水硬性セメント組成物
【課題】高強度の成形体を形成することができ、製造時のＣＯ２排出量が削減された、アルカリ性を必ずしも必要としない構造体の形成に有用な水硬性セメント組成物を提供する。
【解決手段】粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物である。
【解決手段】粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水硬性セメント組成物に係り、特に高炉スラグを主体とするセメント製造時のＣＯ２排出量が抜本的に削減された水硬性セメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポルトランドセメントの製造によって発生するＣＯ２は、セメント１トン当り焼成エネルギーで約３５０kg／トン、原料の石灰石から約４５０kg／トン、合計約７５０kg／トンであり膨大な量となっている。セメント産業全体ではわが国全体の約４％に相当する。
【０００３】
現在の鉄筋コンクリート構造物はポルトランドセメントの水和によって生ずる高いアルカリ性がもたらす鋼材の防食作用を不可欠の要件としているが、これを必ずしも必要としない構造体であれば高炉スラグを主体とした焼成不要のセメントを利用することができる。
【０００４】
高炉スラグ微粉末を用いたセメントとしては、既に日本工業規格ＪＩＳＲ５２１１に高炉セメントが規格化されている。これによれば、高炉セメントＡ種では高炉スラグ微粉末の含有量が５〜３０質量％、Ｂ種では３０〜６０質量％、Ｃ種では６０〜７０質量％と定められており、実際に流通し、使用されているのは、高炉スラグ微粉末の含有量が５０質量％前後のＢ種セメントが大半を占める。
【０００５】
セメント製造時のＣＯ２を削減する目的からは、前記高炉セメントＡ種は不十分である。Ｂ種も十分ではないが、これとは別に高炉セメントＢ種は普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートに比べて中性化が速く乾燥収縮が大きいといった課題があり、その利用拡大は必ずしも進んでいない。高炉セメントＣ種ではＣＯ２削減効果はより大きくなるものの、上記のＢ種における中性化、乾燥収縮の問題がさらに強く発現し、ほとんど利用されていないのが現状である。
【０００６】
一方、高炉スラグ微粉末にセッコウとアルカリ刺激材を添加したセメントが高い強度を発現することは、古くから、高硫酸塩スラグセメントとして知られている。このセメントの水和反応に必要なアルカリ刺激材としては水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等の工業原料がある。このセメントは、高炉スラグ微粉末の含有量が８０〜９０質量％と高くＣＯ２の削減効果はきわめて大きい。しかし、アルカリ反応刺激材の資源量、コスト、製造エネルギー・ＣＯ２等の面で本発明の目的とするセメントとすることは難しい。
【０００７】
一方、解体コンクリートの中には、セメントの水和によって生成した水酸化カルシウムや未水和のセメントが残留しており、これらの副産物をアルカリ刺激材として利用することが考えられる。また、解体コンクリートのリサイクルにおいては、再生粗骨材を回収する技術は確立しているものの、再生コンクリート微粉末の用途が限られているため、再生細骨材と再生コンクリート微粉末のリサイクルが進んでいない。再生コンクリート微粉末をセメントの原料として利用できるようになれば、コンクリートのリサイクルが全体として進展することになる。
そのような観点から、高炉スラグ微粉末５０〜８０質量部、セッコウ２〜５質量部に解体コンクリート破砕物の５ｍｍ以下のものを２０〜５０質量部を添加した水硬性セメントが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このセメントは２８日強度が１０〜１４Ｎ／ｍｍ２程度に過ぎず、実用性を有するものではなかった。
【０００８】
さらに、前記水硬性セメントの強度を改善するために上記組成物に、さらに、５〜３０質量部のポルトランドセメントを添加する方法が記載され、２８日強度が２０〜２５Ｎ／ｍｍ２を得ることを示している（例えば、特許文献２参照。）。しかし、このセメントは、初期強度の発現が低い点、コンクリート破砕物の５ｍｍ以下のものが、本質的に組成の変動の大きいものである点、ポルトランドセメントの使用量が相当量必要でありＣＯ２の削減効果に限界がある点等の課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１５８１４６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した課題に鑑み、高強度の成形体を形成することができ、高炉スラグを主体とする製造時のＣＯ２排出量が削減された、アルカリ性を必ずしも必要としない構造体の形成に有用な水硬性セメント組成物を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記各特許文献に提案の発明は、高炉スラグ微粉末を主体にしたセメントのアルカリ刺激材として再生コンクリート微粉末を使用している点で従来のアルカリ刺激材の資源量や製造エネルギー・コストの問題を解決する第一歩を示したものである。
本発明は、再生コンクリート微粉末をアルカリ刺激材として使用するこの技術を発展させたものであり、高炉スラグ微粉末とセッコウの量および再生コンクリート微粉末の量と強度発現との関係の最適な組み合せとすることで、従来にない優れた物性が達成されることを見いだして完成したものである。
