保水性ブロックおよびペーパースラッジ灰を用いた低スランプ硬練り水硬性組成物
【課題】 吸水性および長期の保水機能を有する保水性ブロックおよびＰＳ灰の大量使用が可能な低スランプ硬練り水硬性組成物を提供する。
【解決手段】 産業廃棄物であるＰＳ灰を配合した超硬練りの即脱可能なコンクリートにより、保水性ブロックを製造する。セメントともに用いる単位ＰＳ灰量は１００〜３００ｋｇ／ｍ3とする。その他、吸水性の高いパーライトくずなどを配合する。中空ブロック製品への適用においては、超硬練りの即脱可能なコンクリートとして、単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ＰＳ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3となるようにＰＳ灰を配合することにより、高い製品強度が得られる。
【解決手段】 産業廃棄物であるＰＳ灰を配合した超硬練りの即脱可能なコンクリートにより、保水性ブロックを製造する。セメントともに用いる単位ＰＳ灰量は１００〜３００ｋｇ／ｍ3とする。その他、吸水性の高いパーライトくずなどを配合する。中空ブロック製品への適用においては、超硬練りの即脱可能なコンクリートとして、単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ＰＳ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3となるようにＰＳ灰を配合することにより、高い製品強度が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路舗装材などとして用いられるとしての保水性に優れた保水性ブロックおよびその製造に適したペーパースラッジ灰を用いた低スランプ硬練り水硬性組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ペーパースラッジとは、製紙原料のうち紙にできなかった微細繊維や、タルク、カオリンなどの填料、および古紙混入異物などからなる製紙汚泥である。このペーパースラッジを焼却した灰がペーパースラッジ灰（以下、ＰＳ灰という）である。一般的にＰＳ灰は、製紙会社から最も多く排出される廃棄物であり、ＰＳ灰の再資源化は大変重要である。
【０００３】
これまでのＰＳ灰の再資源化の例としては、土壌改良材、セメント原料、製鉄保温材などへの利用が知られている。そのようなＰＳ灰の再資源化に関する従来技術としては、特許文献１、２記載の発明などがある。
【０００４】
産業廃棄物としてのＰＳ灰の大量使用の目的で、ＰＳ灰をモルタルあるいはコンクリートに大量に混入することを考えた場合、ＰＳ灰は吸水率が高いため流動性の低下が問題となる。そこで、本願の発明者らは、低スランプ硬練り水硬性組成物、特にいわゆる即脱可能なスランプゼロの超硬練りコンクリートへの適用の可能性を検討した。
【０００５】
その場合のコンクリート製品としての適用対象としては、例えば中空ブロックやＰＳ灰の吸水性を活かした保水性ブロックへの適用が考えられる。
【０００６】
保水性ブロックは、道路舗装材などとして用いられており、透水性ブロックのように雨天時、雨水を吸い込むため、水溜りができず快適な歩行が可能であるだけでなく、水を保持する機能があるため、晴天時に水分を放出することにより、路面の温度を下げ、これにより、ヒートアイランド現象を緩和し、熱帯夜を低減するという効果がある。
【０００７】
そのような保水性ブロックに関する従来技術としては、特許文献３、４、５記載の発明などがある。
【０００８】
【特許文献１】特許２７４２８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４０３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６７７２号公報
【特許文献４】特開２００３−２６８７０６号公報
【特許文献５】特開２００５−０３５８０１号公報
【非特許文献１】安田浩二、「下水汚泥溶融スラグを細骨材として用いたコンクリートの諸性状改良に関する研究」、宇都宮大学卒業論文、2004年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように廃棄物としてのＰＳ灰の再資源化の研究がなされているが、廃棄物を減らす目的からは、従来以上に大量使用が可能であることが望ましい。一方、モルタルやコンクリートへの大量混入は、製品としての質や、強度の低下の問題があり、用途も限定される。
【００１０】
また、適用対象の一つと考えられる保水性ブロックについては、必要な強度を確保した上で、吸水性に優れ、かつ長期に渡り保水機能が維持されることが要求される。
【００１１】
本発明は上述のような背景のもとになされたものであり、吸水性および長期の保水機能を有する保水性ブロックおよびＰＳ灰の大量使用が可能な低スランプ硬練り水硬性組成物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、水硬性組成物からなる多孔質の保水性ブロックにおいて、絶乾状態のブロック全体を水中に浸して２４時間吸水させた後の単位体積当たりの保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、絶乾状態のブロックの下端部を水に浸し３０分経過した後のブロックの質量Ｍ30と十分に湿潤状態としたときのブロックの質量Ｍcwの比の百分率（Ｍ30／Ｍcw）×１００％としての吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上であり、十分に湿潤状態とした状態から１００〜１１０℃で加熱して絶乾状態となるまでの湿潤−絶乾時間が４８時間以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上というのは、保水性舗装ブロック品質規格検討委員会による平成１７年７月の「保水性舗装用コンクリートブロック品質規格」にその試験方法とともに規定された数値であり、製品として出荷するのに必要な要件となる。
【００１４】
従来の保水性ブロックの湿潤−絶乾時間は、せいぜい２４時間程度であるのに対し、請求項１は従来の保水性ブロックの約２倍以上となる４８時間以上を限定要件としたものである。
【００１５】
後述する実験結果においては、保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上という規格を満たすものおよび規格に近い性能を示すものについて、湿潤−絶乾時間として１２０時間が実証されており、実際の舗装に用いた場合でも夏の炎天下において従来の保水性ブロックと比較してはるかに長期の保水性維持効果が期待できる。湿潤−絶乾時間の具体的な測定手法の一例は発明を実施するための最良の形態の項で述べることとする。
【００１６】
なお、保水性ブロックにおいてＰＳ灰を用いること、あるいはＰＳ灰を用いる場合のその量については限定されない。
【００１７】
請求項２は、請求項１に係る保水性ブロックにおいて、前記水硬性組成物は、セメント、パーライトくずおよびペーパースラッジ灰が配合された超硬練りの即脱可能なコンクリートであり、前記ペーパースラッジ灰について単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3であることを特徴とするものである。
【００１８】
後述する実験結果において、単位ＰＳ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3を配合した超硬練り即脱可能なコンクリートが請求項１の要件を満たすことを確認しているが、廃棄物としてのＰＳ灰の大量混入により、廃棄物の処理を兼ねた効率的な再資源化が図れる。また、高い吸水性を有するパーライトくずの配合によっても保水性能の向上が期待できる。
【００１９】
請求項３は、請求項２に係る保水性ブロックにおいて、前記パーライトくずについて単位パーライトくず量が３００ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
パーライトくず自体が高い吸水性を有しており、後述する実験結果からも単位パーライトくず量を３００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、ＰＳ灰の吸水効果と相俟って、従来の保水性ブロックに比べ非常に優れた保水性能が期待できる。
【００２１】
請求項４に係る低スランプ硬練り水硬性組成物は、単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3以上、かつ単位ＰＳ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3の範囲でＰＳ灰を配合したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４は、具体的な用途が特定されない主として超硬練り、いわゆるスランプ０のの即脱可能なコンクリートとしての水硬性組成物を限定したものであり、大量のＰＳ灰を再生資源として有効利用しつつ、同水準の配合においてＰＳ灰を配合しないものと同等以上の圧縮強度のコンクリートを得ることができる。
【００２３】
単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3より小さくなると圧縮強度低下が大きくなる恐れがある。単位ＰＳ灰量が１００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、超硬練りの即脱可能なコンクリートとして十分利用可能となるが、単位ＰＳ灰量が３００ｋｇ／ｍ3を越えると型枠への充填性が損なわれるなど成型が困難となる恐れがある。
【００２４】
請求項５は、具体的な用途が特定されない主として超硬練りの即脱可能なコンクリートとしての水硬性組成物として、さらに好ましい範囲を限定したものであり、単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ＰＳ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3の範囲でＰＳ灰を配合したことを特徴とするものである。
【００２５】
後述する実験において、上記の範囲であれば同水準の配合においてＰＳ灰を配合しないものに対し、１．５倍以上の圧縮強度を持つコンクリートができることが確認された。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、吸水性および長期の保水機能を有する優れた保水性ブロックが得られ、また用途の特定されない低スランプ硬練り水硬性組成物として、廃棄物であるＰＳ灰を大量に有効利用しつつ、強度的に優れた即脱可能なコンクリートが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の最良の実施形態を求めるため、実験を行ったので、以下にその詳細を既述する。
【００２８】
１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状
１−１．実験の概要
既往の研究では、ＰＳ灰をコンクリ−ト用混和材として使用する際、ＰＳ灰の主成分であるシリカ（SiO2）およびアルミナ（Al2O3）によるポゾラン反応によって強度増加が期待できる。しかしながら、ＰＳ灰の大量使用を目的とした配合選定は行われていないのが現状である。そこで、まずモルタルにおいてＰＳ灰を混和した場合の強度特性を以下のように段階的に把握することとした。
【００２９】
(1) ＰＳ灰をセメントに置換した際のＰＳ灰強度寄与の把握
(2) 単位セメント量一定でＰＳ灰を細骨材に置換した際の強度特性の把握
(3) ＰＳ灰をセメント、細骨材両方に置換した際の強度特性の把握
これらの実験を行うことにより、モルタルにおいてＰＳ灰の大量使用を可能とする置換方法および置換量の選定を行う。また、(1)の実験においては、養生条件の違いによる強度の変化を調べるために、養生条件を変えた場合についても実験を行った。
【００３０】
１−２．使用材料
以下の実験における使用材料を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
実験で使用したＰＳ 灰の化学成分を表２に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
１−３．ＰＳ灰セメント置換実験
１−３−１．配合条件および示方配合
配合条件は、水セメント比Ｗ／Ｃ＝３０％、セメントと細骨材の体積比Ｃ：Ｓ＝１：１とし、ＰＳ灰をセメントに対して、20、40、60、80％内割で体積置換した４配合、および比較用としてＰＳ灰無混入のものを加えた計５配合について試験を行った。比較用配合において０打フロー１１０±１０ｍｍ、１５打フロー１３０±２０ｍｍ、空気量２．０±１％となるように混和剤により調整した。
【００３５】
表３に配合表を示す。また、強度寄与率算出のため、各配合におけるＷ／ＣおよびＷ／Ｂと同値のＷ／ＣとしたＰＳ無混入プレーンモルタルを作成した。
【００３６】
【表３】
【００３７】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2h（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/h、最高温度保持時間24hとする。最高温度は60℃、80℃、100℃の３水準による強度の変化を確認した。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【００３８】
１−３−２．練り混ぜ方法
ミキサーはホバ−ト型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【００３９】
１−３−３．試験項目および試験方法
(1) モルタルフロー試験
スランプフロー試験は「JIS R 5201−1997（2002 確認）セメントの物理試験方法」に準じて行った。
【００４０】
練り混ぜたモルタルを乾燥した布でよくぬぐったフローテ−ブル上の中央の位置に正しく置いたフローコ−ンに２層に詰める。各層は、突き棒の先端がその層の約１／２の深さまで入るよう、全面にわたって各々１５回突き、最後に不足分を補い表面をならす。直ちにフローコ−ンを正しく上の方に取り去り、モルタルが広がった後の径を最大と認める方向と、これに直角な方向とで測定し、その平均値をスランプフロー値とした。
