JP5748646B2

JP5748646B2 - 植生用炭酸化ポーラスコンクリート

Info

Publication number: JP5748646B2
Application number: JP2011281733A
Authority: JP
Inventors: 剛取違; 康祐横関; 芳橋本
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013129579A

Description

本発明は、植生に適したポーラスコンクリートであって、構造部材としても適用可能な強度を具備したものに関する。

ポーラスコンクリートは一般に「強度重視型」と「植生重視型」に分類される。
「強度重視型」は１８Ｎ／ｍｍ²以上の強度が要求され、構造部材として用いることが可能なポーラスコンクリートである。「植生重視型」は緑化性能を付与するために空隙率２１％以上を有することが推奨されている。そのため植生重視型のポーラスコンクリートは強度が低く、構造部材として用いることができない。これらいずれのタイプにおいても、従来一般的なポーラスコンクリートでは、粗骨材最大寸法が２０ｍｍ程度となっているものが多い。

一方、粗骨材最大寸法を４０ｍｍとして、空隙率を２５％程度に調整したポーラスコンクリートも開発されている。このポーラスコンクリートは、同程度の空隙率を有する従来一般的なポーラスコンクリートと比べると空隙の大きさ（空隙径）が大きい。そのため土壌系材料が充填されやすく、根も生えやすいので、高い植生性能を発揮するものであり、「環境配慮型ポーラスコンクリート」とも呼ばれている。

特開２００２−１８８１３１号公報特開２００５−１８７２８６号公報

上記の環境配慮型ポーラスコンクリートは、従来一般的な植生重視型のポーラスコンクリートと比べ高い植生性能を有するものである。しかし、空隙率を２５％程度と大きくしていることから強度レベルは１０Ｎ／ｍｍ²程度と低く、構造部材として利用することはできない。

最近では都市の緑化や、構造部材自体に対する意匠性付与の観点から、構造部材であるコンクリートの表面に直接植生を施すことができる技術の確立が望まれている。しかし、構造部材として使用できるポーラスコンクリートは、１８Ｎ／ｍｍ²以上の強度を確保するために空隙率をあまり大きくすることができない。そのため通常は空隙率が１８％以下となるように配合設計される。このように空隙率が小さくなると植生性能が低下するので、構造部材に用いるコンクリートをそのまま植生用途に適用することには無理があった。

本発明は、このような状況に鑑み、構造部材に適用できる１８Ｎ／ｍｍ²以上の強度レベルを有し、かつ環境配慮型ポーラスコンクリートと同等の良好な植生性能を有し、さらにＣａ等のセメント成分の溶出が抑制され環境に優しい性質を具備する植生用ポーラスコンクリートを提供しようというものである。

上記目的を達成するために、本発明では、γビーライトを含有し、粉体成分に占めるγビーライトの配合割合が５〜９０質量％であり、かつ粗骨材最大寸法が３０〜５０ｍｍであるコンクリート混練物を硬化させて空隙率１０〜２０％の硬化体としたのち、これを炭酸化養生してなる、圧縮強度１８Ｎ／ｍｍ²以上を有する植生用炭酸化ポーラスコンクリートが提供される。

また、高炉セメントＢ種を含有し、粉体成分に占める高炉セメントＢ種の配合割合が９０〜１００質量％であり、かつ粗骨材最大寸法が３０〜５０ｍｍであるコンクリート混練物を硬化させて空隙率１０〜２０％の硬化体としたのち、これを炭酸化養生してなる、圧縮強度１８Ｎ／ｍｍ²以上を有する植生用炭酸化ポーラスコンクリートが提供される。

本発明によれば、構造部材として適用可能な強度と、良好な植生性能とを兼備したポーラスコンクリートが実現された。このコンクリートを用いると建築物のコンクリート壁面に直接植生を施すことや、土木構造物自体に植生を施すことが容易に行える。また、このコンクリートはセメント成分の溶出が抑制され、環境にも優しい。したがって本発明は、コンクリート表面への植生を通じて、都市の緑化や、コンクリート構造物の意匠性向上に寄与するものである。

ポーラスコンクリートの空隙率と圧縮強度の関係を示したグラフ。各種ポーラスコンクリートの植生性能を比較したグラフ。ポーラスコンクリート通水後の水のｐＨの経時変化を示したグラフ。固化ペースト粉砕物を混ぜた土壌による発芽試験の苗床を模式的に示した図。固化ペースト粉砕物を混ぜた土壌による発芽試験の結果を示したグラフ。

