JPH11246256A - コンクリート組成物 - Google Patents

コンクリート組成物

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JPH11246256A
JPH11246256A JP5191198A JP5191198A JPH11246256A JP H11246256 A JPH11246256 A JP H11246256A JP 5191198 A JP5191198 A JP 5191198A JP 5191198 A JP5191198 A JP 5191198A JP H11246256 A JPH11246256 A JP H11246256A
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JP
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ash
waste
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concrete
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JP5191198A
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English (en)
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Chu Hirao
宙 平尾
Mihoko Kume
美穂子 久米
Toshisuke Habara
俊祐 羽原
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
太平洋セメント株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/021Ash cements, e.g. fly ash cements ; Cements based on incineration residues, e.g. alkali-activated slags from waste incineration ; Kiln dust cements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄物起源材料を多量に使用しても優れた
特性を有するコンクリート組成物を提供する。 【解決手段】都市ゴミ焼却灰等を原料としたエコセメン
トをベースとし、骨材として廃棄物起源材料を配合して
なるコンクリート組成物であり、好ましくは、細骨材と
して、溶融スラグとシンダーアッシュを30:70〜7
0:30の割合で混合したものを用い、粗骨材としてク
リンカーアッシュを用いたコンクリート組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構成材料の一部ま
たは全部に廃棄物起源の材料を用いるコンクリート組成
物に関するものである。なお、本発明はモルタルを含め
てコンクリート組成物と云う。
【0002】
【従来の技術】資源の有効利用を促すために、セメント
コンクリート材料として種々の廃棄物の利用が試みられ
ている。その一例として、ゴミ焼却場、火力発電所、下
水処理場等から排出する焼却灰を溶融して得られるスラ
グを細骨材あるいは粗骨材として用いたコンクリートが
知られている。しかし、このコンクリートは、砂、砂利
等の通常の骨材を用いたコンクリートに比べて極端に流
動性が低く、強度もやや劣るという欠点があった。ま
た、廃棄物中に含まれる微量元素などの影響により、凝
結時間が著しく遅延する場合があった。そこで、細骨材
の代替として用いた溶融スラグの一部を、同じく廃棄物
であるシンダーアッシュで置き換えることにより、流動
性の低下を抑制することが試みられている(特願平9-38
572号)。しかし、この場合でもコンクリートの強度の
向上や、凝結遅延の問題は解消されていなかった。以上
のように、廃棄物起源の原料を用いたセメントコンクリ
ートは、その使用原単位の増加に比例してコンクリート
強度の低下や凝結遅延を生じる傾向が認められるため、
廃棄物起源材料の使用量を増加できない問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物起源
材料を従来よりも多量に用いながらもコンクリートの凝
結遅延を殆ど生じることがなく、しかも流動性や強度の
低下が少ないコンクリート組成物であって、さらには骨
材およびセメント以外の材料にもさまざまな廃棄物起源
材料の使用を可能とし、従来の廃棄物利用コンクリート
よりも廃棄物起源材料の使用量が多く、安定的な廃棄物
の再利用を可能とするコンクリート組成物を提供するも
のである。
【0004】
【問題を解決するための手段】本発明は、(1)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、カルシウムクロロアルミネート、カル
シウムフルオロアルミネート、カルシウムアルミネート
の一種以上を10〜40重量%およびカルシウムシリケ
ートを含む焼成物と石膏を主成分とする水硬性組成物を
用い、骨材の一部または全部に廃棄物起源材料を用いた
ことを特徴とするコンクリート組成物に関する。ここで
具体的には、例えば、(2)水硬性組成物の鉱物組成
は、C117CaCl2、C117CaF2、C3Aの一種
以上、C2S、C3Sの一種以上を含むものである。
【0005】また、本発明のコンクリート組成物は、