【００４１】
(2) 空気量試験
空気量試験は「JIS A 1116−1998 フレッシュコンクリ−トの単位質量試験方法および空気量の質量による試験方法（質量法）」に準じて行った。
【００４２】
(3) 圧縮強度試験
圧縮強度試験は「JIS−A−1108−1999 コンクリ−トの圧縮強度試験方法」に準じて行った。蒸気養生については脱型１日強度、気中養生については材齢１４日について圧縮強度試を行った。また、供試体寸法より見かけ密度の算出を行った。
【００４３】
１−３−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
ＰＳ灰量の増加に伴い、所定のスランプフローを得るために必要な高性能減水剤添加量は増加した。特に、ＰＳ灰置換率60％以上では、高性能減水剤添加量を増加させてもその効果が確認されず、流動性を得ることができなかった。
【００４６】
ＰＳ灰置換率60％のモルタルではテーブルバイブレーターを用いて型枠へ充填する必要があり、ＰＳ灰置換率80％のモルタルにいたっては、振動加圧を行わなければ型枠への充填が困難であった。これは吸水率の高いＰＳ灰が多く入ることで余剰水がなくなったために流動性が失われたことが原因と考えられる。
【００４７】
また、ＰＳ置換率60％以上においては消泡剤の効果が確認されず、空気量が増大した。これは、型枠への充填が困難であったことより、連続気泡が多く存在していると考えられる。
【００４８】
ここで硬化したコンクリ−トの見かけ密度を算出した。単位ＰＳ灰量が増えるにつれて密度は低下した。ＰＳ灰置換率80％ではプレーンモルタルより２割ほど減少した。これは、ＰＳ灰の密度がセメントの密度の７割ほどであるためである。
【００４９】
(2) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験結果を表５に示す。表４より、空気量の変化にばらつきがあるため、「空気量１％増加すると、圧縮強度は５％減少する」とし、それぞれの養生温度におけるＰＳ灰置換率０％のときの空気量を基準として補正を行った。補正後のＰＳ灰の置換率と圧縮強度の関係を図１、図２に示す。
【００５０】
【表５】
【００５１】
図１、図２より、養生温度に関わらずＰＳ置換率20％までは無置換のプレーンモルタルと同等の圧縮強度を得られたが、ＰＳ置換率20％以降においては、ＰＳ置換率の増加に伴い直線的に圧縮強度が低下することが確認された。これは初期強度、１４日強度で同じような傾向を示した。強度低下の原因は、ＰＳ灰が十分に結合材として反応しなかったと考えられる。そこでＰＳ灰の強度寄与率を算出する。
【００５２】
強度寄与率は以下の式(1)で定義する。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここで、
ＰW/C：各配合におけるＷ／Ｃと同値のＷ／ＣとしたＰＳ灰無混入プレーンモルタル
ＰW/B：各配合におけるＷ／Ｂと同値のＷ／ＣとしたＰＳ灰無混入プレーンモルタル
強度寄与率算出のため、ＰW/C 、ＰW/Bにおける圧縮試験結果を表６に、Ｃ／Ｗと圧縮強度の関係を図３、図４に示す。
【００５５】
【表６】
【００５６】
図４においてＣ／Ｗと圧縮強度の関係を回帰し、各養生温度における強度算定式を求めることによりＰW/C−40、ＰW/C−60、ＰW/C−80 の圧縮強度を予測し、強度寄与率を算出した。算出結果を表 3−7 に示す。
【００５７】
【表７】
【００５８】
図５、図６より、強度寄与率は養生温度に関わらず、ＰＳ置換率の増加に伴いほぼ直線的に低下する傾向を示した。ＰＳ置換率20％〜40％においては、結合材として約70％以上機能しているが、ＰＳ置換60％以上では、結合材として20％〜65％しか機能していないことが確認された。
【００５９】
このことから、ＰＳ灰をセメンに置換する際には40％程度までが強度的に限界であると考えられる。したがって、十分な強度を得るためにはポゾラン反応を起すのに必要な水酸化カルシウムを得るために、ある程度の単位セメント量が必要であると考えられる。
そこで、次に単位セメント量を変えずにＰＳ灰を細骨材に置換した実験を行うこととした。
【００６０】
１−４．ＰＳ灰細骨材置換実験
１−４−１．配合条件および示方配合
配合条件は、セメント置換と同様とし、ＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、10、20、30％体積置換した３配合および比較用としてＰＳ灰無混入のものを加えた計４配合について試験を行った。ＰＳ灰無混入の配合において０打フロー110±10ｍｍ、１５打フロー130±20ｍｍ、空気量2.0±1.0％となるように混和剤により調整した。表８に配合表を示す。
【００６１】
【表８】
【００６２】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2ｈ（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24hとした。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【００６３】
１−４−２．練り混ぜ方法
１−３−２と同様。
【００６４】
１−４−３．試験項目および試験方法
１−３−３と同様。
【００６５】
１−４−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表９に示す。
【００６６】
【表９】
【００６７】
セメント置換と同様にＰＳ灰置換量が増えるにつれて所定のスランプフローを得るために必要な高性能減水剤の量が増えて行った。また、ＰＳ灰の単位量と高性能減水剤の量の関係は、セメント置換と同程度となっている。これにより、ＰＳ灰の単位量によって高性能減水剤の量を決めることができることがわかった。
【００６８】
また、今回の実験ではＡＥ剤を添加しなかったためＰＳ灰の量の増加と共に空気量は著しく増加した。ＰＳ灰の一番多いPS−S30 においてはプレーンモルタルの空気量の約３倍になった。
【００６９】
密度においてもセメント置換同様に減少傾向が確認された。一番ＰＳ灰が多い配合において、プレーンモルタルより１５％ほどの減少が見られた。
【００７０】
(2) 圧縮強度試験結果
空気量が一定でないためにセメント置換と同様に補正を行った。圧縮強度試験結果、および圧縮強度比を表１０に示す。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
図７より、ＰＳ灰の置換量と共に圧縮強度は直線的に増加することが確認された。全ての置換率で初期強度において10％以上、１４日強度において３０％〜４０％の強度の増加が見られた。この結果から１４日での強度の伸びがプレーンモルタルよりも大きいことが確認された。これは、ＰＳ灰の主成分であるシリカ(SiO2)およびアルミナ（Al2O3）とセメントの水和によって生じた水酸化カルシウムとのポゾラン反応によるものである。
【００７３】
また、セメント置換ではＰＳ灰量の増加に伴い、十分な水和が起こらなかったために細骨材に置換したもののような強度の増加が見られなかったと考えられる。
【００７４】
これらの結果よりセメント、細骨材の両方にＰＳ灰を置換することによってＰＳ灰を大量に使用しながら、プレーンのモルタルと同等の強度を得られる可能性を見出せた。そこでセメント、細骨材の両方に置換したモルタルの実験を次のシリ−ズで行うこととした。
【００７５】
１−５．ＰＳ灰セメント細骨材置換実験
１−５−１．配合条件および示方配合
配合条件は、セメント置換と同様とし、ＰＳ灰をセメントに対して、30、40、50％内割で体積置換した３水準およびＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、0、10、20、30、40％内割体積置換した５水準の計１５配合について試験を行った。表１１に配合表を示す。
【００７６】
また、養生条件は細骨材置換と同様とする。
【００７７】
【表１１】
【００７８】
１−５−２．練り混ぜ方法
１−３−２と同様。
【００７９】
１−５−３．試験項目および試験方法
１−３−３と同様。
【００８０】
１−５−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表１２に示す。
【００８１】
【表１２】
【００８２】
フレッシュ性状としては、前の二つの実験と同様に所定のモルタルフローを得るために必要な高性能減水剤の量は置換量の増加と共に増えた。ここで高性能減水剤の添加率の上限を粉体量の5.0％として実験を行ったために5.0％添加して流動性を得られなかったC50−S40では実験を行わなかった。
【００８３】
また、単位ＰＳ灰量が同じである配合においては同程度の高性能減水剤の添加率となっている。また、セメント置換と同様に単位ＰＳ灰量462g/L以上において振動締め固めによる型枠への充填が、617g/L以上において振動加圧による型枠への充填が必要となった。
【００８４】
空気量についてもそれまでの実験同様にＰＳ灰の量の増加とともに増えていった。特に、一番空気量が多いC40−S40の配合ではプレーンモルタルの約４倍の空気量となった。
【００８５】
密度についてもそれまでの実験同様、単位ＰＳ灰量の増加と共に減少傾向が見られた。最も減少したもので1.94g/cm3でプレーンモルタルより10％ほどの減少が見られた。
【００８６】
プレーンモルタルからの空気量の増加量、密度の減少量を表１３に示す。
【００８７】
【表１３】
【００８８】
(2) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験結果を表１４に示す。
【００８９】
【表１４】
【００９０】
ＰＳ灰置換率と圧縮強度の関係を図９、図１０に、圧縮強度比との関係を図１１、図１２に、単位ＰＳ灰量と圧縮強度の関係を図１３、図１４に示した。 図９よりセメント置換量一定のもとで細骨材置換量を変化させていくと、初期の圧縮強度にピ−クがあることが分かった。
【００９１】
また、いずれのピ−クも単位ＰＳ灰量462g/Lであり、いずれのピ−クもプレーンモルタルの圧縮強度に近い値を示している。これは、ＰＳ灰の置換量が増えるにつれて、流動性が低下することにより充填不良を起したためにピ−クが発生すると考えられる。また、特に最も単位ＰＳ灰が多く、単位セメント量の少ないC50−S30ではプレーンモルタルの３０％ほどまで圧縮強度が低下している。
【００９２】
１４日強度ではピ−クが単位ＰＳ灰量385ｇ/Lに変化した。これは、ＰＳ灰のポゾラン反応が初期強度でピ−クになったものより単位セメント量が多い配合でより行われたためと考えられる。また、ここで圧縮強度比をみると充填が不十分であったC50−S30を除いては、すべての配合で１．０に近い値を示しているかもしくは1.0を超えている。これは、ポゾラン反応による長期強度の伸びによるものである。
【００９３】
１−６．まとめ
ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状を以下にまとめる。
【００９４】
(a) セメント置換、細骨材置換のどちらの場合においてもＰＳ灰添加量が増えるに従い、所定のスランプフローを得るのに必要な混和剤の量が増えた。特に単位ＰＳ灰量が462g/L以上になると振動締め固めでの型枠の充填が必要となる。
【００９５】
(b) 単位ＰＳ灰量の増加に伴い、空気量は増大する傾向が確認された。また、単位ＰＳ灰量462g/L以上では消泡剤の効果が確認されない。
【００９６】
(c) 単位ＰＳ灰量の増加に伴いモルタルの密度は低下する傾向が確認された。
【００９７】
(d) セメント置換の場合において、置換量が20％以下だとプレ−ンモルタルと同等の強度が確認された。これより大きい場合において、強度は直線的に減少する。
【００９８】
(e) セメント置換におけるＰＳ灰の圧縮強度寄与率は、20％〜40％においては、結合材として約70％以上機能しているが、ＰＳ置換率60％以上では、結合材として20％〜65％程度しか機能していないことが確認された。
【００９９】
(f) 細骨材置換において、ＰＳ灰の置換量が増えると共に強度は直線的に増加する。14日強度では30％以上の増加が期待できる。
【０１００】
(g) セメント、細骨材の両方に置換すると、圧縮強度にピ−クが確認された。これは、セメント、細骨材の置換率に関係なく単位ＰＳ灰量462g/Lであった。
【０１０１】
(h) セメント、細骨材の両方に置換すると、14日強度において最も強度が伸びるのは、セメント、細骨材の置換率に関係なく単位ＰＳ灰量365g/Lであった。
【０１０２】
(i) セメント、細骨材の両方に置換すると、14日強度において振動加圧を必要とする配合を除いて、プレーンモルタルの強度より大きくなる。
【０１０３】
２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状
２−１．概要
「１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状」の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することによって、モルタルの流動性が失われることが分かった。
【０１０４】
そこで、ＰＳ灰をスランプゼロの超硬練りコンクリートの即脱製品をターゲットに、ＰＳ灰をコンクリートに置換し、そのときの強度特性を求めることとした。
【０１０５】
そこで、まず、一般的な製品に用いられるコンクリートにＰＳ灰を置換することによってできる超硬練りコンクリートの強度特性の把握を行った。また、超硬練りコンクリートのフレッシュ性状評価法として簡易的な締固め性試験を行った。
【０１０６】
２−２．使用材料
１−２と同様とする。
【０１０７】
２−３．配合条件および示方配合
基本配合を表１５に示す。
【０１０８】
【表１５】
【０１０９】
配合条件は、基本配合を元にＰＳ灰をセメントに対して、0、10、20、30、40、50％内割で体積置換した６水準およびＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、0、10、20、30、40、50％内割体積置換した６水準の計３６配合について試験を行った。
【０１１０】
表１６に配合表を示す。混和剤の添加率は振動加圧により型枠に充填できる程度とした。ただし、混和剤の添加量の上限を５％とし、５％添加して振動加圧できないものについては試験を行わないものとする。
