JP3864762B2 - コンクリート組成物およびモルタル組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未焼成石炭灰造粒物を細骨材の成分の一つとして含むことを特徴とするコンクリート組成物およびモルタル組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業副産物として夥しい量が発生する石炭灰については、約７０％は有効利用されているが、残りは埋立処理が為され、最終処分可能な土地の減少と共にその処理は深刻な問題となっている。埋立に代わる方法として、資源それも大量消費が見込める建設資材用材料としての有効利用を図る方法が多数開示されている。しかし、そのほとんどは高温下での焼成・発泡工程を経て製造される人工軽量骨材として、或いは造粒物を焼成して一般の骨材として又は未燃カーボン量を低減した無機混和材として使用することに関するものである。この方法は、石炭灰の利用を図る有用な方法の一つであるけれども、高温下における焼成を必要とすることからエネルギー多消費型の方法であるという問題がある。
それに対し、高温下での焼成用エネルギーを必要としない造粒のみによる未焼成人工骨材または人工砂の製造、利用に関する開示技術は少ない。石炭灰を利用した未焼成人工骨材または人工砂造粒砂については、例えば、特開２０００−１５４５２６号、特開平１１−１３０４９４号、特開平１１−２６３６５８号の各公報に示される、造粒方法、製造方法に関する技術がほとんどであり、造粒物の用途については例えば特開２００１−９００１２号公報に示される様な舗装材等に適用する利用技術が散見されるものの、コンクリート用またはモルタル用細骨材としての利用技術は、従来、見当たらない。
【０００３】
石炭灰を混和材として粉体でコンクリートに添加した場合、同一スランプ値を維持するためには単位水量を大きくする必要が在るが、単位水量の増加はコンクリート耐久性の低下に繋がり、さらに石炭灰量が多くなると粘性が高くなってしまい扱い難くなり、また、石炭灰に含まれる未燃カーボンがＡＥ剤を吸着するので、所定の空気量を確保するためには添加量を増やさざるを得ない問題が生じ、コストアップにつながる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、未焼成の石炭灰造粒物が添加されているにも係らず、単位水量の増加を必要とせず、且つ高価な補助ＡＥ剤添加量を大幅に増やす必要の無いコンクリートを与えるコンクリート組成物およびモルタル組成物の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、石炭灰を未焼成造粒物の形態で細骨材の一部として添加したコンクリート及びモルタルが、単位水量の増加を伴わず、一般の細骨材を使用した場合と同等の硬化体を与える事を見出し、本発明を完成した。すなわち、本願の第１発明は、石炭灰５０〜９５質量部、セメント２〜２５質量部及び無機質微粒子３〜４５質量部を混合し、水を加え造粒し、養生し、平均粒径が０．５〜１ｍｍである未焼成石炭灰造粒物を製造する工程と、未焼成石炭灰造粒物５０容量部以下と残余が砂からなる細骨材と、セメントと、粗骨材と、ＡＥ減水剤と、補助ＡＥ剤と、水とをミキサで混合する工程を含むコンクリート組成物の製造方法に関する。また、本願の第２発明は、第１発明における無機質微粒子が、セメントクリンカーダスト又は海水からのマグネシア製造工程から副産物として排出されるハイドロ残渣であるコンクリート組成物の製造方法に関する。更に、本願の第３及び第４発明は、上記第１及び第２発明における適用対象をコンクリート組成物の製造方法から夫々モルタル組成物の製造方法に変えた発明に関するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で細骨材の一部を置換して使用されるのは、石炭灰を主成分とした未焼成造粒物である。石炭灰は、微粉炭燃焼ボイラーの集塵機で補集される平均粒径１０〜４０μｍ程度のフライアッシュであるが、造粒に当たっては、糊材等種々の添加物を加えて造粒するのが好ましい。
最も好ましい添加物はセメントである。セメントは、成分であると共に糊材として働くが、一般的に使用されている普通ポルトランドセメントまたは高炉セメントＢ種などを好適に用いることができる。