さらに、本発明の好適な態様においては、再生コンクリート微粉末として、水酸化カルシウムの含有率が適正なものを使用することにより、セメントとしてより安定した品質の組成物を見出したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の水硬性セメント組成物は、
＜１＞ 粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物である。
＜２＞ 前記セッコウが無水セッコウである前記＜１＞に記載の水硬性セメント組成物。
【００１３】
本発明の水硬性セメント組成物は、高炉スラグ微粉末が８０〜９５質量部と高い含有率を占めるため、セメント製造時におけるＣＯ２排出量を抜本的に削減することができ、また、解体コンクリートから分離した水酸化カルシウムを特定の割合で含む再生コンクリート微粉末を用いており、この再生コンクリート微粉末は高炉スラグ微粉末のアルカリ刺激材として適しており、このセメント組成物を用いた構造体の強度等の品質のコントロールが容易であるという利点をも有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高強度の成形体を形成することができ、高炉スラグを主体とすることで製造時のＣＯ２排出量が削減された水硬性セメント組成物が提供される。この水硬性セメント組成物は、アルカリ性を必ずしも必要としない構造体に好適に使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有することを特徴とする。
本発明の水硬性セメント組成物に用いられる混合物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する。即ち、混合物は、高炉スラグ微粉末とセッコウとを、質量比で８０：２０〜９５：５の割合で含有する。
このような混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有するものである。
本発明において、上記公知のセメント組成物と最も異なる点は、解体コンクリートから分離して得られる水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末をアルカリ刺激材として用いることである。
【００１６】
（再生コンクリート微粉末）
本発明者らは、再生コンクリート微粉末を高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激材として使用したセメント組成物では、得られるセメントの品質をコントロールするうえで、再生コンクリート微粉末の品質をコントロールすることが有効であることを見出した。すなわち、アルカリ刺激材としての再生コンクリート微粉末について種々検討した結果、再生コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウム、セメント水和物、未水和セメント、骨材粉の各成分のうち、水酸化カルシウムの作用がセメントの品質を決定する上で支配的であり、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末が極めて有効であることを見出した。
【００１７】
再生コンクリート微粉末中の水酸化カルシウムの含有率が３質量％未満では有効成分の量が少なくアルカリ刺激効果が効果的に発揮されず、得られるセメント組成物は硬化性に劣る。また、再生コンクリート微粉末として水酸化カルシウムの含有率が１５質量％を上回るものを用いる場合には、アルカリ刺激作用は十分に得られるものの、このような水酸化カルシウム含有率の再生コンクリート微粉末が容易に得られず、セメント量の著しく多い解体コンクリート塊等から製造した再生コンクリート微粉末等、利用可能な再生コンクリート微粉末が限定され再生コンクリート微粉末の活用効率が悪くなるとともに、水酸化カルシウム含有率が多すぎると、セメント組成物に利用される再生コンクリート微粉末量が減少する。このため、コンクリート廃材を有効な資源として再生利用し、廃棄量を減少させるというリサイクル上の観点からも好ましくない事態となる。したがって、再生コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウムの含有率としては３〜１５質量％であることを要する。また、セメント組成物の品質をコントロールするうえでは６〜１２質量％のものがより好ましい。
【００１８】
再生コンクリート微粉末の粉末度は、水酸化カルシウムの含有率が３〜１５％であれば、特に限定されるものではないが、アルカリ刺激効果の効率やモルタルやコンクリートにした時の流動性からは２０００〜７０００ｃｍ２／ｇの範囲が好ましい。粉末度が上記範囲であると、十分なアルカリ刺激効果が得られ、モルタルやコンクリートに使用した時も好適な流動性が達成される。
【００１９】
解体コンクリートから分離された再生コンクリート微粉末は、例えば、解体コンクリートから粗骨材や細骨材を取り除くことにより得ることができる。このとき解体コンクリートから分離された粗骨材や細骨材も再生品として使用することができる。
解体コンクリートから分離した再生コンクリート微粉末であって、水酸化カルシウムを上記の含有率で含む再生コンクリート微粉末を得る手段としては、機械擦りもみ方式が好ましく、機械擦りもみ方式のなかでは偏心ロータ方式がより好ましい。以下、このような再生コンクリート微粉末の製造方法について説明する。
【００２０】
