JP2020037493A - Concrete, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態の一つは、コンクリートとその製造方法に関する。例えば、本発明の実施形態の一つは、二酸化炭素が固定化されたコンクリート、およびその製造方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to concrete and a method for manufacturing the same. For example, one embodiment of the present invention relates to concrete in which carbon dioxide is immobilized and a method for producing the same.
コンクリートは、主にセメント水和物、骨材、水、および混和剤によって構成され、その優れた機械的特性、耐候性、取り扱いの容易さ、経済性などに起因し、社会的生産基盤、経済基盤を創成するための重要な構造材料の一つとして様々な分野で幅広く利用されている。 Concrete is mainly composed of cement hydrate, aggregate, water, and admixture, and due to its excellent mechanical properties, weather resistance, ease of handling, economy, etc. It is widely used in various fields as one of the important structural materials for creating a base.
セメントは、その製造時において大量の二酸化炭素を排出することが知られており、これは温室効果の原因の一つとして挙げられている。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、セメントと水の反応（水和）を二酸化炭素の存在下で行うことで、コンクリート中に二酸化炭素を固定化する方法が知られている。この方法により、セメントの製造時に発生した二酸化炭素が間接的に回収され、セメントの製造・利用過程における二酸化炭素の総排出量が軽減される。このため、セメントの水和時における二酸化炭素固定は、地球温暖化に対する有効な手段として関心が持たれている。 Cement is known to emit large amounts of carbon dioxide during its manufacture, which is cited as one of the causes of the greenhouse effect. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, for example, a method of fixing carbon dioxide in concrete by performing a reaction (hydration) of cement and water in the presence of carbon dioxide is known. By this method, carbon dioxide generated during the production of cement is indirectly recovered, and the total amount of carbon dioxide emitted during the production and utilization of cement is reduced. For this reason, carbon dioxide fixation during hydration of cement is of interest as an effective measure against global warming.
本発明の実施形態の一つは、セメントの水和時において効果的に二酸化炭素を固定するための方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、二酸化炭素が効率よく固定化されたコンクリートを提供することを課題の一つとする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a method for effectively fixing carbon dioxide during hydration of cement. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide concrete in which carbon dioxide is efficiently immobilized.
本発明の実施形態の一つは、コンクリートを製造する方法である。この方法は、セメントと水を含む第１の混合物を形成すること、第１の混合物に二酸化炭素を添加して第２の混合物を形成すること、および第２の混合物を硬化することを含む。水の重量は、コンクリートに残存する未水和セメントが０％以上５０％以下になるように調整される。この方法はさらに、第１の混合物、または第２の混合物に二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料を添加することを含んでもよい。 One embodiment of the present invention is a method for producing concrete. The method includes forming a first mixture comprising cement and water, adding carbon dioxide to the first mixture to form a second mixture, and curing the second mixture. The weight of water is adjusted so that the amount of unhydrated cement remaining in concrete is 0% or more and 50% or less. The method may further include adding a porous material that reversibly adsorbs carbon dioxide to the first mixture or the second mixture.
本発明の実施形態の一つはコンクリートである。このコンクリートは、水和セメント、および炭酸カルシウムを含む。炭酸カルシウムの重量は、コンクリートの重量に対して０．１％以上５０％以下である。コンクリートはさらに、二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料をさらに含んでもよい。 One embodiment of the present invention is concrete. This concrete contains hydrated cement and calcium carbonate. The weight of calcium carbonate is 0.1% or more and 50% or less based on the weight of concrete. The concrete may further include a porous material that reversibly adsorbs carbon dioxide.
本発明の実施形態により、効果的に二酸化炭素をコンクリート中に固定化することができる。また、二酸化炭素が効率よく固定され、強度や耐候性などの諸特性に優れたコンクリートを提供することができる。 According to the embodiments of the present invention, carbon dioxide can be effectively immobilized in concrete. Further, it is possible to provide concrete in which carbon dioxide is fixed efficiently and which is excellent in various properties such as strength and weather resistance.
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. However, the present invention can be carried out in various modes without departing from the gist of the present invention, and is not to be construed as being limited to the description of the embodiments exemplified below.
