JP5972035B2 - コンクリート製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート製品の製造方法に関し、特に、ＣＯ_２を吸収させた環境配慮型コンクリート製品の製造方法に関する。

近年、炭酸ガス（ＣＯ_２）排出量削減対策として、コンクリートに炭酸ガスを吸収させたいわゆる環境配慮型コンクリート製品が検討されている。このような分野の技術として、例えば、下記特許文献１に記載されるように、外部の大気環境から遮蔽された遮蔽空間内にセメント硬化体を収容し、その遮蔽空間内に炭酸ガスを供給してセメント硬化体に炭酸ガスを吸収させる技術が知られている。このように炭酸ガスを吸収させつつコンクリートの養生を行うことを炭酸化養生という。特許文献１に記載の方法では、モルタル混練物を型枠に打設した後、養生を行った後、脱型し、得られたセメント硬化体の表面を炭酸ガスに曝しながら、約５日間かけて炭酸化養生している。

また、下記特許文献２に記載されるように、コンクリート成型体の内部に通気路を形成し、この通気路によってコンクリート成型体の内部にも炭酸ガスを送り込み、コンクリート成型体における炭酸ガスの吸収能力を上げるようにした技術が知られている。

特開２００９−１４９４５６号公報 特開２００８−８０２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、セメント硬化体の表面を炭酸ガスに曝しているため、表面からある程度の深さまでは炭酸ガスを吸収させることはできるが、例えば硬化体の厚みが大きくなると、その内部の深い箇所まで炭酸ガスを吸収させることは難しかった。また、上記特許文献２に記載の技術では、通気路を形成してはいるものの、通気路の周囲の限られた領域にしか炭酸ガスを吸収させることができず、炭酸ガスの吸収量としては不十分であった。

本発明は、炭酸ガスの吸収量を増大させることができるコンクリート製品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決したコンクリート製品の製造方法は、開口を有する型枠内に、炭酸化されたポーラスコンクリートを有してなる炭酸化体を形成する工程と、炭酸化体の開口からの浮き上がりを防止する浮き上がり防止手段を設置する工程と、炭酸化体内の空隙に固化材を充填して固化させる工程と、を含み、炭酸化体を形成する工程は、開口を通じてポーラスコンクリートを型枠内に打設する工程と、ポーラスコンクリートを打設してから一定期間経過後に脱型し中間体を得る工程と、中間体の表面を露出させた状態で中間体を炭酸ガスの雰囲気下に設置し炭酸化養生する工程と、炭酸化養生された中間体を型枠内に再度設置する工程と、を含むことを特徴とする。

このコンクリート製品の製造方法によれば、型枠内に炭酸化体が形成される。この炭酸化体は、ポーラスコンクリートを有してなる。ポーラスコンクリートは多孔性であるため、炭酸化の際に炭酸ガスが全体に行き渡りやすい。すなわち、炭酸化される各部材の厚みが小さくなる。よって、炭酸化体の内部まで炭酸ガスを吸収させることができ、炭酸ガスの吸収量を増大させることができる。また、炭酸化体内の空隙には固化材が充填される。この固化材の充填にあたっては、炭酸化体の浮き上がりを防止する浮き上がり防止手段が設置されるため、炭酸化体は開口から浮き上がることなく型枠内に保持され、固化材と一体になって所定の形状に固化される。こうした固化材の充填および固化により、例えば、炭酸化体内に空隙が残っているために全体の比重が小さくなって水域での使用の際に浮力が発生したり、内部に水が入り込んだりすること等を防止でき、通常の密実なコンクリート製品と同等の品質が実現される。炭酸化体の形成にあたり、ポーラスコンクリートを型枠内に打設し、得られた中間体を炭酸化養生するため、ポーラスコンクリートに炭酸ガスを確実かつ十分に吸収させることができる。しかも、炭酸化養生において中間体の表面が炭酸ガス雰囲気に晒されるため、中間体すなわち炭酸化体における炭酸ガスの吸収量を増大させることができる。

