ポーラスコンクリート及びポーラスコンクリートの製造方法
【課題】強度を保ちながら、空隙率を向上させるとともに、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供する。
【解決手段】クリンカアッシュを骨材とし、骨材とセメントと水とを混練する。混練して得られた混練物Ｐ４を型枠内に充填し加圧した状態で型枠を振動させる。混練物Ｐ４を固化させる。
【解決手段】クリンカアッシュを骨材とし、骨材とセメントと水とを混練する。混練して得られた混練物Ｐ４を型枠内に充填し加圧した状態で型枠を振動させる。混練物Ｐ４を固化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスコンクリート及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内部に多数の空隙を有するポーラスコンクリートが知られている。このポーラスコンクリートは、道路舗装、護岸等に広く用いられるとともに、環境負荷を低減するためのコンクリート材料としても注目されている。このようなポーラスコンクリートは、内部の空隙や外部表面に微生物を生息させ、植物育成環境を形成して、水質の自然浄化を行う。したがって、水質浄化を目的とするポーラスコンクリートは、安全上必要な強度を確保するとともに、内部の空隙を拡張する必要がある。通常、ポーラスコンクリートは、ほぼ単一粒度に調整された骨材とセメントペーストとを所定の配合で混練し、これを型枠に打ち込んで養生硬化させることによって製造される。この際、骨材とセメントペーストとの重量比や水セメント比（Ｗ／Ｃ）あるいは骨材の粒度分布等を調整することにより、所定の空隙率と強度とを有するように設計される。ポーラスコンクリートの空隙率を向上させるためには、骨材の粒度を増大すればよいが、その粒度を余り大きくすると、骨材同士の接触面積が小さくなり、硬化後のポーラスコンクリートの強度が低下するという問題が生じる。
【０００３】
そこで、石炭火力発電所等において発生する石炭灰を再利用して、高強度、高空隙率を有するポーラスコンクリートを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法によれば、まず、石炭灰、セメント及び金属スラグを混練して得た非焼成型固化体を製造する。そして、この非焼成型固化体を粉砕し、この粉砕物、セメント及び水を混練して加圧下で振動させ、ポーラスコンクリートを製造するものである。この方法によれば、空隙率が１６％以上、圧縮強度が１６Ｎ／mm２以上のポーラスコンクリートを製造することができる。
【特許文献１】特開２００５−１５４１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のポーラスコンクリートでは、非焼成型固化体に、一般的にｐＨ１２．５〜１３．０の強アルカリ性であるセメントが、非焼成型固化体の全質量の１３〜１８％含まれる。この非焼成型固化体が全質量の７８％〜８４％含まれるポーラスコンクリートに、さらにセメントが全質量の１３〜１８％含まれる。したがって、ポーラスコンクリートには、全質量の２３〜３３％のセメントが含まれることになる。しかし、ポーラスコンクリートに生息する微生物は、強アルカリ性の下では、活発に活動することができず、微生物の育成に必要な藻の育成も抑制される。また、セメントは他の材料に比して高価である。このため、微生物の活動を活発化し、藻の育成を促進するとともに、ポーラスコンクリートのコストを抑えるためには、ポーラスコンクリートに用いられるセメント量を抑える必要があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強度を保ちながら、空隙率を向上させるとともに、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、クリンカアッシュ又は固化造粒物を骨材としたポーラスコンクリートを振動締め固めにより製造するようにした。
【０００８】
具体的には、第１の発明は、クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【０００９】
ここで、クリンカアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、ボイラの底部に落下した石炭灰の塊を回収し、脱水及び粉砕した灰のことであり、赤熱状態から急冷し水洗したものであるので化学的に安定している。上記の構成によると、内部摩擦角がf≒３０であり、高いせん断強度を有するクリンカアッシュを骨材としているため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。また、クリンカアッシュの粒子表面には径０．１〜２０μmの細孔が多数空いており、実績率は約５８．８％であるため、クリンカアッシュ自体の有する空隙により、ポーラスコンクリートの空隙率が向上する。
【００１０】
第２の発明は、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１１】
ここで、付着防止剤とは、固化造粒物表面の水をはじく性質を有するものであり、混練直後や仮置き時における固化造粒物同士の付着を防止するためのものである。また、固化造粒物とは、石炭灰を骨材として、この骨材とセメントとポリマーと付着防止剤と水とを混合し、造粒した後養生して得られる造粒物である。上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１２】
第３の発明は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１３】
上記の構成によると、骨材であるクリンカアッシュが高いせん断強度を有するので、セメント量抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１４】
第４の発明は、上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１５】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するので、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１６】
第５の発明は、上記固化造粒物は略球状である構成のポーラスコンクリートとする。この構成によると、骨材である固化造粒物が略球状であることから、セメントをバインダとして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成される。
【００１７】
第６の発明は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１８】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１９】
第７の発明は、クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、上記混練物を固化させる工程とを備える構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２０】
上記の構成によると、締め固めの際に振動と圧力とを与えることで型枠へのコンクリートの充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、クリンカアッシュの吸水率は、約５．０〜１３．０％であるから、クリンカアッシュがセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材であるクリンカアッシュとセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２１】
第８の発明は、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、上記混練物を固化させる工程とを備える構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２２】
上記の構成によると、締め固めの際に振動と圧力とを与えることで型枠へのコンクリートの充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、固化造粒物がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２３】
