JP4411159B2 - 貝殻を利用したポーラスコンクリート成形体、護岸用ポーラスコンクリートブロック及び人工漁礁用ポーラスコンクリートブロック - Google Patents

Description

本発明は、貝殻を利用したポーラスコンクリート成形体、護岸用ポーラスコンクリートブロック及び人工漁礁用ポーラスコンクリートブロックに関し、特に産業廃棄物である貝殻を利用した大きな貫通空隙を有するポーラスコンクリート成形体、護岸用ポーラスコンクリートブロック及び人工漁礁用ポーラスコンクリートブロックに関する。

産業廃棄物として年間１００万立方メートル以上も多量に廃棄されているカキ、ホタテ、アコヤ貝等の貝殻は、一部が飼料や肥料の添加材あるいは工業用原料として利用されているものの、その絶対量は少なく、殆どが放置されたままになっているか埋め立て処分されてしまっている。このような貝殻を単純に産業廃棄物にしてしまわないで、有効利用して環境を保全させるような処分方法を実現することは切実な地域的課題である。
出願人は、先に貝殻を利用したポーラスコンクリートとその成形体及び護岸用ポーラスコンクリートブロックに関する発明について報告している（特許文献1及び特許文献２参照。）。これらの発明でのポーラスコンクリート成形体、ポーラスコンクリートブロックの空隙率は３０〜６０％であった。ポーラスコンクリート体が植物の生育に必要な条件を満たすのは、空隙率が２１％以上になる場合であり、先の発明は一応この条件を満たすものである。しかし、植物の育成に良好な植生基盤を作るには、空隙の比率と大きさができるだけ大きいほうが望ましく、空隙は連続していて空隙径が大きいことが望ましい。また、比較的簡単に製造することができて実用化に有利なように、混錬にオムニミキサーなどの強制攪拌式のミキサーを用いず、一般に広く用いらる傾胴式ミキサーなどの重力式のミキサーを用いてポーラスコンクリートが打設できることが望ましい。
特開２００４−５１４６１号公報 特開２００４−１６２３７２号公報

以上に述べたように、従来の貝殻を利用したポーラスコンクリート成形体は空隙率が６０％止まりであり、また、その製造方法はオムニミキサーなどの強制攪拌式ミキサーによる混練に基づく場合が多かった。
本発明は、多量に廃棄されている貝殻を有効利用して、大きな連続空隙を有し、植生に適し、多くの小動物の増殖に好適な環境を作り出すことができる、ポーラスコンクリート成形体を提供すること、強制攪拌式ミキサーを用いず、一般によく用いられる重力式ミキサーを用いてポーラスコンクリート成形体を製造することを課題とするものである。

上記課題を達成するため、本発明の請求項１の発明は、ポーラスコンクリート成形体において、水硬性粉体に水を主体とする液体を加えて混練して得たモルタルに、貝殻を有する粗骨材を加えてさらに混練した生配合物を硬化して得られ、空隙率が６１％以上７０％以下であることを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明の請求項２の発明は、請求項1に記載のポーラスコンクリート成形体において、前記モルタルに前記水硬性粉体と共に砂などの細骨材を加えることを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明の請求項３の発明は、請求項1または請求項２に記載のポーラスコンクリート成形体において、前記貝殻表面への前記モルタルの付着強度を増強する混和材または混和剤を加えることを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明の請求項４の発明は、護岸用ポーラスコンクリートブロックにおいて、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポーラスコンクリート成形体を少なくとも一部に用いて構成することを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明の請求項５の発明は、人工漁礁用ポーラスコンクリートブロックにおいて、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポーラスコンクリート成形体を少なくとも一部に用いて構成することを特徴とする。

本発明は、以上のように構成したので、モルタルを先行して混錬する練順によって、一般に用いられることが多い重力式ミキサーを用いてもポーラスコンクリートの作成が可能になり、産業廃棄物である貝殻を有効利用して空隙率の高いポーラスコンクリート成形体を実現することができる。これにより、植物の植生を可能にするだけでなく、周辺に多くの小動物の増殖が可能な環境を作れるコンクリート製品を実用化することができ、このポーラスコンクリート成形体は護岸用ブロックや人工漁礁などに広く応用することができる。

