JP4154359B2 - コンクリート - Google Patents
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Description
本発明は、構成材料に廃棄物や廃棄物を起源とする材料を多量に使用したコンクリートに関するものである。なお、本発明では、モルタルを含めてコンクリートという。
近年、資源の有効利用の観点から、種々の廃棄物がコンクリート用材料として利用されている。例えば、ゴミ焼却場、火力発電所、下水処理場等から排出する焼却灰を溶融して得られるスラグや、碍子屑、陶磁器廃材、廃レンガ、クリンカーアッシュを細骨材あるいは粗骨材として用いたコンクリートが知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２）。
コンクリート工学、Vol.34、No.2、72-79頁、(1996)
セメント・コンクリート論文集、No.52、274-278頁、(1998)
しかし、上記のように廃棄物を細骨材あるいは粗骨材として使用したコンクリートでは、砂、砂利等の通常の骨材を用いたコンクリートに比べて強度発現性が低下するという欠点があった。このように、廃棄物を使用したコンクリートでは、廃棄物の使用原単位の増加により、強度発現性の低下を生じる傾向が認められるため、廃棄物の使用量を増加することが困難であった。
本発明は、上記従来技術の問題点、知見に鑑みなされたものであって、その目的は、廃棄物や廃棄物を起源とする材料を多量に使用しながらも、強度発現性の低下が少ないコンクリートを提供することにある。
本発明者らは、廃棄物や廃棄物を起源とする材料を多量に使用しながらも、強度発現性の低下が少ないコンクリートについて鋭意研究した結果、特定の水硬率、ケイ酸率および鉄率を有する焼成物から製造される水硬性組成物を使用することにより、上記課題を解決することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。
即ち、本発明は、(A)水硬率が1.8〜2.3、ケイ酸率が1.3〜2.3、鉄率が1.3〜2.8である焼成物Ａの粉砕物100質量部に対して、(B)2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物Ｂの粉砕物10〜100質量部と、(C)石膏をSO 3 換算で1〜6質量部含む水硬性組成物を用いたコンクリートであって、該コンクリート中の骨材の一部または全部に廃棄物を用いたことを特徴とするコンクリートである（請求項１）。このような構成のコンクリートであれば、廃棄物を多量に使用しながらも、流動性や強度発現性の低下が少ないコンクリートとすることができる。
上記焼成物Ａ及び／又は焼成物Ｂは、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物とすることができる（請求項２）。焼成物Ａ及び／又は焼成物Ｂの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することにより、該焼成物自体も廃棄物を起源とする材料となり廃棄物の有効利用をより促進させることができる。
骨材として使用する廃棄物としては、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、建設廃材、コンクリート廃材から選ばれる一種以上のものが挙げられる（請求項３）。
上記焼成物Ａ及び／又は焼成物Ｂは、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物とすることができる（請求項２）。焼成物Ａ及び／又は焼成物Ｂの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することにより、該焼成物自体も廃棄物を起源とする材料となり廃棄物の有効利用をより促進させることができる。
骨材として使用する廃棄物としては、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、建設廃材、コンクリート廃材から選ばれる一種以上のものが挙げられる（請求項３）。
本発明においては、水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合は、SO3換算で30質量％以上であることが好ましい（請求項４）。半水石膏の割合を高めることによって、コンクリートの流動性の向上を図ることができる。また、発熱量を低減することもできる。
また、本発明においては、水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が、40質量％以上であることが好ましい（請求項５）。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合を高めることによって、コンクリートの流動性の向上を図ることができる。また、発熱量を低減することもできる。
また、本発明においては、水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が、40質量％以上であることが好ましい（請求項５）。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合を高めることによって、コンクリートの流動性の向上を図ることができる。また、発熱量を低減することもできる。
本発明のコンクリートは、強度発現性が良好であるので、廃棄物や廃棄物を起源とする材料を多量に用いることができ、産業廃棄物等の有効利用をより促進させることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で使用する焼成物Ａは、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8のものである。
