JP2002068804A

JP2002068804A - コンクリート組成物

Info

Publication number: JP2002068804A
Application number: JP2000250919A
Authority: JP
Inventors: Masao Ishida; 征男石田; Chu Hirao; 宙平尾
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭灰を比較的多量に含有し、流動性に優
れ、圧縮強度が大きく、中性化に対する抵抗性に優れた
コンクリート組成物を提供する。【解決手段】都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料とし、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１０〜４０wt％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
からなるエコセメントを用い、骨材の一部に石炭灰を用
いたことを特徴とする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、エコセメントをセ
メントに使用し、骨材の一部に石炭灰を用いることによ
り、初期強度および長期強度を高めると共に廃棄物の再
利用を図ったコンクリート組成物に関する。

【０００２】

【従来技術】都市ゴミや下水汚泥などの一般廃棄物、あ
るいは産業廃棄物が近年著しく増加しており、その対策
としてこれらを再資源化して有効利用する試みが各分野
においてなされている。その一例として、都市ゴミ焼却
灰や下水汚泥焼却灰を主原料としたセメント(エコセメ
ント)が開発されており、コンクリート材料として使用
され始めている。

【０００３】一方、石炭火力発電所から燃焼灰として大
量に排出される石炭灰は、一部がフライアッシュとして
セメント混和材に利用されているものの、大部分は埋め
立て処分されており、処分場が逼迫している折から有効
な再利用が求められている。因みに、セメント混和材と
して用いられるフライアッシュは粒子が平滑でかつ球状
であるために適量をコンクリートに配合することによ
り、ワーカビリティーの向上、コンクリート組織の緻密
化による長期強度の増大、水密性および化学薬品に対す
る抵抗性等の向上等の効果が得られ、また、セメントの
水和発熱を緩和して温度ひび割れを抑制し、さらにはア
ルカリ骨材反応に対する抑制効果も発揮するなど多様な
効果が得られる。

【０００４】しかし、フライアッシュの配合量が多過ぎ
ると凝結の遅延、初期強度の低下、低温環境下における
強度発現の遅れ等の問題を生じ、従ってその配合量には
限界がある。ＪＩＳ規格ではフライアッシュセメントに
ついて、セメントに対するフライアッシュの置換割合を
最大で３割に制限している。このように、火力発電所か
ら排出されるフライアッシュについて、これを大量に利
用する用途が殆どないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、エコセメン
トを用いたコンクリート組成物について、骨材の一部に
石炭灰を用いることによって石炭灰の有効利用を図り、
また、石炭灰を配合することによってフレッシュコンク
リートの流動性を改善し、さらに組織を緻密化して圧縮
強度を高めると共に大気中の炭酸ガスの侵入を抑制して
コンクリートの中性化を防止したコンクリート組成物を
提供するものである。本発明によれば、このようなエコ
セメントと石炭灰の組合せにより、エコセメントを用い
たコンクリート組成物の圧縮強度や耐久性が高められ、
施工性が向上する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成から
なるコンクリート組成物に関する。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。（１）セメントと骨材に水を配合してなるコンクリー
ト組成物であって、都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却
灰の一種以上を原料とし、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１０〜４０wt％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
成物をセメントとして用い、骨材の一部に石炭灰を用い
たことを特徴とするコンクリート組成物。（２）石炭灰の混入率が、細骨材と石炭灰の合計量に
対して５〜６０vol％である上記(1)のコンクリート組成
物。（３）石炭灰の粒度が比表面積１０００cm²/g以上、
かつ４５μm篩残分が８５wt％以下である上記(1)または
(2)のコンクリート組成物。（４）石炭灰のＳｉＯ₂含有量が３５wt％以上、強熱
減量が９.０％以下である上記(1)、(2)または(3)のコン
クリート組成物。（５）石炭灰が石炭火力発電所から排出されたもので
ある上記(1)〜(4)の何れかのコンクリート組成物。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。本発明のコンクリート組成物は、都
市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰の一種以上を原料と
し、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
１０〜４０wt％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（この水硬性組成
物をエコセメントと云う）をセメントとして用い、骨材
の一部に石炭灰を用いたことを特徴とするものである。