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。 The drawings may be schematically illustrated in terms of width, thickness, shape, and the like of each portion as compared with actual embodiments in order to make the description clearer, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is limited. It does not do. In the present specification and each drawing, elements having the same functions as those described in relation to the already described drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
１．コンクリート
本発明の実施形態の一つであるコンクリートを説明する。コンクリートは、主な構成として、セメント水和物と炭酸カルシウムを含む。コンクリートはさらに、骨材、混和剤、あるいは二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料を含んでもよい。また、コンクリートは未水和のセメントを含んでもよい。
1. Concrete Concrete, which is one embodiment of the present invention, will be described. Concrete mainly comprises cement hydrate and calcium carbonate. Concrete may further include aggregates, admixtures, or porous materials that reversibly adsorb carbon dioxide. Concrete may also include unhydrated cement.
セメント水和物は、セメントと水の反応（水和）によって得ることができる。セメントの組成に制約はなく、例えばエーライトとも呼ばれる、主にケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）を含む鉱物、ビーライトとも呼ばれる、主にケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）を含む鉱物、アルミネート相を形成するアルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）を主に含む鉱物、およびフェライト相を形成するアルミン酸四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）を主に含む鉱物の少なくとも一つを含む。あるいはこれらの鉱物の全てを含むセメントを用いてもよい。例えばポルトランドセメントを用いることができ、この場合、約５５％の３ＣａＯ・ＳｉＯ2と約２０％の２ＣａＯ・ＳｉＯ2が主成分となる。 Cement hydrate can be obtained by the reaction (hydration) of cement with water. No limitation on the composition of the cement, for example, also referred to as alite, mainly minerals containing tricalcium silicate (3CaO · SiO 2), also referred to as belite mainly minerals containing dicalcium silicate (2CaO · SiO 2) mineral comprises tricalcium aluminate to form the aluminate phase (3CaO · Al 2 O 3) mainly and aluminate tetracalcium forming a ferrite phase (4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3) main At least one of the minerals contained in. Alternatively, a cement containing all of these minerals may be used. For example, Portland cement can be used. In this case, about 55% of 3CaO.SiO 2 and about 20% of 2CaO.SiO 2 are the main components.
これらの鉱物は水と水和し、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）とともに、主にＣａＯ・ＳｉＯ2・２．５Ｈ2ＯやＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｃａ（ＯＨ）2・１８Ｈ2Ｏ、ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3・Ｃａ（ＯＨ）2・１８Ｈ2Ｏなどのセメント水和物を与える。したがって、コンクリートはこれらの化学式で表されるセメント水和物の少なくとも一つを含む、あるいはこれらのセメント水和物の混合物である。 These minerals are hydrated with water, with calcium hydroxide (Ca (OH) 2), mainly CaO · SiO 2 · 2.5H 2 O and CaO · Al 2 O 3 · Ca (OH) 2 · 18H 2 O, and CaO · Fe 2 O 3 · Ca (OH) cement hydrates such 2 · 18H 2 O gives. Therefore, the concrete contains at least one of the cement hydrates represented by these chemical formulas, or is a mixture of these cement hydrates.
後述するように、コンクリートはセメントの水和時に二酸化炭素を添加することで製造され、炭酸カルシウムは、少なくとも一部はセメントの水和時に生成する水酸化カルシウムと添加された二酸化炭素との反応によって生成する。炭酸カルシウムの重量は、コンクリートの重量に対して０．１％以上５０％以下、０．１％以上５％以下、０．１％以上２．５％以下、あるいは１％以上１．５％以下の範囲、あるいは水和セメントと炭酸カルシウムの総重量に対して０．２％以上１０％以下、０．２％以上５％以下、あるいは１％以上３％の範囲から選択される。 As described below, concrete is manufactured by adding carbon dioxide during hydration of cement, and calcium carbonate is at least partially formed by the reaction of calcium hydroxide generated during hydration of cement with added carbon dioxide. Generate. The weight of calcium carbonate is 0.1% or more and 50% or less, 0.1% or more and 5% or less, 0.1% or more and 2.5% or less, or 1% or more and 1.5% or less based on the weight of concrete. Or 0.2% to 10%, 0.2% to 5%, or 1% to 3% based on the total weight of the hydrated cement and calcium carbonate.
