JP2013220973A

JP2013220973A - セメント組成物

Info

Publication number: JP2013220973A
Application number: JP2012093780A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Oikawa; 義貴及川; Hiroshi Inoue; 博志井上; Noriyuki Kosakai; 規行小堺; Yasuhiko Shimada; 保彦島田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Nippo Corp
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Nippo Corp
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】従来と同程度の性能を有するとともに、ＣＯ_２排出量が低減されたセメント組成物を提供する。
【解決手段】セメント組成物は、ポルトランドセメントと、サスティナブルセメントと、を含んでいる。サスティナブルセメントは、廃棄コンクリートを再生熱乾燥処理して製造した水硬性の微粉末である。このサスティナブルセメントの含有量は、ポルトランドセメント１００重量部に対して１５〜７０重量部の範囲であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメント組成物に関する。

セメント組成物は、浸透用セメントミルクの原材料として用いられ、例えば、セメント、フライアッシュ、珪砂および再乳化性粉体ポリマーを混合調整したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−２９５９０５号公報

近年、地球温暖化対策として、二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量を抑制することが求められている。しかし、特許文献１のセメント組成物では、主原料の一つであるポルトランドセメントを製造する際に、石灰石の脱炭酸や大量の熱エネルギーの使用により多量のＣＯ_２を排出してしまうという問題がある。このため、セメント組成物を製造する際に排出されるＣＯ_２の排出量を低減することができる方法、例えば高炉スラグ微粉末やフライアッシュ等の副産物をセメント組成物の一部に用いる方法が検討されているが、このようなセメント組成物では、圧縮強度などの強度が低下したり、硬化が遅いために交通開放までにかかる期間が長くなったりするなどの問題がある。このため、従来と同程度の性能を有するとともに、ＣＯ_２排出量が低減されたセメント組成物が求められている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、従来と同程度の性能を有するとともに、ＣＯ_２排出量が低減されたセメント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、本発明のセメント組成物は、
ポルトランドセメントと、サスティナブルセメントと、を含み、
前記サスティナブルセメントは、廃棄コンクリートを再生熱乾燥処理して製造した水硬性の微粉末である、ことを特徴とする。

前記サスティナブルセメントの含有量は、前記ポルトランドセメント１００重量部に対して１５〜７０重量部の範囲であることが好ましい。
さらに、浸透性改良剤が含まれていることが好ましい。
前記浸透性改良剤は、例えば、フライアッシュである。

本発明によれば、従来と同程度の性能を有するとともに、セメント組成物を製造する際に排出されるＣＯ_２の排出量を低減することができる。

以下、本発明のセメント組成物について説明する。

本発明のセメント組成物は、ポルトランドセメントと、サスティナブルセメントと、を含んでいる。

本発明に好適なポルトランドセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントなどが好適に用いられるが、これらに限定されるものではなく、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントおよびエコセメントなどの各種セメントを使用することができる。これらのセメントは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。また、早期強度発現が必要な場合には、硬化が速い早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメントおよび超速硬セメントなどを用いることが好ましい。

本発明のサスティナブルセメントとは、廃棄コンクリートを再生処理して製造した水硬性の微粉末をいう。具体的には、工事現場などで使用されずに生コン工場へ戻ってきた、いわゆる「戻りコン」から、骨材を回収した後に脱水処理して得られる脱水ケーキを、セメントの水和が進行する前に強制乾燥することにより、水和活性を維持したまま乾燥粉体となった水硬性の微粉末をいう。

このように形成されたサスティナブルセメントは、水和活性を維持しているので、ポルトランドセメントと同様にリユースすることができる。ここで、ＩＳＯ１４０４０およびＩＳＯ１４０４４の国際標準に照らした考え方によると、戻りコンは廃棄物である故、生コンクリートとしての機能は現場に納入された時点で完結している。すなわち、ＣＯ_２排出量をゼロとカウントできる。また、本来は戻りコンとして廃棄されていたから、これを再生処理によって水和活性を復活させ、再利用することにより、廃棄物量を減らすことによる環境負荷の低減が可能になる。一方で、サスティナブルセメントのＣＯ_２排出量は、戻りコンを納入現場から再生処理工場まで輸送する際や再生処理にかかる電力および熱エネルギー（重油燃焼分）等の環境負荷を加算しなければならないが、これらを総じてＬＣＡ手法により計算しても、そのＣＯ_２排出量は０．１ｋｇ−ＣＯ_２／ｋｇであり、ポルトランドセメント（０．８ｋｇ−ＣＯ_２／ｋｇ）の「１／８」と圧倒的に少ない。
このため、本発明のセメント組成物の処方を設計するにあたり、ポルトランドセメントの一部をサスティナブルセメントに置き換えることにより、ＣＯ_２排出量を大幅に少なくすることができる。

