JPH11217247A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】再生骨材を用いたセメント組成物は、施工時の
流動性が低下するので多くの単位水量を必要とし、強度
低下をまねく。又セメントの凝結が遅延する問題があっ
た。 【解決手段】再生骨材として硬化コンクリート、硬化モ
ルタルまたは硬化セメントペーストの解体材から得られ
る再生骨材と、分子構造中にポリオキシアルキレン化合
物を必須成分とする分散剤と水硬性組成物とを含有する
することを特徴とするセメント組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセメント組成物に関する
ものであり、詳しくは、本発明は、再生骨材として硬化
コンクリート、硬化モルタルまたは硬化セメントペース
ト等の構造物解体材から得られる再生粗骨材、再生細骨
材、および／または再生骨材微粉末と、水硬性組成物と
を含有することを特徴とするセメントペースト、モルタ
ル、コンクリートなどのセメント組成物に関するもの
で、かかるセメント組成物の流動性確保、凝結遅延の抑
制、乾燥収縮量の低減によって、構造物の解体によって
生じる廃棄物の再利用を円滑にし、資源の有効利用と省
エネルギーを実現するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート、モルタル、セメントペー
ストは様々な構造物に使用されているが、社会構造の変
化に伴って、これら構造物を取り壊し、建て替えあるい
は再構築の必要性が生じ、現在では多大な量の建設副産
物が発生している。近年になって地球環境保全や、石化
エネルギーや資源の枯渇問題から、建設副産物の再利用
法について検討されている。

【０００３】硬化したコンクリート、モルタル、セメン
トペーストなどのセメント硬化体の再利用については、
主にその解体塊を破砕して、漁礁、敷石、路盤材や埋め
戻しに使用されている。しかしながらこれら用途で再利
用するには限界がある。一方、資源の枯渇からコンクリ
ートやモルタルに使用される骨材が不足し、またセメン
ト硬化体のより効率的な再利用を促進するため、セメン
ト硬化体を破砕して粗骨材、細骨材、あるいは主に硬化
セメントペースト部分からなる微粉末を分離して再生粗
骨材、再生細骨材、および再生骨材微粉末とし、再度コ
ンクリート、モルタルあるいはセメントペーストなどの
水硬性のあるセメント組成物として使用する試みがなさ
れている。

【０００４】しかしながら、再生粗骨材、再生細骨材
は、微細な空隙に富む硬化セメントペーストが付着して
おり、このペースト部分と骨材部分とを完全に分離する
ことは困難である。すでに硬化しているセメントペース
トはそれ自体吸水率が非常に高く、セメント組成物に多
く含有させた場合には流動性が低下して所定の流動性
（以下、初期流動性）が得られず、セメント組成物容積
あたりの水の量（以下、単位水量）を多くする必要性が
生じ、結果としてセメント使用量の増大、強度の低下
や、単位水量の増加とペースト部分の容積増加による乾
燥によるセメント組成物の収縮（以下、乾燥収縮）が大
きくなり、ひび割れを生じやすいといった問題がある。
また、吸水率が高いために、セメント組成物をポンプに
よって圧送すると、著しくスランプが低下するものであ
った。さらに、再生骨材を使用したセメント組成物は、
ポンプ圧送を行わない場合でも、セメント組成物の運搬
や、現場到着後の施工時間内での流動性低下（以下、ス
ランプロスという）が大きいものであった。

【０００５】再生骨材を用いたセメント組成物では、凝
結が遅延するといった問題がある。これは初期流動性を
改善するために減水剤を使用して単位水量を減じようと
すると凝結が著しく遅延したり、また再生骨材への減水
剤の吸着のため減水効果が得られなかったりするといっ
た問題も生じる。