第９の発明は、上記混練物は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２４】
上記の構成によると、骨材であるクリンカアッシュが高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００２５】
第１０の発明は、上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２６】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。また、固化造粒物がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸水する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２７】
第１１の発明は、上記固化造粒物は略球状である構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。この構成によると、骨材である固化造粒物が略球状であり、セメントをバインダとして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成される。
【００２８】
第１２の発明は、上記混練物は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２９】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度有するため、セメント量を抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【発明の効果】
【００３０】
上記第１の発明によれば、高いせん断強度を有し、粒子表面に多数の細孔が空いたクリンカアッシュを骨材としている。このため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度を保つことができるとともに、クリンカアッシュ自体の有する空隙によりポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００３１】
また、上記第２の発明によれば、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒したせん断強度の高い固化造粒物を骨材としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３２】
また、上記第３の発明によれば、骨材をせん断強度の高いクリンカアッシュとしている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３３】
また、上記第４の発明によれば、骨材をせん断強度の高い固化造粒物としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３４】
また、上記第５の発明によれば、固化造粒物を略球状としている。このため、固化造粒物が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００３５】
また、上記第６の発明によれば、セメント量を抑えても、骨材である固化造粒物のせん断強度が高いため、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３６】
また、上記第７の発明によれば、混練物を加圧した状態で型枠を振動させ、混練物を固化させている。このため、コンクリートの充填率が増し、骨材であるクリンカアッシュ間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートの強度を向上させることができる。これとともに、クリンカアッシュが水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、空隙率を向上させることができる。
【００３７】
また、上記第８の発明によれば、混練物を加圧した状態で型枠を振動させ、混練物を固化させている。このため、コンクリートの充填率が増し、骨材である固化造粒物間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートの強度を向上させることができる。これとともに、固化造粒物が水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、空隙率を向上させることができる。
【００３８】
また、上記第９の発明によれば、骨材をせん断強度の高いクリンカアッシュとしている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３９】
また、上記第１０の発明によれば、骨材をせん断強度の高い固化造粒物としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００４０】
また、上記第１１の発明によれば、固化造粒物を略球状としている。このため、固化造粒物が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００４１】
また、上記第１２の発明によれば、セメント量を抑えても、骨材である固化造粒物のせん断強度が高いため、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
《発明の実施形態１》
図１は、クリンカアッシュを用いたポーラスコンクリートＰ１を製造する方法を示すフローチャートである。ポーラスコンクリートＰ１は、クリンカアッシュ、セメント及び水を原料とし、図４に示す範囲内の配合比率でこれらの原料が配合される。
【００４４】
クリンカアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、ボイラの底部に
落下した石炭灰の塊を回収し、脱水及び粉砕した灰のことであり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等のミネラル分を含んでいる。クリンカアッシュは外見が砂に類似し、粒子表面には径が約０．１〜２０μmの細孔が多数空いており、実績率は約５８．８％である。また、クリンカアッシュの内部摩擦角はf≒３０°であり、高いせん断強度を有し、吸水率は約５．０〜１３．０％である。
【００４５】
以下、本発明の実施形態１に係るポーラスコンクリートＰ１−１を製造する方法について、図１を参照しながら説明する。
【００４６】
まず、図３に示す配合比率で配合したクリンカアッシュ、セメント及び水を公知のミキサによって混練し、混練物Ｐ４を得る。
【００４７】
図８に示すように、成型型枠２と成型枠型２全体に均一な振動を与えることが可能な振動装置３とを備えた振動成型機１を用意する。そして、この振動成型機１の成型型枠２に、上記混練物Ｐ４を充填する。そして、この混練物Ｐ４の上におもり４を載せることにより加圧した状態で、振動装置３を作動させて、振動締め固め処理を行う。振動装置３は、例えば、成型型枠２を周波数０〜２４０Ｈｚで１回に約１０秒間振動させるように作動し、混練物Ｐ４の状態により３回又は４回振動させる。そして、この混練物Ｐ４を養生させて固化させる。これにより、骨材であるクリンカアッシュ同士がセメントをバインダとして結合し、ポーラスコンクリートＰ１−１が成型される。
【００４８】
上記の方法により製造されたポーラスコンクリートＰ１−１の圧縮強度試験の結果を図１１に示す。全体の質量の２１％のセメントが用いられたポーラスコンクリートＰ１−１で、圧縮強度の最高値が１７．８Ｎ／mm２となる。
【００４９】
なお、ここでセメントとは、普通ポルトランドセメントを意味するものとするが、他の種類のセメントを使用してもよい。
【００５０】
−水質改善効果試験−
次に、本実施形態にかかるポーラスコンクリートＰ１−１の水質改善効果を調査するための試験方法について説明する。
【００５１】
まず、上記の製造方法によって製造したポーラスコンクリートＰ１−１の２５０mm×２５０mm×１００mm寸法のブロックを２個用意する。
【００５２】
そして、上記ブロックに微生物を繁殖させるために、試験水路にこのブロック２個を敷設して養豚場のし尿水に約一月間浸漬させる。
【００５３】
