JP6869644B2 - 多孔質コンクリートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートガラを用いた多孔質コンクリートの製造方法に関する。

コンクリートで構成された建物の解体等によって、コンクリート破片（コンクリートガラ）が多量に発生する。このようなコンクリートガラを再利用する場合、コンクリートガラの粒度を調整した後、埋戻材や路盤材に使用することがある。また、加熱すりもみ等を行なって骨材に再生することもある。

しかしながら、埋戻材や路盤材に使用する場合には、粒度を２０ｍｍ以下にする必要があり、これらに使用できる量も限られている。また、再生骨材として再生する場合には、粒形や粒度等の品質を安定させるため、複数回加工を行なう必要があり、再生処理費用が高額になっていた。

そこで、再生処理の回数や手間を低減し、より多くのコンクリートガラを用いる方法が検討されている。例えば、コンクリートガラを用いて多孔質コンクリートを生成することも検討されている（特許文献１参照。）。この文献には、４０ｍｍ以上の廃棄コンクリート塊からなる大型粗骨材を多数積み上げて、これら表面に塗りつけるようにした結合材を用いて、大型粗骨材の間に全体として連続した空隙を形成したポーラスコンクリートブロックの製造方法が記載されている。

特開２００４−３３１４４７号公報

特許文献１に記載の技術では、大型のコンクリートガラを積み上げており、一般のコンクリートの製造に用いる混練を採用していない。このため、建設される建築物が限定されるとともに、この技術によりコンクリートガラを用いてコンクリートを製造すると、手間や時間がかかる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、コンクリートガラを用いて効率よく製造することができる多孔質コンクリートの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための多孔質コンクリートの製造方法は、コンクリートガラを粉砕して粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラを生成し、この生成したコンクリートガラのうち粒度が５０ｍｍ〜６０ｍｍ粒度のコンクリートガラを少なくとも含むコンクリートガラと、セメントと混和材料と水とを混練した後、締固めて製造する。これにより、比較的大きいコンクリートガラを、セメント及び混和材料等と混練するので、多量のコンクリートガラを用いて、透水性、曲げ強度を確保した多孔質コンクリートを製造することができる。

・上記多孔質コンクリートの製造方法において、混練する前記コンクリートガラは、粒度６０ｍｍを超えるガラを除去し、粒度が６０ｍｍ以下の全粒度のコンクリートガラであることが好ましい。これにより、全粒度を用いることが可能となり、コンクリートガラを効率的に再利用することができる。

上記課題を解決するための多孔質コンクリートの製造方法は、コンクリートガラを粉砕して粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラを生成し、この生成したコンクリートガラのうち粒度が４０ｍｍ〜６０ｍｍのコンクリートガラと、細骨材として５ｍｍ以下のコンクリートガラと、セメントと混和材料と水とを混練した後、締固めて製造する。
・上記多孔質コンクリートの製造方法において、前記混和材料として、高性能ＡＥ減水剤を用い、前記コンクリートガラを低水セメント比で練り混ぜることが好ましい。これに
より、適切な透水係数を有する多孔質コンクリートを効率よく製造することができる。

・上記多孔質コンクリートの製造方法において、前記高性能ＡＥ減水剤は、セメントの重量に対して０．５％〜１．５％を用いることが好ましい。これにより、良好な特性の多孔質コンクリートの施工性を得ることができる。

本発明によれば、コンクリートガラを用いて、効率的に多孔質コンクリートを製造することができる。

本実施形態の多孔質コンクリートの製造方法を説明するフロー図。 本実施形態の多孔質コンクリートの製造に用いた粒度範囲における曲げ強度及び透水係数等の特性を示すグラフ。 本実施形態の締固めの有無と多孔質コンクリートの特性とを説明する説明図であって、（ａ）は曲げ強度、（ｂ）は透水係数を示す。 本実施形態の混和材料の種類及び量を変更した場合を説明する表であり、（ａ）は変更した混和材料と量を示し、（ｂ）はモルタルフロー値を示す。 本実施形態の混和材料の種類及び量を変更した場合を説明する表であり、（ａ）は試験ケースを示し、（ｂ）は均質充填性、曲げ強度、透水係数、及びコスト比較値を示す。

以下、図１〜図５を用いて、多孔質コンクリートの製造方法を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、コンクリート構造物の解体等によって生じたコンクリートガラ（コンクリート破片）を用いた多孔質コンクリートを製造する。

この多孔質コンクリートの製造においては、まず、粒度６０ｍｍ以下のコンクリートガラを生成する（ステップＳ１）。具体的には、コンクリートガラを粉砕し、ふるい目開きが６０ｍｍのふるいを１回通す。そして、このふるいの通過物には、粒度５０ｍｍ〜６０ｍｍ以下のガラが含まれるようにする。