【０１１１】
養生条件は、前置き時間2ｈ、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24ｈとした。
【０１１２】
【表１６】
【０１１３】
２−４．練り混ぜ方法
ミキサーは、１０Ｌオムニミキサーを用いた。混練時間は材料投入後３０秒間とした。また、練混ぜ時間は水投入後３６０秒間とした。
【０１１４】
２−５．試験項目および方法
(1) スランプ試験
「コンクリートのスランプ試験方法（JIS A 1101）」に準じて行った。
【０１１５】
(2) 空気量試験
空気量試験は、「JIS A 1116−1998フレッシュコンクリートの単位質量試験方法および空気量の質量による試験方法（質量法）」に準じて行った。
【０１１６】
(3) 簡易締固め性試験
超硬練りコンクリートの充填性の評価として、同一振動、加圧条件下での充填性と時間の関係を以下の様に測定することで評価することとした。
(a) テーブルバイブレーター上にΦ10×20cmの型枠を設置、固定する。
(b) 型枠に試料（1.8kg）をつめて、表面を整える。
(c) 型枠上面からの高さを４点測定する（初期値）。
(d) おもりを載せて振動を5、20、60、120、180、300秒かける。
(e) 各振動時間においておもりをはずし、４点で高さをはかる。
(f) 充填率を算出する。
【０１１７】
(4) 圧縮強度試験
「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。蒸気養生については脱型１日強度について圧縮強度試験を行った。また、供試体寸法より見かけ密度の算出を行った。
【０１１８】
２−６．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表１８に示す。
【０１１９】
基本配合ではＳＬ１０±２cmを目標としたがＰＳ灰を置換すると、コンクリートの流動性が失われスランプを確保することが困難であった。したがって、混和剤によりスランプの調整を行うことは困難であるため、テーブルバイブレーターにより振動を与えることによって成型が可能となるよう、混和剤の調整を行った。
【０１２０】
なお、混和剤添加量の上限値を５％としており、表１７に成型の可、不可を示した。
【０１２１】
【表１７】
【０１２２】
ここで、セメント置換率０％、細骨材置換率50％の配合において振動加圧成型を行った際に成型ができたものの、空気量が１４％とかなり大きいものになってしまったため、これも成型の限界とし、この配合と同様の性状を示したものについては成型不可とした。成型可能であったのは単位ＰＳ灰量３００ｋｇ/ｍ3以下であった。
【０１２３】
【表１８】
【０１２４】
フレッシュ試験の結果から、モルタル試験同様にＰＳ灰添加量の増大に伴いコンクリートの流動性は低下することが確認された。特に単位ＰＳ灰量１００ｋｇ/ｍ3を超える配合においては、スランプゼロの超固練りコンクリートとなった。
【０１２５】
これは「１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状」で述べたのと同様に、吸水率の高いＰＳ灰が多く入るためにフレッシュコンクリート中の余剰水が減ることによると考えられる。
【０１２６】
空気量については、モルタル試験の際に見られたような、顕著な増加傾向は確認されなかった。型枠の充填が可能な範囲において、１〜３％程の範囲に入っている。しかしながら、ＰＳ灰の混入量が２５０ｋｇ/ｍ3を超える配合では空気量が他の配合に比べて大きくなる。
【０１２７】
これは振動加圧による型枠への充填を行ったため、充填性の良し悪しにより空気量に差がでたと考えられる。このことから、同じスランプ０の配合でも充填性に違いがでるため超硬練りコンクリートの性状評価をする必要があった。
【０１２８】
密度についても、モルタル試験のような顕著な減少傾向は確認されなかった。減少の割合は一番大きいもので無混入のものより３％ほど減少している。これは、モルタル試験よりも単位ＰＳ灰量が多くないために、それほど大きな減少が見られなかったと考えられる。
【０１２９】
ここで、超硬練りコンクリートのフレッシュ性状を評価するため締固め性試験を行った。この結果から超固練りコンクリートの充填率とそれに要する時間により、超固練りコンクリートの充填性を評価した。ここで、充填率が１００％を超える配合があった。これは試験を行った際に振動加圧により水分がコンクリート表面に出て、型枠から抜けたためである。
【０１３０】
試験結果を図１５〜図２０に示す。単位セメント量ごとに６シリーズに分けて図に記した。いずれのシリーズにおいても単位ＰＳ灰量が増えるにつれて、充填に有する時間が長くなったため、充填性が悪くなったと考えられる。
【０１３１】
特にC0S50、C10S40、C40S30の3配合においては、１００％充填しなかった。これらの配合はいずれも単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3以上であるため、このことからも成形性の限界が単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3であることが確認できた。
【０１３２】
この試験結果から、コンクリート製品を製造する際は、同一の振動加圧条件でコンクリートの成型を行うため、充填性が良いものでは単位水量を減らすことが可能である。
【０１３３】
(2) 圧縮強度
圧縮強度試験結果を表１９に示す。表１７より、空気量の変化にばらつきがあるため、モルタル試験同様に「空気量１％増加すると圧縮強度は５％減少する」とし、ＰＳ灰置換率０％のときの空気量を基準として補正を行った。
【０１３４】
表１９で得られた圧縮強度のデータを強度別に見てみると、プレーンである置換量０での圧縮強度30.81N/mm2を下回るものは、成型が不可能であったもの（セメント置換率０％、細骨材置換率50％)を除けば、単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以下もしくは単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以下であった。その他の配合では無混入コンクリートよりも強度が強くなった。
【０１３５】
これはＰＳ灰のポゾラン反応によるものであり、極端にセメント量が少ない場合には水和反応の際に生成される水酸化カルシウムが少なく、ポゾラン反応が十分に起こらないために強度が低下したと考えられる。
【０１３６】
また、最も強度が出た配合はC0-S40であり、無混入コンクリートの２．４倍ほどの強度であった。この配合を中心に強度は下がっていく傾向にある。これにより、ＰＳ灰混入コンクリートにおいてはＰＳ灰の添加量と、ＰＳ灰のポゾラン反応を起すために必要なセメント量の関係がコンクリートの圧縮強度増進に効果があると考えられる。
【０１３７】
この結果と成型が可能と考えられる単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3程度を踏まえると、単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲でＰＳ灰をコンクリートに混入させた場合においては、プレーンコンクリート以上の圧縮強度をもつコンクリートができることが分かった。特に、単位セメント量３００±２０ｋｇ／ｍ3でかつ単位ＰＳ灰量２００±４０の配合においてはプレーンコンクリートの１．５倍以上の圧縮強度を持つコンクリートができることが確認された。
【０１３８】
【表１９】
【０１３９】
２−７．まとめ
(a) ＰＳ灰用いたコンクリートにおいて振動加圧による成型可能であったのは単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3であった。
(b) モルタル試験同様にＰＳ灰添加量の増大に伴いコンクリートの流動性は低下することが確認された。特に単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3を超える配合においては、スランプゼロの超固練りコンクリートとなった。
(c) 空気量は、振動加圧による充填性が確保される配合においては、無混入のものと同等の値を示す。
(d) 密度は、１％〜３％程度の減少が確認された。
(e) ＰＳ灰量が増えるにしたがって、充填に要する時間が長くなることが確認された。特に単位ＰＳ灰量が３００ｋｇ／ｍ3を超えると充填性は著しく悪くなる。
(f) 圧縮強度は、単位セメント量２００ｋｇ/ｍ3以下もしくは単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以下の配合においては無混入のものより強度が低下する。
(g) 単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲でＰＳ灰をコンクリートに混入させた場合においては、プレーンコンクリート以上の圧縮強度をもつコンクリートができる。
(h) 単位セメント量３００±２０ｋｇ／ｍ3でかつ単位ＰＳ灰量２００±４０ｋｇ／ｍ3の配合においてはプレーンコンクリートの１．５倍以上の圧縮強度増加が確認された。
【０１４０】
以上の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することにより、圧縮強度の強い超硬練りコンクリートを作ることができることが確認できた。また、コンクリート二次製品に適用することを考えると、強度増加は維持できればよいため、さらにセメントを減らし、ＰＳ灰量を増やすことができると考えられる。
【０１４１】
これにより、ＰＳ灰大量使用およびセメント量の削減によるコスト低下が望め、さらに密度も軽くなるため、運送コストも減らすことが可能になる。
【０１４２】
３．ＰＳ灰を用いたコンクリート二次製品への適用
３−１．概要
「２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状」の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することにより、圧縮強度の強い超硬練りコンクリートを作ることができた。また、コンクリート二次製品に適用することを考えると、強度増加は維持できれば良いため、さらにセメントを減らし、ＰＳ灰量を増やすことができる。
【０１４３】
これにより、ＰＳ灰大量使用およびセメント量の削減によるコスト低下が望め、さらに密度も軽くなるため、運送コストも減らすことが可能になると考えられた。
【０１４４】
そこで、中空ブロックを対象としてＰＳ灰を最も多く使い、かつセメント量をなるべく減らすことのできる配合を選定し、製品工場の実際の製造方法を用いた実験を行った。
【０１４５】
また、吸水性に優れているというＰＳ灰の特徴を生かして、保水性に優れたインターロッキングブロック（以下、ＩＬＢという）の開発も行った。保水ＩＬＢは雨水を吸い込むことで、雨天時の転倒の防止効果だけでなく、溜め込んだ水分を晴天時に放出することができるため、ヒートアイランド現象の緩和にもつながる非常に優れたＩＬＢである。
【０１４６】
３−２．中空ブロックへの適用
超硬練りコンクリートの即脱製品への適用として中空ブロックをターゲットに実際の工場の製品ラインを用いた実験を行い、その性能の評価をした。この際中空ブロックにおいて強度は一般のコンクリートより小さくて良いため、前述の単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲よりもさらにセメント量を減らしたものについて、実験室で配合を選定し、実際の工場において実験を行った。
【０１４７】
３−２−１．使用材料
中空ブロックにおける使用材料を表２０に示す。
【０１４８】
【表２０】
【０１４９】
３−２−２．配合選定
(1) 使用配合
工場で製品に適用する配合の選定を以下で行った。配合選定は、コンクリート中空ブロックの圧縮強度の規格値８Ｎ／ｍｍ2以上となり、かつＰＳ灰を大量に使用できるような配合を選定した。そのため、成型可能である単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3としてセメント量２００ｋｇ／ｍ3から段階的に減らす配合で実験を行い圧縮強度の評価を行った。
【０１５０】
表２１に配合表を示す。
【０１５１】
【表２１】
【０１５２】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2ｈ（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24hとした。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【０１５３】
(2) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１５４】
(3) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。材齢は蒸気養生１日と気中養生１４日とした。
【０１５５】
表２２に圧縮強度試験結果を示す。
【０１５６】
【表２２】
【０１５７】
(4) 試験結果および考察
図２１より、セメント量を減らしていくと強度が減少して行った。しかし１４日強度では、全ての配合において、コンクリート中空ブロックの規格である８Ｎ／ｍｍ2を満たしている。
【０１５８】
また、セメント量１５０ｋｇ／ｍ3、１２５ｋｇ／ｍ3においては、基本配合と同等の圧縮強度が得られた。密度においても基本配合と比べて、１割程度の減少が確認された。これにより、目的に合う配合の選定ができた。
【０１５９】
３−２−３．製品工場実験
(1) 使用配合
表２３に製品工場で実験を行った配合を示す。配合選定の結果から、十分に規定の圧縮強度を満たした単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3、１５０ｋｇ／ｍ3および規定値の範囲ぎりぎりである単位セメント量１００ｋｇ／ｍ3の３配合に、(4)、(5)の２配合を加え、合計５配合について、実験を行った。
【０１６０】
【表２３】
【０１６１】
＊工場では、フレッシュ性状の補正を水量で行っている。表中の水量の（）内に示した値は、実験時の水量である。
【０１６２】
(2) 養生条件
蒸気養生とし、前置き時間１ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間４ｈ、自然温度降下とした。
