コンクリート混練物並びにＣＯ２吸収プレキャストコンクリートおよびその製造方法
【課題】養生過程で多量のＣＯ2を吸収することによりＣＯ2排出量を大幅に低減したプレキャストコンクリートを提供する。
【解決手段】粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９０質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜１６０％である配合のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【解決手段】粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９０質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜１６０％である配合のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの硬化反応過程で二酸化炭素を多量に吸収する成分を配合したコンクリート混練物、並びにそれを用いたＣＯ2吸収プレキャストコンクリートおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは一般に原材料としてセメントを多量に使用するため、ＣＯ2排出量の大きい材料であるとされる。これは主として、セメントの生産過程で、炉の燃焼エネルギーを得るために化石燃料を多量に使用することに加え、石灰石の脱炭酸反応（ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2）が生じることによる。コンクリートとしてのＣＯ2排出量を低減することは地球温暖化対策の一環として重要なテーマとなっている。
【０００３】
コンクリート製品を製造する際に排出されるＣＯ2のトータル量を低減するためには、特殊混和材を多量に配合させることによりセメント使用量を削減することが有効であり、種々研究が進められている。
【０００４】
一方で、γ−Ｃ2Ｓ（γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2；γビーライトとも呼ばれる）を混和材として配合したコンクリートを強制的に炭酸化養生させることにより、表層部を緻密化した耐久性の高いコンクリート製品を得る技術が知られている（例えば特許文献１）。γ−Ｃ2Ｓは水和反応せずに直接ＣＯ2と反応してＣａＣＯ3とＳｉＯ2を生成する。これらの生成物がセメントマトリクス中の空隙を埋め、コンクリート製品表層部の耐久性を飛躍的の向上させるのである。この場合、炭酸化養生でコンクリートに吸収されたＣＯ2の分だけコンクリート製品を得る上でのトータルＣＯ2排出量は削減されたことになる。
【０００５】
ＣＯ2を吸収する性質を有する材料としては、γ−Ｃ2Ｓの他に、製鋼スラグが知られている。製鋼スラグには未反応のＣａＯ（フリーライム）が含まれており、これがＣＯ2に起因する炭酸イオンと反応してＣａＣＯ3を生成する。特許文献２には、粒状の製鋼スラグを山積みしてＣＯ2ガスに曝し、炭酸化反応で生成したＣａＣＯ3をバインダーとして団結させ塊状化する石材の製造方法が記載されている。特許文献３には、ケイ酸カルシウム水和物を含む主原料粉体（軽量気泡コンクリートの粉体など）、製鋼スラグ粉体、水の混合物を加圧成形した後、炭酸化させる建材の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８２５８３号公報
【特許文献２】特開平１１−７１１６０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１０８７号公報
【特許文献４】特開２００９−１４９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、コンクリート養生過程でＣＯ2を吸収させることによりコンクリート製品を得るまでのトータルＣＯ2排出量を削減することが可能である。しかし、特許文献１に示されるようなγ−Ｃ2Ｓを配合した従来の高耐久性コンクリートは、表層部に緻密な炭酸化層を形成することを狙ったものである。その炭酸化に消費されるＣＯ2量はセメント製造時に出るＣＯ2量を相殺するほど多くはなく、ＣＯ2排出量削減の観点からは大きな効果は期待できない。
【０００８】
特許文献２に示される製鋼スラグ粒子のブロックは、ポーラス状であるため海藻類の成育促進に有効な製鋼スラグ中の成分が溶出しやすく、海中の藻場や魚礁として好適に利用できるという。しかし、複雑形状の製品を作ることが難しいことからコンクリート製品の代替として種々の用途に広く適用できるものではない。また、消波ブロックとして使用する場合、ポーラス状であることから一般的なコンクリート製消波ブロックと比べ消波性能や耐摩耗性に劣る。
【０００９】
特許文献３の製鋼スラグ粉体を用いた建材は、すでに水和反応を終えている粉体（例えばＡＬＣ粉体）を主原料とするものであり、基本的に炭酸硬化反応のみによって強度を確保している。未反応部分が残らないように炭酸硬化反応を起こさせる必要があることから（特許文献３の段落００２７）、板状体など薄い肉厚のものが適用対象となる。また所定形状を得るうえで加圧成形する必要がある。
【００１０】
このように、特許文献２、３に開示の技術は、製鋼スラグの炭酸化反応を利用しているものの、基本的にセメント成分による水硬性を利用したものではなく、種々の形状の型枠に打設可能なコンクリートとは異質の材料に関する技術である。
【００１１】
本発明は、型枠に打設したのち脱型して所定形状を維持することができるという、コンクリートとしての基本特性が活用でき、かつ養生過程で多量のＣＯ2を吸収することによりセメント製造過程で排出されるＣＯ2量の全部または大部分を相殺することが可能なＣＯ2吸収プレキャストコンクリートを提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは詳細な研究の結果、（i）セメントの配合量を通常のコンクリートに比べ大幅に低減することによりセメント製造過程で排出されるＣＯ2量を大幅に削減する手法、および、（ii）γ−Ｃ2Ｓまたは製鋼スラグ粉末を多量に配合して養生過程で炭酸化させる手法、を適用することにより、上記目的が達成できることを見出した。
【００１３】
すなわち本発明では、粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９５質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜２５０％である配合のコンクリート混練物が提供される。粉体成分として更に、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を合計で、全粉体成分の１０〜９５質量％の範囲で含有することができる。これらのコンクリート混練物における空気量は例えば２〜７０％である。
【００１４】
また本発明では、上記のコンクリート混練物を硬化させたプレキャストコンクリートとして、硬化過程で炭酸化養生を経ることにより、表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成してなるＣＯ2吸収プレキャストコンクリートが提供される。
【００１５】
また、そのプレキャストコンクリートの製造方法として、上記コンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００１６】
ここで、ポルトランドセメント（記号Ｃ）の含有量は、使用する各種粉体材料に含まれるポルトランドセメント成分の含有量を合計したものである。例えば、セメントとしてフライアッシュセメントや高炉セメントなどを使用する場合には、それらのセメントに含まれるポルトランドセメントの割合に基づいて、当該コンクリートに含有されるポルトランドセメントの量が算出される。γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の含有量についても同様に、使用する各種粉体材料に含まれる各々の成分の含有量を合計したものである。なお、製鋼スラグ粉末中にもγ−Ｃ2Ｓが含有されている場合があるが、製鋼スラグ粉末中のγ−Ｃ2Ｓは上記記号Ｂの成分として計料されるので、上記記号γの計料からは除外される。水セメント比Ｗ／Ｃは、上記のポルトランドセメント（記号Ｃ）の質量に対する、水の質量割合である。
