(57)【要約】【課題】収縮が低減でき、ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートが得られ、また、流動性の保持効果に優れる骨材およびその製造方法を提供する。【解決手段】（１）ポルトランドセメントクリンカーを炭酸化処理してなる骨材、（２）  ＣＯ２含有量が２％以上である（１）の骨材、（３）５〜４０ｍｍの粗骨材および／または５ｍｍ下の細骨材を含有してなる（１）または（２）の骨材、（４）ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して水に浸しながら炭酸化してなる骨材の製造方法、である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメントクリンカーを炭酸化処理してなる骨材。
【請求項２】
ＣＯ２含有量が２％以上である請求項１に記載の骨材。
【請求項３】
５〜４０ｍｍの粗骨材および／または５ｍｍ下の細骨材を含有してなる請求項１または２に記載の骨材。
【請求項４】
ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して水に浸しながら炭酸化してなる骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築分野で使用される骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリートの耐久性に関して、コンクリート技術者のみならず、一般の人々からも大きな関心が寄せられている。コンクリートの耐久性と関連して、コンクリートのひび割れが問題視される。コンクリートのひび割れは、コンクリートの収縮から惹起される。このため、コンクリートの収縮を低減する研究が盛んに行われている。
【０００３】
コンクリートの収縮を低減する方法としては、膨張材や収縮低減剤を適用する方法が挙げられる。しかしながら、これらの混和材や混和剤は使用量が少ないため、コンクリート中の単位使用量が多いセメントや骨材の影響を大きく受けるものであった。
したがって、混和材や混和剤を混和する前の、ベースコンクリートそのものの収縮をまず低減する方法が望まれている。
【０００４】
コンクリートの構成材料の中で、骨材の使用量が最も大きい。骨材の性質によってコンクリートの収縮も大きくことなることが知られる。このため、コンクリートの収縮を小さくするような骨材の提案も待たれている。
【０００５】
一方、セメントクリンカーを骨材として利用する研究も行われている。セメントクリンカーを粗骨材として利用する研究（非特許文献１〜非特許文献４）や、セメントクリンカーを細骨材として用いたモルタルの性状についても報告がある（非特許文献５）。
【０００６】
しかしながら、従来のポルトランドセメントクリンカーを骨材として用いたコンクリートは、強度特性は問題ないが、収縮特性や流動性に課題が残されていた。ポルトランドセメントクリンカー骨材を用いたコンクリートの収縮は、一般の天然骨材を用いたコンクリートよりも大きく、流動性も悪くなるため、積極的にコンクリート分野へ利用できるものではなかった。
【０００７】
本発明者らは、前記の課題に鑑み、本来は、天然骨材よりも収縮の大きなポルトランドセメントクリンカーをＣＯ２で改質した骨材を創製するとともに、流動性も改善できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】鈴川研二、安部光史、川上正史：セメントクリンカーを粗骨材に用いたコンクリートの強度特性に関する一実験、土木学会年次学術講演会講演概要集、第５部、Ｖｏｌ．４５、ｐｐ．４２０−４２１、１９９０
【非特許文献２】樫村欣哉、鈴川研二、川上正史：粗骨材としてのセメントクリンカーがコンクリートの圧縮靭性に及ぼす影響について、土木学会年次学術講演会講演概要集、第５部、Ｖｏｌ．４５、ｐｐ．４２２−４２３、１９９０
【非特許文献３】田中勲、鈴木信雄：クリンカーを骨材に使用したリサイクルしやすいコンクリートに関する研究、日本建築学会学術講演梗概集、Ａ−１、材料施工、ｐｐ．１４９７−１４９８、１９９５
【非特許文献４】北条泰秀、尾花博、高橋章：エコセメントクリンカーの骨材性状、日本道路会議論文集、Ｖｏｌ．２４、一般Ｃ、ｐｐ．４７２−４７３、２００１
【非特許文献５】山下牧生、三浦春樹、田中久順、下坂健一：セメントクリンカーを細骨材としたモルタルの諸性状、宇部三菱セメント研究報告、Ｎｏ．５、ｐｐ．５６−６４、２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンクリートの収縮が低減でき、ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートが得られ、流動性も改善できる骨材及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、（１）ポルトランドセメントクリンカーを炭酸化処理してなる骨材、（２）  ＣＯ２含有量が２％以上である（１）の骨材、（３）５〜４０ｍｍの粗骨材および／または５ｍｍ下の細骨材を含有してなる（１）または（２）の骨材、（４）ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して水に浸しながら炭酸化してなる骨材の製造方法、である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の骨材およびその製造方法を採用することにより、収縮が低減でき、ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートが得られる。また、流動性も改善されるため、作業性にも優れるなどの効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明で云うコンクリートとは、モルタルまたはコンクリートである。
また、本発明の部や％は特に規定しない限り質量基準である。
【００１３】
本発明で云うポルトランドセメントクリンカーは、普通セメントクリンカー、早強セメントクリンカー、低熱セメントクリンカー、中庸熱セメントクリンカー、エコセメントクリンカーなどが挙げられる。これらのうち、収縮を小さくする観点から、普通セメントクリンカー、低熱セメントクリンカー、中庸熱セメントクリンカーを選定することが好ましい。
