(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素排出量が極めて小さい環境配慮型コンクリートであって、初期強度発現性が改善され、アブサンデン現象が抑制され、中性化抵抗性を向上させたコンクリート組成物の提供。【解決手段】（１）高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材１００部中、刺激材が１０部以下であり、細骨材及び／又は粗骨材の一部又は全部に高炉徐冷スラグ骨材を配合。（２）刺激材が、ポルトランドセメント、生石灰、水酸化カルシウム、膨張材、から選ばれる１種又は２種以上であり、（３）炭素排出量原単位が２０ｋｇＣ／ｍ３以下であり、（４）混合材として、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる１種又は２種以上を配合する該環境配慮型コンクリート組成物。徐冷スラグ細骨材の単位量が１００ｋｇ／ｍ３以上である環境配慮型コンクリート組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材１００部中、刺激材が１０部以下であり、細骨材及び／又は粗骨材の一部または全部に高炉徐冷スラグ骨材を配合することを特徴とする環境配慮型コンクリート組成物。
【請求項２】
刺激材が、ポルトランドセメント、生石灰、水酸化カルシウム、膨張材から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型コンクリート組成物。
【請求項３】
炭素排出量原単位が２０ｋｇＣ／ｍ３以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の環境配慮型コンクリート組成物。
【請求項４】
混合材として、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる１種または２種以上を配合することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の環境配慮型コンクリート組成物。
【請求項５】
徐冷スラグ細骨材の単位量が１００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の環境配慮型コンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境配慮型コンクリート組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
各方面で環境問題が広く取り上げられるようになり、建設業界でも環境負荷低減に対して様々な取組みが行われている。それに関連して、コンクリートを構成する材料の中で環境負荷の大きいセメントの使用量の削減や、産業副産物の利用などが有効であり、その重要性は今後さらに大きくなると考える。産業副産物を多く配合したセメントの代表例として高炉セメントが挙げられる。
【０００３】
高炉セメントは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１に規定されている。この中で、高炉セメントはＡ種、Ｂ種、Ｃ種に大別され、高炉スラグの配合割合が定められている。Ａ種は５を超え３０以下、Ｂ種は３０を超え６０以下、Ｃ種は６０を超え７０以下となっている。言い換えれば、高炉スラグの配合割合は７０％まで認められている。しかしながら、日本で流通する高炉セメントの８０％以上がＢ種であり、Ａ種やＣ種はごくわずかしか利用されていない。特にＣ種は、強度発現性が乏しいことや、表面に粉をふいて磨耗しやすくなるアブサンデン現象が顕著となるほか、中性化抵抗性に劣ることなどから、ほとんど利用されていない現状にある。
【０００４】
環境負荷を低減する観点からは、高炉スラグの配合量をより多く増やすことが望まれ、高炉セメントＣ種の上限である７０％を超える領域での利用が出来れば、非常に有益である。つまり、高炉スラグの配合割合を出来るだけ増やし、ポルトランドセメントクリンカの配合割合を出来るだけ減らすことが理想である。このような条件を満たした上で、初期の強度発現性を改善でき、中性化抵抗性も高める技術開発が待たれている。
【０００５】
一方、高炉スラグには、徐冷されて結晶化した高炉徐冷スラグが存在し、これまでに、石灰石微粉末の代替として数多くの提案がなされている（例えば、特許文献１〜特許文献４）。これらの提案では、水硬性を持たない高炉徐冷スラグを粉砕し、微粉末にすることでセメント混和材として提案している。しかしながら、これらの提案は、セメントや混和材から構成される粉体の一部を高炉徐冷スラグ微粉末で代替するものであり、コンクリート１ｍ３あたりの配合量でみると、多くても２００ｋｇ／ｍ３程度の範囲で用いられるものであった。また、高炉Ｃ種を超える領域、すなわち、高炉スラグの配合量が７０％を超え、ポルトランドセメントクリンカの配合量が３０％未満の条件での使用はなされていなかった。