造粒に当たっては、無機質微粒子を造粒助剤として添加するのが好ましい。無機質微粒子は、平均粒径が１０μｍ以下のものが望ましく、例えば、セメントキルンダストや、マグネシア製造工程から副産物として排出されるハイドロ残渣を好適に用いることができる。
なお、ハイドロ残渣は、海水に水酸化カルシウムを加えてドロマイトを得る際に副生するＣａＣＯ₃（アラゴナイト）及びＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とする無機物である。
【０００７】
各成分の好ましい配合割合は、石炭灰５０〜９５質量部、セメント２〜２５質量部、無機質微粒子３〜４５質量部である。
石炭灰、セメントおよび無機質微粒子は、Ｖ字混合器、リボンミキサー等、粉体の乾式混合に一般的に用いられる混合器で混合したものに適量の水を加えた後、転動造粒機や攪拌造粒機等、一般的な造粒機を使用して造粒することが出来る。円錐型スクリュー混合機の利用は、石炭灰、セメントおよび無機質微粒子等の固形原料および水の投入から造粒物の排出までの一連の操作の自動化が可能であるだけでなく、粒度分布の広いものが得られることから、好ましい方法である。
【０００８】
造粒物は、存在質量で比較した平均粒径が０．５〜１ｍｍのものの使用が好ましい。また、粒径が０．１５ｍｍより小さなもの及び５ｍｍより大きなものの存在量が夫々２０質量％以下及び５質量％以下であることが好ましい。
本発明では、この造粒物を以後、造粒砂と呼ぶことにする。
【０００９】
本発明では、コンクリートまたはモルタルを構成する細骨材容量の５０％以下を同体積の前記造粒砂で置き換えることを特徴とする。造粒砂による置換率が高すぎると、単位水量の増加が無視できなくなり、高価なＡＥ剤の添加量の増大に繋がる。一方、少量でも造粒砂の添加効果は発現するが、経済的な面および石炭灰の有効利用の面からは１０容量％以上の置換率とするのが好ましい。
【００１０】
本発明において、細骨材の一部を造粒砂で置換した以外は一般のコンクリート組成物、モルタル組成物と同様であり、コンクリートまたはモルタルの調製は一般のコンクリート、モルタルと同様に行うことが出来る。すなわち、使用目的に合わせスランプ、空気量、水セメント比、細骨材率を設定し、該設定値を満たす様に所定量のセメント、細骨材、造粒砂、粗骨材及び減水剤を混合し、更には必要に応じて分散剤、充填材、消泡剤等の一般的に用いられる混和剤の一般的量を添加したものに所定の水セメント比になる様に水を加えたものを混練して製造することが出来る。混合方法、混練方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法が何等問題なく使用できる。
混練後のコンクリートまたはモルタルは、レディミクストコンクリート、一般的な流し込み二次製品、インターロッキングブロックおよび建築用ブロックなどの即時脱型製品、厚型スレートなどの脱水プレス成形製品など、型枠に充填し、脱型、養生を経る一般的な製法でコンクリート二次製品を得ることが出来る。
以下では、具体的例を示し、本発明を更に詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
（１）造粒砂
所定量の石炭灰及び所定量のポルトランドセメントを円錐形スクリュー混合機（有効容積１００ｌ、公転４ｒｐｍ、自転２７ｒｐｍ）で１０分間混合した後、所定量の水を加え、造粒を行った。水混合後４０分間攪拌・混合を継続し、造粒物を得た。造粒物は、室温で７日間養生し、造粒砂を得た。
原料配合比及び得られた造粒砂の特性を表１に示す。
【００１２】
（２）コンクリートの調製、評価
▲１▼コンクリートの調製には次の原料を使用した。
・セメント：普通ポルトランドセメント
・細骨材：福岡県博多産海砂 密度：２．５９ｇ／ｃｍ³
・粗骨材：山口県産砕石２００５、密度：２．７０ｇ／ｃｍ³（即時脱型用コンクリートの場合 １００５）
・ＡＥ減水剤：エヌ・エム・ビー製 ポゾリスＮｏ．７０
補助ＡＥ減水剤：エヌ・エム・ビー製 マイクロエア３０３（即時脱型用コンクリートの場合 マイクロエア１０１）
【００１３】
▲２▼所定量のセメント、細骨材、造粒砂、フライアッシュ、粗骨材、ＡＥ減水剤、補助ＡＥ減水剤をパン型強制練りミキサで９０秒間混合し、コンクリートを得た。コンクリートは、水セメント比が５０％以上であり、且つスランプ及び空気量の目標値がそれぞれ１５ｃｍ及び４．５０％の普通コンクリート、及び、水セメント比が３２％であり、目標充填率が９０％以上の即時脱型用コンクリートの２種に大別できる。
