JP2009269801A - セメント含有材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済みＭｇＯ−Ｃれんがの有効な用途を提供する。
【解決手段】
モルタル（セメント含有材料）は、細骨材の一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を有する。また、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部は消化済みである。この構成によると、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末のマイクロフィラー効果が顕著に得られ、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを有効に利用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は使用済み耐火材料を細骨材として利用するセメント材料及びその製造方法に関する。

従来、ＭｇＯ−Ｃ（マグネシアカーボン）れんがは、製鋼施設の耐火物などに利用されている。例えば、特許文献１に記載された技術では、ＭｇＯ−Ｃれんがが、製鋼用の電気炉における炉床れんがとして利用されており、特許文献２に記載された技術では、ＭｇＯ−Ｃれんがが、溶鋼処理用密閉容器の内張り耐火物として利用されている。

耐火物として利用されたＭｇＯ−Ｃれんがは、製鋼施設等から、産業廃棄物として排出される。そして、使用済みれんがの有効な用途については、様々な検討がなされており、その一例として、特許文献３には、製鉄所で使用されたマグネシア系レンガを、道路用の路盤材に利用する技術が記載されている。

特開平５−９５４５号公報 特開平６−２２９６８５号公報 特開２００６−４５７８２号公報

上記のように、使用済みのＭｇＯ−Ｃれんがは、産業廃棄物として大量に排出されており、その処理方法が問題となっている。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがに関しては、路盤材以外の他の用途にも有効に利用されることが望まれている。

そこで、本発明の目的は、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがの有効な用途を提供することである。

上記目的に関連して、本発明の発明者は、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の粒径分布を調査した。その結果、セメント含有材料の細骨材として一般的に使用されている川砂（天然細骨材）と比較して、ＭｇＯ−Ｃれんがが、セメント含有材料の細骨材により適しているという知見が得られた。具体的には、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、微粉成分が川砂よりも多く含まれている（詳しくは後述する）。そのため、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を、セメント含有材料の細骨材として利用すれば、マイクロフィラー効果（micro filler effect）が得られる。すなわち、ＭｇＯれんが粉末がセメント粒子間の空隙に充填され、その結果、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、密度及び強度の高いセメント含有材料が得られる。

そして、本発明は、このような知見に基づいて成されたものである。上記の目的を達成するため、本発明に係るセメント含有材料は、細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を有する。

この構成によると、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末のマイクロフィラー効果により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを有効に利用できる。

なお、「セメント含有材料」とは、セメント及び細骨材（又は、セメント、細骨材、及び粗骨材）を含む材料のことであり、セメント含有材料にはモルタル及びコンクリートが含まれる。また、細骨材とは、全てが１０ｍｍふるいを通過し、５ｍｍふるいを、重量で８５％以上が通過する骨材である。これに関連して、粗骨材とは、５ｍｍふるいに、質量で８５％以上がとどまる骨材である。そのため、上記の「ＭｇＯ−Ｃれんが粉末」とは、細骨材として使用できる粒径を有する粉末のことである。また、セメント含有材料に含まれるＭｇＯ−Ｃれんが粉末は、未消化れんが粉末及び消化済みれんが粉末のどちらであってもよいし、これらが混在したものでもよい。また、細骨材の全てがＭｇＯ−Ｃれんが粉末であってもよいし、細骨材の一部としてＭｇＯ−Ｃれんが粉末が含まれていてもよい。

また、本発明に係るセメント含有材料において、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部は、消化済み粉末であってもよい。

消化済みのＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、未消化のＭｇＯ−Ｃれんが粉末よりも、微粉成分が多く含まれていることが分かっている。そのため、この構成によると、顕著なマイクロフィラー効果が得られるので、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全てが未消化である場合に比べて、より高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。

なお、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末が「アルミニウムを含」むとは、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末が、アルミニウム元素を含むという意味であり、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末が、金属アルミニウム、又は、アルミニウムの化合物（例えば、酸化アルミニウム、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム）を含むことを意味する。

また、「消化」（slaking / hydration）とは、炭化アルミニウムが、空気中の水分等と反応して水和物を生成することをいう。この「消化」により、ＭｇＯ−Ｃれんがに含まれる炭化アルミニウムの体積が膨張し、ＭｇＯ−Ｃれんが全体が粉々に砕ける。１０００度以上の熱環境下で耐火物として使用されたれんがにおいて、特に消化が発生しやすい。また、「消化済み粉末」とは、その全てが消化済みの粉末のことである。