ここで、ＣＯ_２排出量は、１ｋｇの製品を製造する際に排出されるＣＯ_２重量を意味し、その単位はｋｇ−ＣＯ_２／ｋｇで表され、地球温暖化ガスに関するＬＣＩ（Life Cycle Inventory）数値（ＩＰＣＣ−１００年指数、２００１）によって算出される。この手法は、製品を製造する際に、原料の調達、運搬、製造、消費、廃棄に至るまでの一連の製品ライフサイクルにおいて発生する、ＣＯ_２の排出量を炭素排出量として表す方法であり、セメント系材料群における個々の原材料の排出原単位（排出インベントリｋｇ−ＣＯ_２／ｋｇ）の数値が提示されている。

さらに、本発明のサスティナブルセメントは、水和活性を維持しているので、後述する低炭素性材料、例えば、フライアッシュ、高炉スラグ粉末よりも強度発現に優れている。フライアッシュや高炉スラグ粉末も廃棄物であるが故に、前述の考え方と同様にＣＯ_２排出量が極めて少ない低炭素性材料とみなすことができるが、これらは単独で水と混合しても硬化することはない。すなわち、それ自身が水和活性を有していない。この点が本発明で用いるサスティナブルセメントとフライアッシュ、高炉スラグとの大きな違いである。このため、本発明のセメント組成物にサスティナブルセメントを含ませることにより、低炭素性材料を含ませる場合に比べて、圧縮強度などの強度の低下を抑制することができる。

また、本発明のサスティナブルセメントは、戻りコンの脱水処理の際に、一旦大量の分散水の中で攪拌貯留を行うため、ポルトランドセメントを用いる際に懸念すべき環境負荷の一つである六価クロムの溶出量を少なくすることができるという利点もある。

本発明のセメント組成物に含まれるサスティナブルセメントの含有量は、ポルトランドセメント１００重量部に対して１５〜７０重量部の範囲であることが好ましく、１５〜４０重量部の範囲であることがさらに好ましく、２０〜３０重量部の範囲であることが最も好ましい。かかる範囲にすることにより、従来と同程度の性能（強度）を有するとともに、セメント組成物を製造する際に排出されるＣＯ_２の排出量を低減することができるためである。

例えば、本発明のセメント組成物を半たわみ性舗装用の浸透用セメントミルク（以下、単に「浸透用セメントミルク」という。）に用いる場合、本発明のセメント組成物は、さらに、浸透性改良剤が含まれていることが好ましい。浸透性改良剤としては、例えば、ガラスビーズ、球状シリカ、フライアッシュなどが挙げられ、コスト等の面からフライアッシュを用いることが好ましい。

浸透性改良剤の含有量は、セメント１００重量部に対して５〜５０重量部の範囲であることが好ましく、１０〜３０重量部の範囲であることがさらに好ましく、１５〜２０重量部の範囲であることが最も好ましい。かかる範囲にすることにより、セメント組成物を用いた浸透用セメントミルクの浸透性が良好になるとともに、従来と同程度の性能（強度）を有するためである。

また、例えば、本発明のセメント組成物を浸透用セメントミルクに用いる場合、本発明のセメント組成物は、さらに、細骨材と、粉末ポリマーと、粉末減水剤とが含まれていることが好ましい。

細骨材としては、山砂、川砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂３〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末等の公知の細骨材やこれらの混合物などが挙げられる。なお、珪砂とは、シリカ分（無水珪酸ＳｉＯ_２）を９０％以上含んだ砂をいう。

細骨材の含有量は、ポルトランドセメント１００重量部に対して５〜５０重量部の範囲であることが好ましく、１５〜３０重量部の範囲であることがさらに好ましく、２０〜２５重量部の範囲であることが最も好ましい。かかる範囲にすることにより、骨材とセメント等の結合材との付着が良好となり、良好な品質を確保することができるためである。

