JP6180171B2 - コンクリート組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、主に、海水を練り水に用いて調製されたコンクリート組成物、さらに、地震や津波の被害で発生したコンクリートガラを骨材として含むコンクリート組成物に関する。
２０１１年３月１１日、東北地方を大地震と津波がおそい、甚大な被害が出た。東北地方のインフラは大きな打撃を受け、一日も早い復興が望まれている。
しかしながら、津波の被害で発生したガレキが被災地の広範囲に散乱しており、ガレキの処理が進まなければ、復興も遅々として進まない現状にある。ガレキには、コンクリートや金属類などの無機系と、木材やゴム、プラスティックなどの有機系がある。
有機系のガレキは焼却処分する方法が考えられるが、無機系のガレキ、殊に、コンクリートガラは付加価値がない上に嵩高く、重要も重いため処分方法に困っている。コンクリートガラの有効利用方法の提案が望まれている。
従来、コンクリートガラの有効利用方法としては、再生骨材として利用する方法が提案されている。しかしながら、東北地方の大地震で被害を受けて発生したコンクリートガラのほとんどが、津波の影響を受けているため、高濃度の塩分を含んでいる。
コンクリートガラを再生骨材として利用する場合、発生元で利用する必要がある。骨材という商材の特徴として、遠方に運んで使うというわけにはいかないからである。この場合、沿岸地域での消費が望まれ、復興工事の中では、護岸工事や防潮堤などへの利用が現実的である。そして、このような利用に際しては、現場プラントを設置して生コンクリートを調製することが望ましく、さらには、真水の調達が問題視されている。そこで、海水練りコンクリートが提案されている。
海水の影響で塩分を多く含む骨材に加え、練り水も海水を用いることになるのである。このような特殊なコンクリートでは、鉄筋の腐食発生を避けられない。そこで、復興を推進するために、塩分の影響を受けたコンクリートガラを再生骨材として用いても、さらには、練り水として海水を用いても、鉄筋の腐食を抑制できる鉄筋コンクリート技術の開発が強く求められている。
一方、セメント混和材として、リチウムを含有するアルミノシリケートが知られている（特許文献１）。
しかしながら、津波の被害で発生したコンクリートガラを再生骨材として利用するコンクリートへ適用した事例や、海水練りコンクリートへ適用した例はない。
しかしながら、津波の被害で発生したコンクリートガラを再生骨材として利用するコンクリートへ適用した事例や、海水練りコンクリートへ適用した例はない。
本発明は、復興の妨げとなるガレキを処理でき、本来は鉄筋コンクリート構造物に採用できない塩分を多く含む骨材や、練り水として海水を採用しても得られる鉄筋コンクリート構造物の延命化を図ることができるコンクリート組成物を提供する。
本発明は、（１）リチウム含有アルミノシリケートを含有してなり、海水を練り水として用いたコンクリート組成物、（２）地震や津波の被害で発生したコンクリートガラを骨材として含む（１）のコンクリート組成物、（３）コンクリートの塩化物イオン含有量が０．４ｋｇ／ｍ３以上である（１）又は（２）のコンクリート組成物、である。
本発明のコンクリート組成物は、復興の妨げとなるガレキを処理でき、本来は鉄筋コンクリート構造物に採用できない塩分を多く含む骨材や、練り水として海水を採用しても得られる鉄筋コンクリート構造物の延命化を図ることができ、しかも、コンクリートの強度発現性、アルカリ−シリカ反応の抑制、凍結融解抵抗性が向上するなどの効果を奏する。
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、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。
なお、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。
本発明では、海水を練り水として利用する。海水は塩分を３．０〜３．５％含むとされている。さらに、本発明では、津波の被害で発生したコンクリートガラのガレキをコンクリート用骨材として利用することもできる。コンクリートガラは適度な大きさに粉砕して用いることができる。
津波の被害で発生したコンクリートガラは、海水をあびているため、塩分を多く含んでいる。通常の場合、塩分を多く含む骨材、例えば、海砂などは水で洗って除塩してから使用される。しかしながら、本発明では、除塩は行わず、そのまま用いる。これは、災害復興を円滑に進める上で不可欠である。
