(57)【要約】【課題】  細骨材やセメントの一部を碍子微粉末に置き換え、セメント粒子間を充填し、細孔構造を緻密化することにより、コンクリートの強度発現を増大化すると共に、収縮を低減する。【解決手段】  セメント、水、細骨材及び粗骨材から成る超高強度コンクリートであって、細骨材を、１μｍから２０μｍ程度に粉砕した碍子粉末に置き換えた超高強度コンクリートであり、細骨材の１〜４０％程度を碍子粉末に置き換え、セメントの１％から３０％程度を碍子粉末に置き換えた。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、水、細骨材及び粗骨材から成る超高強度コンクリートであって、
前記細骨材を、１μｍから２０μｍ程度に粉砕した碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項２】
前記細骨材の一部を碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする請求項１の碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項３】
前記細骨材の１％から４０％程度を碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする請求項２の碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項４】
セメント、水、細骨材及び粗骨材から成る超高強度コンクリートであって、
前記セメントを、１μｍから２０μｍ程度に粉砕した碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項５】
前記セメントの一部を碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする請求項４の碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項６】
前記セメントの１％から３０％程度を碍子粉末に置き換えた、ことを特徴とする請求項５の碍子粉末を使用した超高強度コンクリート。
【請求項７】
碍子を破砕して、金具材質と磁器材質とを分離し、
前記磁器材質のみの粉砕片を、１μｍから２０μｍ程度になるように微粉砕し、
この微粉砕した碍子粉末を、細骨材の一部として他の細骨材と合わせ、セメント、水及び粗骨材と共に混練する、ことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリートの製造方法。
【請求項８】
碍子を破砕して、金具材質と磁器材質とを分離し、
前記磁器材質のみの粉砕片を、１μｍから２０μｍ程度になるように微粉砕し、
この微粉砕した碍子粉末を、セメントの一部として他のセメントと合わせ、水、細骨材及び粗骨材と共に混練する、ことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みの廃棄した碍子の破砕片をコンクリートの原材料として使用する、碍子粉末を使用した超高強度コンクリート及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
碍子は、電線その他の導体を絶縁並びに支持する目的で用いられる固形絶縁体である。この碍子は、緻密堅固な硬質磁器に、釉薬を施したものであり、碍子金具により電柱等に支持されるものである。この碍子は、長年使用していると磁器部分にひび割れが生じて絶縁性を失ったものは廃棄処分される。例えば、電力会社では年間数百ｔ程度排出されており、現在そのほとんどが埋立地に廃棄処分されている。
【０００３】
そこで、このような廃棄碍子を有効に利用するために、廃棄碍子を破砕し、更に粉砕して碍子の粉末を生成し、この碍子粉末をコンクリートの骨材の代替材料として利用する技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】廃棄碍子を骨材の代替材料として使用するコンクリートとしては、特開平７−１１８０４１号「碍子を骨材とするモルタル・コンクリート及びその製造方法」に、大量に廃棄されている使用済み電路用碍子に着目し、その破砕片を骨材として用いることにより、産業廃棄物の再利用を図り、超高強度モルタル・コンクリートを安価に製造可能にした技術が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この提案されている技術は、単に廃棄する碍子を破砕又は粉砕して、細骨材或いは粗骨材の代替材料として使用するに止まるものであった。即ち、細かく粉砕した廃棄碍子は砂等の細骨材の代替とし、また破砕しただけの廃棄碍子は砂利又は砕石等の粗細骨材の代替として利用するに止まるものであった。
【０００６】