【０００６】
また、高炉徐冷スラグを骨材として利用する提案もある（特許文献５〜特許文献９）。しかしながら、これらの提案は、高炉セメントと組み合わせるものではなかったり、高炉セメントと組み合わせたとしても、高炉Ｃ種を超える領域、すなわち、高炉スラグの配合量が７０％を超え、ポルトランドセメントクリンカの配合量が３０％未満の条件での併用はなされていなかった。
【０００７】
モルタルやコンクリートの細骨材や粗骨材の一部あるいは全部に、高炉徐冷スラグを用い、結合材として高炉Ｃ種を超える領域、すなわち、高炉スラグの配合量が７０％を超え、ポルトランドセメントクリンカの配合量が３０％未満の条件で併用した場合にどのような現象が起こるか検討した例は見当たらない。
【０００８】
結合材として、高炉Ｃ種を超える領域、すなわち、高炉スラグの配合量が７０％を超え、ポルトランドセメントクリンカの配合量が３０％未満のものが利用できれば、環境負荷低減の観点から有益であり、骨材として高炉徐冷スラグを利用する場合には、副産物の有効利用となり、環境負荷の増大にはあたらない。
【０００９】
高炉スラグ微粉末を主体とする結合材と、高炉徐冷スラグを主体とする骨材から調製されるモルタルやコンクリートは、究極の環境配慮型コンクリートと言える。ここで、高炉スラグ微粉末とは、高炉水砕スラグの粉末であり、ガラス化して潜在水硬性を有する。
【００１０】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々努力を重ねた結果、結合材中の高炉スラグ微粉末の配合割合が９０％以上でも、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき中性化抵抗性も向上させることが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】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２６１４１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２９４４５９号公報
【特許文献３】特開２００２−００３２４９号公報
【特許文献４】特開２００３−０９５７１７号公報
【特許文献５】特開２００１−２６２５３７号公報
【特許文献６】特開２００２−０９７０４３号公報
【特許文献７】特開２０００−１６９２１２号公報
【特許文献８】特開２００３−３０６３６０号公報
【特許文献９】特開２０１４−２３７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、炭素排出量が極めて小さい環境配慮型コンクリートであって、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき中性化抵抗性も向上させることができるコンクリート組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は、（１）高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材１００部中、刺激材が１０部以下であり、細骨材及び／又は粗骨材の一部または全部に高炉徐冷スラグ骨材を配合することを特徴とする環境配慮型コンクリート組成物であり、（２）刺激材が、ポルトランドセメント、生石灰、水酸化カルシウム、膨張材、から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする該環境配慮型コンクリート組成物であり、（３）  炭素排出量原単位が２０ｋｇＣ／ｍ３以下であることを特徴とする該環境配慮型コンクリート組成物であり、（４）混合材として、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる１種または２種以上を配合することを特徴とする該環境配慮型コンクリート組成物であり、（５）徐冷スラグ細骨材の単位量が１００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする該環境配慮型コンクリート組成物、である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の環境配慮型コンクリート組成物は、炭素排出量が極めて小さく、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき中性化抵抗性も向上させることができるため、特に、土木建築分野で好適に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。また、本発明の組成物とは、モルタル組成物、コンクリート組成物を総称するものである。