骨材は、コンクリートに機械的・物理的強度を付与する、あるいはコンクリートの体積を増大させるために添加される。骨材としては砂や砂利、岩などが例示される。コンクリート中における骨材の組成に制約はなく、例えばコンクリートに対する骨材の重量は、１０％以上９０％以下、２０％以上７０％以下、あるいは２５％以上６０％以下の範囲から選択される。混和剤にも制約はなく、例えばセメントと水の混合物の凍結を防止する、あるいはこの混合物の流動性を増大する機能を有する薬品などを使用することができる。混和剤としては、オキシカルボン酸（ヒドロキシカルボン酸）塩、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物塩、スチレンスルホン酸共重合体塩などの、コンクリート中に空気泡を発生させる界面活性剤が例示される。あるいは、水中でのコンクリートの施工を可能にするための増粘剤を混和剤として用いてもよい。増粘剤としては、メチル化セルロースなどのセルロース誘導体やポリアクリルアミドが例示される。増粘剤は、用いるセメントの重量に対して０．１％以上２０％以下、あるいは１％以上１０％以下の範囲から選択することができる。 Aggregate is added to impart mechanical and physical strength to concrete or to increase the volume of concrete. Examples of the aggregate include sand, gravel, and rock. There is no limitation on the composition of the aggregate in the concrete. For example, the weight of the aggregate relative to the concrete is selected from the range of 10% to 90%, 20% to 70%, or 25% to 60%. There is no limitation on the admixture. For example, a chemical having a function of preventing the mixture of cement and water from freezing or increasing the fluidity of the mixture can be used. Examples of the admixture include oxycarboxylic acid (hydroxycarboxylic acid) salts, lignin sulfonates, naphthalenesulfonic acid formaldehyde polycondensate salts, melamine sulfonic acid formaldehyde polycondensate salts, and styrene sulfonic acid copolymer salts. And a surfactant which generates air bubbles. Alternatively, a thickener for enabling construction of concrete in water may be used as an admixture. Examples of the thickener include cellulose derivatives such as methylated cellulose and polyacrylamide. The thickener can be selected from the range of 0.1% or more and 20% or less, or 1% or more and 10% or less based on the weight of the cement used.
二酸化炭素を可逆的に吸着、脱離する多孔質材料としては、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、ランタノイド金属の酸化物、または炭素を基本骨格とする材料が例示される。ランタノイド金属としては、例えばセリウムやランタン、イットリウムなどが挙げられる。コンクリート中における多孔質材料の組成にも制約はなく、例えばコンクリートに対する多孔質材料の重量は、１％以上３０％以下、０．１％以上１０％以下、１％以上１０％以下、あるいは１％以上５％以下の範囲から選択される。 Examples of the porous material that reversibly adsorbs and desorbs carbon dioxide include silicon oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, aluminum silicate, a lanthanoid metal oxide, and a material having carbon as a basic skeleton. Examples of the lanthanoid metal include cerium, lanthanum, and yttrium. There is no limitation on the composition of the porous material in the concrete. For example, the weight of the porous material with respect to the concrete is 1% or more and 30% or less, 0.1% or more and 10% or less, 1% or more and 10% or less, or 1%. It is selected from the range of not less than 5% or more.
この多孔質材料は多数の細孔を有しており、細孔の平均径は、０．５ｎｍ以上１００μｍ以下、２ｎｍ以上１μｍ以下、または５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。多数の細孔に起因して、多孔質材料は１００ｍ2／ｇ以上１０００ｍ2／ｇ以下、あるいは３００ｍ2／ｇ以上５００ｍ2／ｇ以下の高い比表面積を有する。多孔質材料の細孔の表面は化学的に修飾されていてもよく、例えば一級アミノ基を有する有機基が多孔質材料のケイ素やジルコニウム、アルミニウム、炭素などと結合していてもよい。 This porous material has a large number of pores, and the average diameter of the pores is 0.5 nm or more and 100 μm or less, 2 nm or more and 1 μm or less, or 50 nm or more and 500 nm or less. Due to the large number of pores, the porous material has a high specific surface area of 100 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or 300 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less. The surface of the pores of the porous material may be chemically modified, for example, an organic group having a primary amino group may be bonded to silicon, zirconium, aluminum, carbon, or the like of the porous material.
