セメントを用いない硬化組成物
【課題】硬化組成物にセメントを使用すると、製造時に排出するＣＯ2が多い。そこで上述の問題を解決したセメントを用いない硬化組成物を提供することにある。
【解決手段】セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【解決手段】セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セメントを全く使用しないモルタル或いはコンクリート（ポーラスコンクリート）やペーストの硬化組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明が対象とするモルタル或いはコンクリートやペーストの結合材は、製造時に多量のＣＯ2を排出するセメントを使用している。
【０００３】
土木、各種建築構造物を造る際に発生するＣＯ2の約８５％は材料で、この主なものは、セメントの製造時に排出するＣＯ2である。
【０００４】
耐酸性・耐塩性コンクリートとして、製鉄所の製造過程で生ずる副産物の高炉スラグ微粉末は高炉セメントとして使用されているがセメントに対する使用量はわずかである。
【０００５】
石炭火力発電所からの副産物であるフライアッシュは、セメントと配合してフライアッシュセメントとして使用されているがセメントに対する使用量はわずかである。
【０００６】
製鉄所で鉄の製造過程での副産物である高炉スラグ粗骨材は路床材に、高炉水砕スラグ細骨材は盛土材などとして利用されているが天然の骨材に比べ少ない。
【０００７】
製鉄所の製造過程で生ずる副産物の高炉スラグ微粉末及び石炭火力発電所からの副産物であるフライアッシュともセメントと一緒に利用することでコンクリートの結合材として、セメントの一部をこれら材料に置き換えて利用される程度である。
【０００８】
これらの材料を製造する際に排出するＣＯ2量は、セメント製造で排出するＣＯ2量の３０分の１以下であるが、いまだにコンクリートの主な結合材は、セメントで、土木、建築においてはＣＯ2排出量の積極的な削減に取り組まれていないのが現状である。
【０００９】
そこで、結合材、細骨材及び水を含むモルタル組成物において、セメントを含まないモルタル組成物（特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１の方式によると、結合材として水硬性のあるＰＦＢＣ灰と高炉スラグ微粉末を含む、すなわち水硬性のあるＰＦＢＣ灰が水と高炉スラグ微粉末と反応して固まるものである。
【００１２】
しかしながら、薄層のコンクリート組成物は、短繊維補強材が混入されていないため、ひび割れが発生すると共に、曲げ強度が低い問題があると共に、用途も限定される問題があった。
【００１３】
また、ひび割れの発生を抑制するため高炉スラグ微粉末の量を５０重量％以下に限定しているが、初期強度の発現が遅く、適用されるコンクリート構造物は、プレキャストコンクリート製品や陸上のコンクリート構造物となる。
【００１４】
さらに、混練りは、生コン工場やプレキャストコンクリート製造工場などに限定され、吹付けや現場打ちには、対応できない問題もあった。
【００１５】
そこで、この発明は、上述の問題を解消したセメントを全く用いないモルタル或いはコンクリート組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、この発明は、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物を採用する。
【００１７】
また、前記の硬化組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合した構成を採用する。
【００１８】
さらに、前記硬化組成物を海洋の藻場造成用水中不分離性ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用した構成を採用する。
【００１９】
また、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤とカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤と、清水及びビニロンなどの短繊維材、細骨材として高炉水砕スラグ骨材とその一部に硅砂を適宜な配合で組み合わせて強度的にもすぐれ、かつひび割れの発生がなく、凍結融解性、硫酸などの化学抵抗にすぐれたことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物を採用する。
【００２０】
さらに、前記硬化組成物が、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、高縮合トリアジン系化合物などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合した硬化組成物を採用することもある。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明のセメントを用いない硬化組成物によれば、硬化した組成物の構造が連続空隙を有したポーラスコンクリートにも適用でき、水中においても施工できるコンクリートやポーラスコンクリートにも適用することができる。すなわち、従来技術のような硬化した組成物の構造が緻密で、かつ陸上でしか施工するものに限定されない。勿論、ペーストにも適用することができる。
【００２２】
また、ビニロン短繊維などの有機繊維を混入することで、薄層の構造物に対してもひび割れの発生がなく、曲げ強度の高い硬化組成物を提供することができる。
【００２３】
さらに、ポーラスコンクリートとすることで、コンクリート表面に植物を導入することができ、道路の法面、河川護岸法面などへの緑化コンクリートとして、また海洋藻場コンクリートとして適用することができる。
【００２４】
また、水溶性の混和剤、ビニロン短繊維などの有機繊維を併用することで、大きな初期強度が得られ、かつ強度の発現が早いため型枠を使用しない吹付けコンクリートにもなると共に、吹付けコンクリートとすることで、対象箇所の立地条件がきびしい高所や不陸の激しい所、生コン車やポンプ車の搬入が難しい所に対してのコンクリートを提供することができ、また耐久性（ひび割れの発生抑制、凍結融解抵抗性の向上、化学抵抗性の向上）にすぐれたコンクリートを提供することもできる。
【００２５】
さらに、吹付けや細骨材の一部を硅砂に置き換えることで、圧縮強度、曲げ強度及び接着強度になどの各種強度において、より品質にすぐれた高強度のコンクリートを提供することもできる。
【００２６】
また、水中不分離性コンクリート及び水中不分離性ポーラスコンクリートを提供することができ、骨材として製鋼スラグ骨材を使用することで、植物の生育を促す成分（鉄：Ｆｅ）を含んだ緑化基礎工としてのポーラスコンクリートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】施工の一例を示す縦断側面図である。
【図２】施工の他の例を示す縦断側面図である。
【図３】吹付け手段の例を示す側面図である。
【図４】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮強度比較図である。
【図５】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮・曲げ強度比較図である。
【図６】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮・引張接着強度比較図である。