また、細骨材として用いられるＭｇＯ−Ｃ粉末の全体が消化済みでなくてもよく、細骨材として、未消化のＭｇＯ−Ｃれんが粉末が含まれていてもよい。ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全体が消化済みであれば、それ以上の消化が起こらないために、セメント含有材料の形状及び強度が安定する。

また、本発明に係るセメント含有材料においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下であってもよい。

細骨材に対する、消化済みＭｇＯ−Ｃれんが粉末の置換率が５％未満であると、細骨材のほぼ全てが川砂となるため、マイクロフィラー効果がほとんど得られず、セメント含有材料の強度は、細骨材の全てが川砂である場合と殆ど変わらない。一方、細骨材に対する、消化済みＭｇＯ−Ｃれんが粉末の置換率が５０％を超えると、固まる前のセメント含有材料（フレッシュコンクリート、フレッシュモルタルなど）の流動性を確保するために、水量を大きく増加させる必要が生じる。そのため、セメント含有材料の強度は低下する。以上から、この構成によると、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が得られる。

なお、「細骨材の全体に対する、消化済み粉末の置換率」とは、細骨材全体に対する、消化済みＭｇＯ−Ｃれんが粉末の体積比率のことである。

また、本発明に係るセメント含有材料においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下であってもよい。これによると、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が確実に得られる。

また、本発明に係るセメント含有材料は、前記細骨材の一部として、川砂をさらに有していてもよい。細骨材の全てをＭｇＯ−Ｃれんが粉末とした場合、細骨材に川砂が含まれる場合に比べて、固まる前のセメント含有材料（フレッシュコンクリート、フレッシュモルタルなど）の流動性が低下する。そして、流動性の低下は、施工性（Workability）の低下を招く。一方、細骨材の全てをＭｇＯ−Ｃれんが粉末とした上で所要の流動性を確保するためには、水量を増加させる必要がある。しかし、水量の増加は、セメント含有材料の強度低下の原因となる。そのため、細骨材には、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末だけでなく、川砂が含まれることが望ましい。そして、この構成により、固まる前の状態における流動性を確保した上で、セメント含有材料の強度を高くすることができる。

なお、「川砂」とは、細骨材として一般的に使用されているものであり、川砂には、花崗岩が風化して細かくなった砂が含まれる。また、川砂粒子は、川の水流による自然磨耗作用により、丸みを帯びたものとなる。これが実積率を向上させ、結果として、使用される水量が減少する。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係るセメント含有材料の製造方法は、細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給するれんが粉末供給工程を有する。

この方法によると、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末のマイクロフィラー効果により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを有効に利用できる。

なお、れんが粉末供給工程は、セメントペースト供給前に実施されてもよいし、セメントペースト供給後に実施されてもよい。また、れんが粉末供給工程は、セメントペースト供給と並行して実施されてもよい。また、れんが粉末供給工程において供給されるＭｇＯ−Ｃれんが粉末は、未消化れんが粉末及び消化済みれんが粉末のどちらであってもよいし、これらが混在したものでもよい。また、細骨材の全てがＭｇＯ−Ｃれんが粉末であってもよいし、細骨材の一部としてＭｇＯ−Ｃれんが粉末が含まれていてもよい。

また、本発明に係るセメント含有材料の製造方法では、前記れんが粉末供給工程において供給される前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、本製造方法は、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部を、消化させて消化済み粉末にする消化工程をさらに有していてもよい。

消化済みのＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、未消化のＭｇＯ−Ｃれんが粉末よりも、微粉成分が多く含まれていることが分かっている。そのため、この方法によると、顕著なマイクロフィラー効果が得られるので、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全てが未消化である場合に比べて、より高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。また、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全体が消化済みであれば、それ以上の消化が起こらないために、セメント含有材料の形状及び強度が安定する。

なお、消化工程は、れんが粉末供給工程前に実施されてもよいし、れんが粉末供給工程後であって、セメントペースト供給前に実施されてもよい。また、消化工程は、れんが粉末供給工程と並行して実施されてもよい。また、ＭｇＯ−Ｃ粉末全体が消化済みでなくてもよく、細骨材として、未消化のＭｇＯ−Ｃれんが粉末が含まれていてもよい。

また、本発明に係るセメント含有材料の製造方法では、前記れんが粉末供給工程においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下となるように、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給してもよい。これによると、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が得られる。