本発明における好ましい再生コンクリート微粉末は、加熱を行わない機械擦りもみ方式により製造されることが、製造時の二酸化炭素の削減及び得られる微粉末の品質にばらつきがないという観点から好適である。特に、偏心ロータ方式や遊星ミル等の機械擦りもみ装置で製造する際に、機械すりもみプロセスを密閉された空間内で行い、空間内の空気中のＣＯ２を除去する方法、或いは、チッソガスなどの不活性ガスを封入する方法をとることで、処理中の炭酸化による水酸化カルシウム含有率の減少を抑制した再生コンクリート微粉末は本発明における如き、アルカリ刺激材として使用するのに最適な水酸化カルシウム含有率の微粉末を得ることができる。
【００２１】
他方、解体コンクリート塊をジョークラッシャーやインペラーブレーカー等の破砕機を用いて破砕する方法においては、骨材とモルタル・ぺーストが同時に破砕されるため、再生コンクリート微粉末中に骨材粉が多くなり易く、また、微粉中の骨材粉とモルタル・ぺースト粉の比率もコンクリートの配合（調合）によっては相当変化することとなり、高炉スラグ微粉末のアルカリ刺激材として用いるには、品質のコントロールが極めて困難であり、また、加熱と機械擦りもみによって骨材を取り出す加熱すりもみ方式で製造した微粉末は骨材粉が少なく、アルカリ刺激材として適しているものの、加熱によって解体コンクリート中の水和物が変化する懸念があり、また、製造エネルギーが大きくなり、セメント製造時のＣＯ２を削減するという観点からも好適とは言い難い。
再生コンクリート微粉末中の水酸化カルシウム含有率は、熱重量分析法により測定することができる。
【００２２】
再生コンクリート微粉末の含有量は、以下に説明する高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物１００質量部に対して、３〜１５質量部であることを要し、より好ましくは５〜１０質量部の範囲である。
水硬性セメント組成物における再生コンクリート微粉末の含有量が、前記混合物に対して３質量部未満ではこのセメント組成物を用いて得られた構造体の強度が十分でなく、１５質量部を超えた場合、このセメント組成物を用いて得られた構造体のさらなる強度の向上は見られず、却ってセメント組成物の粉体量が相対的に増加して、セメント組成物を用いて得られるモルタルやコンクリートの流動性が低下するため好ましくない。
【００２３】
（高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物）
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末とセッコウとを特定の比率で混合した混合物を含有する。
本発明に用いうるセッコウは、例えば、二水セッコウ、無水セッコウ、半水セッコウのいずれでもよく、これらの一種又は二種以上を用いることができるが、これらの中では無水セッコウが好ましい。
【００２４】
粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物中に含まれるセッコウの量は、高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物全体に対し、５〜２０質量％である。混合物中のセッコウの含有量が５〜２０質量％の範囲を外れた場合、コンクリートの高い強度と強度発現速度を得るのが困難となる。混合物中のセッコウの含有量は５〜２０質量％の範囲であり、好ましくは１０〜１５質量％の範囲である。
【００２５】
該混合物に含まれる高炉スラグ微粉末としては、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇであれば、汎用の高炉スラグ微粉末を使用することができるが、粉末度が４０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものが好ましい。
高炉スラグ微粉末の粉末度はＪＩＳ Ｒ ５２０１（１９９７年）記載のセメントの粉末度の測定方法に準じて測定することができる。粉末度は、高炉水砕スラグを粉砕する時の粉砕方法、粉砕条件や粉砕後の分級により制御することができる。
高炉スラグ微粉末の粉末度が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、セメント組成物の硬化反応が進行し難く、１３０００ｃｍ２／ｇを超える場合には、反応が急速に進行して発熱量が増加したり、乾燥収縮が大きくなったり、得られる成形体におけるクラックの発生や寸法安定性が低下したり、などの問題が生じやすくなる。
【００２６】
混合物に対する高炉スラグ微粉末の配合量は、セメント製造時のＣＯ２削減という点では多い方が好ましいが、９５質量％を超えると、相対的にセッコウの量が不足し、十分な強度を得るのが難しく、特に強度の発現速度が遅くなる傾向にあり好ましくない。
混合物に対する高炉スラグ微粉末の含有量は好ましくは８０〜９５質量％、より好ましくは８５〜９０質量％である。言い換えれば、本発明に使用される高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物中には、高炉スラグ微粉末とセッコウとが、８０：２０〜９５：５の範囲で含まれることを要し、８５：１５〜９０：１０の範囲であることが好ましい。
【００２７】
このような高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物１００質量部に対し、前記再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有する本発明の水硬性セメント組成物は、ポルトランドセメントを含有することがないため、製造時の二酸化炭素の排出量が削減され、且つ、高強度の構造体を作製しうる。