【図７】セメントを使用しないコンクリートと一般コンクリートとの圧縮強度比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の第１の実施形態では、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームなどの結合材と、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤と必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤であるコンクリート変性剤と、清水とを配合してセメントを用いない硬化組成物を造成する。
【００２９】
上記高炉スラグ微粉末は、それ自身では水硬性を持たないが、石灰またはセメントと混合し、水を混ぜるとアルカリ刺激を受けて固化する潜在水硬性を有する。
反応性の高いスラグとは、ガラス化率が高く、塩基度｛（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）／ＳｉＯ2｝が大きいことが望ましい。
高炉スラグ微粉末の粉末度はプレーン値で４０００ｃｍ2／ｇ以上で、普通ポルトランドセメントの粉末度の規格値２５００ｃｍ2／ｇ以上（平均３３００ｃｍ2／ｇ）より大きいため硬化した組成物は緻密な構造となり化学抵抗性が大きくなる。
凝結及び初期強度の発現はポルトランドセメントより遅いが、長期材令においては普通ポルトランドセメントと同等以上となる。
ポルトランドセメントを使用したコンクリートより水和熱の発生を著しく抑制できるためひび割れの少ない硬化体となり硫酸塩や塩害に対する抵抗性が大きくなる。
【００３０】
上記消石灰は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性、フライアッシュのポゾラン反応を起こさせるために使用する。
【００３１】
上記フライアッシュ（シリカ質混和材料）は、それ自身では水硬性を持たないが、水の存在下において常温で消石灰Ｃａ（ＯＨ）2と反応し、不溶性のケイ酸カルシウム塩やアルミン酸カルシウム塩を生成し硬化するポゾラン反応を有する。
材令２８日までの強度は普通ポルトランドセメントを使用した組成物より低いが、長期材令では同等以上となり、水密性が高く、化学抵抗性の大きい硬化体となる。また、反応過程で生ずる水和熱が普通ポルトランドセメントを使用したものより低くなるため、ひび割れの発生が少なくなる。
ポルトランドセメントを使用したコンクリートより水和熱の発生を著しく抑制できるためひび割れの少ない硬化体となり硫酸塩や塩害に対する抵抗性が大きくなるとともにアルカリ骨材反応に対する抑制効果がある。
【００３２】
上記シリカヒュームは、金属シリコン、フェロシリコンの製造時に副生される非結晶な球状超微粒子（粒径０．１５μｍ）で、ポゾラン反応を伴う配合では強度の向上、耐久性の向上を図れる材料である。石粉は石灰石微粉末で、シリカヒュームと同様に鉄筋を使用するコンクリートの中性化が懸念される場合、ポーラスコンクリートなど結合材の接着強度が要求されるなど、より緻密な結合材を必要とする場合などに高炉スラグ微粉末やフライアッシュの一部に置き換えて使用する。
【００３３】
上記コンクリート変性剤は、アルカリ金属を主として塩化カルシウム、塩化アンモニウム、硫酸第一鉄、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウムなどの無機化合物からなる複合反応水溶物で、アルカリ金属陽イオン、硝酸陰イオンを豊富に含む材料である。
コンクリート変性剤を希釈した水溶液を高炉スラグ微粉末と消石灰（水酸化カルシウム）に添加することで、コンクリート変性剤（以下、ＦＣ剤という。特許第３１９０２７７号）中に含まれる多量の陽イオン及び陰イオンが高炉スラグに含まれる酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などとイオン結合し、組成物の組織が緻密化し強度及び耐久性が向上する。
【００３４】
上記高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系）は、高炉スラグ微粉末を結合材とした組成物は緻密化し、空気量が少なくなるため凍結融解抵抗性に劣る。この対策として、高性能ＡＥ減水剤を混入してエントレインドエアーを発生させて凍結融解抵抗性の向上とワーカビリティーの改善、及び単位水量を減じて耐久性を向上させる。
上記第１実施形態の配合例は、下記の表１の通りである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
この発明の第２の実施形態では、第１の実施形態の組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合する。
【００３７】
上記ビニロン短繊維の使用目的は、セメントを使用しない組成物のひび割れ発生の抑制、曲げ靱性強度の向上、凍結融解抵抗性の向上をはかるために用いる。
上記第２実施形態の配合例は、下記の表２の通りである。
【００３８】
【表２】
【００３９】
この発明の第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態の組成物を、水中に直接打設する水中不分離型モルタルの配合例を表３、水中不分離型コンクリートの配合例を表４に示す。また海洋の藻場造成用水中分離型ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用する。
上記鉄分を含んだ水中不分離型ポーラスコンクリートの配合例を表５に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
上記の水中不分離性混和剤としては、クリオキザール処理水溶液セルロースエステルで、水中不分離性組成物の造成に使用できる。
上記の流動化剤としては、メラミンスルホン酸系の混和剤で、水中不分離性組成物を使用する。
上記の急結剤としては、水溶性アルミニウム塩で、水中不分離性組成物の造成に使用する。
【００４４】
上記の組成の一例として、図１に示すように、水中に沈める鉄筋籠１に水中不分離性ポーラスコンクリートの塊状物２をトレミ管３から投入しておく。
すると、海草類４の定着や育成が良好になる。
【００４５】
また、他の造成の一例として、図２に示すように、水質浄化河川の護岸１１に杭１２を打設して、この杭１２に金網１３を保持させる。
そして、水中不分離性ポーラスコンクリートの塊状物２を敷設しておく。
すると、植物１４の定着や育成が良好になる。
【００４６】
この発明の第４の実施形態では、第１の実施形態の組成物にビニロンなどの短繊維材、細骨として高炉水砕スラグ細骨材とその一部に硅砂を配合して、強度的にすぐれ、ひび割れの発生がなく、凍結融解性、耐化学抵抗性にすぐれたセメントを用いないモルタル或いはコンクリートになる。
【００４７】
【表６】
【００４８】
この発明の第５の実施形態では、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に混和剤としてポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤と、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶液の混和剤であるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）と、清水及びひび割れの発生がないようにビニロン短繊維などの短繊維材を配合して組み合わせ、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、メラミンスルホン酸系などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合して、モルタル或いはコンクリート組成物とする。