また、本発明に係るセメント含有材料の製造方法では、前記れんが粉末供給工程においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下となるように、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給してもよい。これによると、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が確実に得られる。

また、本発明に係るセメント含有材料の製造方法は、前記細骨材として川砂を供給する川砂供給工程をさらに有していてもよい。これにより、固まる前の状態における流動性を確保した上で、セメント含有材料の強度を高くすることができる。

本発明によると、廃材であるＭｇＯ−Ｃれんがを細骨材として利用できる上に、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、セメント含有材料の密度及び強度を高くすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、「ＭＢＦＡ」は、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を用いた細骨材（MgO-C Bricks Fine Aggregate）を示している。

（全体構成について）
まず、本実施形態に係るモルタル（セメント含有材料）について説明する。本実施形態のモルタルは、セメントペースト（セメント及び水）及び細骨材を含んで構成されている。また、モルタルには、ＡＥ減水剤（Ａｄ）が含まれている。

また、本実施形態において、モルタルの細骨材には、天然細骨材である川砂と、ＭＢＦＡと、が含まれている。なお、「セメント含有材料」とは、セメントに細骨材を含む材料のことであり、モルタルの他コンクリートも、セメント含有材料に含まれる。コンクリートは、セメントペースト（セメント及び水）、細骨材、及び粗骨材を含んで構成される。

（ＭｇＯ−Ｃれんが粉末）
次に、細骨材として使用されるＭｇＯ−Ｃれんが粉末について説明する。本実施形態において用いられるＭｇＯ−Ｃれんがは、製鋼施設の耐火物として利用された、使用済みのれんがである。また、本実施形態において、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末としては、消化済み粉末が用いられる。「消化」の詳細については後述する。

ＭｇＯ−Ｃれんがを含む炭素含有耐火物は、スラグが浸透しにくく、耐破壊特性に優れるという理由で、製鉄プロセス等の分野において広く使用されている。しかし、炭素含有耐火物は、含有される炭素が、大気中の酸素、一酸化炭素、スラグ中の酸化鉄、耐火物中のマグネシア等によって酸化されるという欠点を有する。そのため、炭素含有耐火物においては、酸化防止のために、アルミニウムなどの金属、及び、その炭化物などが酸化防止剤として用いられている。そして、本実施形態に係るＭｇＯ−Ｃれんがは、耐火物として使用される前の状態において、酸化防止剤としてアルミニウムを含んでいたものである。また、ＭｇＯ−Ｃれんがが耐火物として使用されているときに、ＭｇＯ−Ｃれんがに含まれるアルミニウムは、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム等の化合物に変化する。その後、それらの一部は、酸化アルミニウム（アルミナ）へと変化する。すなわち、ＭｇＯ−Ｃれんがには、耐火物として使用される前においても、使用後においても、アルミニウム元素が含まれている。そして、細骨材として使用するＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、金属アルミニウム、又は、アルミニウムの化合物（例えば、酸化アルミニウム、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム）が含まれる。

次に、図１を参照して、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の、細骨材としての性質について説明する。図１は、天然細骨材（川砂）及び使用済み耐火れんが細骨材の粒径分布を示すグラフである。図１中に破線で示したのは、日本工業規格（JIS）で定められた、標準粒度の上限値及び下限値である。また、図１の未消化ＭＢＦＡ及び消化済ＭＢＦＡは、耐火物として使用された、使用済みＭＢＦＡである。また、以下の説明において、「未消化ＭＢＦＡ」とは、全てが未消化のＭＢＦＡであり、「消化済ＭＢＦＡ」とは、全てが消化済みのＭＢＦＡである。

図１に示すように、川砂、未消化ＭＢＦＡ、及び、消化済ＭＢＦＡの全ての粒径分布が、標準粒度の範囲内にある。また、川砂の微粉成分（粒径０．１５ｍｍ以下の成分）の量が少ない。一方、未消化ＭＢＦＡ及び消化済ＭＢＦＡにおいては、微粉成分の量が川砂よりも多い。また、消化済ＭＢＦＡと未消化ＭＢＦＡとを比較すると、消化済ＭＢＦＡの微粉成分の量は、未消化ＭＢＦＡに比べて多い。

