JP2013159502A

JP2013159502A - 水硬性組成物

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Publication number: JP2013159502A
Application number: JP2012020988A
Authority: JP
Inventors: Goro Sakai; 吾郎坂井; Noboru Sakata; 昇坂田; Shuji Yanai; 修司柳井; Daisuke Hayashi; 大介林; Manabu Hashimoto; 橋本　　学; Yuichiro Ogawa; 雄一郎小川; Fumiyoshi Kawasaki; 文義川崎; Tetsushi Kanda; 徹志閑田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP5851264B2

Abstract

【課題】再生材料を用いながら、ＲＣＤ工法等に適用される内部コンクリートとして用いても十分な性能を発揮し得る水硬性組成物を提供すること。
【解決手段】好適な実施形態の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られたセメント水和物を含む粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られ、コンクリート廃材に含まれていたセメント水和物が付着している再生骨材とを含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、水硬性組成物、特に、コンクリート廃材から得られる原料を含む水硬性組成物に関する。

近年、低コスト化や廃棄物を低減する観点から、コンクリートの構成成分の一部を再生材料に置き換えることが試みられている。また、コンクリートにおいて結合材として用いられるセメントは、その製造の際にセメントクリンカーの焼成に用いる燃料の燃焼や石灰石の脱炭酸等によってＣＯ_２を排出するものであり、また比較的高価なものでもあることから、他の結合材に置き換えることが試みられている。例えば、下記特許文献１には、埋戻し、盛土、裏込め等に用いられる土木建築用組成物において、骨材としてコンクリート廃材塊を破砕した再生骨材を用いることや、粉体結合材として高炉スラグ微粉末を用いることが開示されている。

また、ダムや橋梁のアンカレッジ等、土木構造物の中には、構造物自体の重さで外力に抵抗することにより機能を果たすものがある。これらの構造物において、表面付近を除いた内部の構造に用いられる内部コンクリートは、所定以上の質量を有してさえいれば、強度が一般的なコンクリートの１／２〜１／３程度でよく、また耐久性もそれほど求められない傾向にある。

このようなダムやアンカレッジ等に用いられる内部コンクリートとしては、従来、結合材中にセメントを５０〜７０％程度含むものが用いられてきた。しかしながら、そのような内部コンクリートには、上記のように、力学的、化学的にそれほど高いレベルが要求されないにもかかわらず、多量のセメントが使用されることになる。そのため、コストの問題や、セメント製造時のＣＯ_２発生の問題等も大きくなり易い。

そこで、例えば、下記特許文献２には、一定の割合で高炉スラグ微粉末を含む結合材を用いたゼロスランプコンクリートを、提体内部の構成材料として用いる、ＲＣＤ工法を適用するコンクリート提体の構築方法が開示されている。

特開平８−１００１７７号公報特開２０１０−３７７９７号公報

上記特許文献２には、当該文献に記載のゼロスランプコンクリートをＲＣＤ工法に適用すれば、水和熱を大幅に低減でき温度応力ひび割れ発生の感受性を小さくできるほか、セメントを大量に使用する必要がないのでＣＯ_２発生量を大幅に削減できることが開示されている。このようなコンクリートにおいては、構成成分を更に再生材料に置き換えつつ、同等の性能を得ることができれば、コストや環境に対する負荷を更に低減できるため、一層好ましい。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりもさらに再生材料を用いながら、ＲＣＤ工法等に適用される内部コンクリートとして用いても十分な性能を発揮し得る水硬性組成物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られたセメント水和物を含む粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られ、コンクリート廃材に含まれていたセメント水和物が付着している再生骨材とを含有することを特徴とする。

本発明の水硬性組成物に含まれる高炉スラグ微粉末は、単に水を混ぜても硬化しないが、アルカリ刺激剤として機能し得る成分の共存下で硬化する特性（潜在水硬性）を有している。本発明の水硬性組成物は、このような高炉スラグ微粉末と組み合わせて、コンクリート廃材を粉砕して得られたセメント水和物の粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られ、コンクリート廃材に含まれていたセメント水和物が付着している再生骨材とを含有する。これら含まれているセメント水和物は、高いアルカリ性を有していることから、アルカリ刺激剤として機能し得る。

そのため、本発明の水硬性組成物は、更に水を含むことによって硬化し、硬化体を形成することができる。そして、本発明の水硬性組成物の硬化体は、高炉スラグ微粉末が硬化したものの中に骨材が単に分散しているのではなく、再生骨材の表面にもセメント水和物が付着していることによって、高炉スラグ微粉末の硬化体と再生骨材との接着性が高いものとなる。したがって、本発明の水硬性組成物は、セメントを含有せず、再生材料を多く用いながらも、内部コンクリートとして適用するのに十分な圧縮強度や耐久性等の性能を備えるものとなる。

