(57)【要約】【課題】本発明は、炭素排出量が極めて小さい組成物であって、強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき、乾燥収縮も抑制できる組成物を提供する。【解決手段】（１）高炉スラグ微粉末１００部に対して、刺激材０．５〜１０部を含む結合材と細骨材を含み、細骨材１００部中に占める高炉徐冷スラグ細骨材の割合が３０部以上であることを特徴とする環境配慮型組成物であり、（２）高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部以上である（１）の環境配慮型組成物であり、（３）細骨材からの溶出液のｐＨが１０以上である（１）又は（２）の環境配慮型組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ微粉末１００部に対して、刺激材０．５〜１０部を含む結合材と細骨材を含み、前記細骨材中に占める高炉徐冷スラグ細骨材の割合が前記細骨材１００部中３０部以上であることを特徴とする環境配慮型組成物。
【請求項２】
前記高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部以上である請求項１記載の環境配慮型組成物。
【請求項３】
前記細骨材からの溶出液のｐＨが１０以上である請求項１または請求項２記載の環境配慮型組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の環境配慮型組成物を用いた環境配慮型硬化体。
【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およびそれを用いた硬化体に関する。
【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関して様々な取組みが行われている。モルタルや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られる。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。高炉スラグの配合割合によって、Ａ種、Ｂ種、Ｃ種に大別され、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。即ち、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、初期の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、所謂アブサンデン現象が顕著となるほか、乾燥収縮が大きいことなどから、ほとんど利用されていない。
【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することが望まれる。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、非常に有効である。即ち、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、乾燥収縮を抑制す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１〜４）。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、微粉末にしてセメント混和材としている。しかしながら、これらは、セメントや混和材を構成す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る。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く、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、即ち、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％未満の条件で使用されていなかった。
【０００７】
モルタルの細骨材として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％未満の条件で使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効であり、細骨材として高炉徐冷スラグを利用する場合には、副産物の利用であって、環境負荷の増大に繋がらない。
【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細骨材から調製されるモルタルは、究極の環境配慮型モルタルと言える。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、種々の努力を重ねた結果、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、アブサンデン現象および乾燥収縮を抑制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、初期強度発現性を改善でき、アブサンデン現象および乾燥収縮を抑制できる環境配慮型組成物を提供する。
【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１００部に対して、刺激材０．５〜１０部を含む結合材と細骨材を含み、細骨材１００部中に占める高炉徐冷スラグ細骨材の割合が３０部以上であることを特徴とする環境配慮型組成物であり、（２）高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部以上である（１）の環境配慮型組成物であり、（３）細骨材からの溶出液のｐＨが１０以上である（１）または（２）の環境配慮型組成物であり、（４）環境配慮型組成物を用いた環境配慮型硬化体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の環境配慮型組成物は、強度発現性を改善できる。