本発明の水硬性セメント組成物は、アルカリ性を必ずしも必要としないコンクリート構造体、即ち、防錆処理した鉄やステンレス綱などの補強材を用いた構造物や防錆処理した鉄やステンレス綱などの枠材を用いたプレキャストコンクリート成形体などの製造に好適に用いられる。
本発明のセメント組成物には、上記必須成分に加え、通常、セメント組成物に用いられる各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されない。
表１に示す組成の５種類の高炉スラグ微粉末と無水セッコウ、および下に示す再生コンクリート微粉末を用いて、下記表２に示す組成の水硬性セメント組成物を用いて水／セメント比５０％のセメントペーストを調整し、その水和発熱量（１週間の発熱量の総量）をコンダクションカロリーメーターで測定した。
また、得られた水硬性セメント組成物を用い、ＪＩＳ Ｒ５２０１に定める方法でセメントと標準砂の質量比１：３、水セメント比５０％のモルタルによる成形体を作製して、その圧縮強度を測定した。
下記セメント組成物を製造する際に排出される炭酸ガス量を、以下の方法により算出した。
ポルトランドセメント製造時のＣＯ２発生量を７５０ｋｇ／トンとする。このうち原料からの発生量は４５０ｋｇ、製造エネルギー他からの発生量は３００ｋｇである。後者の発生量の約５％（１５ｋｇ）が、粉砕その他から発生するＣＯ２である。これらの量は全てのセメントで共通とする。ここで、再生コンクリート微粉末の製造エネルギーは、３０ｋｇ・ＣＯ２／トン・微粉末である。これらの値を用いてセメント組成物製造時のＣＯ２発生量を算出した。
これらの結果を下記表２に示す。
【００２９】
再生コンクリート微粉末としては下記５種類を使用した。
（１） 再生コンクリート微粉末１：水酸化カルシウム含有率 ８．２質量％
粉末度 ５８６０ｃｍ２／ｇ
（２） 再生コンクリート微粉末２：水酸化カルシウム含有率 ４．７質量％
粉末度 ５７１０ｃｍ２／ｇ
（３） 再生コンクリート微粉末３：水酸化カルシウム含有率 １３．６質量％
粉末度 ５６５０ｃｍ２／ｇ
（４） 再生コンクリート微粉末４：水酸化カルシウム含有率 １．４質量％
粉末度 ５６９０ｃｍ２／ｇ
（５） 再生コンクリート微粉末５：再生コンクリート微粉末１の原料とした解体コンクリート塊と同一の解体コンクリート塊をジョークラッシャーで破砕して製造した５mmアンダーの再生微粉であり、特開昭６２−１５８１４６および特開昭６３−２８４２の実施例で使用された再生コンクリート微粉末と同様の方法で製造したもの。（水酸化カルシウム含有率：２．６質量％）
【００３０】
【表１】
【００３１】
上記の材料を用いて、実施例として表２に材料構成を示す実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例１１の２２種類のセメント組成物で調整したセメントペーストとモルタルを用いて反応熱量と圧縮強度を測定した。下記表２において、比較例１０及び１１では、混合物中に普通ポルトランドセメント（表２中に「ＯＰＣ」と記載）を用いている。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２には、実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例１１の材料構成と試験結果を示す。 表２に示すように、本発明の水硬性セメント組成物を用いた成形体は、硬化時の発熱量から、十分に硬化反応が進行していることが推定され、実際に、得られた成形体は、炭酸ガス発生量が同等である比較例１〜８のものに比べ、圧縮強度に優れることがわかる。
他方、実施例と同じ再生コンクリート微粉末を用いたものであり、含有量が本発明の範囲外である比較例１〜比較例４、再生コンクリート微粉末を適量用いた場合であっても、水酸化カルシウムの含有率が本発明の範囲外のものを用いた比較例５、６及び、特開昭６２−１５８１４６に記載の再生コンクリート微粉末を含有するセメント組成物を用いた比較例７のいずれも、実施例に比べて、得られた成形体の圧縮強度が劣るものであった。
比較例８、９は実施例３と同じ組成であるが、高炉スラグ微粉末の粉末度が本発明の範囲外であり、粉末度の小さい比較例８は強度発現が十分でなく、粉末度の大きい比較例９は発熱量が大き過ぎて、構造体のひび割れが問題となる。
また、ポルトランドセメントを含有する比較例１０及び１１は圧縮強度が向上するが、炭酸ガス発生量が著しく増加するのがわかる。一般的なポルトランドセメントを含有するセメント組成物（比較例１１）の製造に消費される炭酸ガス量は７５０ｋｇ／トンであり、本発明による組成物は、これに比べ十分な圧縮強度を達成しうるセメント組成物であり、且つ、製造時の炭酸ガス排出量が削減されていることがわかる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は水硬性セメント組成物に係り、特に高炉スラグを主体とするセメント製造時のＣＯ２排出量が抜本的に削減された水硬性セメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポルトランドセメントの製造によって発生するＣＯ２は、セメント１トン当り焼成エネルギーで約３５０kg／トン、原料の石灰石から約４５０kg／トン、合計約７５０kg／トンであり膨大な量となっている。セメント産業全体ではわが国全体の約４％に相当する。
【０００３】