また、再生骨材は、ＪＩＳＡ５０２３付属書１に規定されたコンクリート用の再生骨材Ｌであると好ましい。このような再生骨材は、コンクリート廃材に由来するセメント水和物が適度に付着したものであり、かかる再生骨材を用いることで、水硬性組成物の硬化体の圧縮強度を特に良好に得ることが可能となる。

そして、上記本発明の水硬性組成物は、多種類の再生材料が適用されたものでありながら、圧縮強度や耐久性の点でダムや橋梁等の構造物の内部コンクリートとして十分な性能を有していることから、ＲＣＤ工法に適用してこれらの構造物を構築するための材料として、低コスト化や環境負荷の低減の観点から極めて好適である。

上記構成を有する本発明の水硬性組成物は、従来よりもさらに再生材料を適用しながらも、ＲＣＤ工法等に適用される内部コンクリートとして用いても十分な性能を発揮し得るものとなる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

好適な実施形態の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られたセメント水和物の粉末と、コンクリート廃材を粉砕して得られ、コンクリート廃材に含まれていたセメント水和物が付着している再生骨材とを含有するものである。以下、これらの各成分について詳細に説明する。

高炉スラグ微粉末は、銑鉄の製造時に生じる高炉スラグを粉砕等して微粉末化したものである。本実施形態の水硬性組成物において、高炉スラグ微粉末は結合材として含有されている。水硬性組成物は、必ずしも結合材の全量が高炉スラグ微粉末でなくてもよく、所望の特性等に応じて一部がセメント等の他の結合材に置き換えられてもよい。ただし、低コスト化及び環境負荷の低減を図る観点から、結合材の７０質量％以上が高炉スラグ微粉末であると好ましく、全量が高炉スラグ微粉末であるとより好ましい。

高炉スラグ微粉末の比表面積は、３０００〜１００００ｃｍ^２／ｇであると好ましく、５０００〜７０００ｃｍ^２／ｇであるとより好ましい。高炉スラグ微粉末は、好適な範囲の比表面積を有するほど、後述するセメント水和物の粉末や再生骨材に付着していたセメント水和物による硬化を容易に生じ、十分な圧縮強度を有する硬化体を形成し易くなる。なお、上記範囲よりも高炉スラグ微粉末の比表面積が小さいと、上記範囲内とした場合に比べて硬化が不十分となる場合がある一方、上記範囲よりも大きいと、上記範囲内とした場合に比べて結合材としての活性を得ることが困難となる場合がある。

コンクリート廃材を粉砕して得られたセメント水和物の粉末は、コンクリート廃材を破砕し、コンクリート廃材に含まれていた骨材を取り除いて得られる粉末（粉砕粉）である。ここで、コンクリート廃材とは、セメントコンクリートによって構成される所定の構造体の少なくとも一部を取り出したものであり、セメントコンクリートの硬化体によって構成される。そのため、かかるコンクリートを粉砕し骨材を除去して得られる粉末は、セメントコンクリートの硬化体を構成していたセメント水和物を少なくとも含んでおり、高炉スラグ微粉末を硬化させ得るアルカリ刺激剤としての機能を発揮し得る。

セメント水和物の粉末の比表面積は、３０００〜８０００ｃｍ^２／ｇであると好ましく、３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇであるとより好ましい。かかる粉末が好適な範囲の平均粒径を有するほど、水硬性組成物に含まれる高炉スラグ微粉末の硬化が有利となり、圧縮強度の高い硬化体が得られるようになる。

また、再生骨材は、上述したようなコンクリート廃材から得られる骨材である。水硬性組成物は、粗骨材及び細骨材を組み合わせて含むことが好ましい。水硬性組成物は、それらの骨材の少なくとも一部として再生骨材を含み、再生骨材ではない骨材（粗骨材や細骨材）を組み合わせて含んでいてもよい。特に、粗骨材の少なくとも一部が再生骨材であると好ましい。具体的には、粗骨材の３０〜１００質量％が再生骨材であるとより好ましく、８０〜１００質量％が再生骨材であると更に好ましい。

本実施形態における再生骨材は、表面にセメント水和物が付着した状態のものである。このような再生骨材は、コンクリート廃材を粉砕し、骨材の表面にセメント分が残る程度に磨砕するか、或いはコンクリート廃材を、骨材の表面にセメント分が残るように粉砕のみすることによって得ることができる。

