクリートでは、解体コンクリート塊由来材料として「再生微粉末」と「コンクリートガラ」を組み合わせて使用することが有効である。すなわち粗骨材として、いわゆる「再生骨材」ではなく、破砕・分級した段階の「コンクリートガラ」からなる付加価値の低い「ガラ骨材」を使用することにより、良好な結果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完成したものである。

再生微粉末は、解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される微粉末である。再生骨材の製造方法として、近年、鋼球を用いた機械式すりもみ装置（図１）によって原料のコンクリートガラをすりつぶしながら加工する方法が実用化されている。このような機械式すりもみ装置から副産される再生微粉末は、レーザー回折式粒度分布測定装置により求まる５０％平均粒径が５０μｍ以下（例えば５〜５０μｍ）と小さいものであり、本発明では土の代替として、このような再生微粉末を使用する。この再生微粉末によって、土だけでなく、セメントの一部を置換させることができる。

セメントは、流動化処理土に使用されている従来一般的なものを使用することができる。ただし、セメントの配合量については管理が必要である。発明者らの検討によれば、建築物の基礎地盤材料として十分な強度が得られるモルタルやコンクリートとしては、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超えるレベルのものが望ましい。用途によっては例えば１.２Ｎ／ｍｍ²以上を満たすことがより好ましい。種々検討の結果、土の代替として再生微粉末を使用したモルタルやコンクリートにおいて、硬化後の強度（例えば材齢２８日の一軸圧縮応力）は、セメント水比（Ｃ／Ｗ）と直線的な相関関係を有することが確認された。また、セメントと再生微粉末の配合比（Ｃ／Ｂ）が低すぎる場合も十分な強度が得られなくなる。したがって、本発明では、必要な強度レベルが確保できるようにセメント配合量を設定することが重要である。Ｃ／ＷおよびＣ／Ｂの下限は、少なくとも材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超えること、用途によっては例えば１.２Ｎ／ｍｍ²以上となることをもって制限される。このため、本発明においてＣ／ＷおよびＣ／Ｂの下限値を直接規定することは必ずしも必要ではない。ただし、管理上、例えばＣ／Ｗ≧０.２、かつＣ／Ｂ≧０.０８となるように規定しても構わない。

一方、セメント水比（Ｃ／Ｗ）、あるいはセメントと再生微粉末の比（Ｃ／Ｂ）が高くなりすぎると、硬化後の強度が過剰に大きくなるだけでなく、セメントの節約や解体コンクリート塊のリサイクル率向上についても効果が低減する。種々検討の結果、質量基準でＣ／Ｗ≦０.５、かつＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲でセメントを配合させた場合に、材齢２８日の一軸圧縮強度を概ね５Ｎ／ｍｍ²以下の範囲で調整することが可能であり、建築物の基礎地盤材料としては十分な強度レベルを有するものが実現できる。すなわち、Ｃ／Ｗ≦０.５、かつＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲において、従来の流動化処理土と比較して、強度レベルが高い割にはセメントの節約効果が大きく、解体コンクリート塊のリサイクル率も高いものが提供できる。なお、用途によってはＣ／Ｗ≦０.５、Ｃ／Ｂ≦０.５の規定に加え、さらに材齢２８日の一軸圧縮強度の上限を例えば５Ｎ／ｍｍ²以下、あるいは３Ｎ／ｍｍ²以下に規定しても構わない。

本発明のモルタルは、基本的に再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）からなる。この場合、不可避的に混入する不純物として、土成分が少量（例えば再生微粉末１００質量部に対し土成分３質量％以下）含まれていて構わない。また、セメント系材料に含有させる一般的な添加材料（混和剤、混和材等）が通常許容される範囲（例えばセメント１００質量部に対して、化学混和剤［高性能ＡＥ減水剤］であれば総量３質量部以下、混和材［高炉スラグ、フライアッシュ等］であれば総量７０質量部以下）で含有されてもよいことは言うまでもない。ただし、再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、および不可避的不純物からなる極めてシンプルな構成にすることもできる。

