(57)【要約】【課題】石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を含むコンクリート用細骨材について、このコンクリート用細骨材を用いたコンクリートが良好なワーカビリティーを発揮するようにする。【解決手段】加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、微粒子材料を１０〜５０質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、微粒子材料を１０〜５０質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなることを特徴とするコンクリート用細骨材。
【請求項２】
前記微粒子材料として、珪砂６号、珪砂７号、フライアッシュ2種の中のいずれか一つ若しくは二つ以上を組み合わせて用いることを特徴とする請求項１記載のコンクリート用細骨材。
【請求項３】
加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、珪砂６号を５〜４５質量％、珪砂７号を５〜４５質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなることを特徴とするコンクリート用細骨材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のコンクリート用細骨材を少なくとも配合してなることを特徴とするコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート用細骨材並びにコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の石炭火力発電方式として検討並びに実証が我が国で進められている石炭ガス化複合発電は、微粉炭を高温高圧の石炭ガス化炉内で酸素や空気などの石炭ガス化剤と混合して一酸化炭素や水素などにガス化し、その燃焼によってガスタービンを回転させると共にその燃焼熱によって発生した高圧水蒸気により蒸気タービンを回転させて発電する。そして、石炭ガス化複合発電では、石炭の灰分が溶融したスラグが石炭ガス化炉から排出され、この溶融スラグを水冷固化した石炭ガス化スラグが副産物として産出される。
【０００３】
石炭ガス化炉から排出される溶融スラグを原料とする従来の人工骨材としては、石炭ガス化炉において生じた溶融スラグを焼成し発泡させて得られる発泡体からなる人工軽量骨材がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６０２８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の人工軽量骨材をコンクリートの細骨材として用いることにより、効率良くコンクリートの軽量化を図ることができる。しかしながら、本発明者らが、特許文献１等に開示されている人工軽量骨材である石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の活用技術について検討していたところ、コンクリート用細骨材として石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を単独で用いるとコンクリートのワーカビリティーが低下して施工性が悪化するという問題点があることが知見された。そこで、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を含み且つコンクリートの施工性を阻害することのないコンクリート用細骨材が望まれる。
【０００６】
本発明はかかる要望に応えるもので、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を含むと共にコンクリートが良好なワーカビリティーを発揮するコンクリート用細骨材、並びにこのコンクリート用細骨材が配合されたコンクリートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のコンクリート用細骨材は、加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、微粒子材料を１０〜５０質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなるようにしている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のコンクリート用細骨材において、微粒子材料として、珪砂６号、珪砂７号、フライアッシュ2種の中のいずれか一つ若しくは二つ以上を組み合わせて用いるようにしている。
【０００９】
さらに、請求項３記載のコンクリート用細骨材は、加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、珪砂６号を５〜４５質量％、珪砂７号を５〜４５質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなるようにしている。
【００１０】
したがって、このコンクリート用細骨材によると、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料とを適切な割合で配合してコンクリート用細骨材として用いるようにしているので、コンクリートに良好なワーカビリティーを発揮させられる。
【００１１】
また、請求項４記載のコンクリートは、請求項１から３のいずれか一つに記載のコンクリート用細骨材を少なくとも配合してなるようにしている。
【００１２】
