JP3786872B2

JP3786872B2 - コンクリート組成物及びそれを用いたコンクリート

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Publication number: JP3786872B2
Application number: JP2001396501A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003192426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるコンクリート組成物及びそれを用いたコンクリートに関する。
なお、本発明のコンクリートはセメントモルタルも含有するものである。
また、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、コンクリート廃材を再生して得られる、いわゆる、再生骨材の有効利用に関して多くの研究がなされている(特開平11-180756号公報、川村政史、再生微粉末の有効利用、月刊生コンクリート、Vol.13、No.11、pp72〜75、1994など)。
しかしながら、再生骨材は、水和したセメント、即ち、比表面積の大きな水和物を含有しているので、所要のコンシステンシー(流動性)を得るための単位水量が多くなる傾向にあるという課題があった。
また、減水剤や高性能減水剤を添加して水／セメント比を低減しても、コンシステンシーの経時変化が大きく、流動性が低下しやすいという課題があった。
【０００３】
再生骨材中の微粉末、いわゆる再生微粉末が流動性の低下の原因であることから、加熱すりもみ法等によって、再生微粉末を選択的に除去して再生骨材を調製し、良質の骨材として得る方法も提案されているが、結局のところ、再生微粉末の処理に課題を残すことになり、この課題に関して抜本的な対策はないのが実状である。
【０００４】
特に、流動性の低下問題が大きな問題として取り上げられる例は高流動コンクリートである。
再生骨材を高流動コンクリートへ使用することも提案されているが、流動性の経時変化が大きいことが明らかにされている。
【０００５】
高流動コンクリートは、施工の良否の影響を受けないように開発されたコンクリートであり、自己充填性が最大の特徴である。
しかしながら、生コンプラントから横持ちして、施工現場まで搬送するため、一定時間流動性を保持することが必要となる。
ところが、現場で何らかのトラブルや交通渋滞に巻き込まれた場合には、所定の時間を大きく上回る経過時間となり、コンクリートの流動性が規格外となってしまう場合も多い。このような場合には、高性能ＡＥ減水剤等を追加添加して再び流動化させる、いわゆる再流動化処理を行う以外に方法がなかった。
しかしながら、この再流動化処理は熟練した技術者しか行えないというのが実状である。
【０００６】
このように、今日では、再生骨材、特に、再生微粉末を用いても流動性の保持性能に優れるコンクリートの開発が強く求められている。
【０００７】
一方、高炉徐冷スラグは、別名結晶化スラグ又はバラスとも呼ばれ、水硬性を示さない。そのため、主に路盤材として利用されてきたが、最近では再生骨材が路盤材へ優先的に利用されるようになり、従来の用途を失いつつあり、その有効利用方法については未だに模索状態にある。
【０００８】
また、コンクリートから溶出する有害重金属の低減についても関心が寄せられており、特に、セメント成分を含む再生骨材を配合したコンクリートでは、通常のバージン骨材を使用して調製されるコンクリートよりも多くの有害重金属が溶出するものと懸念されている。
【０００９】
本発明者は鋭意努力を重ね、高炉徐冷スラグ粉末と併用することにより、再生骨材、特に、有効な利用方法が見出されていない再生微粉末を用いてコンクリートを調製しても、流動性の保持性能が良好なばかりでなく、有害重金属の溶出を著しく低減できる多機能なコンクリートが得られ、しかも、これら産業副産物の有効利用にも繋がることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、水硬性材料、ブレーン比表面積 4,000cm ² /g 以上で非硫酸態イオウとして存在するイオウを 0.5 ％以上含有しガラス化率が 30 ％以下である高炉徐冷スラグ粉末、及び骨材を含有してなり、再生骨材の骨材の置換率が 5 〜 50 ％であるコンクリート組成物であり、再生骨材の少なくとも一部が再生微粉末である該コンクリート組成物であり、該コンクリート組成物を含有してなり、スランプフロー値が650±50mmであるコンクリートである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明で使用する水硬性材料とは特に限定されるものではなく、水と水和反応して硬化する性質を有する物質を総称するものであり、通常、セメントや潜在水硬性物質が使用可能である。
セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、産業廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
また、潜在水硬性物質とは、アルカリ性雰囲気で水硬性を呈するものや、アルカリ性物質と反応して水和物を生成する物質を総称するものであり、その具体例として、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、珪藻土、シリカダスト、及び籾殻灰等が挙げられる。
【００１３】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、徐冷スラグ粉という)は徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末である。
徐冷スラグ粉の成分は、高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的にはSiO₂、CaO、Al₂O₃、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他の成分として、TiO₂、MnO、Na₂O、Ｓ、P₂O₅、及びFe₂O₃などの微量成分が挙げられる。
化学成分の割合は特に限定されるものではないが、通常、主成分である、SiO₂は25〜45％、CaOは30〜50％、Al₂O₃は10〜20％、及びMgOは3〜10％程度であり、微量成分はそれぞれ２％以下である。
また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶である、いわゆるメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、及びワラストナイトCaO・SiO₂などのカルシウムシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO₂やモンチセライトCaO・MgO・SiO₂などのカルシウムマグネシウムシリケート、アノーサイトCaO・Al₂O₃・2SiO₂、リューサイト(K₂O、Na₂O)・Al₂O₃・SiO₂、スピネルMgO・Al₂O₃、マグネタイトFe₃O₄、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【００１４】
本発明では、徐冷スラグ粉のうち、例えば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを粉末化した徐冷スラグ粉が好ましい。非硫酸態イオウが0.5％未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能や有害重金属の低減効果が充分に得られない場合がある。非硫酸態イオウは、0.5％以上が好ましく、0.7％以上がより好ましく、0.9％以上が最も好ましい。
非硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イオウ)量を山口と小野の方法により定量することによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方法により定量することによっても求めることができる(「高炉スラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研究、第301号、pp.37-40、1980参照)。
【００１５】
徐冷スラグ粉のガラス化率は、30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を越えると、本発明の効果、すなわち、流動性の保持性能や有害重金属の低減効果が充分に得られない場合がある。
本発明でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ₀)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ粉中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶)のメインピークの面積であり、Ｓ₀は徐冷スラグ粉を1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【００１６】
