JP2010285302A - 水硬性セメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粉末度が3000〜13000cm2/gの高炉スラグ微粉末60〜90質量%とセッコウ5〜20質量%とポルトランドセメント5〜35質量%とを含有する混合物100質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末を10〜30質量部含有する水硬性セメント組成物。
【選択図】なし
Description
そのような観点から、高炉スラグ微粉末50〜80質量部、セッコウ2〜5質量部に解体コンクリート破砕物の5mm以下のものを20〜50質量部を添加した水硬性セメントが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、このセメントは28日強度が10〜14N/mm2程度に過ぎず、実用性を有するものではなかった。
本発明は、再生コンクリート微粉末をアルカリ刺激材として使用するこの技術を発展させたものであり、高炉スラグ微粉末とセッコウとポルトランドセメントの量および再生コンクリート微粉末の量と強度発現との関係の最適な組み合せとすることで、従来にない優れた物性が達成されることを見いだして完成したものである。
さらに、従来の再生コンクリート微粉末が、単に解体コンクリートの破砕物を用いていたのに対し、本発明の好適な態様においては、再生コンクリート微粉末として、水酸化カルシウムの含有率が適正なものを使用することにより、セメントとしてより安定した品質の組成物を見出したものである。
また、本発明のセメント組成物中のこのましい態様においては、使用するポルトランドセメントとして、石灰石を原料としロータリーキルンで製造された従来のポルトランドセメントとともに、これに替えて、特定の手段で製造した再生セメントを用いることで、さらなるCO2排出量の削減を達成したものである。
<1> 粉末度が3000〜13000cm2/gの高炉スラグ微粉末60〜90質量%とセッコウ5〜20質量%とポルトランドセメント5〜35質量%とを含有する混合物100質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末を10〜30質量部含有する水硬性セメント組成物である。
<2> 前記セッコウが無水セッコウであることを特徴とする前記<1>に記載の水硬性セメント組成物である。
<4> 前記再生セメントが、再生コンクリート微粉末をポルトランドセメントの原料として製造されたものである前記<3>に記載の水硬性セメント組成物である。
<5>前記再生セメントが、再生コンクリート微粉末を400〜800℃で加熱処理することにより得られたものである前記<3>に記載の水硬性セメント組成物である。
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が3000〜13000cm2/gの高炉スラグ微粉末60〜90質量%とセッコウ5〜20質量%とポルトランドセメント5〜35質量%とを含有する混合物100質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末を10〜30質量部含有することを特徴とする。
即ち、本発明の水硬性セメント組成物に用いられる混合物は、高炉スラグ微粉末とセッコウとポルトランドセメントとを上記の含有量で含有する混合物である。
このような混合物100質量部に対して、本発明の水硬性セメント組成物においては、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを特定の割合で含む再生コンクリート微粉末を10〜30質量部含有するものである。
本発明において、上記公知のセメント組成物と最も異なる点は、解体コンクリートから分離して得られる水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末を用いることである。
本発明者らは、再生コンクリート微粉末を高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激材として使用したセメント組成物では、得られるセメントの品質をコントロールするうえで、再生コンクリート微粉末の品質をコントロールすることが有効であることを見出した。すなわち、アルカリ刺激材としての再生コンクリート微粉末について種々検討した結果、再生コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウム、セメント水和物、未水和セメント、骨材粉の各成分のうち、水酸化カルシウムの作用がセメントの品質を決定する上で支配的であり、水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末が極めて有効であることを見出した。
解体コンクリートから分離した再生コンクリート微粉末であって、水酸化カルシウムを上記の含有率で含む再生コンクリート微粉末を得る手段としては、機械擦りもみ方式が好ましく、機械擦りもみ方式のなかでは偏心ロータ方式がより好ましい。以下、このような再生コンクリート微粉末の製造方法について説明する。
再生コンクリート微粉末中の水酸化カルシウム含有率は、熱重量分析法により測定することができる。
水硬性セメント組成物における再生コンクリート微粉末の含有量が、前記混合物に対して10質量部未満ではこのセメント組成物を用いて得られた構造体の強度が十分でなく、30質量部を超えた場合には、このセメント組成物を用いて得られた構造体のさらなる強度の向上は見られず、却って、セメント組成物の粉体量が相対的に増加して、セメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの流動性が低下するため好ましくない。
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が3000〜13000cm2/gの高炉スラグ微粉末とセッコウとポルトランドセメントとを特定の比率で混合した混合物を含有する。
本発明に用いうるセッコウは、例えば、二水セッコウ、無水セッコウ、半水セッコウのいずれでもよく、これらの一種又は二種以上を用いることができるが、これらの中では無水セッコウが好ましい。
高炉スラグ微粉末の粉末度はJIS R 5201(1997年)記載のセメントの粉末度の測定方法に準じて測定することができる。粉末度は、高炉水砕スラグを粉砕する時の粉砕方法、粉砕条件や粉砕後の分級により制御することができる。