次に、図９に示すように、試験水で満たした水槽１１内に循環ポンプ１２を設置した試験装置１０を用意する。水槽１１は、沈殿物が溜まらないように、水平面から約１６度傾けて設置する。試験水は、養豚場のし尿水であり、図９に矢印で示すように、循環ポンプ１２によって水槽１１内を循環する。そして、水槽１１内に上記微生物を繁殖させたポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置し、２８日間の試験期間における試験水の水質を調査する。
【００５４】
図１３及び図１４に、水質調査の結果を示す。図１３（ａ）は、水槽１１内にブロックを配置しなかった場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示し、図１３（ｂ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す。なお、Ｏ−Ｎとは有機体窒素を、ＮＯ３−Ｎとは硝酸態窒素を、ＮＯ２−Ｎとは亜硝酸態窒素を、ＮＨ４−Ｎとはアンモニウム態窒素をそれぞれ意味するものとする。そして、生物への毒性が強いＮＨ４−Ｎの量が、図１３（ａ）の場合は、ほとんど変化していないのに対して、図１３（ｂ）の場合は、減少している。
【００５５】
図１４（ａ）は、水槽１１内にブロックを配置しなかった場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示し、図１４（ｂ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す。なお、Ｏ−Ｐとは有機態リンを、ＰＯ４−Ｐとはリン酸態リンをそれぞれ意味するものとする。図１４（ａ）の場合は、各量はほとんど変化していないのに対して、図１４（ｂ）の場合は、減少している。
【００５６】
したがって、上記の結果より、ポーラスコンクリートＰ１−１により、水質浄化の効果が期待できると考えられる。
【００５７】
−実施形態１の効果−
したがって、本実施形態のポーラスコンクリートＰ１−１においては、高いせん断強度を有し、粒子表面に多数の細孔が空いたクリンカアッシュを骨材としている。このため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートＰ１の強度を保つことができるとともに、クリンカアッシュ自体の有する空隙により、ポーラスコンクリートＰ１−１の空隙率を向上させることができる。
【００５８】
また、セメント量を全質量の２１％に抑えて、ポーラスコンクリートＰ１−１の強度を約１５．５Ｎ／mm２としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ１−１を提供することができる。
【００５９】
また、混練物Ｐ４を加圧した状態で成型型枠２を振動させ、混練物Ｐ４を固化させている。このため、成型型枠２へのポーラスコンクリートＰ１−１の充填率が増し、骨材であるクリンカアッシュ間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートＰ１−１の強度を向上させることができる。これとともに、クリンカアッシュの吸水率が約５．０〜１３．０％であることからクリンカアッシュが水分をある程度吸収し、振動を加えても、骨材であるクリンカアッシュとセメントペーストが分離してセメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、ポーラスコンクリートＰ１−１の空隙率を向上させることができる。
【００６０】
《発明の実施形態２》
図２は、固化造粒物Ｐ３を用いたポーラスコンクリートＰ２を製造する方法を示すフローチャートである。また、ポーラスコンクリートＰ２は、固化造粒物Ｐ３、セメント及び水を原料とし、図５に示す範囲内の配合比率でこれらの原料が配合される。
【００６１】
以下、本発明の実施形態２に係るポーラスコンクリートＰ２−１を製造する方法について、図２を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、石炭灰、セメント、ポリマー、付着防止剤及び水を原料とし、図６に示す配合比率で配合される固化造粒物Ｐ３を製造する方法について説明する。なお、石炭灰はフライアッシュが用いられる。フライアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、電気集塵機により捕集された微粉末の灰のことである。また、付着防止剤とは、固化造粒物表面の水をはじく性質を有するものであり、混練直後や仮置き時における固化造粒物同士の付着を防止するためのものである。
【００６３】
図１０に示す高速回転ドラム２０を用意する。この高速回転ドラム２０は、円筒状の混合ドラム２２の主軸２３に設けた攪拌羽根２４と、独立駆動チョッパー２５とを備えている。そして、上記固化造粒物Ｐ３の原料を混合ドラム２２に投入する。そして、攪拌羽根２４を８３ｒｐｍで５〜６分間高速回転させるとともに、独立駆動チョッパー２５を１５００ｒｐｍで５〜６分間高速回転させて粒度が２〜１０ｍｍの略球状の造粒物を形成する。
【００６４】
上記造粒物を混合ドラム２２から取り出し、約２０℃の下で約２８日乾燥させると、固化粒状物Ｐ３が得られる。この固化造粒物Ｐ３の物理特性を図７に示す。固化造粒物Ｐ３の粒度は細粒分が少なく、ほぼ２〜１０mmの範囲に分布し、平均粒径は５mmであり、ほぼ球状に形成されている。また、吸水率は約１５．７％であり、内部摩擦角はf≧３８°となり、高いせん断強度を有する。
【００６５】
次に、図３に示す配合比率で配合した固化造粒物Ｐ３、セメント及び水を公知のミキサによって混練し、混練物Ｐ５を得る。
【００６６】
そして、上記混練物Ｐ５を図８に示す振動成型機１の成型型枠２に充填する。そして、この混練物Ｐ４の上におもり４を載せることにより加圧した状態で、振動装置３を作動させて、振動締め固め処理を行う。これにより、骨材である固化造粒物Ｐ３同士がセメントをバインダとして結合し、ポーラスコンクリートＰ２−１が成型される。成形方法は、実施形態１と同様である。ここで、締め固めの際に振動と圧力とを加えることで、成型型枠２へのポーラスコンクリートＰ２−１の充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、固化造粒物Ｐ３の吸水率が約１５．７％であるため、固化造粒物Ｐ３がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物Ｐ３とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００６７】
上記の方法により製造されたポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度試験の結果を図１２に示す。ポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度の最高値は２１．５Ｎ／mm２となる。
【００６８】
−水質改善効果試験−
次に、本実施形態にかかるポーラスコンクリートＰ２−１の水質改善効果を調査するための試験の結果について説明する。なお、試験方法は、実施形態１と同様である。
【００６９】
図１３及び図１４に、水質調査の結果を示す。図１３（ｃ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す。生物への毒性が強いＮＨ４−Ｎの量が、ブロックを配置しない図１３（ａ）の場合は、ほとんど変化していないのに対して、図１３（ｃ）の場合は、減少している。図１４（ｃ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す。ブロックを配置しない図１４（ａ）の場合は、各量がほとんど変化していないのに対して、図１４（ｃ）の場合は、減少している。したがって、上記の結果より、ポーラスコンクリートＰ２−１により、水質浄化の効果が期待できると考えられる。
【００７０】
−実施形態２の効果−
したがって、本実施形態のポーラスコンクリートＰ２−１においては、骨材を内部摩擦角がf≧３８°であり、せん断強度の高い固化造粒物Ｐ３としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ２−１を提供することができる。
【００７１】
また、固化造粒物Ｐ３を略球状としているため、固化造粒物Ｐ３が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートＰ２−１の空隙率を向上させることができる。
【００７２】