(3)細骨材として、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水
汚泥焼却灰の少なくとも1種以上を溶融して製造した溶
融スラグ、および/または石炭燃焼灰のシンダーアッシ
ュを用いたもの、(4)細骨材が溶融スラグとシンダー
アッシュを混合したものであり、その混合比(溶融スラ
グ:シンダーアッシュの重量比)が30:70〜70:
30であるもの、(5)細骨材を形成する溶融スラグの
90重量%以上の粒径が0.15〜10mm、シンダーア
ッシュの90重量%以上の粒径が0.15〜10mmであ
るもの、(6)粗骨材として、クリンカーアッシュ、ガ
ラスカレットの少なくとも一種以上を用いたもの、
(7)粗骨材を形成するクリンカーアッシュ粒またはガ
ラスカレット粒の90重量%以上の粒径が2.5〜30m
mであるもの、(8)水硬性材料と骨材を含む廃棄物起
源材料の総使用量が、セメント組成物1m3当たり100
0kg以上であるものを含む。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明を具体的に説明す
る。本発明のコンクリート組成物は、都市ゴミ焼却灰、
下水汚泥焼却灰の一種以上を原料とした焼成物であっ
て、カルシウムクロロアルミネート、カルシウムフルオ
ロアルミネート、カルシウムアルミネートの一種以上を
10〜40重量%およびカルシウムシリケートを含む焼
成物と石膏からなる水硬性組成物によって得られるエコ
セメントを主体としたものである。
【0007】上記エコセメントの鉱物組成において、例
えば、カルシウムクロロアルミネートは11CaO・7
Al23・CaCl2(C11A7CaCl2と略記)の組成式で
表されるものであり、カルシウムフルオロアルミネート
は11CaO・7Al23・CaF2(C11A7CaF2と略
記)の組成式で表されるものである。また、カルシウム
アルミネートは3CaO・Al23(C3Aと略記)など
である。この他に、通常のセメントに含まれるジカルシ
ウムシリケート(C2S)、およびトリカルシウムシリ
ケート(C3S)の1種以上を含む。
【0008】エコセメントの原料は、貝殼や下水汚泥に
生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や
産業廃棄物などが用いられ、さらには、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
卜、鉄等を混合して成分調整した原料を用いてもよい。
これらの原料を1200〜1500℃で焼成して得たク
リンカーを粉砕し、必要に応じて、粉砕時または粉砕後
に石膏を添加して、エコセメントを製造する。
【0009】この焼成物中のアルミニウム源は主に焼却
灰から由来する。従って、C117CaCl2、C117
CaF2、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、この量が40重量%を上回るとその水和の進行によ
ってセメント硬化体が過大に膨張する場合があるので適
当ではない。
【0010】上記焼成物に添加される石膏は、無水石
膏、二水石膏、半水石膏のいずれでもよい。強度発現性
から、石膏の添加量は焼成物100重量部に対して1〜
30重量部が好ましい。
【0011】本発明のコンクリート組成物はエコセメン
トを用い、骨材の一部または全部に廃棄物起源材料を用
いたものである。ここで廃棄物起源材料とは廃棄物を原
料として得られる材料を云い、例えば、都市ゴミ、都市
ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰を溶融した都市ゴミスラグ
ないし下水汚泥スラグ、あるいはガラスカレット、鉱滓
微粉末、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、
コンクリート廃材、コンクリートスラッジなどが含まれ
る。
【0012】細骨材ないし粗骨材として用いる廃棄物起
源材料としては、それ自身がある程度の強度を持つこと
が必要であり、細骨材としては溶融スラグまたはシンダ
ーアッシュ、粗骨材としてはクリンカーアッシュなどが
望ましい。これらの粒度は、骨材として用いるものであ
るから、日本工業規格(JIS A 5004等)に規定される範囲
にあることが好ましく、細骨材として用いる溶融スラグ
およびシンダーアッシュはその大部分が0.15〜10m
m、粗骨材として用いるクリンカーアッシュはその大部
分が2.5〜30mmのものが好ましい。
【0013】溶融スラグは、都市ゴミ、都市ゴミ焼却
灰、下水汚泥焼却灰の少なくとも一種以上の廃棄物を溶
融して製造したものであり、冷却の方法によって水砕ス
ラグと空冷スラグの2種があるが、本発明では両者とも
使用可能である。水砕スラグの場合、その粒径ば細骨材
の粒度範囲に近いので、そのまま使用できる。但し、細
骨材の粒度範囲を外れた粒分、特に微粉の混入量が多く
なるとコンクリートの性状が影響を受けるので、所定の
性質を発揮させるには、その90重量%以上の粒径が
0.15〜10mmの範囲にあることが望ましい。空冷ス
ラグの場合、一般に粒径が細骨材の粒度範囲より大きい
ので、粉砕して細骨材の範囲の粒径に整えて使用する。
この場合にも水砕スラグの場合と同様にその90重量%
以上の粒径が0.15〜10mmの範囲にあることが望ま
しい。
【0014】シンダーアッシュは、石炭火力発電所にお
いて発生する石炭燃焼灰の一種であり、節炭器および空
気余熱器から回収されるものである。石炭火力発電所の
燃焼灰には、これ以外に電気隻塵機より捕集される粉体
状のフライアッシュと、燃焼炉の底部から回収される塊