一方、コンクリートの強度を増大させる手段、例えば設計基準強度１００Ｎ／ｍｍ2を超える超高強度コンクリートを製造する手段としては、単位セメント量を増やす方法、あるいはシリカフューム等の混和材を使用する技術が提案されている。しかし、セメント量の増加、シリカフューム等の混入は、コンクリートの自己収縮を増大させる原因となり、構造部材における鋼材の拘束下において初期ひび割れを起こすことが懸念され、コンクリートの耐荷力、耐久性が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の発明者らは、微粉砕した碍子は、硬質かつ主成分がシリカであり不純物が少ないので、コンクリートの強度を増大させ機能を有することに着目し、この碍子粉末を超高強度コンクリートの材料として利用する技術を創案した。
【０００８】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、細骨材やセメントの一部を碍子微粉末に置き換え、セメント粒子間を充填し、細孔構造を緻密化することにより、コンクリートの強度発現を初期材齢から増大化し、また長期材齢においても碍子微粉末中の可溶性シリカに基づくポラゾン反応により強度が増大化すると共に、収縮を低減することができる碍子粉末を使用した超高強度コンクリート及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超高強度コンクリートによれば、セメント、水、細骨材及び粗骨材から成る超高強度コンクリートであって、前記細骨材又はセメントを、１μｍから２０μｍ程度に粉砕した碍子粉末に置き換えたことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリートが提供される。
【００１０】
前記細骨材の一部について碍子粉末に置き換えた。例えば、前記細骨材の１％から４０％程度を碍子粉末に置き換えることが好ましい。
【００１１】
前記セメントの一部について碍子粉末に置き換え。例えば、前記セメントの１％から３０％程度を碍子粉末に置き換えることが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法によれば、碍子を破砕して、金具材質と磁器材質とを分離し、前記磁器材質のみの粉砕片を、１μｍから２０μｍ程度になるように微粉砕し、この微粉砕した碍子粉末を、細骨材の一部として他の細骨材と合わせ、セメント、水及び粗骨材と共に混練する、ことを特徴とする碍子粉末を使用した超高強度コンクリートの製造方法が提供される。
【００１３】
また、碍子を破砕して、金具材質と磁器材質とを分離し、前記磁器材質のみの粉砕片を、１μｍから２０μｍ程度になるように微粉砕し、この微粉砕した碍子粉末を、セメントの一部として他のセメントと合わせ、水、細骨材及び粗骨材と共に混練する、ことも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
上記発明では、細骨材又はセメントの一部を碍子微粉末に置き換えることにより、セメント粒子間を充填することができるため、細孔構造が緻密化し、初期材齢より強度発現が大きくなる。特に、細骨材或いはセメントと置き換えられる碍子粉末を１μｍ〜２０μｍまでに微粉砕したことにより、セメント粒子間を充填することができ、細孔構造が緻密化し初期材齢から強度発現を大きくすることができる。また、長期材齢においても、碍子微粉末中の可溶性シリカによるポラゾン反応が起こり、所定時間経過した時点では碍子粉末を混入していない普通のコンクリートに比較して３０％〜７０％程度強度を増大させることができる。
【００１５】
細骨材の一部を碍子微粉末と置き換えることにより、シリカフュームを混入した同水結合材比で同強度のコンクリートに比較して２５％の自己収縮を低減させる効果がある。
【００１６】
その他にコンクリートが中性化することを抑制することができ、耐凍害性を向上させ、クリープ現象を低減させ、耐硫酸塩性を向上させ、更にアルカリ骨材反応を抑制させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の碍子粉末を使用した超高強度コンクリートは、セメント、水、細骨材及び粗骨材から成り、この細骨材の一部を、１μｍから２０μｍ程度に粉砕した碍子粉末に置き換えたものである。碍子粉末を置換するものは、セメントとの置換でも細骨材との置換でも良い。
【００１８】
本発明に使用する碍子は、長年使用していると磁器部分にひび割れが生じ、碍子金具が劣化して絶縁性を失い、廃棄処分されたものである。このような廃棄碍子は、破砕して、金具材質と磁器材質とを分離する。次に、磁器材質のみの粉砕片を所定の粒径になるように微粉砕する。この微粉砕の粒径は、１μｍから２０μｍ程度が適していた。この２０μｍより粒径が大きいものは、セメント粒子間を充填し、強度増加させる機能を果たさないからである。
【００１９】
微粉砕した碍子の物理試験結果は表１に示す。この碍子粉末の活性度は石炭灰のＪＩＳＩＶ種相当するものである。
【００２０】
【表１】
2005082456.tif 000002
次に、碍子粉末のガラス量の定量結果を表−２に示す。碍子粉末中７２％はシリカ（ＳｉＯ2）であり、その中に含まれる石英、ムライト中の非晶質シリカは２５．３％であった。
【００２１】
【表２】
