(57)【要約】【課題】施工後の圧縮強度が高く、施工時の流動性が高く、製造に要する費用が安価であり、さらに化学的な安定性が高く長期的な耐久性を有するコンクリート用の骨材と、その製造方法及びガラス球含有コンクリートを提供する。【解決手段】本発明のコンクリート用骨材は、無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体である。本発明のコンクリート用骨材の製造方法は、ＦＲＰ廃材より無アルカリガラス母材を選別する選別工程、選別された無アルカリガラス母材を加熱溶融する溶融工程、及び溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程を有する。本発明のガラス球含有コンクリートは上記コンクリート用骨材を含有したコンクリートである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートに使用されるコンクリート用骨材であって、
無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体であることを特徴とするコンクリート用骨材。
【請求項２】
ＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）の付属書１記載の砂利の標準粒度に従う粒度分布を有することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート用骨材。
【請求項３】
無アルカリガラスがアルミノシリケートガラスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンクリート用骨材。
【請求項４】
複数個の略球体のうち、５割以上の個数が実質的に気泡を含有しない中実体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のコンクリート用骨材。
【請求項５】
無アルカリガラス中のアルカリ金属元素成分の含有量が、酸化物換算で０．８質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のコンクリート用骨材。
【請求項６】
ＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従うアルカリシリカ反応性試験により、無害と判定されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のコンクリート用骨材。
【請求項７】
ＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の厚さ６ｍｍの板ガラスを水平より３°傾斜させて保持し、該板ガラスの平面上に静置した際に、自重により転動するものであることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のコンクリート用骨材。
【請求項８】
ＦＲＰ廃材より無アルカリガラス母材を選別する選別工程、選別された無アルカリガラス母材を加熱溶融する溶融工程、及び溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程を有することを特徴とするコンクリート用骨材の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７の何れかに記載のコンクリート用骨材又は請求項８に記載の製造方法により製造されたコンクリート用骨材を含有するコンクリート。
【請求項１０】
ＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）に記載の高強度コンクリートであって、ＪＩＳ  Ａ１１５０（２００１）に従う測定でスランプフローが５０ｃｍまたは６０ｃｍである請求項９に記載のコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種コンクリート建造物や構造物またはコンクリート二次製品を構築するために使用されるコンクリート用骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、高層ビルや橋等の各種建造物を構成する場合や、河川や地盤を補強する場合等、各種の用途に使用されている。コンクリートは複合材料であり、その構成成分は、セメント、骨材、混和材料、及び水等を含んでいる。そしてコンクリートの強度を高めるには、（１）セメントペースト硬化物の強度、（２）骨材の強度、（３）セメントペースト硬化物と骨材との界面の付着強度をそれぞれ増加させることが必要である。すなわち、高い強度を有するコンクリート構造物を構築するには、セメントペーストの強度を高めると共に、それと同等以上の強度を有する骨材の選択が必要となる。特に近年の度重なる震災によって一層高まった防災意識を背景とした耐震強度を重視する風潮や、施工間もない高層構造物で発覚した設計上の問題等から、より強く安全な建造物が求められる気運がさらに高まっている。そこで、コンクリートを強化することによって構成される高強度コンクリート構造物を実現するために、品位のばらつきの少ない良質の高強度な骨材が強く求められるようになっている。一方、良質の河川骨材等の枯渇にともなって多種多様な骨材が使用されるようになり、その結果、強度（硬度）の低い骨材を採用してしまうという問題も発生する。強度の低い骨材が使用されると、セメントペーストの強度を高めても、構造体としての強度には問題が生じ、安定した強度を有する高強度コンクリート構造物を構築することができない。そこで圧縮強度が５０Ｎ／ｍｍ2以上の高強度なコンクリート構造物を構築するために、様々な方法でセメントペーストの強度を高めると共に、圧縮強度の大きな骨材を選択する、あるいはその粒度分布を調整する等の改善が行われている。