本来、塩分を多く含む骨材は、鉄筋の腐食を誘発するため利用できない。
しかしながら、本発明のリチウム含有アルミノシリケートを配合することによって、塩分を多く含むコンクリート組成物を用いても、耐久的な鉄筋コンクリート構造物を造成することが可能となる。
しかしながら、本発明のリチウム含有アルミノシリケートを配合することによって、塩分を多く含むコンクリート組成物を用いても、耐久的な鉄筋コンクリート構造物を造成することが可能となる。
本発明で云うコンクリートガラは、津波をかぶっているため、塩分を含む。その含有量は、概ね０．０１〜０．０５％である。一般的にコンクリート組成物の粗骨材量は８００〜１２００ｋｇ／ｍ３であり、津波をかぶったコンクリートガラを再生骨材として使用した場合、骨材から由来する塩分は、１ｍ３あたり０．０８〜０．６０ｋｇ／ｍ３となる。
本発明では、練り水に海水を用いることができる。海水の塩分含有率は一般的に３〜４％の範囲にある。また、コンクリート組成物の単位水量は、１５０〜１８５ｋｇ／ｍ３の範囲が一般的である。
したがって、練り水としての海水から由来する塩分量が算出可能である。例えば、海水の塩分含有率が３．５％で単位水量が１７０ｋｇ／ｍ３のコンクリート組成物を調製した場合、練り水から由来する塩分は、１７０×０．０３５ ＝ ５．９５ｋｇ／ｍ３となる。
したがって、練り水としての海水から由来する塩分量が算出可能である。例えば、海水の塩分含有率が３．５％で単位水量が１７０ｋｇ／ｍ３のコンクリート組成物を調製した場合、練り水から由来する塩分は、１７０×０．０３５ ＝ ５．９５ｋｇ／ｍ３となる。
本発明では、地震や津波の被害で発生したコンクリートガラを骨材として含むコンクリートを利用するだけではなく、海水を練り水に用いて調製されたコンクリート組成物で鉄筋コンクリート構造物を造成することができる。
また、本発明では、細骨材として海砂を用いることができる。通常、海砂は水洗されて塩分を許容されるレベルまで低下させて用いるが、本発明では、水洗せずにそのまま用いることもできる。
本発明のリチウム含有アルミノシリケートについて説明する。
アルミノシリケートの具体例としては、結晶性のゼオライトやモンモリロナイト、非晶質のアルミノシリケートが挙げられる。リチウム型ゼオライトの中でも、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１であるリチウム型ゼオライトが、アルカリシリカ反応の抑制効果が大きいことから好ましい。Ｓｉ／Ａｌ原子比が１であるリチウム型ゼオライトとしては、ＥＤＩ型、ＡＢＷ型やＬＴＡ型が存在する。
このうち、ＥＤＩ型とＡＢＷ型はアロフェンやカオリナイトを原料とし、水酸化リチウム水溶液を１００℃未満で作用させることにより簡便に合成できる。
一方、ＬＴＡの合成は１００℃を超える加圧条件下での水熱処理が必要であり、また、直接的にリチウムを含有するＬＴＡを合成することが難しく、一般的には、ナトリウムを含有するＡ型ゼオライトを水熱合成により得た後、イオン交換反応によりリチウムを担持させることが行われている。このため、ナトリウムを完全にリチウムに置換することが難しく、ＬＴＡでは十分なアルカリシリカ反応の抑制効果が得られない場合もある。
したがって、本発明では、ＥＤＩ型とＡＢＷ型を選定することが好ましい。
アルミノシリケートの具体例としては、結晶性のゼオライトやモンモリロナイト、非晶質のアルミノシリケートが挙げられる。リチウム型ゼオライトの中でも、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１であるリチウム型ゼオライトが、アルカリシリカ反応の抑制効果が大きいことから好ましい。Ｓｉ／Ａｌ原子比が１であるリチウム型ゼオライトとしては、ＥＤＩ型、ＡＢＷ型やＬＴＡ型が存在する。
このうち、ＥＤＩ型とＡＢＷ型はアロフェンやカオリナイトを原料とし、水酸化リチウム水溶液を１００℃未満で作用させることにより簡便に合成できる。
一方、ＬＴＡの合成は１００℃を超える加圧条件下での水熱処理が必要であり、また、直接的にリチウムを含有するＬＴＡを合成することが難しく、一般的には、ナトリウムを含有するＡ型ゼオライトを水熱合成により得た後、イオン交換反応によりリチウムを担持させることが行われている。このため、ナトリウムを完全にリチウムに置換することが難しく、ＬＴＡでは十分なアルカリシリカ反応の抑制効果が得られない場合もある。
したがって、本発明では、ＥＤＩ型とＡＢＷ型を選定することが好ましい。