【０１６３】
(3) 試験項目および目標値
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。試験は気中養生材齢６日で行った。圧縮強度は中空ブロックの規格値である８Ｎ／ｍｍ2を目標とした。
【０１６４】
(4) 試験結果および考察
表２４に圧縮強度試験結果を示す。
【０１６５】
【表２４】
【０１６６】
製品のラインに流す際に、単位水量を変化させることでフレッシュ性状の調整を行うが、(4)、(5)の配合に比べて(1)〜(3)の配合では、ラインに流すのに必要な水量が多くなった。これは、ＰＳ灰量が多いため、水量が多くなったと考えられる。
【０１６７】
しかし、(3)の配合以外では、圧縮強度の規格値である８Ｎ／ｍｍ2を超えた。この結果から、今回行った配合のうち(1)、(2)および(4)、(5)については、十分実製品として適用できると考えられる。
【０１６８】
特に、実験室で配合選定を行った配合についての適用性が確認されたため、超硬練りコンクリートにおいて、ＰＳ灰の大量使用が可能であることが分かった。しかし、(2)、(3) の配合では、即脱後養生室までの運搬時にクラックが生じるものがあった。特に(3)の配合ではクラックが多く確認された。
【０１６９】
３−３．インターロッキングブロックへの適用
３−３−１．使用材料
表２５に使用材料を示す。
【０１７０】
【表２５】
【０１７１】
＊パーライトくず：パーライトは、真珠岩等水分を含むガラス質流紋岩類を粉砕後、高温で焼成発泡させたものである。非常に軽量で、膨張させると多孔質構造、高い吸水性、断熱性などの特性を発揮する。今回使用しているパーライトくずとは、パーライトを生成する際に、発泡せずにパーライトとして使用できないものである。しかしながら、パーライトくずについても高い吸水性が確認されているため、保水性能を付加するために用いた。
【０１７２】
＊下水汚泥溶融スラグ：汚泥焼却灰を溶融スラグ化したもので、水中で急冷された水砕スラグは細砂状であるため、砂の代替品として埋め戻し材やコンクリート用細骨材等に使用することが期待される。細骨材としての使用に関しては十分可能であることが知られているため、細骨材として砂の変わりに使用した。
【０１７３】
＊再生骨材：粗骨材として使用した再生骨材は、実験を行った製品工場から出たコンクリート塊を破砕してできたものである。
【０１７４】
３−３−２．配合条件および配合選定
実製品は、２ｔの加圧条件下で成型を行うため、実験室で製品の再現をするのは困難である。そこで、ＩＬＢに必要とされる強度を満たす配合の選定を行った。配合の選定は、 パーライトくずの置換量の選定→パーライトくずＰＳ灰の割合の選定→工場実験配合の決定という フローで行った。
【０１７５】
(a) 配合選定Ａ
(1)使用配合
表２６に配合表を示す。ここで行うのは、パーライトくずの使用量を決定するための選定である。吸水性能をＩＬＢに付加するためには、なるべく多くのパーライトくずを入れる必要がある。
【０１７６】
そこで、パーライトくずと粗骨材の割合（ＰＡ／（ＰＡ＋Ｇ））とセメント量をさまざまに変えて実験を行い、使用量の検討を行い、保水性ブロックの曲げ強度の品質規格である３Ｎ／ｍｍ2以上（圧縮強度１７Ｎ／ｍｍ2以上）を満たす配合を選定した。ただし、試験室ではＩＬＢの成型が不可能であったため、圧縮強度での検討を行った。
【０１７７】
【表２６】
【０１７８】
(2) 養生条件
養生は蒸気養生とし、前置き時間1ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間4ｈ、自然温度降下とした。
【０１７９】
(3) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まず、セメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１８０】
(4) 試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。表２７に圧縮強度試験結果を示す。
【０１８１】
【表２７】
【０１８２】
圧縮強度試験の結果、規格値を満足する配合はC450−s/a６0のみであった。また、粉体量が増えるにしたがって、強度は落ちてしまっている。このため所定の強度を得るためには粉体量に限界があると考えられる。ＰＡ/（ＰＡ+Ｇ）は60％程度にしなくてはならないことが確認された。
【０１８３】
(b) 配合選定Ｂ
(1)使用配合
所定の強度を得るためには粉体量（セメント、パーライトくず、ＰＳ灰の合計量）に限界があることが確認されたため、粉体量を一定にして、それと同じ質量の粗骨材を入れた配合での実験を行った。表２８に配合表を示す。
【０１８４】
【表２８】
【０１８５】
(2) 養生条件
養生は蒸気養生とし、前置き時間1ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間4ｈ、自然温度降下とした。
【０１８６】
(3) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１８７】
(4) 試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。圧縮強度試験結果を表２９に示す。
【０１８８】
【表２９】
【０１８９】
粉体量を一定にすることにより、配合選定Ａよりも強度は増加した。また、そこにＰＳ灰を加えることにより初期強度が強くなった。また、全ての配合において圧縮強度の規格値を満足した。このため工場実験において行う配合は、コスト面を考えて最もセメント量の少ない配合とすることにした。
【０１９０】
３−３−３．製品工場実験
３−３−２の結果から選定された配合について、実製品の製造ラインを用いて実験を行い、保水・吸水性能についての試験を行った。保水・吸水性能の確認実験のため、養生は実製品とは違い気中養生とした。そのため、曲げ強度は参考値とする。
【０１９１】
(1) 使用配合
配合表を表３０に示す。配合は、実験室で選定した２種類と、配合(2)の粗骨材の重量の半分を川砂および下水汚泥溶融スラグに置換したものの計４配合とした。また、比較用として工場で作られたパーライトくずのみを使った保水性ＩＬＢの試作品の配合を用いた。
【０１９２】
【表３０】
【０１９３】
＊工場では、フレッシュ性状の補正を水量で行っている。表中の水量の（）内に示した値は、実験時の水量である。
【０１９４】
(2) 試験項目および目標値
曲げ試験はJIS A1106に準拠して行った。
保水性試験は、保水量を求めた。保水量は、湿潤質量と絶乾質量および供試体の体積を求めて、以下の式で算出した。
【０１９５】
【数２】
【０１９６】
ここに、
湿潤質量：15〜25℃の清水中で24時間吸水させた後、供試体を取り出して、図２５のような密閉式のプラスチック容器に入れて、15〜30℃の室温で３０分間水を切り、絞った濡れウエスで目に見える水分をぬぐった後、直ちに計測した時の質量。
【０１９７】
絶乾質量：温度105±5℃の乾燥機内において一定質量となるまで乾燥した後、常温まで冷却したときの質量。
【０１９８】
吸水性試験は、以下のような手順で３０分間の水の吸い上げ高さを求めた。
(a) ブロックを温度105±5℃の乾燥機内で一定質量になるまで乾燥した後、常温まで冷却する。
(b) ブロックを図２６に示す吸水性試験装置に設置する。設置後の推移はブロック底面から５ｍｍの高さとなるようにし、水は１５〜２５℃の清水とする。供試体設置台の上面には、金網などのブロック底面に水が回るような材料を用いるか、吸水性のスポンジを挟む。
(c) ３０分経過後にブロックを取り出し、水が滴り落ちない程度まで水を切り、絞ったウエスで目に見える水滴をぬぐう。この時の質量を３０分後の吸い上げ質量とする。
(d) ブロックを湿潤状態とし、湿潤質量を計る。
(e) 吸い上げ高さは、以下の計算式より求める。
【０１９９】
【数３】
【０２００】
各項目の製品の規格値を表３１に示す。
【０２０１】
【表３１】
【０２０２】
＊曲げ強度の（）内の数字は圧縮強度を示している。曲げ強度試験ができない場合に適用する。
【０２０３】
(3) 試験結果および考察
試験結果を表３２に示す。
【０２０４】
【表３２】
【０２０５】
配合選定試験の結果から、強度については十分規定値を満たしていると判断し、気中養生１４日で曲げ試験を行ったため、曲げ強度は参考値とする（実際の製品は蒸気養生を行うため、いずれの配合もより曲げ強度が出ると考えられるため）。
【０２０６】
保水・吸水性能を見ると、保水性能は規格値をすべての配合で満たしていた。特に(3)の配合においては規定の倍ほどの吸水量を示した。(2)、(3)、(4)ではパーライトくず、ＰＳ灰量がほぼ同じであるが、(3)は細骨材を用いたことで充填性が増し、空隙が減ったため保水量が増したと考えられる。吸い上げ高さについては、(3)の配合のみ規格値を満たした。しかしながら(4)の配合については非常に近い値を示している。
【０２０７】
ここで、パーライトくずを用いた試作品と、今回実験を行った中で総合的に最も性能の良かった(4)の配合を比較すると、曲げ強度、保水量はともに比較用の配合を上回る結果となった。３０分後の吸い上げ高さでは、比較用の方が吸水能力が高い結果となった。
【０２０８】
また、供試体が絶乾状態になるまでの時間を比較すると比較用の配合では１日ほどで絶乾状態になったのに対し、今回の実験の供試体は５日間ほど経時変化をしていた。このため、ＰＳ灰を用いることで、水をキープする時間が長くなることが分かった。これらの結果から、ＰＳ灰を保水性に適用することが可能であることが確認された。
【０２０９】
３−４．まとめ
(1) 中空ブロックへの適用
「２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状」で得られた結果をもとに中空ブロックにＰＳ灰を適用した結果、単位セメント量を４０〜９０ｋｇ／ｍ3程度減少し、かつ単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3においての適用が可能であることが確認された。
【０２１０】
運搬の際にクラックを生じるものも見受けられたが、強度が十分に出ているものについては、クラックは見られなかった。したがって、今回圧縮強度の規格値を満たした配合については、十分製品とし適用できる。
【０２１１】
(2) 保水性ＩＬＢへの適用
ＩＬＢにＰＳ灰およびパーライトくずを用いることで以下の性能が確認された。
(a) ＰＳ灰およびパーライトくずをＩＬＢに適用することで、保水・吸水性能を付加できることが確認された。
(b) ＰＳ灰を用いることにより規格値よりも１．３〜２倍ほどの保水量を得られる。
(c) ＰＳ灰を用いることでパーライトくずのみを用いる場合よりも、長い間水をキープする。
以上よりＰＳ灰の保水性ＩＬＢへの適用することが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１】圧縮強度試験結果（蒸気2日）のグラフである。
【図２】圧縮強度試験結果（気中14日）のグラフである。
【図３】C/Wと圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図４】C/Wと圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図５】PS置換率と強度寄与率の関係（蒸気 2 日）のグラフである。
【図６】PS置換率と強度寄与率の関係（気中14日）のグラフである。
【図７】圧縮強度試験結果（細骨材置換）のグラフである。
【図８】圧縮強度比（細骨材置換）のグラフである。
【図９】圧縮強度試験結果（蒸気2日）のグラフである。
【図１０】圧縮強度試験結果（気中14日）のグラフである。
【図１１】圧縮強度比（蒸気２日）のグラフである。
【図１２】圧縮強度比（気中14日）のグラフである。
【図１３】単位PS灰量と圧縮強度の関係（蒸気2日）のグラフである。
【図１４】単位PS灰量と圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図１５】充填性試験結果（C0シリーズ）のグラフである。
【図１６】充填性試験結果（C10シリーズ）のグラフである。
【図１７】充填性試験結果（C20シリーズ）のグラフである。
【図１８】充填性試験結果（C30シリーズ）のグラフである。
【図１９】充填性試験結果（C40シリーズ）のグラフである。
【図２０】充填性試験結果（C50シリーズ）のグラフである。
【図２１】単位PS灰量と圧縮強度の関係のグラフである。
【図２２】圧縮試験結果のグラフ（棒グラフ）である。
【図２３】圧縮強度試験結果（配合選定Ａ）のグラフ（棒グラフ）である。
【図２４】圧縮強度試験結果（配合選定Ｂ）のグラフ（棒グラフ）である。
【図２５】湿潤状態にする装置の概要図である。
【図２６】吸水性試験装置の概要図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路舗装材などとして用いられるとしての保水性に優れた保水性ブロックおよびその製造に適したペーパースラッジ灰を用いた低スランプ硬練り水硬性組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ペーパースラッジとは、製紙原料のうち紙にできなかった微細繊維や、タルク、カオリンなどの填料、および古紙混入異物などからなる製紙汚泥である。このペーパースラッジを焼却した灰がペーパースラッジ灰（以下、ＰＳ灰という）である。一般的にＰＳ灰は、製紙会社から最も多く排出される廃棄物であり、ＰＳ灰の再資源化は大変重要である。
【０００３】
これまでのＰＳ灰の再資源化の例としては、土壌改良材、セメント原料、製鉄保温材などへの利用が知られている。そのようなＰＳ灰の再資源化に関する従来技術としては、特許文献１、２記載の発明などがある。
【０００４】
産業廃棄物としてのＰＳ灰の大量使用の目的で、ＰＳ灰をモルタルあるいはコンクリートに大量に混入することを考えた場合、ＰＳ灰は吸水率が高いため流動性の低下が問題となる。そこで、本願の発明者らは、低スランプ硬練り水硬性組成物、特にいわゆる即脱可能なスランプゼロの超硬練りコンクリートへの適用の可能性を検討した。
【０００５】
その場合のコンクリート製品としての適用対象としては、例えば中空ブロックやＰＳ灰の吸水性を活かした保水性ブロックへの適用が考えられる。
【０００６】
