JP3976453B2 - 低環境負荷型高強度コンクリート - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用される低環境負荷型高強度コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリートに要求される性能は多様化し、中でもコンクリートの高強度化に関するニーズは益々高まってきている。
一方、環境問題が顕在化してきており、例えば、1997年12月に気候変動枠組条約・第三回締約国会議が京都で開かれ、先進国の温室効果ガス排出量について、法的拘束力のある削減目標を規定した京都議定書が採択された。これに伴い、各産業において二酸化炭素排出量の削減が必要になってきているが、全産業の二酸化炭素排出量に対する土木・建設業の占める割合は極めて大きく、要求性能を満足しつつ、環境負荷の小さなコンクリートの開発が切望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高性能コンクリート、特に高強度コンクリートは、製造の際に二酸化炭素排出量が大きいセメントを多量に使用するため、環境負荷の大きいコンクリートであった。又、産業副産物をリサイクルすることは、我が国のように資源の少ない国では、資源の有効利用にもつながり、極めて重要である。
本発明者らは、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定の産業副産物を配合したコンクリートにおいて、高強度で二酸化炭素排出量の小さな低環境負荷型高強度コンクリートとなるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、低熱ポルトランドセメントと、ｐＨが4.5以下の産業副産物として発生する無水セッコウとを配合し、炭素排出量の原単位が85kgC/m３以下である低環境負荷型高強度コンクリートであり、更に産業副産物として発生するシリカ質微粉末を配合してなる該低環境負荷型高強度コンクリートであり、単位セメント量が350kg/m３以下であることを特徴とする該低環境負荷型高強度コンクリートであり、ｐＨが 4.5 以下の産業副産物として発生する無水セッコウの単位量が 10 〜 50kg/m ３ である該低環境負荷型高強度コンクリートであり、ｐＨが 4.5 以下の産業副産物として発生する無水セッコウと産業副産物として発生するシリカ質微粉末の合計の単位量が 10 〜 100kg/m ３ である該低環境負荷型高強度コンクリートであり、水／セメント比が35％以上である該低環境負荷型高強度コンクリートであり、断熱温度上昇量が40℃以下である該低環境負荷型高強度コンクリートである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００６】
本発明のコンクリートの炭素排出量の原単位とは、１ｍ3のコンクリートを製造する際に排出される炭素重量を意味し、その単位は（kgC/m3）で表す。コンクリートの炭素排出量の原単位とは、コンクリートを製造する際に使用される材料、即ち、セメント、砂、砂利、混和剤（材）等の炭素排出量の原単位を用い、コンクリート配合から算出する。各材料の炭素排出量の原単位は、LCA（ライフサイクルアセスメント）手法によって算出され定められている。ここで、LCA手法とは、材料を製造する際に、原料の調達、運搬、製造、消費、廃棄に至るまでのライフサイクルにおいて発生する、二酸化炭素の排出量を炭素排出量として表す手法である。土木・建設業で用いられる材料の炭素排出量の原単位は、例えば、（社）土木学会、（社）空衛建築学会、建設省建築研究所、建設省土木研究所等の各学術団体や研究機関によって提案されている。具体例としては、例えば、（社）土木学会地球環境委員会LCA小委員会推奨値によると、普通ポルトランドセメントの炭素排出量の原単位は0.228kgC/kgであり、高炉セメントは0.135kgC/kgであり、砂は0.00154kgC/kg、砂利は砕石の場合は0.00189kgC/kg、採石の場合は0.00154kgC/kgと定められている。低熱ポルトランドセメントの炭素排出量の原単位については、明確に示されているものはないが、原料の石灰石（炭酸カルシウム）の配合量がほぼ同等であることや焼成、粉砕のプロセスが同じであることから、普通ポルトランドセメントの値を適用することができる。又、産業副産物をリサイクルした場合の炭素排出量は、零と見なされるので、産業副産物を利用することが極めて重要である。
【０００７】
本発明の低環境負荷型高強度コンクリートは、材齢91日の圧縮強度が60N/mm2以上であると共に、前記の（社）土木学会地球環境委員会LCA小委員会推奨値に基づいて算出した炭素排出量の原単位が85kgC/m3以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の産業副産物として発生する無水セッコウは、JIS R 9101に準じて測定したｐＨが4.5以下であることが好ましく、ｐＨが4.5を超えると良好な強度発現性が得られない。セッコウは二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウに大別されるが、本発明では無水セッコウが好ましく、二水セッコウや半水セッコウでは良好な強度発現性は得られない。無水セッコウには、フッ酸製造時に副生する無水セッコウや天然に産出する無水セッコウ等があるが、環境負荷低減のため、産業副産物として発生する無水セッコウを使用することが好ましい。天然無水セッコウは、ｐＨが4.5を超え、炭素排出量も産業副産物の無水セッコウより大きく、本発明の低環境負荷型高強度コンクリートは得られない。