本発明では、いかなる方法で合成されたリチウム型ゼオライトも使用可能であり、リチウム型ゼオライトを加熱処理したものも含まれる。
加熱処理温度は、ゼオライトにより異なる。例えば、ＥＤＩ型の場合は、２００〜７００℃であることが好ましい。リチウム含有ＥＤＩ型ゼオライトを２００〜７００℃で加熱処理すると、非晶質物質に変化する。すなわち、２００℃まではＥＤＩ型ゼオライトの結晶構造を保ち、２００℃以上になると結晶から非晶質に変化する。そして、７００℃までは非晶質の状態にあるが、７００℃を超えると結晶化してユークリプタイトへと変化する。
ＡＢＷ型の場合は３００〜６５０℃が好ましい。リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライトを３００℃〜６５０℃で加熱処理すると、無水のＡＢＷ型ゼオライトに変化する。すなわち、３００℃まではＡＢＷ型ゼオライトの結晶構造を保ち、３００℃以上になると、全く異なる結晶構造に変化して無水のＡＢＷ型ゼオライトになる。そして、６５０℃までは無水のＡＢＷ型ゼオライトの状態にあるが、６５０℃を超えるとγ−ユークリプタイトへと変化する。そして、さらに加熱すると、９００〜１０００℃でβ−ユークリプタイトへと変化する。
加熱処理条件が上記の温度範囲にないと、本発明の効果が充分に得られない場合がある。
加熱処理温度は、ゼオライトにより異なる。例えば、ＥＤＩ型の場合は、２００〜７００℃であることが好ましい。リチウム含有ＥＤＩ型ゼオライトを２００〜７００℃で加熱処理すると、非晶質物質に変化する。すなわち、２００℃まではＥＤＩ型ゼオライトの結晶構造を保ち、２００℃以上になると結晶から非晶質に変化する。そして、７００℃までは非晶質の状態にあるが、７００℃を超えると結晶化してユークリプタイトへと変化する。
ＡＢＷ型の場合は３００〜６５０℃が好ましい。リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライトを３００℃〜６５０℃で加熱処理すると、無水のＡＢＷ型ゼオライトに変化する。すなわち、３００℃まではＡＢＷ型ゼオライトの結晶構造を保ち、３００℃以上になると、全く異なる結晶構造に変化して無水のＡＢＷ型ゼオライトになる。そして、６５０℃までは無水のＡＢＷ型ゼオライトの状態にあるが、６５０℃を超えるとγ−ユークリプタイトへと変化する。そして、さらに加熱すると、９００〜１０００℃でβ−ユークリプタイトへと変化する。
加熱処理条件が上記の温度範囲にないと、本発明の効果が充分に得られない場合がある。
本発明のリチウム型ゼオライトのリチウム含有量は、特に限定されるものではないが、通常、Ｌｉ２Ｏ換算で５％以上が好ましく、７％以上がより好ましい。リチウム含有量は、Ｓｉ／Ａｌモル比が１となる理論値から担持できる最大量が１３．５％と算出できる。リチウム含有量が５％未満では、十分なアルカリシリカ反応による膨張の抑制効果が得られない場合がある。
本発明のリチウム含有アルミノシリケートのナトリウムやカリウムの含有量は特に限定されるものではないが、通常、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計量が０．５％以下であることが好ましく、０．３％以下がより好ましい。Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計量が０．５％を超えると、十分なアルカリシリカ反応抑制効果が得られない場合がある。
本発明のリチウム含有アルミノシリケートの比表面積は、一義的に決定されるものではなく、特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で２〜２００ｍ２／ｇの範囲にある。
本発明のリチウム含有アルミノシリケートの使用量は、特に限定されるものではないが、１ｋｇ／ｍ３以上が好ましく、７ｋｇ／ｍ３以上がより好ましい。１ｋｇ／ｍ３未満では所定の圧縮強度発現、アルカリシリカ反応抵抗性、凍結融解抵抗性が得られない場合がある。
以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
「実験例１」
表２に示すような様々な粗骨材、細骨材、練り水を使用し、リチウム含有アルミノシリケート５ｋｇ／ｍ３、単位セメント量３００ｋｇ／ｍ３、単位水量１７０ｋｇ／ｍ３、ｓ／ａ＝４２％、スランプ８ｃｍ、空気量４．５±１．０％のコンクリート組成物を調製した。このコンクリート組成物を用いて、鉄筋比０．７％の鉄筋コンクリート製の壁を造成した。この鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食電流を調べるとともに、コンクリートの圧縮強度、アルカリシリカ反応性、凍結融解抵抗性の試験を実施した。結果を表２に示す。