また、セメント量を抑えて、ポーラスコンクリートＰ２−１の強度を約１７．７Ｎ／mm２としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ２−１を提供することができる。
【００７３】
また、混練物Ｐ５を加圧した状態で成型型枠２を振動させ、混練物Ｐ５を固化させている。このため、骨材である固化造粒物Ｐ３間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートＰ２−１の強度を向上させることができる。これとともに、固化造粒物Ｐ３が水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、ポーラスコンクリートＰ２−１の空隙率を向上させることができる。
【００７４】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７５】
すなわち、上記実施形態１では、ポーラスコンクリートＰ１は、全質量の６６％以上７６％以下のクリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下のセメントと、全質量の６％以上１１％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、クリンカアッシュとセメントと水とが混練されていればよい。
【００７６】
また、上記実施形態２では、ポーラスコンクリートＰ２は、全質量の６５％以上７５％以下の固化造粒物Ｐ３と、全質量の２０％以上２５％以下のセメントと、全質量の５％以上１０％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、固化造粒物Ｐ３とセメントと水とが混練されていればよい。
【００７７】
また、上記実施形態２では、固化造粒物Ｐ３は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰と、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、石炭灰とセメントとポリマーと付着防止剤と水とが混練されていればよい。
【００７８】
また、上記実施形態２では、固化造粒物Ｐ３は略球状であるものとしたが、他の形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明は、強度を保ちながら、空隙率を向上させるとともに、セメント量を抑えることができるので、ポーラスコンクリート及びその製造方法等について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態１に係るポーラスコンクリートＰ１を製造する方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態２に係るポーラスコンクリートＰ２を製造する方法を示すフローチャートである。
【図３】ポーラスコンクリートＰ１−１及びＰ２−１の製造に係る材料の配合比率を示す図である。
【図４】ポーラスコンクリートＰ１の材料の配合比率を示す図である。
【図５】ポーラスコンクリートＰ２の材料の配合比率を示す図である。
【図６】固化造粒物Ｐ３の材料の配合比率を示す図である。
【図７】固化造粒物Ｐ３の物理特性を示す図である。
【図８】振動成型機１の概略構成を示す図である。
【図９】試験装置１０を示す側面図である。
【図１０】高速回転ドラム２０を示す斜視図である。
【図１１】ポーラスコンクリートＰ１−１の圧縮強度試験結果を示す図である。
【図１２】ポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度試験結果を示す図である。
【図１３】水槽１１内のＯ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す図であり、（ａ）はブロックを配置しなかった場合、（ｂ）はポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合、（ｃ）はポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合のそれぞれの推移を示す。
【図１４】水槽１１内のＯ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す図であり、（ａ）はにブロックを配置しなかった場合、（ｂ）はポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合、（ｃ）はポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合のそれぞれの推移を示す。
【符号の説明】
【００８１】
Ｐ１ ポーラスコンクリート
Ｐ１−１ ポーラスコンクリート
Ｐ２ ポーラスコンクリート
Ｐ２−１ ポーラスコンクリート
Ｐ３ 固化造粒物
Ｐ４ 混練物
Ｐ５ 混練物
２ 成型型枠
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスコンクリート及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内部に多数の空隙を有するポーラスコンクリートが知られている。このポーラスコンクリートは、道路舗装、護岸等に広く用いられるとともに、環境負荷を低減するためのコンクリート材料としても注目されている。このようなポーラスコンクリートは、内部の空隙や外部表面に微生物を生息させ、植物育成環境を形成して、水質の自然浄化を行う。したがって、水質浄化を目的とするポーラスコンクリートは、安全上必要な強度を確保するとともに、内部の空隙を拡張する必要がある。通常、ポーラスコンクリートは、ほぼ単一粒度に調整された骨材とセメントペーストとを所定の配合で混練し、これを型枠に打ち込んで養生硬化させることによって製造される。この際、骨材とセメントペーストとの重量比や水セメント比（Ｗ／Ｃ）あるいは骨材の粒度分布等を調整することにより、所定の空隙率と強度とを有するように設計される。ポーラスコンクリートの空隙率を向上させるためには、骨材の粒度を増大すればよいが、その粒度を余り大きくすると、骨材同士の接触面積が小さくなり、硬化後のポーラスコンクリートの強度が低下するという問題が生じる。
【０００３】
そこで、石炭火力発電所等において発生する石炭灰を再利用して、高強度、高空隙率を有するポーラスコンクリートを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法によれば、まず、石炭灰、セメント及び金属スラグを混練して得た非焼成型固化体を製造する。そして、この非焼成型固化体を粉砕し、この粉砕物、セメント及び水を混練して加圧下で振動させ、ポーラスコンクリートを製造するものである。この方法によれば、空隙率が１６％以上、圧縮強度が１６Ｎ／mm２以上のポーラスコンクリートを製造することができる。
【特許文献１】特開２００５−１５４１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のポーラスコンクリートでは、非焼成型固化体に、一般的にｐＨ１２．５〜１３．０の強アルカリ性であるセメントが、非焼成型固化体の全質量の１３〜１８％含まれる。この非焼成型固化体が全質量の７８％〜８４％含まれるポーラスコンクリートに、さらにセメントが全質量の１３〜１８％含まれる。したがって、ポーラスコンクリートには、全質量の２３〜３３％のセメントが含まれることになる。しかし、ポーラスコンクリートに生息する微生物は、強アルカリ性の下では、活発に活動することができず、微生物の育成に必要な藻の育成も抑制される。また、セメントは他の材料に比して高価である。このため、微生物の活動を活発化し、藻の育成を促進するとともに、ポーラスコンクリートのコストを抑えるためには、ポーラスコンクリートに用いられるセメント量を抑える必要があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強度を保ちながら、空隙率を向上させるとともに、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、クリンカアッシュ又は固化造粒物を骨材としたポーラスコンクリートを振動締め固めにより製造するようにした。
【０００８】
具体的には、第１の発明は、クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【０００９】