焼成物Ａの水硬率（H.M.）が小さくなると、該焼成物中の3CaO・Al2O3(以降、C3Aと略す)と4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと略す)の含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物Ａの焼成も困難となる。一方、水硬率（H.M.）が大きくなると、焼成度の指標であるフリーライム(f.CaO)を十分低減できず、所用の性能の水硬性組成物が得られ難くなる。また、コンクリートの初期強度は向上するが長期強度の伸びが鈍化する傾向にある。そのため、水硬率（H.M.）は1.8〜2.3が好ましく、より好ましくは2.0〜2.2である。
焼成物Ａのケイ酸率（S.M.）が小さくなると、焼成物Ａ中のC3AとC4AFの含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物Ａの焼成も困難となる。一方、ケイ酸率（S.M.）が大きくなると、コンクリートの流動性面では好ましいが、C3AとC4AFの含有量が少なくなり、焼成物Ａの焼成が困難になる。そのため、ケイ酸率（S.M.）は1.3〜2.3が好ましい。
焼成物Ａの鉄率（I.M.）が小さくなると、コンクリートの流動性面では好ましいが、焼成物Ａの粉砕性が低下する。一方、鉄率（I.M.）が大きくなると、焼成物Ａ中のC3Aの含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。そのため、鉄率（I.M.）は1.3〜2.8が好ましい。
本発明で使用する焼成物Ａは、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8のものである。
焼成物Ａの水硬率（H.M.）が小さくなると、該焼成物中の3CaO・Al2O3(以降、C3Aと略す)と4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと略す)の含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物Ａの焼成も困難となる。一方、水硬率（H.M.）が大きくなると、焼成度の指標であるフリーライム(f.CaO)を十分低減できず、所用の性能の水硬性組成物が得られ難くなる。また、コンクリートの初期強度は向上するが長期強度の伸びが鈍化する傾向にある。そのため、水硬率（H.M.）は1.8〜2.3が好ましく、より好ましくは2.0〜2.2である。
焼成物Ａのケイ酸率（S.M.）が小さくなると、焼成物Ａ中のC3AとC4AFの含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物Ａの焼成も困難となる。一方、ケイ酸率（S.M.）が大きくなると、コンクリートの流動性面では好ましいが、C3AとC4AFの含有量が少なくなり、焼成物Ａの焼成が困難になる。そのため、ケイ酸率（S.M.）は1.3〜2.3が好ましい。
焼成物Ａの鉄率（I.M.）が小さくなると、コンクリートの流動性面では好ましいが、焼成物Ａの粉砕性が低下する。一方、鉄率（I.M.）が大きくなると、焼成物Ａ中のC3Aの含有量が多くなりコンクリートの流動性が低下する傾向にある。そのため、鉄率（I.M.）は1.3〜2.8が好ましい。
焼成物Ａの原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、すなわち石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
なお、本発明においては、焼成物Ａの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物Ａの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
なお、本発明においては、焼成物Ａの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物Ａの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
上記各原料を所定のH.M.、S.M.、I.M.となるように混合し、好ましくは1200〜1550℃で焼成することにより、焼成物Ａが製造される。より好ましい焼成温度は1350〜1450℃である。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
なお、本発明で使用する焼成物Ａにおいては、コンクリートの強度発現性、特に初期強度発現性を向上させる観点から、フリーライム量が0.5〜1.0質量％であることが好ましい。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
なお、本発明で使用する焼成物Ａにおいては、コンクリートの強度発現性、特に初期強度発現性を向上させる観点から、フリーライム量が0.5〜1.0質量％であることが好ましい。
本発明で使用する焼成物Ｂは、2CaO・SiO2(以降、C2Sと略す)100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2(以降、C2ASと略す)を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3(C3A)の含有量が20質量部以下のものである。C2AS含有量が、C2S100質量部に対して10質量部未満では、コンクリートの流動性が悪くなる。また、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量が低下しにくく、焼成物Ｂの焼成が困難となる。また、生成するC2Sが水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、コンクリートの強度発現性が低下することがある。一方、C2AS含有量が、C2S100質量部に対して100質量部を越えると、高温における融液が増加するため、焼成可能温度が狭まり焼成物Ｂの焼成が困難となる。また、焼成物Ｂ中のC2S量が少なくなるためコンクリートの強度発現性が低下する。