【００１４】
いずれのクリンカーも鉱物として、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａと略記）で表されるカルシウムアルミネートを含有する。各鉱物の含有率はＪＩＳ  Ｒ  ５２０２またはＪＩＳ  Ｒ  ５２０４による化学分析の結果から、ボーグ式によって算出される。
【００１５】
本発明ではポルトランドセメントクリンカーを粗骨材や細骨材として利用する。粗骨材は５〜４０ｍｍの大きさで利用できる。細骨材は５ｍｍ下の大きさで利用できる。本発明では、粗骨材や細骨材を単独でも使用できるし、併用してもよい。
【００１６】
本発明では、ポルトランドセメントクリンカー骨材を炭酸化処理する。この際、ＣＯ２含有量が２％以上となるまで炭酸化処理を行う。ＣＯ２含有量が２％未満だと、収縮低減効果が十分でない。また、ＣＯ２削減の観点からも望ましくない。
【００１７】
本発明の骨材の製造方法は特に限定されるものではないが、通常、以下の手順で調製することが望ましい。
（１）ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して粗骨材や細骨材を調製する。
（２）次いで、ＣＯ２含有量が２％以上となるまで炭酸化処理を行う。
この手順が逆であると、つまり、ポルトランドセメントクリンカーの塊を先に炭酸化処理してから粉砕して粗骨材や細骨材を調製すると、十分な収縮低減効果や流動性保持効果が得られない場合がある。
【００１８】
炭酸化処理を行うにあたり、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を水に浸しながら炭酸化させることが好ましい。その具体例としては、例えば、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を水槽に入れて、その中に炭酸ガスを吹き込む方法や、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を野積みして散水により湿らせ、炭酸ガスを作用させる方法などが挙げられる。
【００１９】
炭酸ガスは、純度の高い炭酸ガスを用いることもできるが、セメント工場から発生する排ガスを用いることが望ましい。あるいは、製鉄所、電力業界、バイオマスボイラー、焼却場、その他の産業から排出される排ガスが適用可能である。
【００２０】
炭酸ガス濃度は、特に限定されるものではないが、５体積％〜２０体積％程度あれば十分である。温度も特に限定されないが、２０℃〜６０℃の範囲が望ましい。
【００２１】
本発明の骨材と共に使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュやシリカを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰などを原料として製造された廃棄物利用セメント（エコセメント)、石灰石微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合した各種フィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。
【００２２】
本発明の骨材と共に、高炉水砕スラグ微粉末や石灰石微粉末やフライアッシュやシリカフュームなど混和材料、凝結調整剤、膨張材、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、スチールファイバーやビニロンファイバーや炭素繊維などの繊維質物質、ベントナイト等の粘土鉱物、およびハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの添加剤など、通常のセメント材料に用いられる公知の添加剤、細骨材、ならびに粗骨材などからなる群の１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することができる。
【実施例】
【００２３】
「実験例１」
モルタルにより収縮挙動を調べた。セメント１００部に対して、細骨材（５ｍｍ下）２００部、水４０部を配合して練り混ぜ、モルタルを調製した。このモルタルを用いて、長さ変化率を測定し、収縮挙動を比較した。
【００２４】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品。
骨材Ａ：ケイ石系細骨材、真比重２．６５。
骨材Ｂ：石灰石細骨材、真比重２．７１。
骨材Ｃ：普通セメントクリンカーの細骨材：Ｃ３Ｓ５８．１％、Ｃ２Ｓ１８．７％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ１０．２％。ＣＯ２含有量０．３％。炭酸化処理していないもの。５ｍｍ下の大きさに粉砕。
骨材Ｄ：普通セメントクリンカーの細骨材：Ｃ３Ｓ５８．１％、Ｃ２Ｓ１８．７％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ１０．２％。ＣＯ２含有量３．０％。５ｍｍ下の大きさに粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｅ：エコセメントクリンカー細骨材：Ｃ３Ｓ６４．９％、Ｃ２Ｓ５．０％、Ｃ４ＡＦ１２．７％、Ｃ３Ａ１３．３％。ＣＯ２含有量３．０％。５ｍｍ下の大きさに粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｆ：低熱セメントクリンカー細骨材：Ｃ３Ｓ２８．０％、Ｃ２Ｓ５８．２％、Ｃ４ＡＦ１．５％、Ｃ３Ａ１０．５％。ＣＯ２含有量３．０％。５ｍｍ下の大きさに粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｇ：中庸熱セメントクリンカーの細骨材：Ｃ３Ｓ４３．０％、Ｃ２Ｓ３９．０％、Ｃ４ＡＦ９．０％、Ｃ３Ａ７．０％。ＣＯ２含有量３．０％。５ｍｍ下の大きさに粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｈ：早強セメントクリンカーの細骨材：Ｃ３Ｓ７１．２％、Ｃ２Ｓ７．２％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ８．７％。ＣＯ２含有量３．０％。５ｍｍ下の大きさに粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