また、上記コンクリート製品の製造方法において、炭酸化体を形成する工程では、ポーラスコンクリートの骨材として、または、再生骨材として、重量骨材を用いる。この場合、コンクリート製品としての比重が増大し、外力に対する安定性を高めることができる。例えば、コンクリート製品を消波ブロックに適用した場合、高い波消し効果を得ることができる。

本発明によれば、炭酸ガスの吸収量を増大させることができる。

（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る製造手順を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に続く製造手順を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１参考形態に係る製造手順を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図３に続く製造手順を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２参考形態に係る製造手順を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図５に続く製造手順を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１および図２に示されるように、コンクリートブロック（コンクリート製品）１２は、炭酸ガスを吸収させた環境配慮型のコンクリート製二次製品である。コンクリートブロック１２の利用形態としては、例えば、歩車道境界ブロック、地先境界ブロック、フェンス基礎ブロック、側溝ブロック、漁礁ブロック、消波ブロック等の各種形態が挙げられる。本実施形態の説明では、コンクリートブロック１２が四角錐台状をなす場合を例として説明するが、これに限られず、例えば直方体状、円柱状、円錐台状、等々のあらゆる形状とすることができる。一部に開口を有し、それ以外の部分は閉じられたような型枠を用いて製造されるコンクリートブロックであれば、いかなる形状とすることもできる。

コンクリートブロック１２は、ポーラスコンクリート３を有してなる炭酸化体１３を備えている。このポーラスコンクリート３には、後述する製造方法により、全体にわたって炭酸ガスが吸収させられている。炭酸化体１３内の空隙にはセメントミルク１１が充填されている。コンクリートブロック１２は、平滑な表面状態を有すると共に、内部には空隙がない。そのためコンクリートブロック１２の外見は、通常の密実なコンクリートブロックと変わらないようになっている。

続いて、コンクリートブロック１２の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法において、コンクリートブロック１２の大きさは限定されないが、下記製造方法は、特に大型のコンクリートブロック１２の製造に適している。

まず、型枠１を用意する。この型枠１は、上部に開口１ａを有すると共に、開口１ａの周縁から外方に延びるフランジ部１ｂを有している。型枠１は、鉄製であり、何度も組んだりばらしたりすることができるようになっている。次に、図１（ａ）に示されるように、型枠１内にポーラスコンクリート３を打設する。ポーラスコンクリート３は、ＣＯ_２吸収性能に優れたダイカルシウムシリケートγ相（γ−Ｃ_２Ｓ）を含有することが好ましいが、ダイカルシウムシリケートγ相を含有していなくてもよい。ポーラスコンクリート３の最大粒径や粒度分布は、最後に注入されるセメントミルク１１（図２（ｂ）参照）を全体に行き渡らせることを考慮して適宜設定される。ポーラスコンクリート３の空隙率は、１０〜３０％であることが好ましい。

より具体的には、ポーラスコンクリート３のセメントとして、普通ポルトランドセメントを用いることができ、また、高炉セメントＢ種を用いることもできる。ポーラスコンクリートの使用材料の一例と配合の一例を表１，２にそれぞれ示す。

なお、図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ），（ｂ）では、説明を容易にするため、鉛直方向に沿った断面を示している。

次に、図１（ｂ）に示されるように、タンパ等の締固め機Ｂを用いて、締め固めを行う。ポーラスコンクリート３の投入と締め固めを何度か繰り返し、開口１ａの位置に達するまでポーラスコンクリート３を打設し、ポーラスコンクリート充填部６を形成する。そして、一定期間経過後、図１（ｃ）に示されるように、脱型を行い、ブロック中間体７を得る。脱型は、型枠１をばらすことにより行う。ブロック中間体７を得た時点で、その内部には全体にわたり空隙が形成されている。