【０００９】
本発明の産業副産物の無水セッコウの粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で3000〜10000cm2/gが好ましく、4000〜9000cm2/gがより好ましい。3000cm2/g未満では強度発現性が充分でなく、10000cm2/gを超えても更なる効果の増進が期待できない。又、強度発現性の面から、無水セッコウの平均粒径は、10μｍ以下が好ましい。
【００１０】
本発明の産業副産物の無水セッコウの配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、コンクリート配合において10〜50kg/m3の範囲が好ましく、20〜40kg/m3がより好ましい。10kg/m3未満では、強度発現性が充分でなく、50kg/m3を超えて配合しても更なる強度の増進が期待できない。
【００１１】
本発明の産業副産物の無水セッコウに、更に産業副産物として発生するシリカ質微粉末を併用することが強度発現性の面から好ましい。産業副産物として発生するシリカ質微粉末は、特に限定されるものではないが、具体例としては、シリカフュームや溶融シリカを製造する際に発生するシリカダスト、或いは高炉スラグやフライアッシュ等が挙げられる。
【００１２】
本発明の産業副産物のシリカ質微粉末の配合割合については、特に限定されるものではないが、通常、コンクリート配合において無水セッコウとシリカ質微粉末を合わせ、10〜100kg/m3の範囲で配合することが好ましい。10kg/m3未満では、強度発現性が充分でなく、100kg/m3を超えて配合しても更なる強度の増進が期待できない。
【００１３】
本発明の低環境負荷型高強度コンクリートの水／セメント比(W/C)は、35％以上が好ましい。35％未満では、フレッシュコンクリートの作業性が著しく悪くなったり、プラスチックひび割れや硬化後の自己収縮によるひび割れが発生し易くなる。
【００１４】
本発明の低環境負荷型高強度コンクリートの単位セメント量は、350kg/m3以下が好ましい。単位セメント量が350kg/m3を超えると、コンクリートの炭素排出量の原単位が大きくなったり、水和発熱量が多くなりコンクリートに熱ひび割れが発生し易くなる。
【００１５】
本発明の低環境負荷型高強度コンクリートの断熱温度上昇量は、40℃以下であることが好ましい。断熱温度上昇量が40℃を超えると、水和発熱によりコンクリートに熱ひび割れが発生し易くなる。
【００１６】
本発明では、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、セメント膨張材、ベントナイト等の粘土鉱物及びハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、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。
【００１７】
本発明において、コンクリートの混練り方法については、特に限定されるものではなく、それぞれの材料を混練り時に混合しても良いし、予めその一部、或いは全部を混合しておいても差し支えない。混練り装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、二軸強制ミキサー、パン型強制ミキサー、遊星型ミキサー、傾胴型ミキサー、オムニミキサー等が挙げられる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
混和材として使用した、各種セッコウのｐＨを測定した。その結果を表１に示す。又、LCA手法により混和材の炭素排出量の原単位を算出した。但し、産業副産物を使用する場合には、粉砕時に消費した動力より、材料の炭素排出量の原単位を算出した。
【００２０】
＜使用材料＞
混和材ａ：フッ酸製造時に副生する無水セッコウ、比重2.96。ブレーン比表面積5000cm2/gに粉砕、平均粒径10μｍ。粉砕時の動力0.06kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.008kgC/kg。
混和材ｂ：フッ酸製造時に副生する無水セッコウ、比重2.95。ブレーン比表面積5000cm2/gに粉砕、平均粒径8μｍ。粉砕時の動力0.07kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.009kgC/kg。
混和材ｃ：天然無水セッコウ、比重2.96。ブレーン比表面積5000cm2/gに粉砕、平均粒径18μｍ。粉砕時の動力0.17kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.022kgC/kg。