表２に示すような様々な粗骨材、細骨材、練り水を使用し、リチウム含有アルミノシリケート５ｋｇ／ｍ３、単位セメント量３００ｋｇ／ｍ３、単位水量１７０ｋｇ／ｍ３、ｓ／ａ＝４２％、スランプ８ｃｍ、空気量４．５±１．０％のコンクリート組成物を調製した。このコンクリート組成物を用いて、鉄筋比０．７％の鉄筋コンクリート製の壁を造成した。この鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食電流を調べるとともに、コンクリートの圧縮強度、アルカリシリカ反応性、凍結融解抵抗性の試験を実施した。結果を表２に示す。
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、比重３．１５。
粗骨材Ａ：津波被害を受けたガレキ、コンクリートガラを粉砕したものにオパールケイ石を５％混合したもの。Ｇｍａｘ２５ｍｍ。塩分含有率０．０５％、比重２．２５。コンクリート中の粗骨材量は９００．１６ｋｇ／ｍ３となり、これに由来する塩分は０．４５ｋｇ／ｍ３。
粗骨材Ｂ：新潟県姫川産の砕石にオパールケイ石を５％混合したもの。Ｇｍａｘ２５ｍｍ、比重２．６５。
細骨材イ：新潟県姫川産の川砂にオパールケイ石を５％混合したもの。比重２．６４。
細骨材ロ：海砂にオパールケイ石を５％混合したもの。塩分含有量０．１％、比重２．７５。コンクリート中の細骨材量は７９６．６８ｋｇ／ｍ３となり、これに由来する塩分は０．７９７ｋｇ／ｍ３。
練り水ａ：水道水。
練り水ｂ：海水、塩分含有率３．５％。
リチウム含有アルミノシリケートＡ：リチウムを含有するＥＤＩ型ゼオライト（Ｌｉ−ＥＤＩ）、Ｌｉ２Ｏ含有量７．１％、ＢＥＴ比表面積５０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＢ：リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライト（Ｌｉ−ＡＢＷ）、Ｌｉ２Ｏ含有量９．０％、ＢＥＴ比表面積４０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＣ：リチウムを含有するＥＤＩ型ゼオライト（Ｌｉ−ＥＤＩ）を４００℃で加熱処理して得られた非晶質物質、Ｌｉ２Ｏ含有量９．０％、ＢＥＴ比表面積３０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＤ：リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライト（Ｌｉ−ＡＢＷ）を４００℃で加熱処理して得られた無水のＬｉ−ＡＢＷ、Ｌｉ２Ｏ含有量１０．８％、ＢＥＴ比表面積２０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＥ：市販のアルカリシリカ反応抑制剤、Ｃａ型ゼオライト。
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、比重３．１５。
粗骨材Ａ：津波被害を受けたガレキ、コンクリートガラを粉砕したものにオパールケイ石を５％混合したもの。Ｇｍａｘ２５ｍｍ。塩分含有率０．０５％、比重２．２５。コンクリート中の粗骨材量は９００．１６ｋｇ／ｍ３となり、これに由来する塩分は０．４５ｋｇ／ｍ３。
粗骨材Ｂ：新潟県姫川産の砕石にオパールケイ石を５％混合したもの。Ｇｍａｘ２５ｍｍ、比重２．６５。
細骨材イ：新潟県姫川産の川砂にオパールケイ石を５％混合したもの。比重２．６４。
細骨材ロ：海砂にオパールケイ石を５％混合したもの。塩分含有量０．１％、比重２．７５。コンクリート中の細骨材量は７９６．６８ｋｇ／ｍ３となり、これに由来する塩分は０．７９７ｋｇ／ｍ３。
練り水ａ：水道水。
練り水ｂ：海水、塩分含有率３．５％。