保水性ブロックは、道路舗装材などとして用いられており、透水性ブロックのように雨天時、雨水を吸い込むため、水溜りができず快適な歩行が可能であるだけでなく、水を保持する機能があるため、晴天時に水分を放出することにより、路面の温度を下げ、これにより、ヒートアイランド現象を緩和し、熱帯夜を低減するという効果がある。
【０００７】
そのような保水性ブロックに関する従来技術としては、特許文献３、４、５記載の発明などがある。
【０００８】
【特許文献１】特許２７４２８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４０３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６７７２号公報
【特許文献４】特開２００３−２６８７０６号公報
【特許文献５】特開２００５−０３５８０１号公報
【非特許文献１】安田浩二、「下水汚泥溶融スラグを細骨材として用いたコンクリートの諸性状改良に関する研究」、宇都宮大学卒業論文、2004年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように廃棄物としてのＰＳ灰の再資源化の研究がなされているが、廃棄物を減らす目的からは、従来以上に大量使用が可能であることが望ましい。一方、モルタルやコンクリートへの大量混入は、製品としての質や、強度の低下の問題があり、用途も限定される。
【００１０】
また、適用対象の一つと考えられる保水性ブロックについては、必要な強度を確保した上で、吸水性に優れ、かつ長期に渡り保水機能が維持されることが要求される。
【００１１】
本発明は上述のような背景のもとになされたものであり、吸水性および長期の保水機能を有する保水性ブロックおよびＰＳ灰の大量使用が可能な低スランプ硬練り水硬性組成物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、水硬性組成物からなる多孔質の保水性ブロックにおいて、絶乾状態のブロック全体を水中に浸して２４時間吸水させた後の単位体積当たりの保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、絶乾状態のブロックの下端部を水に浸し３０分経過した後のブロックの質量Ｍ30と十分に湿潤状態としたときのブロックの質量Ｍcwの比の百分率（Ｍ30／Ｍcw）×１００％としての吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上であり、十分に湿潤状態とした状態から１００〜１１０℃で加熱して絶乾状態となるまでの湿潤−絶乾時間が４８時間以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上というのは、保水性舗装ブロック品質規格検討委員会による平成１７年７月の「保水性舗装用コンクリートブロック品質規格」にその試験方法とともに規定された数値であり、製品として出荷するのに必要な要件となる。
【００１４】
従来の保水性ブロックの湿潤−絶乾時間は、せいぜい２４時間程度であるのに対し、請求項１は従来の保水性ブロックの約２倍以上となる４８時間以上を限定要件としたものである。
【００１５】
後述する実験結果においては、保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上という規格を満たすものおよび規格に近い性能を示すものについて、湿潤−絶乾時間として１２０時間が実証されており、実際の舗装に用いた場合でも夏の炎天下において従来の保水性ブロックと比較してはるかに長期の保水性維持効果が期待できる。湿潤−絶乾時間の具体的な測定手法の一例は発明を実施するための最良の形態の項で述べることとする。
【００１６】
なお、保水性ブロックにおいてＰＳ灰を用いること、あるいはＰＳ灰を用いる場合のその量については限定されない。
【００１７】
請求項２は、請求項１に係る保水性ブロックにおいて、前記水硬性組成物は、セメント、パーライトくずおよびペーパースラッジ灰が配合された超硬練りの即脱可能なコンクリートであり、前記ペーパースラッジ灰について単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3であることを特徴とするものである。
【００１８】
後述する実験結果において、単位ＰＳ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3を配合した超硬練り即脱可能なコンクリートが請求項１の要件を満たすことを確認しているが、廃棄物としてのＰＳ灰の大量混入により、廃棄物の処理を兼ねた効率的な再資源化が図れる。また、高い吸水性を有するパーライトくずの配合によっても保水性能の向上が期待できる。
【００１９】
請求項３は、請求項２に係る保水性ブロックにおいて、前記パーライトくずについて単位パーライトくず量が３００ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
パーライトくず自体が高い吸水性を有しており、後述する実験結果からも単位パーライトくず量を３００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、ＰＳ灰の吸水効果と相俟って、従来の保水性ブロックに比べ非常に優れた保水性能が期待できる。
【００２１】
請求項４に係る低スランプ硬練り水硬性組成物は、単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3以上、かつ単位ＰＳ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3の範囲でＰＳ灰を配合したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４は、具体的な用途が特定されない主として超硬練り、いわゆるスランプ０のの即脱可能なコンクリートとしての水硬性組成物を限定したものであり、大量のＰＳ灰を再生資源として有効利用しつつ、同水準の配合においてＰＳ灰を配合しないものと同等以上の圧縮強度のコンクリートを得ることができる。
【００２３】
単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3より小さくなると圧縮強度低下が大きくなる恐れがある。単位ＰＳ灰量が１００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、超硬練りの即脱可能なコンクリートとして十分利用可能となるが、単位ＰＳ灰量が３００ｋｇ／ｍ3を越えると型枠への充填性が損なわれるなど成型が困難となる恐れがある。
【００２４】
請求項５は、具体的な用途が特定されない主として超硬練りの即脱可能なコンクリートとしての水硬性組成物として、さらに好ましい範囲を限定したものであり、単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ＰＳ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3の範囲でＰＳ灰を配合したことを特徴とするものである。
【００２５】
後述する実験において、上記の範囲であれば同水準の配合においてＰＳ灰を配合しないものに対し、１．５倍以上の圧縮強度を持つコンクリートができることが確認された。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、吸水性および長期の保水機能を有する優れた保水性ブロックが得られ、また用途の特定されない低スランプ硬練り水硬性組成物として、廃棄物であるＰＳ灰を大量に有効利用しつつ、強度的に優れた即脱可能なコンクリートが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の最良の実施形態を求めるため、実験を行ったので、以下にその詳細を既述する。
【００２８】
１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状
１−１．実験の概要
既往の研究では、ＰＳ灰をコンクリ−ト用混和材として使用する際、ＰＳ灰の主成分であるシリカ（SiO2）およびアルミナ（Al2O3）によるポゾラン反応によって強度増加が期待できる。しかしながら、ＰＳ灰の大量使用を目的とした配合選定は行われていないのが現状である。そこで、まずモルタルにおいてＰＳ灰を混和した場合の強度特性を以下のように段階的に把握することとした。
【００２９】
(1) ＰＳ灰をセメントに置換した際のＰＳ灰強度寄与の把握
(2) 単位セメント量一定でＰＳ灰を細骨材に置換した際の強度特性の把握
(3) ＰＳ灰をセメント、細骨材両方に置換した際の強度特性の把握
これらの実験を行うことにより、モルタルにおいてＰＳ灰の大量使用を可能とする置換方法および置換量の選定を行う。また、(1)の実験においては、養生条件の違いによる強度の変化を調べるために、養生条件を変えた場合についても実験を行った。
【００３０】
１−２．使用材料
以下の実験における使用材料を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
実験で使用したＰＳ 灰の化学成分を表２に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
１−３．ＰＳ灰セメント置換実験
１−３−１．配合条件および示方配合
配合条件は、水セメント比Ｗ／Ｃ＝３０％、セメントと細骨材の体積比Ｃ：Ｓ＝１：１とし、ＰＳ灰をセメントに対して、20、40、60、80％内割で体積置換した４配合、および比較用としてＰＳ灰無混入のものを加えた計５配合について試験を行った。比較用配合において０打フロー１１０±１０ｍｍ、１５打フロー１３０±２０ｍｍ、空気量２．０±１％となるように混和剤により調整した。
【００３５】
表３に配合表を示す。また、強度寄与率算出のため、各配合におけるＷ／ＣおよびＷ／Ｂと同値のＷ／ＣとしたＰＳ無混入プレーンモルタルを作成した。
【００３６】
【表３】
【００３７】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2h（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/h、最高温度保持時間24hとする。最高温度は60℃、80℃、100℃の３水準による強度の変化を確認した。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【００３８】
１−３−２．練り混ぜ方法
ミキサーはホバ−ト型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【００３９】
１−３−３．試験項目および試験方法
(1) モルタルフロー試験
スランプフロー試験は「JIS R 5201−1997（2002 確認）セメントの物理試験方法」に準じて行った。
【００４０】
練り混ぜたモルタルを乾燥した布でよくぬぐったフローテ−ブル上の中央の位置に正しく置いたフローコ−ンに２層に詰める。各層は、突き棒の先端がその層の約１／２の深さまで入るよう、全面にわたって各々１５回突き、最後に不足分を補い表面をならす。直ちにフローコ−ンを正しく上の方に取り去り、モルタルが広がった後の径を最大と認める方向と、これに直角な方向とで測定し、その平均値をスランプフロー値とした。
【００４１】
(2) 空気量試験
空気量試験は「JIS A 1116−1998 フレッシュコンクリ−トの単位質量試験方法および空気量の質量による試験方法（質量法）」に準じて行った。
【００４２】
(3) 圧縮強度試験
圧縮強度試験は「JIS−A−1108−1999 コンクリ−トの圧縮強度試験方法」に準じて行った。蒸気養生については脱型１日強度、気中養生については材齢１４日について圧縮強度試を行った。また、供試体寸法より見かけ密度の算出を行った。
【００４３】
１−３−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
ＰＳ灰量の増加に伴い、所定のスランプフローを得るために必要な高性能減水剤添加量は増加した。特に、ＰＳ灰置換率60％以上では、高性能減水剤添加量を増加させてもその効果が確認されず、流動性を得ることができなかった。
【００４６】
ＰＳ灰置換率60％のモルタルではテーブルバイブレーターを用いて型枠へ充填する必要があり、ＰＳ灰置換率80％のモルタルにいたっては、振動加圧を行わなければ型枠への充填が困難であった。これは吸水率の高いＰＳ灰が多く入ることで余剰水がなくなったために流動性が失われたことが原因と考えられる。
【００４７】
また、ＰＳ置換率60％以上においては消泡剤の効果が確認されず、空気量が増大した。これは、型枠への充填が困難であったことより、連続気泡が多く存在していると考えられる。
【００４８】
ここで硬化したコンクリ−トの見かけ密度を算出した。単位ＰＳ灰量が増えるにつれて密度は低下した。ＰＳ灰置換率80％ではプレーンモルタルより２割ほど減少した。これは、ＰＳ灰の密度がセメントの密度の７割ほどであるためである。
【００４９】
(2) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験結果を表５に示す。表４より、空気量の変化にばらつきがあるため、「空気量１％増加すると、圧縮強度は５％減少する」とし、それぞれの養生温度におけるＰＳ灰置換率０％のときの空気量を基準として補正を行った。補正後のＰＳ灰の置換率と圧縮強度の関係を図１、図２に示す。
【００５０】
【表５】
【００５１】
図１、図２より、養生温度に関わらずＰＳ置換率20％までは無置換のプレーンモルタルと同等の圧縮強度を得られたが、ＰＳ置換率20％以降においては、ＰＳ置換率の増加に伴い直線的に圧縮強度が低下することが確認された。これは初期強度、１４日強度で同じような傾向を示した。強度低下の原因は、ＰＳ灰が十分に結合材として反応しなかったと考えられる。そこでＰＳ灰の強度寄与率を算出する。
【００５２】
強度寄与率は以下の式(1)で定義する。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここで、
ＰW/C：各配合におけるＷ／Ｃと同値のＷ／ＣとしたＰＳ灰無混入プレーンモルタル
ＰW/B：各配合におけるＷ／Ｂと同値のＷ／ＣとしたＰＳ灰無混入プレーンモルタル