【０００３】
例えば特許文献１には、骨材の最大粒径を１２ｍｍ以下とし実績率を限定し、骨材の粒度比率を特定範囲内とすることによって流動性と高強度を実現できるとする発明が開示されている。また特許文献２には、粗骨材の球形率を６５％から８０％の砕石とすることによって、圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ2以上とすることのできるコンクリート硬化物が開示されている。さらに特許文献３では、コンクリートを構成する骨材の粒度分布を限定することによってコンクリートの粘性や強度を所望のものとするという発明も行われている。また特許文献４では、骨材の流動性の向上とコンクリートの圧縮強度の向上を目的としてシリカヒュームを使用する発明が開示されている。特許文献５には、軽量化を目的としてアルカリ成分を含有しないガラス組成を限定したガラスバルーンを強化セメントに使用することができるとする発明も開示されている。
【特許文献１】特開平７−１９６３４９号公報
【特許文献２】特開２００１−２４０４５５号公報
【特許文献３】特開平１０−１０１３９４号公報
【特許文献４】特開２００２−１９４４３号公報
【特許文献５】特開２００２−８７８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらこれまでに開示された工法だけでは、充分なものではない。例えば特許文献１はコンクリートの強度と流動性について着目した発明であるが、骨材の成分については特に限定したものではないため、長期的な耐久性に関して安心できるものではない。また特許文献２は、球形率を限定してはいるものの粗骨材であるがため微粉等が発生し易く、発生した微粉によりコンクリートの化学的な安定性に支障が生じる場合もあるので好ましくない。特許文献３については、粒度分布を極めて限定することでコンクリートの製造効率が低くなり、施工に要する費用が嵩むものとなる場合もあるので好ましくない。さらに特許文献４に関しては、微粒子で骨材の表面を被覆することによって高い強度が得られるものではあるが、このような複雑な構成を採用することによって製造に要する費用が高価なものになるという問題がある。また特許文献５にあるようにガラスバルーンを使用することによって軽量なコンクリートを得ることは容易になるものの、中空部が存在することで圧縮強度は低くなるために高い強度を必要とする部位へ適用するには問題の発生する場合がある。
【０００５】
本発明は、以上のような種々の問題を改善することができ、施工後の圧縮強度が高く、施工時の流動性が高く、製造に要する費用が安価であり、さらに化学的な安定性が高く長期的な耐久性を有するコンクリート用の骨材とその製造方法、及びガラス球含有コンクリートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコンクリート用骨材は、無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体であることを特徴とする。
【０００７】
ここで、コンクリート用骨材であって、無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体であるとは、コンクリートに使用されるコンクリート用骨材であって、その粒径が５ｍｍ以上で１００ｍｍ以下の寸法であり、かつその材質がアルカリ金属元素を意図的に含有しないように管理された原料を使用することで製造された、いわゆる無アルカリガラスであって、その形状が略球体形状を呈する骨材であることを表している。
【０００８】
ここで略球体とは、その表面に破断面が認められず、外観が球形と見なせる程度の形状であればよく、楕円球状であってもよい。また製造方法によって表面に全く凹凸の認めがたい状態で粗度のＲａ値が０．１μｍ以下の真球形状となっていてもよく、一方それとは逆に表面に半径の５分の１以下の寸法を有する深さの溝や凹凸や起伏が複数あっても、全体として略球体の外観を呈するものであればよい。
【０００９】
コンクリート用骨材の粒径については、篩い分け等の分級方法を使用することによってその大きさを規定できる粒径を意味している。本発明者は、無アルカリガラスを使用する骨材について研究を重ね、略球状体の粒径が５ｍｍから１００ｍｍの範囲にある場合に、製造経費、流動性、圧縮強度、そしてアルカリシリカ骨材反応に関して所望の性能を実現することができる骨材となることを見いだした。すなわち粒径が５ｍｍ未満であると、圧縮強度などの性能はそれなりの値を示すものとなるが、粒径の管理などに注意が必要であり管理規格を外れるものも多数発生する場合があり、生産性が極めて低下して製造経費が高価になるという問題が発生する。また、５ｍｍ以下の粒径の骨材いわゆる細骨材は粗骨材ほどコンクリートの圧縮強度や流動性に大きく影響を与えないため、細骨材を略球体のガラス球骨材とすることは、費用対効果の面で好ましくない。一方、粒径が１００ｍｍを越える寸法の無アルカリガラス略球体を製造する場合には、ガラスの冷却速度等の管理に注意が必要となり、強度品位を安定維持できるガラス略球体を製造するのに要する工程数が多くなる等の問題が生じる。このためより安定した品位の製品をより安価に製造するには、粒径を４０ｍｍ以下の寸法とするのが好ましい。
【００１０】
