JP2008273805A

JP2008273805A - 透水性コンクリート組成物

Info

Publication number: JP2008273805A
Application number: JP2007122697A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Inuzuka; 耕太郎犬塚; Tsugiyoshi Nosaka; 次良野坂
Original assignee: YOSHINAGA KAZUHISA
Current assignee: YOSHINAGA KAZUHISA
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP4058489B1

Abstract

【課題】溶融スラグを多量に含みながらも硬化して充分な強度を有する透水性コンクリートとなる透水性コンクリート組成物を提供する。
【解決手段】セメントと、組成物全量基準で４０質量％以上の溶融スラグと、結合材と、水とを含み、残部が骨材である透水性コンクリート組成物であって、前記結合材は、石灰酸と、スルホン酸ナトリウムと、可溶性デンプンとを含み、残部が水であることを特徴とする透水性コンクリート組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は透水性コンクリート組成物に関する。詳しくは、一般廃棄物から生成された溶融スラグを含む透水性コンクリート組成物に係るものである。

下水汚泥や都市ゴミの処理をはじめ、建設廃材等の各種廃棄物の最終処分場の確保といった種々の問題があり、そのリサイクルを含めた再資源化に関する研究が行なわれている。
また、減容化のために、下水汚泥や都市ゴミを焼却した下水汚泥焼却灰や都市ゴミ焼却灰、更には下水汚泥や都市ゴミのいっそうの減容化のため、溶融処理したスラグ（溶融スラグ）等についても、各自治体や企業は、有効利用技術の開発を行なっている。この溶融スラグは、廃棄物の減容化及び無毒化として開発されたもので、土木資材、建築資材等として有効利用でき、また、廃棄物や焼却灰を１２００℃以上の高温で加熱した後、冷却粉砕されて得られる硬いガラス状の物質であるため、ダイオキシンをはじめとする有機物系は熱分解され、重金属は溶融スラグの強力なガラス質結晶構造中に封じ込まれて溶出しなくなる。

このような溶融スラグの利用方法として、コンクリートの細骨材の一部として溶融スラグ粒を配合する様々な方法が提案されている。例えば特許文献１には、廃棄物及び廃棄物焼却後の灰を還元性雰囲気で溶融することにより廃棄物中の重金属を排ガス中に揮散させ、廃棄物中の不燃物を溶融したスラグ中に溶け込む重金属の含有量を低減した後、溶融状態のスラグ中に酸化性ガスを表面に吹き付けるか、または溶融スラグ内部に吹き込むことによって重金属を酸化することにより、スラグ中に溶け込んだ微量の重金属を難溶性の物質に変え、このような方法で製造されたスラグを、コンクリート二次製品の骨材や土木資材として利用する旨が記載されている。

また、特許文献２には、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種の廃棄物を溶融して製造した溶融スラグと、微粉炭の燃焼によって発生するシンダーアッシュとを用い、溶融スラグとシンダーアッシュとの混合比が３０：７０〜７０：３０であるコンクリートが記載されている。

更に、特許文献３には、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％及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コンクリート組成物が記載されている。

特開平１０−２９６２０６号公報特開平１０−２２６５５６号公報特開平１１−２４６２５６号公報

しかしながら、溶融スラグを骨材として含むコンクリートは、砂や砂利等を含む通常のコンクリートに比べて強度が低下するという欠点があった。溶融スラグを使用したコンクリートは、溶融スラグの使用量増加により、強度の低下が生じる傾向が認められるため、溶融スラグの使用量を増加させることが困難であった。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、溶融スラグを多量に含みながらも硬化して充分な強度を有する透水性コンクリートとなる透水性コンクリート組成物を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の透水性コンクリート組成物は、セメントと、組成物全量基準で４０質量％以上の溶融スラグと、結合材と、水とを含み、残部が骨材である透水性コンクリート組成物であって、前記結合材は、石灰酸と、スルホン酸ナトリウムと、可溶性デンプンとを含み、残部が水であることを特徴とする。

ここで、結合材が石灰酸を含むことによって、コンクリートのエフロレッセンスを抑制することができる。また、結合材がスルホン酸ナトリウムを含むことによって、セメントに対する分散作用を発揮して、セメントの流動性を改善させ、また、セメントの水和活性を高める。また、結合材が可溶性デンプンを含むことによって、材料の分離抵抗性を向上させることができる。
なお、「エフロレッセンス」とは、コンクリート中の可溶性物質やコンクリート周辺に存在する可溶性物質が、水分と共に貫通したひび割れを通ってコンクリート表面に移動し、水分の散逸や空気中の炭酸ガスとの反応によって析出したものをいう。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材が珪酸ソーダを含む場合、セメント中のカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、バリウム等の多価金属イオンと反応して不溶性の珪酸塩金属水和物、金属水酸化物等を形成して、コンクリートの内部の空隙を充填させる。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材が塩化カルシウムを含む場合、コンクリートの硬化速度が速くなる。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部とを含んでいてもよい。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、珪酸ソーダ２８〜３５重量部とを含んでいてもよい。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、塩化カルシウム２３〜３０重量部とを含んでいてもよい。