コンクリートに未水和のセメントが含まれる場合、その量は、コンクリートの総重量に対して０％よりも大きく５０％以下、０％よりも大きく１０％以下、０％よりも大きく５％以下、あるいは０％よりも大きく３％以下となるように調整される。水和はセメントと水との化学反応であるため、未水和セメントの量は、水和時の水の量によって調整される。 If the concrete contains unhydrated cement, the amount is greater than 0% and less than or equal to 50%, greater than 0% and less than or equal to 10%, greater than 0% and less than or equal to 5%, based on the total weight of the concrete; Alternatively, it is adjusted so as to be larger than 0% and 3% or less. Since hydration is a chemical reaction between cement and water, the amount of unhydrated cement is adjusted by the amount of water at the time of hydration.
このような構成を有するコンクリートは、機械的・物理的強度が高く、かつ、その強度がコンクリートの全体にわたって均一である。また、コンクリート中の細孔溶液のｐＨも１２以上を維持することができ、コンクリートの内部に設けられる鉄筋などの構造物に対する影響は無視することができる。さらに、コンクリートは高い密度を有するため、外部から酸素や水などの汚染物質の侵入が抑制される。このため、耐候性が高く、耐用年数の長い構造材料として使用することができる。 Concrete having such a configuration has high mechanical and physical strength and the strength is uniform throughout the concrete. Further, the pH of the pore solution in the concrete can be maintained at 12 or more, and the influence on structures such as reinforcing bars provided inside the concrete can be ignored. Further, since concrete has a high density, intrusion of contaminants such as oxygen and water from the outside is suppressed. For this reason, it can be used as a structural material having high weather resistance and a long service life.
２．製造方法
以下、コンクリートの製造方法を図１のフローを用いて説明する。
2. Manufacturing Method Hereinafter, a method for manufacturing concrete will be described with reference to the flowchart of FIG.
図１に示すように、まず、セメントを水の非存在下において攪拌する（Ｓ１：空練）。この際、骨材を用いてもよく、この操作により、骨材とセメントが均一に混合される。攪拌時間は３０秒以上１時間以下、３０秒以上１５分以下、あるいは３０秒以上５分以下とすればよい。 As shown in FIG. 1, first, the cement is stirred in the absence of water (S1: kneading). At this time, an aggregate may be used, and by this operation, the aggregate and the cement are uniformly mixed. The stirring time may be 30 seconds to 1 hour, 30 seconds to 15 minutes, or 30 seconds to 5 minutes.
引き続き、セメントに対して水を加えて攪拌する（Ｓ２：本練）。これにより、セメントと水を含む第１の混合物が得られ、第１の混合物内でセメントの水和が開始される。この時の水の量は、最終的に得られるコンクリートの総重量に対し、未水和セメントが残存しないように（すなわち、水和セメントが０％、もしくは０％よりも大きく１０％以下、０％よりも大きく５％以下、あるいは０％よりも大きく３％以下となるように調整される。より具体的には、セメントの重量に対して０％よりも大きく６０％以下、０％よりも大きく４０％以下、あるいは０％よりも大きく２０％以下の水が加えられる。この時、混和剤を第１の混合物に添加してもよい。 Subsequently, water is added to the cement and stirred (S2: main mixing). This results in a first mixture comprising cement and water, and hydration of the cement within the first mixture begins. At this time, the amount of water is determined so that the unhydrated cement does not remain based on the total weight of the finally obtained concrete (that is, the hydrated cement is 0% or more than 0% and 10% or less, 0% or less). % Or more and 5% or less, or more than 0% and 3% or less, more specifically, more than 0% and 60% or less, more than 0% based on the weight of cement. As much as 40% or less, or more than 0% and 20% or less of water, the admixture may be added to the first mixture.