また本発明のコンクリート用骨材は、必要に応じて粒度分布を粗骨材として最適なものとすることで、それらを使用したコンクリートが高流動で高強度となるため好ましい。高流動で高強度のコンクリートは主に建築で用いられており、使用される粗骨材の最大寸法は２０ｍｍか２５ｍｍにほぼ限定されるが４０ｍｍとする事もできる。具体的にはＪＩＳ  Ａ  ５３０８（２００３）に記載されたレディーミクストコンクリートでは、その付属書１（規定）レディーミクストコンクリート用骨材に粗骨材として用いる砂利の標準粒度が示されている。最大骨材寸法によりその標準粒度は違うが、おのおのの最大骨材寸法により定められている標準粒度に適合する粒度分布とすると、得られるコンクリートの流動性を材料分離の無い状態で大きくし、圧縮強度も高くすることができるためより好ましい。
【００１１】
例えば、最大骨材寸法が２５ｍｍであれば、ＪＩＳ  Ｚ８８１−１に規定されたふるいの呼び寸法が３０ｍｍについてはふるいを通るものの質量分率が１００％、ふるいの呼び寸法が２５ｍｍについてはふるいを通るものの質量分率が９５〜１００％、ふるいの呼び寸法が１５ｍｍについてはふるいを通るものの質量分率が３０〜７０％、ふるいの呼び寸法が５ｍｍについてはふるいを通るものの質量分率が０〜１０％、ふるいの呼び寸法が２．５ｍｍについてはふるいを通るものの質量分率が０〜５％となる粒度分布とするならば、得られるコンクリートの流動性が高く、しかも硬化後の圧縮強度が高いコンクリートとなるので好ましい。
【００１２】
また本発明に係るコンクリートは、どのような構成であってもよくコンクリートの構成成分の比率や使用する水、他の添加剤について限定するものではない。また必要に応じて本発明の骨材以外の添加材料を添加するのを妨げるものではない。すなわち添加剤としては、コンクリート中に無数の微細気泡を混入せしめ、型枠内へコンクリートを打ち込む際の作業性や硬化コンクリートの耐久性、耐凍害性を向上せしめるために用いられるＡＥ剤（Ａｉｒ  Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ  Ａｇｅｎｔ：空気連行剤ともいう）を使用することもでき、長期的な強度、水和熱低減効果、耐浸食性あるいは耐熱性の向上、さらに水密性や流動性の向上、また収縮率低減などの諸機能を付与するためにスラグ、フライアッシュ、あるいはシリカフューム等の混和材を使用でき、構造的な安定した高強度を実現するために炭素繊維、ガラス繊維等の繊維状添加材等を使用することもできる。またコンクリートの温度や外気温度の影響を軽減化する場合や混合後に打設するまでの時間により凝結速度を調節するために硬化促進剤や硬化遅延剤を使用してもよい。さらにコンクリート中に混和させて作業性を損なうことなく使用水量を減少させることができる減水剤やコンクリート中に含有される塩分(主に塩化成分)に起因する鉄筋等酸化性骨材の腐食制御のための防錆剤を使用してもよい。さらに上記以外にも例えば気泡剤、流動化剤、増粘剤、防水剤、着色剤、あるいは急結剤等を適宜必要に応じて添加してもよい。
【００１３】
また本発明における無アルカリガラスとは、骨材を構成するガラスの成分としてアルカリ金属元素がほとんど含有されず、ガラスのコンクリートの性能への影響が無視できるほど実質的に僅かな含有量であることを意味している。
【００１４】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述に加え無アルカリガラスがアルミノシリケートガラスであれば、化学的に安定な骨材でありコンクリートとの馴染みもよく、骨材とコンクリートの界面の結合不足に起因する欠陥の発生を少なくすることができる。
【００１５】
ここで無アルカリガラスがアルミノシリケートガラスであるとは、ガラスを構成する成分が酸化物換算で表すと酸化アルミニウム、すなわちアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と酸化珪素、すなわちシリカ（ＳｉＯ2）の２種を主要な構成成分とするガラスであることを表しており、両成分の質量百分率表示の和が５０％以上の値となるような成分構成のガラス材質である。
【００１６】
本発明のコンクリート用骨材を構成するガラス材質は、無アルカリガラスであればどのようなものであってもよいが、ＦＲＰ等の強化構造物に使用されるガラス繊維に利用されるＥガラスや液晶表示装置や固体撮像装置などに搭載される薄板形状のガラス物品用のガラス材等と同等の組成を有する材質を使用してもよい。
【００１７】
具体的に骨材の組成がＥガラスであれば、その成分の酸化物換算の質量百分率表示でＳｉＯ2  ５２〜６２％、ＣａＯ  １６〜２５％、Ａｌ2Ｏ3  １２〜１６％、Ｂ2Ｏ3  ０〜１０％、ＭｇＯ  ０〜５％、Ｒ2Ｏ（Ｒ＝Ｋ＋Ｎａ＋Ｌｉ）  ０〜２％、ＴｉＯ2  ０〜１．５％、Ｆｅ2Ｏ3  ０．０５〜０．８％、Ｆ  ０〜１．０％となるようなガラス材質である。また液晶用のガラス組成であれば、その成分の酸化物換算の質量百分率表示でＳｉＯ2  ４５〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  ６〜２０％、ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｚｎ＋Ｓｒ＋Ｂａ）  ７〜３０％であればよい。
【００１８】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述に加え複数個の略球体のうち、５割以上の個数が実質的に気泡を含有しない中実体であれば、高い機械的強度を有するコンクリートを得ることができる。
【００１９】
ここで複数個の略球体のうち、５割以上の個数が実質的に気泡を含有しない中実体であるとは、無アルカリガラス略球体が均等に混合された状態で任意に１００個サンプリングした場合、その内の５０個以上が無アルカリガラスの略球体の容積に対して１％以上の容積を有する気泡を含有しない状態であるということである。すなわち本発明のコンクリート用骨材は、実質的にバルーン等の中空状の形態ではないということである。
【００２０】