流動化剤、急結剤を配合した例は、表３〜表５を参照。
【００４９】
上述の各実施形態のセメントを使用しないモルタル或いはコンクリート、ポーラスコンクリートの練り混ぜは、現場練り法、吹き付け法、工場練りがあり、いずれの方法を用いて混練してもよい。
【００５０】
そして、吹付けは、例えば公知の図３に示すように組成物材料の混練供給手段２１から吹付機２２、ホース２３をへてノズル２４から施工法面２５に吹付ける。
【００５１】
なお、粒径１ｍｍ以下に粉砕した多孔質で比表面積が２５０〜３００ｍ2／ｇの微粉末木炭を混入することで、組成物に調湿機能を持たせ、建築物等の壁材に用いる。また、高炉スラグ微粉末を用いた組成物の水和反応時はスラグ特有の臭いを発するため、この臭いを吸着する機能を併せ持つ。
【００５２】
［セメントを使用しない組成物の硬化メカニズム］
結合材としてセメントの代わりにＣＯ2の発生を著しく低減できる高炉微粉末を主体とした結合材にアルカリ刺激剤である消石灰（水酸化カルシウム）を添加することで、セメントを使用した時と同様に、けい酸二カルシウム（Ｃ2Ｓ：２ＣａＯ・ＳｉＯ2）、けい酸三カルシウム（Ｃ3Ｓ：３ＣａＯ・ＳｉＯ2）、アルミン酸三カルシウム（Ｃ3Ａ：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）、鉄アルミン酸四カルシウム（Ｃ4ＡＦ：４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成され、水和物として、カルシウム・サルフォ・アルミネート（エトリンガイトの針状結晶：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）、モノサルフェート水和物（六角薄片状結晶：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・１２Ｈ2Ｏ）、トリサルフェート（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）、ＣＳＨゲル（３ＣａＯ・２ＳｉＯ2・３Ｈ2Ｏ）、水酸化カルシウム（３Ｃａ（ＯＨ2））、フリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ）などが生成され水和反応が進行する。
【００５３】
セメントを使用しない組成物の造成では、結合材を高炉スラグ微粉末と消石灰及びコンクリート変性剤の組み合わせとした場合、混練り時の粘性が高く、ワーカビリティーに劣る。このためこれら材料にフライアッシュを加えた場合、フライアッシュのボールベアリング効果によりワーカビリティーの改善、水和熱の低減、及びポゾラン反応による長期強度の向上が図れる。
【００５４】
［セメントを使用しない組成物の優れた点］
セメントを使用しない組成物が一般のコンクリートより優れている点を列記する。
（１） セメントの製造により発生するＣＯ2の排出量は７６５．５ｋｇ−ＣＯ2／ｔで、高炉スラグ微粉末の製造により発生するＣＯ2の排出量は２４．１ｋｇ−ＣＯ2／ｔ、フライアッシュの製造により発生するＣＯ2の排出量は１７．９ｋｇ−ＣＯ2／ｔと著しく低減できるため、地球温暖化の抑制に貢献できる。
（２） セメントを使用した組成物より圧縮強度が大きく、酸性物質や塩害などに対する化学抵抗性が向上する。
（３） 骨材として高炉水砕スラグ細骨材、高炉スラグ粗骨材、製鋼スラグ粗骨材を使用した組成物はアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化が生じない。
（４） セメントを使用した組成物に比べ、結合材に高炉スラグ微粉末、フライアッシュ及び消石灰、骨材に高炉水砕スラグ細骨材を使用した場合の圧縮強度は約１２０％以上向上する（表７〜表９、図４〜図６参照）。
（５） 結合材にベアリング効果のあるフライアッシュを適量配合すると、ワーカビリティーが向上するとともにポゾラン作用により長期強度が向上する（表７〜表９、図４〜図６参照）。
（６） 水和熱の発生を低減できるため構造物の初期ひび割れの発生を著しく抑制できるため、構造物の耐久性が向上する（表１０、表１１参照）。
（７） ビニロン短繊維など有機繊維や玄武岩から作ったバサルト短繊維など無機繊維を結合材に適量を添加することで組成物のひび割れが発生しない（表１０、表１１参照）。
【００５５】
【表７】
【００５６】
【表８】
【００５７】
【表９】
【００５８】
【表１０】
【００５９】
【表１１】
【００６０】
［セメントを使用しないコンクリートの課題］
（１） 硬化した組成物は緻密な構造（硬化体内部の空気量が少ない）となるため、一般のコンクリートに比べ凍結融解抵抗性に劣る。この対策として繊維補強材（ビニロン短繊維など）と高性能ＡＥ減水剤（エントレインドエアーの連行）を混入する。
（２） 一般に高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどセメントを使用しない組成物では、アルカリ刺激材（消石灰）から水酸化カルシウムが供給されて水和が進行し硬化する。
セメントを使用しない組成物ではセメントを使用するコンクリートより水酸化カルシウム生成量が少なくなるため中性化の抑制に対して不利と言われている。反面、高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどを使用する組成物は、セメントを使用したコンクリートより組織が緻密化するため、二酸化炭素の浸透を抑制し中性化進行速度の低減に有効となる。
このように中性化に対しては、セメントを使用しないことにより中性化に対しては有利・不利の両方があるため長期材齢における中性化速度の状況を確認する必要がある。
【００６１】
なお、結合材のみを混練りしｐＨを測定した結果、セメントを使用しない結合材とセメントを使用した結合材のｐＨを測定した結果、ほぼ同等の値を示しており、中性化に対する抵抗性においても同等程度の抵抗性を有しているものと判断される（表１２参照）。
【００６２】
【表１２】
【００６３】
［セメントを使用しないモルタルの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。骨材は海砂や川砂など目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
また、対象面との付着強度を向上させる場合は、高炉水砕スラグ細骨材の一部（骨材全重量比の１０％〜２０％）を硅砂に置換するとよい。
【００６４】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：６とし、水結合材比３０％〜６０％のモルタルとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は３０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０質量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表１に示す。
【００６５】
また、従来型１：４モルタルとセメントを使用しないモルタルとの圧縮強度、曲げ強度、引張強度の試験の結果を表７〜表９、図４〜図６に示す。
【００６６】