次に、図２（ａ）に示されるように、ブロック中間体７の初期養生を行った後、ブロック中間体７を養生システム８の養生槽９内に設置し、炭酸ガス雰囲気下で炭酸化養生を行う。炭酸化養生を行うまでの初期養生期間は、例えば１日〜４日程度とする。炭酸化養生は、５〜１００％の炭酸ガス濃度において、温度を２０〜８０℃とし、湿度を３０〜７０％ＲＨとし、例えば約２週間かけて行う。これにより、炭酸ガスを内部に吸収した炭酸化体１３が形成される。なお、炭酸化養生期間は、養生槽９内を高圧の雰囲気とすることにより、３日程度に短縮できる。この炭酸化養生としては、公知の方法を用いることができる。火力発電所などの炭酸ガス発生サイトに養生システム８を設置し、炭酸ガスを含む排ガスを養生槽９内に導入してもよい。

ポーラスコンクリート３からなるブロック中間体７においては、ポーラスコンクリート３がある程度固まっているため取り扱いが容易である。また、脱型を行うことで、側面７ａや上面７ｂが露出するため、側面７ａや上面７ｂを介して炭酸ガス吸収が吸収され、炭酸化体１３全体としてのＣＯ_２吸収量が高められる。

次に、図２（ｂ）に示されるように、炭酸化されたブロック中間体７である炭酸化体１３を、組み直した型枠１内に再度設置する。図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）、および図２（ｂ）における型枠１内へのブロック中間体７（炭酸化体１３）の設置までの工程は、型枠１内に炭酸化体１３を形成する工程に相当する。

さらに、型枠１上に押さえ金網１４を載置し、留め具１５によってこの押さえ金網１４を固定する。より具体的には、押さえ金網１４は、開口１ａに対応する形状および大きさの金網部１４ａと、金網部１４ａの両側に設けられてフランジ部１ｂに対面する板状の取付部１４ｂとを有しており、この取付部１４ｂがフランジ部１ｂ上に重ねられて、留め具１５によりこれらが挟持されることで、押さえ金網１４が固定される。これらの押さえ金網１４および留め具１５によって、炭酸化体１３の開口１ａからの浮き上がりを防止する浮き上がり防止具１７が構成される。

浮き上がり防止具１７を型枠１に設置したら、炭酸化体１３内の空隙に漏斗１０等を用いて固化材としてのセメントミルク１１を注入し、固化させる。漏斗１０は、金網部１４ａの開口に挿入される。セメントミルク１１を注入（充填）するにあたり、炭酸化体１３には注入圧により浮力がはたらくが、炭酸化体１３は、浮き上がり防止具１７により抑えられて型枠１内に保持される。よって、炭酸化体１３が開口１ａから浮き上がることはない。なお、固化材として、モルタルやペーストを用いてもよい。

そして、一定期間養生後、脱型を行い、図２（ｃ）に示されるコンクリートブロック１２が完成する。このように固化材を炭酸化体１３内の空隙に充填して固化させることにより、コンクリートブロックとしての強度や重量が確保されると共に、設置後、内部に水や土が入り込むことを避けることができる。

以上説明したコンクリートブロック１２の製造方法によれば、型枠１内にポーラスコンクリート３を有してなる炭酸化体１３が形成される。ポーラスコンクリート３は多孔性であるため、炭酸化の際に炭酸ガスが全体に行き渡りやすい。よって、炭酸化体１３の内部まで炭酸ガスが吸収され、炭酸ガスの吸収量をコンクリートブロック１２全体として増大させることができる。また、炭酸化体１３内の空隙にはセメントミルク１１が充填されるが、セメントミルク１１の充填にあたっては、浮き上がり防止具１７が設置されるため、炭酸化体１３は開口１ａから浮き上がることなく型枠１内に保持され、セメントミルク１１と一体になって所定の形状に固化される。このようにセメントミルク１１が充填されて固化されるため、例えば、炭酸化体１３内に空隙が残っているために全体の比重が小さくなって水域での使用の際に浮力が発生したり、内部に水が入り込んだりすること等を防止でき、通常の密実なコンクリート製品と同等の品質が実現される。さらには、このように炭酸化されたコンクリートブロック１２によれば、通常のコンクリートブロックよりも消波効果が高いという効果も奏される。