【００１４】
▲３▼得られたコンクリートについては、硬化体を作製し、その評価を行った。
・普通コンクリート：径１０×長さ２０ｃｍの円柱供試体にて材齢２８日圧縮強度を測定
・即時脱型用コンクリート：１０×２０×７．５ｃｍのＩＬＢ試験体にて材齢７日および２８日曲げ強度を測定
強度測定結果を表２、３に示す。また、普通コンクリートについては、造粒砂添加量とコンクリート単位水量、補助ＡＥ剤必要量及び硬化体圧縮強度の関係を図１〜３に示す。即時脱型用コンクリートについては、造粒砂添加量と硬化体曲げ強度の関係を図４に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
【表３】

【００１８】
普通コンクリートにおいては、造粒砂添加量の増大と共にコンクリート単位水量は増加するが、増加率は未成形フライアッシュ添加に比して小さく、容積で細骨材の５０％置換では、コンクリート単位水量は、コンクリート学協会が定める基準値以下である。
また、補助ＡＥ剤使用量は、造粒砂添加量に殆ど依存せず、未成形フライアッシュ添加の場合の１／１０以下の低量で十分である。
更に、硬化体の圧縮強度は、未成形フライアッシュ添加の場合と異なり添加量に伴って向上する事はないものの、造粒砂添加によって低下する割合は小さく、細骨材代替品として十分使用可能なことが分かる。
【００１９】
一方、造粒砂を即時脱型コンクリートとして使用した場合における単位水量は、造粒砂による細骨材の置換率が高くなってもほとんど変化しないため、成形性や脱型直後の塑性変形への影響は小さく、この場合も細骨材代替品として使用可能なことが分かる。
造粒砂添加量２１５ｋｇ／ｍ³以下、細骨材容積置換率２０％以下であれば、二次製品の曲げ強度は基準値４．９Ｎ／ｍｍ²を上回り、実用可能なブロックが得られることが分かる。
また、造粒砂５００ｋｇ／ｍ³、容積置換率５０％程度でも、曲げ強度４．５Ｎ／ｍｍ²が得られており、公園や歩道等の負荷される荷重が小さい個所用途の製品には十分に適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のコンクリート及びモルタルは、石炭灰の未焼成造粒物を細骨材代替品として使用する事を可能にした。処理が問題となっている石炭灰の再利用法を提供すると共に天然細骨材枯渇問題の緩和にも役立つ。また、造粒物製造に焼成を要しないことから、製造の際の環境負荷を低減できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】造粒砂添加量とコンクリート単位水量間の関係を示す図である。
【図２】造粒砂添加量と補助ＡＥ剤必要量の関係を示す図である。
【図３】造粒砂添加量と普通コンクリート二次製品の圧縮強度間の関係を示す図である。
【図４】造粒砂添加量と即時脱型コンクリート二次製品の曲げ強度の関係を示す図である。

Claims (4)

1. 石炭灰５０〜９５質量部、セメント２〜２５質量部及び無機質微粒子３〜４５質量部を混合し、水を加え造粒し、養生し、平均粒径が０．５〜１ｍｍである未焼成石炭灰造粒物を製造する工程と、
   前記未焼成石炭灰造粒物５０容量部以下と残余が砂からなる細骨材と、
   セメントと、粗骨材と、ＡＥ減水剤と、補助ＡＥ剤と、水とをミキサで混合する工程を含むことを特徴とするコンクリート組成物の製造方法。
2. 前記無機質微粒子が、セメントクリンカーダスト又は海水からのマグネシア製造工程から副産物として排出されるハイドロ残渣であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート組成物の製造方法。
3. 石炭灰５０〜９５質量部、セメント２〜２５質量部及び無機質微粒子３〜４５質量部を混合し、水を加え造粒し、養生し、平均粒径が０．５〜１ｍｍである未焼成石炭灰造粒物を製造する工程と、
   前記未焼成石炭灰造粒物５０容量部以下と残余が砂からなる細骨材と、
   セメントと、ＡＥ減水剤と、補助ＡＥ剤と、水とをミキサで混合する工程を含むことを特徴とするモルタル組成物の製造方法。
4. 前記無機質微粒子が、セメントクリンカーダスト又は海水からのマグネシア製造工程から副産物として排出されるハイドロ残渣であることを特徴とする請求項３に記載のモルタル組成物の製造方法。

Images