現在の鉄筋コンクリート構造物はポルトランドセメントの水和によって生ずる高いアルカリ性がもたらす鋼材の防食作用を不可欠の要件としているが、これを必ずしも必要としない構造体であれば高炉スラグを主体とした焼成不要のセメントを利用することができる。
【０００４】
高炉スラグ微粉末を用いたセメントとしては、既に日本工業規格ＪＩＳＲ５２１１に高炉セメントが規格化されている。これによれば、高炉セメントＡ種では高炉スラグ微粉末の含有量が５〜３０質量％、Ｂ種では３０〜６０質量％、Ｃ種では６０〜７０質量％と定められており、実際に流通し、使用されているのは、高炉スラグ微粉末の含有量が５０質量％前後のＢ種セメントが大半を占める。
【０００５】
セメント製造時のＣＯ２を削減する目的からは、前記高炉セメントＡ種は不十分である。Ｂ種も十分ではないが、これとは別に高炉セメントＢ種は普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートに比べて中性化が速く乾燥収縮が大きいといった課題があり、その利用拡大は必ずしも進んでいない。高炉セメントＣ種ではＣＯ２削減効果はより大きくなるものの、上記のＢ種における中性化、乾燥収縮の問題がさらに強く発現し、ほとんど利用されていないのが現状である。
【０００６】
一方、高炉スラグ微粉末にセッコウとアルカリ刺激材を添加したセメントが高い強度を発現することは、古くから、高硫酸塩スラグセメントとして知られている。このセメントの水和反応に必要なアルカリ刺激材としては水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等の工業原料がある。このセメントは、高炉スラグ微粉末の含有量が８０〜９０質量％と高くＣＯ２の削減効果はきわめて大きい。しかし、アルカリ反応刺激材の資源量、コスト、製造エネルギー・ＣＯ２等の面で本発明の目的とするセメントとすることは難しい。
【０００７】
一方、解体コンクリートの中には、セメントの水和によって生成した水酸化カルシウムや未水和のセメントが残留しており、これらの副産物をアルカリ刺激材として利用することが考えられる。また、解体コンクリートのリサイクルにおいては、再生粗骨材を回収する技術は確立しているものの、再生コンクリート微粉末の用途が限られているため、再生細骨材と再生コンクリート微粉末のリサイクルが進んでいない。再生コンクリート微粉末をセメントの原料として利用できるようになれば、コンクリートのリサイクルが全体として進展することになる。
そのような観点から、高炉スラグ微粉末５０〜８０質量部、セッコウ２〜５質量部に解体コンクリート破砕物の５ｍｍ以下のものを２０〜５０質量部を添加した水硬性セメントが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このセメントは２８日強度が１０〜１４Ｎ／ｍｍ２程度に過ぎず、実用性を有するものではなかった。
【０００８】
さらに、前記水硬性セメントの強度を改善するために上記組成物に、さらに、５〜３０質量部のポルトランドセメントを添加する方法が記載され、２８日強度が２０〜２５Ｎ／ｍｍ２を得ることを示している（例えば、特許文献２参照。）。しかし、このセメントは、初期強度の発現が低い点、コンクリート破砕物の５ｍｍ以下のものが、本質的に組成の変動の大きいものである点、ポルトランドセメントの使用量が相当量必要でありＣＯ２の削減効果に限界がある点等の課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１５８１４６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した課題に鑑み、高強度の成形体を形成することができ、高炉スラグを主体とする製造時のＣＯ２排出量が削減された、アルカリ性を必ずしも必要としない構造体の形成に有用な水硬性セメント組成物を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記各特許文献に提案の発明は、高炉スラグ微粉末を主体にしたセメントのアルカリ刺激材として再生コンクリート微粉末を使用している点で従来のアルカリ刺激材の資源量や製造エネルギー・コストの問題を解決する第一歩を示したものである。
本発明は、再生コンクリート微粉末をアルカリ刺激材として使用するこの技術を発展させたものであり、高炉スラグ微粉末とセッコウの量および再生コンクリート微粉末の量と強度発現との関係の最適な組み合せとすることで、従来にない優れた物性が達成されることを見いだして完成したものである。
さらに、本発明の好適な態様においては、再生コンクリート微粉末として、水酸化カルシウムの含有率が適正なものを使用することにより、セメントとしてより安定した品質の組成物を見出したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の水硬性セメント組成物は、
＜１＞ 粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物である。
＜２＞ 前記セッコウが無水セッコウである前記＜１＞に記載の水硬性セメント組成物。
【００１３】
本発明の水硬性セメント組成物は、高炉スラグ微粉末が８０〜９５質量部と高い含有率を占めるため、セメント製造時におけるＣＯ２排出量を抜本的に削減することができ、また、解体コンクリートから分離した水酸化カルシウムを特定の割合で含む再生コンクリート微粉末を用いており、この再生コンクリート微粉末は高炉スラグ微粉末のアルカリ刺激材として適しており、このセメント組成物を用いた構造体の強度等の品質のコントロールが容易であるという利点をも有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高強度の成形体を形成することができ、高炉スラグを主体とすることで製造時のＣＯ２排出量が削減された水硬性セメント組成物が提供される。この水硬性セメント組成物は、アルカリ性を必ずしも必要としない構造体に好適に使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有することを特徴とする。