本発明の焼成物Ｂにおいては、C2S100質量部に対するC3Aの含有量が20質量部以下、好ましくは10質量部以下である。C3Aの含有量が20質量部を越えると、コンクリートの流動性が低下する。
焼成物Ｂの原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、すなわち石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
なお、本発明においては、焼成物Ｂの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物Ｂの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、石炭灰、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設廃材、コンクリート廃材等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
なお、本発明においては、焼成物Ｂの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物Ｂの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、石炭灰、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設廃材、コンクリート廃材等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
なお、焼成物Ｂの原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用した場合、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)が生成することがあるが、本発明の焼成物Ｂにおいては、C2ASの一部、好ましくはC2ASの70質量％以下がC4AFで置換されても良い。C4AFがこの範囲を越えて置換されると、焼成の温度範囲が狭くなり、焼成物Ｂの製造の管理が難しくなる。
焼成物Ｂの鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量（質量％）から、次式により求めることができる。
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
焼成物Ｂの焼成温度は、好ましくは1000〜1350℃で、より好ましくは1150〜1350℃である。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
本発明において、水硬性組成物中の焼成物Ｂの粉砕物の量は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、焼成物Ａの粉砕物100質量部に対して、10〜100質量部であることが好ましく、20〜60質量部であることがより好ましい。
石膏としては、ニ水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等を単独又は２種以上組み合わせて使用することができる。
本発明においては、水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合は、SO3換算で30質量％以上であることが好ましい。水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合をSO3換算で30質量％以上にすることにより、コンクリートの流動性の向上や、発熱量の低減等を図ることができる。２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏のより好ましい割合は、SO3換算で60質量％以上であり、特に好ましくは70質量％以上である。
本発明においては、水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合は、SO3換算で30質量％以上であることが好ましい。水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合をSO3換算で30質量％以上にすることにより、コンクリートの流動性の向上や、発熱量の低減等を図ることができる。２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏のより好ましい割合は、SO3換算で60質量％以上であり、特に好ましくは70質量％以上である。
また、本発明においては、水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が40質量％以上であることが好ましい。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合を40質量％以上にすることにより、コンクリートの流動性の向上や、発熱量の低減等を図ることができる。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3のより好ましい割合は、コンクリートの流動性向上や減水剤との相性等から、50〜95質量％であり、特に好ましくは60〜90質量％である。
なお、２水石膏・半水石膏の定量は、特開平6-242035号公報に記載される試料容器を使用した熱分析（熱重量測定等）により行うことができる。また、水硬性組成物中の全SO3量の定量は、化学分析により行うことができる。
なお、２水石膏・半水石膏の定量は、特開平6-242035号公報に記載される試料容器を使用した熱分析（熱重量測定等）により行うことができる。また、水硬性組成物中の全SO3量の定量は、化学分析により行うことができる。