この第１の混合物に対してさらに二酸化炭素が添加され、これによって第２の混合物が形成される（Ｓ３）。二酸化炭素を添加した後、あるいは二酸化炭素の添加とともに第２の混合物の攪拌を行う。攪拌時間は９０秒以上１０分以下、９０秒以上５分以下、あるいは９０秒以上２分以下の範囲から選択される。 Carbon dioxide is further added to the first mixture, thereby forming a second mixture (S3). After or together with the addition of carbon dioxide, the second mixture is stirred. The stirring time is selected from a range of 90 seconds to 10 minutes, 90 seconds to 5 minutes, or 90 seconds to 2 minutes.
二酸化炭素の添加は、気体状の二酸化炭素を用いて行ってもよく、あるいは固体状の二酸化炭素（すなわちドライアイス）を用いて行ってもよい。後者の場合、ドライアイスの塊を機械的に粉砕して用いてもよく、あるいは高圧下液体として存在する二酸化炭素を急激に大気下に開放する操作、すなわち、断熱膨張を利用する急激な温度低下によって形成される微粒子状の二酸化炭素を用いてもよい。あるいは、第１の混合物を形成する際に用いる水として二酸化炭素を含む水（炭酸水）を用いることで二酸化炭素の添加を行ってもよい。この場合、炭酸水を用いて第１の混合物を形成した後、さらに気体状、もしくは固体状の二酸化炭素を添加してもよい。 The addition of carbon dioxide may be performed using gaseous carbon dioxide, or may be performed using solid carbon dioxide (that is, dry ice). In the latter case, the mass of dry ice may be mechanically pulverized and used, or the operation of rapidly releasing carbon dioxide present as a liquid under high pressure to the atmosphere, that is, a rapid temperature drop using adiabatic expansion May be used. Alternatively, carbon dioxide may be added by using water containing carbon dioxide (carbonated water) as the water used in forming the first mixture. In this case, after the first mixture is formed using carbonated water, gaseous or solid carbon dioxide may be further added.
断熱膨張を利用する際には、例えば図２に示したシステム１００を用いることができる。システム１００は、高圧下で二酸化炭素を貯蔵するタンク１０２、第１の混合物や第２の混合物を生成、攪拌するためのミキサー１０４、タンク１０２内の二酸化炭素を輸送するための導管１０６、導管１０６に取り付けられ、二酸化炭素の輸送を制御するバルブ１１０を含む。任意の構成として、二酸化炭素の流量を見積もるための流量計１０８を有してもよい。さらに任意の構成として、ミキサー１０４の温度を制御するための温度コントローラ１１２を備えてもよい。例えばドライアイスを用いる場合に第２の混合物の温度が低下した場合、温度コントローラ１１２を用いて加熱し、水和を促進することができる。あるいは水和速度を低下させるため、温度コントローラ１１２を用いてミキサー１０４を冷却してもよい。ミキサー１０４は、密閉して内部が加圧できるように構成してもよい。
When utilizing adiabatic expansion, for example, the
ミキサー１０４にはさらに、セメントや骨材、混和剤を投入する開口１１６や水を導入する導管１１４が設けられる。ミキサー内１０４で得られる第２の混合物はシャッター１１８を介してミキサー１０４の底部から鋳型などへ搬出される。
The
二酸化炭素の添加量は流量計１０８を用いて見積もってもよく、あるいは二酸化炭素の導入前後のタンク１０２の重量差から求めてもよい。あるいは、導管１０６から噴出する粒子状のドライアイスを計量することで求めてもよい。添加した二酸化炭素は、少なくとも一部は炭酸化に利用されないため、添加する二酸化炭素の量は、水和によって生成する水酸化カルシウムに対して過剰量添加すればよい。例えば生成する水酸化カルシウムに対し、１０モル倍以上１００００モル倍以下、あるいは１０モル倍以上１０００モル倍以下の二酸化炭素を添加すればよい。
The amount of carbon dioxide added may be estimated using the
なお、図２のシステム１００では、タンク１０２内に貯蔵される二酸化炭素がミキサーに輸送されるが、化学プラントや火力発電所から排出される二酸化炭素を含むガスをミキサー１０４へ導入してもよい。化学プラントや火力発電所の排出ガスには高濃度の二酸化炭素が含まれるため、これを利用することで大量の二酸化炭素が大気中へ放出されることが抑制され、地球温暖化の防止に寄与することができる。
In the
上述したように、セメントと水が接触して水和が開始し、これに伴って生成する水酸化カルシウムが水に溶解する。二酸化炭素を添加することで水酸化カルシウムが炭酸カルシウムを与える（水和反応、炭酸化：Ｓ４）。このため、コンクリートに含まれる炭酸カルシウムは、添加される水、または二酸化炭素の量によって制御することが可能である。 As described above, the cement and water come into contact with each other to start hydration, and the resulting calcium hydroxide dissolves in the water. By adding carbon dioxide, calcium hydroxide gives calcium carbonate (hydration reaction, carbonation: S4). Therefore, calcium carbonate contained in concrete can be controlled by the amount of water or carbon dioxide added.