【００１６】
本発明の環境配慮型コンクリート組成物は、高炉スラグ微粉末、刺激材、細骨材、粗骨材から構成され、細骨材及び／又は粗骨材の一部または全部に高炉徐冷スラグを用いることを特徴としている。
【００１７】
本発明でいう高炉スラグ微粉末とは、高炉から銑鉄を得る際の副産物であり、水砕されてガラス化したものを粉末化したものである。化学成分はＣａＯ含有量が３３〜４３％、ＳｉＯ２含有量が２３〜３３％、Ａｌ２Ｏ３含有量が８〜１４％、ＭｇＯ含有量が４〜１０％程度であり、密度は、２．８０〜３．１０ｇ／ｃｍ３程度であり、塩基度は、１．６５〜１．９５程度である。
【００１８】
高炉スラグ微粉末の粒度は、特に限定されるものではないが、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６によって規定され、この中には、ブレーン比表面積が、４０００ｃｍ２／ｇ、６０００ｃｍ２／ｇ、８０００ｃｍ２／ｇの３つのグレードが定められており、通常、ブレーン比表面積４０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものが使用可能である。また、高炉スラグ微粉末には石膏が添加されているものがあり、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６の範囲でＳＯ３が４．０％以下と定められており、その範囲で使用できる。
【００１９】
本発明の刺激材は、ポルトランドセメント、生石灰、水酸化カルシウム、膨張材、から選ばれる１種または２種以上である。
【００２０】
ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントが挙げられる。このうち、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントを選定することが強度発現性の観点から好ましい。
【００２１】
膨張材とは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２にて定義され、セメント及び水とともに練り混ぜた場合、水和反応によってエトリンガイト、水酸化カルシウムなどを生成し、コンクリート又はモルタルを膨張させる作用のある混和材料であり、カルシウムサルホアルミネート系膨張材、エトリンガイト−石灰複合型膨張材、石灰系膨張材が挙げられる。膨張材は、ひび割れ抵抗性の向上や、中性化の抑制効果の観点から好ましく、刺激材として膨張材を併用することが好ましい。
【００２２】
生石灰や水酸化カルシウムは、市販のものが使用できる。中でも、副産物として発生する水酸化カルシウムを利用することが、環境負荷低減の観点から望ましい。その具体例としては、カルシウムカーバイドからアセチレンガスを発生させる際に副生する水酸化カルシウムが挙げられる。
【００２３】
高炉スラグ微粉末と刺激材の配合割合は、高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材１００部中、刺激材が１０部以下であり、１〜９部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では本発明の効果、すなわち、初期強度発現性やアブサンデン現象の抑制、さらには中性化抑制効果が十分でない場合があり、１０部を超えて使用すると環境負荷低減効果が小さくなるので好ましくない。
【００２４】
本発明では、混合材を併用することができる。混合材の具体例としては、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフュームを挙げることができる。混合材の使用量は特に限定されるものではないが、高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材１００部に対して、１００部以下の範囲で用いることができ、５〜９０部が好ましく、１０〜５０部がより好ましい。混合材の使用は、強度発現性や耐久性向上の観点から好ましい面もあり、必要に応じて併用できる。
【００２５】