【０００８】エコセメントに含まれる鉱物成分、例え
ば、カルシウムクロロアルミネートは１１ＣａＯ・７Ａ
ｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂（C₁₁A₇CaCl₂と略記）、カルシウム
フルオロアルミネートは１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃａ
Ｆ₂（C₁₁A₇CaF₂と略記）、カルシウムアルミネートは３
ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（C₂Aと略記）などである。また、カ
ルシウムシリケートは２ＣａＯ・ＳｉＯ₂(C₂Sと略記）、
３ＣａＯ・ＳｉＯ２(C₃Sと略記）などである。好ましく
は、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₂Ａなどの
カルシウムアルミネートを１０〜４０wt％含有し、Ｃ₂
ＳやＣ₃Ｓのカルシウムシリケートの一種以上を１０〜
４０wt％含有する。なお、塩化物イオン含有量は普通形
エコセメントでは０.１wt％以下、速硬形エコセメント
では０.５〜１.５wt％である。

【０００９】エコセメントは、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
棄物などの焼成灰を原料として製造される。また。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、鉄粉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。

【００１０】クリンカーのアルミニウム源は主に原料の
焼却灰から由来する。従って、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁
Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が
１０wt％未満では焼却灰の使用量が少なくなるので、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。一方、この量が４０wt％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。

【００１１】クリンカーに添加する石膏は、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
石膏の添加量はクリンカー１００重量部に対して１〜３
０重量部が好ましい。

【００１２】以上のようにして得られるエコセメントの
使用量は、コンクリート組成物１００重量部のうち、エ
コセメント含有量が１〜８０重量部であることが望まし
い。ここで、コンクリート組成物重量とは、エコセメン
トおよび水を基本成分とし、さらにその他の水硬性組成
物、鉱物質微粉末、混和材料、細骨材あるいは粗骨材を
含有した合計量である。エコセメント含有量はこのコン
クリート組成物の全重量におけるエコセメントの量であ
る。エコセメントの量が１重量部より少ないと所定の強
度が得られない。一方、エコセメントの量が８０重量部
よりも多いと、所定の流動性が得られず施工性が著しく
低下し、施工不良を起こすことがあるので好ましくな
い。

【００１３】本発明のコンクリート組成物は骨材の一部
に石炭灰を用いたものである。石炭灰としては石炭火力
発電所から排出されるものが主に用いられる。石炭灰は
規格(JIS)で規定されるフライアッシュに限らず、原粉
と称されるフライアッシュ、およびシンダーアッシュを
も含めた広い範囲の石炭灰を使用することができる。細
骨材の一部に石炭灰を用いることによって、細骨材の間
を微細な石炭灰が充填して組織の緻密性が増し、強度を
高めることができる。また、そのベアリング効果によっ
てフレッシュコンクリートの流動性が向上する。

【００１４】石炭灰は密度１.８以上、ブレーン比表面
積１０００cm²/g以上、かつ４５μm篩残分が８５％以下
のものが好ましい。比表面積および篩残分がこの範囲を
外れるものは粒径が大きいためコンクリート組成物に配
合したときに組成物の緻密度が低下し、初期強度や耐久
性に悪影響を及ぼすので好ましくない。また、石炭灰は
ＳｉＯ₂含有量３５wt％以上および強熱減量９.０％以下
のものが好ましい。強熱減量がこれより大きいと目標と
する空気量を得るのが難い。因みに、空気量は３.０〜
６.０vol％が適当である。

【００１５】石炭灰はその粒度が細骨材の範囲であるの
で細骨材に置換して用いられる。石炭灰の混入量は、細
骨材と石炭灰の合計量の容積に対して５〜６０vol％が
適当であり、２０〜５０vol％が好ましい。石炭灰の量
が５vol％未満ではその効果が認められず、一方、６０v
ol％より多いとコンクリート組成物の初期強度が低下
し、目標とする強度を得るのに必要な材齢が長くなる。
また初期強度の低下が耐久性の低下を招く原因にもな
る。

【００１６】細骨材の種類は制限されない。通常のコン
クリートに使用されている砂、砕砂等の普通骨材を広く
用いることができる。特に細骨材の粒度分布において微
粒部分が欠如するため通常のコンクリート用骨材として
は適切でないとされるものについても、本発明では骨材
の一部に石炭灰を用いるので、石炭灰が細骨材の微細部
分を補うことができ、このような細骨材でも使用するこ
とができる。なお、細骨材の量は石炭灰との合計量で７
００〜１０００kg/m³が適当である。

【００１７】粗骨材は通常のコンクリートに使用されて
いる砂利、砕石等の普通骨材をはじめとして、鉄、抗火
石、膨張頁岩等を主原料とする人工骨材等の各種骨材を
使用することができる。さらに粗骨材として非発泡性フ
ライアッシュ造粒焼結体からなる人工軽量骨材を用いる
ことができ、このような人工軽量骨材と併用することに
より廃棄物の再利用をさらに促進することができる。因
みに、平均粒径５mm以上、密度１.８以上、吸水率３.０
％以下、圧縮強度４０Ｎ/mm²以上の非発泡性フライアッ
シュ造粒焼結体からなる人工軽量骨材（太平洋セメント社製
品:Ｅ-SPHERESなど）が知られている。