また本発明のコンクリート用骨材は、無アルカリガラス中のアルカリ金属元素成分含有量が、酸化物換算で０．８質量％以下であるならば、ガラス中からアルカリ金属成分がコンクリートへと殆ど溶出することがなく、コンクリート構造物の化学的な性能を高い状態で維持し続けることができ、耐久性の高いコンクリートを得ることができる。
【００２１】
ここで、無アルカリガラス中のアルカリ金属元素成分の含有量が、酸化物換算で０．８質量％以下であるとは、無アルカリガラス中のアルカリ金属元素成分に関して、その酸化物換算の質量百分率表示の総和、すなわちＮａ2ＯとＫ2ＯとＬｉ2Ｏの３成分の合計が０．８質量％以下であることを表している。
【００２２】
無アルカリガラスに含有されるアルカリ金属元素成分について、その酸化物換算の質量百分率表示の総和が少ない方がコンクリートへのアルカリの溶出が少ないため、より好ましくは０．５質量％以下とする方がよい。
【００２３】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述に加えＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従うアルカリシリカ反応性試験により、無害と判定されるものであれば、コンクリートの種類、使用場所や使用量などに制限を受けることなく各種のコンクリート施工物に適用することができる。
【００２４】
ここでＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従うコンクリート用骨材の試験により、無害と判定されるものとは、ガラス骨材中の反応性を有するシリカとコンクリートに含有されるアルカリ金属元素成分とが反応することによって生じた生成物が吸水して膨張し、コンクリートにひび割れ等の障害が発生する、いわゆるアルカリシリカ反応の発生する危険性に関しての評価方法を行うことによって無害と判定されることであり、具体的には８０℃の水酸化ナトリウム水溶液中に２４時間静置した２５ｇの３００μｍ〜１５０μｍの粒度に粉砕分級された骨材について、どれだけ反応が進行したかを滴定や分析によって特定し、反応の進行度合いによっての判定を行い、溶解シリカ量が１０ｍｍｏｌ／ｌ以上で、アルカリ濃度減少量が７００ｍｍｏｌ／ｌ未満であって、かつ溶解シリカ量がアルカリ濃度減少量以上となる場合に、骨材が無害でないものと判定し、それ以外の場合には無害と判定することを意味している。
【００２５】
本発明のコンクリート用骨材については、そのアルカリシリカ反応性に関して上述したようなＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従う評価による限定について述べたが、ＪＩＳ  Ａ１８０４（２００１）に述べられるいわゆるモルタルバー法をＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）の代替評価として採用しても支障はない。
【００２６】
また本発明のコンクリート用骨材については、ＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従う評価を前提とするが、より高い性能を評価する場合には８０℃の水酸化ナトリウム水溶液中に２４時間静置した場合に加えて、５０時間と１００時間の評価も行ってその性能を比較することも可能である。
【００２７】
本発明のコンクリート用骨材を製造する方法については、周知の製造技術を複数組み合わせることにより可能となるものであれば、どのようなものであっても採用することができる。すなわち、従来他用途に使用されたガラス物品のリサイクル品を使用してもよいし、リサイクルではなく天然原料から本発明のガラス骨材を製造してもよい。
【００２８】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述に加えてＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の厚さ６ｍｍの板ガラスを水平面に対して３°傾斜させて保持し、該板ガラスの平面上に静置した際に、自重により転動するものであれば、流動性が高く、充填操作などでの作業性に優れたものとなる。また、このような骨材を用いたコンクリートの流動性が高くなり好ましい。
【００２９】
ここでＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の厚さ６ｍｍの板ガラスを水平面に対して３°傾斜させて保持し、該板ガラスの平面上に静置した際に、自重により転動するとは、ＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載されたフロート法により成形された厚さ寸法が６ｍｍの板ガラスを３°の傾斜面となるように保持し、その上面にコンクリート用骨材を載せると自らの重量によって回転動作するものであることを表している。
【００３０】
板ガラスやコンクリート用骨材の表面の異物や汚れ等の品位については、肉眼観察により清浄と認められるものであれば支障ない。またコンクリート用骨材の転動する動作を観察する方法についても、肉眼によるものでよい。さらにこのコンクリート用骨材を観察する環境については、コンクリート用骨材の転動に影響を与える湿度、温度等を明瞭にし、さらにコンクリート用骨材の流動を促進する、あるいは妨げる風力や磁力、静電気力さらに振動等の外力が印加されない環境であることが必要である。
【００３１】
またこの評価に使用するＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の板ガラスの長さと幅の寸法についても、コンクリート用骨材の転動を観察することができるに足る寸法のものを使用するならばよい。
【００３２】