［セメントを使用しないコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグ廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。細骨材は海砂や川砂など目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。粗骨材は砂利、砕石、人工軽量骨材など用途・目的に応じて選択する。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、細骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ細骨材及び粗骨材として高炉徐冷スラグ骨材または製鋼スラグ骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００６７】
また、対象面との付着強度を向上させる場合は、高炉水砕スラグ細骨材の一部（骨材全重量比の１０％〜２０％）を硅砂に置換するとよい（モルタルの場合、表７、図４〜図６のＦ配合）。
【００６８】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：２〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は２５〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。細骨材と粗骨材質量比は１：１〜１：１．５とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表２に示す。また、一般コンクリートとの圧縮強度比較を図７に示す。
【００６９】
［セメントを使用しないポーラスコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグまたは製鋼スラグに置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７０】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：２〜１：６とし、水結合材比２５％〜４５％のポーラスコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は２５〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表１３に示す。
【００７１】
【表１３】
【００７２】
［セメントを使用しない水中不分離型モルタルの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離型モルタルである。
【００７３】
細骨材は海砂、川砂、山砂、砕砂などを使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ細骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７４】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：６とし、水結合材比４０％〜６０％のモルタルとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００７５】
［セメントを使用しない水中不分離型コンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離型モルタルである。
【００７６】
粗骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。細骨材は海砂、川砂、山砂、砕砂などを使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、粗骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグ骨材または製鋼スラグ骨材、細骨材として高炉水砕スラグ細骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７７】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００７８】
［セメントを使用しない水中不分離型ポーラスコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離性ポーラスコンクリートである。
【００７９】
粗骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグまたは製鋼スラグに置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００８０】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００８１】
なお、骨材の粒度の選択によってコンクリート（ポーラスコンクリート）になり、骨材を混入しないでペーストにすることができる。
また、用途も前述に限定されることがなく、例えばアンカー工やロックボルト工のグラウト材として使用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 鉄筋籠
２ 水中不分離性ポーラスコンクリート
３ トレミ管
４ 海草類
１１ 護岸
１２ 杭
１３ 金網
１４ 植物
２１ 混練供給手段
２２ 湿式吹付機
２３ ホース
２４ ノズル
２５ 施工法面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セメントを全く使用しないモルタル或いはコンクリート（ポーラスコンクリート）やペーストの硬化組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明が対象とするモルタル或いはコンクリートやペーストの結合材は、製造時に多量のＣＯ2を排出するセメントを使用している。
【０００３】
土木、各種建築構造物を造る際に発生するＣＯ2の約８５％は材料で、この主なものは、セメントの製造時に排出するＣＯ2である。
【０００４】
耐酸性・耐塩性コンクリートとして、製鉄所の製造過程で生ずる副産物の高炉スラグ微粉末は高炉セメントとして使用されているがセメントに対する使用量はわずかである。
【０００５】
石炭火力発電所からの副産物であるフライアッシュは、セメントと配合してフライアッシュセメントとして使用されているがセメントに対する使用量はわずかである。
【０００６】
製鉄所で鉄の製造過程での副産物である高炉スラグ粗骨材は路床材に、高炉水砕スラグ細骨材は盛土材などとして利用されているが天然の骨材に比べ少ない。
【０００７】
製鉄所の製造過程で生ずる副産物の高炉スラグ微粉末及び石炭火力発電所からの副産物であるフライアッシュともセメントと一緒に利用することでコンクリートの結合材として、セメントの一部をこれら材料に置き換えて利用される程度である。
【０００８】
これらの材料を製造する際に排出するＣＯ2量は、セメント製造で排出するＣＯ2量の３０分の１以下であるが、いまだにコンクリートの主な結合材は、セメントで、土木、建築においてはＣＯ2排出量の積極的な削減に取り組まれていないのが現状である。
【０００９】
そこで、結合材、細骨材及び水を含むモルタル組成物において、セメントを含まないモルタル組成物（特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１の方式によると、結合材として水硬性のあるＰＦＢＣ灰と高炉スラグ微粉末を含む、すなわち水硬性のあるＰＦＢＣ灰が水と高炉スラグ微粉末と反応して固まるものである。
【００１２】
しかしながら、薄層のコンクリート組成物は、短繊維補強材が混入されていないため、ひび割れが発生すると共に、曲げ強度が低い問題があると共に、用途も限定される問題があった。
【００１３】