このように、使用済みＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、微粉成分が多く含まれ、川砂の粒径分布と比べて、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末が、細骨材により適していることが分かる。これに関連して、例えば、コンクリート用の混和材料（セメント、水、骨材以外の材料で、コンクリートなどに特別の性質を与えるために必要に応じて加える材料）として用いられるシリカフュームは、平均粒径が０．１５μｍ程度の微粉末材料である。そして、シリカフュームのような微粉末材料を細骨材として使用した場合には、マイクロフィラー効果が得られる。すなわち、シリカフュームの微粒子がセメント粒子間の空隙に充填され、その結果、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、密度及び強度の高いセメント含有材料が得られる。

そして、図１に示すように、未消化ＭＢＦＡ及び消化済ＭＢＦＡには、粒径０．１５ｍｍ以下の微粉成分が川砂よりも多く含まれる。そのため、細骨材として、未消化ＭＢＦＡ又は消化済ＭＢＦＡを使用すれば、マイクロフィラー効果により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、密度及び強度の高いセメント含有材料が得られる。これにより、ＭＢＦＡを含むセメント含有材料は、強度及び耐久性が優れたものとなる。

（消化について）
次に、消化現象について説明する。「消化」（slaking / hydration）とは、ＭｇＯ−Ｃれんがに含まれる炭化アルミニウムが、空気中の水分等と反応して水和物を生成することをいう。この「消化」により、ＭｇＯ−Ｃれんがに含まれる炭化アルミニウムの体積が膨張し、ＭｇＯ−Ｃれんが全体が粉々に砕ける。１０００度以上の熱環境下で耐火物として使用されたＭｇＯ−Ｃれんがにおいて、特に消化が発生しやすい。

通常、大気中にＭｇＯ−Ｃれんがブロックを一ヶ月ほど放置すると、消化現象が完了し、消化済ＭＢＦＡが得られる。上記のように、ＭｇＯ−Ｃれんがに含まれるアルミニウムは、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム等の化合物の状態を経て、酸化アルミニウムへ変化する。そして、酸化アルミニウムへ変化せずに、ＭｇＯ−Ｃれんが中に残留した炭化アルミニウムが、水和反応を起こすと考えられる。

ＭｇＯ−Ｃれんがを消化させる場合に、未消化のＭｇＯ−Ｃれんがブロックを放置することにより消化させてもよいし、予め人為的に破砕されたＭｇＯ−Ｃれんがを放置して消化させてもよい。ＭｇＯ−Ｃれんがブロックの放置による消化の場合には、破砕等の作業、及びそのためのコストが不要となる。また、予め人為的に破砕されたＭｇＯ−Ｃれんがを消化させると、短期間で消化が完了するので、効率的な消化が可能となる。また、モルタルに未消化ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を使用する場合には、予め、未消化ＭｇＯ−Ｃれんがブロックに対する、粗割り、破砕、粉砕などの粉末化作業が必要になる。

（製造方法）
次に、モルタルの製造方法について説明する。まず、１０００度以上の熱環境化で使用された未消化ＭｇＯ−Ｃれんがブロックを準備する。そして、未消化ＭｇＯ−Ｃれんがに対して、粗割り加工、破砕加工、及び粉砕加工を行なうことにより、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の状態にする（粉末化工程）。具体的には、ＭｇＯ−Ｃれんがを、細骨材として使用できる粒径分布を有する粉末の状態（未消化ＭＢＦＡ）にする。

次に、未消化ＭＢＦＡを放置して、その全てを、消化させて消化済み粉末にする（消化工程）。なお、消化工程では、未消化ＭＢＦＡの全てではなく、少なくとも一部を、消化させればよい。

次に、セメントと水とを混合してセメントペーストを作り、それを混合容器の内部へ供給する（セメントペースト供給工程）。

次に、セメントペーストが入っている混合容器の内部へ、さらに細骨材を供給する（細骨材供給工程）。この工程を経た状態状態がモルタルである。また、細骨材供給工程には、れんが粉末供給工程と、川砂供給工程とが含まれる。

れんが粉末供給工程においては、細骨材の一部として、消化済みのＭｇＯ−Ｃれんが粉末を、混合容器の内部へ供給する。なお、れんが供給工程において供給されるＭｇＯ−Ｃれんがは、炭化アルミニウムを含んでいる。

川砂供給工程においては、細骨材の一部として、川砂を混合容器の内部へ供給する。

以上のようにしてモルタルが製造される。本実施形態においては、れんが粉末供給工程において、細骨材の全体にする、消化済みのＭｇＯ−Ｃれんが粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下、より詳細には、２０％以上、且つ、４０％以下となるように、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末が供給される。