【００１８】粗骨材の量(単位粗骨材量)はコンクリート
１ｍ³あたり５５０リットル以下、好ましくは４００リットル以
下が適当である。粗骨材の量がこれより多いと骨材の噛
み合いが著しくなり、良好なセメントペーストを調製し
てもスランプ上部が崩れ落ちてしまう。

【００１９】本発明のコンクリート組成物には高性能減
水剤を使用することができる。高性能減水剤としては、
従来用いられている、アルキルアリル系、ナフタリン
系、メラミン系、ポリカルボン酸塩系の混和剤をいずれ
も使用することができる。好ましくはポリカルボン酸塩
系の混和剤が良好である。また、空気連行性能を有する
高性能ＡＥ減水剤やＡＥ剤も使用することができる。こ
れら高性能減水剤の添加量は使用する材料および所要の
減水効果などを勘案して調整されるが、一般には、セメ
ント１００重量部に対して０.０５〜１０wt％が適当で
ある。０.１wt％未満では減水効果が実質上無く、また
１０wt％を超えて添加しても減水性、流動性の改善効果
が頭打ちとなる。

【００２０】なお、本発明のコンクリート組成物には、
以上のほかに、コンクリートにおいて通常用いられる急
硬剤ないし急結剤、高強度混和剤、水和促進剤、凝結調
整剤等の各種のコンクリート混和材料、あるいは補強材
としての各種繊維や鋼等も使用することができる。ま
た、本発明のコンクリート組成物において、各成分の混
合および混練方法は制限されず、均一に混練できればよ
く、配合成分の添加順序も制限されない。

【００２１】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に示
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。

【００２２】〔エコセメントの製造〕以下のようにして
製造した塩化物イオン量の少ない水硬性組成物ａ(普通
形エコセメント)と塩化物イオン量が多い水硬性組成物
ｂ(速硬形エコセメント)を用いた。水硬性組成物(ａ)の製造：乾燥した都市ゴミ焼却灰
(ａ)３５.８wt％、石灰石粉５７.１wt％、粘土０.２wt
％、鉄原料３.５wt％を原料とし、これをロータリーキ
ルンで１３００〜１４５０℃に焼成してクリンカーを得
た。このクリンカーを竪型ミルでブレーン比表面積４０
００cm²/gに粉砕した。この焼成物１００重量部に対し
て二水石膏８.４重量部、半水石膏３.６重量部を添加し
てブレーン比表面積４７００cm²/gの普通形エコセメン
トを製造した。水硬性組成物(ｂ)の製造：乾燥した都市ゴミ焼却灰
(ｂ)５１.９wt％、石灰石粉４７.２wt％、アルミ灰０.
６wt％、塩化カルシウム０.３wt％を原料とし、これを
ロータリーキルンで１３００〜１４５０℃に焼成してク
リンカーを得た。このクリンカーを竪型ミルでブレーン
比表面積４０００cm²/gに粉砕した。この焼成物１００
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の速硬形エコセメントを製造し
た。原料として用いた焼却灰ａ、ｂ、石灰石粉、粘土、
アルミ灰、蛍石の成分を表１に示した。また、水硬性焼
成物ａ、ｂの鉱物組成および化学組成を表２および表３
に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】〔コンクリート組成物の製造〕表３に示す
エコセメント(水硬性組成物)ａ,ｂ、および表４に示す
石炭灰(CA1〜CA5)を用い、表５の配合比に従ってコンク
リート組成物を製造した。このコンクリート組成物につ
いてフレッシュ性状試験を行い、この結果を表６に示し
た。また促進中性化試験を高耐久性鉄筋コンクリート造
設計施工指針(案)および同解説「コンクリートの中性化
試験方法(案)」に従って行い。圧縮強度試験を規格(JIS
A 1108)に従って行った。圧縮強度試験の結果を表６に
示し、中性化試験の結果を表７に示した。