本発明の水硬性セメント組成物に用いられる混合物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する。即ち、混合物は、高炉スラグ微粉末とセッコウとを、質量比で８０：２０〜９５：５の割合で含有する。
このような混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有するものである。
本発明において、上記公知のセメント組成物と最も異なる点は、解体コンクリートから分離して得られる水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末をアルカリ刺激材として用いることである。
【００１６】
（再生コンクリート微粉末）
本発明者らは、再生コンクリート微粉末を高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激材として使用したセメント組成物では、得られるセメントの品質をコントロールするうえで、再生コンクリート微粉末の品質をコントロールすることが有効であることを見出した。すなわち、アルカリ刺激材としての再生コンクリート微粉末について種々検討した結果、再生コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウム、セメント水和物、未水和セメント、骨材粉の各成分のうち、水酸化カルシウムの作用がセメントの品質を決定する上で支配的であり、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末が極めて有効であることを見出した。
【００１７】
再生コンクリート微粉末中の水酸化カルシウムの含有率が３質量％未満では有効成分の量が少なくアルカリ刺激効果が効果的に発揮されず、得られるセメント組成物は硬化性に劣る。また、再生コンクリート微粉末として水酸化カルシウムの含有率が１５質量％を上回るものを用いる場合には、アルカリ刺激作用は十分に得られるものの、このような水酸化カルシウム含有率の再生コンクリート微粉末が容易に得られず、セメント量の著しく多い解体コンクリート塊等から製造した再生コンクリート微粉末等、利用可能な再生コンクリート微粉末が限定され再生コンクリート微粉末の活用効率が悪くなるとともに、水酸化カルシウム含有率が多すぎると、セメント組成物に利用される再生コンクリート微粉末量が減少する。このため、コンクリート廃材を有効な資源として再生利用し、廃棄量を減少させるというリサイクル上の観点からも好ましくない事態となる。したがって、再生コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウムの含有率としては３〜１５質量％であることを要する。また、セメント組成物の品質をコントロールするうえでは６〜１２質量％のものがより好ましい。
【００１８】
再生コンクリート微粉末の粉末度は、水酸化カルシウムの含有率が３〜１５％であれば、特に限定されるものではないが、アルカリ刺激効果の効率やモルタルやコンクリートにした時の流動性からは２０００〜７０００ｃｍ２／ｇの範囲が好ましい。粉末度が上記範囲であると、十分なアルカリ刺激効果が得られ、モルタルやコンクリートに使用した時も好適な流動性が達成される。
【００１９】
解体コンクリートから分離された再生コンクリート微粉末は、例えば、解体コンクリートから粗骨材や細骨材を取り除くことにより得ることができる。このとき解体コンクリートから分離された粗骨材や細骨材も再生品として使用することができる。
解体コンクリートから分離した再生コンクリート微粉末であって、水酸化カルシウムを上記の含有率で含む再生コンクリート微粉末を得る手段としては、機械擦りもみ方式が好ましく、機械擦りもみ方式のなかでは偏心ロータ方式がより好ましい。以下、このような再生コンクリート微粉末の製造方法について説明する。
【００２０】
本発明における好ましい再生コンクリート微粉末は、加熱を行わない機械擦りもみ方式により製造されることが、製造時の二酸化炭素の削減及び得られる微粉末の品質にばらつきがないという観点から好適である。特に、偏心ロータ方式や遊星ミル等の機械擦りもみ装置で製造する際に、機械すりもみプロセスを密閉された空間内で行い、空間内の空気中のＣＯ２を除去する方法、或いは、チッソガスなどの不活性ガスを封入する方法をとることで、処理中の炭酸化による水酸化カルシウム含有率の減少を抑制した再生コンクリート微粉末は本発明における如き、アルカリ刺激材として使用するのに最適な水酸化カルシウム含有率の微粉末を得ることができる。
【００２１】
他方、解体コンクリート塊をジョークラッシャーやインペラーブレーカー等の破砕機を用いて破砕する方法においては、骨材とモルタル・ぺーストが同時に破砕されるため、再生コンクリート微粉末中に骨材粉が多くなり易く、また、微粉中の骨材粉とモルタル・ぺースト粉の比率もコンクリートの配合（調合）によっては相当変化することとなり、高炉スラグ微粉末のアルカリ刺激材として用いるには、品質のコントロールが極めて困難であり、また、加熱と機械擦りもみによって骨材を取り出す加熱すりもみ方式で製造した微粉末は骨材粉が少なく、アルカリ刺激材として適しているものの、加熱によって解体コンクリート中の水和物が変化する懸念があり、また、製造エネルギーが大きくなり、セメント製造時のＣＯ２を削減するという観点からも好適とは言い難い。