特に１日強度の改善と長期強度の増加が期待でき、また、アブサンデン現象および乾燥収縮も抑制できるため、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、本発明の環境配慮型組成物とは、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組成物は、高炉スラグ微粉末、刺激材、細骨材から構成され、細骨材１００部中に占める高炉徐冷スラグ細骨材の割合が３０部以上であり、高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部以上であり、細骨材からの溶出液のｐＨが１０以上であ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、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いる。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でＳＯ３が４．０％以下と定められていて、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、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る。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。ひび割れ抵抗性の向上や、中性化の抑制効果の観点から膨張材の使用が好ましく、刺激材として膨張材を併用することが好ましい。
【００２２】
水酸化カルシウムは、市販のものが使用できる。
【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１００部に対して、刺激材が０．５〜１０部であり、１〜９部が好ましく、３〜７部がより好ましい。０．５部未満では本発明の効果、すなわち、強度発現性の改善やアブサンデン現象および乾燥収縮の抑制効果が十分でない場合があり、一方、１０部を超えて使用すると環境負荷低減効果が十分でなくなる場合があり好ましくない。
【００２４】
本発明では、細骨材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。
【００２５】
高炉徐冷スラグ細骨材は、細骨材１００部中に３０部以上配合することが好ましく、５０部以上がより好ましく、細骨材の全てが高炉徐冷スラグ細骨材であることが最も好ましい。高炉徐冷スラグ細骨材以外の細骨材は特に限定されないが、例えば天然細骨材を使用できる。
【００２６】
高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合は、０．１５ｍｍ篩通過分１００部中、３０部以上が好ましく、５０部以上がより好ましく、７０部以上がさらに好ましい。０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部未満では、強度発現性の改善やアブサンデン現象の抑制、さらには乾燥収縮の抑制効果が十分でない場合がある。
【００２７】
本発明の細骨材からの溶出液のｐＨは、少なくとも、１０以上が好ましく、１１以上がより好ましい。１０部未満では本発明の効果、すなわち、強度発現性の改善やアブサンデン現象の抑制、さらには乾燥収縮の抑制効果が十分でない場合がある。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明の環境配慮型組成物は、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。炭素排出量原単位は、例えば、構成材料である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、これらを合計することによって簡便に算出することができる。
【００３０】
コンクリートの構成材料の炭素排出量原単位は、例えば、土木学会、建築学会、コンクリート工学会などが定めている。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））と、石灰製造工業会（石灰製造工業会における地球温暖化対策への取り組み２０１１）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。
【００３１】
本発明では、高炉スラグ微粉末、刺激材、高炉徐冷スラグ細骨材、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】
【００３２】
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。
【００３３】
（実験例１）
高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材が４５０ｇ、水／結合材比５０％、細骨材１３５０ｇのモルタルを調製した。刺激材の種類と高炉スラグ微粉末１００部に対する使用量を表１に示す。細骨材１００部中に占める高炉徐冷スラグ（細骨材Ｅ）の割合を１００部とした。フロー値、圧縮強度、乾燥収縮率、アブサンデン現象の有無を測定した。結果を表１に示す。
【００３４】
＜使用材料＞
高炉スラグ微粉末：市販品、密度２．８９ｇ／ｃｍ３。
【００３５】
刺激材Ａ：消石灰（市販品）、密度２．２２ｇ／ｃｍ３。
刺激材Ｂ：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３。
刺激材Ｃ：膨張材、エトリンガイト−石灰複合型膨張材、主成分（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Ｄ：膨張材、石灰系膨張材、主成分（遊離石灰、エーライト、無水セッコウの混合物）、密度３．２０ｇ／ｃｍ３。
細骨材Ｅ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合５０部。
水：水道水。
【００３６】
＜測定方法＞
フロー値：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定した。
乾燥収縮率：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定した。