なお、第１の混合物を形成するために添加する水は段階的に添加してもよい。上述したように、セメントの重量に対して０％よりも大きく６０％以下、０％よりも大きく４０％以下、あるいは０％よりも大きく２０％以下の量の水が添加されるが、このうちの一部を用いて第１の混合物を形成し、引き続く二酸化炭素の添加後に残りの水を加えてもよい（Ｓ５）。水酸化カルシウムと二酸化炭素は１：１のモル比で反応するので、例えば、反応させる二酸化炭素に対して等モルの水酸化カルシムが生成するために必要な量の水を添加（一段階目の水の添加）して第１の混合物を形成し、残りの水を二酸化炭素の添加後、あるいは添加時に加えてもよい（二段階目の水の添加）。例えばポルトランドセメントを用いて二酸化炭素１ｋｇの全てを炭酸化に利用する場合には、約０．６３ｋｇの水を添加して第１の混合物を形成し、その後、残りの水を第２の混合物の形成後に添加する。この時、二段階目の水として炭酸水を用いてもよく、あるいは二段階目の水の添加の際に二酸化炭素をさらに追加的に加えてもよい。また、混和剤は一段階目の水の添加の際に添加してもよく、二段階目の水の添加の際に添加してもよい。 The water added to form the first mixture may be added stepwise. As described above, water is added in an amount of more than 0% and 60% or less, more than 0% and 40% or less, or more than 0% and 20% or less based on the weight of cement. May be used to form a first mixture, and the remaining water may be added after the subsequent addition of carbon dioxide (S5). Since calcium hydroxide and carbon dioxide react at a molar ratio of 1: 1, for example, an amount of water necessary to produce an equimolar calcium hydroxide with respect to the carbon dioxide to be reacted is added (first stage). (Water addition) to form a first mixture, and the remaining water may be added after or during the addition of carbon dioxide (second stage water addition). If, for example, Portland cement is used to utilize all of 1 kg of carbon dioxide for carbonation, about 0.63 kg of water is added to form a first mixture, and then the remaining water is combined with the second mixture. Add after formation. At this time, carbonated water may be used as the second stage water, or carbon dioxide may be additionally added at the time of the second stage water addition. The admixture may be added at the time of the first-stage water addition, or may be added at the second-stage water addition.
二酸化炭素は常温、常圧において気体として存在するため、条件によっては添加した二酸化炭素の一部、あるいは大部分は直ちに拡散する、あるいは昇華する。このため、添加した二酸化炭素の全てを炭酸化に利用することは事実上不可能である。そこで二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料を用いてもよい。多孔質材料は、セメントの水の非存在下における攪拌時（Ｓ１）、第１の混合物を形成する際（Ｓ２）のいずれかにおいて添加すればよい。その添加量は多孔質材料の二酸化炭素吸着量にも依存するが、例えば最終的に得られるコンクリートに対して１％以上３０％以下、０．１％以上１０％以下、１％以上１０％以下、あるいは１％以上５％以下となるように調整すればよい。上述したように、多孔質材料は酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、ランタノイド金属の酸化物、または炭素を含む無機化合物である。このため、最終的に得られるコンクリートにおいて骨材と同様の機能を発揮することができるため、コンクリートの機械的・物理的強度の向上に寄与する。 Since carbon dioxide exists as a gas at normal temperature and normal pressure, part or most of the added carbon dioxide is immediately diffused or sublimated depending on conditions. Therefore, it is practically impossible to utilize all of the added carbon dioxide for carbonation. Therefore, a porous material that reversibly adsorbs carbon dioxide may be used. The porous material may be added at the time of stirring the cement in the absence of water (S1) or at the time of forming the first mixture (S2). Although the amount of addition depends on the amount of carbon dioxide adsorbed by the porous material, for example, 1% or more and 30% or less, 0.1% or more and 10% or less, 1% or more and 10% or less based on the finally obtained concrete. Alternatively, it may be adjusted so as to be 1% or more and 5% or less. As described above, the porous material is silicon oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, aluminum silicate, an oxide of a lanthanoid metal, or an inorganic compound containing carbon. For this reason, the same function as the aggregate can be exhibited in the finally obtained concrete, which contributes to the improvement of the mechanical and physical strength of the concrete.