なお、セメント含有材料の製造方法は、ここで説明した順序には限られず、例えば、以下のような順序でも実施できる（（１）は、本実施形態の順序を示している）。
（１）粉末化工程→消化工程→セメントペースト供給工程→細骨材供給工程
（２）粉末化工程→セメントペースト供給工程→消化工程→細骨材供給工程
（３）粉末化工程→セメントペースト供給工程→細骨材供給工程→消化工程
（４）粉末化工程→消化工程→細骨材供給工程→セメントペースト供給工程
（５）粉末化工程→細骨材供給工程→消化工程→セメントペースト供給工程
（６）粉末化工程→細骨材供給工程→セメントペースト供給工程→消化工程

また、上記（１）乃至（６）には粉末化工程（粗割り加工、破砕加工、及び粉砕加工）が含まれるが、粉末化工程（又は粉末工程の一部）はなくてもよく、粗割り加工等を行なわずに、自然放置により、未消化ＭｇＯ−Ｃれんがを消化させてもよい。また、粉末化工程は、セメントペースト供給工程後、又は、細骨材供給工程後に実施されてもよい。

また、消化工程は、細骨材供給工程、又は、セメントペースト供給工程と並行して実施されてもよい。また、セメントペースト供給工程と細骨材供給工程とは、並行して実施されてもよい。すなわち、全ての材料が混合容器へ同時に供給されてもよい。また、消化工程、セメントペースト供給工程、及び、細骨材供給工程が、並行して実施されてもよい。

また、セメントペースト供給工程よりも、細骨材供給工程が先に行なわれる場合（上記（４）乃至（６）の場合）には、細骨材供給工程において、細骨材は、例えば、セメントペーストが入っていない空の混合容器の内部へ供給される。

また、細骨材供給工程において、れんが粉末供給工程及び川砂供給工程は、どちらが先であってもよいし、これらが並行して実施されてもよい。また、細骨材供給工程において、れんが粉末供給工程及び川砂供給工程は、連続して実施されなくてもよく、例えば、「粉末化工程→セメントペースト供給工程→れんが粉末供給工程→消化工程→川砂供給工程」のように、細骨材供給工程の間に、他の工程が挟まれてもよい。また、川砂供給工程又はれんが粉末供給工程は、セメントペースト供給工程と並行して実施されてもよい。

なお、ここでは、モルタルの製造方法について説明しているが、セメント含有材料がコンクリートである場合には、モルタルに対してさらに砂利（粗骨材）を混合する、砂利供給工程が必要となる。

（効果）
次に、本実施形態に係るモルタルの効果について説明する。本実施形態に係るモルタルは、細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を有する。

この構成によると、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末のマイクロフィラー効果により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを有効に利用できる。

また、本実施形態に係るモルタルにおいて、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部は、消化済み粉末である。

消化済みのＭｇＯ−Ｃれんが粉末には、未消化のＭｇＯ−Ｃれんが粉末よりも、微粉成分が多く含まれていることが分かっている（図１参照）。そのため、この構成によると、顕著なマイクロフィラー効果が得られるので、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全てが未消化である場合に比べて、より高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。

また、本実施形態に係るモルタルにおいては、細骨材の全体に対する、消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下である。この構成により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が得られる。

また、本実施形態に係るモルタルにおいては、細骨材の全体に対する、消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下である。これにより、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が確実に得られる。

また、本実施形態に係るモルタルは、細骨材の一部として、川砂をさらに有している。この構成により、固まる前の状態における流動性を確保した上で、セメント含有材料の強度を高くすることができる。

また、本実施形態に係るモルタルの製造方法は、細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給するれんが粉末供給工程を有する。

この方法によると、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末のマイクロフィラー効果により、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。そのため、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを有効に利用できる。

また、本実施形態に係るモルタルの製造方法では、れんが粉末供給工程において供給されるＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、本製造方法は、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部を、消化させて消化済み粉末にする消化工程をさらに有している。

この方法によると、顕著なマイクロフィラー効果が得られるので、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全てが未消化である場合に比べて、より高い密度及び強度を有するセメント含有材料が得られる。また、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の全体が消化済みであれば、それ以上の消化が起こらないために、セメント含有材料の形状及び強度が安定する。

また、本実施形態に係るモルタルの製造方法では、れんが粉末供給工程においては、細骨材の全体に対する、消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下となるように、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給する。これにより、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が得られる。