また、本発明の透水性コンクリート組成物において、結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、珪酸ソーダ２８〜３５重量部と、塩化カルシウム２３〜３０重量部とを含んでいてもよい。

本発明に係る透水性コンクリート組成物は、溶融スラグを多量に含みながらも硬化して充分な強度を有する透水性コンクリートとなる。

本発明を適用した透水性コンクリート組成物は、細骨材として溶融スラグを組成物全量基準で４０質量％以上含み、その他に、結合材と、セメントと、水とを含み、残部が骨材であり、具体的には例えば、組成物全量基準で、溶融スラグを４０質量％以上５５質量％以下、粗骨材を２５質量％以上３５質量％以下、結合材を０．０１質量％以上０．０５質量％以下、セメントを１０質量％以上２０質量％以下、水を３質量％以上６質量％以下含む。
また、本発明の透水性コンクリート組成物は、適宜、減水剤や、無機質粉体を含んでもよい。

ここで、骨材としては、粒径２．５〜２０ｍｍの砂利や砕石等の粒体（粗骨材）や、粒径２．５ｍｍ以下の川砂、山砂、砕砂等の粒体（細骨材）が用いられる。
また、セメントとしては、水硬性セメント例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、ホワイトセメントが用いられる。
また、減水剤としては、ナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、メラミン系等が用いられ、液体であっても粉体であってもよい。
また、無機質粉体としては、例えばフライアッシュ、シリカフォーム、石灰石粉、硅石粉が用いられる。

次に、本発明の透水性コンクリート組成物に用いられる結合材について説明する。図１は、本発明を適用した透水性コンクリート組成物に使用される結合材を製造する工程の一例を説明する概略図である。
先ず、第１の溶液と、第２の溶液と、第３の溶液と、第４の溶液と、第５の溶液とを混合して、結合材を製造する。
ここで、第１の溶液は、デンプン糖水溶液と、スルホン酸ナトリウムと、水とを、４：１：８の割合で混ぜ合わせて得られる溶液である。また、第２の溶液は、デンプン糖水溶液と、水とを、２：５の割合で混ぜ合わせて得られる溶液である。また、第３の溶液は、珪酸ソーダと、石灰酸と、水とを、４：１：５の割合で混ぜ合わせて得られる溶液である。また、第４の溶液は、珪酸ソーダと、スルホン酸ナトリウムと、石灰酸と、水とを、５：１：１：１３の割合で混ぜ合わせて得られる溶液である。また、第５の溶液は、塩化カルシウムと、スルホン酸ナトリウムと、石灰酸と、水とを、１１：２：１：６の割合で混ぜ合わせて得られる溶液である。
次に、このようにして得られた第１の溶液〜第５の溶液を混ぜ合わせて、水１００重量部に対して、石灰酸が８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウムが８〜１１重量部と、可溶性デンプンが１１〜１７重量部と、珪酸ソーダが２８〜３５重量部と、塩化カルシウムが２３〜３０重量部となるように調整して、結合材を得る。

ここで、各溶液中の成分比率や、結合材中の各成分の重量比率が記載されているが、得られる結合材が、石灰酸と、スルホン酸ナトリウムと、可溶性デンプンとを含み、残部が水であれば、どのような比率でもよい。

次に、得られた結合材を用いて、表１に示す配合材料を含む本発明の透水性コンクリート組成物を製造した。

＜透水性試験＞
表１に示した組成の透水性コンクリート組成物を０スランプで混練りしたものを、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ５．５ｃｍに均等に敷き均して硬化させて、透水性コンクリートブロックを得た。
得られた透水性コンクリートブロックについて、「舗装の構造に関する基準に関する省令第６条」に準拠して、透水性試験を行なったところ、１０００（ｃｃ／１５ｓｅｃ）の規定を超えた。

また、表１の結合材と同じ結合材を用いて、表２に示す配合材料を混練りして透水性コンクリート組成物を製造した。

ここで、表１及び表２に示した結合材は、本発明を適用した結合材であり、水１００重量部に対して、石灰酸１０重量部と、スルホン酸ナトリウム１０重量部と、可溶性デンプン１５重量部と、珪酸ソーダ３０重量部と、塩化カルシウム２５重量部とを含むものである。

また、表１に示した組成の透水性コンクリート組成物を０スランプで混練りしたものを、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ５．５ｃｍに均等に敷き均して硬化させて、得られた透水性コンクリートブロックを基層部として、基層部の上に、表２に示した組成の透水性コンクリート組成物を０スランプで混練りしたものを、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ４．５ｃｍに均等に敷き均して硬化させて、得られた透水性コンクリートブロックを表層部として、これらを振動プレートで均一に転圧して基層部と表層部の合計厚さ７ｃｍの二層構造からなる透水性コンクリートブロックを５個製造した（実施例）。

一方、結合材として、エポキシ樹脂とアクリル樹脂のみからなるものを使用した以外は、表１及び表２に示された配合材料と同じ材料及び同じ配合率で、本発明の透水性コンクリート組成物を硬化して得られた透水性コンクリートブロックを含む二層構造の透水性コンクリートブロックと同じサイズの二層構造の透水性コンクリートブロックを５個製造した（比較例）。