コンクリート用骨材の転動を観察する方法については、肉眼観察に代えてＣＣＤカメラやビデオ撮影装置などの画像撮影装置を駆使することもできる。また転動自体を判定するプログラム等を予め作成し、それに基づく判定を行うものでもよい。
【００３３】
本発明に係るコンクリート用骨材の自重による転動動作について、水平面に対して３°の傾斜角度という限定を選択した理由は、実使用時にこのような角度であっても流動する骨材であれば、作業性が損なわれないことを本発明者の研究の中で明瞭化することができたからである。３°より小さい角度では、再現性に乏しくなる場合があり、３°を越える場合には、例え良い判定結果となっても実用上は問題を生じる場合もあるからである。
【００３４】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述のような条件下で転動動作するものであるが、真球とするものではない。なぜなら、真球のような精度の高い球形状を実現しようとすれば、大がかりで高価な製造設備や高度な良否判定を要することとなり、出来上がったコンクリート用骨材の価格が必要以上に高価なものとなってしまうためである。
【００３５】
また一方、本発明のコンクリート用骨材は、上述に加えて略円柱体をも含まないものである。なぜなら、略円柱体はＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の厚さ６ｍｍの板ガラスを水平面に対して３°傾斜させて保持し、その板ガラス平面上に静置した際に、自重により転動することになるが、真球同様に製造費用が嵩むためであり、また、一方向への流動性が良いだけであり、全方向の流動性が必要なコンクリートの流動性を略球体ほど改善することができないためである。
【００３６】
すなわち、本発明のコンクリート用骨材を例示すれば、溶融したガラスを所定の容量に切断したゴブを、樋状物内を転動することによって得られるシャーマークの付いた略球体等が相応しいものとなる。ここで、シャーマークとは、溶融ガラスを切断した時に溶融ガラス表面に形成される模様のことである。またゴブとは、溶融状態で所定のサイズに切断された溶融ガラスの塊を意味している。
【００３７】
また本発明のコンクリート用骨材は、上述に加えて水平面に対して３°傾斜させた１２０ｍｍの板ガラス長を静置した骨材が転動により移動するものであれば、さらに高い流動性を有するものとなるので好ましい。
【００３８】
本発明のコンクリート用骨材の製造方法は、ＦＲＰ廃材より無アルカリガラス母材を選別する選別工程、選別された無アルカリガラス母材を加熱溶融する溶融工程、及び溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程を有することを特徴とする。
【００３９】
ここで、ＦＲＰ廃材よりガラス母材を選別する選別工程については、樹脂や膜剤等を溶解することのできる適切な薬品等を使用する化学的な方法、有機成分を効率的に燃焼させて焼却することによりガラス母材を回収する方法や超臨界水を使用した方法、あるいは複数の方法を併用する方法などを使用するものであってもよい。有機成分の燃焼による焼却を行う場合には、ダイオキシンなどの有害物質の生成されない環境を充分に整え、適切な工程管理を行うことが必要である。また薬品などにより処理を行う場合についても、当然のことながらこの処理により発生する樹脂などの溶け込んだ廃液の後処理に留意することが大切である。
【００４０】
ＦＲＰ廃材については、どのようなものであってもよい。例えば自動車部品（天井、ルーフ、床、ドア等）、鉄道などの電車の部材、浴槽、ユニット家具、家具部材（ドア、柱、天井板、樋等）、電気電子部品、防水パン、洗面ユニット、トイレユニット、カプセルベッド、各種浄化槽、薬品処理槽、組み立て式パネルタンク、船舶部材、レジャー用ボート（ヨット、モーターボート、釣り船等）、漁船、救命部材、安全標識、防波堤等の港湾施設関連部材（ブロック、カバー、シート、ブリッジ等）、耐圧容器、送風機パネル、大型機器底板、ハウジング、健康器具、遊技機、スポーツ用品等の各種部材として使用され、不用になって廃棄されたものを対象とするものである。
【００４１】
選別されたガラス母材を加熱溶融する溶融工程については、少なくとも１０００℃以上の温度に加熱することが容易な設備を整えた環境で、連続的あるいはバッチ式（又は回分式ともいう）でガラス母材を設備に投入し、加熱を行うことでガラスの再溶融が可能となる。加熱方式としては、液体系原料やガス系原料の燃焼、あるいは電気エネルギーの使用も可能である。溶融工程で発生する排ガス等についても充分な管理が必要である。
【００４２】
再溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程については、どのような成形方法であってもよいが、本発明のコンクリート用骨材となるように成形容積を調整する手段を有する設備を使用することが必要である。最も簡単な方法としては溶融炉に配接された耐熱性を有する成形装置によって成形する方法がある。具体的に例示すると、溶融炉等の製造設備の下面に設けた開口部を有する耐熱性ノズルから自重により溶融ガラスが流下する。流下した溶融ガラスは、カッター装置に導かれ、そこで一定の体積になるようにシャーカットされ、いわゆるゴブと呼ばれる溶融ガラスの塊となる。ゴブは、ゴブシュートにより近接する２本のスパイラルロールの間に導かれ、このスパイラルロールの回転によりその間を回転しながら搬送されて、次第に略球形状となるように成形される。その後、ゴブは室温まで冷却されてガラス球となる。ここで本発明のコンクリート用骨材となるように留意するのは、溶融温度、シャーカットのタイミング等を適切に調整することで必要な粒度分布とすることができるというものである。また再溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程としては、上記以外にもプレス成形や鋳込み成形を応用する成形方法を採用することもできる。