【００１７】
前記「固化体」とは、セメント水硬反応により一定の形状を維持しうる強度レベルとなった所定形状のコンクリートである。前記「炭酸化領域」は、ＪＩＳ Ａ１１５２−２００２に記載される方法でフェノールフタレインによる赤紫色の着色が生じない領域をいう。
【００１８】
また本発明では、特に厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利な方法として、
上記した配合を有するコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿ち、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記孔内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記孔内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００１９】
また同様に厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利な方法として、
プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、
上記した配合を有するコンクリート混練物を前記型枠に打設し、
前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を有するコンクリート固化体を構築し、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記空隙内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記空隙内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００２０】
上記炭酸化養生を１０ＭＰａ以下の加圧雰囲気下（例えば０.１〜１０ＭＰａ）で行うことも、厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、セメント使用量の抑制によるＣＯ2排出量の削減、および炭酸化養生によるＣＯ2の吸収を利用して、従来一般的なコンクリートと比べ、トータルのＣＯ2排出量を大幅に低減したプレキャストコンクリート製品が実現可能となった。むしろ、ＣＯ2の吸収量が排出量を上回り、ＣＯ2排出量としてはマイナスの値となるものを得ることも可能である。炭酸化養生では従来大気中に放出していた燃焼排ガスを適用することができるので、その場合には直接的にＣＯ2排出量の低減につながる。特に製鋼スラグ粉末を使用する場合は産業副産物の利用という観点でも環境負荷の低減に寄与しうる。また、本発明によって得られるプレキャストコンクリート製品は、炭酸化領域の占める体積割合を十分に確保することにより、ＣＯ2排出量を大幅に削減するとともに、一般的な構造物に適用可能な強度レベルを有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと圧縮強度の関係を表すグラフ。
【図２】各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと炭酸化深さの関係を表すグラフ。
【図３】セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率とスランプの関係を示したグラフ。
【図４】セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率と空気量の関係を示したグラフ。
【図５】各供試体についての水セメント比Ｗ／ＣとトータルのＣＯ2排出量（試算値）の関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、粉体成分として、少なくともγ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有するコンクリートを適用する。このうちγ−Ｃ2Ｓと製鋼スラグ粉末は、炭酸化養生において炭酸化反応に関わる物質である。これらはいずれも養生雰囲気から供給されるＣＯ2を消費（吸収）して炭酸カルシウムＣａＣＯ3を生成し、コンクリートとして必要な強度を担う。一方、ポルトランドセメントは、型枠に打設後、直ちに水和反応を開始して結合材として機能し、少なくとも脱型可能な強度を発現させ、かつ脱型後の固化体を炭酸化養生に供する際に所定のプレキャストコンクリートの形状を維持するに足る強度レベルを付与するものである。
【００２４】
γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）は、そのいずれか１種のみを配合させることもできるが、両者を複合して配合させても構わない。高い強度レベルが望まれる用途にはγ−Ｃ2Ｓの配合が有利であり、できるだけ炭酸化深さを深くしたい厚肉のコンクリート製品とすることが重視される場合には製鋼スラグ粉末の配合が有利となる。後者の場合は、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）のうち、Ｂの１種、またはγとＢの２種を含有する配合、すなわち製鋼スラグ粉末の含有を必須とする配合を選択すればよい。
【００２５】
ここで、製鋼スラグは、電気炉、転炉などの製鋼工程から発生するスラグであり、高炉スラグに比べＣａＯの含有量が多い。製鋼スラグは冷却過程でその数十％がダスティング（微粉末化）する。本発明ではダスティングした製鋼スラグ粉末（微粉末と呼ばれるものを含む）を使用することができる。製鋼スラグ粉末中のＣａＯ含有量は通常３５〜５５質量％の範囲にあるが、シリカ等と結合していない未反応のＣａＯ（フリーライム）を数％程度含んでいることに特徴がある。このフリーライムが養生雰囲気のＣＯ2に由来する炭酸イオンと反応し、ＣａＣＯ3を生成する。また、製鋼スラグ粉末にはγ−Ｃ2Ｓや炭酸ガスと反応するメリライトを含むものもあり、これらもＣＯ2に起因する炭酸イオンと反応してＣａＣＯ3を生成する。ただし、製鋼スラグ粉末中のγ−Ｃ2Ｓは前述のとおり記号γで表される成分とはみなさない。製鋼スラグ粉末を多量に使用した場合には、産業副産物の有効利用という意味でも環境負荷低減に大きく寄与する。
【００２６】
本発明に適用するコンクリート組成物においては、上記γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）、ポルトランドセメント（記号Ｃ）の合計含有量に占めるγ、Ｂの合計含有量（以下、単に「置換率」ということがある）を２５〜９５質量％とする。γ、Ｂのうちいずれか１種の物質のみを配合する場合は、その物質とポルトランドセメント（記号Ｃ）の合計含有量に占める当該物質の量（置換率）を２５〜９５質量％とする。前記の置換率が小さすぎると、炭酸化養生におけるＣＯ2吸収量が少なくなり、コンクリート製品としてのトータルのＣＯ2排出量削減効果が十分に発揮されない。置換率は２５質量％以上とする必要があり、３０質量％以上とすることがより好ましい。一方、置換率が過剰に大きいと、水セメント比を後述の範囲内で調整しても、ポルトランドセメントによる硬化への寄与が不足し、脱型可能な強度が得られにくい。置換率が９５質量％を超えないようにする必要がある。９０質量％以下とすることが好ましく、７５質量％以下、あるいはさらに７０質量％以下とすることが一層好ましい。
【００２７】