本発明では、細骨材及び／又は粗骨材の一部または全部に、高炉徐冷スラグを用いる。高炉徐冷スラグとは、高炉で銑鉄を製造する際に発生する副産物のひとつであり、徐冷されて結晶化した高炉スラグを総称したものである。徐冷スラグはメリライトと呼ばれるゲーレナイトとアケルマナイトの混晶を主成分とし、α型ワラストナイトを含むものもある。
【００２６】
高炉徐冷スラグ骨材の使用量は、細骨材及び／又は粗骨材の一部として、少なくとも、１００ｋｇ／ｍ３以上を配合することが好ましく、２００ｋｇ／ｍ３がより好ましい。４００ｋｇ／ｍ３以上が最も好ましい。１００ｋｇ／ｍ３未満では、本発明の効果、すなわち、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき中性化抵抗性も向上させるという効果が得られない場合がある。
【００２７】
本発明の環境配慮コンクリート組成物は、炭素排出量原単位が著しく小さい特徴を有する。具体的には、炭素排出量原単位が２０ｋｇＣ／ｍ３以下である。コンクリートの炭素排出量原単位は、構成材料、例えば、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、骨材などの炭素排出量原単位に、コンクリート１ｍ３当たりの配合量（ｋｇ）を乗じ、これらを足し合わせることによって簡便に算出することができる。
【００２８】
コンクリートの構成材料の炭素排出量原単位は、各方面の学会が定めており、その具体例としては、例えば、土木学会、建築学会、コンクリート工学会などが挙げられる。本発明では、土木学会  コンクリート技術シリーズ  コンクリートの環境負荷低減評価（その２）、が定める炭素排出量原単位を用いて、コンクリートの炭素排出量原単位を求めるものとする。
【００２９】
本発明では、本発明の高炉スラグ微粉末、刺激材、高炉徐冷スラグ骨材、混合材のほかに、急硬材、急結剤、遅延剤、防錆剤、気泡剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
（実験例１）
高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材の単位量が３１５ｋｇ／ｍ３、水／結合材比５５％、ｓ／ａ＝４４％、空気量４．５±１．５％のコンクリートを調製した。この際、細骨材の４００ｋｇ／ｍ３を高炉徐冷スラグとし、それ以外は天然骨材を用いた。また、刺激材の種類と結合材１００部中の配合割合を表１に示すように変化した。圧縮強度、アブサンデン現象の有無、促進中性化試験による中性化抵抗性を確認した。結果を表１に示す。
【００３２】
＜使用材料＞
高炉スラグ微粉末：市販品、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、密度２．８９ｇ／ｃｍ３。
高炉セメントＣ種：市販の普通ポルトランドセメント３０％と高炉スラグ微粉末７０％を混合して試製。密度２．９７ｇ／ｃｍ３。
【００３３】
刺激材イ：水酸化カルシウム、市販品、カルシウムカーバイドからアセチレンガスを発生させた後の副産物、密度２．２４ｇ／ｃｍ３。
刺激材ロ：生石灰、市販品、密度３．３４ｇ／ｃｍ３。
刺激材ハ：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３。
刺激材ニ：早強ポルトランドセメント、市販品、密度３．１４ｇ／ｃｍ３。
刺激材ホ：膨張材、エトリンガイト−石灰複合型膨張材、主成分は遊離石灰、イーリマイト、無水セッコウの混合物。密度３．１０ｇ／ｃｍ３。
刺激材へ：膨張材、石灰系膨張材、主成分は遊離石灰、エーライト、無水セッコウの混合物、密度３．２０ｇ／ｃｍ３。
水：水道水。密度１．００ｇ／ｃｍ３。
細骨材Ａ：天然細骨材、密度２．６４ｇ／ｃｍ３。
細骨材Ｂ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。
粗骨材Ａ：天然粗骨材、密度２．６５ｇ／ｃｍ３。
粗骨材Ｂ：高炉徐冷スラグ粗骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。
【００３４】
＜測定方法＞
圧縮強度：ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて測定した。高炉セメントＣ種を用いた同一配合のコンクリートの圧縮強度を１００とした場合の相対値で表した。ただし、高炉セメントＣ種を用いたコンクリートでは、骨材として高炉徐冷スラグを用いず、天然骨材を用いた。