ここで、クリンカアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、ボイラの底部に落下した石炭灰の塊を回収し、脱水及び粉砕した灰のことであり、赤熱状態から急冷し水洗したものであるので化学的に安定している。上記の構成によると、内部摩擦角がf≒３０であり、高いせん断強度を有するクリンカアッシュを骨材としているため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。また、クリンカアッシュの粒子表面には径０．１〜２０μmの細孔が多数空いており、実績率は約５８．８％であるため、クリンカアッシュ自体の有する空隙により、ポーラスコンクリートの空隙率が向上する。
【００１０】
第２の発明は、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１１】
ここで、付着防止剤とは、固化造粒物表面の水をはじく性質を有するものであり、混練直後や仮置き時における固化造粒物同士の付着を防止するためのものである。また、固化造粒物とは、石炭灰を骨材として、この骨材とセメントとポリマーと付着防止剤と水とを混合し、造粒した後養生して得られる造粒物である。上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１２】
第３の発明は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１３】
上記の構成によると、骨材であるクリンカアッシュが高いせん断強度を有するので、セメント量抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１４】
第４の発明は、上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１５】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するので、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１６】
第５の発明は、上記固化造粒物は略球状である構成のポーラスコンクリートとする。この構成によると、骨材である固化造粒物が略球状であることから、セメントをバインダとして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成される。
【００１７】
第６の発明は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートとする。
【００１８】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００１９】
第７の発明は、クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、上記混練物を固化させる工程とを備える構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２０】
上記の構成によると、締め固めの際に振動と圧力とを与えることで型枠へのコンクリートの充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、クリンカアッシュの吸水率は、約５．０〜１３．０％であるから、クリンカアッシュがセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材であるクリンカアッシュとセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２１】
第８の発明は、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、上記混練物を固化させる工程とを備える構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２２】
上記の構成によると、締め固めの際に振動と圧力とを与えることで型枠へのコンクリートの充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、固化造粒物がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２３】
第９の発明は、上記混練物は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２４】
上記の構成によると、骨材であるクリンカアッシュが高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【００２５】
第１０の発明は、上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２６】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度を有するため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度が保たれる。また、固化造粒物がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸水する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００２７】
第１１の発明は、上記固化造粒物は略球状である構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。この構成によると、骨材である固化造粒物が略球状であり、セメントをバインダとして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成される。
【００２８】
第１２の発明は、上記混練物は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練される構成のポーラスコンクリートの製造方法とする。
【００２９】
上記の構成によると、骨材である固化造粒物が高いせん断強度有するため、セメント量を抑えても、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。
【発明の効果】
【００３０】
上記第１の発明によれば、高いせん断強度を有し、粒子表面に多数の細孔が空いたクリンカアッシュを骨材としている。このため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートの強度を保つことができるとともに、クリンカアッシュ自体の有する空隙によりポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００３１】
また、上記第２の発明によれば、石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒したせん断強度の高い固化造粒物を骨材としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３２】
また、上記第３の発明によれば、骨材をせん断強度の高いクリンカアッシュとしている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３３】
また、上記第４の発明によれば、骨材をせん断強度の高い固化造粒物としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３４】
また、上記第５の発明によれば、固化造粒物を略球状としている。このため、固化造粒物が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００３５】
また、上記第６の発明によれば、セメント量を抑えても、骨材である固化造粒物のせん断強度が高いため、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３６】
また、上記第７の発明によれば、混練物を加圧した状態で型枠を振動させ、混練物を固化させている。このため、コンクリートの充填率が増し、骨材であるクリンカアッシュ間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートの強度を向上させることができる。これとともに、クリンカアッシュが水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、空隙率を向上させることができる。