【０００６】一方、単位水量を減じるために使用される
減水剤は、水硬性組成物の分散を良好にし、コンクリー
トなどのセメント組成物自体の流動性を確保するもので
あるが、再生骨材を使用した場合には再生骨材の硬化ペ
ースト部分への減水剤の吸着量が多くなるため、十分な
流動性が確保できない。そしてポリオキシアルキレン基
を構造中にもつ分散剤が硬化ペーストへの吸着を抑制
し、再生骨材を使用したセメント組成物の流動性確保に
有効に作用することは知られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、再生骨材
を用いたセメント組成物において初期流動性がよく、ス
ランプロスが少なく、施工性、耐久性に優れるセメント
組成物を提供し、建設副産物、一般廃棄物、産業廃棄物
などの廃棄物の再利用を促進することを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、再生骨材
と、分子構造中にポリオキシアルキレン化合物を必須成
分とする分散剤と、水硬性組成物とを含有するセメント
組成物とすることによって本発明と完成した。本発明
は、（１）再生骨材として硬化コンクリート、硬化モル
タルまたは硬化セメントペーストの解体材から得られる
再生粗骨材、再生細骨材、および／または再生骨材微粉
末と、ポリオキシアルキレン化合物を必須成分とする分
散剤と、水硬性組成物とを含有することを特徴とするセ
メント組成物である。

【０００９】また、本発明は、（２）分散剤中のポリオ
キシアルキレンが、炭素数２〜５のオキシアルキレン基
の付加モル数が２０〜５００であることを特徴とするセ
メント組成物、（３）ポリオキシアルキレンの含有量
が、分散剤分子中に５０重量％以上含有することを特徴
とするのセメント組成物、（４）分散剤が、水硬性組成
物１００重量部に対し分散剤の固形分として０．０３〜
１重量部であるセメント組成物、（５）分散剤が、アク
リレート、メタクリレートまたはその誘導体を単量体と
し、これら単量体と共重合可能なポリオキシアルキレン
基をもつ単量体とを必須成分とする水溶性ビニル共重合
物であるセメント組成物、（６）分散剤が、無水マレイ
ン酸と、無水マレイン酸と共重合可能なポリオキシアル
キレン基をもつ化合物を必須成分とする無水マレイン酸
共重合物であるセメント組成物、（７）分散剤が、芳香
族化合物と、ポリオキシアルキレン基をもつ化合物とを
必須成分とするホルムアルデヒド共縮合物であることを
特徴とする請求項１〜４記載のセメント組成物、（８）
水硬性組成物が、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一
種以上を原料としてなる焼成物であって、Ｃ11Ａ7Ｃａ
Ｃｌ2，Ｃ11Ａ7ＣａＦ2，Ｃ3Ａの一種以上を１０〜４０
重量％およびＣ2Ｓ、Ｃ3Ｓの一種以上を含む焼成物と石
膏からなるセメント組成物を含む。

【００１０】

【発明の実施態様】本発明で使用する再生骨材は、建築
物、橋梁、ダム、防波堤、舗装用コンクリート、各種コ
ンクリート製品など既に硬化した構造物として原コンク
リートあるいは原モルタルとし、これを破砕あるいは粉
砕し、場合によっては分級することによって得られる。
原コンクリートあるいは原モルタルの粉砕はジョークラ
ッシャー、回転式破砕機、加熱回転破砕機などが使用さ
れ、さらに篩分け等の分級によって砂利や砕石の含有量
が多い再生粗骨材、砂の含有量が多い再生細骨材、ペー
スト部分が主体の再生骨材微粉末に分けられ、概ね再生
粗骨材は粒径５ｍｍ以上、再生細骨材は粒径０．１５ｍ
ｍ以上かつ５ｍｍ未満、再生骨材微粉末は粒径０．１５
ｍｍ以下である。

【００１１】得られる再生骨材は、破砕方法や使用する
破砕機、分級方法などによって粒度分布、あるいは粗骨
材や細骨材に付着するモルタルやセメントペーストの量
が異なるものであるが、特に限定されるものでなく、ま
た篩分けによって粒度調整しなければならないものでは
ない。