したがって、このコンクリートによると、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料とが適切な割合で配合されたコンクリート用細骨材を用いるようにしているので、良好なワーカビリティーが維持され、良好な施工性が発揮される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のコンクリート用細骨材によれば、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料とを適切な割合で配合してコンクリート用細骨材として用いるようにしているので、コンクリートに良好なワーカビリティーを発揮させることが可能であり、コンクリートの施工性の向上を図ることができる。また、本発明のコンクリートによれば、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料とが適切な割合で配合されたコンクリート用細骨材を用いるようにしているので、コンクリートの良好なワーカビリティーを維持することが可能であり、コンクリートの施工性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の構成を最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本発明のコンクリート用細骨材は、加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を５０〜９０質量％、微粒子材料を１０〜５０質量％の範囲で、合計量が１００質量％となるように配合してなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の石炭ガス化スラグ人工軽量骨材としては、石炭ガス化炉から排出される溶融スラグを水冷固化して得られる石炭ガス化スラグを加熱発泡させた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材が用いられる。石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の製造方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する（例えば、特開２００２−６０２８１、市川和芳他：石炭ガス化スラグ有効利用に向けた発泡化技術の開発−軽量骨材用品質安定組成基準と発泡性影響因子，電力中央研究所報告，研究報告Ｗ０３０４０，２００４年など）。
【００１７】
石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の配合量は、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料との合計（以下、細骨材料合計と呼ぶ）１００質量％に対し、好ましくは５０〜９０質量％、より好ましくは６０〜８０質量％、最も好ましくは７０質量％である。石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の配合量が６０質量％を下回ると細骨材として石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を用いることによって得られる例えばコンクリートの軽量化等の効果が徐々に低減し、５０質量％を下回る場合にはこの効果が極端に低減して好ましくない。一方、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の配合量が８０質量％を上回るとコンクリートのワーカビリティーが徐々に低下し、９０質量％を上回る場合にはコンクリートのワーカビリティーが極端に低下して好ましくない。
【００１８】
本発明の微粒子材料としては、０．１〜０．９ｍｍ程度の粒径の粒子を多く含む材料であって、コンクリートの骨材として用いて問題のない材料が用いられる。例えば、珪砂やフライアッシュ等が用いられ、珪砂やフライアッシュの中でも具体的には珪砂６号、珪砂７号、フライアッシュ2種等が用いられる。
【００１９】
微粒子材料の配合量は、細骨材料合計１００質量％に対し、好ましくは１０〜５０質量％、より好ましくは２０〜４０質量％、最も好ましくは３０質量％である。微粒子材料の配合量が２０質量％を下回ると石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の配合比率が高くなってコンクリートのワーカビリティーが徐々に低下するので好ましくない。一方、微粒子材料の配合量が４０質量％を上回ると石炭ガス化スラグ人工軽量骨材の配合比率が低くなって石炭ガス化スラグ人工軽量骨材を用いることによって得られる効果が徐々に低減するので好ましくない。
【００２０】
また、本発明の微粒子材料として珪砂６号及び珪砂７号が用いられる場合には、細骨材料合計１００質量％に対し、好ましくは珪砂６号を５〜４５質量％、珪砂７号を５〜４５質量％、より好ましくは珪砂６号を１０〜３０質量％、珪砂７号を１０〜３０質量％、最も好ましくは珪砂６号を２０質量％、珪砂７号を１０質量％である。
【００２１】
さらに、本発明のコンクリートは、上記のコンクリート用細骨材を少なくとも配合してなることを特徴とするものであり、例えば、セメントと上記のコンクリート用細骨材と粗骨材と水とを配合し、必要に応じてＡＥ剤等の混和剤を適量添加してなるものである。
【００２２】
本発明のコンクリートに用いられるセメントとしては、当業者の間で広く用いられているコンクリート材料用の一般的なセメントが用いられる。具体的には例えば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が用いられる。なお、一種類のセメントが用いられるようにしても良いし、複数種類のセメントが組み合わされて用いられるようにしても良い。
【００２３】
コンクリートの水セメント比（セメント質量に対する水質量の割合）は、好ましくは３０〜６０％、より好ましくは４０〜５０％、最も好ましくは４５％である。水セメント比量が７０％を上回るとコンクリートの強度が徐々に低下し、１００％を下回る場合にはコンクリートの強度が極端に低下して好ましくない。また、水セメント比が３０％を下回る場合は、高性能ＡＥ減水剤等の流動性を付与する化学混和剤の使用が、フレッシュコンクリートのワーカビリティー確保の上で必要となる。
【００２４】
コンクリートの単位水量（コンクリート１ｍ３当りの水質量）は、好ましくは１５０〜１８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１６０〜１７０ｋｇ／ｍ３である。単位水量が１８０ｋｇ／ｍ３を上回るとフレッシュコンクリートが材料分離する可能性が大きくなる。