徐冷スラグ粉の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で、4,000cm²/g以上が好ましく、4,500cm²/g以上がより好ましく、5,000cm²/g以上が最も好ましい。4,000cm²/g未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能が充分に得られない場合がある。
【００１７】
徐冷スラグ粉の使用量は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料と徐冷スラグ粉からなる粉体100部中、３〜60部が好ましく、５〜50部がより好ましい。３部未満では本発明の効果が充分に得られない場合があり、60部を超えて使用すると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１８】
本発明でいう再生骨材とは、特に限定されるものではなく、コンクリート廃材を再生して得られる骨材を総称するものである。
再生骨材は、再生粗骨材、再生細骨材、及び再生微粉末に大別される。
具体的には、粒径５mmを超えるものを再生粗骨材、粒径0.15mm〜５mmのものを再生細骨材、また、粒径0.15mm未満のものを再生微粉末と分類する。
通常、再生骨材の比重は2.20〜2.70程度である。
再生粗骨材は粗骨材に、再生細骨材は細骨材に置換して使用することが可能である。
また、再生微粉末は細骨材や水硬性材料の一部として使用することが可能である。
再生骨材の使用量は特に限定されるものではなく、再生粗骨材、再生細骨材、及び再生微粉末ともに、骨材の一部あるいは全部と置換して用いることが可能であるが、通常、骨材の置換率で、５〜50％が好ましく、10〜30％がより好ましい。５％未満では再生骨材の利用率の面から充分でなく、50％を超えると強度発現性が極端に悪くなる場合がある。
【００１９】
本発明に係るコンクリートは、従来の振動締め固めを必要としない自己充填性を有し、材料分離を生じない高流動コンクリートを総称するものであり、流動性の指標となるスランプフロー値が650±50mmであることが好ましい。
通常、高流動コンクリートを調製する際には、通常の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等の減水剤を用いて高流動化することが好ましい。
【００２０】
減水剤は液状や粉末状のものが市販されており、いずれも使用可能である。
減水剤はナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系、及びポリカルボン酸系に大別される。
本発明では特に高性能ＡＥ減水剤の使用が好ましく、その具体例としては、例えば、ナフタレン系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」などが挙げられる。
また、メラミン系としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」などが挙げられる。
さらに、アミノスルホン酸系としては、藤沢薬品工業社製商品名「パリックFP-200シリーズ」などが挙げられる。
そして、ポリカルボン酸系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー100PHX」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」や「チューポールHP-11シリーズ」などが挙げられる。
本発明ではこれら減水剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。
減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、各メーカーの指定する範囲内で使用すればよく、具体的には、水硬性材料と徐冷スラグ粉からなる粉体100部に対して、0.5〜3.0部程度である。
【００２１】
水の使用量は特に限定されるものではないが、通常、コンクリート１m³当たり、125〜225kgが好ましく、140〜185kgがより好ましい。
【００２２】
本発明では、水硬性材料、徐冷スラグ粉、及び再生骨材の他に、天然に産出する砂や砂利等のバージン骨材や各種のスラグ骨材等の骨材、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー系材料、凝結調整剤、膨張材、急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２３】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。
【００２５】
実験例１
非硫酸態イオウ含有量の異なる徐冷スラグ粉(スラグ粉)と再生骨材を表１に示す量使用し、単位セメント量350kg/m³、単位水量175kg/m³、s/a=46％、及び空気量4.5±1.5％のコンクリートを調製し、スランプロスと六価Cr溶出量を測定した。
ただし、再生骨材は、再生粗骨材は粗骨材に、再生細骨材は細骨材にそれぞれ置換して配合した。結果を表１に併記する。
なお、コンクリートのスランプ値が18±1.5cmとなるように高性能ＡＥ減水剤を使用した。
【００２６】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、比重3.15
スラグ粉ａ：徐冷スラグ粉、ブレーン値4,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00、非硫酸態イオウ0.9％
スラグ粉ｂ：徐冷スラグ粉、ブレーン値4,500cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00、非硫酸態イオウ0.9％
スラグ粉ｃ：徐冷スラグ粉、ブレーン値5,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00、非硫酸態イオウ0.9％
スラグ粉ｄ：徐冷スラグ粉、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00、非硫酸態イオウ0.9％
スラグ粉ｅ：徐冷スラグ粉、ブレーン値8,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00、非硫酸態イオウ0.9％
スラグ粉ｆ：徐冷スラグ粉、スラグ粉ｄを水に浸漬してエイジングし、非硫酸態イオウを0.7％にしたもの、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
スラグ粉ｇ：徐冷スラグ粉、スラグ粉ｄを水に浸漬してエイジングし、非硫酸態イオウを0.5％にしたもの、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
スラグ粉ｈ：徐冷スラグ粉、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率10％、比重2.97、非硫酸態イオウ0.7％
スラグ粉ｉ：徐冷スラグ粉、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率30％、比重2.94、非硫酸態イオウ0.5％
スラグ粉ｊ：高炉水砕スラグ粉、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率95％、比重2.90、非硫酸態イオウ0.6％
水：水道水
再生粗骨材：比重2.55
再生細骨材：比重2.50
細骨材：新潟県姫川産砂、比重2.62
粗骨材：新潟県姫川産砂利、砕石、比重2.64
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
【００２７】
＜測定方法＞
スランプロス：JIS A 1101に準じてスランプ値を測定し、練り上がりのスランプ値から60分経過後のスランプ値を差し引いて、スランプロス値とした。
六価クロム溶出量：環境庁告示第４６号法に従って、硬化後の供試体からの溶出量とともに、まだ固まらないコンクリートからの溶出量も測定。ただし、まだ固まらないコンクリートからの溶出量は、コンクリート1000ｇを純水10リットルに入れて攪拌し、固液分離後に液相中の六価クロム濃度を測定することによって求めた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実験例２
スラグｄを使用し、表２に示す置換率の再生骨材を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
比較のために、スラグｄを使用しない場合についても同様の実験を行った。結果を表２に併記する。
【００３０】
【表２】