粉末ポリマーとしては、エチレン酢酸ビニル樹脂、カルボン酸変性酢酸ビニル樹脂、ベオバ変性酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体などの酢酸ビニル系ポリマーなどが挙げられる。

粉末ポリマーの含有量は、粉末ポリマーの種類によって異なるが、ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の範囲であることが好ましく、０．２〜１．５重量部の範囲であることがさらに好ましく、０．５〜１重量部の範囲であることが最も好ましい。かかる範囲とすることにより、所定の耐摩耗効果が得られ、さらに、骨材の沈降分離を引き起こすおそれが低減されるためである。

粉末減水剤としては、リグニンスルフォン酸系、オキシ有機酸系、ナフタレン系、ポリカルボン酸系、メラミン系の塩等の公知のものが挙げられる。

粉末減水剤の含有量は、減水剤の種類によって異なるが、ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の範囲であることが好ましく、０．２〜１．５重量部の範囲であることがさらに好ましく、０．５〜１重量部の範囲であることが最も好ましい。かかる範囲とすることにより、所定の減水効果が得られ、さらに、セメントの硬化遅延や骨材の沈降分離を引き起こすおそれが低減されるためである。

また、本発明のセメント組成物には、各種添加剤を必要に応じて含ませることができる。各種添加剤としては、セメント組成物を調製する際に添加される公知の添加剤であれば、用途に応じて添加することができ、例えば、凝結遅延剤、硬化促進剤、消泡剤、防錆剤、防凍剤、着色剤などの混和剤や、耐久性を向上させるための炭素繊維や鋼繊維などの補強材を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明のセメント組成物は、当該セメント組成物を構成する各材料を上述の所望の割合で配合（混合）することにより製造される。混合の条件、混合に用いる混合機の種類などは特に限定されるものではなく、例えば、それぞれの材料を施工時に混合して用いてもよいし、予め、その一部または全部を混合しておいてもよい。混合装置としては、既存の任意の装置が使用可能であり、例えば、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、ナウタミキサ、傾動ミキサ等のセメント用ミキサ、ハンドミキサ、ポットミルなどの慣用の混合機を用いることができる。

本発明のセメント組成物を用いて浸透用セメントミルクを製造する場合には、当該セメント組成物１００重量部に対して、水２０〜６０重量部、好ましくは３５〜５５重量部を混練する。混練方法は特に限定されるものではなく、例えば、材料を一括してミキサに投入して混練する方法、水をミキサに投入した後に水以外の材料をミキサに投入して混練する方法、水以外の材料をミキサに投入して空練りした後に水を投入して混練する方法等が挙げられる。

本発明のセメント組成物を浸透用セメントミルクに用いた場合には、サスティナブルセメントを含まないセメント組成物と比較して、ＣＯ_２排出量が浸透用セメントミルク１ｋｇあたり１０ｇ−ＣＯ_２／ｋｇ以上削減されていることが好ましく、５０ｇ−ＣＯ_２／ｋｇ以上削減されていることがさらに好ましい。
また、加熱アスファルト混合物：浸透用セメントミルク＝７５：２５の比率で構築される一般的な半たわみ性舗装においては、ＣＯ_２排出量が５００ｇ−ＣＯ_２／ｍ^２以上削減されていることが好ましく、１ｋｇ−ＣＯ_２／ｍ^２以上削減されていることがさらに好ましい。

以下、本発明のセメント組成物について、具体的な実施例、比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。

（使用材料）
本例では、以下に示す材料を用いてセメント組成物を作製した。本例で用いた材料の物性を表１に示す。

（１）ポルトランドセメント：普通ＰＣ（ポルトランドセメント）（住友大阪セメント株式会社製）
（２）サスティナブルセメント：サスティナブル・セメント（住友大阪セメント株式会社製）
（３）フライアッシュ：石炭灰、日本工業規格ＪＩＳＡ６２０１適合品（常磐火力産業株式会社製）
（４）高炉スラグ粉末（住金鹿島鉱化株式会社製）
（５）石粉（住友大阪セメント株式会社製）
（６）無水石膏（焼石膏）
（７）乾燥珪砂
（８）粉末ポリマー
（９）粉末減水剤