次に、ふるいを通過したコンクリートガラと、モルタルとを混練する（ステップＳ２）。ここで、モルタルは、セメント、水、混和材料（混和材や混和剤）等を混合したものをいう。本実施形態では、モルタルのセメントとして、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０」に規定される早強ポルトランドセメントに、水（水道水）を用いる。また、このモルタルは、水セメント比（ｗ／ｃ）を（低水セメント比の）０．２７５、モルタルに対する細骨材の量（Ｖｓ／Ｖｍ）を０．５、モルタルに対するコンクリートガラの割合（Ｖｍ／ＶＧ）を０．７５とする。

更に、混和材料（混和剤）として、高性能ＡＥ減水剤であるＢＡＳＦジャパン株式会社製の「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」をセメントの重量（ｃ）×０．７％で用いる。この場合、「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」の代わりに、ポリカルボン酸エーテル系の高性能ＡＥ減水剤と、セルロース系増粘剤とを用いることもできる。この場合、具体的には、高性能ＡＥ減水剤として、「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＨＶ_Ｓ（ＢＡＳＦジャパン株式会社製）」をセメントの重量（ｃ）×０．８％で用いる。更に、増粘剤として、信越化学工業株式会社製の「ＳＦＣＡ２０００（商品名）」をＷ（水の重量）×０．０５％で用いる。
そして、コンクリートガラとモルタルとを、混練機を用いて混練することにより、フレッシュコンクリートを得る。

次に、フレッシュコンクリートを締固める（ステップＳ３）。具体的には、フレッシュコンクリートにおいて、型枠振動機を用いて、振動による締固めを行なう。型枠振動機としては高周波振動モータ等を用いる。

上記の方法で製造した多孔質コンクリートの特性を、他の条件を用いて製造した多孔質コンクリートと比較しながら説明する。
コンクリートガラを粉砕して多孔質コンクリートを混練する場合、粒度が６０ｍｍよりも大きい場合には、混ざり難く、コンクリートガラが不均質なフレッシュコンクリートが生成される。そこで、粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラを用いる。

一般的な多孔質コンクリートに用いられる骨材は、空隙を確保する観点から単一粒度の方がよいと言われている。一方、コンクリートガラは、コンクリート構造物の解体等によって得られるため、微細な粒度から人頭大まで広範な粒度分布を有している。更に、再利用の観点から、より多くのコンクリートガラを利用したいというニーズもある。

図２には、使用する粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラの粒度範囲、モルタルの細骨材の種類を変更した場合の特性を示している。
試験ケース「α１」及び「α２」においては、粒度が０ｍｍより大きく６０ｍｍ未満（粒度：０〜６０ｍｍ）のコンクリートガラを用いている。このコンクリートガラは、ふるい目開きが６０ｍｍのふるいを通した通過物である。

試験ケース「β」においては、粒度が２０ｍｍより大きく６０ｍｍ未満のコンクリートガラを用いている。この場合、粉砕したコンクリートガラを、ふるい目開きが６０ｍｍのふるいを通し、この通過物を、ふるい目開きが２０ｍｍのふるいを通す。そして、このふるいを通過しなかった残留物（粒度：２０ｍｍ〜６０ｍｍのコンクリートガラ）を用いる。

試験ケース「γ」においては、粒度が４０ｍｍより大きく６０ｍｍ未満のコンクリートガラを用いている。この場合、粉砕したコンクリートガラを、ふるい目開きが６０ｍｍのふるいを通し、この通過物を、ふるい目開きが４０ｍｍのふるいを通す。そして、このふるいを通過しなかった残留物（粒度：４０ｍｍ〜６０ｍｍのコンクリートガラ）を用いる。

更に、試験ケース「α１」、「β」、「γ」においては、モルタルに添加する細骨材として、５ｍｍ以下のコンクリートガラを添加した。試験ケース「α２」においては、モルタルに細骨材を添加しなかった。

また、試験ケース「α１」、「α２」、「β」、「γ」のいずれにおいても、モルタルのセメントとして、早強ポルトランドセメントを用いる。更に、水（水道水）、混和材料としてポーラスコンクリート用混和材を用いている。粒度影響を評価するために、ポーラスコンクリート用混和材として実績のある「太平洋マテリアル製のポアミックス（商品名）」を用いた。また、このモルタルは、水セメント比（ｗ／ｃ）を０．２７５、モルタルに対する細骨材の量（Ｖｓ／Ｖｍ）を０．５、モルタルに対するコンクリートガラの割合（Ｖｍ／ＶＧ）を０．７５とした。

試験ケース「α１」、「α２」、「β」、「γ」のいずれにおいても、外観観察は良好であった。また、これら試験ケースのいずれにおいても、空隙状況やモルタルの偏在はほぼ同じであり、大きな違いは見られなかった。