再生コンクリート微粉末中の水酸化カルシウム含有率は、熱重量分析法により測定することができる。
【００２２】
再生コンクリート微粉末の含有量は、以下に説明する高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物１００質量部に対して、３〜１５質量部であることを要し、より好ましくは５〜１０質量部の範囲である。
水硬性セメント組成物における再生コンクリート微粉末の含有量が、前記混合物に対して３質量部未満ではこのセメント組成物を用いて得られた構造体の強度が十分でなく、１５質量部を超えた場合、このセメント組成物を用いて得られた構造体のさらなる強度の向上は見られず、却ってセメント組成物の粉体量が相対的に増加して、セメント組成物を用いて得られるモルタルやコンクリートの流動性が低下するため好ましくない。
【００２３】
（高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物）
本発明の水硬性セメント組成物は、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末とセッコウとを特定の比率で混合した混合物を含有する。
本発明に用いうるセッコウは、例えば、二水セッコウ、無水セッコウ、半水セッコウのいずれでもよく、これらの一種又は二種以上を用いることができるが、これらの中では無水セッコウが好ましい。
【００２４】
粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物中に含まれるセッコウの量は、高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物全体に対し、５〜２０質量％である。混合物中のセッコウの含有量が５〜２０質量％の範囲を外れた場合、コンクリートの高い強度と強度発現速度を得るのが困難となる。混合物中のセッコウの含有量は５〜２０質量％の範囲であり、好ましくは１０〜１５質量％の範囲である。
【００２５】
該混合物に含まれる高炉スラグ微粉末としては、粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇであれば、汎用の高炉スラグ微粉末を使用することができるが、粉末度が４０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものが好ましい。
高炉スラグ微粉末の粉末度はＪＩＳ Ｒ ５２０１（１９９７年）記載のセメントの粉末度の測定方法に準じて測定することができる。粉末度は、高炉水砕スラグを粉砕する時の粉砕方法、粉砕条件や粉砕後の分級により制御することができる。
高炉スラグ微粉末の粉末度が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、セメント組成物の硬化反応が進行し難く、１３０００ｃｍ２／ｇを超える場合には、反応が急速に進行して発熱量が増加したり、乾燥収縮が大きくなったり、得られる成形体におけるクラックの発生や寸法安定性が低下したり、などの問題が生じやすくなる。
【００２６】
混合物に対する高炉スラグ微粉末の配合量は、セメント製造時のＣＯ２削減という点では多い方が好ましいが、９５質量％を超えると、相対的にセッコウの量が不足し、十分な強度を得るのが難しく、特に強度の発現速度が遅くなる傾向にあり好ましくない。
混合物に対する高炉スラグ微粉末の含有量は好ましくは８０〜９５質量％、より好ましくは８５〜９０質量％である。言い換えれば、本発明に使用される高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物中には、高炉スラグ微粉末とセッコウとが、８０：２０〜９５：５の範囲で含まれることを要し、８５：１５〜９０：１０の範囲であることが好ましい。
【００２７】
このような高炉スラグ微粉末とセッコウとの混合物１００質量部に対し、前記再生コンクリート微粉末を３〜１５質量部含有する本発明の水硬性セメント組成物は、ポルトランドセメントを含有することがないため、製造時の二酸化炭素の排出量が削減され、且つ、高強度の構造体を作製しうる。
本発明の水硬性セメント組成物は、アルカリ性を必ずしも必要としないコンクリート構造体、即ち、防錆処理した鉄やステンレス綱などの補強材を用いた構造物や防錆処理した鉄やステンレス綱などの枠材を用いたプレキャストコンクリート成形体などの製造に好適に用いられる。
本発明のセメント組成物には、上記必須成分に加え、通常、セメント組成物に用いられる各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されない。
表１に示す組成の５種類の高炉スラグ微粉末と無水セッコウ、および下に示す再生コンクリート微粉末を用いて、下記表２に示す組成の水硬性セメント組成物を用いて水／セメント比５０％のセメントペーストを調整し、その水和発熱量（１週間の発熱量の総量）をコンダクションカロリーメーターで測定した。
また、得られた水硬性セメント組成物を用い、ＪＩＳ Ｒ５２０１に定める方法でセメントと標準砂の質量比１：３、水セメント比５０％のモルタルによる成形体を作製して、その圧縮強度を測定した。
下記セメント組成物を製造する際に排出される炭酸ガス量を、以下の方法により算出した。