実験例３
セメントと、各スラグを使用し、再生微粉末を表３に示すような置換率で細骨材に置換して配合して高流動コンクリートを調製し、スランプフローの経時変化を測定した。
なお、コンクリートのスランプフロー値は 600 ± 50mm となるように減水剤を併用した。結果を表３に併記する。
【００３１】
＜使用材料＞
再生微粉末：比重2.40
【００３２】
＜測定方法＞
材料分離：目視により観察、材料分離が生じた場合は×、やや分離気味の場合は△、材料分離が全く生じない場合は○で表示。
スランプフロー：財団法人、沿岸開発技術センター及び漁港漁村建設技術研究所発行、水中不分離性コンクリート・マニュアル、付録１「水中不分離性コンクリートの試験、スランプフロー試験」に基づいてコンクリートの広がりを直角方向に２点測定した平均値
【００３３】
【表３】

【００３４】
【発明の効果】
本発明のコンクリート組成物は、再生骨材を配合しているにもかかわらず、流動性の保持性能に優れるコンクリート組成物であり、スランプやスランプフローのロスが小さく、さらに、有害重金属の溶出量が少ないコンクリートとすることができる。また、産業副産物である再生骨材と高炉徐冷スラグの有効利用にもなるなどの効果を奏する。

Claims

水硬性材料、ブレーン比表面積 4,000cm ² /g 以上で非硫酸態イオウとして存在するイオウを 0.5 ％以上含有しガラス化率が 30 ％以下である高炉徐冷スラグ粉末、及び骨材を含有してなり、再生骨材の骨材の置換率が 5 〜 50 ％であることを特徴とするコンクリート組成物。
再生骨材の少なくとも一部が再生微粉末であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート組成物。
請求項１又は２に記載のコンクリート組成物を配合してなり、スランプフロー値が650±50mmであることを特徴とするコンクリート。