ポルトランドセメントには、普通ポルトランドセメントの他、早強、超早強、中庸熱、低熱などの種類がある。本発明では、これら種々のポルトランドセメントの１種または２種以上を配合するものが対象となる。特に上記の種類のうち、普通ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメントの１種または２種を使用したものが好適である。
【００２８】
水（記号Ｗ）とポルトランドセメント（記号Ｃ）の配合比である水セメント比Ｗ／Ｃは、８０〜２５０％とする。水セメント比が小さくなりすぎると単位セメント量が増大することに起因してセメント製造過程でのＣＯ2排出量を炭酸化養生でのＣＯ2吸収量によって相殺することが難しくなる。水セメント比は８０％以上とすることが効果的であり、９０％以上とすることがより好ましい。一方、水セメント比が過大となるとポルトランドセメントによる硬化が不十分となり、脱型可能な強度が得られにくい。また、特に炭酸化に関与する成分としてγ−Ｃ2Ｓを使用せず製鋼スラグ粉末を単独で使用する場合には、水セメント比が高くなると炭酸化養生による強度レベルの上昇作用が低減する傾向が見られる。これらのことから、水セメント比は２５０％以下に抑えることが望まれ、１５０％以下とすることがより好ましい。
【００２９】
コンクリートの粉体成分としては、上記γ、Ｂ、Ｃの他に、各種混和材料が使用可能である。例えば、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末などは強度増大に寄与するので、高強度化を狙う場合はこれらの１種以上を配合させることが効果的である。このうちフライアッシュ、シリカフュームはシリカ成分を含有することから、仮にコンクリートからＣａが溶出した場合にも内在するＳｉと反応してＣ−Ｓ−Ｈ（ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｈ2Ｏ；珪酸カルシウム水和物）が生成されるので、特に水域環境での化学的安定性に優れるコンクリート製品を得る上で有利となる。また、高炉スラグ微粉末は、ＣＯ2に起因する炭酸イオンとの反応によって硬化し、強度の増大に寄与する。その他、増量材として例えば石灰石微粉末を添加することもできる。ただし、γ、Ｂ、Ｃ以外の粉体成分を多量に添加する配合では前記の水セメント比Ｗ／Ｃが過大となりやすいので、水セメント比を前記の範囲で調整できる範囲の添加量とする必要がある。粉体成分として、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を含有させる場合は、それらの合計含有量が全粉体成分の１０〜９５質量％となる範囲において、前記所定の水セメント比Ｗ／Ｃが得られるように調整すればよい。また、γ、Ｂ、Ｃを含めた粉体成分のトータルを記号Ｐで表すとき、水粉体比Ｗ／Ｐが３０〜８０％となるようにすることが望ましく、３０〜５０％とすることが一層好ましい。
【００３０】
その他のコンクリート用材料としては、一般的に使用される細骨材、粗骨材が使用でき、必要に応じて各種混和剤が添加される。
【００３１】
以上の配合を有するコンクリート組成物を練り混ぜて混練物とする。空気量は例えば２〜７０％の範囲で調整すればよい。この混練物を所定形状のプレキャストコンクリート用型枠に打設する。その後、脱型可能な状態（例えば材齢２４ｈ）となった時点で脱型し、得られたコンクリート固化体を炭酸化養生に供する。
【００３２】
炭酸化養生によって、コンクリート固化体の表面から深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域を形成させる。ただし、肉厚が２０ｍｍ未満の部分については肉厚全体に炭酸化領域を形成させる。すなわち、炭酸化深さが２０ｍｍ以上となる条件で養生を行うのである。上述のコンクリート配合の範囲において、表面が炭酸化深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域に覆われていれば、消波ブロックをはじめとする種々の用途において実用的な強度レベルが確保できる。また、表面の炭酸化領域は耐摩耗性を向上させるので、消波ブロックに用いる場合、長期にわたって優れた消波性能が維持できる。表面からの炭酸化深さが４０ｍｍ以上であるものがより好適である。特に製鋼スラグ粉末を配合したものでは表面から深い位置まで炭酸化領域を形成させることが比較的容易であり、表面からの炭酸化深さが５０ｍｍ以上、あるいは６０ｍｍ以上の炭酸化領域を有するものが一層好適な対象となる。無筋の板状構造部材とする場合は、炭酸化深さが２０ｍｍ以上であり、かつ肉厚に占める炭酸化領域の厚さ（両側の表層部に形成されている炭酸化領域の厚さの合計）の割合が５０％以上であることが望ましく、７０％以上であることがより好ましい。１００％であること（すなわち肉厚全体が炭酸化されていること）が特に好ましい。
【００３３】
前述の水粉体比Ｗ／Ｐが同レベルである場合、炭酸化深さは、水セメント比Ｗ／Ｃが大きくなるほど増大する傾向が見られる。また、製鋼スラグ粉末を配合したものは、γ−Ｃ2Ｓを配合したものと比べ、炭酸化深さは増大する傾向にある。各配合に応じて、炭酸化深さが少なくとも２０ｍｍ以上となる条件で養生を行う。そのような条件は予備実験を行って求めておくことができる。
【００３４】
炭酸化養生は、コンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気に曝すことによって行う。雰囲気中のＣＯ2濃度が少なすぎると処理時間が長くなり効率的でない。ＣＯ2濃度は５％以上とすることが効果的であり、１０％以上とすることがより好ましい。一方、ＣＯ2濃度を１００％に近い高濃度とすることは養生設備に過剰なコストを要し不経済となる。ＣＯ2濃度は９５％以下とすることが実用的である。８０％以下の範囲とすることがより実用的であり、通常、５０％以下の範囲で設定すればよい。また、養生温度は常温〜８０℃、湿度は３０〜７０％Ｒ.Ｈ.の範囲で設定すればよい。圧力は大気圧とすることができるが、養生時間の短縮や炭酸化深さの増大を図る場合は、必要に応じて大気圧を超える圧力に調整した雰囲気中で炭酸化養生を行うことができる。例えば１０ＭＰａ以下の雰囲気中で加圧養生を行うことができる。養生時間は、コンクリート組成、ＣＯ2濃度、温度、湿度、圧力、目的とする炭酸化深さによって異なるが、通常、材齢７〜２８日の範囲内で良好な養生時間を見出すことができる。炭酸化養生の具体的な方法としては、例えば特許文献４に開示の手法を採用することができる。
【００３５】
炭酸化養生に使用するＣＯ2の供給源として、工場や施設から排出される燃焼排ガスを利用することができる。燃焼排ガスを炭酸化養生のチャンバー内に直接送り込んでもよいし、他のガスと混合したうえで送り込んでもよい。
【００３６】
肉厚の大きいコンクリート製品において、内部にも炭酸化領域を形成して強度向上を図りたい場合は、当該コンクリート固化体の内部領域にもＣＯ2含有ガスが通気されるように、表面からの通気が可能なサイズの気道を固化体に設けておくことが望ましい。その固化体を炭酸化養生に供することにより、気道の内部表面がＣＯ2含有ガスに曝され、気道の周囲に炭酸化領域が形成される。気道の数や配置は、目的とする強度レベルに応じて最適化すればよい。気道の径は例えば１０ｍｍ以上とすることが望ましいが、強制的に軌道内にＣＯ2含有ガスを通気させる場合はそれより細い径でも構わない。前記の気道は、内部に閉塞端を有するものであっても構わないが、通気性の観点からは固化体内部を貫通する気道であることがより好ましい。
【００３７】
前記の気道の設け方としては、例えば脱型後に、当該コンクリート固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿つ方法が適用できる。また、別の方法としては、プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、コンクリート混練物をその型枠に打設し、前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を形成する方法が適用できる。