強度寄与率算出のため、ＰW/C 、ＰW/Bにおける圧縮試験結果を表６に、Ｃ／Ｗと圧縮強度の関係を図３、図４に示す。
【００５５】
【表６】
【００５６】
図４においてＣ／Ｗと圧縮強度の関係を回帰し、各養生温度における強度算定式を求めることによりＰW/C−40、ＰW/C−60、ＰW/C−80 の圧縮強度を予測し、強度寄与率を算出した。算出結果を表 3−7 に示す。
【００５７】
【表７】
【００５８】
図５、図６より、強度寄与率は養生温度に関わらず、ＰＳ置換率の増加に伴いほぼ直線的に低下する傾向を示した。ＰＳ置換率20％〜40％においては、結合材として約70％以上機能しているが、ＰＳ置換60％以上では、結合材として20％〜65％しか機能していないことが確認された。
【００５９】
このことから、ＰＳ灰をセメンに置換する際には40％程度までが強度的に限界であると考えられる。したがって、十分な強度を得るためにはポゾラン反応を起すのに必要な水酸化カルシウムを得るために、ある程度の単位セメント量が必要であると考えられる。
そこで、次に単位セメント量を変えずにＰＳ灰を細骨材に置換した実験を行うこととした。
【００６０】
１−４．ＰＳ灰細骨材置換実験
１−４−１．配合条件および示方配合
配合条件は、セメント置換と同様とし、ＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、10、20、30％体積置換した３配合および比較用としてＰＳ灰無混入のものを加えた計４配合について試験を行った。ＰＳ灰無混入の配合において０打フロー110±10ｍｍ、１５打フロー130±20ｍｍ、空気量2.0±1.0％となるように混和剤により調整した。表８に配合表を示す。
【００６１】
【表８】
【００６２】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2ｈ（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24hとした。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【００６３】
１−４−２．練り混ぜ方法
１−３−２と同様。
【００６４】
１−４−３．試験項目および試験方法
１−３−３と同様。
【００６５】
１−４−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表９に示す。
【００６６】
【表９】
【００６７】
セメント置換と同様にＰＳ灰置換量が増えるにつれて所定のスランプフローを得るために必要な高性能減水剤の量が増えて行った。また、ＰＳ灰の単位量と高性能減水剤の量の関係は、セメント置換と同程度となっている。これにより、ＰＳ灰の単位量によって高性能減水剤の量を決めることができることがわかった。
【００６８】
また、今回の実験ではＡＥ剤を添加しなかったためＰＳ灰の量の増加と共に空気量は著しく増加した。ＰＳ灰の一番多いPS−S30 においてはプレーンモルタルの空気量の約３倍になった。
【００６９】
密度においてもセメント置換同様に減少傾向が確認された。一番ＰＳ灰が多い配合において、プレーンモルタルより１５％ほどの減少が見られた。
【００７０】
(2) 圧縮強度試験結果
空気量が一定でないためにセメント置換と同様に補正を行った。圧縮強度試験結果、および圧縮強度比を表１０に示す。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
図７より、ＰＳ灰の置換量と共に圧縮強度は直線的に増加することが確認された。全ての置換率で初期強度において10％以上、１４日強度において３０％〜４０％の強度の増加が見られた。この結果から１４日での強度の伸びがプレーンモルタルよりも大きいことが確認された。これは、ＰＳ灰の主成分であるシリカ(SiO2)およびアルミナ（Al2O3）とセメントの水和によって生じた水酸化カルシウムとのポゾラン反応によるものである。
【００７３】
また、セメント置換ではＰＳ灰量の増加に伴い、十分な水和が起こらなかったために細骨材に置換したもののような強度の増加が見られなかったと考えられる。
【００７４】
これらの結果よりセメント、細骨材の両方にＰＳ灰を置換することによってＰＳ灰を大量に使用しながら、プレーンのモルタルと同等の強度を得られる可能性を見出せた。そこでセメント、細骨材の両方に置換したモルタルの実験を次のシリ−ズで行うこととした。
【００７５】
１−５．ＰＳ灰セメント細骨材置換実験
１−５−１．配合条件および示方配合
配合条件は、セメント置換と同様とし、ＰＳ灰をセメントに対して、30、40、50％内割で体積置換した３水準およびＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、0、10、20、30、40％内割体積置換した５水準の計１５配合について試験を行った。表１１に配合表を示す。
【００７６】
また、養生条件は細骨材置換と同様とする。
【００７７】
【表１１】
【００７８】
１−５−２．練り混ぜ方法
１−３−２と同様。
【００７９】
１−５−３．試験項目および試験方法
１−３−３と同様。
【００８０】
１−５−４．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表１２に示す。
【００８１】
【表１２】
【００８２】
フレッシュ性状としては、前の二つの実験と同様に所定のモルタルフローを得るために必要な高性能減水剤の量は置換量の増加と共に増えた。ここで高性能減水剤の添加率の上限を粉体量の5.0％として実験を行ったために5.0％添加して流動性を得られなかったC50−S40では実験を行わなかった。
【００８３】
また、単位ＰＳ灰量が同じである配合においては同程度の高性能減水剤の添加率となっている。また、セメント置換と同様に単位ＰＳ灰量462g/L以上において振動締め固めによる型枠への充填が、617g/L以上において振動加圧による型枠への充填が必要となった。
【００８４】
空気量についてもそれまでの実験同様にＰＳ灰の量の増加とともに増えていった。特に、一番空気量が多いC40−S40の配合ではプレーンモルタルの約４倍の空気量となった。
【００８５】
密度についてもそれまでの実験同様、単位ＰＳ灰量の増加と共に減少傾向が見られた。最も減少したもので1.94g/cm3でプレーンモルタルより10％ほどの減少が見られた。
【００８６】
プレーンモルタルからの空気量の増加量、密度の減少量を表１３に示す。
【００８７】
【表１３】
【００８８】
(2) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験結果を表１４に示す。
【００８９】
【表１４】
【００９０】
ＰＳ灰置換率と圧縮強度の関係を図９、図１０に、圧縮強度比との関係を図１１、図１２に、単位ＰＳ灰量と圧縮強度の関係を図１３、図１４に示した。 図９よりセメント置換量一定のもとで細骨材置換量を変化させていくと、初期の圧縮強度にピ−クがあることが分かった。
【００９１】
また、いずれのピ−クも単位ＰＳ灰量462g/Lであり、いずれのピ−クもプレーンモルタルの圧縮強度に近い値を示している。これは、ＰＳ灰の置換量が増えるにつれて、流動性が低下することにより充填不良を起したためにピ−クが発生すると考えられる。また、特に最も単位ＰＳ灰が多く、単位セメント量の少ないC50−S30ではプレーンモルタルの３０％ほどまで圧縮強度が低下している。
【００９２】
１４日強度ではピ−クが単位ＰＳ灰量385ｇ/Lに変化した。これは、ＰＳ灰のポゾラン反応が初期強度でピ−クになったものより単位セメント量が多い配合でより行われたためと考えられる。また、ここで圧縮強度比をみると充填が不十分であったC50−S30を除いては、すべての配合で１．０に近い値を示しているかもしくは1.0を超えている。これは、ポゾラン反応による長期強度の伸びによるものである。
【００９３】
１−６．まとめ
ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状を以下にまとめる。
【００９４】
(a) セメント置換、細骨材置換のどちらの場合においてもＰＳ灰添加量が増えるに従い、所定のスランプフローを得るのに必要な混和剤の量が増えた。特に単位ＰＳ灰量が462g/L以上になると振動締め固めでの型枠の充填が必要となる。
【００９５】
(b) 単位ＰＳ灰量の増加に伴い、空気量は増大する傾向が確認された。また、単位ＰＳ灰量462g/L以上では消泡剤の効果が確認されない。
【００９６】
(c) 単位ＰＳ灰量の増加に伴いモルタルの密度は低下する傾向が確認された。
【００９７】
(d) セメント置換の場合において、置換量が20％以下だとプレ−ンモルタルと同等の強度が確認された。これより大きい場合において、強度は直線的に減少する。
【００９８】
(e) セメント置換におけるＰＳ灰の圧縮強度寄与率は、20％〜40％においては、結合材として約70％以上機能しているが、ＰＳ置換率60％以上では、結合材として20％〜65％程度しか機能していないことが確認された。
【００９９】
(f) 細骨材置換において、ＰＳ灰の置換量が増えると共に強度は直線的に増加する。14日強度では30％以上の増加が期待できる。
【０１００】
(g) セメント、細骨材の両方に置換すると、圧縮強度にピ−クが確認された。これは、セメント、細骨材の置換率に関係なく単位ＰＳ灰量462g/Lであった。
【０１０１】
(h) セメント、細骨材の両方に置換すると、14日強度において最も強度が伸びるのは、セメント、細骨材の置換率に関係なく単位ＰＳ灰量365g/Lであった。
【０１０２】
(i) セメント、細骨材の両方に置換すると、14日強度において振動加圧を必要とする配合を除いて、プレーンモルタルの強度より大きくなる。
【０１０３】
２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状
２−１．概要
「１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状」の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することによって、モルタルの流動性が失われることが分かった。
【０１０４】
そこで、ＰＳ灰をスランプゼロの超硬練りコンクリートの即脱製品をターゲットに、ＰＳ灰をコンクリートに置換し、そのときの強度特性を求めることとした。
【０１０５】
そこで、まず、一般的な製品に用いられるコンクリートにＰＳ灰を置換することによってできる超硬練りコンクリートの強度特性の把握を行った。また、超硬練りコンクリートのフレッシュ性状評価法として簡易的な締固め性試験を行った。
【０１０６】
２−２．使用材料
１−２と同様とする。
【０１０７】
２−３．配合条件および示方配合
基本配合を表１５に示す。
【０１０８】
【表１５】
【０１０９】
配合条件は、基本配合を元にＰＳ灰をセメントに対して、0、10、20、30、40、50％内割で体積置換した６水準およびＰＳ灰を細骨材(川砂)に対して、0、10、20、30、40、50％内割体積置換した６水準の計３６配合について試験を行った。
【０１１０】
表１６に配合表を示す。混和剤の添加率は振動加圧により型枠に充填できる程度とした。ただし、混和剤の添加量の上限を５％とし、５％添加して振動加圧できないものについては試験を行わないものとする。
【０１１１】
養生条件は、前置き時間2ｈ、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24ｈとした。
【０１１２】
【表１６】
【０１１３】
２−４．練り混ぜ方法
ミキサーは、１０Ｌオムニミキサーを用いた。混練時間は材料投入後３０秒間とした。また、練混ぜ時間は水投入後３６０秒間とした。
【０１１４】
２−５．試験項目および方法
(1) スランプ試験
「コンクリートのスランプ試験方法（JIS A 1101）」に準じて行った。
【０１１５】
(2) 空気量試験
空気量試験は、「JIS A 1116−1998フレッシュコンクリートの単位質量試験方法および空気量の質量による試験方法（質量法）」に準じて行った。
【０１１６】
(3) 簡易締固め性試験
超硬練りコンクリートの充填性の評価として、同一振動、加圧条件下での充填性と時間の関係を以下の様に測定することで評価することとした。
(a) テーブルバイブレーター上にΦ10×20cmの型枠を設置、固定する。
(b) 型枠に試料（1.8kg）をつめて、表面を整える。
(c) 型枠上面からの高さを４点測定する（初期値）。
(d) おもりを載せて振動を5、20、60、120、180、300秒かける。
(e) 各振動時間においておもりをはずし、４点で高さをはかる。
(f) 充填率を算出する。
【０１１７】
(4) 圧縮強度試験
「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。蒸気養生については脱型１日強度について圧縮強度試験を行った。また、供試体寸法より見かけ密度の算出を行った。
【０１１８】
２−６．試験結果および考察
(1) フレッシュ試験結果
フレッシュ試験結果を表１８に示す。
【０１１９】
基本配合ではＳＬ１０±２cmを目標としたがＰＳ灰を置換すると、コンクリートの流動性が失われスランプを確保することが困難であった。したがって、混和剤によりスランプの調整を行うことは困難であるため、テーブルバイブレーターにより振動を与えることによって成型が可能となるよう、混和剤の調整を行った。
【０１２０】
なお、混和剤添加量の上限値を５％としており、表１７に成型の可、不可を示した。
【０１２１】
【表１７】
【０１２２】
ここで、セメント置換率０％、細骨材置換率50％の配合において振動加圧成型を行った際に成型ができたものの、空気量が１４％とかなり大きいものになってしまったため、これも成型の限界とし、この配合と同様の性状を示したものについては成型不可とした。成型可能であったのは単位ＰＳ灰量３００ｋｇ/ｍ3以下であった。
【０１２３】
【表１８】
【０１２４】
フレッシュ試験の結果から、モルタル試験同様にＰＳ灰添加量の増大に伴いコンクリートの流動性は低下することが確認された。特に単位ＰＳ灰量１００ｋｇ/ｍ3を超える配合においては、スランプゼロの超固練りコンクリートとなった。
【０１２５】
これは「１．ＰＳ灰を混和したモルタルの諸性状」で述べたのと同様に、吸水率の高いＰＳ灰が多く入るためにフレッシュコンクリート中の余剰水が減ることによると考えられる。
【０１２６】