【００２５】
＜測定方法＞
乾燥収縮：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２（Ｂ）に準じて材齢２８日の長さ変化率を測定して評価した。
フローロス：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じてテーブルフローを測定し、練り上げ直後から９０分後のフロー値の差をフローロスと定義した。ただし、練り上げたモルタルを静置し、９０分後に手練りで練り返して測定した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１より、炭酸化処理していない普通セメントクリンカーの細骨材を用いると、ケイ石系や石灰石系の骨材よりも、収縮やフローロスが大きい。一方、炭酸化処理した本発明の細骨材を用いると、著しく収縮挙動が改善され、ケイ石系と比べて乾燥収縮が小さいことがわかる。また、参考例として示した収縮が小さい石灰石系と比べても収縮が同等以下となっている。
【００２８】
「実験例２」
コンクリートにより収縮挙動とひび割れ抵抗性を調べた。下記の５〜４０ｍｍの粗骨材と５ｍｍ下の細骨材を使用し、単位セメント量３３０ｋｇ／ｍ３、単位水量１７５ｋｇ／ｍ３、ｓ／ａ＝４３％、空気量４．５±１．５％のコンクリートを調製した。このコンクリートを用いて、長さ変化率を測定し、収縮挙動を比較した。
【００２９】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品。
骨材Ａ：ケイ石系の粗骨材と細骨材、真比重２．６５。
骨材Ｂ：石灰石系の粗骨材と細骨材、真比重２．７１。
骨材Ｃ：普通セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ５８．１％、Ｃ２Ｓ１８．７％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ１０．２％。ＣＯ２含有量０．３％。炭酸化処理していないもの。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕。
骨材Ｄ：普通セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ５８．１％、Ｃ２Ｓ１８．７％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ１０．２％。ＣＯ２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｅ：エコセメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ６４．９％、Ｃ２Ｓ５．０％、Ｃ４ＡＦ１２．７％、Ｃ３Ａ１３．３％。ＣＯ２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｆ：低熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ２８．０％、Ｃ２Ｓ５８．２％、Ｃ４ＡＦ１．５％、Ｃ３Ａ１０．５％。ＣＯ２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｇ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ４３．０％、Ｃ２Ｓ３９．０％、Ｃ４ＡＦ９．０％、Ｃ３Ａ７．０％。ＣＯ２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｈ：早強セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ７１．２％、Ｃ２Ｓ７．２％、Ｃ４ＡＦ１０．０％、Ｃ３Ａ８．７％。ＣＯ２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｉ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ４３．０％、Ｃ２Ｓ３９．０％、Ｃ４ＡＦ９．０％、Ｃ３Ａ７．０％。ＣＯ２含有量２．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｊ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ３Ｓ４３．０％、Ｃ２Ｓ３９．０％、Ｃ４ＡＦ９．０％、Ｃ３Ａ７．０％。ＣＯ２含有量５．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
【００３０】
＜測定方法＞
乾燥収縮：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２（Ｂ）に準じて材齢９１日の長さ変化率を測定して評価した。
ひび割れ観察：厚さ１００ｍｍで面積１０ｍ２の土間を造成した。材齢５日までシート養生を行い、その後、シートを取り除いた。材齢９１日においてひび割れの発生観察を行った。１ｍ２当たり、２本を超えてひび割れが発生した場合は×、ひび割れが１〜２本発生した場合は△、ひび割れの発生がない場合は○とした。
スランプロス：１８ｃｍ±１．０ｃｍで練り上げ、９０分後のスランプを測定し、練り上げ直後との差をスランプロスと定義した。ただし、練り上げたコンクリートは静置し、９０分後にスコップで練り返してから測定した。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２より、炭酸化処理していない普通セメントクリンカーの細骨材を用いると、ケイ石系や石灰石系の骨材よりも、収縮やフローロスが大きい。一方、炭酸化処理した本発明の細骨材を用いると、著しく収縮挙動が改善され、ケイ石系と比べて乾燥収縮が小さいことがわかる。また、参考例として示した収縮が小さい石灰石系と比べても収縮が同等以下となっている。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の骨材およびその製造方法を採用することにより、コンクリートの収縮が低減でき、ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートが得られ、さらに、コンクリートの流動性の保持効果に優れるので、土木、建築分野に広範囲に摘用できる。