【００１２】本発明で用いる再生骨材は、原コンクリー
トあるいは原モルタルとして、その含有する骨材、水硬
性セメントなど構成成分によって制限されるものではな
く、骨材として砕石、川砂利などの粗骨材、細砂、川砂
などの細骨材の他、タイルなどの陶磁器、レンガ屑、焼
却灰の溶融固化物等、或いはフライアッシュ、シリカフ
ューム、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末など含有して
もよく、さらに破砕方法、分級方法によっても制限され
るものではない。原コンクリートが再生骨材で構成され
ていれば完全リサイクルとなりさらに有用である。

【００１３】用いる再生骨材は、篩分けによって再生骨
材を調整した場合には、再生粗骨材、再生細骨材、また
は再生骨材微粉末の何れか１種類以上であり、その含有
量は練混ぜられた本発明のセメント組成物１ｍ3に対し
て、再生粗骨材または再生細骨材の場合は重量で２０ｋ
ｇ以上、再生骨材微粉末の場合は重量で５ｋｇ以上であ
る。再生粗骨材および再生細骨材の使用量が２０ｋｇよ
り少ない場合、または再生骨材微粉末の使用量が５ｋｇ
より少ない場合では単位水量の増加抑制、スランプロス
低減、ポンプ圧送性等の改善の効果が認められない。

【００１４】本発明の構成成分である分散剤としては、
その分子構造中にポリオキシアルキレンをもつものであ
り、アクリレート、メタクリレートまたはその誘導体な
どのアクリル酸系の単量体と、これら単量体と共重合可
能なポリオキシアルキレン基をもつ化合物を必須成分と
する共重合物、および／または無水マレイン酸と、無水
マレイン酸と共重合可能なポリオキシアルキレン化合物
との共重合物、および／または芳香族化合物とホルムア
ルデヒド共縮合可能なポリオキシアルキレン基をもつ化
合物とのホルムアルデヒド共縮合物が例示される。

【００１５】これらポリオキシアルキレン化合物を必須
成分とするセメント分散剤は、アクリル酸系の共重合物
は、例えば特開昭５８−７４５５２、特開平１−２２６
７５７、特開平７−１０９１５６、特開平７−１２６０
５３、特開平８−１２３９６、特開平９−２７８５０５
に、無水マレイン酸の共重合物としては、例えば特開昭
６３−２８５１４０、特開平５−３１０４５８や特開平
９−２５５７４０に、また芳香族化合物とのホルムアル
デヒド共縮合物は、例えば特開平６−３４０４５９や特
開平７−１０９１５８にその成分のみ示されている。

【００１６】本発明の構成成分である分散剤は、前述の
何れの分散剤でも、炭素数２〜５のオキシアルキレン基
の付加モル数が２０〜５００のポリオキシアルキレン化
合物を共重合あるいは共縮合させたものがよい。分散剤
中のポリオキシアルキレン基は再生骨材の硬化ペースト
部分への吸着量を抑制することによって、水硬性組成物
への分散剤の作用を有効にさせる。分散剤の付加モル数
が２０以下であると、再生骨材への分散剤吸着量が多く
なり、スランプロスが大きくセメント組成物の運搬中あ
るいは施工中に流動性が失われ、ポンプ圧送性の改善効
果がなく、あるいは型枠への充填不良を生じたりする。
また付加モル数が５００を超えると、分散剤の重合度が
低くなり分散性が低下したり、あるいは分散剤合成時に
反応率が低下し、未反応物が多く存在する事によって所
定の強度が得られない事がある。