また、本実施形態に係るモルタルの製造方法では、れんが粉末供給工程においては、細骨材の全体に対する、消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下となるように、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給する。これにより、細骨材の全てが川砂である場合に比べて、高い圧縮強度を有するセメント含有材料が確実に得られる。

また、本実施形態に係るモルタルの製造方法は、細骨材として川砂を供給する川砂供給工程をさらに有している。これにより、固まる前の状態における流動性を確保した上で、セメント含有材料の強度を高くすることができる。

（実施例）
次に、本発明に係るセメント含有材料（モルタル及びコンクリート）の実施例について説明する。なお、以下の説明において、置換率が０％のセメント含有材料は、本発明に係るセメント含有材料ではなく、比較例として示したものである。また、既に説明した図１は、本実施例に係る川砂、未消化ＭＢＦＡ、及び、消化済ＭＢＦＡの粒径分布を示したものである。

次に、本実施例において使用した材料及びその特性を示す。なお、以下の説明における（１）乃至（６）の、記号Ｃ、Ｓ、Ｇ、Ｗ、Ａｄ及びＡＥは、それぞれ、図２及び図３中の記号Ｗ、Ｃ、Ｓ、Ｇ、Ｗ、Ａｄ及びＡＥに相当する。

（１）セメント（Ｃ）：普通ポルトランドセメント（密度：３．１５ｇ／ｃｍ^３、比表面積：３４７０ｃｍ^２／ｇ）
（２）細骨材（Ｓ）
（２−１）川砂（表乾密度：２．５７ｇ／ｃｍ^３、吸水率：１．２０％、粗粒率：２．５２）
（２−２）未消化ＭＢＦＡ（表乾密度：２．９４ｇ／ｃｍ^３、吸水率：０．２８％、粗粒率：２．５１）
（２−３）消化済ＭＢＦＡ（表乾密度：２．８８ｇ／ｃｍ^３、吸水率：１．０７％、粗粒率：２．８５）
（３）粗骨材（Ｇ）：砕石（表乾密度：２．６９ｇ／ｃｍ^３、吸水率：０．７０％、粗粒率：６．８１、最大寸法：２０ｍｍ）
（４）水（Ｗ）：上水道水
（５）ＡＥ減水剤（Ａｄ）：リグニンスルホン酸系（密度：１．２５ｇ／ｃｍ^３）
（６）空気量調整剤（ＡＥ）：密度：１．０２〜１．０６ｇ／ｃｍ^３

密度、吸水率、粗粒率、単位容積質量、実積率については、それぞれ、ＪＩＳに定められた方法に従って測定した（具体的には、ＪＩＳ Ａ １１０９、ＪＩＳ Ａ ５００５、ＪＩＳ Ａ １１０２、ＪＩＳ Ａ １１０４）。

未消化ＭＢＦＡについては、１０００度以上の熱環境下で耐火物として使用されたＭｇＯ−Ｃれんがブロックを、ハンマーで粗割りし、その後、破砕機及び粉砕機を用いて、細骨材の状態にして使用した。また、消化済ＭＢＦＡについては、未消化ＭＢＦＡが消化により砂状になったもののうち、５ｍｍふるいを通過するものを細骨材として使用した。なお、ＭＢＦＡは、表乾状態（表面乾燥飽水状態：骨材の内部の間隙は水で満たされているが、表面に水が付着していない状態）で使用した。また、ＭＢＦＡは、川砂の体積に対して内割りで置換した。また、川砂としては、国内河川産の川砂を使用した。

（モルタル）
モルタルの流動性については、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に定められたフロー試験法に従い、１５打フローが１９０±５（ｍｍ）になるようにした。また、ＭＢＦＡの置換率が０％であり、且つ、上記の流動性が得られるＳ／Ｃを決定して基本配合（比較例）とした。そして、他の置換率のモルタルに関しては、基本配合からＳ／Ｃを変化させて上記の流動性が得られるような配合を決定し、強度試験用のサンプルを作製した。

また、モルタルにおいて、ＭＢＦＡとしては、未消化のもの、及び、消化済みのものの両方を使用し、ＭＢＦＡの置換率は、０％（比較例）、１０％、３０％、５０％とした。また、全てのＭＢＦＡに関して、ＡＥ減水剤を添加したもの、及び、ＡＥ減水剤を添加していないものの両方について特性を調べた。図２は、本実施例にかかるモルタル（未消化ＭＢＦＡを含むモルタル）の配合を示す図である。また、材齢７日、２８日、及び、９１日において、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に定められた方法に従って、モルタルの圧縮強度試験を行なった。