また、ひび割れの発生を抑制するため高炉スラグ微粉末の量を５０重量％以下に限定しているが、初期強度の発現が遅く、適用されるコンクリート構造物は、プレキャストコンクリート製品や陸上のコンクリート構造物となる。
【００１４】
さらに、混練りは、生コン工場やプレキャストコンクリート製造工場などに限定され、吹付けや現場打ちには、対応できない問題もあった。
【００１５】
そこで、この発明は、上述の問題を解消したセメントを全く用いないモルタル或いはコンクリート組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、この発明は、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物を採用する。
【００１７】
また、前記の硬化組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合した構成を採用する。
【００１８】
さらに、前記硬化組成物を海洋の藻場造成用水中不分離性ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用した構成を採用する。
【００１９】
また、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤とカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤と、清水及びビニロンなどの短繊維材、細骨材として高炉水砕スラグ骨材とその一部に硅砂を適宜な配合で組み合わせて強度的にもすぐれ、かつひび割れの発生がなく、凍結融解性、硫酸などの化学抵抗にすぐれたことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物を採用する。
【００２０】
さらに、前記硬化組成物が、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、高縮合トリアジン系化合物などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合した硬化組成物を採用することもある。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明のセメントを用いない硬化組成物によれば、硬化した組成物の構造が連続空隙を有したポーラスコンクリートにも適用でき、水中においても施工できるコンクリートやポーラスコンクリートにも適用することができる。すなわち、従来技術のような硬化した組成物の構造が緻密で、かつ陸上でしか施工するものに限定されない。勿論、ペーストにも適用することができる。
【００２２】
また、ビニロン短繊維などの有機繊維を混入することで、薄層の構造物に対してもひび割れの発生がなく、曲げ強度の高い硬化組成物を提供することができる。
【００２３】
さらに、ポーラスコンクリートとすることで、コンクリート表面に植物を導入することができ、道路の法面、河川護岸法面などへの緑化コンクリートとして、また海洋藻場コンクリートとして適用することができる。
【００２４】
また、水溶性の混和剤、ビニロン短繊維などの有機繊維を併用することで、大きな初期強度が得られ、かつ強度の発現が早いため型枠を使用しない吹付けコンクリートにもなると共に、吹付けコンクリートとすることで、対象箇所の立地条件がきびしい高所や不陸の激しい所、生コン車やポンプ車の搬入が難しい所に対してのコンクリートを提供することができ、また耐久性（ひび割れの発生抑制、凍結融解抵抗性の向上、化学抵抗性の向上）にすぐれたコンクリートを提供することもできる。
【００２５】
さらに、吹付けや細骨材の一部を硅砂に置き換えることで、圧縮強度、曲げ強度及び接着強度になどの各種強度において、より品質にすぐれた高強度のコンクリートを提供することもできる。
【００２６】
また、水中不分離性コンクリート及び水中不分離性ポーラスコンクリートを提供することができ、骨材として製鋼スラグ骨材を使用することで、植物の生育を促す成分（鉄：Ｆｅ）を含んだ緑化基礎工としてのポーラスコンクリートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】施工の一例を示す縦断側面図である。
【図２】施工の他の例を示す縦断側面図である。
【図３】吹付け手段の例を示す側面図である。
【図４】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮強度比較図である。
【図５】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮・曲げ強度比較図である。
【図６】セメントを使用しないモルタルと一般モルタルとの圧縮・引張接着強度比較図である。
【図７】セメントを使用しないコンクリートと一般コンクリートとの圧縮強度比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の第１の実施形態では、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームなどの結合材と、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤と必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤であるコンクリート変性剤と、清水とを配合してセメントを用いない硬化組成物を造成する。
【００２９】
上記高炉スラグ微粉末は、それ自身では水硬性を持たないが、石灰またはセメントと混合し、水を混ぜるとアルカリ刺激を受けて固化する潜在水硬性を有する。
反応性の高いスラグとは、ガラス化率が高く、塩基度｛（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）／ＳｉＯ2｝が大きいことが望ましい。
高炉スラグ微粉末の粉末度はプレーン値で４０００ｃｍ2／ｇ以上で、普通ポルトランドセメントの粉末度の規格値２５００ｃｍ2／ｇ以上（平均３３００ｃｍ2／ｇ）より大きいため硬化した組成物は緻密な構造となり化学抵抗性が大きくなる。
凝結及び初期強度の発現はポルトランドセメントより遅いが、長期材令においては普通ポルトランドセメントと同等以上となる。
ポルトランドセメントを使用したコンクリートより水和熱の発生を著しく抑制できるためひび割れの少ない硬化体となり硫酸塩や塩害に対する抵抗性が大きくなる。
【００３０】
上記消石灰は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性、フライアッシュのポゾラン反応を起こさせるために使用する。
【００３１】
上記フライアッシュ（シリカ質混和材料）は、それ自身では水硬性を持たないが、水の存在下において常温で消石灰Ｃａ（ＯＨ）2と反応し、不溶性のケイ酸カルシウム塩やアルミン酸カルシウム塩を生成し硬化するポゾラン反応を有する。
材令２８日までの強度は普通ポルトランドセメントを使用した組成物より低いが、長期材令では同等以上となり、水密性が高く、化学抵抗性の大きい硬化体となる。また、反応過程で生ずる水和熱が普通ポルトランドセメントを使用したものより低くなるため、ひび割れの発生が少なくなる。
ポルトランドセメントを使用したコンクリートより水和熱の発生を著しく抑制できるためひび割れの少ない硬化体となり硫酸塩や塩害に対する抵抗性が大きくなるとともにアルカリ骨材反応に対する抑制効果がある。
【００３２】