再生骨材には、ＪＩＳＡ５０２１で規定されるコンクリート用再生骨材Ｈ、ＪＩＳＡ５０２２で規定されるコンクリートに用いられる再生骨材Ｍ、及びＪＩＳＡ５０２３で規定されるコンクリートに用いられる再生骨材Ｌという、骨材とともに含まれるモルタルの量に応じた３つの水準がある。本実施形態の水硬性組成物においては、再生骨材としては、上記水準のうちの再生骨材Ｍ又は再生骨材Ｌが好ましく、再生骨材Ｌが特に好ましい。好適な水準の再生骨材を用いることで、高炉スラグ微粉末の硬化体と再生骨材とがより強固に接着され、高い圧縮強度が得られやすくなる。

なお、通常、結合材としてセメントを含むコンクリートでは、再生骨材を適用する場合、この骨材の表面に付着しているセメント分によりコンクリートの性状が変わり易く、その結果安定した品質が得られ難くなるため、セメント分が多く付着している低い水準の再生骨材は適用され難い傾向にある。

これに対し、本実施形態の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末を、セメント水和物の粉末及び再生骨材に付着しているセメント水和物によって硬化させることから、再生骨材に付着したセメント水和物の量が多くても性状の変化が少なく、むしろアルカリ刺激の効果を良好に発揮して圧縮強度等が向上することから、上述したように、一般的には品質の水準が低いとされる再生骨材（再生骨材ＭやＬ）を適用することが好適である。

再生骨材は、高炉スラグ微粉末との接触面積をできるだけ大きくするために、粗骨材や細骨材として含まれる場合、通常のそれらに比して粒径が小さいことが好ましい。例えば、再生骨材からなる粗骨材の場合、粒径は５〜４０ｍｍであると好ましく、５〜２０ｍｍであるとより好ましい。再生骨材は、粗骨材として含まれることが好ましいが、細骨材（粒径５ｍｍ未満）の一部を再生骨材としても、圧縮強度の向上等において効果的である。なお、ここでいう再生骨材の粒径とは、表面に付着しているセメント水和物等の成分も含めた粒径によって算出される値である。このように好適な粒径を有する再生骨材を含むことで、内部コンクリートとして十分な強度等を有する水硬性組成物の硬化体が得られ易くなる。

なお、水硬性組成物は、必ずしも骨材の全量が再生骨材でなくてもよく、再生骨材ではない骨材を一部含んでいてもよい。ただし、再生骨材の表面に付着したセメント水和物による圧縮強度の向上効果を良好に得るために、粗骨材の５０質量％以上が再生骨材であると好ましく、全量が再生骨材であるとより好ましい。

本実施形態の水硬性組成物における各成分の配合量は、それらの種類や性質等に応じて、適宜設定することが好ましい。例えば、粗骨材の最大寸法が８０ｍｍ程度である場合、水硬性組成物の全質量中、高炉スラグ微粉末を４．０〜５．０質量％、セメント水和物の粉末を０．５〜２．０質量％、再生骨材を４０〜６０質量％含有するものであると好ましい。また、粗骨材の最大寸法が４０ｍｍ程度である場合、水硬性組成物の全質量中、高炉スラグ微粉末を４．７〜５．９質量％、セメント水和物の粉末を０．５９〜２．４質量％、再生骨材を４７〜７１質量％含有するものであると好ましい。さらに、粗骨材の最大寸法が２０ｍｍ程度である場合、水硬性組成物の全質量中、高炉スラグ微粉末を５．７〜７．１質量％、セメント水和物の粉末を０．７〜２．９質量％、再生骨材を５７〜８６質量％含有するものであると好ましい。さらに、水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末の質量に対して２〜３％のせっこうを含有することによって、より優れた圧縮強度が得られやすくなる傾向にある。

また、水硬性組成物に水を含有させる場合、水粉体比は、５０〜９０とすることが好ましく、６０〜８０とすることがより好ましい。このような水粉体比を含むようにすることで、良好な作業性を得ながら、十分な圧縮強度を有する硬化体が得られるようになる。なお、本実施形態の水硬性組成物において、水粉体比を計算する場合には、粉体として、高炉スラグ微粉末及びセメント水和物の粉末の両方を含むようにする。さらに、結合材としてセメント等のその他の結合材を組み合わせて含む場合は、その他の結合材も粉体の量に含めて計算することとする。

本実施形態の水硬性組成物は、所望とする特性に応じて、一般的なコンクリートに用いられる混和材料等を、本発明により得られる効果を過度に阻害しない範囲で含んでいてもよい。そのような混和材料としては、ＪＩＳＡ６２０４「コンクリート用化学混和剤に規定されるＡＥ減水剤や高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。