（コンクリート）
コンクリートは、スランプ８±１ｃｍになるようにした。スランプは、ＪＩＳ Ａ １１０１に定められているスランプ試験に従って測定した。また、ＭＢＦＡの置換率が０％であり、上記の流動性が得られる配合を基本配合（比較例）とした。また置換率１０％のコンクリートに関しては、基本配合から水量（単位水量）及び混和剤量（単位混和剤量）を変化させて上記の流動性が得られるような配合を決定し、強度試験用のサンプルを作製した。

また、コンクリートにおいて、ＭＢＦＡとしては、未消化のもののみを使用し、その置換率は、０％（比較例）、１０％とした。また、コンクリートの水セメント比（Ｗ／Ｃ）を０．５、細骨材率を４２．１％とした。ＡＥ減水剤の使用量については、セメント質量比で０．３５％に設定した。図３は、本実施例に係るコンクリートの配合を示す図である。また、材齢７日及び２８日において、ＪＩＳ Ａ １１０６、ＪＩＳ Ａ １１１３、ＪＩＳ Ａ １１０８に定められた方法に従って、コンクリートの圧縮強度試験を行なった。

（物性について）
ふるいわけ試験の結果、未消化ＭＢＦＡ及び消化済ＭＢＦＡには、川砂に比べて微粉成分が多く含まれていた（図１参照）。また、未消化ＭＢＦＡ、及び、消化済ＭＢＦＡの両方の表乾密度は、川砂よりも大きく、また、未消化ＭＢＦＡ、及び、消化済ＭＢＦＡの両方の吸水率は、川砂に比べて小さい（上記（２−１）、（２−２）、（２−３）の記載参照）。

また、ＭＢＦＡには、微粒成分が多く含まれているため、マイクロフィラー効果によってセメント含有材料の強度が増加し、さらに、材料の分離が抑制される。また、上記のように、未消化ＭＢＦＡ及び消化済ＭＢＦＡの吸水率が比較的小さいことは、マイクロフィラー効果に加えて、セメント含有材料の強度の向上に寄与すると考えられる。

（流動性について）
図２から分かるように、モルタルにおいて所要の流動性を確保するためには、置換率が増加するほど、単位水量を増加させる必要がある。また、図２及び図３から分かるように、モルタル及びコンクリートでは、置換率が１０％であれば、単位水量の、基本配合からの増加はわずかである。すなわち、使用済みＭＢＦＡをセメント含有材料に適用することにより、廃材を有効に利用できる上に、所要の流動性を確保するための単位水量の増加が、わずかな量で済む。

（モルタルの強度試験）
次に、モルタルの圧縮強度試験結果を示す。図４は、本実施例に係る、未消化ＭＢＦＡを含むモルタルの圧縮強度試験結果を示すグラフである。図５は、本実施例に係る、消化済ＭＢＦＡを含むモルタルの圧縮強度試験結果を示すグラフである。図６は、図５の結果のうち、ＡＥ減水剤を使用した場合の結果のみを示したグラフである。また、図４乃至図６の、「Ａｄ」は、ＡＥ減水剤を使用したことを示している。以下においては、ＡＥ減水剤を使用した場合の結果のみについて説明する。

図４に示すように、未消化ＭＢＦＡを含むモルタルでは、材齢２８日及び９１日において、未消化ＭＢＦＡの置換率が１０％になると、置換率が０％の場合に比べて圧縮強度が高くなった。しかし、材齢２８日及び９１日において、置換率が３０％を超えると、置換率が０％の場合に比べて圧縮強度が低下した。

一方、図５及び図６に示すように、消化済ＭＢＦＡを含むモルタルでは、材齢２８日及び９１日において、消化済みＭＢＦＡの置換率が０％を超えてから、５０％までの範囲において（置換率が５〜５０％の範囲において）、置換率が０％の場合の圧縮強度よりも高い圧縮強度を確保することができた。また、図５に示すように、材齢２８日及び９１日において、消化済みＭＢＦＡの置換率が約３０％のときに、圧縮強度が最大になることが分かった。そして、置換率が２０％以上、且つ、４０％以下であれば、高い圧縮強度を有するモルタルが確実に得られることが分かった。