上記シリカヒュームは、金属シリコン、フェロシリコンの製造時に副生される非結晶な球状超微粒子（粒径０．１５μｍ）で、ポゾラン反応を伴う配合では強度の向上、耐久性の向上を図れる材料である。石粉は石灰石微粉末で、シリカヒュームと同様に鉄筋を使用するコンクリートの中性化が懸念される場合、ポーラスコンクリートなど結合材の接着強度が要求されるなど、より緻密な結合材を必要とする場合などに高炉スラグ微粉末やフライアッシュの一部に置き換えて使用する。
【００３３】
上記コンクリート変性剤は、アルカリ金属を主として塩化カルシウム、塩化アンモニウム、硫酸第一鉄、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウムなどの無機化合物からなる複合反応水溶物で、アルカリ金属陽イオン、硝酸陰イオンを豊富に含む材料である。
コンクリート変性剤を希釈した水溶液を高炉スラグ微粉末と消石灰（水酸化カルシウム）に添加することで、コンクリート変性剤（以下、ＦＣ剤という。特許第３１９０２７７号）中に含まれる多量の陽イオン及び陰イオンが高炉スラグに含まれる酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などとイオン結合し、組成物の組織が緻密化し強度及び耐久性が向上する。
【００３４】
上記高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系）は、高炉スラグ微粉末を結合材とした組成物は緻密化し、空気量が少なくなるため凍結融解抵抗性に劣る。この対策として、高性能ＡＥ減水剤を混入してエントレインドエアーを発生させて凍結融解抵抗性の向上とワーカビリティーの改善、及び単位水量を減じて耐久性を向上させる。
上記第１実施形態の配合例は、下記の表１の通りである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
この発明の第２の実施形態では、第１の実施形態の組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合する。
【００３７】
上記ビニロン短繊維の使用目的は、セメントを使用しない組成物のひび割れ発生の抑制、曲げ靱性強度の向上、凍結融解抵抗性の向上をはかるために用いる。
上記第２実施形態の配合例は、下記の表２の通りである。
【００３８】
【表２】
【００３９】
この発明の第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態の組成物を、水中に直接打設する水中不分離型モルタルの配合例を表３、水中不分離型コンクリートの配合例を表４に示す。また海洋の藻場造成用水中分離型ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用する。
上記鉄分を含んだ水中不分離型ポーラスコンクリートの配合例を表５に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
上記の水中不分離性混和剤としては、クリオキザール処理水溶液セルロースエステルで、水中不分離性組成物の造成に使用できる。
上記の流動化剤としては、メラミンスルホン酸系の混和剤で、水中不分離性組成物を使用する。
上記の急結剤としては、水溶性アルミニウム塩で、水中不分離性組成物の造成に使用する。
【００４４】
上記の組成の一例として、図１に示すように、水中に沈める鉄筋籠１に水中不分離性ポーラスコンクリートの塊状物２をトレミ管３から投入しておく。
すると、海草類４の定着や育成が良好になる。
【００４５】
また、他の造成の一例として、図２に示すように、水質浄化河川の護岸１１に杭１２を打設して、この杭１２に金網１３を保持させる。
そして、水中不分離性ポーラスコンクリートの塊状物２を敷設しておく。
すると、植物１４の定着や育成が良好になる。
【００４６】
この発明の第４の実施形態では、第１の実施形態の組成物にビニロンなどの短繊維材、細骨として高炉水砕スラグ細骨材とその一部に硅砂を配合して、強度的にすぐれ、ひび割れの発生がなく、凍結融解性、耐化学抵抗性にすぐれたセメントを用いないモルタル或いはコンクリートになる。
【００４７】
【表６】
【００４８】
この発明の第５の実施形態では、セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に混和剤としてポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤と、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶液の混和剤であるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）と、清水及びひび割れの発生がないようにビニロン短繊維などの短繊維材を配合して組み合わせ、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、メラミンスルホン酸系などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合して、モルタル或いはコンクリート組成物とする。
流動化剤、急結剤を配合した例は、表３〜表５を参照。
【００４９】
上述の各実施形態のセメントを使用しないモルタル或いはコンクリート、ポーラスコンクリートの練り混ぜは、現場練り法、吹き付け法、工場練りがあり、いずれの方法を用いて混練してもよい。
【００５０】
そして、吹付けは、例えば公知の図３に示すように組成物材料の混練供給手段２１から吹付機２２、ホース２３をへてノズル２４から施工法面２５に吹付ける。
【００５１】
なお、粒径１ｍｍ以下に粉砕した多孔質で比表面積が２５０〜３００ｍ2／ｇの微粉末木炭を混入することで、組成物に調湿機能を持たせ、建築物等の壁材に用いる。また、高炉スラグ微粉末を用いた組成物の水和反応時はスラグ特有の臭いを発するため、この臭いを吸着する機能を併せ持つ。
【００５２】
［セメントを使用しない組成物の硬化メカニズム］
結合材としてセメントの代わりにＣＯ2の発生を著しく低減できる高炉微粉末を主体とした結合材にアルカリ刺激剤である消石灰（水酸化カルシウム）を添加することで、セメントを使用した時と同様に、けい酸二カルシウム（Ｃ2Ｓ：２ＣａＯ・ＳｉＯ2）、けい酸三カルシウム（Ｃ3Ｓ：３ＣａＯ・ＳｉＯ2）、アルミン酸三カルシウム（Ｃ3Ａ：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）、鉄アルミン酸四カルシウム（Ｃ4ＡＦ：４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成され、水和物として、カルシウム・サルフォ・アルミネート（エトリンガイトの針状結晶：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）、モノサルフェート水和物（六角薄片状結晶：３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・１２Ｈ2Ｏ）、トリサルフェート（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）、ＣＳＨゲル（３ＣａＯ・２ＳｉＯ2・３Ｈ2Ｏ）、水酸化カルシウム（３Ｃａ（ＯＨ2））、フリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ）などが生成され水和反応が進行する。
【００５３】
セメントを使用しない組成物の造成では、結合材を高炉スラグ微粉末と消石灰及びコンクリート変性剤の組み合わせとした場合、混練り時の粘性が高く、ワーカビリティーに劣る。このためこれら材料にフライアッシュを加えた場合、フライアッシュのボールベアリング効果によりワーカビリティーの改善、水和熱の低減、及びポゾラン反応による長期強度の向上が図れる。