発明者らは詳細な研究の結果、ポーラスコンクリートの植生性能を向上させる手法として、空隙率を増大させる手法の他に、γビーライト（γ−Ｃ₂Ｓ）や高炉セメントＢ種のような炭酸化によって緻密化層を形成する成分を配合させてポーラスコンクリートを作り、これを強制的に炭酸化させる手法が極めて有効であることを知見した。この手法と併せて、粗骨材最大寸法を３０〜５０ｍｍとして空隙の大きさを大きくする手法を採用したとき、強度重視型ポーラスコンクリート並みの空隙率であっても、環境配慮型ポーラスコンクリートと同程度の良好な植生性能を付与することができるのである。本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。

従来から、γビーライトは植物の生育を促すために有効なＦｅの含有量が普通セメントよりも少ないことが知られている。また、高炉セメントＢ種は植物の生育に必要なリン酸を減少させるＭｇの含有量が普通セメントに比べて多いことが知られている。このため従来、γビーライトや高炉セメントＢ種は植生用コンクリートの混和材（セメントの代替材）として有望視されていなかった。しかし、炭酸化処理することによりそれらの欠点は解消され、むしろ、植生性能は大幅に向上することが明らかとなった。

γビーライトを含有させる場合のコンクリート配合において、粉体成分に占めるγビーライトの配合割合は、５〜９０質量％とすればよい。１０〜８０質量％とすることがより好ましく、３０〜７０質量％、あるいは４０〜６０質量％に管理してもよい。粉体成分のうちγビーライトの残部は基本的にはセメントとすればよいが、高炉スラグ微粉末やフライアッシュなどの混和材（これらを「その他の混和材」と呼ぶ）を含有させることもできる。ただし、その他の混和材の質量割合がγビーライトより多くならないようにすることが望ましい。

セメントとしては、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、低熱ポルトランドセメント（ＬＰＣ）、早強ポルトランドセメント（ＨＰＣ）、高炉セメントＢ種（ＢＢ）などが適用できる。なかでもＬＰＣおよびＨＰＣを使用すると、一部の植物（コマツナ）において発芽率が顕著に向上する傾向が認められた。その理由については解明されていないが、同様の発芽傾向を呈する植物は多々存在すると考えられる。したがって、セメントとしてＬＰＣ、またはＨＰＣを採用することが有利となる場合がある。

γビーライトを含有させない場合のコンクリート配合においては、粉体成分を高炉セメントＢ種（ＢＢ）が主体のものとする。高炉セメントＢ種の粉体成分に占める配合割合は、９０〜１００％とすればよい。粉体成分のうち高炉セメントＢ種の残部には高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどの混和材を使用することができる。

粗骨材は、最大寸法が３０〜５０ｍｍに調整されていることが重要である。これより粗骨材最大寸法が小さいと同じ空隙率であっても空隙の大きさ（空隙径）が小さくなり、植生性能が低下する。逆に粗骨材最大寸法を上記よりも大きくしても植生性能の大幅な向上は期待できない。
他の成分の配合は、従来のポーラスコンクリート配合に準じて設定することができる。各成分の配合量は、硬化体の空隙率が１０〜２０％の範囲となるように調整する。

ポーラスコンクリートの強度は空隙率に応じて変化することが知られており、本発明のポーラスコンクリートにおいても同様である。すなわち、空隙率が小さくなるほど強度は増大する。種々検討の結果、植生性能を付与するためには空隙率を１０％以上確保する必要がある。一方、構造部材として使用できる１８Ｎ／ｍｍ²以上の圧縮強度を安定して得るためには、空隙率を２０％以下にすることが望まれる。

発明者らの検討によれば、植生用ポーラスコンクリートとして実績のある環境配慮型ポーラスコンクリート（空隙率２５％）と同等の植生性能を得るためには、本発明のポーラスコンクリートにおいて空隙率を概ね１５〜２０％の範囲に調整すればよい。本発明のポーラスコンクリートは空隙率が低いことから、環境配慮型ポーラスコンクリートと比べると植生性能が同等でも強度レベルにおいて勝っている。空隙率が１５％を下回る範囲では、上記環境配慮型ポーラスコンクリートとの対比においては植生性能に劣るが、従来一般的な強度重視型のポーラスコンクリートとの対比においては植生性能の大幅な向上が見られる。

なお、炭酸化養生によってわずかに空隙率の低下が見られるが、炭酸化養生前の段階での空隙率を１０〜２０％とすれば問題ないことが確認されている。後述実施例における空隙率も特に断らない限り炭酸化養生前の段階での空隙率を意味する。

炭酸化養生は、硬化体を例えば炭酸ガス濃度５〜８０％の雰囲気中に材齢７〜２８日になるまで置く方法によって行うことができる。温度は例えば２０〜５０℃、湿度は例えば４０〜６０％Ｒ.Ｈ.の範囲とすればよい。