水硬性組成物中の石膏量は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、焼成物Ａの粉砕物100質量部に対して、SO3換算で1〜6質量部であることが好ましく、2〜3.5質量部であることがより好ましい。
本発明の水硬性組成物の製造方法について説明する。
水硬性組成物の製造方法としては、例えば、
(1)焼成物Ａと焼成物Ｂと石膏を同時に粉砕する方法、
(2)焼成物Ａと焼成物Ｂを同時に粉砕し、該粉砕物に石膏を混合する方法、
(3)焼成物Ａと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物Ｂの粉砕物を混合する方法、
(4)焼成物Ｂと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物Ａの粉砕物を混合する方法、
(5)焼成物Ａ、焼成物Ｂを別々に粉砕し、該粉砕物と石膏を混合する方法、
等が挙げられる。
水硬性組成物の製造方法としては、例えば、
(1)焼成物Ａと焼成物Ｂと石膏を同時に粉砕する方法、
(2)焼成物Ａと焼成物Ｂを同時に粉砕し、該粉砕物に石膏を混合する方法、
(3)焼成物Ａと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物Ｂの粉砕物を混合する方法、
(4)焼成物Ｂと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物Ａの粉砕物を混合する方法、
(5)焼成物Ａ、焼成物Ｂを別々に粉砕し、該粉砕物と石膏を混合する方法、
等が挙げられる。
上記(1)の場合は、焼成物Ａと焼成物Ｂと石膏は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記(2)の場合は、焼成物Ａと焼成物Ｂは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、石膏としてはブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのものを使用するのが好ましく、3000〜4500cm2/gのものを使用するのがより好ましい。
上記(3)の場合は、焼成物Ａと石膏は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ｂは、水硬性組成物の水和熱や、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記(4)の場合は、焼成物Ｂと石膏は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ａは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記(5)の場合は、焼成物Ａは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ｂは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、石膏としてはブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのものを使用するのが好ましく、3000〜4500cm2/gのものを使用するのがより好ましい。
なお、本発明において、水硬性組成物のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4500cm2/gであることがより好ましい。
上記(2)の場合は、焼成物Ａと焼成物Ｂは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、石膏としてはブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのものを使用するのが好ましく、3000〜4500cm2/gのものを使用するのがより好ましい。
上記(3)の場合は、焼成物Ａと石膏は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ｂは、水硬性組成物の水和熱や、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記(4)の場合は、焼成物Ｂと石膏は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ａは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記(5)の場合は、焼成物Ａは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、焼成物Ｂは、コンクリートの流動性や強度発現性等から、ブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、石膏としてはブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのものを使用するのが好ましく、3000〜4500cm2/gのものを使用するのがより好ましい。
なお、本発明において、水硬性組成物のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4500cm2/gであることがより好ましい。
本発明のコンクリートは、上記水硬性組成物と、骨材とを含むものであって、骨材の一部または全部に廃棄物を使用したものである。
骨材として使用する廃棄物としては、例えば、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、建設廃材、コンクリート廃材等が挙げられ、これらを単独で用いても良いし、ニ種以上を組み合わせて用いても良い。
なお、溶融スラグは、冷却の方法によって水砕スラグと空冷スラグの２種があるが、本発明では両者とも使用可能である。