本発明のコンクリートは、基本的に再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、ガラ骨材（Ｇ）からなる。この場合も、上記モルタルの場合と同様に、不可避的に混入する不純物として、土成分が少量（例えば再生微粉末１００質量部に対し土成分３質量％以下）含まれていて構わないし、セメント系材料に含有させる一般的な添加材料（混和剤、混和材等）が通常許容される範囲（例えばセメント１００質量部に対して、化学混和剤［高性能ＡＥ減水剤］であれば総量３質量部以下、混和材［高炉スラグ、フライアッシュ等］であれば総量７０質量部以下）で含有されても構わない。再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、ガラ骨材（Ｇ）および不可避的不純物からなる極めてシンプルな構成にすることもできる。

本発明のコンクリートにおいては、粗骨材としてコンクリートガラからなる「ガラ骨材」を使用することに特徴がある。ガラ骨材を使用したコンクリートでは乾燥収縮が大きくなるので、一般的なコンクリート用途にガラ骨材を使用することには問題が多い。流動化処理土の用途ではガラ骨材を使用しても乾燥収縮の影響は生じにくいが、材料分離の問題が発生しやすくなる。ところが、発明者らは詳細な研究により、流動化処理土の用途で「再生微粉末」と「ガラ骨材」を同時に使用することによって、材料分離の問題も顕在化せず、実用に供しうるコンクリートが実現できることを見出した。そのメカニズムについては現時点で未解明な部分が多いが、土成分あるいはさらにセメントの一部を代替する再生微粉末は、その平均粒径が５０μｍ以下程度（例えば５〜５０μｍ）と微細であるために、保水性を発揮するとともにガラ骨材表面付近あるいはガラ骨材周囲の空隙を目詰めする機能（フィラー効果）を発揮し、組織の緻密化や粗骨材界面の補強がもたらされることが考えられる。つまりコンクリートガラは、再生微粉末との相乗作用により、粗骨材としての使用が可能になるものと考えられる。

そのガラ骨材の配合量は、基本的に混練物が流動化処理土の用途に適用できる特性を有し、かつ前述の強度レベルが得られる限り、特に制限はないが、質量基準でセメント（Ｃ）とガラ骨材（Ｇ）の比が例えばＣ／Ｇ≦０.２の範囲、好ましくは０.０１≦Ｃ／Ｇ≦０.２の範囲において最適な配合量を見つけることができる。ガラ骨材は２種以上のものを混合して用いても構わない。その場合、２種以上のガラ骨材の合計量を上式のＧの箇所に適用すればよい。

再生微粉末として、解体コンクリート塊由来のコンクリートガラを図１に示すタイプの機械式すりもみ装置で処理して再生骨材を製造する際に、集塵機により回収されたものを用意した。再生微粉末の性質・組成を表１に示す。

ガラ骨材として、解体コンクリート塊を破砕して得たコンクリートガラ（再生クラッシャーランＲＣ−４０；分級して最大粒径４０ｍｍ以下としたもの）を２種類用意した。これらは別々のコンクリート構造物（建築系建物）に由来するものである。セメントは、環境負荷低減を考慮し、再生材である高炉スラグ微粉末を含む高炉セメントＢ種を用意した。また、従来例（比較用）のモルタルおよびコンクリートを作るために、従来、流動化処理土に使用されている残土を用意した。残土、ガラ骨材、セメントの性質を表２に示す。

これらの材料と、水を用いて、表３に示すＡ〜ＥおよびＭＡの６種類の調合にてモルタルおよびコンクリートを作成した。表３中、「ＣのＢ置換率」は、調合Ａを基本調合として、調合Ａに含まれるセメントを、どの程度、再生微粉末で置換したかを示したものである。コンクリートは、各調合のモルタル（残土または再生微粉末、水、セメントの混練物）に、さらに表３中に示す量のガラ骨材を混合したものである。