状のクリンカーアッシュがあるが、フライアッシュの粒
径は通常20μm以下であるため細骨材には小さすぎ
る。一方、シンダーアッシュの粒径は概ね数十μm〜数m
mであるので、その一部は細骨材の粒度範囲に含まれる
ので、細骨材に適する。
【0015】溶融スラグおよびシンダーアッシュは各々
単独で用いても良いが、単独使用では十分な流動性が得
られない場合があることから混合して用いると良い。混
合することにより良好な流動性を得ることができる。溶
融スラグ:シンダーアッシュの混合比(重量比)は30:
70〜70:30の範囲が望ましい。またこれらによる
砂の代替率は、特に制限されないが、廃棄物有効利用を
高める観点からすると、20重量%未満では低すぎるの
で、実用上は20重量%以上が望ましい。
【0016】粗骨材ンとして使用するクリンカーアッシ
ュは、前述のように、火力発電所の燃焼炉の底部から得
られる塊状物であり、シンダーアッシュと合わせると発
電所の全アッシュ量の約70%を占めるが、従来は殆ど
利用されておらず、埋め立て材に用いられる程度であっ
た。これを粉砕し、粗骨材の粒度範囲に整えて使用す
る。粗骨材としては、この他に、ガラスカレットを用い
ることができる。ガラスカレットは、ガラス製品の製造
中に破損したり、不用分となった屑ガラスであるが、あ
る程度の硬さを有するので、粒度を整えて粗骨材として
用いることができる。
【0017】これらクリンカーアッシュやガラスカレッ
トの粒度範囲は、その90重重%以上の粒径が2.5〜
30mmであることが望ましい。なお、厳格に粒径を調整
するには飾い分け等の分級操作によるのが好ましい。ま
た、クリンカーアッシュやガラスカレットによる砂利の
代替率は、上記の砂の場合と同様に特に制限されない
が、廃棄物の有効利用を高める観点からすると、20重
量%未満では低すぎるので、実用上は20重量%以上が
望ましい。
【0018】本発明のコンクリート組成物は、以上のエ
コセメントや骨材の他に、コンクリートを構成する他の
材料についても各種の廃棄物を利用することにより、そ
の使用割合を高めることが可能である。すなわち、通常
のセメントに砂、砂利などの通常の骨材を配合したモル
タルやコンクリート、さらには、これらにフライアッシ
ュ、高炉スラグ等の通常の混合材を配合したモルタルま
たはコンクリート(以下、これらを通常のコンクリート
等と云う)と比較して、流動性、凝結時間、硬化後の強
度がほぼ同等である範囲においては、骨材として用いる
溶融スラグやシンダーアッシュ、クリンカーアッシュ、
ガラスカレット以外にも、適正な粒度に調整した廃棄物
を利用して、その使用割合を更に高めることができる。
例えば、鉱滓微粉末、都市ゴミスラグ、下水汚泥スラ
グ、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、コン
クリート廃材、コンクリートスラッジなどを用いること
ができる。また、これら固形分の他に、コンクリートス
ラッッジ等から回収した水を混練水として再利用するこ
とができる。これらの廃棄物は、従来、一部がリサイク
ルされているものの、大部分は焼却や圧縮などの操作に
より減容された後、又はそのまま埋め立てなどにより処
理されているが、これを適正な粒度範囲に調整すること
により、骨材、セメント原料、セメント用混合材、混練
水などに用いることにより資源の有効利用を一層高める
ことができる。
【0019】これらのエコセメントおよび骨材を含む廃
棄物起源材料の総使用量は、コンクリー卜1m3当たり
800kg以上が適当であり、1000kg/m3以上(コン
クリートの密度を2.0g/cm3とした場合、体積率で50
%)が望ましい。但し、その総使用量は、通常のコンク
リート等と比較して、流動性、凝結時間、強度がほぽ同
等の範囲にあり、これらを低下させない使用量であるこ
とが求められる。
【0020】許容される範囲は、例えば、流動性は、コ
ンクリートの場合、通常の骨材を用いた際に得られるス
ランプ値に対して、その低下割合が約30mm以内の範囲
である。モルタルの場合には、通常の骨材を用いた際に
得られるフロー値に対して、その低下割合が20mm以内
の範囲である。凝結時間は、コンクリートの場合、通常
の骨材を用いた際の凝結時間に対して、その遅延割合が
30分以内の範囲であり、モルタルの場合も同程度の範
囲である。さらに、強度は、コンクリートの場合、通常
の骨材を用いた際に得られる28日強度に対して、その
低下割合が約5Mpa以内の範囲であり、モルタルの場合
も同程度の範囲である。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に示
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。実施例 表1に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰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竪型ミルで粉砕し、ブレ
ーン比表面積4000cm2/gに粉砕し、この焼成物10
0重量部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4700cm2/gのエコセメントを製造した。
製造した焼成物の鉱物組成を表2に示す。
【0022】上記エコセメントを用い、廃棄物起源材料
の骨材等を配合してコンクリート試料を調製した。各試
料に用いた材料の種類を表3に示し、配合割合を表4に
示した。なお、細骨材として用いた都市ゴミ溶融スラグ
の粒度は0.2〜10mm、シンダーアッシュの粒度は0.