本発明は、コンクリートや石膏などの水硬性粉体に水を主体とする液体を加えて混練して得たモルタルに、貝殻を主成分とする粗骨材を加えてさらに混練して得た生配合物を硬化して、所定の空隙率を有するのポーラスコンクリート成形体を形成するものである。また、その製造方法は、重力式ミキサーを用いて、まず水硬性粉体と水を混錬してモルタルを形成し、このモルタルに貝殻を主成分とする粗骨材を加えてさらに混練を行なって得た生配合物を、所要形状の型枠内に投入し、所定期間、養生を行なって硬化させることで実現している。

本発明でのポーラスコンクリート成形体について確認するため、本発明の手法と従来の方法とで、実際にポーラスコンクリート成形体を作成して実験を行なった。この実験に用いた使用材料を表1に示す。

材料の材種は、セメント、細骨材、粗骨材、混和材、混和剤からなる。セメントには普通ポルトランドセメント、細骨材には硅砂６号、粗骨材には貝殻、混和材には混和材（ＰＭ）、混和材（ＢＵ）、コンクリート用膨張材、シリカフユームなど、混和剤にはポリカルボン酸系高性能減水剤、水溶性セルロースエーテル増粘剤、ラッテクスなどを用いる。ここで混和材（ＰＭ）は、高炉スラグ８５％、高性能減水剤１５％からなる混和材（ポアミックス：太平洋セメント株式会社製）、混和材（ＢＵ）はシリカフユーム６０％、粉末樹脂２６％、その他の添加剤１４％からなる混和剤（ＢＵ−５５：ユカマテリアル株式会社製）である。また貝殻は加工場から廃棄されたホタテ貝殻をそのまま用いた。

ポーラスコンクリートのバインダーとしてはセメントと硅砂を混錬したモルタルを基本に、ホタテ貝殻の平滑な内面に付着しやすいように、数種類の混和材または混和剤を加えた。検討項目は空隙率、ポーラスコンクリート成形体の圧縮強度、モルタルと鉄筋の付着力、モルタル自身の圧縮強度である。
表２に、本発明でのポーラスコンクリートの調（配）合と試験結果を示す。

この表では、試料番号と符号、粉体と水との重量比率（Ｗ／Ｐ）、単位体積あたりの各成分の重量（ｋｇ／ｍ^３）、貝殻投入後の混錬時間を２分、３分、５分と取った後の空隙率（％）、４週間後の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ）、モルタルの付着力（Ｎ／ｍｍ）、モルタルの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ）、混錬に用いたミキサーの種類（ＯまたはＫ）が各試料ごとに示されている。１行目の試料番号と符号の欄で、PMは混和材として混和材（ＰＭ）を用いた場合を、BUは混和材として混和材（ＢＵ）を用いた場合を、ＲＴは混和剤としてラッテクスを用いた場合を、MSは混和剤として減水剤を用いた場合を、ＳＩは混和剤としてシリカフュームとコンクリート用膨張剤を1：１で添加したものを用いた場合を表している。

混錬は、７０リットルオムニミキサー（Ｏ）を用いた図１に示すフローによる方法と、５０リットルの重力式ミキサー（Ｋ）を用いた図２に示すフローによる方法とによった。オムニミキサーによる場合は、モルタルと貝殻からなる粗骨材の付着を向上するために、最初、粗骨材と1次水を投入して粗骨材表面に水を付着させ、次に混和剤粉体とセメントを投入して粗骨材表面にモルタルを被覆形成させ、最後に混和剤を含む2次水を投入して混錬を行なっている。オムニミキサーを用いた場合、混和剤と2次水を投入後の混錬時間は３０秒で充分であるが、ここでは重力式ミキサーの場合と混錬時間と空隙率の関係を比較するために、貝殻投入後の混錬時間を２分、３分、５分に取ってその場合の空隙率を示した。

重力式ミキサーによる場合は、オムニミキサーを用いた場合とは違って図１に示したフローに従った混錬ではセメントと水が良く混ざらないため、ペースト状にはならない。この場合は図２に示したフローに従って、モルタル先行で混錬を行い、その後に粗骨材である貝殻を投入する。重力式ミキサーによる混錬では、粗骨材投入後もモルタルとの混じりが悪いので、貝殻投入後の混錬時間を長めにとって５分を基準とし、混錬時間と空隙率の関係を比較するために、この貝殻投入後の混錬時間を２分、３分、５分に取った時点での空隙率を測定した。