【００４３】
本発明のコンクリート用骨材の製造方法では、上述した以外の工程を任意に追加することによって、略球形状となるゴブの寸法精度を向上させることもできる。例えば成形後のゴブの寸法や外観等を計測することによって不良と判定されたガラス球をカレットとして分別する工程を加えてもよい。
あるいは、研磨材などを用いたり、ボールミルなどを用いて表面を粗くする工程を追加して、コンクリート中のセメントペーストとの接着を上げることもできる。さらに、粒度分布の違う骨材群を適切な比率で混合することで最適な粒度分布とすることもできる。
【００４４】
本発明の無アルカリガラス球含有コンクリートは、上記のコンクリート用骨材を含有したコンクリートであることを特徴とする。
【００４５】
ここで上記のコンクリート用骨材を含有したコンクリートとは、コンクリートに使用されるコンクリート用骨材であって、無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体であることを特徴とするコンクリート用骨材、又はＦＲＰ廃材より無アルカリガラス母材を選別する選別工程、選別された無アルカリガラス母材を加熱溶融する溶融工程、及び溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程を有するコンクリート用骨材の製造方法で製造して得られたコンクリート用骨材が含有されているコンクリートのことである。
【００４６】
また、その製造・打設方法については、通常のコンクリートと同様の製造方法とすることができ十分な混練能力のあるミキサーを用いて混練を行い、得られたコンクリートを型枠内に流し込んだり層状に吹き付けたりする方法を用いることができる。また、コンクリートの調配合なども通常のコンクリートと同様の手法により適用事例に最適なものとすることができ、要求特性や打設方法に適したコンクリートとすることができる。
【００４７】
打設方法についてはコンクリート等の打設で通常使用されている設備を利用するものであれば、どのようなものであってもよい。打設用の専用の装置を使っても、人力に頼るものであってもよい。また無アルカリガラス球含有コンクリートの施工に当たっては、本発明の他の構造材料との併用を阻むものではない。
【００４８】
ガラス球骨材を使用することで容易に高流動のコンクリートとすることができるため、打設の手間が省けるばかりでなく、その表面外観も優れたものとなる。また、打設の際の振動機などの騒音も低減することができ、環境面での改善も見られるため好ましい。
【００４９】
また本発明の無アルカリガラス球含有コンクリートは、上述に加えＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）に記載の高強度コンクリートであって、ＪＩＳ  Ａ１１５０（２００１）に従う測定でスランプフローが５０ｃｍまたは６０ｃｍであるならば、十分な流動性があるため、単純な構造ばかりでなく複雑な構造を構成する場合であっても容易に高い強度を有するコンクリート構造物が得られる。
【００５０】
ここでＪＩＳ  Ａ１１５０（２００１）に従う測定は、ＪＩＳ  Ａ１１０１に記載されたスランプコーン（金属製でその外形寸法が上端内径１００ｍｍ、下端内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ及び厚さ５ｍｍ以上）を鋼製平板（０．８ｍ×０．８ｍ以上の面積を有する水密性と剛性を有するもの）の上に水平設置して、そこにセグリゲーションの生じないようにコンクリートを詰め、引き上げ速度が３０ｃｍで２〜３秒となるようにスランプコーンを垂直方向に引き上げて、コンクリートが鋼製平板上を広がる挙動が止まった後に、広がりが最大思われる直径と、その直交する方向の直径を測るものである。そして本発明の無アルカリガラス球含有コンクリートはこの測定により、ＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）に記載の許容差を有するスランプフローの値が５０ｃｍまたは６０ｃｍと判定されるものである。
【発明の効果】
【００５１】
（１）以上のように本発明のコンクリート用骨材は、コンクリートに使用されるコンクリート用骨材であって、無アルカリガラスよりなり、粒径が５ｍｍから１００ｍｍの略球体であるため、施工中のコンクリートの流動性が高く、施工後の圧縮強度が高い状態とすることができ、さらに化学的な安定性が高く長期的な耐久性を有するものである。
【００５２】
（２）また本発明の略球体のコンクリート用骨材は、粒径がＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）の付属書１記載の砂利の標準粒度に従う粒度分布を有するため、それらを使用したコンクリートを材料分離がなく高流動で高強度とすることができる。
【００５３】
（３）また本発明のコンクリート用骨材は、無アルカリガラスがアルミノシリケートガラスであるならば、コンクリートとの馴染みもよく、高い耐性を有するため長期に亘り安定した性能を実現し続けることが可能である。
【００５４】
（４）さらに本発明のコンクリート用骨材は、複数個の略球体のうち、５割以上の個数が実質的に気泡を含有しない中実体であるならば、空位部が少ないために安定した高い圧縮強度を有するものとなる。
【００５５】
（５）また本発明のコンクリート用骨材は、無アルカリガラス中のアルカリ金属元素成分の含有量が、酸化物換算で０．８質量％以下であるならば、優れた化学的耐久性を有するので、長期的な信頼性を必要とする構造物、建造物に使用できるものである。
【００５６】