アブサンデン現象の有無：１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍのコンクリート供試体を作製し、材齢７日まで水中養生を行い、その後、材齢２８日までの２１日間、気乾養生を行った。そして、１０ｍｍ×４００ｍｍの面積に対して、“亀の子たわし”で１０往復こすり、剥がれ落ちた粉状のものを計量器で計り取った。０．１ｇ以下を○、０．１を超え、０．５ｇ以下なら△、０．５ｇを超えた場合は×とした。
中性化抵抗性：ＣＯ２濃度５％、湿度６０％、温度２０℃の環境で促進中性化させた。中性化深さを測定し、高炉セメントＣ種を用いた同一配合のコンクリートの中性化深さを１００とした場合の相対値で表した。ただし、高炉セメントＣ種を用いたコンクリートでは、骨材として高炉徐冷スラグを用いず、天然骨材を用いた。
【００３５】
【表１】
2018145033.tif 000002
【００３６】
表−１より、刺激材を添加しない場合には、アブサンデン現象が顕著に認められ、強度発現性や中性化抵抗性が高炉Ｃ種セメントを用いた同一配合のコンクリートと比較して劣ることがわかる。一方、本発明のコンクリート組成物では、アブサンデン現象は抑制され、強度発現性も改善され、加えて、中性化抵抗性も向上していることがわかる。
【００３７】
（実験例２）
刺激材イを結合材１００部中３部使用し、高炉徐冷スラグ骨材の使用量を表−２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表−２に示す。
【００３８】
【表２】
2018145033.tif 000003
【００３９】
表−２より、徐冷スラグ骨材を用いない場合には、アブサンデン現象が顕著に認められ、強度発現性や中性化抵抗性が高炉Ｃ種セメントを用いた同一配合のコンクリートと比較して著しく劣ることがわかる。一方、本発明のコンクリート組成物は、アブサンデン現象は抑制され、強度発現性も高炉セメントＣ種並に改善され、加えて、中性化抵抗性は高炉セメントＣ種を凌駕していることがわかる。
【００４０】
（実験例３）
実験No.2-10の徐冷スラグ骨材量を採用し、混合材の種類と使用量を表−３に示すように変化したこと以外は、実験例２と同様に行った。ただし、混合材は骨材に置換して配合した。結果を表−３に示す。
【００４１】
＜使用材料＞
混合材(1)：石灰石微粉末、密度２．７１ｇ／ｃｍ３。
混合材(2)：フライアッシュ、密度２．４０ｇ／ｃｍ３。
混合材(3)：シリカフューム、密度２．２０ｇ／ｃｍ３。
【００４２】
【表３】
2018145033.tif 000004
【００４３】
表−３より、混合材を併用することにより、本発明の効果がより顕著となることがわかる。
【００４４】
（実験例４）
実験例３のコンクリート配合を表−４に示す。これらのコンクリート配合の炭素排出量原単位を算出した。比較のために、結合材として高炉Ｃ種を用い、骨材に天然骨材を用いた配合についても検討した。炭素排出量原単位を表−４に併記する。ただし、コンクリート構成材料の炭素排出量原単位については、土木学会  コンクリート技術シリーズ  コンクリートの環境負荷低減評価（その２）の推奨値を用いた。また、徐冷スラグ骨材の炭素排出量原単位は、副産物であるため、天然骨材と同等とし、刺激材イについては副産物をそのまま利用したため（粉砕処理も行わないため）、これの炭素排出量については極めて小さく無視した。シリカフュームは副産物であり、粉砕処理を行わず分級処理のみを行なう点はフライアッッシュと同様であるため、その炭素排出量も同等とした。
【００４５】
＜炭素排出量原単位＞
高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）：２６．５ｋｇＣ／ｋｇ
ポルトランドセメント（ＯＰＣ）：７６６．６ｋｇＣ／ｋｇ
天然細骨材（Ｓ−ＮＳ）：２．９ｋｇＣ／ｋｇ
徐冷スラグ細骨材（Ｓ−ＣＦＳ）：２．９ｋｇＣ／ｋｇ
天然粗骨材：（Ｇ−ＮＳ）３．７ｋｇＣ／ｋｇ
徐冷スラグ粗骨材：（Ｇ−ＣＦＳ）３．７ｋｇＣ／ｋｇ
消石灰（ＣＨ）：０ｋｇＣ／ｋｇ
石灰石微粉末（ＬＳＰ）：１６．１ｋｇＣ／ｋｇ
フライアッシュ（ＦＡ）：１９．６ｋｇＣ／ｋｇ
シリカフューム（ＳＦ）：１９．６ｋｇＣ／ｋｇ
【００４６】
【表４】
2018145033.tif 000005
【００４７】
表−４より、本発明の環境配慮コンクリートは、炭素排出量原単位が２０ｋｇＣ／ｍ３以下であり、高炉Ｃ種コンクリートの１／４以下であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の環境配慮型コンクリートは、炭素排出量が極めて小さく、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき中性化抵抗性も向上させることができるため、特に、土木建築分野で好適に用いられる。