混和材ｄ：天然二水セッコウを約130℃で加熱し半水セッコウとしたもの。比重2.65。ブレーン比表面積5000cm2/gに粉砕、平均粒径12μｍ。加熱時の動力0.15kwhr/kg。粉砕時の動力0.10kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.032kgC/kg。
混和材ｅ：排煙脱硫二水セッコウ、比重2.32。ブレーン比表面積5000cm2/gに粉砕、平均粒径11μｍ。粉砕時の動力0.06kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.008kgC/kg。
＜測定方法＞
比重、ブレーン比表面積：JIS R 5201に準じて測定
平均粒径：レーザ式粒度分布測定装置により測定
ｐＨ：JIS R 9101に準じて測定
【００２１】
【表１】
Figure 0003976453
【００２２】
本発明で使用する産業副産物の無水セッコウのｐＨは、4.5以下であり、天然無水セッコウ、半水セッコウ及び二水セッコウのｐＨは、何れも4.5を超えている。
【００２３】
表２に示す配合のコンクリートを調製し、コンクリートのスランプが18±1.5cmとなるように高性能減水剤を添加し、空気量3.0±1.5%とした。コンクリート物性は、材齢91日における圧縮強度と断熱温度上昇量を測定した。コンクリートの炭素排出量の原単位は、LCA手法により算出した。但し、各材料の炭素排出量の原単位は、土木学会地球環境委員会LCA小委員会推奨値を用いた。又、産業副産物を使用する場合には、粉砕時に消費した動力より、材料の炭素排出量の原単位を算出した。その結果を表２に示す。
【００２４】
＜使用材料＞
シリカ質微粉末Ａ：シリカフューム、産業副産物としてのシリカ質微粉末、比重2.20。ブレーン比表面積200000cm2/g、平均粒径0.2μｍ。
混和材ｆ：混和材ｂ50重量部とシリカ質微粉末Ａ50重量部をブレーン比表面積9000cm2/gに混合粉砕したもの、比重2.58。粉砕時の動力0.08kwhr/kg。動力の炭素排出量の原単位0.129kgC/kwhrより算出した炭素排出量の原単位0.010kgC/kg。
セメント(C)：市販低熱ポルトランドセメント、比重3.20。炭素排出量の原単位0.228kgC/kg。
水(W)：水道水
砂(S)：新潟県姫川産、比重2.62。炭素排出量の原単位0.00154kgC/kg。
砂利(G)：新潟県姫川産、比重2.64。炭素排出量の原単位0.00189kgC/kg。
高性能減水剤：ポリカルボン酸系市販品
＜測定方法＞
圧縮強度：JIS A 1108、JIS A 1132、JIS A 1138に準じて測定。
断熱温度上昇量：東京理工（株）社製の断熱温度上昇量測定装置を用いて、打設温度20℃の条件で測定。
【００２５】
【表２】
Figure 0003976453
【００２６】
本発明の低環境負荷型高強度コンクリートは、何れも炭素排出量原単位が小さく（85kgC/m3以下）、圧縮強度が高く（60N/mm2以上）、断熱温度上昇量が小さい（40℃以下）ことが示されている。一方、本発明の産業副産物の無水セッコウを配合していない比較例では、何れも本発明の低環境負荷型高強度コンクリートよりも炭素排出量原単位や断熱温度上昇量が大きいか、圧縮強度が低い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、炭素排出量原単位が小さく、圧縮強度が高く、水和発熱量が小さい等の効果を奏し、環境問題に大きく貢献する低環境負荷型高強度コンクリートを作製することができる。

Claims (7)

  1. 低熱ポルトランドセメントと、ｐＨが4.5以下の産業副産物として発生する無水セッコウとを配合し、炭素排出量の原単位が85kgC/m３以下であることを特徴とする低環境負荷型高強度コンクリート。
  2. 更に産業副産物として発生するシリカ質微粉末を配合してなることを特徴とする請求項１記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
  3. 単位セメント量が350kg/m３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
  4. ｐＨが 4.5 以下の産業副産物として発生する無水セッコウの単位量が 10 〜 50kg/m ３ であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
  5. ｐＨが 4.5 以下の産業副産物として発生する無水セッコウと産業副産物として発生するシリカ質微粉末の合計の単位量が 10 〜 100kg/m ３ であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
  6. 水／セメント比が35％以上であることを特徴とする請求項１〜５うちのいずれか１項に記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
  7. 断熱温度上昇量が40℃以下であることを特徴とする請求項１〜６うちのいずれか１項に記載の低環境負荷型高強度コンクリート。
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