（６）さらに本発明のコンクリート用骨材は、ＪＩＳ  Ａ１１４５（２０００）に従うアルカリシリカ反応性試験により、無害と判定されるものであるならば、海水や潮風の影響を受けるような環境であっても安定した性能を有するコンクリート構造物を構築する場合に使用できるものである。
【００５７】
（７）また本発明のコンクリート用骨材は、ＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載の厚さ６ｍｍの板ガラスを水平面に対して３°傾斜させて保持し、該板ガラスの平面上に静置した際に、自重により転動するものであれば、コンクリート用骨材を所定箇所に移動させる場合に傾斜面を利用する等して容易に移動させることが容易で、移動時に詰まったりする危険性を低くすることが可能となる。また、それらを用いたコンクリートを高流動で高強度とすることができる。
【００５８】
（８）さらに本発明のコンクリート用骨材の製造方法は、ＦＲＰ廃材より無アルカリガラス母材を選別する選別工程、選別された無アルカリガラス母材を加熱溶融する溶融工程、及び溶融された溶融ガラスを所定寸法の略球状に成形する成形工程よりなるものであるため、地球資源を有効に使用することができ、エネルギーの浪費を抑制することができる。また大量に発生するＦＲＰ関連廃棄物の廃棄物量を低減することができる。
【００５９】
（９）また本発明のガラス球含有コンクリートは、上記のコンクリート用骨材を含有しているため、高い圧縮強度を有しており、優れた耐久・耐震性が求められる構造体への適用も可能である。
【００６０】
（１０）さらに本発明のガラス球含有コンクリートは、ＪＩＳ  Ａ５３０８（２００３）に記載の高強度コンクリートであって、ＪＩＳ  Ａ１１５０（２００１）に従う測定でスランプフローが５０ｃｍまたは６０ｃｍであるならば、複雑な形状でかつ高強度が求められるコンクリート構造体への適用も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下に本発明のコンクリート用骨材とその製造方法及びこのコンクリート用骨材を使用するガラス球含有コンクリートについて、実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００６２】
本発明のコンクリート用骨材の製造方法と、この製造方法により得られるコンクリート用骨材の性能について以下に詳細に説明する。
【００６３】
まず、Ｅガラスの組成成分含有率となるように、すなわち酸化物換算の質量百分率表示でＳｉＯ2  ５４％、Ｂ2Ｏ3  ７％、Ａｌ2Ｏ3  １５％、ＣａＯ  ２１％、ＭｇＯ  ２％、Ｒ2Ｏ＋ＭＯ（Ｒ＝Ｎａ＋Ｋ、Ｍ＝Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｚｎ）  １％であり、しかもＮａ2ＯとＫ2ＯとＬｉ2Ｏの３成分のアルカリ金属元素成分の酸化物換算の含有量の合計が０．４質量％以下、すなわち無アルカリガラスと一般に呼称されるアルミノシリケートガラスの組成となるように各ガラス原料を選択しガラス溶融炉に投入するためのガラス原料とした。このガラス原料としては、天然鉱物原料とＦＲＰから回収したＥガラスカレットとを含むようにし、カレット率が３０％となるように調整したものである。
【００６４】
ＦＲＰからのＥガラスカレットの回収は、用意したＦＲＰ廃材を破砕装置等を使用して５ｍｍ各程度の寸法になるように加工した後、排ガス処理装置を備えた焼却炉内に投入し、１０００℃で焼却操作を行い、樹脂分を除去して行った。得られたカレットは、ガラス溶融炉に投入前にその組成の分析を行い、カレット組成を決定した。そしてカレット組成、カレット率に従い、他の原料と併せて上記したＥガラス組成となるように他の鉱物原料等を調整して本発明のコンクリート用骨材を製造するためのガラス原料とした。
【００６５】
以上のように準備されたガラス原料は、１５００℃以上に調整されたガラス溶融炉内に原料投入機を使用して連続的に投入され、加熱されて溶融状態とされた。その後溶融ガラスは、均質な状態となるように清澄操作等が行われ、ガラス溶融炉の成形部にまで流れ込む。そしてガラス溶融炉の成形部１０の炉床面に設けられたスパウト部には、白金を主成分とする耐火性金属よりなるノズル２０が設けてあり、このノズル２０から溶融ガラスＧが自重により流下する。
【００６６】
流下した溶融ガラスＧは、ノズル２０下方に配設された切断装置３０によりシャーカットしてゴブＳと呼ばれる溶融ガラスの塊となる。そしてゴブＳは、ゴブシュート４０により近接する２本のスパイラルロール５０間に導かれる。このスパイラルロール５０の回動により、ゴブＳはその間を転動してゆき、転動の間に略球形を保ててかつ表面の十分な強度が得られる温度域まで空冷されて、本発明のコンクリート用ガラス球骨材Ｂが得られる。コンクリート用ガラス球骨材Ｂは、その後所定の容器内に保管され室温まで徐冷域６０で冷却される。ノズル２０の温度と、ノズル２０下方のシャーカットのタイミングを所望の条件となるように調整することによって、得られた略球体状のコンクリート用ガラス球骨材について、篩によってその粒度分布を計測したところ最大骨材寸法が２５ｍｍで表１に示す粒度分布であることが判明した。また目視検査によってこの略球体状のコンクリート用ガラス球骨材（以降、単にガラス球骨材と称す）については、製造ロットの内の１００個をサンプリングした場合、その内の８０個以上が略球体の容積に対して１％以上の容積を有する気泡を含有しないものであることを確認することができる。
【００６７】
【表１】
2008189528.tif 000002
【００６８】