【００５４】
［セメントを使用しない組成物の優れた点］
セメントを使用しない組成物が一般のコンクリートより優れている点を列記する。
（１） セメントの製造により発生するＣＯ2の排出量は７６５．５ｋｇ−ＣＯ2／ｔで、高炉スラグ微粉末の製造により発生するＣＯ2の排出量は２４．１ｋｇ−ＣＯ2／ｔ、フライアッシュの製造により発生するＣＯ2の排出量は１７．９ｋｇ−ＣＯ2／ｔと著しく低減できるため、地球温暖化の抑制に貢献できる。
（２） セメントを使用した組成物より圧縮強度が大きく、酸性物質や塩害などに対する化学抵抗性が向上する。
（３） 骨材として高炉水砕スラグ細骨材、高炉スラグ粗骨材、製鋼スラグ粗骨材を使用した組成物はアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化が生じない。
（４） セメントを使用した組成物に比べ、結合材に高炉スラグ微粉末、フライアッシュ及び消石灰、骨材に高炉水砕スラグ細骨材を使用した場合の圧縮強度は約１２０％以上向上する（表７〜表９、図４〜図６参照）。
（５） 結合材にベアリング効果のあるフライアッシュを適量配合すると、ワーカビリティーが向上するとともにポゾラン作用により長期強度が向上する（表７〜表９、図４〜図６参照）。
（６） 水和熱の発生を低減できるため構造物の初期ひび割れの発生を著しく抑制できるため、構造物の耐久性が向上する（表１０、表１１参照）。
（７） ビニロン短繊維など有機繊維や玄武岩から作ったバサルト短繊維など無機繊維を結合材に適量を添加することで組成物のひび割れが発生しない（表１０、表１１参照）。
【００５５】
【表７】
【００５６】
【表８】
【００５７】
【表９】
【００５８】
【表１０】
【００５９】
【表１１】
【００６０】
［セメントを使用しないコンクリートの課題］
（１） 硬化した組成物は緻密な構造（硬化体内部の空気量が少ない）となるため、一般のコンクリートに比べ凍結融解抵抗性に劣る。この対策として繊維補強材（ビニロン短繊維など）と高性能ＡＥ減水剤（エントレインドエアーの連行）を混入する。
（２） 一般に高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどセメントを使用しない組成物では、アルカリ刺激材（消石灰）から水酸化カルシウムが供給されて水和が進行し硬化する。
セメントを使用しない組成物ではセメントを使用するコンクリートより水酸化カルシウム生成量が少なくなるため中性化の抑制に対して不利と言われている。反面、高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどを使用する組成物は、セメントを使用したコンクリートより組織が緻密化するため、二酸化炭素の浸透を抑制し中性化進行速度の低減に有効となる。
このように中性化に対しては、セメントを使用しないことにより中性化に対しては有利・不利の両方があるため長期材齢における中性化速度の状況を確認する必要がある。
【００６１】
なお、結合材のみを混練りしｐＨを測定した結果、セメントを使用しない結合材とセメントを使用した結合材のｐＨを測定した結果、ほぼ同等の値を示しており、中性化に対する抵抗性においても同等程度の抵抗性を有しているものと判断される（表１２参照）。
【００６２】
【表１２】
【００６３】
［セメントを使用しないモルタルの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。骨材は海砂や川砂など目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
また、対象面との付着強度を向上させる場合は、高炉水砕スラグ細骨材の一部（骨材全重量比の１０％〜２０％）を硅砂に置換するとよい。
【００６４】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：６とし、水結合材比３０％〜６０％のモルタルとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は３０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０質量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表１に示す。
【００６５】
また、従来型１：４モルタルとセメントを使用しないモルタルとの圧縮強度、曲げ強度、引張強度の試験の結果を表７〜表９、図４〜図６に示す。
【００６６】
［セメントを使用しないコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグ廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。細骨材は海砂や川砂など目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。粗骨材は砂利、砕石、人工軽量骨材など用途・目的に応じて選択する。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、細骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ細骨材及び粗骨材として高炉徐冷スラグ骨材または製鋼スラグ骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００６７】
また、対象面との付着強度を向上させる場合は、高炉水砕スラグ細骨材の一部（骨材全重量比の１０％〜２０％）を硅砂に置換するとよい（モルタルの場合、表７、図４〜図６のＦ配合）。
【００６８】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：２〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は２５〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。細骨材と粗骨材質量比は１：１〜１：１．５とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表２に示す。また、一般コンクリートとの圧縮強度比較を図７に示す。
【００６９】
［セメントを使用しないポーラスコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用する。骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグまたは製鋼スラグに置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７０】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：２〜１：６とし、水結合材比２５％〜４５％のポーラスコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は２５〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。標準配合例を表１３に示す。
【００７１】
【表１３】
【００７２】
［セメントを使用しない水中不分離型モルタルの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離型モルタルである。
【００７３】