【００２５】
コンクリートの細骨材率（細骨材と粗骨材との合計容積に対する細骨材の容積割合）は、練り混ぜ水量を適切な範囲に抑制する観点から、好ましくは４０〜６０％、より好ましくは４５〜５５％、最も好ましくは５０％である。細骨材率が４０％を下回ると材料分離しやすく、また６０％を上回る場合は，所要のワーカビリティーを得るために必要な水量が増加してしまう。
【００２６】
また、本発明のコンクリートに用いられる粗骨材は特に限定されるものではなく、当業者の間で広く用いられているコンクリート材料用の一般的な粗骨材が用いられる。具体的には例えば砕石が用いられる。
【００２７】
水の配合量は、コンクリートの使用条件に合わせた配合設計によって適宜調整される。具体的には例えばＪＩＳ  Ａ  １１０１：１９９８「コンクリートのスランプ試験方法」に従ったスランプ試験において、スランプが１８±２ｃｍ程度に保たれるように調整される。
【００２８】
本発明のコンクリートの混合・練り混ぜ方法は特に限定されるものではなく、一般的なコンクリートの混合・練り混ぜ方法が用いられる。具体的には例えば、セメント、細骨材及び粗骨材がコンクリート混練用ミキサに投入されて混合され１分から２分間程度撹拌され、更に水が投入されて１分から３分間程度練り混ぜられ、その後ミキサー内部の掻き落としを行って更に１分から３分間程度練り混ぜられる。
【００２９】
そして、上記により練り混ぜたコンクリートを製造物や構造物に合わせた型枠等に入れて養生する。本発明のコンクリートの養生方法は特に限定されるものではなく、一般的なコンクリートの養生方法が用いられる。具体的には例えば、コンクリートの表面が乾燥しないように濡れた布を被せるなどの対策を施して養生する湿潤養生が用いられる。また、コンクリート打設後コンクリートが硬化するまで、低温度環境下で、日光、風雨及び衝撃などから保護すると共に十分な湿気を保ち、硬化中のコンクリート表面のひび割れ等を防止しながら湿空養生（湿潤養生ともいう）することにより硬化養生が行われるようにしても良い。
【００３０】
養生後、硬化体から型枠が外されて本発明のコンクリートが得られる。
【００３１】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、微粒子材料として珪砂やフライアッシュを用いるようにしているが、微粒子材料の種類はこれに限られず、例えば高炉スラグ微粉末や石灰石微粉末を用いるようにしても良い。この場合も、石炭ガス化スラグ人工軽量骨材と微粒子材料とを適切な割合で配合してコンクリート用細骨材として用いるようにしているので、コンクリートに良好なワーカビリティーを発揮させることができる。
【実施例１】
【００３２】
本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートの作製及び性能評価試験の実施例を図１及び図２を用いて説明する。
【００３３】
本実施例では、細骨材として本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートであって材料の配合割合が異なる配合１−１及び１−２、並びに、このコンクリートの比較例として、細骨材として従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートであって材料の配合割合が異なる比較１−１及び１−２の合計四種類の配合条件を設定した。なお、配合１−１及び比較１−１は水セメント比が４０％の配合条件であり、配合１−２及び比較１−２は水セメント比が５５％の配合条件である。各配合種類のコンクリート材料の配合割合は表１に示す通りとした。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１の各配合種類のコンクリート材料として、具体的には、セメントとして普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ３、比表面積３１２０ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント製）、粗骨材として両神産砕石（表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ３、粗粒率６．８３％）、細骨材として珪砂６号（密度２．６０ｇ／ｃｍ３）と珪砂７号（密度２．６１ｇ／ｃｍ３）、及び混和剤としてＡＥ剤（ポゾリス物産製・マイクロエア３０３Ａ）、並びに水道水を使用した。
【００３６】
また、配合１−１及び１−２の人工細骨材としては、石炭ガス化複合発電の試験プラントから排出された溶融スラグを水冷固化した石炭ガス化スラグを約１０００℃のキルン内で滞留時間約５〜７分の条件で加熱し発泡化させて得られた石炭ガス化スラグ人工軽量骨材（表乾密度１．４６ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．９７％）を使用した。
【００３７】
さらに、比較１−１及び１−２の人工細骨材としては、従来の人工軽量細骨材である天然膨張頁岩焼成加工品（表乾密度１．８４ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．７４％、太平洋マテリアル製・太平洋アサノライト）を使用した。
【００３８】
コンクリート材料の混合・練り混ぜは、セメント及び骨材をコンクリート混練用ミキサに投入して１分間撹拌し、混和剤を加えた水を投入して更に２分間練り混ぜ、その後ミキサー内部の掻き落としを行って更に２分間練り混ぜることにより行った。そして、ＪＩＳ  Ａ  １１３２：１９９９「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に従い、圧縮強度・引張強度試験用に直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの円柱試験体を作製した。
【００３９】
（１）ブリーディング量の分析