【００３７】
また、上記第８の発明によれば、混練物を加圧した状態で型枠を振動させ、混練物を固化させている。このため、コンクリートの充填率が増し、骨材である固化造粒物間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートの強度を向上させることができる。これとともに、固化造粒物が水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、空隙率を向上させることができる。
【００３８】
また、上記第９の発明によれば、骨材をせん断強度の高いクリンカアッシュとしている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００３９】
また、上記第１０の発明によれば、骨材をせん断強度の高い固化造粒物としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【００４０】
また、上記第１１の発明によれば、固化造粒物を略球状としている。このため、固化造粒物が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートの空隙率を向上させることができる。
【００４１】
また、上記第１２の発明によれば、セメント量を抑えても、骨材である固化造粒物のせん断強度が高いため、ポーラスコンクリートの強度が保たれる。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
《発明の実施形態１》
図１は、クリンカアッシュを用いたポーラスコンクリートＰ１を製造する方法を示すフローチャートである。ポーラスコンクリートＰ１は、クリンカアッシュ、セメント及び水を原料とし、図４に示す範囲内の配合比率でこれらの原料が配合される。
【００４４】
クリンカアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、ボイラの底部に
落下した石炭灰の塊を回収し、脱水及び粉砕した灰のことであり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等のミネラル分を含んでいる。クリンカアッシュは外見が砂に類似し、粒子表面には径が約０．１〜２０μmの細孔が多数空いており、実績率は約５８．８％である。また、クリンカアッシュの内部摩擦角はf≒３０°であり、高いせん断強度を有し、吸水率は約５．０〜１３．０％である。
【００４５】
以下、本発明の実施形態１に係るポーラスコンクリートＰ１−１を製造する方法について、図１を参照しながら説明する。
【００４６】
まず、図３に示す配合比率で配合したクリンカアッシュ、セメント及び水を公知のミキサによって混練し、混練物Ｐ４を得る。
【００４７】
図８に示すように、成型型枠２と成型枠型２全体に均一な振動を与えることが可能な振動装置３とを備えた振動成型機１を用意する。そして、この振動成型機１の成型型枠２に、上記混練物Ｐ４を充填する。そして、この混練物Ｐ４の上におもり４を載せることにより加圧した状態で、振動装置３を作動させて、振動締め固め処理を行う。振動装置３は、例えば、成型型枠２を周波数０〜２４０Ｈｚで１回に約１０秒間振動させるように作動し、混練物Ｐ４の状態により３回又は４回振動させる。そして、この混練物Ｐ４を養生させて固化させる。これにより、骨材であるクリンカアッシュ同士がセメントをバインダとして結合し、ポーラスコンクリートＰ１−１が成型される。
【００４８】
上記の方法により製造されたポーラスコンクリートＰ１−１の圧縮強度試験の結果を図１１に示す。全体の質量の２１％のセメントが用いられたポーラスコンクリートＰ１−１で、圧縮強度の最高値が１７．８Ｎ／mm２となる。
【００４９】
なお、ここでセメントとは、普通ポルトランドセメントを意味するものとするが、他の種類のセメントを使用してもよい。
【００５０】
−水質改善効果試験−
次に、本実施形態にかかるポーラスコンクリートＰ１−１の水質改善効果を調査するための試験方法について説明する。
【００５１】
まず、上記の製造方法によって製造したポーラスコンクリートＰ１−１の２５０mm×２５０mm×１００mm寸法のブロックを２個用意する。
【００５２】
そして、上記ブロックに微生物を繁殖させるために、試験水路にこのブロック２個を敷設して養豚場のし尿水に約一月間浸漬させる。
【００５３】
次に、図９に示すように、試験水で満たした水槽１１内に循環ポンプ１２を設置した試験装置１０を用意する。水槽１１は、沈殿物が溜まらないように、水平面から約１６度傾けて設置する。試験水は、養豚場のし尿水であり、図９に矢印で示すように、循環ポンプ１２によって水槽１１内を循環する。そして、水槽１１内に上記微生物を繁殖させたポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置し、２８日間の試験期間における試験水の水質を調査する。
【００５４】
図１３及び図１４に、水質調査の結果を示す。図１３（ａ）は、水槽１１内にブロックを配置しなかった場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示し、図１３（ｂ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す。なお、Ｏ−Ｎとは有機体窒素を、ＮＯ３−Ｎとは硝酸態窒素を、ＮＯ２−Ｎとは亜硝酸態窒素を、ＮＨ４−Ｎとはアンモニウム態窒素をそれぞれ意味するものとする。そして、生物への毒性が強いＮＨ４−Ｎの量が、図１３（ａ）の場合は、ほとんど変化していないのに対して、図１３（ｂ）の場合は、減少している。
【００５５】
図１４（ａ）は、水槽１１内にブロックを配置しなかった場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示し、図１４（ｂ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す。なお、Ｏ−Ｐとは有機態リンを、ＰＯ４−Ｐとはリン酸態リンをそれぞれ意味するものとする。図１４（ａ）の場合は、各量はほとんど変化していないのに対して、図１４（ｂ）の場合は、減少している。
【００５６】
したがって、上記の結果より、ポーラスコンクリートＰ１−１により、水質浄化の効果が期待できると考えられる。
【００５７】
−実施形態１の効果−
したがって、本実施形態のポーラスコンクリートＰ１−１においては、高いせん断強度を有し、粒子表面に多数の細孔が空いたクリンカアッシュを骨材としている。このため、セメント量を抑えてもポーラスコンクリートＰ１の強度を保つことができるとともに、クリンカアッシュ自体の有する空隙により、ポーラスコンクリートＰ１−１の空隙率を向上させることができる。
【００５８】
また、セメント量を全質量の２１％に抑えて、ポーラスコンクリートＰ１−１の強度を約１５．５Ｎ／mm２としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ１−１を提供することができる。
【００５９】
また、混練物Ｐ４を加圧した状態で成型型枠２を振動させ、混練物Ｐ４を固化させている。このため、成型型枠２へのポーラスコンクリートＰ１−１の充填率が増し、骨材であるクリンカアッシュ間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートＰ１−１の強度を向上させることができる。これとともに、クリンカアッシュの吸水率が約５．０〜１３．０％であることからクリンカアッシュが水分をある程度吸収し、振動を加えても、骨材であるクリンカアッシュとセメントペーストが分離してセメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、ポーラスコンクリートＰ１−１の空隙率を向上させることができる。
【００６０】
《発明の実施形態２》
図２は、固化造粒物Ｐ３を用いたポーラスコンクリートＰ２を製造する方法を示すフローチャートである。また、ポーラスコンクリートＰ２は、固化造粒物Ｐ３、セメント及び水を原料とし、図５に示す範囲内の配合比率でこれらの原料が配合される。
【００６１】