更に、これらいずれの試験ケースにおいても、曲げ強度は、３〜４（Ｎ／ｍｍ^２）とほぼ同じ値が得られ、透水係数は、３×１０^-4〜２×１０^-3（ｍ／ｓ）であった。通常のコンクリートの透水係数は１０^-12（ｍ／ｓ）程度であるため、どの試験ケースにおいても、通水性を確保することができた。

図３には、振動による締固めの有無、モルタルに対する細骨材の量（Ｖｓ／Ｖｍ）及び混和材料を変更して製造した多孔質コンクリートの特性の測定結果を示している。

図３（ａ）では、曲げ強度と試験ケースとの関係についてのグラフ３１、図３（ｂ）では、透水係数と試験ケースとの関係についてのグラフ３２を示す。各グラフ３１，３２では、試験ケース「Ｉ」、「II」の条件で３回ずつ行なった結果を示している。

試験ケース「Ｉ」、「II」のいずれにおいても、粒度０〜６０ｍｍのコンクリートガラを用いた。また、このモルタルは、水セメント比（ｗ／ｃ）を０．２７５、モルタルに対するコンクリートガラの割合（Ｖｍ／ＶＧ）を０．７５とした。

試験ケース「Ｉ」は、締固めを行なった場合、試験ケース「II」は、締固めを行なわなかった場合を示している。
また、試験ケース「Ｉ」は、細骨材を添加せず、ポアミックス（商品名）を用いた。試験ケース「II」は、Ｖｓ／Ｖｍ＝０．５の細骨材を添加し、ポアミックス（商品名）を用いた。

図３（ａ）に示すように、曲げ強度においては、締固めが影響し、締固めた場合の曲げ強度は、締固めがない場合の曲げ強度の６倍程度であった。また、曲げ強度においては、細骨材の有無、混和材料の種類による影響は小さかった。
図３（ｂ）に示すように、透水性においては、締固めの有無と細骨材の添加の有無が、透水性に及ぼす影響は小さかった。

図４（ａ）は、各ケース番号における混和材料の種類及び量を示した表である。図４（ａ）において、ＰＭは「ポアミックス（商品名）」、１５Ｌは「マスターポリヒード１５Ｌ」を意味している。更に、８ＳＶは、高性能ＡＥ減水剤の「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」、８ＨＶは、高性能ＡＥ減水剤の「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＨＶ_Ｓ」、ＳＦＣＡはセルロース系増粘剤である「ＳＦＣＡ２０００（商品名）」を意味している。

図４（ａ）における「ｃ」は、コンクリートに用いるセメント量である。
また、いずれのケース番号においても、水セメント比（ｗ／ｃ）を２７．５％、水は５５０（ｇ）、セメントは２０００（ｇ）とした。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の各試験ケースにおけるモルタルフローに関するフロー試験の試験結果（フロー値）を示す表である。
ケース番号「２」の「ポアミックス（商品名）」を用いた場合のコンクリートの性状が良好であった。これに近いフロー値の混和材料は、ケース番号「５」、「９」及び「１２」であった。

（モルタル試験における検討）
混和材料として「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」を用いた場合には、ｃ×０．７％とｃ×１．５％のフロー値、「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＨＶ_Ｓ」を用いた場合には、ｃ×０．８％のフロー値が、「ポアミックス（商品名）」のフロー値に近かった。また、混和材料として「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＨＶ_Ｓ」を用いた場合において、ｃ×０．８％のフロー値は、ｃ×１．０％及びｃ×０．６％の場合よりも「ポアミックス（商品名）」を用いた場合のフロー値に近かった。更に、増粘剤は、ｗ×０．０５％以下の場合が、「ポアミックス（商品名）」を用いた場合のフロー値に近かった。

従って、高性能ＡＥ減水剤をｃ×０．８％で用い、増粘剤は、ｗ×０．０５％以下で用いる場合には、良好な多孔質コンクリートを得ることができる。
なお、「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」を用いた場合には、ｃ×０．７％とｃ×１．５％のフロー値が「ポアミックス（商品名）」のフロー値に近い。この場合、ｃ×０．７％を用いた方が、低コストとなる。

（多孔質コンクリート試験における確認）
図５（ａ）は、３つの試験ケース（ケース２１，２２，２３）における多孔質コンクリートの材料や量を示している。
ケース２１は、混和材料として「ポアミックス（商品名）」をｃ×０．１％で用いた。
ケース２２は、混和材料として「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＳＶ」をｃ×０．７％で用いた。
ケース２３は、混和材料として「マスターグレニウム（商標名）ＳＰ８ＨＶ_Ｓ」をｃ×０．８％と、「ＳＦＣＡ２０００（商品名）」を０．０５％で用いた。