【００３８】
炭酸化養生後には、固化体の表面が炭酸化深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域に覆われている限り、固化体の内部に炭酸化されていない領域が残っていても構わない。
【実施例】
【００３９】
一般的なスランプ８ｃｍの普通コンクリートの配合（以下「標準配合」という）において、セメントの一部をγ−Ｃ2Ｓ、製鋼スラグ粉末、石灰石微粉末のいずれかで置換した種々のコンクリート組成物（混練物）を用いて固化体を作製し、炭酸化養生を行った後の供試体について、強度発現性および炭酸化深さを調べた。また、セメントの一部を製鋼スラグ粉末で置換した混練物については流動性の確認を行った。
【００４０】
表１に使用材料を示す。表２にコンクリートの配合を示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
各配合のフレッシュコンクリートを直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの型枠に打設し、２４ｈ後に脱型してコンクリート固化体とし、各固化体を直ちに炭酸化養生に供した。養生条件は、温度６０℃、湿度５０％Ｒ.Ｈ.、ＣＯ2濃度２０％の大気圧環境とした。炭酸化養生を材齢１４日で終了し、供試体とした。標準配合については標準水中養生にて材齢１４日とした供試体も作製した。
【００４４】
図１に、各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと圧縮強度の関係を示す。図１中、水中養生と記載したもの以外は炭酸化養生を行ったものである（後述図２、図５において同じ）。化学的に不活性な石灰石微粉末でセメントの一部を置換すると、Ｗ／Ｃの増大に伴って急激に強度が低下した。これに対し、製鋼スラグ粉体で置換したものでは、石灰石微粉末で置換したものに比べＷ／Ｃの増大に伴う強度低下が小さく、炭酸化による明らかな強度増進効果が認められた。γ−Ｃ2Ｓで置換したものは、Ｗ／Ｃの増大に伴う強度低下傾向が見られず、ここで用いた供試体においてはＷ／Ｃ＝１５０％でもＷ／Ｃ＝４５％の普通コンクリート（標準配合）に近い強度レベルが得られている。γ−Ｃ2Ｓは炭酸化により顕著な強度増進効果を発揮することが確認された。
【００４５】
図２に、各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと炭酸化深さの関係を示す。炭酸化深さの測定は、供試体を割裂し、割裂面についてＪＩＳ Ａ１１５２−２００２に記載される方法でフェノールフタレイン溶液を用いて行った。図２からわかるように、セメントの一部を製鋼スラグ粉末またはγ−Ｃ2Ｓで置換したものは、Ｗ／Ｃの増大（すなわち置換率の増大）に伴い炭酸化深さが増大することが確認された。特に製鋼スラグで置換した場合には炭酸化深さの増大が一層顕著になることがわかった。
【００４６】
図３に、セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率とスランプの関係を示す。スラグ置換率の増大にともなってスランプは低下するものの、置換率９０％においても有スランプ状態が維持されている。高性能減水剤の利用等の流動性改善手段を適用すると、十分な施工性を有するスランプコンクリートになり得ると考えられる。
【００４７】
図４に、セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率と空気量の関係を示す。空気量に及ぼすスラグ置換の影響は小さいことが確認された。
【００４８】
次に、セメント製造やγ−Ｃ2Ｓ製造によるＣＯ2排出と、コンクリート固化体の炭酸化によるＣＯ2吸収を考慮して、コンクリート製品（上記の供試体）としてのＣＯ2排出量を試算した。
コンクリート製造時におけるＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）は、各配合におけるセメント使用量にセメントのＣＯ2排出量原単位である７６６ｋｇ−ＣＯ2／ｔを乗じることにより求めた。コンクリート固化体の炭酸化によるＣＯ2吸収量は、前記炭酸化養生後の各供試体の炭酸化領域からセメントペースト部分の試料を採取し、熱分析を行って、炭酸化領域におけるＣＯ2吸収量（ｋｇ−ＣＯ2／ｍ3）を算出し、供試体における炭酸化領域の体積率を考慮して、当該供試体としての炭酸化によるＣＯ2吸収量（ｋｇ／ｍ3）を求めた。そして、コンクリート製造時におけるＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）と、炭酸化によるＣＯ2吸収量（ｋｇ／ｍ3）の差を、当該コンクリート製品としてのトータルのＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）とした。
【００４９】
図５に、各供試体についての水セメント比Ｗ／ＣとトータルのＣＯ2排出量の関係を示す。一般的なコンクリート（図５中の■印のプロット）のＣＯ2排出量は約３００ｋｇ／ｍ3であるのに対し、本発明に従ってセメントの一部をγ−Ｃ2Ｓ、製鋼スラグ粉末で置換した上で炭酸化養生に供した場合には、ＣＯ2排出量の大幅な削減が可能となり、この実験で用いた供試体の例ではトータルのＣＯ2排出量をマイナスとすることが可能であった。また、コンクリート固化体内部の深い部位にも炭酸化領域が形成されるような炭酸化養生（例えば表面からＣＯ2含有ガスの導入が可能な気道を固化体内部に設ける手法など）を採用すれば、更なるトータルのＣＯ2排出量の低減が可能となると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの硬化反応過程で二酸化炭素を多量に吸収する成分を配合したコンクリート混練物、並びにそれを用いたＣＯ2吸収プレキャストコンクリートおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは一般に原材料としてセメントを多量に使用するため、ＣＯ2排出量の大きい材料であるとされる。これは主として、セメントの生産過程で、炉の燃焼エネルギーを得るために化石燃料を多量に使用することに加え、石灰石の脱炭酸反応（ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2）が生じることによる。コンクリートとしてのＣＯ2排出量を低減することは地球温暖化対策の一環として重要なテーマとなっている。
【０００３】
コンクリート製品を製造する際に排出されるＣＯ2のトータル量を低減するためには、特殊混和材を多量に配合させることによりセメント使用量を削減することが有効であり、種々研究が進められている。
【０００４】
一方で、γ−Ｃ2Ｓ（γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2；γビーライトとも呼ばれる）を混和材として配合したコンクリートを強制的に炭酸化養生させることにより、表層部を緻密化した耐久性の高いコンクリート製品を得る技術が知られている（例えば特許文献１）。γ−Ｃ2Ｓは水和反応せずに直接ＣＯ2と反応してＣａＣＯ3とＳｉＯ2を生成する。これらの生成物がセメントマトリクス中の空隙を埋め、コンクリート製品表層部の耐久性を飛躍的の向上させるのである。この場合、炭酸化養生でコンクリートに吸収されたＣＯ2の分だけコンクリート製品を得る上でのトータルＣＯ2排出量は削減されたことになる。
【０００５】
ＣＯ2を吸収する性質を有する材料としては、γ−Ｃ2Ｓの他に、製鋼スラグが知られている。製鋼スラグには未反応のＣａＯ（フリーライム）が含まれており、これがＣＯ2に起因する炭酸イオンと反応してＣａＣＯ3を生成する。特許文献２には、粒状の製鋼スラグを山積みしてＣＯ2ガスに曝し、炭酸化反応で生成したＣａＣＯ3をバインダーとして団結させ塊状化する石材の製造方法が記載されている。特許文献３には、ケイ酸カルシウム水和物を含む主原料粉体（軽量気泡コンクリートの粉体など）、製鋼スラグ粉体、水の混合物を加圧成形した後、炭酸化させる建材の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８２５８３号公報