表１の製造時ＣＯ_２排出量は、ＩＳＯ１４０４０、１４０４４準拠の社団法人産業環境管理協会ソフト「Ｍｉｌｃａ」を用いて算出した値である。なお、普通ＰＣでは、社団法人セメント協会発行（２０１０．１０）のセメントのＬＣＩ数値を用いた。フライアッシュでは、社団法人土木学会、コンクリートライブラリー１２５、コンクリート構造物の環境性能照査指針（試案）のフライアッシュの数値を使用した。石粉では、社団法人土木学会、コンクリートライブラリー１２５、コンクリート構造物の環境性能照査指針（試案）の石灰石微粉末の数値を使用した。乾燥珪砂では、社団法人土木学会、コンクリートライブラリー１２５、コンクリート構造物の環境性能照査指針（試案）の天然細骨材（砕砂）の数値を使用した。無水石膏では、独立行政法人産業技術総合研究所のＬＣＩデータベース「ＩＤＥＡ」より焼石膏（半水石膏）の数値を使用した。粉末ポリマーでは、独立行政法人産業技術総合研究所のＬＣＩデータベース「ＩＤＥＡ」よりポリ酢酸ビニルの数値を使用した。粉末減水剤では、独立行政法人産業技術総合研究所のＬＣＩデータベース「ＩＤＥＡ」より陰イオン界面活性剤の数値を使用した。

（実施例１〜５、比較例１、２）
２０℃の恒温槽内で高速ハンドミキサを用いて、上記材料を以下の表２、表３に示す配合割合で均一に混練し、従来品、実施例１〜５、比較例１、２の浸透用セメントミルクを得た。なお、配合する水の量は、社団法人日本道路協会が規定する流動性試験のＰロート流下時間１０〜１４秒となるように調整して添加した。また、表２、３、５中のＸは、ポルトランドセメント１００重量部に対するサスティナブルセメントの含有量（重量部）である。

従来品、実施例１〜５、比較例１、２の浸透用セメントミルクについて、以下の試験に供した。その結果を表４に示す。

（１）流動性試験
社団法人日本道路協会が規定する流動性試験に準じ、Ｐロート流下時間（秒）を測定した。
（２）分離抵抗性試験
土木学会コンクリート標準示方書「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率の試験方法」（ポリエチレン袋方法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）に準じ、練上がり直後から３時間後のブリージング率を測定した。
（３）施工性試験
半たわみ性舗装用アスファルト混合物層への浸透性を目視により観察した。
（４）圧縮強度試験
内寸４×４×１６ｃｍの型枠に浸透用セメントミルクを打設して、供試体を作製した。そして、材齢１日で脱型した後、材齢７日まで水中養生を行い材齢７日の圧縮強度を測定した。圧縮強度については、それぞれ、ＪＩＳＲ５２０１の圧縮強さ試験に準じて試験を行った。

表４の実施例１〜５、比較例１、２に示すように、セメント組成物にサスティナブルセメントを添加することにより、従来品と同等の強度（圧縮強度）を維持しつつ、セメント製造の際に排出されるＣＯ_２排出量を低減することができる（ＣＯ_２削減率を向上できる）ことが確認できた。

また、実施例１〜５に示すように、セメント組成物にフライアッシュを添加することにより、従来品と同程度の強度（圧縮強度）を維持しつつ、浸透性が良好になることが確認できた。

（実施例６、７、比較例３、４）
２０℃の恒温槽内で高速ハンドミキサを用いて、上記材料を以下の表５に示す配合割合で均一に混練し、従来品、実施例６、７、比較例３、４のセメント系固化材を得た。

従来品、実施例６、７、比較例３、４のセメント系固化材について、圧縮強度試験を行った。その結果を表６に示す。

表６の実施例６、７、および、比較例３、４に示すように、セメント組成物にサスティナブルセメントを添加することにより、従来品と同等の強度（圧縮強度）を維持しつつ、セメント製造の際に排出されるＣＯ_２排出量を低減することができる（ＣＯ_２削減率を向上できる）ことが確認できた。

本発明は、セメント組成物に好適である。

Claims

ポルトランドセメントと、サスティナブルセメントと、を含み、
前記サスティナブルセメントは、廃棄コンクリートを再生熱乾燥処理して製造した水硬性の微粉末である、ことを特徴とするセメント組成物。
前記サスティナブルセメントの含有量は、前記ポルトランドセメント１００重量部に対して１５〜７０重量部の範囲である、ことを特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
さらに、浸透性改良剤が含まれている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のセメント組成物。
前記浸透性改良剤はフライアッシュである、ことを特徴とする請求項３に記載のセメント組成物。