(57)【要約】【課題】十分に内部まで炭酸化されて製造時のＣＯ２排出量が少なく、また中性化によって懸念されるＣｒ（ＶＩ）溶出も少ない、環境配慮型コンクリート二次製品を１日程度の短期間の養生で、効率よく製造できる炭酸化セメントおよび炭酸化セメント硬化体を提供することを目的とする。【解決手段】炭酸ガス養生によって硬化する炭酸化セメントであって、スラグ粉末を５〜３０質量％含有し、該スラグ粉末の含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％である炭酸化セメントおよびこれを用いた炭酸化セメント硬化体を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス養生によって硬化する炭酸化セメントであって、スラグ粉末を５〜３０質量％含有し、該スラグ粉末の含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％であることを特徴とする炭酸化セメント。
【請求項２】
請求項１に記載の炭酸化セメントを使用した混練物を成形し、炭酸ガス養生をして得たことを特徴とする炭酸化セメント硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として土木・建築分野において使用され、1日程度の短期間の炭酸ガス養生を行うことで高強度が得られるセメント及びセメント硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭酸ガス中でセメント硬化体を養生して、強度の向上を図る技術が知られている。例えば、特許文献１（特開平６−２６３５６２号公報）には、セメントと骨材と水を混練して得られるセメント硬化体を成形して、前養生を行ない、脱型した後、所定の期間、炭酸ガス雰囲気中で養生することによって、高強度セメント硬化体を得る技術が開示されている。また、特許文献２（特開平１０−１９４７９８号公報）には、ビーライトを３８％以上含有してなるセメントを配合したセメント混練物を成形し、少なくとも脱型可能な硬さに達した後、炭酸ガス雰囲気中で養生することによって、高い曲げ強度のセメント硬化体を得る技術が開示されている。しかし、これらはいずれも、その効果を得るために数日間の炭酸ガス養生を必要としている。
【０００３】
一方、非特許文献１には、普通ポルトランドセメントセメントを高炉スラグで５０質量％以上置換したモルタルは加えることにより、炭酸化が早いめられることが報告されている。しかし同時に、高炉スラグを入れたモルタルでは炭酸化した後の強度発現性は期待できないと報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６３５６２号
【特許文献２】特開平１０−１９４７９８号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「炭酸化養生による低熱セメントモルタルの強度発現性」、コンクリート工学論文集、第１０巻第２号、１９９９年５月、ｐ６５−ｐ７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンクリート二次製品、特に空隙率の高いインターロッキングブロックや建築ブロックででは、圧縮強度と同時に曲げ強度も要求されるため、背景技術に述べた高ビーライトセメントを用いた炭酸化が有効であり、また鉄筋を配さないので、炭酸化により中性化が進んでも鉄筋の腐食の問題がない。さらに、空隙率の高いこれらの製品では、炭酸化の効率が高く、炭酸化技術を用いる対象として適している。しかし、高ビーライトセメントを用いた炭酸硬化体は、十分な炭酸ガス養生を行えば高い強度が得られるが、内部まで炭酸化するのに日数を要するため、型枠や養生設備の回転効率の向上、養生設備運転に要するエネルギー消費抑制の観点から、養生日数を短縮する技術開発が強く要望されていた。また、また、温室効果ガス排出量の削減が社会的に要請されており、スラグなどセメント混和材料の活用が望ましいとされている。さらに、セメントをスラグによって置換することにより、炭酸化が早まることが期待されるが、大量の置換によって強度が低下する懸念があった。おり、より深部まで炭酸化の進んだコンクリート二次製品の製造が望まれていた。しかし、背景技術に記載の技術では、養生に時間を要するため、したがって、ＣＯ２排出量を抑制した環境配慮型製品の製造に当たって、より短い養生時間で深部まで効率的に炭酸化し、なおかつと製品として十分な強度発現を実現する技術開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、炭酸ガス養生によって硬化する炭酸化セメントであって、スラグ粉末を５〜３０質量％含有し、該スラグ粉末の含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％である炭酸化セメントを提供する。
【０００８】
また、上記炭酸化セメントを使用した混練物を成形し、炭酸ガス養生をして得た炭酸化セメント硬化体を提供する。
【０００９】