1〜10mmであり、粗骨材として用いたクリンカアッシ
ューは2〜30mmに粉砕して用いた。これらのコンクリ
ート試料についてスランプ値、凝結時間、28日強度を
測定した。この結果を表4にまとめて示した。一方、比
較のため普通ポルトランドセメントを用いた例を併せた
示した。
【0023】表4の結果に示すように、本発明のコンク
リート組成物(実施例1〜4)はスランプ値、凝結時間、
28日強度が何れも普通セメントを用いた通常のコンク
リート(比較例3)とほぼ同等であり、廃棄物起源材料を
多量に使用しているにも拘わらず優れた特性を示してい
る。一方、普通セメントを用いた例は凝結時間がやや遅
く、28日強度も低い。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【発明の効果】本発明のコンクリート組成物は、水硬性
材料としてエコセメントを用いると共に骨材に廃棄物起
源材料を用いながら、流動性や強度低下が少なく、通常
の骨材を用いた場合とほぼ同等の流動性および強度を発
現することができる。また、セメントや骨材以外の材料
にも各種廃棄物起源の材料を多量に使用しても、製造さ
れたコンクリー卜等は、天然砂、砂利等の通常の骨材を
用いた場合とほぼ同等の流動性および強度を発現する。
従って、本発明によれば、多様な廃棄物起源の材料を大
量かつ安定的に使用したコンクリートを製造することが
可能であり、資源の有効利用に大いに貢献する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、カルシウムクロ
    ロアルミネート、カルシウムフルオロアルミネート、カ
    ルシウムアルミネートの一種以上を10〜40重量%お
    よびカルシウムシリケートを含む焼成物と石膏を主成分
    とする水硬性組成物を用い、骨材の一部または全部に廃
    棄物起源材料を用いたことを特徴とするコンクリート組
    成物。
  2. 【請求項2】 水硬性組成物の鉱物組成が、C117
    aCl2、C117CaF2、C3Aの一種以上、C2S、
    3Sの一種以上を含む請求項1に記載のコンクリート
    組成物。
  3. 【請求項3】 細骨材として、都市ゴミ、都市ゴミ焼却
    灰、下水汚泥焼却灰の少なくとも1種以上を溶融して製
    造した溶融スラグ、および/または石炭燃焼灰のシンダ
    ーアッシュを用いた請求項1または2に記載のコンクリ
    ート組成物。
  4. 【請求項4】 細骨材が溶融スラグとシンダーアッシュ
    を混合したものであり、その混合比(溶融スラグ:シン
    ダーアッシュの重量比)が30:70〜70:30であ
    る請求項3に記載のコンクリート組成物。
  5. 【請求項5】 細骨材を形成する溶融スラグの90重量
    %以上の粒径が0.15〜10mm、シンダーアッシュの
    90重量%以上の粒径が0.15〜10mmである請求項
    3または4に記載のコンクリート組成物。
  6. 【請求項6】 粗骨材として、クリンカーアッシュ、ガ
    ラスカレットの少なくとも一種以上を用いた請求項1〜
    5のいずれかに記載のコンクリート組成物。
  7. 【請求項7】 粗骨材を形成するクリンカーアッシュ粒
    またはガラスカレット粒の90重量%以上の粒径が2.
    5〜30mmである請求項6に記載のコンクリート組成
    物。
  8. 【請求項8】 水硬性材料と骨材を含む廃棄物起源材料
    の総使用量が、セメント組成物1m3当たり1000kg以
    上である請求項1〜7のいずれかに記載のコンクリート
    組成物。
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