【００１７】また、再生骨材を使用したセメント組成物
は、単位水量の増加やペースト部分の増加によって乾燥
収縮が大きくなるが、ポリオキシアルキレン基を構造中
にもった分散剤はこの乾燥収縮も抑制する。これは単に
分散作用によって単位水量を減じることによるものだけ
でなく、再生骨材の硬化ペースト部分への吸着量が少な
いことから、本発明のセメント組成物硬化後の液層部分
にこのポリオキシエチレン基をもった分散剤が残存し、
硬化したセメント組成物の細孔部分で水の表面張力を低
下させて、毛細管現象によって生ずる水の移動を抑制
し、またポリオキシアルキレン基が水との親和性が大き
いことによって、乾燥による水分の蒸散を抑制する。従
って、乾燥収縮が抑制出来る。この抑制効果は、炭素数
２〜５のオキシアルキレン基の付加モル数が２０以上の
分散剤で有効になる。

【００１８】分散剤中ポリオキシアルキレンの含有量
は、分散剤分子中にポリオキシアルキレンとして５０重
量％以上含有することが好ましく、５０重量％より少な
いとセメント粒子の分散を得るためのポリオキシアルキ
レンによる立体反発力が小さくなり、セメント組成物の
流動性が低下したりスランプロスが大きくなり、また乾
燥収縮の抑制効果が小さくなり、セメント組成物硬化後
にひび割れを生じたりする。

【００１９】分散剤の使用量は、水硬性組成物１００重
量部に対し分散剤の固形分として０．０３〜１重量部が
適当である。０．０３重量部より少ない場合は水硬性組
成物に対する分散力に欠け、流動性能を与えることがで
きず、また、１重量部を超えると材料分離を生じたり、
あるいは早期における強度発現を低下させたりする。分
散剤の使用量は、その添加量が多くなるに従って流動性
が増し、施工時に必要な流動性によって添加量を決定す
る。

【００２０】本発明の構成成分である水硬性組成物は、
普通、早強、中庸熱、低熱などの各ポルトランドセメン
ト、これらに鉱物質微粉末である高炉スラグ、フライア
ッシュ、シリカヒューム、石灰石などを添加した混合セ
メントまたはアルミネート鉱物を添加した速硬性セメン
ト等があり、これら水硬性組成物を混合して用いてもよ
く、その種類によらずスランプロスの低減、ポンプ圧送
性の改善、乾燥収縮の低減などの効果をもたらす。また
都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料とし
て製造してなる水硬性組成物（以下、エコセメントとい
う）を用いると、分散剤による凝結遅延性が改善され、
より有用である。

【００２１】エコセメントは都市ゴミ焼却灰、下水汚泥
焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であって、Ｃ
11Ａ7ＣａＣｌ2，Ｃ11Ａ7ＣａＦ2，Ｃ3Ａの一種以上を
１０〜４０重量％およびＣ2Ｓ、Ｃ3Ｓの一種以上を含む
焼成物と石膏からなる水硬性組成物である。なお、ここ
で使用する原料は、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した
下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物、更に
は普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アル
ミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原料
であってもよい。係る原料を１２００〜１５００℃で焼
成して得たクリンカーを粉砕後、この焼成物に石膏を添
加してエコセメントを製造する。

【００２２】この焼成物中のアルミニウム源は焼却灰か
ら主に由来するので、Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2，Ｃ11Ａ7Ｃａ
Ｆ2，Ｃ3Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が１０重量
％未満では、焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の有
効利用および再資源化の観点から好ましくない。また、
４０重量％を超えると水和の進行によって過大に膨張す
る場合がある。エコセメント中の石膏は、無水石膏、二
水石膏、半水石膏のいずれも使用でき、強度の発現性か
ら、石膏は、焼成物１００重量部に対して１〜３０重量
部添加するのが好ましい。

【００２３】本発明の水硬性組成物の使用量は特に制限
されるものではないが、本発明のセメント組成物１ｍ3
に対して２０〜１０００ｋｇ含有することが好ましい。
水硬性組成物の使用量が２０ｋｇより少ないとセメント
組成物の硬化後の強度が低くなり、また水硬性組成物の
使用量が１０００ｋｇより多いと、水硬性組成物の水和
反応による発熱が大きくひび割れを生じ、また不経済で
ある。