【特許文献２】特開平１１−７１１６０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１０８７号公報
【特許文献４】特開２００９−１４９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、コンクリート養生過程でＣＯ2を吸収させることによりコンクリート製品を得るまでのトータルＣＯ2排出量を削減することが可能である。しかし、特許文献１に示されるようなγ−Ｃ2Ｓを配合した従来の高耐久性コンクリートは、表層部に緻密な炭酸化層を形成することを狙ったものである。その炭酸化に消費されるＣＯ2量はセメント製造時に出るＣＯ2量を相殺するほど多くはなく、ＣＯ2排出量削減の観点からは大きな効果は期待できない。
【０００８】
特許文献２に示される製鋼スラグ粒子のブロックは、ポーラス状であるため海藻類の成育促進に有効な製鋼スラグ中の成分が溶出しやすく、海中の藻場や魚礁として好適に利用できるという。しかし、複雑形状の製品を作ることが難しいことからコンクリート製品の代替として種々の用途に広く適用できるものではない。また、消波ブロックとして使用する場合、ポーラス状であることから一般的なコンクリート製消波ブロックと比べ消波性能や耐摩耗性に劣る。
【０００９】
特許文献３の製鋼スラグ粉体を用いた建材は、すでに水和反応を終えている粉体（例えばＡＬＣ粉体）を主原料とするものであり、基本的に炭酸硬化反応のみによって強度を確保している。未反応部分が残らないように炭酸硬化反応を起こさせる必要があることから（特許文献３の段落００２７）、板状体など薄い肉厚のものが適用対象となる。また所定形状を得るうえで加圧成形する必要がある。
【００１０】
このように、特許文献２、３に開示の技術は、製鋼スラグの炭酸化反応を利用しているものの、基本的にセメント成分による水硬性を利用したものではなく、種々の形状の型枠に打設可能なコンクリートとは異質の材料に関する技術である。
【００１１】
本発明は、型枠に打設したのち脱型して所定形状を維持することができるという、コンクリートとしての基本特性が活用でき、かつ養生過程で多量のＣＯ2を吸収することによりセメント製造過程で排出されるＣＯ2量の全部または大部分を相殺することが可能なＣＯ2吸収プレキャストコンクリートを提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは詳細な研究の結果、（i）セメントの配合量を通常のコンクリートに比べ大幅に低減することによりセメント製造過程で排出されるＣＯ2量を大幅に削減する手法、および、（ii）γ−Ｃ2Ｓまたは製鋼スラグ粉末を多量に配合して養生過程で炭酸化させる手法、を適用することにより、上記目的が達成できることを見出した。
【００１３】
すなわち本発明では、粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９５質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜２５０％である配合のコンクリート混練物が提供される。粉体成分として更に、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を合計で、全粉体成分の１０〜９５質量％の範囲で含有することができる。これらのコンクリート混練物における空気量は例えば２〜７０％である。
【００１４】
また本発明では、上記のコンクリート混練物を硬化させたプレキャストコンクリートとして、硬化過程で炭酸化養生を経ることにより、表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成してなるＣＯ2吸収プレキャストコンクリートが提供される。
【００１５】
また、そのプレキャストコンクリートの製造方法として、上記コンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００１６】
ここで、ポルトランドセメント（記号Ｃ）の含有量は、使用する各種粉体材料に含まれるポルトランドセメント成分の含有量を合計したものである。例えば、セメントとしてフライアッシュセメントや高炉セメントなどを使用する場合には、それらのセメントに含まれるポルトランドセメントの割合に基づいて、当該コンクリートに含有されるポルトランドセメントの量が算出される。γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の含有量についても同様に、使用する各種粉体材料に含まれる各々の成分の含有量を合計したものである。なお、製鋼スラグ粉末中にもγ−Ｃ2Ｓが含有されている場合があるが、製鋼スラグ粉末中のγ−Ｃ2Ｓは上記記号Ｂの成分として計料されるので、上記記号γの計料からは除外される。水セメント比Ｗ／Ｃは、上記のポルトランドセメント（記号Ｃ）の質量に対する、水の質量割合である。
【００１７】
前記「固化体」とは、セメント水硬反応により一定の形状を維持しうる強度レベルとなった所定形状のコンクリートである。前記「炭酸化領域」は、ＪＩＳ Ａ１１５２−２００２に記載される方法でフェノールフタレインによる赤紫色の着色が生じない領域をいう。
【００１８】
また本発明では、特に厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利な方法として、
上記した配合を有するコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿ち、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記孔内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記孔内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００１９】
また同様に厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利な方法として、
プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、
上記した配合を有するコンクリート混練物を前記型枠に打設し、
前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を有するコンクリート固化体を構築し、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記空隙内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記空隙内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法が提供される。
【００２０】
上記炭酸化養生を１０ＭＰａ以下の加圧雰囲気下（例えば０.１〜１０ＭＰａ）で行うことも、厚肉のプレキャストコンクリート製品の内部まで炭酸化領域を形成させる上で有利となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、セメント使用量の抑制によるＣＯ2排出量の削減、および炭酸化養生によるＣＯ2の吸収を利用して、従来一般的なコンクリートと比べ、トータルのＣＯ2排出量を大幅に低減したプレキャストコンクリート製品が実現可能となった。むしろ、ＣＯ2の吸収量が排出量を上回り、ＣＯ2排出量としてはマイナスの値となるものを得ることも可能である。炭酸化養生では従来大気中に放出していた燃焼排ガスを適用することができるので、その場合には直接的にＣＯ2排出量の低減につながる。特に製鋼スラグ粉末を使用する場合は産業副産物の利用という観点でも環境負荷の低減に寄与しうる。また、本発明によって得られるプレキャストコンクリート製品は、炭酸化領域の占める体積割合を十分に確保することにより、ＣＯ2排出量を大幅に削減するとともに、一般的な構造物に適用可能な強度レベルを有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと圧縮強度の関係を表すグラフ。