ポルトランドセメント製造時のＣＯ２発生量を７５０ｋｇ／トンとする。このうち原料からの発生量は４５０ｋｇ、製造エネルギー他からの発生量は３００ｋｇである。後者の発生量の約５％（１５ｋｇ）が、粉砕その他から発生するＣＯ２である。これらの量は全てのセメントで共通とする。ここで、再生コンクリート微粉末の製造エネルギーは、３０ｋｇ・ＣＯ２／トン・微粉末である。これらの値を用いてセメント組成物製造時のＣＯ２発生量を算出した。
これらの結果を下記表２に示す。
【００２９】
再生コンクリート微粉末としては下記５種類を使用した。
（１） 再生コンクリート微粉末１：水酸化カルシウム含有率 ８．２質量％
粉末度 ５８６０ｃｍ２／ｇ
（２） 再生コンクリート微粉末２：水酸化カルシウム含有率 ４．７質量％
粉末度 ５７１０ｃｍ２／ｇ
（３） 再生コンクリート微粉末３：水酸化カルシウム含有率 １３．６質量％
粉末度 ５６５０ｃｍ２／ｇ
（４） 再生コンクリート微粉末４：水酸化カルシウム含有率 １．４質量％
粉末度 ５６９０ｃｍ２／ｇ
（５） 再生コンクリート微粉末５：再生コンクリート微粉末１の原料とした解体コンクリート塊と同一の解体コンクリート塊をジョークラッシャーで破砕して製造した５mmアンダーの再生微粉であり、特開昭６２−１５８１４６および特開昭６３−２８４２の実施例で使用された再生コンクリート微粉末と同様の方法で製造したもの。（水酸化カルシウム含有率：２．６質量％）
【００３０】
【表１】
【００３１】
上記の材料を用いて、実施例として表２に材料構成を示す実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例１１の２２種類のセメント組成物で調整したセメントペーストとモルタルを用いて反応熱量と圧縮強度を測定した。下記表２において、比較例１０及び１１では、混合物中に普通ポルトランドセメント（表２中に「ＯＰＣ」と記載）を用いている。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２には、実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例１１の材料構成と試験結果を示す。 表２に示すように、本発明の水硬性セメント組成物を用いた成形体は、硬化時の発熱量から、十分に硬化反応が進行していることが推定され、実際に、得られた成形体は、炭酸ガス発生量が同等である比較例１〜８のものに比べ、圧縮強度に優れることがわかる。
他方、実施例と同じ再生コンクリート微粉末を用いたものであり、含有量が本発明の範囲外である比較例１〜比較例４、再生コンクリート微粉末を適量用いた場合であっても、水酸化カルシウムの含有率が本発明の範囲外のものを用いた比較例５、６及び、特開昭６２−１５８１４６に記載の再生コンクリート微粉末を含有するセメント組成物を用いた比較例７のいずれも、実施例に比べて、得られた成形体の圧縮強度が劣るものであった。
比較例８、９は実施例３と同じ組成であるが、高炉スラグ微粉末の粉末度が本発明の範囲外であり、粉末度の小さい比較例８は強度発現が十分でなく、粉末度の大きい比較例９は発熱量が大き過ぎて、構造体のひび割れが問題となる。
また、ポルトランドセメントを含有する比較例１０及び１１は圧縮強度が向上するが、炭酸ガス発生量が著しく増加するのがわかる。一般的なポルトランドセメントを含有するセメント組成物（比較例１１）の製造に消費される炭酸ガス量は７５０ｋｇ／トンであり、本発明による組成物は、これに比べ十分な圧縮強度を達成しうるセメント組成物であり、且つ、製造時の炭酸ガス排出量が削減されていることがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物。
【請求項２】
前記セッコウが無水セッコウであることを特徴とする請求項１に記載の水硬性セメント組成物。
【請求項１】
粉末度が３０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末８０〜９５質量％とセッコウ５〜２０質量％とを含有する混合物１００質量部に対して、解体コンクリートから分離した、水酸化カルシウムを３〜１５質量％含む再生コンクリート微粉末３〜１５質量部を含有する水硬性セメント組成物。
【請求項２】
前記セッコウが無水セッコウであることを特徴とする請求項１に記載の水硬性セメント組成物。
【公開番号】特開２０１０−２８５３０１（Ｐ２０１０−２８５３０１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８６２６（Ｐ２００９−１３８６２６）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発／エネルギー・ＣＯ２ミニマム（ＥＣＭ）セメント・コンクリートシステムの研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（５９２０３７９０７）株式会社デイ・シイ (36)
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発／エネルギー・ＣＯ２ミニマム（ＥＣＭ）セメント・コンクリートシステムの研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（５９２０３７９０７）株式会社デイ・シイ (36)
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
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