また、炭酸化体１３の形成にあたり、ポーラスコンクリート３を型枠１内に打設し、得られたブロック中間体７を炭酸化養生するため、ポーラスコンクリート３に炭酸ガスを確実かつ十分に吸収させることができる。

また、ブロック中間体７を炭酸ガスの雰囲気下に設置し炭酸化養生するため、ブロック中間体７の表面（側面７ａや上面７ｂ）が炭酸ガス雰囲気に晒され、ブロック中間体７すなわち炭酸化体１３における炭酸ガスの吸収量を増大させることができる。また、炭酸化体１３を型枠１内に再度設置するため、その後のセメントミルク１１の充填・固化を支障なく行うことができる。さらにまた、コンクリートブロック１２の平滑な表面（側面１２ａや上面１２ｂ）を形成することができ、コンクリート製品としての美観が保たれる。

図３および図４は、第１参考形態に係るコンクリートブロック１２の製造手順を示す斜視図である。本参考形態の製造方法が第１実施形態の製造方法と違う点は、型枠１に代えて、透水性を有する型枠１Ａを用いた点と、型枠１を脱型せず、ポーラスコンクリート３からなるポーラスコンクリート充填部６を型枠１内に設置したまま炭酸化養生を行う点である。ここで、透水性の型枠１Ａとしては、例えば、排水ネットおよび透水シートからなる二重構造の脱水クロスを表面に積層させた型枠（一例として前田工繊株式会社製「ＲＣクロス」）を用いることができる。

このような製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、型枠１Ａに設けたまま炭酸化養生を行うため、炭酸化養生の際の設置安定性が確保される。さらに、型枠１Ａは透水性を有するため通気性も有しており、開口１ａを介して炭酸ガスが吸収されるのみならず、型枠１Ａの側面１ｃを介しての炭酸ガス吸収も行われることとなり、ＣＯ_２の吸収が促進される。その結果、炭酸化体１３全体としてのＣＯ_２吸収量が高められる。

図５および図６は、第２参考形態に係るコンクリートブロック１２Ｂの製造手順を示す斜視図である。本参考形態の製造方法が第１実施形態の製造方法と違う点は、炭酸化体を形成する工程において、ポーラスコンクリート３に代えて再生骨材１６を型枠１内に充填する点と、型枠１を脱型せずに炭酸化を行う点である。再生骨材１６は、最大寸法が４０ｍｍ以下のものである。

再生骨材１６を充填した再生骨材充填部６Ｂにおいては、第１実施形態のポーラスコンクリート充填部６に比してより多くの空隙が存在する。そのため、再生骨材充填部６Ｂ内における炭酸ガスの流通性が向上しており、側方からの炭酸ガスの流入がなくても、炭酸ガスを十分に行き渡らせることができる。本実施形態の製造方法によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、型枠１に設けたまま炭酸化を行うため、炭酸化の際の設置安定性が確保される。また、再生骨材を有してなる炭酸化体１３Ｂが形成されるため、リサイクルの観点からもより環境に配慮したコンクリートブロック１２Ｂが実現される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、炭酸化体を形成する工程において、あらかじめ炭酸化された再生骨材を型枠内に充填してもよい。この場合、再生骨材は、公知の炭酸化方法によって炭酸化することができる。このような製造方法によれば、型枠内に再生骨材を設けた後に炭酸化するといった工程を省略することができる。また、再生骨材を用いるため、リサイクルに有効であり、より環境に配慮したコンクリート製品を実現できる。

また、炭酸化体を形成する工程において、ポーラスコンクリート３の骨材として、または、再生骨材１６として、重量骨材を用いてもよい。この場合、コンクリート製品としての比重が増大し、外力に対する安定性を高めることができる。例えば、消波ブロックに適用した場合、高い波消し効果を得ることができる。