【００２４】本発明のセメント組成物には、その他成
分、例えば、減水剤、ＡＥ剤、消泡剤、流動化剤、凝結
遅延剤、促進剤、増粘剤、収縮低減剤、防錆剤、発泡材
や膨張材などの混和材料、高炉スラグ骨材、鉄鉱石など
の骨材、スチールファイバーや連続繊維などの補強剤を
配合してもよい。

【００２５】本発明のセメント組成物を製造する場合、
セメント組成物を構成する材料の添加順序は特に制限さ
れるものではなく、例えば、本発明の水硬性組成物と、
再生骨材とをプレミックスとして、あるいは水硬性組成
物、水、細骨材または再生細骨材、粗骨材または再生粗
骨材、再生骨材微粉末を練り混ぜた後に分散剤および他
の混和材料を添加してもよい。さらにセメント組成物中
への本発明の水硬性組成物および再生骨材の添加方法、
セメント組成物各材料の練り混ぜ方法は特に制限を受け
るものではない。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。なお、これら
は例示であり本発明を限定するものではない。

【００２７】実施例１〜６及び比較例７〜９ 再生骨材は、橋脚部分に使用されていた解体コンクリー
トを原コンクリートとし、ジョークラッシャーで２回破
砕した後さらにインペラークラッシャーで破砕し、篩い
分けにを行って粒子径５ｍｍ〜２０ｍｍのものを再生粗
骨材、０．１５ｍｍ〜５ｍｍのものを再生細骨材、０．
１５ｍｍより小さいものを再生骨材微粉末とした。表１
に示したオキシアルキレン基の付加モル数の異なる分散
剤と、普通ポルトランドセメントを水硬性組成物とし、
水硬性組成物１重量部、再生細骨材３重量部、水０．４
重量部からなるモルタルに練混ぜセメント組成物とし、
その練り上がり直後と６０分経過後のフロー値と、練混
ぜから１２時間および２４時間後の圧縮強さを日本工業
規格（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）に準じて測定し、また４
×４×１６ｃｍに成形したモルタルを１週間水中養生し
た後、温度２０度Ｃ相対湿度５５％の条件で２６週間乾
燥させた時の長さ変化率をＪＩＳＡ１１２９に準じて測
定した。モルタルフロー、圧縮強度の測定値を表２に示
す。実施例では、何れも練り上がり直後と６０分経過後
のフロー変化量が小さく、また１２時間圧縮強度に優
れ、凝結が早く、乾燥収縮も小さいことがわかる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】実施１０、１１及び比較例１２、１３ 都市ゴミ焼却灰５４．３重量％、石灰石粉４２．５重量
％、アルミ灰１．１重量％、粘土１．１重量％、蛍石
０．５重量％を原料として、ロータリーキルンを用いて
１３００〜１４５０℃でクリンカーを焼成した。得られ
たクリンカーは、縦型ミルでブレーン比表面積が４００
０ｃｍ２／ｇになるよう粉砕し、この焼成物１００重量
に対して無水石膏を１２重量部添加してブレーン比表面
積が４７００ｃｍ２／ｇのエコセメントを製造した。製
造したエコセメントまたは低熱ポルトランドセメントを
水硬性組成物として、水／水硬性組成物の重量比を４５
％とし、分散剤としてオキシエチレンの平均付加モル数
９１のポリオキシエチレンアリルエーテルと無水マレイ
ン酸との共重合物を水硬性組成物１００重量部に対して
固形分で０．３重量部添加し、実施例１〜６及び比較例
７〜９で製造した再生骨材を使用し、表３で示した配合
で練混ぜ、セメント組成物としてコンクリートを得た。