【図２】各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと炭酸化深さの関係を表すグラフ。
【図３】セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率とスランプの関係を示したグラフ。
【図４】セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率と空気量の関係を示したグラフ。
【図５】各供試体についての水セメント比Ｗ／ＣとトータルのＣＯ2排出量（試算値）の関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、粉体成分として、少なくともγ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有するコンクリートを適用する。このうちγ−Ｃ2Ｓと製鋼スラグ粉末は、炭酸化養生において炭酸化反応に関わる物質である。これらはいずれも養生雰囲気から供給されるＣＯ2を消費（吸収）して炭酸カルシウムＣａＣＯ3を生成し、コンクリートとして必要な強度を担う。一方、ポルトランドセメントは、型枠に打設後、直ちに水和反応を開始して結合材として機能し、少なくとも脱型可能な強度を発現させ、かつ脱型後の固化体を炭酸化養生に供する際に所定のプレキャストコンクリートの形状を維持するに足る強度レベルを付与するものである。
【００２４】
γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）は、そのいずれか１種のみを配合させることもできるが、両者を複合して配合させても構わない。高い強度レベルが望まれる用途にはγ−Ｃ2Ｓの配合が有利であり、できるだけ炭酸化深さを深くしたい厚肉のコンクリート製品とすることが重視される場合には製鋼スラグ粉末の配合が有利となる。後者の場合は、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）および製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）のうち、Ｂの１種、またはγとＢの２種を含有する配合、すなわち製鋼スラグ粉末の含有を必須とする配合を選択すればよい。
【００２５】
ここで、製鋼スラグは、電気炉、転炉などの製鋼工程から発生するスラグであり、高炉スラグに比べＣａＯの含有量が多い。製鋼スラグは冷却過程でその数十％がダスティング（微粉末化）する。本発明ではダスティングした製鋼スラグ粉末（微粉末と呼ばれるものを含む）を使用することができる。製鋼スラグ粉末中のＣａＯ含有量は通常３５〜５５質量％の範囲にあるが、シリカ等と結合していない未反応のＣａＯ（フリーライム）を数％程度含んでいることに特徴がある。このフリーライムが養生雰囲気のＣＯ2に由来する炭酸イオンと反応し、ＣａＣＯ3を生成する。また、製鋼スラグ粉末にはγ−Ｃ2Ｓや炭酸ガスと反応するメリライトを含むものもあり、これらもＣＯ2に起因する炭酸イオンと反応してＣａＣＯ3を生成する。ただし、製鋼スラグ粉末中のγ−Ｃ2Ｓは前述のとおり記号γで表される成分とはみなさない。製鋼スラグ粉末を多量に使用した場合には、産業副産物の有効利用という意味でも環境負荷低減に大きく寄与する。
【００２６】
本発明に適用するコンクリート組成物においては、上記γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）、ポルトランドセメント（記号Ｃ）の合計含有量に占めるγ、Ｂの合計含有量（以下、単に「置換率」ということがある）を２５〜９５質量％とする。γ、Ｂのうちいずれか１種の物質のみを配合する場合は、その物質とポルトランドセメント（記号Ｃ）の合計含有量に占める当該物質の量（置換率）を２５〜９５質量％とする。前記の置換率が小さすぎると、炭酸化養生におけるＣＯ2吸収量が少なくなり、コンクリート製品としてのトータルのＣＯ2排出量削減効果が十分に発揮されない。置換率は２５質量％以上とする必要があり、３０質量％以上とすることがより好ましい。一方、置換率が過剰に大きいと、水セメント比を後述の範囲内で調整しても、ポルトランドセメントによる硬化への寄与が不足し、脱型可能な強度が得られにくい。置換率が９５質量％を超えないようにする必要がある。９０質量％以下とすることが好ましく、７５質量％以下、あるいはさらに７０質量％以下とすることが一層好ましい。
【００２７】
ポルトランドセメントには、普通ポルトランドセメントの他、早強、超早強、中庸熱、低熱などの種類がある。本発明では、これら種々のポルトランドセメントの１種または２種以上を配合するものが対象となる。特に上記の種類のうち、普通ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメントの１種または２種を使用したものが好適である。
【００２８】
水（記号Ｗ）とポルトランドセメント（記号Ｃ）の配合比である水セメント比Ｗ／Ｃは、８０〜２５０％とする。水セメント比が小さくなりすぎると単位セメント量が増大することに起因してセメント製造過程でのＣＯ2排出量を炭酸化養生でのＣＯ2吸収量によって相殺することが難しくなる。水セメント比は８０％以上とすることが効果的であり、９０％以上とすることがより好ましい。一方、水セメント比が過大となるとポルトランドセメントによる硬化が不十分となり、脱型可能な強度が得られにくい。また、特に炭酸化に関与する成分としてγ−Ｃ2Ｓを使用せず製鋼スラグ粉末を単独で使用する場合には、水セメント比が高くなると炭酸化養生による強度レベルの上昇作用が低減する傾向が見られる。これらのことから、水セメント比は２５０％以下に抑えることが望まれ、１５０％以下とすることがより好ましい。
【００２９】
コンクリートの粉体成分としては、上記γ、Ｂ、Ｃの他に、各種混和材料が使用可能である。例えば、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末などは強度増大に寄与するので、高強度化を狙う場合はこれらの１種以上を配合させることが効果的である。このうちフライアッシュ、シリカフュームはシリカ成分を含有することから、仮にコンクリートからＣａが溶出した場合にも内在するＳｉと反応してＣ−Ｓ−Ｈ（ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｈ2Ｏ；珪酸カルシウム水和物）が生成されるので、特に水域環境での化学的安定性に優れるコンクリート製品を得る上で有利となる。また、高炉スラグ微粉末は、ＣＯ2に起因する炭酸イオンとの反応によって硬化し、強度の増大に寄与する。その他、増量材として例えば石灰石微粉末を添加することもできる。ただし、γ、Ｂ、Ｃ以外の粉体成分を多量に添加する配合では前記の水セメント比Ｗ／Ｃが過大となりやすいので、水セメント比を前記の範囲で調整できる範囲の添加量とする必要がある。粉体成分として、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を含有させる場合は、それらの合計含有量が全粉体成分の１０〜９５質量％となる範囲において、前記所定の水セメント比Ｗ／Ｃが得られるように調整すればよい。また、γ、Ｂ、Ｃを含めた粉体成分のトータルを記号Ｐで表すとき、水粉体比Ｗ／Ｐが３０〜８０％となるようにすることが望ましく、３０〜５０％とすることが一層好ましい。
【００３０】
その他のコンクリート用材料としては、一般的に使用される細骨材、粗骨材が使用でき、必要に応じて各種混和剤が添加される。
【００３１】