炭酸ガス養生によって、セメント混練物の硬化を促進するためには、セメント構成成分中にビーライトが必須であり、その炭酸化を早めるために、スラグを添加する。炭酸化を促進し、より短い養生時間で炭酸化と強度発現を実現するためには、スラグの添加割合を５〜３０質量％とし、かつスラグの添加割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％となるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１日程度の短期間の炭酸ガス養生を行うことで十分な強度を有し、十分に深部まで炭酸化の進んだコンクリート二次製品の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スラグ含有割合とブロックの１日強度との関係を示すグラフである
【図２】スラグ含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計と、ブロックの１日強度との関係を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に使用するスラグは、いわゆるカルシウム含有スラグであり、カルシウムとして１０％以上含有しているものであれば、特に限定されるものではない。そのようなスラグとしては、高炉スラグ、高炉徐冷スラグ、転炉スラグなどがあげられるが、高炉スラグが好ましい。スラグは、粉末状のものが良く、ブレーン比表面積１０００〜１００００ｃｍ２／ｇ程度のものが望ましい。
【００１３】
スラグの添加量は、セメント全量中の５〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜２５質量％である。スラグの添加量が５質量％未満では、十分な炭酸化促進効果が得られない。３０質量％を超えると炭酸化速度は早くなるが、セメント硬化体の強度が十分に得られない場合があり好ましくない。
【００１４】
炭酸ガス養生によって、セメント混練物の硬化を促進するためには、セメント中のビーライトの構成割合が少なくとも１０％必要であり、２０％以上が好ましい。一方、ビーライト含有量の多いセメントに大量のスラグを添加すれば、セメント硬化体の強度が十分に得られなくなる。したがって、スラグ添加量が上記の範囲にあるときに、スラグの含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％であることが好ましい。
【００１５】
本発明を適用するコンクリート製品としては、舗装用ブロックや建築ブロックなどの低スランプで加圧成形、または振動加圧成形で製造される比較的空隙率の高いポーラスな製品が好ましい。これらの空隙率の高い製品では、外部に連通した空隙を介して炭酸ガスが内部に侵入するため、流し込み成形で製造されるコンクリート製品と比べると炭酸化速度は早い。また、加圧成形、または振動加圧成形製品は即脱成形で製造されるため、成形後すぐに炭酸化養生を開始することができ、それによって養生期間を短縮できる利点もある。
【００１６】
炭酸ガス養生の炭酸ガス濃度は、１％以上であれば良く、５％以上であることが好ましい。上限は特になく、炭酸ガス濃度が高いほどより早く内部まで炭酸化させることができ、製造工程上望ましい。炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスとしては、市販の液体二酸化炭素を気化させたもの、ドライアイス、燃焼ガス、排ガスなどが使用できるが、燃焼ガスおよび排気ガスについては、周知の濃縮方法により二酸化炭素濃度を高め、かつ周知の方法により窒素酸化物および硫黄酸化物を極力除去したものを使用することが望ましい。養生温度は、３０〜８０℃が好ましく、炭酸化反応を促進させる上で、４０℃以上とすることが望ましい。
【００１７】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
【００１８】
〔使用材料〕
ベースセメントＡ：太平洋セメント社製低熱ポルトランドセメント（ビーライト含有量４２質量％）
ベースセメントＢ：太平洋セメント社製普通ポルトランドセメント（ビーライト含有量１６質量％）
高炉スラグ微粉末（ＢＳと略記）：デイシイ社製ファインセラメント（ブレーン４０００ｃｍ３／ｇ）
細骨材Ａ（Ｓ（Ａ）と略記）：掛川産山砂（表乾密度１．８９ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．９４）
細骨材Ｂ（Ｓ（Ｂ）と略記）：関西太平洋鉱産社製軽量骨材（表乾密度１．８９ｇ／ｃｍ３）
粗骨材（Ｇと略記）：秩父郡産７号砕石（表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ３、粗粒率４．９９）
水（Ｗと略記）：水道水
混和材（Ａｄと略記）：花王社製マイティ１５０
【００１９】
〔コンクリートの配合〕