＜曲げ強度試験＞
このようにして製造された透水性コンクリートブロックそれぞれについて、曲げ強度試験を実施した。図２は、曲げ強度試験の状況の一例を説明する概略図である。即ち、図２に示すように、曲げ強度試験において、透水性コンクリートブロック１の一端を上部クランプ２と下部クランプ３とで挟み、透水性コンクリートブロック１の他端に、加圧方向４から力を加えて、透水性コンクリートブロック１が破壊される力を測定した。結果を表３に示す。

＜衝撃試験＞
また、このようにして製造された透水性コンクリートブロックそれぞれについて、衝撃試験を実施した。即ち、衝撃試験機に配置された透水性コンクリートブロックの、互いに垂直に交差するＡ面（３０×３０ｃｍ）とＢ面（３０×７ｃｍ）に向けて、これら各面から約１ｍ上方へ離れた位置から、重さ約２ｋｇの分銅を落下させ、各面に破壊が生じたときの強度を測定した。結果を表３に示す。なお、表中、衝撃強度の単位は「ｋｇ／ｃｍ^２」である。

表３から明らかなように、本発明を適用した透水性コンクリート組成物を硬化して得られた透水性コンクリートブロックは、エポキシ樹脂とアクリル樹脂のみからなる結合材を含んだ従来の透水性コンクリート組成物を硬化して得られた透水性コンクリートブロックに比べて、曲げ強度において２１％も向上しており、また、衝撃強度において１２％も向上しており、いずれにおいても高い値を示した。

ここで、結合材として、水１００重量部に対して、石灰酸１０重量部と、スルホン酸ナトリウム１０重量部と、可溶性デンプン１５重量部と、珪酸ソーダ３０重量部と、塩化カルシウム２５重量部とを含むものを記載しているが、結合材が石灰酸と、スルホン酸ナトリウムと、可溶性デンプンとを含み、残部が水であれば、必ずしも結合材は珪酸ソーダと塩化カルシウムを含まなくてもよい。

このように、本発明の透水性コンクリート組成物は、石灰酸と、スルホン酸ナトリウムと、可溶性デンプンとを含み、残部が水である結合材を含むので、コンクリートのエフロレッセンスを抑制することができ、また、セメントに対する分散作用を発揮して、セメントの流動性を改善させ、セメントの水和活性を高めることができ、また、材料の分離抵抗性を向上させることができるため、４０質量％以上もの多量の溶融スラグを含んでいても、硬化して、同じく４０質量％以上の溶融スラグを含んだ従来の透水性コンクリート組成物が硬化したコンクリートよりも強度の高いコンクリートとなることができる。
また、本発明の透水性コンクリート組成物は、４０質量％以上もの多量の溶融スラグを含んでいても、コンクリートの強度は低下せずにむしろ向上しており、多量の溶融スラグを利用できることから、循環型社会システムに最適なものである。

また、本発明の透水性コンクリート組成物が硬化したコンクリートは、透水性が１０００（ｃｃ／１５ｓｅｃ）の規定を超える優れたものであり、雨天時の雨水の地下浸透性が高く自然地下水の確保にも貢献できる。

また、本発明の透水性コンクリート組成物は、結合材が珪酸ソーダを含むので、セメント中のカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、バリウム等の多価金属イオンと反応して不溶性の珪酸塩金属水和物、金属水酸化物等を形成して、コンクリートの内部の空隙を充填させ、よって、４０質量％以上もの多量の溶融スラグを含んでいても、硬化して、同じく４０質量％以上の溶融スラグを含んだ従来の透水性コンクリート組成物が硬化したコンクリートよりも強度の高いコンクリートとなることができる。

また、本発明の透水性コンクリート組成物は、結合材が塩化カルシウムを含むので、コンクリートの硬化速度が速くなり、コンクリート製品の生産率が向上する。

本発明を適用した透水性コンクリート組成物に使用される結合材を製造する工程の一例を説明する概略図である。曲げ強度試験の状況の一例を説明する概略図である。

符号の説明

１透水性コンクリートブロック
２上部クランプ
３下部クランプ
４加圧方向

Claims

セメントと、組成物全量基準で４０質量％以上の溶融スラグと、結合材と、水とを含み、残部が骨材である透水性コンクリート組成物であって、
前記結合材は、石灰酸と、
スルホン酸ナトリウムと、
可溶性デンプンとを含み、
残部が水である
ことを特徴とする透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、珪酸ソーダを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、塩化カルシウムを含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、珪酸ソーダ２８〜３５重量部とを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、塩化カルシウム２３〜３０重量部とを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の透水性コンクリート組成物。
前記結合材は、水１００重量部に対して、石灰酸８〜１１重量部と、スルホン酸ナトリウム８〜１１重量部と、可溶性デンプン１１〜１７重量部と、珪酸ソーダ２８〜３５重量部と、塩化カルシウム２３〜３０重量部とを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の透水性コンクリート組成物。