また、上記第１実施形態および第１参考形態において、型枠１内にポーラスコンクリート３および再生骨材１６を一緒に充填してもよい。例えば、ポーラスコンクリート３の骨材として再生骨材１６を用いてもよい。

また、ポーラスコンクリート３や再生骨材１６を型枠内に設けるにあたり、パイプを型枠内に立設すると共に、セメントミルク１１を注入するにあたり、そのパイプを利用してセメントミルク１１を注入してもよい。この場合、炭酸化養生の際にパイプ内を炭酸ガスが通るようにでき、炭酸ガスを型枠内の深い箇所まで確実に行き渡らせることができる。そして、パイプをセメントミルク１１の注入にも利用することにより、セメントミルク１１を炭酸化体１３内に確実かつ容易に充填することができる。

また、型枠にフランジ部が設けられる場合に限られず、例えば、浮き上がり防止具１７に係合する凹部が型枠の表面に形成されてもよい。浮き上がり防止具は、型枠に固定される場合に限られず、型枠以外の他の固定物に固定されてもよい。浮き上がり防止具は押さえ金網を有する場合に限られず、例えば、一または複数の孔部が形成された鉄板を有してもよい。上記第２参考形態において、透水性の型枠１Ａを用いてもよい。

上記第１実施形態、第１および第２参考形態において、ポーラスコンクリート３や再生骨材１６に代えて、コンクリート構造物の解体時に得られるコンクリート塊や、産業副産物を主要成分とする固形化物を、型枠１内に充填してもよい。この場合、解体したコンクリート塊を４０ｍｍ以上の比較的大きな径のままで投入することができる。産業副産物を主要成分とする固形化物としては、高炉スラグやフライアッシュを比較的大きな径に固めたものが挙げられる。さらにまた、コンクリート塊や、産業副産物を主要成分とする固形化物といった材料であって、あらかじめ炭酸化されたものを型枠１内に充填してもよい。

次に、炭酸化させた再生骨材を用いたコンクリートブロックにおけるＣＯ_２の吸収効果を確認した。具体的には、コンクリートで１ｍ×１ｍ×１ｍのブロック型試験体を作製し、同ブロック製造時のＣＯ_２排出量を試算した。試算ケースは、表３に示す３ケースである。ケース１は、普通コンクリートを標準水中養生したケースである。ケース２は、普通コンクリートを温度５０℃，湿度５０％，ＣＯ_２濃度２０％の環境下で７日間炭酸化養生したケースである。ケース３は、ケース１に用いたコンクリート配合のうち、セメントに高炉セメントＢ種を用い、骨材を普通骨材から炭酸化させた再生骨材に変更し、コンクリートとして成型後にケース２と同様の環境で７日間炭酸化養生を行ったケースである。

使用材料および普通コンクリートの配合は、表４，５にそれぞれ示すとおりである。

ケース１〜３における各コンクリートのＣＯ_２排出量を試算した。ＣＯ_２排出量の試算には、表６に示す各使用材料のＣＯ_２排出量原単位（出典：土木学会 コンクリートライブラリー１２５）を用いた。

また、炭酸化養生によってＣＯ_２を吸収したコンクリートおよび骨材については、それらによるＣＯ_２吸収量を差し引き、以下の式によってＣＯ_２排出量を算出した。
コンクリートのＣＯ_２排出量（ｋｇ／ｍ^３）
＝（使用材料のＣＯ_２排出量の総和ｋｇ／ｍ^３）−（コンクリートまたは骨材が吸収したＣＯ_２量ｋｇ／ｍ^３）

以上を踏まえると、ケース１におけるＣＯ_２排出量は、表５，６から、
２９１×０．７６６６＋７８８×０．００３７＋１０６５×０．００２９
＝２２９．１ｋｇ／ｍ^３と試算される。