以上の配合を有するコンクリート組成物を練り混ぜて混練物とする。空気量は例えば２〜７０％の範囲で調整すればよい。この混練物を所定形状のプレキャストコンクリート用型枠に打設する。その後、脱型可能な状態（例えば材齢２４ｈ）となった時点で脱型し、得られたコンクリート固化体を炭酸化養生に供する。
【００３２】
炭酸化養生によって、コンクリート固化体の表面から深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域を形成させる。ただし、肉厚が２０ｍｍ未満の部分については肉厚全体に炭酸化領域を形成させる。すなわち、炭酸化深さが２０ｍｍ以上となる条件で養生を行うのである。上述のコンクリート配合の範囲において、表面が炭酸化深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域に覆われていれば、消波ブロックをはじめとする種々の用途において実用的な強度レベルが確保できる。また、表面の炭酸化領域は耐摩耗性を向上させるので、消波ブロックに用いる場合、長期にわたって優れた消波性能が維持できる。表面からの炭酸化深さが４０ｍｍ以上であるものがより好適である。特に製鋼スラグ粉末を配合したものでは表面から深い位置まで炭酸化領域を形成させることが比較的容易であり、表面からの炭酸化深さが５０ｍｍ以上、あるいは６０ｍｍ以上の炭酸化領域を有するものが一層好適な対象となる。無筋の板状構造部材とする場合は、炭酸化深さが２０ｍｍ以上であり、かつ肉厚に占める炭酸化領域の厚さ（両側の表層部に形成されている炭酸化領域の厚さの合計）の割合が５０％以上であることが望ましく、７０％以上であることがより好ましい。１００％であること（すなわち肉厚全体が炭酸化されていること）が特に好ましい。
【００３３】
前述の水粉体比Ｗ／Ｐが同レベルである場合、炭酸化深さは、水セメント比Ｗ／Ｃが大きくなるほど増大する傾向が見られる。また、製鋼スラグ粉末を配合したものは、γ−Ｃ2Ｓを配合したものと比べ、炭酸化深さは増大する傾向にある。各配合に応じて、炭酸化深さが少なくとも２０ｍｍ以上となる条件で養生を行う。そのような条件は予備実験を行って求めておくことができる。
【００３４】
炭酸化養生は、コンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気に曝すことによって行う。雰囲気中のＣＯ2濃度が少なすぎると処理時間が長くなり効率的でない。ＣＯ2濃度は５％以上とすることが効果的であり、１０％以上とすることがより好ましい。一方、ＣＯ2濃度を１００％に近い高濃度とすることは養生設備に過剰なコストを要し不経済となる。ＣＯ2濃度は９５％以下とすることが実用的である。８０％以下の範囲とすることがより実用的であり、通常、５０％以下の範囲で設定すればよい。また、養生温度は常温〜８０℃、湿度は３０〜７０％Ｒ.Ｈ.の範囲で設定すればよい。圧力は大気圧とすることができるが、養生時間の短縮や炭酸化深さの増大を図る場合は、必要に応じて大気圧を超える圧力に調整した雰囲気中で炭酸化養生を行うことができる。例えば１０ＭＰａ以下の雰囲気中で加圧養生を行うことができる。養生時間は、コンクリート組成、ＣＯ2濃度、温度、湿度、圧力、目的とする炭酸化深さによって異なるが、通常、材齢７〜２８日の範囲内で良好な養生時間を見出すことができる。炭酸化養生の具体的な方法としては、例えば特許文献４に開示の手法を採用することができる。
【００３５】
炭酸化養生に使用するＣＯ2の供給源として、工場や施設から排出される燃焼排ガスを利用することができる。燃焼排ガスを炭酸化養生のチャンバー内に直接送り込んでもよいし、他のガスと混合したうえで送り込んでもよい。
【００３６】
肉厚の大きいコンクリート製品において、内部にも炭酸化領域を形成して強度向上を図りたい場合は、当該コンクリート固化体の内部領域にもＣＯ2含有ガスが通気されるように、表面からの通気が可能なサイズの気道を固化体に設けておくことが望ましい。その固化体を炭酸化養生に供することにより、気道の内部表面がＣＯ2含有ガスに曝され、気道の周囲に炭酸化領域が形成される。気道の数や配置は、目的とする強度レベルに応じて最適化すればよい。気道の径は例えば１０ｍｍ以上とすることが望ましいが、強制的に軌道内にＣＯ2含有ガスを通気させる場合はそれより細い径でも構わない。前記の気道は、内部に閉塞端を有するものであっても構わないが、通気性の観点からは固化体内部を貫通する気道であることがより好ましい。
【００３７】
前記の気道の設け方としては、例えば脱型後に、当該コンクリート固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿つ方法が適用できる。また、別の方法としては、プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、コンクリート混練物をその型枠に打設し、前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を形成する方法が適用できる。
【００３８】
炭酸化養生後には、固化体の表面が炭酸化深さ２０ｍｍ以上の炭酸化領域に覆われている限り、固化体の内部に炭酸化されていない領域が残っていても構わない。
【実施例】
【００３９】
一般的なスランプ８ｃｍの普通コンクリートの配合（以下「標準配合」という）において、セメントの一部をγ−Ｃ2Ｓ、製鋼スラグ粉末、石灰石微粉末のいずれかで置換した種々のコンクリート組成物（混練物）を用いて固化体を作製し、炭酸化養生を行った後の供試体について、強度発現性および炭酸化深さを調べた。また、セメントの一部を製鋼スラグ粉末で置換した混練物については流動性の確認を行った。
【００４０】
表１に使用材料を示す。表２にコンクリートの配合を示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
各配合のフレッシュコンクリートを直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの型枠に打設し、２４ｈ後に脱型してコンクリート固化体とし、各固化体を直ちに炭酸化養生に供した。養生条件は、温度６０℃、湿度５０％Ｒ.Ｈ.、ＣＯ2濃度２０％の大気圧環境とした。炭酸化養生を材齢１４日で終了し、供試体とした。標準配合については標準水中養生にて材齢１４日とした供試体も作製した。
【００４４】
図１に、各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと圧縮強度の関係を示す。図１中、水中養生と記載したもの以外は炭酸化養生を行ったものである（後述図２、図５において同じ）。化学的に不活性な石灰石微粉末でセメントの一部を置換すると、Ｗ／Ｃの増大に伴って急激に強度が低下した。これに対し、製鋼スラグ粉体で置換したものでは、石灰石微粉末で置換したものに比べＷ／Ｃの増大に伴う強度低下が小さく、炭酸化による明らかな強度増進効果が認められた。γ−Ｃ2Ｓで置換したものは、Ｗ／Ｃの増大に伴う強度低下傾向が見られず、ここで用いた供試体においてはＷ／Ｃ＝１５０％でもＷ／Ｃ＝４５％の普通コンクリート（標準配合）に近い強度レベルが得られている。γ−Ｃ2Ｓは炭酸化により顕著な強度増進効果を発揮することが確認された。
【００４５】
図２に、各供試体についての水セメント比Ｗ／Ｃと炭酸化深さの関係を示す。炭酸化深さの測定は、供試体を割裂し、割裂面についてＪＩＳ Ａ１１５２−２００２に記載される方法でフェノールフタレイン溶液を用いて行った。図２からわかるように、セメントの一部を製鋼スラグ粉末またはγ−Ｃ2Ｓで置換したものは、Ｗ／Ｃの増大（すなわち置換率の増大）に伴い炭酸化深さが増大することが確認された。特に製鋼スラグで置換した場合には炭酸化深さの増大が一層顕著になることがわかった。
【００４６】
図３に、セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率とスランプの関係を示す。スラグ置換率の増大にともなってスランプは低下するものの、置換率９０％においても有スランプ状態が維持されている。高性能減水剤の利用等の流動性改善手段を適用すると、十分な施工性を有するスランプコンクリートになり得ると考えられる。