以下、本発明の実施形態２に係るポーラスコンクリートＰ２−１を製造する方法について、図２を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、石炭灰、セメント、ポリマー、付着防止剤及び水を原料とし、図６に示す配合比率で配合される固化造粒物Ｐ３を製造する方法について説明する。なお、石炭灰はフライアッシュが用いられる。フライアッシュは、石炭を燃焼させたときに発生する石炭灰のうち、電気集塵機により捕集された微粉末の灰のことである。また、付着防止剤とは、固化造粒物表面の水をはじく性質を有するものであり、混練直後や仮置き時における固化造粒物同士の付着を防止するためのものである。
【００６３】
図１０に示す高速回転ドラム２０を用意する。この高速回転ドラム２０は、円筒状の混合ドラム２２の主軸２３に設けた攪拌羽根２４と、独立駆動チョッパー２５とを備えている。そして、上記固化造粒物Ｐ３の原料を混合ドラム２２に投入する。そして、攪拌羽根２４を８３ｒｐｍで５〜６分間高速回転させるとともに、独立駆動チョッパー２５を１５００ｒｐｍで５〜６分間高速回転させて粒度が２〜１０ｍｍの略球状の造粒物を形成する。
【００６４】
上記造粒物を混合ドラム２２から取り出し、約２０℃の下で約２８日乾燥させると、固化粒状物Ｐ３が得られる。この固化造粒物Ｐ３の物理特性を図７に示す。固化造粒物Ｐ３の粒度は細粒分が少なく、ほぼ２〜１０mmの範囲に分布し、平均粒径は５mmであり、ほぼ球状に形成されている。また、吸水率は約１５．７％であり、内部摩擦角はf≧３８°となり、高いせん断強度を有する。
【００６５】
次に、図３に示す配合比率で配合した固化造粒物Ｐ３、セメント及び水を公知のミキサによって混練し、混練物Ｐ５を得る。
【００６６】
そして、上記混練物Ｐ５を図８に示す振動成型機１の成型型枠２に充填する。そして、この混練物Ｐ４の上におもり４を載せることにより加圧した状態で、振動装置３を作動させて、振動締め固め処理を行う。これにより、骨材である固化造粒物Ｐ３同士がセメントをバインダとして結合し、ポーラスコンクリートＰ２−１が成型される。成形方法は、実施形態１と同様である。ここで、締め固めの際に振動と圧力とを加えることで、成型型枠２へのポーラスコンクリートＰ２−１の充填率が増し、骨材間の付着強度が向上する。そして、固化造粒物Ｐ３の吸水率が約１５．７％であるため、固化造粒物Ｐ３がセメント及び水と混練されたときに水分をある程度吸収する。このため、振動を加えても、骨材である固化造粒物Ｐ３とセメントペーストが分離し、セメントペーストが流れ落ちて空隙を埋めることがない。
【００６７】
上記の方法により製造されたポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度試験の結果を図１２に示す。ポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度の最高値は２１．５Ｎ／mm２となる。
【００６８】
−水質改善効果試験−
次に、本実施形態にかかるポーラスコンクリートＰ２−１の水質改善効果を調査するための試験の結果について説明する。なお、試験方法は、実施形態１と同様である。
【００６９】
図１３及び図１４に、水質調査の結果を示す。図１３（ｃ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す。生物への毒性が強いＮＨ４−Ｎの量が、ブロックを配置しない図１３（ａ）の場合は、ほとんど変化していないのに対して、図１３（ｃ）の場合は、減少している。図１４（ｃ）は、水槽１１内にポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合の、Ｏ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す。ブロックを配置しない図１４（ａ）の場合は、各量がほとんど変化していないのに対して、図１４（ｃ）の場合は、減少している。したがって、上記の結果より、ポーラスコンクリートＰ２−１により、水質浄化の効果が期待できると考えられる。
【００７０】
−実施形態２の効果−
したがって、本実施形態のポーラスコンクリートＰ２−１においては、骨材を内部摩擦角がf≧３８°であり、せん断強度の高い固化造粒物Ｐ３としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ２−１を提供することができる。
【００７１】
また、固化造粒物Ｐ３を略球状としているため、固化造粒物Ｐ３が骨材としてセメントをバインダにして結合したときに、骨材間に空隙が多く形成されるので、ポーラスコンクリートＰ２−１の空隙率を向上させることができる。
【００７２】
また、セメント量を抑えて、ポーラスコンクリートＰ２−１の強度を約１７．７Ｎ／mm２としている。このため、強度を保ちながら、セメント量を抑えたポーラスコンクリートＰ２−１を提供することができる。
【００７３】
また、混練物Ｐ５を加圧した状態で成型型枠２を振動させ、混練物Ｐ５を固化させている。このため、骨材である固化造粒物Ｐ３間の付着強度が向上することにより、ポーラスコンクリートＰ２−１の強度を向上させることができる。これとともに、固化造粒物Ｐ３が水分をある程度吸収し、セメントペーストが流れ落ちて空隙が埋まることがないため、ポーラスコンクリートＰ２−１の空隙率を向上させることができる。
【００７４】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７５】
すなわち、上記実施形態１では、ポーラスコンクリートＰ１は、全質量の６６％以上７６％以下のクリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下のセメントと、全質量の６％以上１１％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、クリンカアッシュとセメントと水とが混練されていればよい。
【００７６】
また、上記実施形態２では、ポーラスコンクリートＰ２は、全質量の６５％以上７５％以下の固化造粒物Ｐ３と、全質量の２０％以上２５％以下のセメントと、全質量の５％以上１０％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、固化造粒物Ｐ３とセメントと水とが混練されていればよい。
【００７７】
また、上記実施形態２では、固化造粒物Ｐ３は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰と、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とが混練されているものとしたが、他の配合比としてもよく、石炭灰とセメントとポリマーと付着防止剤と水とが混練されていればよい。
【００７８】
また、上記実施形態２では、固化造粒物Ｐ３は略球状であるものとしたが、他の形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明は、強度を保ちながら、空隙率を向上させるとともに、セメント量を抑えることができるので、ポーラスコンクリート及びその製造方法等について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態１に係るポーラスコンクリートＰ１を製造する方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態２に係るポーラスコンクリートＰ２を製造する方法を示すフローチャートである。
【図３】ポーラスコンクリートＰ１−１及びＰ２−１の製造に係る材料の配合比率を示す図である。
【図４】ポーラスコンクリートＰ１の材料の配合比率を示す図である。
【図５】ポーラスコンクリートＰ２の材料の配合比率を示す図である。
【図６】固化造粒物Ｐ３の材料の配合比率を示す図である。
【図７】固化造粒物Ｐ３の物理特性を示す図である。
【図８】振動成型機１の概略構成を示す図である。
【図９】試験装置１０を示す側面図である。
【図１０】高速回転ドラム２０を示す斜視図である。
【図１１】ポーラスコンクリートＰ１−１の圧縮強度試験結果を示す図である。
【図１２】ポーラスコンクリートＰ２−１の圧縮強度試験結果を示す図である。
【図１３】水槽１１内のＯ−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ及びＮＨ４−Ｎの各量の推移を示す図であり、（ａ）はブロックを配置しなかった場合、（ｂ）はポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合、（ｃ）はポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合のそれぞれの推移を示す。