多孔質材料を添加することで、添加された二酸化炭素の一部が多孔質材料に吸着される。例えば一級アミノ基を有する有機基が表面に固定された多孔質材料を用いる場合には、アミノ基は二酸化炭素と反応してカルバメート基として存在する。カルバメート基は二酸化炭素を放出して可逆的にアミノ基に戻るので、このメカニズムに従って二酸化炭素は多孔質材料に可逆的に吸脱着される。したがって、二酸化炭素の添加が終了して二酸化炭素の濃度が低下すると、平衡により、吸着された二酸化炭素が徐放される。この時、多孔質材料は水やセメントと接した状態であるため、放出された二酸化炭素は水に含まれる水酸化カルシウムと速やかに反応して炭酸カルシウムを与える。このようなメカニズムが炭酸化に寄与するため、添加された二酸化炭素を有効に利用することができる。 By adding the porous material, a part of the added carbon dioxide is adsorbed on the porous material. For example, when a porous material having an organic group having a primary amino group fixed on its surface is used, the amino group reacts with carbon dioxide and exists as a carbamate group. Since the carbamate group releases carbon dioxide and reversibly returns to an amino group, carbon dioxide is reversibly adsorbed to and desorbed from the porous material according to this mechanism. Therefore, when the addition of carbon dioxide is completed and the concentration of carbon dioxide decreases, the adsorbed carbon dioxide is gradually released due to equilibrium. At this time, since the porous material is in contact with water or cement, the released carbon dioxide quickly reacts with calcium hydroxide contained in water to give calcium carbonate. Since such a mechanism contributes to carbonation, the added carbon dioxide can be effectively used.
多孔質材料を用いる場合、予め二酸化炭素が吸着した多孔質材料を用いてもよい。すなわち、別途二酸化炭素雰囲気下で処理し、表面にカルバメート基を有する多孔質材料をセメントの水の非存在下における攪拌時（Ｓ１）、あるいは第１の混合物を形成する際（Ｓ２）に添加してもよい。この場合も上述したメカニズムが働くため、効率よく二酸化炭素を利用することが可能となる。 When a porous material is used, a porous material in which carbon dioxide is previously adsorbed may be used. That is, the porous material having a carbamate group on the surface is separately treated in a carbon dioxide atmosphere, and added at the time of stirring the cement in the absence of water (S1) or at the time of forming the first mixture (S2). You may. Also in this case, the mechanism described above works, so that carbon dioxide can be used efficiently.
なお、二酸化炭素をミキサー１０４に添加した後、二酸化炭素が超臨界状態となるよう、ミキサー１０４を密閉、加熱してもよい。具体的には、ミキサー１０４内に二酸化炭素を導入した後、図示しないシャッターや開閉扉などを用いて開口１１６を塞いでミキサー１０４を密閉し、内部が３１．１℃以上の温度、７．３８Ｐａ以上の圧力になるよう、温度コントローラ１１２によってミキサー１０４を加熱してもよい。超臨界状態では二酸化炭素は非常に低い粘性を示し、物質内に容易に拡散する。このため、炭酸化が速やかに、かつ効率よく進行し、添加した水によって生成する水酸化カルシウムを効率よく炭酸カルシウムへ変換することができる。
After adding the carbon dioxide to the
この後、第２の混合物は鋳型へ移送される。鋳型内で水和がさらに進行するとともに流動性が大きく低下し、セメント水和物が硬化することでコンクリートが得られる（Ｓ６）。 After this, the second mixture is transferred to the mold. As the hydration further proceeds in the mold, the fluidity is greatly reduced, and the cement hydrate hardens to obtain concrete (S6).