試験用の供試体として、混錬直後のポーラスコンクリートを型枠に詰めてφ１５×３０ｃｍの円柱の成形体を作成した。また、モルタルと鉄筋の付着力をテストするために、別途、φ１０×２０ｃｍの円柱にφ９ｍｍの丸筋を埋め込み、６０００ｒｐｍのテーブルバイブレータにより３秒間の振動締め固めを行なったものを用いた。さらに、モルタルの圧縮強度は４×４×１６ｃｍの三連型枠を用いて行なった。

次に試験結果について述べる。まず、モルタルの付着力とポーラスコンクリート成形体の圧縮強度との関係について図３に沿って説明する。
モルタルの付着力が増大すると共に、ポーラスコンクリート成形体の圧縮強度も直線的に大きくなるが、表２及び図３から明らかなように、モルタルの付着力が３Ｎ／ｍｍ^２を超えるとポーラスコンクリート成形体の圧縮強度は増大しなくなる。すなわち、空隙率が同等であれば、ポーラスコンクリート成形体の圧縮強度は、貝殻からなる粗骨材を結合するバインダーとしてのモルタルの付着力に左右され、モルタルの付着力が増大すると共にポーラスコンクリート成形体の圧縮強度も強くなる。しかし、貝殻からなる粗骨材の強度が低めの値であるため、モルタルの付着力が所定値を越えると、貝殻が先に割れることからポーラスコンクリート成形体全体の耐力が損なわれるものと考えられる。
したがって、貝殻の種類によってポーラスコンクリート成形体の最大強度が得られるモルタルの付着力と調配合が異なることになる。ホタテ貝殻については最適なモルタルの付着力は３Ｎ／ｍｍ^２である。

次に混錬時間と空隙率の関連について図４に沿って説明する。比較のためにオムニミキサーによる場合もあわせて示した。図１のフローによるオムニミキサーの混錬時間はせいぜい３０秒程度であるが比較のため重力式ミキサーと同程度の長時間の混錬を行って比較した。
混錬ミキサーとしてオムニミキサーを使用すると、モルタルと貝殻を主成分とする粗骨材との混合状態が良好であるが、ミキサーのせん断力が強くて、長時間混錬すると貝殻が割れて空隙率が減少する。一方、重力式ミキサーを用いた場合は、オムニミキサーの場合よりも混錬時間はかかるが、ミキサーのせん断力が弱いので、長時間混錬を行なっても貝殻が割れることがなく、空隙率があまり減少しない。
空隙率を６０％以上に保つためには、オムニミキサーを使用する場合は３０秒程度の短時間の混錬で、重力式ミキサーの場合は５分以下程度の混錬によることが望ましい。

通常、ポーラスコンクリートを成形する際には、生配合物を振動締固め台上で型枠に打設して振動を加えるのが普通である。本発明のポーラスコンクリートをこのような方法で成形すれば、振動締固めによって扁平な形状を有する貝殻が一定方向へ重なる現象を引き起こしやすく、コンクリート成形体全体としての空隙率が下がると共に、打設表面の貝殻が水平方向に倒れるので、表面の空隙率は一層下がることになる。
本発明ではこの点を考慮して振動締固めは行なわないで高い空隙率を確保するようにしている。高い付着力があり、一定の流動性を有するモルタルを用いると、無振動で締固めしなくても充分な強度と高い空隙率のポーラスコンクリート成形体が得られる。
ポーラスコンクリート成形体が植生にとって良好な値となるためには、少なくとも空隙率が２１％以上でなくてはならず、３０％以上と大きいほど好ましい。さらに、強度面を考え、一応の強度が保て、植物の根系が空隙に侵入して植物が良好に生育するためには空隙率６０〜７０％が最適である。

次に本発明のポーラスコンクリート成形体を人工漁礁に用いるために試作した３例の試験体について述べる。これらの試験体は人工漁礁を構成する材料として用いることができるものである。
試験体１は、図５（ａ）に示すような構成の外枠１１とその内側に挿入可能な内枠１２とを設け、図５（ｂ）に示すように外枠１１と内枠１２との間に普通コンクリート１３を、内枠１２に本発明のポーラスコンクリート１４を同時に打設する。その後、図５（ｃ）に示すように内枠１２を抜き取って、若干の振動を加えて、普通コンクリート１３とポーラスコンクリート１４とを一体化させる。出来上がりの全体形状は２９５０×１１００×２００mmである。
試験体２は、図6に示すように、この試験体１のポーラスコンクリート１４の中央部分に幅１５０、長さ６５０程度の楕円形の窓を貫通させたものである。
試験体３は、立方体に形成したポーラスコンクリート成形体で、工場で作成した後、現場に運んで現場で作成している普通コンクリートの魚礁枠に埋め込んで使用する。全体形状は３００×３００×３００mmである。