【００３１】

【表３】

【００３２】練混ぜは、練混ぜ量を５００リットルとし
て強制２軸型ミキサーを用い、練混ぜ後およびスクイズ
式ポンプを用いて製造したコンクリートの圧送後にスラ
ンプ試験をＪＩＳ Ａ１１０１に準じて測定し、また材
齢９１日の圧縮強度をＪＩＳＡ１１０８に、コンクリー
トの材齢１３週の乾燥収縮量をＪＩＳ Ａ１１２９に準
じて測定した。

【００３３】また、比較例として、分散剤として構造中
にポリオキシエチレンを含有しないナフタレンスルホン
酸のホルムアルデヒド共縮合物を水硬性組成物１００重
量部に対して固形分で０．３３重量部添加し、実施例と
同様にして行った配合および試験結果を、表３および表
４に記載した。

【００３４】

【表４】

【００３５】その結果、実施例Ｎｏ．１０、１１で示し
た本発明のセメント組成物では、分散剤の少ない添加量
で流動性に優れ、単位水量を減じることができ、ポンプ
圧送後でもスランプの低下がなく、特にエコセメントを
用いた実施例Ｎｏ．１１では乾燥収縮量が小さいもので
あった。

【００３６】

【発明の効果】本発明のセメント組成物は、セメントペ
ースト、モルタルあるいはコンクリートとして用いるこ
とができ、建設副産物、一般廃棄物、産業廃棄物などの
廃棄物の再利用を可能とするものである。本発明のセメ
ント組成物は、スランプロスが少なく、ポンプ圧送性に
優れ、ポンプ圧送による流動性の低下がなく、凝結を遅
延させず、さらに乾燥収縮の低減効果があり、再生骨材
を使用しない通常のコンクリートやモルタル等のセメン
ト組成物と同等に使用できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 24:22） 103:40

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 再生骨材として硬化コンクリート、硬化
   モルタルまたは硬化セメントペーストの解体材から得ら
   れる再生粗骨材、再生細骨材、および／または再生骨材
   微粉末と、ポリオキシアルキレン化合物を必須成分とす
   る分散剤と、水硬性組成物とを含有することを特徴とす
   るセメント組成物。
2. 【請求項２】 分散剤中のポリオキシアルキレンが、炭
   素数２〜５のオキシアルキレン基の付加モル数が２０〜
   ５００であることを特徴とする請求項１記載のセメント
   組成物。
3. 【請求項３】 分散剤中のポリオキシアルキレンの含有
   量が、分散剤分子中に５０重量％以上含有することを特
   徴とする請求項１または請求項２記載のセメント組成
   物。
4. 【請求項４】 分散剤が、水硬性組成物１００重量部に
   対し分散剤の固形分として０．０３〜１重量部であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３記載のセメント組成物。
5. 【請求項５】 分散剤が、アクリレート、メタクリレー
   トまたはその誘導体を単量体とし、これら単量体と共重
   合可能なポリオキシアルキレン基をもつ単量体とを必須
   成分とする水溶性ビニル共重合物であることを特徴とす
   るである請求項１〜４記載のセメント組成物。
6. 【請求項６】 分散剤が、無水マレイン酸と、無水マレ
   イン酸と共重合可能なポリオキシアルキレン基をもつ化
   合物を必須成分とする無水マレイン酸共重合物である事
   を特徴とする請求項１〜４記載のセメント組成物。
7. 【請求項７】 分散剤が、芳香族化合物と、ポリオキシ
   アルキレン基をもつ化合物とを必須成分とするホルムア
   ルデヒド共縮合物であることを特徴とする請求項１〜４
   記載のセメント組成物。
8. 【請求項８】 水硬性組成物が、都市ゴミ焼却灰、下水
   汚泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であっ
   て、Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2，Ｃ11Ａ7ＣａＦ2，Ｃ3Ａの一種
   以上を１０〜４０重量％およびＣ2Ｓ、Ｃ3Ｓの一種以上
   を含む焼成物と石膏からなることを特徴とする請求項１
   〜７のいずれかに記載のセメント組成物。