空気量については、モルタル試験の際に見られたような、顕著な増加傾向は確認されなかった。型枠の充填が可能な範囲において、１〜３％程の範囲に入っている。しかしながら、ＰＳ灰の混入量が２５０ｋｇ/ｍ3を超える配合では空気量が他の配合に比べて大きくなる。
【０１２７】
これは振動加圧による型枠への充填を行ったため、充填性の良し悪しにより空気量に差がでたと考えられる。このことから、同じスランプ０の配合でも充填性に違いがでるため超硬練りコンクリートの性状評価をする必要があった。
【０１２８】
密度についても、モルタル試験のような顕著な減少傾向は確認されなかった。減少の割合は一番大きいもので無混入のものより３％ほど減少している。これは、モルタル試験よりも単位ＰＳ灰量が多くないために、それほど大きな減少が見られなかったと考えられる。
【０１２９】
ここで、超硬練りコンクリートのフレッシュ性状を評価するため締固め性試験を行った。この結果から超固練りコンクリートの充填率とそれに要する時間により、超固練りコンクリートの充填性を評価した。ここで、充填率が１００％を超える配合があった。これは試験を行った際に振動加圧により水分がコンクリート表面に出て、型枠から抜けたためである。
【０１３０】
試験結果を図１５〜図２０に示す。単位セメント量ごとに６シリーズに分けて図に記した。いずれのシリーズにおいても単位ＰＳ灰量が増えるにつれて、充填に有する時間が長くなったため、充填性が悪くなったと考えられる。
【０１３１】
特にC0S50、C10S40、C40S30の3配合においては、１００％充填しなかった。これらの配合はいずれも単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3以上であるため、このことからも成形性の限界が単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3であることが確認できた。
【０１３２】
この試験結果から、コンクリート製品を製造する際は、同一の振動加圧条件でコンクリートの成型を行うため、充填性が良いものでは単位水量を減らすことが可能である。
【０１３３】
(2) 圧縮強度
圧縮強度試験結果を表１９に示す。表１７より、空気量の変化にばらつきがあるため、モルタル試験同様に「空気量１％増加すると圧縮強度は５％減少する」とし、ＰＳ灰置換率０％のときの空気量を基準として補正を行った。
【０１３４】
表１９で得られた圧縮強度のデータを強度別に見てみると、プレーンである置換量０での圧縮強度30.81N/mm2を下回るものは、成型が不可能であったもの（セメント置換率０％、細骨材置換率50％)を除けば、単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以下もしくは単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以下であった。その他の配合では無混入コンクリートよりも強度が強くなった。
【０１３５】
これはＰＳ灰のポゾラン反応によるものであり、極端にセメント量が少ない場合には水和反応の際に生成される水酸化カルシウムが少なく、ポゾラン反応が十分に起こらないために強度が低下したと考えられる。
【０１３６】
また、最も強度が出た配合はC0-S40であり、無混入コンクリートの２．４倍ほどの強度であった。この配合を中心に強度は下がっていく傾向にある。これにより、ＰＳ灰混入コンクリートにおいてはＰＳ灰の添加量と、ＰＳ灰のポゾラン反応を起すために必要なセメント量の関係がコンクリートの圧縮強度増進に効果があると考えられる。
【０１３７】
この結果と成型が可能と考えられる単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3程度を踏まえると、単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲でＰＳ灰をコンクリートに混入させた場合においては、プレーンコンクリート以上の圧縮強度をもつコンクリートができることが分かった。特に、単位セメント量３００±２０ｋｇ／ｍ3でかつ単位ＰＳ灰量２００±４０の配合においてはプレーンコンクリートの１．５倍以上の圧縮強度を持つコンクリートができることが確認された。
【０１３８】
【表１９】
【０１３９】
２−７．まとめ
(a) ＰＳ灰用いたコンクリートにおいて振動加圧による成型可能であったのは単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3であった。
(b) モルタル試験同様にＰＳ灰添加量の増大に伴いコンクリートの流動性は低下することが確認された。特に単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3を超える配合においては、スランプゼロの超固練りコンクリートとなった。
(c) 空気量は、振動加圧による充填性が確保される配合においては、無混入のものと同等の値を示す。
(d) 密度は、１％〜３％程度の減少が確認された。
(e) ＰＳ灰量が増えるにしたがって、充填に要する時間が長くなることが確認された。特に単位ＰＳ灰量が３００ｋｇ／ｍ3を超えると充填性は著しく悪くなる。
(f) 圧縮強度は、単位セメント量２００ｋｇ/ｍ3以下もしくは単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以下の配合においては無混入のものより強度が低下する。
(g) 単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲でＰＳ灰をコンクリートに混入させた場合においては、プレーンコンクリート以上の圧縮強度をもつコンクリートができる。
(h) 単位セメント量３００±２０ｋｇ／ｍ3でかつ単位ＰＳ灰量２００±４０ｋｇ／ｍ3の配合においてはプレーンコンクリートの１．５倍以上の圧縮強度増加が確認された。
【０１４０】
以上の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することにより、圧縮強度の強い超硬練りコンクリートを作ることができることが確認できた。また、コンクリート二次製品に適用することを考えると、強度増加は維持できればよいため、さらにセメントを減らし、ＰＳ灰量を増やすことができると考えられる。
【０１４１】
これにより、ＰＳ灰大量使用およびセメント量の削減によるコスト低下が望め、さらに密度も軽くなるため、運送コストも減らすことが可能になる。
【０１４２】
３．ＰＳ灰を用いたコンクリート二次製品への適用
３−１．概要
「２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状」の結果から、ＰＳ灰をセメントおよび細骨材に置換することにより、圧縮強度の強い超硬練りコンクリートを作ることができた。また、コンクリート二次製品に適用することを考えると、強度増加は維持できれば良いため、さらにセメントを減らし、ＰＳ灰量を増やすことができる。
【０１４３】
これにより、ＰＳ灰大量使用およびセメント量の削減によるコスト低下が望め、さらに密度も軽くなるため、運送コストも減らすことが可能になると考えられた。
【０１４４】
そこで、中空ブロックを対象としてＰＳ灰を最も多く使い、かつセメント量をなるべく減らすことのできる配合を選定し、製品工場の実際の製造方法を用いた実験を行った。
【０１４５】
また、吸水性に優れているというＰＳ灰の特徴を生かして、保水性に優れたインターロッキングブロック（以下、ＩＬＢという）の開発も行った。保水ＩＬＢは雨水を吸い込むことで、雨天時の転倒の防止効果だけでなく、溜め込んだ水分を晴天時に放出することができるため、ヒートアイランド現象の緩和にもつながる非常に優れたＩＬＢである。
【０１４６】
３−２．中空ブロックへの適用
超硬練りコンクリートの即脱製品への適用として中空ブロックをターゲットに実際の工場の製品ラインを用いた実験を行い、その性能の評価をした。この際中空ブロックにおいて強度は一般のコンクリートより小さくて良いため、前述の単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3以上でかつ単位ＰＳ灰量１００ｋｇ／ｍ3以上３００ｋｇ／ｍ3以下の範囲よりもさらにセメント量を減らしたものについて、実験室で配合を選定し、実際の工場において実験を行った。
【０１４７】
３−２−１．使用材料
中空ブロックにおける使用材料を表２０に示す。
【０１４８】
【表２０】
【０１４９】
３−２−２．配合選定
(1) 使用配合
工場で製品に適用する配合の選定を以下で行った。配合選定は、コンクリート中空ブロックの圧縮強度の規格値８Ｎ／ｍｍ2以上となり、かつＰＳ灰を大量に使用できるような配合を選定した。そのため、成型可能である単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3としてセメント量２００ｋｇ／ｍ3から段階的に減らす配合で実験を行い圧縮強度の評価を行った。
【０１５０】
表２１に配合表を示す。
【０１５１】
【表２１】
【０１５２】
ここで養生条件は、蒸気養生とし前置き時間2ｈ（20℃、RH60％）、温度上昇速度20℃/ｈ、最高温度60℃、最高温度保持時間24hとした。また、蒸気養生後は気中養生とした。
【０１５３】
(2) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１５４】
(3) 圧縮強度試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。材齢は蒸気養生１日と気中養生１４日とした。
【０１５５】
表２２に圧縮強度試験結果を示す。
【０１５６】
【表２２】
【０１５７】
(4) 試験結果および考察
図２１より、セメント量を減らしていくと強度が減少して行った。しかし１４日強度では、全ての配合において、コンクリート中空ブロックの規格である８Ｎ／ｍｍ2を満たしている。
【０１５８】
また、セメント量１５０ｋｇ／ｍ3、１２５ｋｇ／ｍ3においては、基本配合と同等の圧縮強度が得られた。密度においても基本配合と比べて、１割程度の減少が確認された。これにより、目的に合う配合の選定ができた。
【０１５９】
３−２−３．製品工場実験
(1) 使用配合
表２３に製品工場で実験を行った配合を示す。配合選定の結果から、十分に規定の圧縮強度を満たした単位セメント量２００ｋｇ／ｍ3、１５０ｋｇ／ｍ3および規定値の範囲ぎりぎりである単位セメント量１００ｋｇ／ｍ3の３配合に、(4)、(5)の２配合を加え、合計５配合について、実験を行った。
【０１６０】
【表２３】
【０１６１】
＊工場では、フレッシュ性状の補正を水量で行っている。表中の水量の（）内に示した値は、実験時の水量である。
【０１６２】
(2) 養生条件
蒸気養生とし、前置き時間１ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間４ｈ、自然温度降下とした。
【０１６３】
(3) 試験項目および目標値
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。試験は気中養生材齢６日で行った。圧縮強度は中空ブロックの規格値である８Ｎ／ｍｍ2を目標とした。
【０１６４】
(4) 試験結果および考察
表２４に圧縮強度試験結果を示す。
【０１６５】
【表２４】
【０１６６】
製品のラインに流す際に、単位水量を変化させることでフレッシュ性状の調整を行うが、(4)、(5)の配合に比べて(1)〜(3)の配合では、ラインに流すのに必要な水量が多くなった。これは、ＰＳ灰量が多いため、水量が多くなったと考えられる。
【０１６７】
しかし、(3)の配合以外では、圧縮強度の規格値である８Ｎ／ｍｍ2を超えた。この結果から、今回行った配合のうち(1)、(2)および(4)、(5)については、十分実製品として適用できると考えられる。
【０１６８】
特に、実験室で配合選定を行った配合についての適用性が確認されたため、超硬練りコンクリートにおいて、ＰＳ灰の大量使用が可能であることが分かった。しかし、(2)、(3) の配合では、即脱後養生室までの運搬時にクラックが生じるものがあった。特に(3)の配合ではクラックが多く確認された。
【０１６９】
３−３．インターロッキングブロックへの適用
３−３−１．使用材料
表２５に使用材料を示す。
【０１７０】
【表２５】
【０１７１】
＊パーライトくず：パーライトは、真珠岩等水分を含むガラス質流紋岩類を粉砕後、高温で焼成発泡させたものである。非常に軽量で、膨張させると多孔質構造、高い吸水性、断熱性などの特性を発揮する。今回使用しているパーライトくずとは、パーライトを生成する際に、発泡せずにパーライトとして使用できないものである。しかしながら、パーライトくずについても高い吸水性が確認されているため、保水性能を付加するために用いた。
【０１７２】
＊下水汚泥溶融スラグ：汚泥焼却灰を溶融スラグ化したもので、水中で急冷された水砕スラグは細砂状であるため、砂の代替品として埋め戻し材やコンクリート用細骨材等に使用することが期待される。細骨材としての使用に関しては十分可能であることが知られているため、細骨材として砂の変わりに使用した。
【０１７３】
＊再生骨材：粗骨材として使用した再生骨材は、実験を行った製品工場から出たコンクリート塊を破砕してできたものである。
【０１７４】
３−３−２．配合条件および配合選定
実製品は、２ｔの加圧条件下で成型を行うため、実験室で製品の再現をするのは困難である。そこで、ＩＬＢに必要とされる強度を満たす配合の選定を行った。配合の選定は、 パーライトくずの置換量の選定→パーライトくずＰＳ灰の割合の選定→工場実験配合の決定という フローで行った。
【０１７５】
(a) 配合選定Ａ
(1)使用配合
表２６に配合表を示す。ここで行うのは、パーライトくずの使用量を決定するための選定である。吸水性能をＩＬＢに付加するためには、なるべく多くのパーライトくずを入れる必要がある。
【０１７６】
そこで、パーライトくずと粗骨材の割合（ＰＡ／（ＰＡ＋Ｇ））とセメント量をさまざまに変えて実験を行い、使用量の検討を行い、保水性ブロックの曲げ強度の品質規格である３Ｎ／ｍｍ2以上（圧縮強度１７Ｎ／ｍｍ2以上）を満たす配合を選定した。ただし、試験室ではＩＬＢの成型が不可能であったため、圧縮強度での検討を行った。
【０１７７】
【表２６】
【０１７８】
(2) 養生条件
養生は蒸気養生とし、前置き時間1ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間4ｈ、自然温度降下とした。