試験体１によると、普通コンクリート１３と本発明のポーラスコンクリート１４とを同時に打設し、ポーラスコンクリート１４の周辺に普通コンクリート１３を充填して一体化でき、普通コンクリート１３に強度を持たせ、ポーラスコンクリート１４に空隙性能を持たせるような複合コンクリート製品が実現できる。しかし、製品自体の重量が重くなるので搬送コストがかかるという問題がある。
試験体２は、中央に窓を設けた構成にしているため、人工漁礁を形成した際にこの部分を通して潮通りがよくなり、そのため、海藻類の付着や小動物の発生がより多くなることが見込める。
試験体１及び試験体２は、工場で製作した後、人工漁礁の設置現場に積み上げたり、コンクリート性の人工漁礁枠に固定したりして用いる。
また、試験体３は、重量が軽く、この程度の大きさであれば単体で運送中に破壊することもないので、現場で普通コンクリートの枠体と一体化して用いるには好適である。

試験体１及び試験体２のような構成は、護岸用のポーラスコンクリートブロックとしても用いることができる。普通コンクリート部分の下部にブロックを打ち込める突起部や固定具を設けて、このブロックを土壌や堤防、川床に敷き詰めることによって、透水性が高く、植物の植生が可能で、充分な護岸強度が得られる護岸用ポーラスコンクリートブロックが得られる。

以上に述べたように、本発明のポーラスコンクリート成形体は貝殻を粗骨材に用いて６０％を超える空隙率を得ることができる。重力式のミキサーを用いれば、混錬中に貝殻が割れることがない。ポーラスコンクリート成形体の強度はバインダーとなるモルタルの付着強度に比例するが、６０％以上の空隙率を有するものの圧縮強度は多くても０．５Ｎ／ｍｍ^２を超えない。したがって、普通コンクリートと同時に打設して、普通コンクリートに強度を持たせたり、現場で普通コンクリートと組み合わせて一体化するなどの方法で強度の問題を解決することができる。

以上のように、本発明によって貝殻を粗骨材に用いて空隙率の高いポーラスコンクリート成形体を得ることができるので、護岸用ポーラスコンクリートブロックや人工漁礁用のポーラスコンクリートブロックとして、緑化に用いられる場合は従来植栽できなかったような植物を生やすことができ、人工漁礁に用いる場合は藻類の付着や微生物、小動物の発生を助け、魚類に餌場や棲家を提供することができるので、この方面での産業上の利用の可能性が高い。

オムニミキサーを用いた場合の混錬のフローを示す図。 重力式ミキサーを用いた場合の混錬のフローを示す図。 ポーラスコンクリートの強度とモルタルの付着強度との関係を示す図。 混錬時間と空隙率との関係を示す図。 普通コンクリートとポーラスコンクリートとの一体型ブロックの成形方法を示す図。 普通コンクリートとポーラスコンクリートとの一体型ブロックの他の実施の形態の外観斜視図。

符号の説明

１１ 外枠
１２ 内枠
１３ 普通コンクリート
１４ ポーラスコンクリート

Claims (5)

1. 水硬性粉体に水を主体とする液体を加えて混練して得たモルタルに、貝殻を有する粗骨材を加えてさらに混練した生配合物を硬化して得られ、空隙率が６１％以上７０％以下であることを特徴とするポーラスコンクリート成形体。
2. 前記モルタルに前記水硬性粉体と共に砂などの細骨材を加えることを特徴とする請求項１に記載のポーラスコンクリート成形体。
3. 前記貝殻表面への前記モルタルの付着強度を増強する混和材または混和剤を加えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポーラスコンクリート成形体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポーラスコンクリート成形体を少なくとも一部に用いて構成することを特徴とする護岸用ポーラスコンクリートブロック。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポーラスコンクリート成形体を少なくとも一部に用いて構成することを特徴とする人工漁礁用ポーラスコンクリートブロック。

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