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】〔フレッシュ性状試験〕コンクリート組成
物のフレッシュ性状は練り混ぜを行ったときの流動性と
空気量の入りやすさを４段階（◎:特に良い、○:良い、
△:普通、×:悪い）で評価した。流動性が良いとはスラ
ンプ試験や施工性が良いことを示し、空気量が入りやす
いとは目標の空気量を得るのに必要なＡＥ剤使用量が少
量で良いことを示している。表６に示すように、石炭灰
を混入した場合のコンクリートの流動性は無混入の場合
(No.12〜14)と比較して改善されるが、粒度の粗い石炭
灰の場合(No.18,19)にはその効果が小さい。また、流動
性は細骨材と石炭灰の合計使用量に対して２０％〜４５
vol％のもの(No.5〜No.10)が最も大きい。石炭灰を混入
した場合のコンクリートの空気量は石炭灰が少量の場合
(No.3,4)は若干良好であるが、他の場合(No.1,2,5〜14)
と大差ない。石炭灰混入量が増した場合(No.15)は空気
量を得るのに必要なＡＥ助剤量が著しく増加し実用的で
なくなる。また、石炭灰中の強熱減量が大きい場合(No.
17)も同様である。

【００３０】〔圧縮強度試験〕表６に示すように、同一
水セメント比で圧縮強度を比較した場合、石炭灰をコン
クリート中に混入したものは、無混入の場合のものと比
較し（No.1〜2はNo.12に対して、No.3〜7はNo.13に対し
て、No.9〜11はNo.14に対して）初期材齢から強度の改
善が認められ、長期においてその傾向は顕著となった。
また石炭灰の混合率が増加するほど強度の向上は大きく
なるが、混合率が４５vol％より多くなると(No.11)強度
増進は小さくなり、６０vol％を超える(No.15)と長期材
齢での強度は若干改善されるが初期材齢での強度発現性
は無混入の場合(No.13)とほぼ同等となる。塩素イオン
含有量が多い速硬性形エコセメント(組成物ｂ)を使用し
たもの(No.6)は石炭灰の混入により圧縮強度は向上する
が、塩化物イオン含有量が少ない普通形エコセメント
(組成物ａ)を用いたもの(No.5)に比較してその効果は小
さい。

【００３１】〔中性化試験〕表７に示すように（No.1〜
2はNo.12に対して、No.3〜7はNo.13に対して、No.9〜11
はNo.14に対して）、石炭灰を混入したものは無混入の
ものよりも中性化が抑制されている。また、その効果は
石炭灰の混入量が４５vol％までの範囲では混入量が増
すほど大きくなるが、混入量が６０vol％を上回ると(N
o.15)、細骨材粒度の不均一化により若材齢時より中性
化が進行し、無混入の場合(No.13)とほぼ同等になる。
また、塩素イオン含有量が多い速硬形エコセメント(組
成物ｂ)を使用したもの(No.6)は初期材齢では塩化物イ
オン含有量が少ない普通形エコセメント(組成物ａ)を用
いたもの(No.5)よりも中性化の深さは小さいが、材齢が
進行するにつれて徐々にその差は小さくなり、促進材齢
８週以降ではセメントａの方が中性化深さは小さく石炭
灰の混入が効果的であった。

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】

【発明の効果】本発明のコンクリート組成物は、骨材の
一部に石炭灰を使用することにより、フレッシュコンク
リートの流動性が向上する。さらに、圧縮強度が初期材
齢から増進し、ポゾラン反応の効果によって長期強度も
大きく増進する。また、組織を緻密化することが可能と
なるため中性化も抑制される。さらに、都市ゴミ焼却灰
や下水汚泥焼却灰を主原料として製造したエコセメント
を用い、火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから副産物とし
て大量に産出される石炭灰を併用することにより建設副
産物、一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物の再利用を
促進することができる。なお、通常のコンクリート用骨
材として適さない粒度分布のものでも石炭灰を併用する
ことによって使用できるので、次第に入手が困難な状況
にある良質な骨材資源の確保に役立つ。また、高炉スラ
グやフェロニッケルスラグ等の産業副産物を原料として
製造された人工細骨材を用い、石炭灰と併用すれば産業
副産物の有効利用をさらに促進することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントと骨材に水を配合してなるコン
クリート組成物であって、都市ゴミ焼却灰および下水汚
泥焼却灰の一種以上を原料とし、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１０〜４０wt％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
硬性組成物をセメントとして用い、骨材の一部に石炭灰
を用いたことを特徴とするコンクリート組成物。
【請求項２】石炭灰の混入率が、細骨材と石炭灰の合
計量に対して５〜６０vol％である請求項１のコンクリ
ート組成物。
【請求項３】石炭灰の粒度が比表面積１０００cm²/g
以上、かつ４５μm篩残分が８５wt％以下である請求項
１または２のコンクリート組成物。
【請求項４】石炭灰のＳｉＯ₂含有量が３５wt％以
上、強熱減量が９.０％以下である請求項１、２または３
のコンクリート組成物。
【請求項５】石炭灰が石炭火力発電所から排出された
ものである請求項１〜４の何れかのコンクリート組成
物。