すなわち、消化済ＭＢＦＡを含むモルタルにおいては、細骨材の全体に対する消化済ＭＢＦＡの置換率が、５％以上、且つ、５０％以下であることが望ましいといえる。また、消化済ＭＢＦＡを含むモルタルにおいては、細骨材の全体に対する消化済ＭＢＦＡの置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下であることがさらに望ましい。

（コンクリートの強度試験）
次に、コンクリートの圧縮強度試験結果を示す。図７は、本実施例に係る、未消化ＭＢＦＡを含むコンクリートの圧縮強度試験結果を示すグラフである。未消化ＭＢＦＡを含むコンクリートでは、材齢７日及び２８日において、置換率が１０％になると、置換率が０％の場合に比べて、圧縮強度が約２０％増加した。

なお、モルタルに砂利を加えたものがコンクリートであるので、消化済ＭＢＦＡを用いたモルタルの試験結果から、消化済ＭＢＦＡを含むコンクリートについても、モルタルと同様に、細骨材の全てが川砂の場合に比べて高い圧縮強度を有すると考えられる。

なお、細骨材におけるＭＢＦＡの置換率を１００％としてもよい。しかし、ＭＢＦＡの置換率が大きくなるほど、マイクロフィラー効果は増大するが、その一方で、ＭＢＦＡの置換率が大きくなるほど、所要の流動性を確保するために必要な水量が増大してしまう。そして、単位水量の増加は、材料の強度低下の原因となる。一方、置換率の増大に伴って単位水量を増加させない場合には、置換率が大きくなるほど、フレッシュコンクリート（フレッシュモルタル）の流動性が低下してしまう。そして、流動性の低下は、施工性（Workability）低下の原因となる。すなわち、細骨材におけるＭＢＦＡの置換率を大きくすることは現実的ではなく、川砂とＭＢＦＡとを併用することが望ましい。

以上、本発明について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の範囲内において様々に変更して実施することができる。

また、セメント含有材料には、ＡＥ減水剤の他、空気量調整剤（ＡＥ剤）などの混和材料が含まれていてもよい。

また、セメント含有材料において細骨材に含まれるＭｇＯ−Ｃれんが粉末は、未消化れんが粉末及び消化済みれんが粉末のどちらであってもよいし、これらが混在したものであってもよい。すなわち、細骨材に含まれるＭｇＯ−Ｃれんが粉末については、その一部が消化済み粉末で、且つ、残りの部分が未消化粉末であってもよく、また、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末全体が未消化、又は、消化済みであってもよい。

天然細骨材及び使用済み耐火れんが細骨材の粒径分布を示すグラフ。 実施例にかかるモルタルの配合を示す図。 実施例に係るコンクリートの配合を示す図。 未消化ＭＢＦＡを含むモルタルの圧縮強度試験結果を示すグラフ。 消化済ＭＢＦＡを含むモルタルの圧縮強度試験結果を示すグラフ。 図５の結果のうち、ＡＥ減水剤を使用した場合の結果のみを示したグラフ。 未消化ＭＢＦＡを含むコンクリートの圧縮強度試験結果を示すグラフ。

Claims (10)

1. 細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を有することを特徴とするセメント含有材料。
2. 前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、
   前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部は、消化済み粉末であることを特徴とする請求項１に記載のセメント含有材料。
3. 前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のセメント含有材料。
4. 前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のセメント含有材料。
5. 前記細骨材の一部として、川砂をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセメント含有材料。
6. 細骨材の少なくとも一部として、ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給するれんが粉末供給工程を有するセメント含有材料の製造方法。
7. 前記れんが粉末供給工程において供給される前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末はアルミニウムを含み、
   前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末の少なくとも一部を、消化させて消化済み粉末にする消化工程をさらに有する請求項６に記載のセメント含有材料の製造方法。
8. 前記れんが粉末供給工程においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、５％以上、且つ、５０％以下となるように、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給することを特徴とする請求項７に記載のセメント含有材料の製造方法。
9. 前記れんが粉末供給工程においては、前記細骨材の全体に対する、前記消化済み粉末の置換率が、２０％以上、且つ、４０％以下となるように、前記ＭｇＯ−Ｃれんが粉末を供給することを特徴とする請求項７に記載のセメント含有材料の製造方法。
10. 前記細骨材として川砂を供給する川砂供給工程をさらに有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のセメント含有材料の製造方法。

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