【図１４】水槽１１内のＯ−Ｐ及びＰＯ４−Ｐの各量の推移を示す図であり、（ａ）はにブロックを配置しなかった場合、（ｂ）はポーラスコンクリートＰ１−１のブロックを配置した場合、（ｃ）はポーラスコンクリートＰ２−１のブロックを配置した場合のそれぞれの推移を示す。
【符号の説明】
【００８１】
Ｐ１ ポーラスコンクリート
Ｐ１−１ ポーラスコンクリート
Ｐ２ ポーラスコンクリート
Ｐ２−１ ポーラスコンクリート
Ｐ３ 固化造粒物
Ｐ４ 混練物
Ｐ５ 混練物
２ 成型型枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項２】
石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項３】
請求項１のポーラスコンクリートにおいて、
全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項４】
請求項２のポーラスコンクリートにおいて、
上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項５】
請求項２又は４のポーラスコンクリートにおいて、
上記固化造粒物は略球状であることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項６】
請求項２，４及び５のいずれか１つのポーラスコンクリートにおいて、
全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項７】
クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、
上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、
上記混練物を固化させる工程とを備えていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項８】
石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、
上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、
上記混練物を固化させる工程とを備えていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項９】
請求項７のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記混練物は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練されることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１０】
請求項８のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１１】
請求項８又は１０のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記固化造粒物は略球状に造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１２】
請求項８，１０及び１１のいずれか１つのポーラスコンクリートの製造方法において、
上記混練物は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練されることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１】
クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項２】
石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項３】
請求項１のポーラスコンクリートにおいて、
全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項４】
請求項２のポーラスコンクリートにおいて、
上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項５】
請求項２又は４のポーラスコンクリートにおいて、
上記固化造粒物は略球状であることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項６】
請求項２，４及び５のいずれか１つのポーラスコンクリートにおいて、
全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練されていることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項７】
クリンカアッシュを骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、
上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、
上記混練物を固化させる工程とを備えていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項８】
石炭灰にセメントとポリマーと付着防止剤と水とを加えて造粒した固化造粒物を骨材とし、該骨材とセメントと水とを混練する混練工程と、
上記混練工程で得られた混練物を型枠内に充填し加圧した状態で該型枠を振動させる工程と、
上記混練物を固化させる工程とを備えていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項９】
請求項７のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記混練物は、全質量の６６％以上７６％以下の上記クリンカアッシュと、全質量の１８％以上２３％以下の上記セメントと、全質量の６％以上１１％以下の上記水とが混練されることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１０】
請求項８のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記固化造粒物は、全質量の７０．９％以上８２．９％以下の石炭灰に、全質量の４％以上１１％以下のセメントと、全質量の０．０４％のポリマーと、全質量の０．０５％の付着防止剤と、全質量の１３％以上１８％以下の水とを加えて造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１１】
請求項８又は１０のポーラスコンクリートの製造方法において、
上記固化造粒物は略球状に造粒されていることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【請求項１２】
請求項８，１０及び１１のいずれか１つのポーラスコンクリートの製造方法において、
上記混練物は、全質量の６５％以上７５％以下の上記固化造粒物と、全質量の２０％以上２５％以下の上記セメントと、全質量の５％以上１０％以下の上記水とが混練されることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１９１３２５（Ｐ２００７−１９１３２５Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８６２２（Ｐ２００６−８６２２）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年８月２０日 社団法人土木学会発行の「第６０回年次学術講演会講演概要集（ＣＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５０４００２１９３）株式会社エネルギア・エコ・マテリア (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年８月２０日 社団法人土木学会発行の「第６０回年次学術講演会講演概要集（ＣＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５０４００２１９３）株式会社エネルギア・エコ・マテリア (24)
【Ｆターム（参考）】
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