高炉スラグ微粉末の粉末度が3000cm2/g未満では、セメント組成物の硬化反応が進行し難く、13000cm2/gを超える場合には、反応が急速に進行して発熱量が増加するとともに、乾燥収縮が大きくなり、得られる成形体におけるクラックの発生や寸法安定性の低下などの問題が生じやすくなる。
混合物に対する高炉スラグ微粉末の含有量は60〜90質量%の範囲であり、好ましくは70〜80質量%である。
即ち、再生コンクリート微粉末をセメント原料の一部として使用することによりポルトランドセメントと同様のセメントが製造できることを見出した。この場合、焼成エネルギーからのCO2排出量の削減は望めないものの、原料からのCO2排出量が削減できることになる。
また、本発明に使用しうる再生セメントの他の製造方法としては、再生コンクリート微粉末を400〜800℃に加熱処理する方法が挙げられ、この加熱処理により得られた再生セメントを本発明におけるポルトランドセメントの代替品として使用しうる。再生セメントの製造方法については、例えば、特開2005−320202公報、特開平10−114556号公報などに記載され、これらに記載の技術を本発明における再生セメントの製造方法として適用できる。
上記の再生セメントの製造時の焼成温度はポルトランドセメントの焼成温度(1450℃)よりも相当に低いのであり、製造時のエネルギー消費量の観点からもさらなるCO2排出量の削減を達成することができる。
混合物中のポルトランドセメントの含有量が5質量%未満では、セメント組成物から得られる成形体の強度が十分ではなく、また、35質量%を超えてもそれ以上の強度向上は認められず、却って、水に対する粉体量が増加し、モルタル・コンクリート等の水との混合物の流動性が低下するため好ましくない。また、ポルトランドセメントの含有量が増加するとCO2削減量がそれに伴って大きくなるため、このような観点からも、35質量%以下であることが好ましい。
本発明の水硬性セメント組成物は、アルカリ性を必ずしも必要としないコンクリート構造体、即ち、防錆処理した鉄やステンレス綱などの補強材を用いた構造物や防錆処理した鉄やステンレス綱などの枠材を用いたプレキャストコンクリート成形体などの製造に好適に用いられる。
本発明のセメント組成物には、上記必須成分に加え、通常、セメント組成物に用いられる各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。
表1に示す組成の5種類の高炉スラグ微粉末と無水セッコウ、および下に示す再生コンクリート微粉末を用いて、下記表2に示す組成の水硬性セメント組成物を用いて水/セメント比50%のセメントペーストを調整し、その水和発熱量(1週間の発熱量の総量)をコンダクションカロリーメーターで測定した。
また、得られた水硬性セメント組成物を用い、JIS R5201に定める方法でセメントと標準砂の質量比1:3、水セメント比50%のモルタルによる成形体を作製して、その圧縮強度を測定した。
下記セメント組成物を製造する際に排出される炭酸ガス量を、以下の方法により算出した。
ポルトランドセメント製造時のCO2発生量を750kg/トンとする。このうち原料からの発生量は450kg、製造エネルギー他からの発生量300kgである。後者の発生量の約5%(15kg)が、粉砕その他から発生するCO2である。これらの量は全てのセメントで共通とする。ここで、再生コンクリート微粉末の製造エネルギー=30kg・CO2/トン・微粉末である。これらの値を用いてセメント組成物製造時の炭酸ガス(CO2)発生量を算出した。
これらの結果を下記表2に示す。
(1) 再生コンクリート微粉末1:水酸化カルシウム含有率 8.2質量%
粉末度 5860cm2/g
(2) 再生コンクリート微粉末2:水酸化カルシウム含有率 4.7質量%
粉末度 5710cm2/g
(3) 再生コンクリート微粉末3:水酸化カルシウム含有率 13.6質量%
粉末度 5650cm2/g
(4) 再生コンクリート微粉末4:水酸化カルシウム含有率 1.4質量%
粉末度 5690cm2/g
(5) 再生コンクリート微粉末5:再生コンクリート微粉末1の原料とした解体コンクリート塊と同一の解体コンクリート塊をジョークラッシャーで破砕して製造した5mmアンダーの再生微粉であり、特開昭62−158146および特開昭63−2842の実施例で使用された再生コンクリート微粉末と同様の方法で製造したもの。(水酸化カルシウム含有率:2.6質量%)
他方、実施例と同じ再生コンクリート微粉末を用いたものであっても、セメントの組成が本発明の範囲外である比較例1〜比較例4、再生コンクリート微粉末であって水酸化カルシウムの含有率が本発明の好ましい範囲外のものを用いた比較例5、6及び、特開昭62−158146に記載の再生コンクリート微粉末を含有するセメント組成物を用いた比較例7、高炉スラグ微粉末の含有量が少ない比較例8のいずれも、実施例に比べて得られた成形体の圧縮強度が劣るものであった。
比較例9、10は実施例3と同じ組成であるが、高炉スラグ微粉末の粉末度が本発明の範囲外であり、粉末度の小さい比較例9は強度発現が十分でなく、粉末度が大きい比較例10は、発熱量が著しく大きく、構造体のひび割れが問題となる。
また、ポルトランドセメントを含有する比較例11及び12は圧縮強度が向上するが、炭酸ガス発生量が著しく増加するのがわかる。一般的なポルトランドセメントを含有するセメント組成物(比較例12)の製造に消費される炭酸ガス量は750kg/トンであり、本発明によるセメント組成物は、これに比べ十分な圧縮強度を達成しうるセメント組成物であり、且つ、製造時の炭酸ガス排出量が削減されていることがわかる。
Claims (5)
- 粉末度が3000〜13000cm2/gの高炉スラグ微粉末60〜90質量%とセッコウ5〜20質量%とポルトランドセメント5〜35質量%とを含有する混合物100質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを3〜15質量%含む再生コンクリート微粉末を10〜30質量部含有する水硬性セメント組成物。
- 前記セッコウが無水セッコウであることを特徴とする請求項1に記載の水硬性セメント組成物。
- 前記ポルトランドセメントが、再生コンクリート微粉末の水和活性を回復して得られる再生セメントである請求項1から請求項2のいずれか1項目に記載の水硬性セメント組成物。
- 前記再生セメントが、再生コンクリート微粉末を原料としたポルトランドセメントである請求項3に記載の水硬性セメント組成物。
- 前記再生セメントが、再生コンクリート微粉末を400〜800℃で加熱処理することにより得られたものである請求項3に記載の水硬性セメント組成物。
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