こうして製造されたガラス球骨材についてＪＩＳ  Ａ  １１４５（２０００）に従うアルカリシリカ反応性試験方法（化学法）により、そのアルカリシリカ反応を調べた。まず略球体を粉砕して３００μｍ〜１５０μｍの粒度の範囲に分級し、２５ｇを秤量して２４時間、８０℃に保持した水酸化ナトリウム水溶液中に静置した。次いで熔解シリカ量とアルカリ濃度の減少量について分析したところ、熔解シリカ量は２４ｍｍｏｌ／ｌであり、アルカリ濃度減少量は７４ｍｍｏｌ／ｌとなり、これらの計測値は製造されたガラス球骨材が無害であると判定できるものであった。
【００６９】
次いで製造されたガラス球骨材を使用する際の流動性について調査するため、次のような評価を行った。得られたガラス球骨材Ａをアルミナ製のボールミルに投入し、回転速度が４０ｒｐｍで５分間回転させて、略球体の表面を粗面となるように粗し、粗面状ガラス球骨材Ｂを得た。このガラス球骨材Ｂの真球度を調べるため、気温２５℃で湿度４０％の無風環境の室内にて、長さ１２０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚み６ｍｍの寸法を有し、表面粗さのＲａ値が０．３μｍ以下の反りや歪みの認められないＪＩＳ  Ｒ３２０２（１９９６）に記載のフロート法により成形されたソーダ石灰ガラス板を３°の傾斜面を有するように配設した転がり試験装置を作製した。この転がり試験装置の斜面上の上方側一端に１０個のガラス球骨材Ａを同一の製造ロットから任意に選択して静置したところ、いずれのガラス球骨材についても斜面を下方に転がり落ちる程度の高い真球度を有するものであることが判明した。またガラス球骨材Ｂに関しても、表面が粗面であるにも関わらず、粗面とする前同様の高い真球度を有するものであることが判明した。以上の調査を異なる５ロットについて調査したが、いずれも同レベルの真球度を有し、同程度の流動性を有することが判明した。
【００７０】
さらに得られたガラス球骨材を使用する場合の性能評価の一つとして、このガラス球骨材を使用した場合のコンクリートの性能を調査するため、表２に示す配合のコンクリートを調整した。表２でセメントと表示したのは普通ポルトランドセメントであり、細骨材は粗粒率がＦＭ（Ｆｉｎｅｓｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ）＝２．６３の砂、粗骨材はガラス球骨材Ａ、ガラス球骨材Ｂ、あるいは凝灰岩砕石、混和材は（株）デグサ製のレオビルドＳＰ８Ｎを表している。
【００７１】
【表２】
2008189528.tif 000003
【００７２】
コンクリートの調整については、強制練りミキサーを使用して表２の配合のコンクリートを混練した。粗骨材の投入は、混練の最後に行った。こうして得られたフレッシュコンクリートの評価としては、ＪＩＳ  Ａ  １１５０（２００１）に記述されたコンクリートのスランプフロー試験方法に従って、準備したフレッシュコンクリートのスランプフローの測定を行った。スランプフローの測定結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
2008189528.tif 000004
【００７４】
表３からも明らかなように、砕石を使用した比較例に相当するＮｏ．３のコンクリートに比較して、実施例Ｎｏ．１のガラス球骨材Ａを使用したもの、及び実施例Ｎｏ．２のガラス球骨材Ｂを使用したもの、いずれのガラス球骨材を使用したコンクリートについても、スランプフローの計測値がＮｏ．１については５７５ｍｍ、Ｎｏ．２については５６５ｍｍとなって、５０ｃｍまたは６０ｃｍと判定できる値となり、砕石を本発明のガラス球骨材に置き換えることによって高流動のコンクリートが容易に得られることが判明した。
【００７５】
次いで上記の手順で得られたフレッシュコンクリートを使用して、ＪＩＳ  Ａ１１３２（１９９９）に記述されたコンクリートの強度試験用供試体の作り方に従い、圧縮強度試験用の試験体と割裂引張強度試験用の試験体とを作成した。これらの試験体を使用して材齢２８日においてＪＩＳ  Ａ１１０８（１９９９）に従うコンクリートの圧縮強度試験とＪＩＳ  Ａ１１１３（１９９９）に従うコンクリートの割裂引張強度試験とを行った。両試験の結果について、表４に示す。
【００７６】
【表４】
2008189528.tif 000005
【００７７】
表４の実施例のＮｏ．１では圧縮強度が５９．９ＭＰａ、割裂引張強度が２．５ＭＰａとなり圧縮強度は充分高く、割裂引張強度についても支障のない品位であった。また同じく実施例のＮｏ．２では圧縮強度が８８．６ＭＰａ、割裂引張強度が４．９ＭＰａであっていずれの強度についても充分に高い値となった。
【００７８】
一方比較例のＮｏ．３では圧縮強度が４５．３ＭＰａ、割裂引張強度が４．３ＭＰａとなり、実施例よりも圧縮強度が低いものとなっている。そしてまったく骨材を使用しないＮｏ．４では圧縮強度８７．３ＭＰａ、割裂引張強度が４．５ＭＰａと高い値とはなるものの、実施例Ｎｏ．１やＮｏ．２と比較してコンクリート表面が摩耗に弱く、また、単位セメント量が多いためひび割れや反り等が懸念される。
【００７９】
以上の試験結果や観察結果から、本発明のコンクリート用骨材は高い性能を有する骨材であり、本発明のガラス球骨材を使用したコンクリートは充分高い強度性能を有することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のコンクリート骨材の製造方法に関する説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    ガラス溶融炉の成形部
２０    ノズル
３０    切断装置
４０    ゴブシュート
５０    スパイラルロール
６０    徐冷域
Ｂ      コンクリート用ガラス球骨材
Ｇ      溶融ガラス
Ｓ      ゴブ
【図１】
2008189528.tif 000006