【００４７】
図４に、セメントの一部を製鋼スラグで置換したフレッシュコンクリートについて、置換率と空気量の関係を示す。空気量に及ぼすスラグ置換の影響は小さいことが確認された。
【００４８】
次に、セメント製造やγ−Ｃ2Ｓ製造によるＣＯ2排出と、コンクリート固化体の炭酸化によるＣＯ2吸収を考慮して、コンクリート製品（上記の供試体）としてのＣＯ2排出量を試算した。
コンクリート製造時におけるＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）は、各配合におけるセメント使用量にセメントのＣＯ2排出量原単位である７６６ｋｇ−ＣＯ2／ｔを乗じることにより求めた。コンクリート固化体の炭酸化によるＣＯ2吸収量は、前記炭酸化養生後の各供試体の炭酸化領域からセメントペースト部分の試料を採取し、熱分析を行って、炭酸化領域におけるＣＯ2吸収量（ｋｇ−ＣＯ2／ｍ3）を算出し、供試体における炭酸化領域の体積率を考慮して、当該供試体としての炭酸化によるＣＯ2吸収量（ｋｇ／ｍ3）を求めた。そして、コンクリート製造時におけるＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）と、炭酸化によるＣＯ2吸収量（ｋｇ／ｍ3）の差を、当該コンクリート製品としてのトータルのＣＯ2排出量（ｋｇ／ｍ3）とした。
【００４９】
図５に、各供試体についての水セメント比Ｗ／ＣとトータルのＣＯ2排出量の関係を示す。一般的なコンクリート（図５中の■印のプロット）のＣＯ2排出量は約３００ｋｇ／ｍ3であるのに対し、本発明に従ってセメントの一部をγ−Ｃ2Ｓ、製鋼スラグ粉末で置換した上で炭酸化養生に供した場合には、ＣＯ2排出量の大幅な削減が可能となり、この実験で用いた供試体の例ではトータルのＣＯ2排出量をマイナスとすることが可能であった。また、コンクリート固化体内部の深い部位にも炭酸化領域が形成されるような炭酸化養生（例えば表面からＣＯ2含有ガスの導入が可能な気道を固化体内部に設ける手法など）を採用すれば、更なるトータルのＣＯ2排出量の低減が可能となると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９５質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜２５０％である配合のコンクリート混練物。
【請求項２】
粉体成分として更に、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を合計で、全粉体成分の１０〜９５質量％の範囲で含有する請求項１に記載のコンクリート混練物。
【請求項３】
空気量が２〜７０％である請求項１または２に記載のコンクリート混練物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を硬化させたプレキャストコンクリートであって、硬化過程で炭酸化養生を経ることにより、表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成してなるＣＯ2吸収プレキャストコンクリート。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿ち、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記孔内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記孔内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項７】
プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を前記型枠に打設し、
前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を有するコンクリート固化体を構築し、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記空隙内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記空隙内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項８】
炭酸化養生を１０ＭＰａ以下の加圧雰囲気で行う請求項５〜８のいずれかに記載のＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項１】
粉体成分として、γ−Ｃ2Ｓ（記号γ）、製鋼スラグ粉末（記号Ｂ）の１種または２種と、ポルトランドセメント（記号Ｃ）を含有し、上記γ、Ｂ、Ｃの合計含有量に占めるγ、Ｂの合計が２５〜９５質量％であり、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜２５０％である配合のコンクリート混練物。
【請求項２】
粉体成分として更に、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームの１種以上を合計で、全粉体成分の１０〜９５質量％の範囲で含有する請求項１に記載のコンクリート混練物。
【請求項３】
空気量が２〜７０％である請求項１または２に記載のコンクリート混練物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を硬化させたプレキャストコンクリートであって、硬化過程で炭酸化養生を経ることにより、表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成してなるＣＯ2吸収プレキャストコンクリート。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を型枠に打設し、
脱型後に当該コンクリートの固化体に通気可能な１または２以上の孔を穿ち、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記孔内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記孔内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項７】
プレキャストコンクリート製造用の型枠として、型枠の外部から抜き取ることが可能な１または２以上のスペーサーを型枠内部に配置したものを用意し、
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート混練物を前記型枠に打設し、
前記スペーサーを抜き取った後、脱型することにより、前記スペーサーが存在していた部分に通気可能な空隙を有するコンクリート固化体を構築し、
そのコンクリート固化体をＣＯ2濃度５〜９５％の雰囲気中で炭酸化養生することにより表面（前記空隙内部の表面を除く）から深さ２０ｍｍ以上の部位（ただし肉厚が２０ｍｍ未満の部分は肉厚全体）に炭酸化領域を形成させるとともに、前記空隙内部の表面からも炭酸化領域を形成させる、
ＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【請求項８】
炭酸化養生を１０ＭＰａ以下の加圧雰囲気で行う請求項５〜８のいずれかに記載のＣＯ2吸収プレキャストコンクリートの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６８４３６（Ｐ２０１１−１６８４３６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３２１０（Ｐ２０１０−３３２１０）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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