上述した好適な実施形態の水硬性組成物は、ダム等を構成する内部コンクリートとして用いられ、これらを建造するためのＲＣＤ工法に好適に用いられる。ここで、ＲＣＤ工法とは、単位あたりの結合材の量が少ない貧配合の超固練りゼロスランプコンクリートを、打設現場に搬送し、ブルドーザー等で敷き均し、振動ローラ等で締め固める工法である。この工法では、有スランプコンクリートにより枠組み構造を形成して提体の外周部を構築した後、その内部に、内部コンクリートして上記のような超固練りコンクリートを敷設することが多い。その際には、上述した超固練りコンクリートの搬送、敷き均し及び締め固めの一連の工程により形成される１層あたりを所定の厚さ（リフト高さ）としながら、層状に積み上げていく手法が取られる。

本実施形態の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末が、セメント水和物の粉末や再生骨材に付着したセメント水和物によりアルカリ刺激によって良好に硬化できるとともに、この硬化の際には、再生骨材の表面にセメント水和物が存在していることによって、高炉スラグ微粉末と再生骨材との間の接着性も良好となる。そのため、再生材料を多く含むにもかかわらず、これらを特定の組み合わせとしたことによって、上述したようなＲＣＤ工法に用いられる内部コンクリートとして十分な圧縮強度等を有する硬化体を形成できる。

したがって、本実施形態の水硬性組成物を、ＲＣＤ工法等における内部コンクリートとして適用することで、十分な構造体の特性を得ながら、従来のセメントコンクリートを用いた場合に比して、コストの低減が可能となるほか、環境に対する負荷も大幅に軽減することが可能となる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［水硬性組成物の調製］
（サンプル１〜３）
下記の表１に示す各成分を配合して、サンプル１〜３の水硬性組成物を調製した。各サンプルの水硬性組成物は、粗骨材の最大寸法が８０ｍｍ、骨材中の細骨材率が３２．０、空気量が１．５±１．０となるように配合されたものである。表１中の各成分は、以下に示す通りである。また、表１中の水粉体比（Ｗ／Ｂ）とは、水の単位量（ｋｇ／ｍ^３）に対する破砕粉及び高炉スラグ微粉末の合計の単位量（ｋｇ／ｍ^３）の割合（％）である。
粗骨材Ｇ１（平均粒径８０〜４０ｍｍ）：栃木県産、河床砂礫
粗骨材Ｇ２（平均粒径４０〜２０ｍｍ）：栃木県産、河床砂礫
粗骨材Ｇ３（平均粒径２０〜５ｍｍ）：栃木県産、河床砂礫
再生粗骨材Ｇ２（平均粒径４０〜２０ｍｍ）：一般建築物のコンクリート廃材により得られた再生骨材（ＪＩＳＡ５０２３付属書１に規定されたコンクリート用の再生骨材Ｌに該当）
再生粗骨材Ｇ３（平均粒径２０〜５ｍｍ）：一般建築物のコンクリート廃材により得られた再生骨材（ＪＩＳＡ５０２３付属書１に規定されたコンクリート用の再生骨材Ｌに該当）
破砕粉：一般建築物のコンクリート廃材により得られた破砕粉、比表面積４２５０ｃｍ^２／ｇ
高炉スラグ微粉末：日鐵セメント社製高炉スラグ微粉末、比表面積４３８０ｃｍ^２／ｇ
［特性評価］

上記で得られたサンプル１〜３の水硬性組成物を用い、コンクリートミキサによる練り混ぜにより処理することによって各水硬性組成物の硬化体を形成した。そして各サンプルの水硬性組成物から得られた硬化体の圧縮強度を、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリート圧縮強度試験」にしたがって測定した。得られた結果を表１に示す。

高炉スラグ微粉末、セメント水和物（破砕粉）及び再生骨材のうち、サンプル１の水硬性組成物は破砕粉を含まないものであり、サンプル２の水硬性組成物は再生骨材（再生粗骨材）を含まないものであり、サンプル３の水硬性組成物は、それらの全てを含むものである。表１に示すように、サンプル３の水硬性組成物によれば、その他のサンプルの水硬性組成物と比べて、高い圧縮強度を有する硬化体が得られることが確認された。このことから、本発明の水硬性組成物は、高炉スラグ微粉末、セメント水和物及び再生骨材を組み合わせて含むことで、再生材料を多く含むにもかかわらず、ＲＣＤ工法等における内部コンクリートとして十分な性能を有することが判明した。

Claims

高炉スラグ微粉末と、
コンクリート廃材を粉砕して得られた、セメント水和物を含む粉末と、
コンクリート廃材を粉砕して得られ、前記コンクリート廃材に含まれていたセメント水和物が付着している再生骨材と、
を含有することを特徴とする水硬性組成物。
前記再生骨材が、ＪＩＳＡ５０２３付属書１に規定されたコンクリート用の再生骨材Ｌである、ことを特徴とする請求項１記載の水硬性組成物。
ＲＣＤ工法に適用される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の水硬性組成物。