図５（ｂ）は、各試験ケース（ケース２１，２２，２３）の試験結果（均質充填性、曲げ強度、透水係数、及びコスト比較）を示している。
ケース２２及びケース２３の多孔質コンクリートの均質充填性は、ケース２１と同等であった。
ケース２２及びケース２３の多孔質コンクリートの曲げ強度は、ケース２１よりも大きい値であった。
ケース２２及びケース２３の多孔質コンクリートの透水係数は、ケース２１と同等であった。
ケース２２及びケース２３の多孔質コンクリートのコストは、ケース２１より低かった。特に、ケース２２のコストは、これら試験ケースで最小となり、ケース２１に比べて、４６％程度低減できる。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、コンクリートガラを粉砕して、粒度を６０ｍｍ以下にする（ステップＳ１）。そして、ふるいを通過した全粒度のコンクリートガラ（粒度：０〜６０ｍｍ）を、セメント及び混和材料等と混練し（ステップＳ２）、混練後に締固めを行なう（ステップＳ３）。これにより、比較的大きいコンクリートガラを、セメント及び混和剤と混練して製造するので、多量のコンクリートガラを用いて、透水性、曲げ強度を確保した多孔質コンクリートを製造することができる。更に、単一粒度と異なり、全粒度を用いることにより、コンクリートガラを効率的に再利用することができる。

（２）本実施形態では、混和材料として、ｃ×０．７％の高性能ＡＥ減水剤を用い、コンクリートガラは、低水セメント比で練り混ぜる。これにより、材料を分離することなく、コンクリートを混練することができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、モルタルフロー試験により、適切なモルタル特性となる混和材料を特定した。コンクリートガラを用いた多孔質コンクリートのモルタル特性が適切か否かの判定は、この方法に限定されず、次のような振動締固めによって落下したモルタルの質量から判定してもよい。まず、５ｍｍふるいの上に直径２００ｍｍの管に、混練したフレッシュコンクリートを入れる。そして、バットの上にモルタル通過量測定装置（仕様：振動数３０００ｖｐｍ振幅１ｍｍ）を載せ、振動テーブルで２０秒間締固めを行なう。締固めた後に、バッドに落ちたモルタルの質量を測定する。このモルタルの質量が少なければ垂れ量が少ないと判定する。

・上記実施形態のコンクリートの製造方法においては、粒度が０〜６０ｍｍのコンクリートガラを用いた。コンクリートガラは、５０ｍｍ〜６０ｍｍの粒度を含み、６０ｍｍ以下の粒度のコンクリートガラであればよく、５０ｍｍ〜６０ｍｍの単一粒度、４０ｍｍ〜６０ｍｍの単一粒度等を用いてもよい。

・上記実施形態においては、混和材料として、高性能ＡＥ減水剤を用いた。混和材料は、高性能ＡＥ減水剤に加えて増粘剤を用いてもよい。具体的には、高性能ＡＥ減水剤をｃ×０．８％、増粘剤をＷ×０．０５％で用いることにより、同等の性能が得られる。この場合、高性能ＡＥ減水剤は、増粘剤の性能を阻害しない性質を有するもの（例えば、ポリカルボン酸エーテル系の高性能ＡＥ減水剤等）を選定する。また、増粘剤の量は、これに限定されず、Ｗ×０．０５％以下が好ましい。

３１，３２…グラフ。

Claims (5)

1. コンクリートガラを粉砕して粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラを生成し、この生成したコンクリートガラのうち粒度が５０ｍｍ〜６０ｍｍのコンクリートガラを少なくとも含むコンクリートガラと、セメントと混和材料と水とを混練した後、締固めて製造することを特徴とする多孔質コンクリートの製造方法。
2. 混練する前記コンクリートガラは、粒度６０ｍｍを超えるガラを除去し、粒度が６０ｍｍ以下の全粒度のコンクリートガラであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質コンクリートの製造方法。
3. コンクリートガラを粉砕して粒度が６０ｍｍ以下のコンクリートガラを生成し、この生成したコンクリートガラのうち粒度が４０ｍｍ〜６０ｍｍのコンクリートガラと、細骨材として５ｍｍ以下のコンクリートガラと、セメントと混和材料と水とを混練した後、締固めて製造することを特徴とする多孔質コンクリートの製造方法。
4. 前記混和材料として、高性能ＡＥ減水剤を用い、
   前記コンクリートガラは、低水セメント比で練り混ぜることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の多孔質コンクリートの製造方法。
5. 前記高性能ＡＥ減水剤は、セメントの重量に対して０．５％〜１．５％を用いることを特徴とする請求項４に記載の多孔質コンクリートの製造方法。

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