本発明においては、骨材は、その最大粒径が80mm以下であり、コンクリートの流動性や強度発現性等から、最大粒径が20mm以下であることが好ましい。骨材の最大粒径が80mmを越えると、コンクリートの流動性や強度発現性が低下するので好ましくない。
骨材として使用する廃棄物としては、例えば、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、建設廃材、コンクリート廃材等が挙げられ、これらを単独で用いても良いし、ニ種以上を組み合わせて用いても良い。
なお、溶融スラグは、冷却の方法によって水砕スラグと空冷スラグの２種があるが、本発明では両者とも使用可能である。
本発明においては、骨材は、その最大粒径が80mm以下であり、コンクリートの流動性や強度発現性等から、最大粒径が20mm以下であることが好ましい。骨材の最大粒径が80mmを越えると、コンクリートの流動性や強度発現性が低下するので好ましくない。
本発明のコンクリートにおいては、廃棄物の有効利用の促進や、コンクリートの作業性や強度発現性等から、骨材として用いる廃棄物は、コンクリートの全骨材中の5〜100質量％であることが好ましい。
なお、廃棄物以外の骨材としては、川砂、砕砂等の細骨材や、砂利、砕石等の粗骨材が挙げられる。
なお、廃棄物以外の骨材としては、川砂、砕砂等の細骨材や、砂利、砕石等の粗骨材が挙げられる。
本発明のコンクリートにおいては、水は、水道水やコンクリートスラッジからの回収水等を使用することができる。
なお、本発明においては、コンクリートの流動性や強度発現性等から、減水剤を使用することは差し支えない。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤も含む）等が挙げられる。
なお、減水剤は、液状又は粉末状どちらでも使用可能である。
なお、減水剤は、液状又は粉末状どちらでも使用可能である。
また、本発明においては、高炉スラグ粉末、石炭灰、鋳物粉末から選ばれる一種以上の混和材を用いることは、廃棄物の使用割合を高めることができるうえ、コンクリートの強度発現性も向上するので好ましいことである。
混和材のブレーン比表面積は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、1000〜10000cm2/gが好ましく、2000〜8000cm2/gがより好ましい。
混和材のブレーン比表面積は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、1000〜10000cm2/gが好ましく、2000〜8000cm2/gがより好ましい。
本発明のコンクリートの混練方法は、特に限定するものではなく、例えば、(1)各材料を一括してミキサに投入して１分以上混練する方法、(2)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１分以上混練する方法等で行うことができる。混練に用いるミキサは、特に限定するものではなく、パンタイプミキサ、二軸ミキサ等の慣用のミキサで混練すれば良い。
本発明のコンクリートの成形方法は、特に限定するものではなく、例えば、振動成形等を行えば良い。
また、養生条件も、特に限定するものではない。
本発明のコンクリートの成形方法は、特に限定するものではなく、例えば、振動成形等を行えば良い。
また、養生条件も、特に限定するものではない。
以下、実施例により本発明を説明する。
１．焼成物Ａの調製
原料として、下水汚泥、建設発生土と、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、水硬率（H.M.）が2.12、ケイ酸率（S.M.）が1.95、鉄率（I.M.）が1.89となるように原料を調合した。調合原料を小型ロータリーキルンで1400〜1450℃で焼成し、焼成物Ａを調製した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。
使用した下水汚泥、建設発生土の化学組成（質量％）は、表１に示すとおりである。
なお、焼成物Ａ中のフリーライム量は0.7質量％であった。
１．焼成物Ａの調製
原料として、下水汚泥、建設発生土と、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、水硬率（H.M.）が2.12、ケイ酸率（S.M.）が1.95、鉄率（I.M.）が1.89となるように原料を調合した。調合原料を小型ロータリーキルンで1400〜1450℃で焼成し、焼成物Ａを調製した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。
使用した下水汚泥、建設発生土の化学組成（質量％）は、表１に示すとおりである。
なお、焼成物Ａ中のフリーライム量は0.7質量％であった。
２．焼成物Ａと石膏の同時粉砕物の製造
上記焼成物Ａに排脱ニ水石膏（住友金属社製）を添加し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3300cm2/gとなるように同時粉砕した。なお、排脱ニ水石膏は、焼成物Ａの粉砕物と焼成物Ｂの粉砕物の合計量100質量部に対して、SO3量が2質量部となるように添加した。
上記焼成物Ａに排脱ニ水石膏（住友金属社製）を添加し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3300cm2/gとなるように同時粉砕した。なお、排脱ニ水石膏は、焼成物Ａの粉砕物と焼成物Ｂの粉砕物の合計量100質量部に対して、SO3量が2質量部となるように添加した。
３．焼成物Ｂの粉砕物の製造
原料として、石灰石、下水汚泥を使用して、表２に示す組成で調合し、小型ロータリーキルンで表１に示す温度で焼成した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。焼成後、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250cm2/gとなるように粉砕した。