リチウム含有アルミノシリケートＡ：リチウムを含有するＥＤＩ型ゼオライト（Ｌｉ−ＥＤＩ）、Ｌｉ２Ｏ含有量７．１％、ＢＥＴ比表面積５０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＢ：リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライト（Ｌｉ−ＡＢＷ）、Ｌｉ２Ｏ含有量９．０％、ＢＥＴ比表面積４０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＣ：リチウムを含有するＥＤＩ型ゼオライト（Ｌｉ−ＥＤＩ）を４００℃で加熱処理して得られた非晶質物質、Ｌｉ２Ｏ含有量９．０％、ＢＥＴ比表面積３０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＤ：リチウムを含有するＡＢＷ型ゼオライト（Ｌｉ−ＡＢＷ）を４００℃で加熱処理して得られた無水のＬｉ−ＡＢＷ、Ｌｉ２Ｏ含有量１０．８％、ＢＥＴ比表面積２０ｍ２／ｇ。
リチウム含有アルミノシリケートＥ：市販のアルカリシリカ反応抑制剤、Ｃａ型ゼオライト。
＜試験方法＞
鉄筋腐食の判定：材齢１年後にＡＳＴＭＣ８７６に準じて、基準電極となる銅／硫酸銅電極に対する鉄筋の自然電位を測定し、鉄筋の腐食状態を判定した。鉄筋の腐食は表１のように判断される。
鉄筋腐食の判定：材齢１年後にＡＳＴＭＣ８７６に準じて、基準電極となる銅／硫酸銅電極に対する鉄筋の自然電位を測定し、鉄筋の腐食状態を判定した。鉄筋の腐食は表１のように判断される。
＜試験方法＞
圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １１０８に準じて測定。
アルカリシリカ反応性：ＪＣＩ ＡＡＲ−３ コンクリートのアルカリシリカ反応性判定試験方法（案）に準じて測定。材齢６ヶ月における膨張率が０．０５％未満は◎、０．０５以上で０．１％未満の場合は○、０．１％以上で０．２％未満は△、０．２％以上は×とした。
凍結融解抵抗性：ＪＩＳ Ａ １１４８に準拠して行った。相対動弾性係数が６０％以上保たれたサイクル数が４００サイクルを超えた場合を◎、３００サイクルを超え、４００サイクル未満だった場合を○、２００サイクルを超え、３００サイクル未満だった場合を△、２００サイクル未満だった場合を×とした。
圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １１０８に準じて測定。
アルカリシリカ反応性：ＪＣＩ ＡＡＲ−３ コンクリートのアルカリシリカ反応性判定試験方法（案）に準じて測定。材齢６ヶ月における膨張率が０．０５％未満は◎、０．０５以上で０．１％未満の場合は○、０．１％以上で０．２％未満は△、０．２％以上は×とした。
凍結融解抵抗性：ＪＩＳ Ａ １１４８に準拠して行った。相対動弾性係数が６０％以上保たれたサイクル数が４００サイクルを超えた場合を◎、３００サイクルを超え、４００サイクル未満だった場合を○、２００サイクルを超え、３００サイクル未満だった場合を△、２００サイクル未満だった場合を×とした。
表２より、本発明において、鉄筋腐食が発生していないことが分かる。また、圧縮強度発現、アルカリシリカ反応抵抗性、凍結融解抵抗性が向上していることが分かる。
「実験例２」
粗骨材Ａ、細骨材ロ、練り水ｂを使用し、リチウム含有アルミノシリケートの使用量を表３に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記した。
粗骨材Ａ、細骨材ロ、練り水ｂを使用し、リチウム含有アルミノシリケートの使用量を表３に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記した。
表３より、本発明によれば、鉄筋腐食が発生していないことが分かる。また、圧縮強度発現、アルカリシリカ反応抵抗性、凍結融解抵抗性が向上していることが分かる。
本発明のコンクリート組成物は、復興の妨げとなるガレキを処理でき、本来は鉄筋コンクリート構造物に採用できない塩分を多く含む骨材や、練り水として海水を採用しても得られる鉄筋コンクリート構造物の延命化を図ることができ、しかも、コンクリートの強度発現性、アルカリ−シリカ反応の抑制、凍結融解抵抗性が向上するので、震災復興に貢献することができる。
Claims (3)
- ＥＤＩ型ゼオライトおよびＡＢＷ型ゼオライトからなる群から選択される一種以上のリチウム含有アルミノシリケートを含有してなり、海水を練り水として用いたコンクリート組成物であって、コンクリートの塩化物イオン含有量が、０．４ｋｇ／ｍ 3 以上であるコンクリート組成物。
- 地震や津波の被害で発生したコンクリートガラを骨材として含む請求項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と鉄筋を含む鉄筋コンクリート。
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