アブサンデン現象の有無：４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍのモルタル供試体を作製し、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。その後、４０ｍｍ×１６０ｍｍの一つの面を、“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○、０．１ｇを超え０．５ｇ以下なら△、０．５ｇを超えた場合は×とした。
【００３７】
【表１】
2019014615.tif 000002
【００３８】
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、強度発現性や乾燥収縮の抑制効果が劣ることがわかる。一方、本発明の環境配慮型組成物は、アブサンデン現象が抑制され、強度発現性も改善され、さらに、乾燥収縮も抑制されていることがわかる。
【００３９】
（実験例２）
細骨材Ａと細骨材Ｅを用い、細骨材中に占める高炉徐冷スラグ細骨材Ｅの量を表２に示す通りとし、細骨材からの溶出液のｐＨを測定したこと以外は、実験No.1-3と同様に行った。結果を表２に示す。
【００４０】
＜使用材料＞
細骨材Ａ：天然細骨材、密度２．６４ｇ／ｃｍ３。
【００４１】
＜測定方法＞
ｐＨ測定：細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１０部に対して、水１００部を混合し、２４時間攪拌後、吸引ろ過した溶出液のｐＨを測定した。
【００４２】
【表２】
2019014615.tif 000003
【００４３】
表２より、細骨材中の高炉徐冷スラグ細骨材Ｅの占める割合が３０部未満であり、ｐＨが１０未満の場合には、アブサンデン現象が顕著に認められ、強度発現性や乾燥収縮の抑制効果が劣ることがわかる。一方、本発明の環境配慮型組成物ではアブサンデン現象が抑制され、強度発現性も改善され、加えて、乾燥収縮の抑制効果も改善されていることがわかる。
【００４４】
（実験例３）
高炉徐冷スラグ細骨材の種類を変えたこと以外は、実験No.1-3と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４５】
細骨材Ｂ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合０部
細骨材Ｃ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合１０部
細骨材Ｄ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合３０部
細骨材Ｆ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合７０部
細骨材Ｇ：高炉徐冷スラグ細骨材、密度２．９５ｇ／ｃｍ３。０．１５ｍｍ篩通過分中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合１００部
【００４６】
【表３】
2019014615.tif 000004
【００４７】
表３より、高炉徐冷スラグ細骨材の０．１５ｍｍ篩通過分１００部中に占める０．１ｍｍ篩通過分の割合が３０部未満の場合には、アブサンデン現象が顕著に認められ、強度発現性や乾燥収縮の抑制効果が劣ることがわかる。一方、本発明の環境配慮型組成物では、アブサンデン現象が抑制され、強度発現性が改善され、加えて、乾燥収縮抑制効果も改善されていることがわかる。
【００４８】
（実験例４）
実験No.3-4において、結合材１００部に対する混合材の種類と量を表４に示すようにしたこと以外は、実験例３と同様に行った。ただし、混合材は細骨材に置換して使用した。結果を表４に示す。
【００４９】
＜使用材料＞
混合材Ａ：石灰石微粉末、密度２．７１ｇ／ｃｍ３。
混合材Ｂ：フライアッシュ、密度２．４０ｇ／ｃｍ３。
混合材Ｃ：シリカフューム、密度２．２０ｇ／ｃｍ３。
【００５０】
【表４】
2019014615.tif 000005
【００５１】
表４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。
【００５２】
（実験例５）
高炉スラグ微粉末と刺激材からなる結合材が３１５ｋｇ／ｍ３、水／結合材比５５％、ｓ／ａ４４容積％、空気量４．５±１．５％のコンクリートを調製した。細骨材として細骨材Ｅ、粗骨材として粗骨材Ａを用いた。比較のために、結合材として高炉Ｃ種を用いた配合についても検討した。高炉Ｃ種は、普通ポルトランドセメント３０部と高炉スラグ微粉末７０部から調製した。表５にコンクリート配合と炭素排出量を示す。
コンクリート構成材料の炭素排出量原単位の算出には、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））と、石灰製造工業会（石灰製造工業会における地球温暖化対策への取り組み２０１１）の推奨値を用いた。なお、徐冷スラグ細骨材の炭素排出量原単位は、副産物であるため天然細骨材と同等とした。また、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り、フライアッッシュの炭素排出量と同等とした。
【００５３】
＜使用材料＞
普通ポルトランドセメント：市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３。
粗骨材Ａ：天然粗骨材、密度２．６５ｇ／ｃｍ３。
【００５４】
＜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
高炉徐冷スラグ細骨材（Ｓ（ＣＦＳ））：２．９ｋｇＣ／ｋｇ
天然細骨材：（Ｓ（ＮＳ））２．９ｋｇＣ／ｋｇ
天然粗骨材：（Ｇ（ＮＳ））３．７ｋｇＣ／ｋｇ
消石灰（ＣＨ）：２５７ｋｇＣ／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
【００５５】
【表５】
2019014615.tif 000006
【００５６】
表５より、本発明の環境配慮型組成物は、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】
【００５７】
本発明の環境配慮型組成物は、炭素排出量が極めて小さく、強度発現性を改善でき、アブサンデン現象も抑制でき、さらに乾燥収縮も抑制できるため、特に、土木建築分野で好適に用いられる。