本発明の実施形態では、コンクリートの製造中に二酸化炭素が添加されるため、コンクリート中に炭酸カルシウムが存在する。このため、コンクリートは高い機械的・物理的強度を有することができる。また、二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料を用いる場合、多孔質材料はコンクリート中で骨材としても機能するため、コンクリートの機械的・物理的強度の更なる向上に寄与する。 In embodiments of the present invention, calcium carbonate is present in the concrete because carbon dioxide is added during the production of the concrete. For this reason, concrete can have high mechanical and physical strength. Further, when a porous material that reversibly adsorbs carbon dioxide is used, the porous material also functions as an aggregate in the concrete, which contributes to further improvement in the mechanical and physical strength of the concrete.
また、セメント製造時に放出される二酸化炭素は、間接的に、セメントを用いて製造されるコンクリート内に固定化される。このため、本発明の実施形態であるコンクリートの製造方法は、二酸化炭素の削減と地球温暖化の抑制に寄与することができる。特に二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料を用いることで、より効率よく二酸化炭素の固定化を行うことができるため、本発明の実施形態は温室効果対策のための有効な手段であると言える。 Further, carbon dioxide released during the production of cement is indirectly fixed in concrete produced using cement. Therefore, the concrete manufacturing method according to the embodiment of the present invention can contribute to reduction of carbon dioxide and suppression of global warming. In particular, by using a porous material that reversibly adsorbs carbon dioxide, carbon dioxide can be immobilized more efficiently, and the embodiment of the present invention is an effective means for greenhouse effect countermeasures. I can say.
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 The embodiments described above as embodiments of the present invention can be implemented in appropriate combinations as long as they do not conflict with each other. Those in which a person skilled in the art appropriately adds, deletes or changes the design based on each embodiment are also included in the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention.
上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。 Naturally, the present invention is not limited to the effects and advantages that are different from the advantages provided by the above-described embodiments and that are obvious from the description of the present specification or can be easily predicted by those skilled in the art. It is understood that it is brought by.
１００：システム、１０２：タンク、１０４：ミキサー、１０６：導管、１０８：流量計、１１０：バルブ、１１２：温度コントローラ、１１４：導管、１１６：開口、１１８：シャッター 100: system, 102: tank, 104: mixer, 106: conduit, 108: flow meter, 110: valve, 112: temperature controller, 114: conduit, 116: opening, 118: shutter
Claims (18)
セメントと水を含む第１の混合物を形成すること、
前記第１の混合物に二酸化炭素を添加して第２の混合物を形成すること、および
前記第２の混合物を硬化することを含み、
前記水の重量は、前記コンクリートに残存する未水和セメントが０％以上５０％以下になるように調整される方法。 A method of producing concrete,
Forming a first mixture comprising cement and water;
Adding carbon dioxide to the first mixture to form a second mixture; and curing the second mixture;
A method in which the weight of the water is adjusted so that unhydrated cement remaining in the concrete is 0% or more and 50% or less.
炭酸カルシウムを含むコンクリートであり、
前記炭酸カルシウムの重量は、前記コンクリートの重量に対して０．１％以上５０％以下であるコンクリート。 Concrete containing hydrated cement and calcium carbonate,
Concrete in which the weight of the calcium carbonate is 0.1% or more and 50% or less based on the weight of the concrete.
前記未水和セメントの重量は、前記コンクリートの総重量に対して０％よりも大きく、かつ５０％以下である、請求項１１に記載のコンクリート。 Further comprising unhydrated cement,
12. The concrete of claim 11, wherein the weight of the unhydrated cement is greater than 0% and less than or equal to 50% based on the total weight of the concrete.
前記増粘剤の重量は、前記水和セメントの重量に対して０．１％以上２０％以下、あるいは１％以上１０％以下である、請求項１１に記載のコンクリート。 Further comprising a thickener,
The concrete according to claim 11, wherein the weight of the thickener is 0.1% or more and 20% or less, or 1% or more and 10% or less based on the weight of the hydrated cement.
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