練り混ぜは以下の手順で行った。
〔泥水の作製〕
５０Ｌの容器に再生微粉末を入れ、水（水道水）を投入したのち、ハンドミキサを用いて練り玉がなくなるまで練り混ぜることにより泥水を得た。従来例（比較用）の調合ＭＡでは再生微粉末の代わりの残土を用いた。
〔モルタルの作製〕
上記泥水とセメントを５０Ｌのポリ容器中で混合し、ハンドミキサを用いて３０秒間練り混ぜた。その後、練り玉が確認された場合は、練り玉がなくなるまで練り混ぜた。このようにしてモルタルを得た。
〔コンクリートの作製〕
上記モルタルを５０Ｌパン型ミキサに入れたのち、ガラ骨材を投入し、練り混ぜ３０秒→休止・掻き落とし→練り混ぜ６０秒の工程でコンクリートを得た。
泥水、モルタル、コンクリートについて、表４〜表６に示す試験を実施した。

泥水、モルタル、コンクリートのフレッシュ性状を表７に示す。

泥水は、再生微粉末を使用することによる性状の悪化は特に生じなかった。モルタルの性状も良好であった。再生微粉末を使用したコンクリートはやや軟らかい状態であり、材料分離の傾向は見られたものの、実用上、問題のない範囲であった。これに対し、再生微粉末を使用せずにガラ骨材を配合した従来例（比較用）のＭＡでは、実用上好ましくない材料分離が生じた。

図２に、材齢２８日の一軸圧縮強度を示す。横軸は基本調合Ａのセメントに対する再生微粉末置換率（表３中の「ＣのＢ置換率」）である。調合Ａ、Ｂ、Ｃのモルタルおよびコンクリートで一軸圧縮強度１Ｎ／ｍｍ²以上の強度レベルが得られた。地盤強度目標値は建築物によって異なるが、例えば、地上１１階ＲＣ構造の共同住宅を建設する事例を想定すると、長期許容支持力を０.４Ｎ／ｍｍ²として安全率３を掛けると、地盤強度目標値は１.２Ｎ／ｍｍ²に設定される。図２中の目標値はこの値を仮に記入したものである。本発明のモルタル、コンクリートにおいて、この事例に必要な強度レベルの基礎地盤を構築することが十分可能であることがわかる。また、調合ＡとＭＡはセメント水比が同一であるが、モルタル、コンクリートとも、再生微粉末を使用した本発明例の調合Ａの方が、再生微粉末を使用せずに土を使用した従来例の調合ＭＡよりも、高い強度レベルを示した。このことから、再生微粉末は強度に寄与する可能性を有している。

図３に、セメント水比Ｃ／Ｗと材齢２８日の一軸圧縮強度の関係を示す。●がモルタル、■がコンクリートであり、左から調合Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａである。発現する強度レベルはセメント水比によって概ね直線的に変化することがわかる。したがって、予備実験により、使用する材料に応じてセメント水比Ｃ／Ｗと材齢２８日の一軸圧縮強度の関係を求めておけば、必要な強度レベルに対応しうる配合を容易に設定することができ、セメント使用量を必要最小限に抑えることが可能になる。

再生骨材を製造するための機械式すりもみ装置の構造を模式的に示した図。 各モルタルおよびコンクリートの材齢２８日における一軸圧縮強度を示したグラフ。 セメント水比Ｃ／Ｗと材齢２８日における一軸圧縮強度の関係を示したグラフ。

Claims (2)

1. 解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）の混練物からなり、質量基準で、Ｃ／Ｗ≦０.５、およびＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲で、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超える量のセメントを配合してなる建築物の基礎地盤材用モルタル。
2. 解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造する際に副産される再生微粉末（Ｂ）、水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、解体コンクリート塊を破砕することにより得られる粒径４０ｍｍ以下のガラ骨材（Ｇ）の混練物からなり、質量基準で、Ｃ／Ｗ≦０.５、およびＣ／Ｂ≦０.５を満たす範囲で、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ²を超える量のセメントを配合してなる建築物の基礎地盤材用コンクリート。