原料として、石灰石、下水汚泥を使用して、表２に示す組成で調合し、小型ロータリーキルンで表１に示す温度で焼成した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。焼成後、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250cm2/gとなるように粉砕した。
４．コンクリート用材料
上記焼成物以外の材料を以下に示す。
細骨材；下水汚泥溶融スラグ（最大粒径5mm以下、粗粒率3.18）
粗骨材；砕石2005
水；水道水
減水剤；リグニンポリオール系ＡＥ減水剤(「ポゾリスNo.70N」)
上記焼成物以外の材料を以下に示す。
細骨材；下水汚泥溶融スラグ（最大粒径5mm以下、粗粒率3.18）
粗骨材；砕石2005
水；水道水
減水剤；リグニンポリオール系ＡＥ減水剤(「ポゾリスNo.70N」)
４．コンクリートの製造および評価
焼成物Ａと石膏の同時粉砕物、焼成物Ｂの粉砕物、細骨材、粗骨材、水および減水剤を表３に示す配合で混練し、コンクリートを製造した（スランプ17cm程度）。得られたコンクリートについて、圧縮強度（３日、７日および28日）を「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
その結果を表４に示す。
焼成物Ａと石膏の同時粉砕物、焼成物Ｂの粉砕物、細骨材、粗骨材、水および減水剤を表３に示す配合で混練し、コンクリートを製造した（スランプ17cm程度）。得られたコンクリートについて、圧縮強度（３日、７日および28日）を「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
その結果を表４に示す。
表４より、本発明で規定するコンクリートでは、廃棄物や廃棄物を起源とする材料を多量に使用しているにもかかわらず強度発現性が良好であることが分かる。
８．水硬性組成物の製造
上記焼成物Ａ100質量部に対して、上記焼成物Ｂを30質量部、排脱ニ水石膏（住友金属社製）及び前記排脱ニ水石膏を140℃で加熱して得た半水石膏を表５に示す量添加し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm2/gとなるように同時粉砕して水硬性組成物を製造した。
上記焼成物Ａ100質量部に対して、上記焼成物Ｂを30質量部、排脱ニ水石膏（住友金属社製）及び前記排脱ニ水石膏を140℃で加熱して得た半水石膏を表５に示す量添加し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm2/gとなるように同時粉砕して水硬性組成物を製造した。
９．評価
表５の水硬性組成物および上記各材料を用いてコンクリートを製造した。得られたコンクリートについて、スランプを「JIS A 1101（コンクリートのスランプ試験方法）」に準じて、圧縮強度（７日および28日）を「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
その結果を表６に示す。
なお、コンクリートの配合は、水硬性組成物の単位量３８０（kg/m3）、細骨材量８５０（kg/m3）、粗骨材量９９４（kg/m3）、水量１７１（kg/m3）、減水剤量０．９５（kg/m3）とした。
表５の水硬性組成物および上記各材料を用いてコンクリートを製造した。得られたコンクリートについて、スランプを「JIS A 1101（コンクリートのスランプ試験方法）」に準じて、圧縮強度（７日および28日）を「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
その結果を表６に示す。
なお、コンクリートの配合は、水硬性組成物の単位量３８０（kg/m3）、細骨材量８５０（kg/m3）、粗骨材量９９４（kg/m3）、水量１７１（kg/m3）、減水剤量０．９５（kg/m3）とした。
表６より、２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合が高いほど、コンクリートの流動性が向上することが分かる。
Claims (5)
- (A)水硬率が1.8〜2.3、ケイ酸率が1.3〜2.3、鉄率が1.3〜2.8である焼成物Ａの粉砕物100質量部に対して、(B)2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物Ｂの粉砕物10〜100質量部と、(C)石膏をSO 3 換算で1〜6質量部含む水硬性組成物を用いたコンクリートであって、
該コンクリート中の骨材の一部または全部に廃棄物を用いたことを特徴とするコンクリート。 - 焼成物Ａ及び／又は焼成物Ｂが、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物である請求項１に記載のコンクリート。
- 骨材として使用する廃棄物が、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、建設廃材、コンクリート廃材から選ばれる一種以上である請求項１又は２に記載のコンクリート。
- 水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合が、SO3換算で30質量％以上である請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート。
- 水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が、40質量％以上である請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート。
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