【０１７９】
(3) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まず、セメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１８０】
(4) 試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。表２７に圧縮強度試験結果を示す。
【０１８１】
【表２７】
【０１８２】
圧縮強度試験の結果、規格値を満足する配合はC450−s/a６0のみであった。また、粉体量が増えるにしたがって、強度は落ちてしまっている。このため所定の強度を得るためには粉体量に限界があると考えられる。ＰＡ/（ＰＡ+Ｇ）は60％程度にしなくてはならないことが確認された。
【０１８３】
(b) 配合選定Ｂ
(1)使用配合
所定の強度を得るためには粉体量（セメント、パーライトくず、ＰＳ灰の合計量）に限界があることが確認されたため、粉体量を一定にして、それと同じ質量の粗骨材を入れた配合での実験を行った。表２８に配合表を示す。
【０１８４】
【表２８】
【０１８５】
(2) 養生条件
養生は蒸気養生とし、前置き時間1ｈ、温度上昇速度10℃/ｈ、最高温度75℃±5℃、最高温度保持時間4ｈ、自然温度降下とした。
【０１８６】
(3) 練り混ぜ方法
ミキサーはホバート型ミキサーを用いた。まずセメントと砂を入れて３０秒混ぜた後、水と混和剤を入れて３分間練り混ぜた。
【０１８７】
(4) 試験結果
圧縮強度試験は「JIS-A-1108-1999 コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行った。圧縮強度試験結果を表２９に示す。
【０１８８】
【表２９】
【０１８９】
粉体量を一定にすることにより、配合選定Ａよりも強度は増加した。また、そこにＰＳ灰を加えることにより初期強度が強くなった。また、全ての配合において圧縮強度の規格値を満足した。このため工場実験において行う配合は、コスト面を考えて最もセメント量の少ない配合とすることにした。
【０１９０】
３−３−３．製品工場実験
３−３−２の結果から選定された配合について、実製品の製造ラインを用いて実験を行い、保水・吸水性能についての試験を行った。保水・吸水性能の確認実験のため、養生は実製品とは違い気中養生とした。そのため、曲げ強度は参考値とする。
【０１９１】
(1) 使用配合
配合表を表３０に示す。配合は、実験室で選定した２種類と、配合(2)の粗骨材の重量の半分を川砂および下水汚泥溶融スラグに置換したものの計４配合とした。また、比較用として工場で作られたパーライトくずのみを使った保水性ＩＬＢの試作品の配合を用いた。
【０１９２】
【表３０】
【０１９３】
＊工場では、フレッシュ性状の補正を水量で行っている。表中の水量の（）内に示した値は、実験時の水量である。
【０１９４】
(2) 試験項目および目標値
曲げ試験はJIS A1106に準拠して行った。
保水性試験は、保水量を求めた。保水量は、湿潤質量と絶乾質量および供試体の体積を求めて、以下の式で算出した。
【０１９５】
【数２】
【０１９６】
ここに、
湿潤質量：15〜25℃の清水中で24時間吸水させた後、供試体を取り出して、図２５のような密閉式のプラスチック容器に入れて、15〜30℃の室温で３０分間水を切り、絞った濡れウエスで目に見える水分をぬぐった後、直ちに計測した時の質量。
【０１９７】
絶乾質量：温度105±5℃の乾燥機内において一定質量となるまで乾燥した後、常温まで冷却したときの質量。
【０１９８】
吸水性試験は、以下のような手順で３０分間の水の吸い上げ高さを求めた。
(a) ブロックを温度105±5℃の乾燥機内で一定質量になるまで乾燥した後、常温まで冷却する。
(b) ブロックを図２６に示す吸水性試験装置に設置する。設置後の推移はブロック底面から５ｍｍの高さとなるようにし、水は１５〜２５℃の清水とする。供試体設置台の上面には、金網などのブロック底面に水が回るような材料を用いるか、吸水性のスポンジを挟む。
(c) ３０分経過後にブロックを取り出し、水が滴り落ちない程度まで水を切り、絞ったウエスで目に見える水滴をぬぐう。この時の質量を３０分後の吸い上げ質量とする。
(d) ブロックを湿潤状態とし、湿潤質量を計る。
(e) 吸い上げ高さは、以下の計算式より求める。
【０１９９】
【数３】
【０２００】
各項目の製品の規格値を表３１に示す。
【０２０１】
【表３１】
【０２０２】
＊曲げ強度の（）内の数字は圧縮強度を示している。曲げ強度試験ができない場合に適用する。
【０２０３】
(3) 試験結果および考察
試験結果を表３２に示す。
【０２０４】
【表３２】
【０２０５】
配合選定試験の結果から、強度については十分規定値を満たしていると判断し、気中養生１４日で曲げ試験を行ったため、曲げ強度は参考値とする（実際の製品は蒸気養生を行うため、いずれの配合もより曲げ強度が出ると考えられるため）。
【０２０６】
保水・吸水性能を見ると、保水性能は規格値をすべての配合で満たしていた。特に(3)の配合においては規定の倍ほどの吸水量を示した。(2)、(3)、(4)ではパーライトくず、ＰＳ灰量がほぼ同じであるが、(3)は細骨材を用いたことで充填性が増し、空隙が減ったため保水量が増したと考えられる。吸い上げ高さについては、(3)の配合のみ規格値を満たした。しかしながら(4)の配合については非常に近い値を示している。
【０２０７】
ここで、パーライトくずを用いた試作品と、今回実験を行った中で総合的に最も性能の良かった(4)の配合を比較すると、曲げ強度、保水量はともに比較用の配合を上回る結果となった。３０分後の吸い上げ高さでは、比較用の方が吸水能力が高い結果となった。
【０２０８】
また、供試体が絶乾状態になるまでの時間を比較すると比較用の配合では１日ほどで絶乾状態になったのに対し、今回の実験の供試体は５日間ほど経時変化をしていた。このため、ＰＳ灰を用いることで、水をキープする時間が長くなることが分かった。これらの結果から、ＰＳ灰を保水性に適用することが可能であることが確認された。
【０２０９】
３−４．まとめ
(1) 中空ブロックへの適用
「２．ＰＳ灰を混和したコンクリートの諸性状」で得られた結果をもとに中空ブロックにＰＳ灰を適用した結果、単位セメント量を４０〜９０ｋｇ／ｍ3程度減少し、かつ単位ＰＳ灰量３００ｋｇ／ｍ3においての適用が可能であることが確認された。
【０２１０】
運搬の際にクラックを生じるものも見受けられたが、強度が十分に出ているものについては、クラックは見られなかった。したがって、今回圧縮強度の規格値を満たした配合については、十分製品とし適用できる。
【０２１１】
(2) 保水性ＩＬＢへの適用
ＩＬＢにＰＳ灰およびパーライトくずを用いることで以下の性能が確認された。
(a) ＰＳ灰およびパーライトくずをＩＬＢに適用することで、保水・吸水性能を付加できることが確認された。
(b) ＰＳ灰を用いることにより規格値よりも１．３〜２倍ほどの保水量を得られる。
(c) ＰＳ灰を用いることでパーライトくずのみを用いる場合よりも、長い間水をキープする。
以上よりＰＳ灰の保水性ＩＬＢへの適用することが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１】圧縮強度試験結果（蒸気2日）のグラフである。
【図２】圧縮強度試験結果（気中14日）のグラフである。
【図３】C/Wと圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図４】C/Wと圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図５】PS置換率と強度寄与率の関係（蒸気 2 日）のグラフである。
【図６】PS置換率と強度寄与率の関係（気中14日）のグラフである。
【図７】圧縮強度試験結果（細骨材置換）のグラフである。
【図８】圧縮強度比（細骨材置換）のグラフである。
【図９】圧縮強度試験結果（蒸気2日）のグラフである。
【図１０】圧縮強度試験結果（気中14日）のグラフである。
【図１１】圧縮強度比（蒸気２日）のグラフである。
【図１２】圧縮強度比（気中14日）のグラフである。
【図１３】単位PS灰量と圧縮強度の関係（蒸気2日）のグラフである。
【図１４】単位PS灰量と圧縮強度の関係（気中14日）のグラフである。
【図１５】充填性試験結果（C0シリーズ）のグラフである。
【図１６】充填性試験結果（C10シリーズ）のグラフである。
【図１７】充填性試験結果（C20シリーズ）のグラフである。
【図１８】充填性試験結果（C30シリーズ）のグラフである。
【図１９】充填性試験結果（C40シリーズ）のグラフである。
【図２０】充填性試験結果（C50シリーズ）のグラフである。
【図２１】単位PS灰量と圧縮強度の関係のグラフである。
【図２２】圧縮試験結果のグラフ（棒グラフ）である。
【図２３】圧縮強度試験結果（配合選定Ａ）のグラフ（棒グラフ）である。
【図２４】圧縮強度試験結果（配合選定Ｂ）のグラフ（棒グラフ）である。
【図２５】湿潤状態にする装置の概要図である。
【図２６】吸水性試験装置の概要図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性組成物からなる多孔質の保水性ブロックにおいて、絶乾状態のブロック全体を水中に浸して２４時間吸水させた後の単位体積当たりの保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、絶乾状態のブロックの下端部を水に浸し３０分経過した後のブロックの質量Ｍ30と十分に湿潤状態としたときのブロックの質量Ｍcwの比の百分率（Ｍ30／Ｍcw）×１００％としての吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上であり、十分に湿潤状態とした状態から１００〜１１０℃で加熱して絶乾状態となるまでの湿潤−絶乾時間が４８時間以上であることを特徴とする保水性ブロック。
【請求項２】
前記水硬性組成物は、セメント、パーライトくずおよびペーパースラッジ灰が配合された超硬練りの即脱可能なコンクリートであり、前記ペーパースラッジ灰について単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１記載の保水性ブロック。
【請求項３】
前記パーライトくずについて単位パーライトくず量が３００ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする請求項２記載の保水性ブロック。
【請求項４】
単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3以上、かつ単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3の範囲でペーパースラッジ灰を配合したことを特徴とする低スランプ硬練り水硬性組成物。
【請求項５】
単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ペーパースラッジ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3の範囲でペーパースラッジ灰を配合したことを特徴とする低スランプ硬練り水硬性組成物。
【請求項１】
水硬性組成物からなる多孔質の保水性ブロックにおいて、絶乾状態のブロック全体を水中に浸して２４時間吸水させた後の単位体積当たりの保水量が０．１５ｇ／ｃｍ3以上、絶乾状態のブロックの下端部を水に浸し３０分経過した後のブロックの質量Ｍ30と十分に湿潤状態としたときのブロックの質量Ｍcwの比の百分率（Ｍ30／Ｍcw）×１００％としての吸上げ高さが７０％以上、曲げ強度が３Ｎ／ｍｍ2以上であり、十分に湿潤状態とした状態から１００〜１１０℃で加熱して絶乾状態となるまでの湿潤−絶乾時間が４８時間以上であることを特徴とする保水性ブロック。
【請求項２】
前記水硬性組成物は、セメント、パーライトくずおよびペーパースラッジ灰が配合された超硬練りの即脱可能なコンクリートであり、前記ペーパースラッジ灰について単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１記載の保水性ブロック。
【請求項３】
前記パーライトくずについて単位パーライトくず量が３００ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする請求項２記載の保水性ブロック。
【請求項４】
単位セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3以上、かつ単位ペーパースラッジ灰量が１００〜３００ｋｇ／ｍ3の範囲でペーパースラッジ灰を配合したことを特徴とする低スランプ硬練り水硬性組成物。
【請求項５】
単位セメント量が２８０〜３２０ｋｇ／ｍ3、かつ単位ペーパースラッジ灰量が１６０〜２４０ｋｇ／ｍ3の範囲でペーパースラッジ灰を配合したことを特徴とする低スランプ硬練り水硬性組成物。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００７−２３０８２７（Ｐ２００７−２３０８２７Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５０７９（Ｐ２００６−５５０７９）
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【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 国立大学法人宇都宮大学工学部建設学科建設工学コース 平成１７年度卒業論文発表会（平成１８年２月２日）にて発表
【出願人】（３０４０３６７４３）国立大学法人宇都宮大学 (209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【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 国立大学法人宇都宮大学工学部建設学科建設工学コース 平成１７年度卒業論文発表会（平成１８年２月２日）にて発表
【出願人】（３０４０３６７４３）国立大学法人宇都宮大学 (209)
【Ｆターム（参考）】
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