ブリーディング量を適当な範囲に保つことにより、コンクリート打設面の早期乾燥を防止することや仕上げ作業を容易にすることができると共に良好なワーカビリティーをコンクリートに発揮させることができる。一方で、ブリーディング量が多すぎると上表面近傍のコンクリート組織が粗くなったり粗骨材や鉄筋の底面に水隙を形成したりしてコンクリートの強度低下や鉄筋の腐食を助長する。したがって、良好なワーカビリティーをコンクリートに発揮させ、且つコンクリートの強度に悪影響を及ばさない適当なブリーディング量を保つことが必要とされる。
【００４０】
表１の配合１−１及び１−２のフレッシュコンクリートのブリーディング量は、配合１−１が０．１０ｃｍ３／ｃｍ２、配合１−２が０．２２ｃｍ３／ｃｍ２となった。
【００４１】
この結果から、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートのブリーディング量は問題のない範囲となることが確認された。また、ワーカビリティーの指標であるスランプは、配合１−１が１８．０ｃｍ、配合１−２が１８．５ｃｍであり良好なワーカビリティーが得られることが確認された。
【００４２】
（２）圧縮強度の分析
２０℃で水中養生を施した表１の各配合種類の円柱試験体のそれぞれについて材齢２８日及び９１日における圧縮強度試験をＪＩＳ  Ａ  １１０８：１９９９「コンクリートの圧縮強度試験方法」に従って行い、図１に示す結果が得られた。
【００４３】
水セメント比が４０％の場合については、配合１−１の試験体は材齢２８日で５６Ｎ／ｍｍ２、材齢９１日で６３Ｎ／ｍｍ２（図１中の記号●）となり、比較１−１の試験体はそれぞれ４８Ｎ／ｍｍ２、５６Ｎ／ｍｍ２（図１中の記号○）となった。
【００４４】
また、水セメント比が５５％の場合については、配合１−２の試験体は材齢２８日で３５Ｎ／ｍｍ２、材齢９１日で３９Ｎ／ｍｍ２（図１中の記号■）となり、比較１−２の試験体はそれぞれ３２Ｎ／ｍｍ２、３８Ｎ／ｍｍ２（図１中の記号□）となった。
【００４５】
以上の圧縮強度の分析結果から、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートは、従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートと同等以上の圧縮強度を発揮することが確認できた。そして、より強い圧縮強度を発揮するという観点からは配合１−１が最も好ましい配合であることが確認された。
【００４６】
また、各配合種類の試験体の単位容積質量は、比較１−１が２０５２ｋｇ／ｍ３、比較１−２が２０１９ｋｇ／ｍ３であり、配合１−１が１９８６ｋｇ／ｍ３、配合１−２が１９４２ｋｇ／ｍ３であった。これより、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートは、従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートよりも単位容積質量即ち密度が低いにもかかわらず従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートと同等以上の圧縮強度を発揮することが確認できた。したがって、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートはコンクリート部材や構造物の軽量化に寄与できることが確認された。
【００４７】
（３）引張強度の分析
２０℃で水中養生を施した表１の各配合種類の円柱試験体のそれぞれについて材齢２８日及び９１日における引張強度試験をＪＩＳ  Ａ  １１１３：１９９９「コンクリートの割裂引張強度試験方法」に従って行い、図２に示す結果が得られた。
【００４８】
水セメント比が４０％の場合については、配合１−１の試験体は材齢２８日で３.１Ｎ／ｍｍ２、材齢９１日で３.７Ｎ／ｍｍ２（図２中の記号●）となり、比較１−１の試験体はそれぞれ２.７Ｎ／ｍｍ２、３.２Ｎ／ｍｍ２（図２中の記号○）となった。
【００４９】
また、水セメント比が５５％の場合については、配合１−２の試験体は材齢２８日で２.８Ｎ／ｍｍ２、材齢９１日で３.０Ｎ／ｍｍ２（図２中の記号■）となり、比較１−２の試験体はそれぞれ２.５Ｎ／ｍｍ２、２.５Ｎ／ｍｍ２（図２中の記号□）となった。
【００５０】
以上の引張強度の分析結果から、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートは、従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートと同等以上の引張強度を発揮することが確認できた。そして、より強い引張強度を発揮するという観点からは配合１−２が最も好ましい配合であることが確認された。
【００５１】
以上の分析結果から、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートは、良好なワーカビリティを発揮すると共に、従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートと同等以上の強度を発揮することが確認できた。
【００５２】
また、前述のとおり、比較１−１及び１−２の試験体の単位容積質量よりも配合１−１及び１−２の試験体の単位容積質量の方が小さい。これより、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートは、従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートよりも単位容積質量即ち密度が低いにもかかわらず従来の人工軽量細骨材を用いたコンクリートと同等以上の圧縮強度を発揮することが確認できた。したがって、本発明のコンクリート用細骨材を用いたコンクリートはコンクリート部材や構造物の軽量化に寄与できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１の配合種類別の圧縮強度試験の結果を示す図である。
【図２】実施例１の配合種類別の引張強度試験の結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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