細骨材は海砂、川砂、山砂、砕砂などを使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉水砕スラグ細骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７４】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：６とし、水結合材比４０％〜６０％のモルタルとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００７５】
［セメントを使用しない水中不分離型コンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離型モルタルである。
【００７６】
粗骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。細骨材は海砂、川砂、山砂、砕砂などを使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、粗骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグ骨材または製鋼スラグ骨材、細骨材として高炉水砕スラグ細骨材に置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００７７】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００７８】
［セメントを使用しない水中不分離型ポーラスコンクリートの配合］
結合材は鉄鋼スラグの廃材から加工された高炉スラグ微粉末と消石灰、必要に応じて石炭灰であるフライアッシュを使用し、混和剤としてセルロース系の水中不分離剤（クリオキザール処理水溶液セルロースエステル）、流動化剤、急結剤を混入した水中不分離性ポーラスコンクリートである。
【００７９】
粗骨材は砕石、砂利、人工軽量骨材など用途・目的に応じてあらゆる骨材を使用することが可能である。初期強度及び耐久性を必要とする場合は、骨材として潜在水硬性のある高炉徐冷スラグまたは製鋼スラグに置換し、混和剤としてアルカリ金属類を主体とし塩化カルシウムなど無機イオンからなるコンクリート変性剤（ＦＣ剤）、有機繊維（例えばビニロン短繊維）を付加使用する。
【００８０】
各主要材料の配合は、無水換算した高炉スラグ微粉末、消石灰などの結合材と骨材との質量比を１：３〜１：５とし、水結合材比３０％〜５０％のコンクリートとする。結合材に占める高炉スラグ微粉末量は４０〜９０質量％、アルカリ刺激材である消石灰の結合材に占める割合は１０〜２０重量％とする。なお、補助結合材として全結合材質量の０〜５０質量％をフライアッシュに置換してもよい。
【００８１】
なお、骨材の粒度の選択によってコンクリート（ポーラスコンクリート）になり、骨材を混入しないでペーストにすることができる。
また、用途も前述に限定されることがなく、例えばアンカー工やロックボルト工のグラウト材として使用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 鉄筋籠
２ 水中不分離性ポーラスコンクリート
３ トレミ管
４ 海草類
１１ 護岸
１２ 杭
１３ 金網
１４ 植物
２１ 混練供給手段
２２ 湿式吹付機
２３ ホース
２４ ノズル
２５ 施工法面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【請求項２】
前記硬化組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合したことを特徴とする請求項１に記載のセメントを用いない硬化組成物。
【請求項３】
前記硬化組成物を海洋の藻場造成用水中不分離性ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用したことを特徴とする請求項１に記載のポーラスコンクリート組成物。
【請求項４】
セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤とカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤と、清水及びビニロンなどの短繊維材、細骨材として高炉水砕スラグ骨材とその一部に硅砂を適宜な配合で組み合わせて強度的にもすぐれ、かつひび割れの発生がなく、凍結融解性、硫酸などの化学抵抗にすぐれたことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【請求項５】
前記硬化組成物が、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、高縮合トリアジン系化合物などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合したことを特徴とする請求項１に記載のセメントを用いない硬化組成物。
【請求項１】
セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、必要に応じてフライアッシュやシリカヒュームを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系などの高性能ＡＥ減水剤を必要に応じてカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤及び清水を配合したことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【請求項２】
前記硬化組成物の強度を必要とする場合の骨材として、高炉スラグ粗骨材または製鋼スラグ粗骨材、高炉水砕スラグ細骨材、硅砂を組み合わせ、ビニロン短繊維などの有機繊維を配合したことを特徴とする請求項１に記載のセメントを用いない硬化組成物。
【請求項３】
前記硬化組成物を海洋の藻場造成用水中不分離性ポーラスコンクリート、河川護岸法面や道路法面の緑化基礎工としてポーラスコンクリートを造成する場合の骨材として、鉄分を含んだ製鋼スラグを使用したことを特徴とする請求項１に記載のポーラスコンクリート組成物。
【請求項４】
セメントを全く使用しない結合材として、高炉スラグ微粉末、消石灰、フライアッシュを用い、この結合材に、ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤とカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、アルカリ金属イオンなどの複数の無機化合物を主成分とした水溶性の混和剤と、清水及びビニロンなどの短繊維材、細骨材として高炉水砕スラグ骨材とその一部に硅砂を適宜な配合で組み合わせて強度的にもすぐれ、かつひび割れの発生がなく、凍結融解性、硫酸などの化学抵抗にすぐれたことを特徴とするセメントを用いない硬化組成物。
【請求項５】
前記硬化組成物が、水中や湧水のある箇所に施工する場合、セルロース系混和剤、高縮合トリアジン系化合物などの流動化剤、水溶性アルミニウム塩などの急結剤を配合したことを特徴とする請求項１に記載のセメントを用いない硬化組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７１８５５（Ｐ２０１２−１７１８５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８５２１（Ｐ２０１１−３８５２１）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１１０４９４２８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１１０４９４２８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]