配合表を表１に示した。基本配合（試料１および７）は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）４０％、単位水量（Ｗ）１１６ｋｇ／ｍ３、単位セメント量（Ｃ）２９０ｋｇ／ｍ３、細骨材率（ｓ／ａ）８０％（ｖｏｌ）とし、他の試料ではセメントの一部を高炉スラグ微粉末に置換した。高炉スラグ微粉末のセメントへの置換率は１０〜７０質量％とした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
〔ブロックの製造〕
評価に用いたコンクリート製品は、ＪＩＳ  Ａ  ５４０６（建築用コンクリートブロック）に規定される空洞ブロック（汎用タイプ１２（Ｂ））とした。ブロックの寸法は、長さ４００ｍｍ、高さ２００ｍｍ、正味厚さ１２０ｍｍである。ブロックは振動加圧即時脱型方式にて成形し、前養生は特に行わずに炭酸ガス養生を開始した。炭酸ガス養生はセメント工場排ガスを想定し、炭酸ガス濃度２０％、槽内温度４０℃、相対湿度８０％に調整した恒温器（タバイエスペック社製  PL-4FP）内で２４時間の養生を行った。また、比較のため、炭酸ガス養生を行う代わりに、通常のコンクリート二次製品製造で用いられる蒸気養生を行った。蒸気養生条件は、昇温速度２０℃／時間、最高温度６５℃、保持時間３．５時間、降温速度５℃／時間とした。
【００２２】
〔試験方法〕
養生を終えたブロックは、ＪＩＳ  Ａ  ５４０６に準拠し、ブロック全形を用いて圧縮強さ強度試験を行った。圧縮強さは得られた最大荷重をブロックの全断面積（ブロック長さ×ブロック正味厚さ）で除して求めた。また、炭酸化の進行状況を把握するため、強度試験終了後のブロックを高さ方向に割裂し、割裂面にフェノールフタレイン溶液を噴霧して、呈色反応の有無を確認した。アルカリによる呈色反応が起これば、炭酸化による中性化が進行していないと判断し、炭酸化の進行により呈色しない領域の表面からの深さを５箇所測定し、平均値（平均中性化深さ）を求めた。
【００２３】
強度試験を行ったブロック片の表層領域から試料を採取し、粒径２ｍｍ以下に粉砕して、環境庁告示４６号により、６価クロム（Ｃｒ（ＶＩ））溶出量を測定した。さらに、材料製造時のＣＯ２排出量をもとに示方配合から算出した製品１ｍ３当たりのＣＯ２排出量を算出し、これから平均中性化深さより概算した養生時のＣＯ２固定量を差し引き、製品ＣＯ２排出量を算出した。
【００２４】
試験結果を表２にまとめて示した。また、養生１日でのブロック強度を高炉スラグ含有割合に対してプロットしたグラフを図１に、高炉スラグ含有割合とセメント中のビーライト（Ｃ２Ｓと略記）の構成割合との合計に対してプロットしたグラフを図２に示した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２および図１から、高ビーライトセメントをベースセメントとして高炉スラグを添加し炭酸ガス養生した場合と、普通ポルトランドセメントをベースセメントとして高炉スラグを添加し蒸気養生した場合とを比較した時、高炉スラグの含有割合が５〜３０質量％の範囲で、１日養生でのブロック強度の向上が認められた。特に１０〜２５質量％で顕著であった。
【００２７】
また、図２から、高ビーライトセメントをベースセメントとして高炉スラグを添加し炭酸ガス養生した場合と、普通ポルトランドセメントをベースセメントとして高炉スラグを添加し蒸気養生した場合とを比較した時、高炉スラグの含有割合とセメント中のビーライトの構成割合との合計が４０〜６５質量％の範囲で、１日養生でのブロック強度の向上が認められた。
【００２８】
なお、炭酸化したコンクリート製品では、セメント硬化体の中性化により、セメント硬化体からの微量成分の６価クロムが溶出する場合があり、問題となることがある。表２から、高炉スラグを添加しない試料１では６価クロムの環境規制値（０．０５ｍｇ／ｌ）をクリアできないが、高炉スラグを１０〜３０質量％配合した試料２〜４は、いずれも環境規制値をクリアした。環境安全性の面からも本発明は有効である。
【００２９】
また、本発明では、高炉スラグ置換量に対応して材料起源のＣＯ２排出量削減が期待できるほか、炭酸ガス養生中のＣＯ２固定および養生期間の短縮による電力・エネルギー消費量の削減など、短時間にブロック内部深くまで炭酸化が進行するので、使用材料の製造からコンクリート製品のを出荷に至るまでトータルでのする時点でのＣＯ２排出量がは少なくなりり、材料製造から製品出荷時までトータルでの地球環境への負荷が小さい製品を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、炭酸ガス養生を行うので、鉄筋を配さないコンクリート二次製品が適用対象となる。特に、低スランプで加圧即時脱型成形または振動加圧即時脱型成形によって製造される空隙率の高いブロック製品に有効である。本発明によれば、これらの製品を１日程度の短期間の養生で、効率よく製造でき、十分に炭酸化されるため、製造時のＣＯ２排出量が少なく、また中性化によって懸念されるＣｒ（ＶＩ）溶出も少ない、環境配慮型製品の提供が可能になる。
【図１】
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【図２】
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