次に、ケース２におけるＣＯ_２排出量の算出には、炭酸化養生によってコンクリートが吸収したＣＯ_２の量を算出する必要がある。ここで、７日間の炭酸化養生でコンクリートが炭酸化によってＣＯ_２を吸収した領域は、表面から１０ｃｍであり、ＣＯ_２を吸収した部分の体積は、全体の炭酸化部分における２７．１％であり（炭酸化した領域の体積：（１ｍ×１ｍ×１ｍ）−（０．９ｍ×０．９ｍ×０．９ｍ）＝０．２７１ｍ^３）、ＣＯ_２吸収量は１３４．８ｋｇ／ｍ^３であった。このことから、同ブロックにおけるＣＯ_２吸収量は、１３５ｋｇ／ｍ３×２７．１％＝３６．５ｋｇ／ｍ^３となる。

以上を踏まえると，ケース２におけるＣＯ_２排出量は、
２２９．１−３６．５＝１９２．６ｋｇ／ｍ^３と試算される。

ケース３におけるＣＯ_２排出量の算出には、高炉セメントＢ種を用いたコンクリート配合におけるＣＯ_２排出量、再生骨材が炭酸化養生によって吸収したＣＯ_２量を考慮し、さらに、成型後の炭酸化養生によってコンクリートが吸収したＣＯ_２の量を算出する必要がある。

ケース３のコンクリート配合における使用材料のＣＯ_２排出量の総和は、表５，６から、
２９１×０．４５８７＋７０７×０．００３７＋９６５×０．００２９
＝１３８．９ｋｇ／ｍ^３となる。

ここで、再生骨材が炭酸化養生によって吸収したＣＯ_２の量は、表７に示すとおりＲＳの場合で骨材重量×７．８％、ＲＧの場合で骨材重量×８．５％であった。このことから、ケース３において骨材が吸収したＣＯ_２の量は、表５，７から、
７０７×７．８％＋９６５×８．５％＝１３７．２ｋｇ／ｍ^３となる。

さらに、ケース３でコンクリート成型後に行った７日間の炭酸化養生で、コンクリートが炭酸化によってＣＯ_２を吸収した領域は、ケース２と同様、表面から１０ｃｍであった。このことから、同ブロックにおけるＣＯ_２吸収量は、
１３５ｋｇ／ｍ^３×２７．１％＝３６．５ｋｇ／ｍ^３となる。

以上を踏まえると、ケース３におけるＣＯ_２排出量は、
１３８．９−３６．５−１３７．２＝−３４．８ｋｇ／ｍ^３と試算される。

ケース１〜３におけるＣＯ_２排出量の試算結果を表８に示す。本発明によれば、ＣＯ_２排出量をマイナスにすることが可能となる。

１，１Ａ…型枠、１ａ…開口、３…ポーラスコンクリート、７…ブロック中間体（中間体）、１１…セメントミルク（固化材）、１２，１２Ｂ…コンクリートブロック（コンクリート製品）、１３，１３Ｂ…炭酸化体、１６…再生骨材、１７…浮き上がり防止具（浮き上がり防止手段）。

Claims (2)

1. 開口を有する型枠内に、炭酸化されたポーラスコンクリートを有してなる炭酸化体を形成する工程と、
   前記炭酸化体の前記開口からの浮き上がりを防止する浮き上がり防止手段を設置する工程と、
   前記炭酸化体内の空隙に固化材を充填して固化させる工程と、を含み、
   前記炭酸化体を形成する工程は、
   前記開口を通じて前記ポーラスコンクリートを前記型枠内に打設する工程と、
   前記ポーラスコンクリートを打設してから一定期間経過後に脱型し中間体を得る工程と、
   前記中間体の表面を露出させた状態で前記中間体を炭酸ガスの雰囲気下に設置し炭酸化養生する工程と、
   炭酸化養生された前記中間体を前記型枠内に再度設置する工程と、を含むことを特徴とするコンクリート製品の製造方法。
2. 前記炭酸化体を形成する工程では、前記ポーラスコンクリートの骨材として重量骨材を用いることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート製品の製造方法。

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