本発明の炭酸化ポーラスコンクリートの強度レベルを確認するために、表１に示す各種ポーラスコンクリート（ＰＯＣ）を作製した。表２にはコンクリート配合を例示する。記号の意味は以下のとおりである（実施例２以降において同じ）。
ＯＰＣ：普通ポルトランドセメント
γ：γビーライト（γＣ₂Ｓ）
ＢＢ：高炉セメントＢ種
Ｇ_max：粗骨材最大寸法
Ｗ：水
Ｐ：粉体
Ｃ：セメント
Ｇ４０：粗骨材（Ｇ_max＝４０ｍｍ）

φ１５×３０ｃｍの円柱状ポーラスコンクリート硬化体を作製し、Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ３については標準養生（２０℃水中）、Ｃａｓｅ２については炭酸化養生（温度５０℃、湿度５０％Ｒ.Ｈ.、ＣＯ₂濃度２０％）を行い、養生１４日における圧縮強度を測定した。図１に結果を示す。

図１からわかるように、本発明の炭酸化ポーラスコンクリートは空隙率２０％以下の範囲で構造部材として使用可能な基準強度１８Ｎ／ｍｍ²を十分に確保できることが確認された。

本発明の炭酸化ポーラスコンクリートの植生性能を確認するために、表３に示す各種ポーラスコンクリートを作製した。

φ１５×３０ｃｍの円柱状ポーラスコンクリート硬化体を作製し、Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ３については標準養生（２０℃水中）、Ｃａｓｅ２については炭酸化養生（温度５０℃、湿度５０％Ｒ.Ｈ.、ＣＯ₂濃度２０％）をそれぞれ１４日間行った。養生終了後、黒土または砂をポーラスコンクリートの空隙内に充填したうえで、トールフェスクの種子をまき、生育期間を１〜６ヶ月として、生長したトールフェスクを各生育期間終了時に刈り取ってその質量を測定した。図２に結果を示す。

図２からわかるように、本発明例のものは空隙率が１８％程度と小さいにもかかわらず、同等の空隙率を有する一般的ＰＯＣと比べ、非常に優れた植生性能を呈することが確認された。その植生性能は空隙率２５％の環境配慮型ＰＯＣと大差ないレベルであった。本発明例の炭酸化ポーラスコンクリートが優れた植生性能を有する理由については必ずしも明確でないが、植物の生育にマイナス要因となるコンクリート成分中のＭｇの溶出が抑止されること、中性化（低アルカリ化）によって植物の生育環境が良好になることなどが考えられる。

実施例２で作製した環境配慮型ポーラスコンクリートと本発明対象の炭酸化ポーラスコンクリート（ＯＰＣ＋γ）について、土・砂を入れない状態で、φ１５ｃｍの上面から週２回の割合で定期的に２００ｍＬの水を通水させ、通水後の水のｐＨを測定し、その経時変化を調べた。図３にその結果を示す。

図３からわかるように、本発明例の炭酸化ポーラスコンクリートでは通水後の水のｐＨが低く抑えられており、Ｃａの溶出が少ないことがわかった。すなわち、本発明例の炭酸化ポーラスコンクリートは環境に対して優しい。なお、粉体成分をＢＢとした本発明例のものについても、粉体成分をＯＰＣ＋γとした本発明例のものと同様、Ｃａの溶出が少ないことが確認されている。

γビーライトを含有する炭酸化ポーラスコンクリートにおいて、植生性能に及ぼすセメントの種類およびγビーライトの配合割合の影響を把握するための実験を以下の要領で行った。
種々のセメントペースト固化体の粉砕物を作製し、黒土と固化ペースト粉砕物を同体積割合で混合した土壌を用意した。図４に示すように、前記の土壌にコマツナの種をまき、発芽率を調べた。セメントペーストの種類は表４のとおりである。γビーライトを含有する固化ペースト粉砕物は炭酸化養生を行ったものを使用した。図５に結果を示す。

図５からわかるように、コマツナの発芽率は低熱ポルトランドセメント（ＬＰＣ）、早強ポルトランドセメント（ＨＰＣ）を使用したものにおいて高い値が得られた。

Claims

γビーライトを含有し、粉体成分に占めるγビーライトの配合割合が５〜９０質量％であり、かつ粗骨材最大寸法が３０〜５０ｍｍであるコンクリート混練物を硬化させて空隙率１０〜２０％の硬化体としたのち、これを炭酸化養生してなる、圧縮強度１８Ｎ／ｍｍ²以上を有する植生用炭酸化ポーラスコンクリート。
高炉セメントＢ種を含有し、粉体成分に占める高炉セメントＢ種の配合割合が９０〜１００質量％であり、かつ粗骨材最大寸法が３０〜５０ｍｍであるコンクリート混練物を硬化させて空隙率１０〜２０％の硬化体としたのち、これを炭酸化養生してなる、圧縮強度１８Ｎ／ｍｍ²以上を有する植生用炭酸化ポーラスコンクリート。