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【実施例１】
【００２２】
表３は本発明の碍子粉末を使用した超高強度コンクリートの一実施例を示すものである。
表３の下段は「ＩＰＳ３０−３０」は（置換率３０％、水セメント比３０％）の碍子粉末細骨材置換コンクリートの配合とフレッシュ性状を示す。ここでは水セメント比３０％、細骨材率４０％、碍子粉末の置換率３０％で配合した。単位重量（ｋｇ／ｍ3）であらわすと水１７０ｋｇ／ｍ3、セメント５６７ｋｇ／ｍ3、細骨材５２１ｋｇ／ｍ3、本発明の碍子粉末１３０ｋｇ／ｍ3、粗骨材９９４ｋｇ／ｍ3、高性能ＡＥ減水剤４．８２ｋｇ／ｍ3、ＡＥ助剤３．４０ｋｇ／ｍ3、で配合した。上段の「ＮＣ−３０」は水セメント比３０％の普通コンクリートの配合でこの配合と「ＩＰＳ３０−３０」を比較すると細骨材６５１ｋｇ／ｍ3の一部が碍子粉末１３０ｋｇ／ｍ3で置換されている。
【００２３】
【表３】
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細骨材の３０％を碍子粉末に置き換えた。粉砕した碍子の粒径は、１μｍ〜２０μｍの範囲が考えられる。これは、コンクリートに混練する砂（細骨材）の粒径〜セメントの粒径を考慮したものである。細骨材と置換した場合は、超高強度コンクリートとして使用可能になる。砂等の細骨材との置換率は１％〜４０％が考えられる。
【００２４】
同水セメント比下のもとで細骨材と置換すると、強度の増加率は３０％〜７０％に上る。乾燥収縮の低減効果は、細骨材との置換よリ１０％〜５０％程度であった。細骨材と置換すると、３５％〜５５％の中性化抑制効果がある。
【００２５】
本発明の超高強度コンクリートを製造するときは、先ず、碍子を破砕して、金具材質と磁器材質とを分離し、磁器材質のみの粉砕片を１μｍから２０μｍ程度になるように微粉砕する。
【００２６】
攪拌ミキサーに砂等の細骨材、セメント、砂利や砕石等の粗骨材を投入し、この中に廃棄碍子の微粉末を投入して短時間の空練りをする。次に、高性能減水剤とＡＥ助剤を添加した水を投入して混練して、超高強度コンクリートを製造する。
【００２７】
次に、試験結果について説明する。
【００２８】
図１は碍子粉末を使用したコンクリート（ＩＰＳ３０−３０）と普通コンクリート（ＮＣ−３０）の圧縮強度を比較した状態を示すグラフである。
【００２９】
［強度特性］
碍子粉末を置換すると初期材齢より強度増加しており、特に長期材齢において強度増加が顕著で材齢９１日では無置換に比べて約３５Ｎ／ｍｍ2増加している。これは、石炭灰コンクリートの示す特徴に似ており、碍子の主成分であるシリカ鉱物によるポゾラン反応が生じているものと考えられる。
【００３０】
図２は材齢３、９１日における、細孔構造に関する測定結果（細孔径分布および累積細孔容積）を示すグラフである。
【００３１】
［細孔構造］
碍子粉末を混入することにより、細孔径分布が細かい方向ヘシフトし累計細孔容積が減少していることから、マイクロフィラー効果が生じ初期材齢の強度発現との相関性が認められる。また材齢９１日においても硬化体の緻密化が進み、２０ｎｍ以上はほとんど見られない。
【００３２】
［Ｘ線回折分析］
表４に材齢３、９１日におけるＸ線回折分析結果を示す。材齢３日ではＩＰＳ３０−３０はＮＣ−３０と比較して水酸化カルシウムの生成量が少なく、Ｃ−Ｓ−Ｈの生成量が若干多いため初期材齢からポゾラン反応を生じているものと思われる。更に、エトリンガイトが少ないことから，エトリンガイトが生成されにくい空隙の少ない緻密な細孔構造になっていることが分かる。また、材齢９１日では、水酸化カルシウムの生成量が減少し、Ｃ−Ｓ−Ｈが増加していることから明らかにポゾラン反応が生じたと考えられる。これは、碍子粉末を使用したコンクリートの９１日強度が増進していることからもいえる。
【００３３】
【表４】
2005082456.tif 000005
［示差熱分析］
表５に材齢３、９１日における示差熱分析結果を示す。いずれの材齢も碍子粉末を使用したコンクリートの水酸化カルシウムの含有量は少なく、Ｘ線回折分析の結果と同様の傾向を示した。
【００３４】
【表５】
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［収縮特性］
図３は自己収縮試験結果を示すグラフである。図４は乾燥収縮試験結果を示すグラフである。
【００３５】
碍子粉末を使用したコンクリートの自己収縮ひずみは普通コンクリートのそれと比べ、約９０×１０-6大きくなるが、自己収縮も含めた全収縮（乾燥収縮）ひずみでは約２７０×１０-6小さくなり、大幅な収縮低減効果を有していることが分かった。
【００３６】
図５は材齢３、９１日の碍子粉末を混入しないコンクリート（左側）と碍子粉末を混入したコンクリート（右側）のペースト部分における水和物の電子顕微鏡観察結果（倍率：５，０００）を示すものである。
【００３７】
［電子顕微鏡観察］
碍子粉末を混入させたコンクリートは、無混入のコンクリートに比べ水酸化カルシウムの結晶は少なく、Ｘ線回折分析や示差熱分析の結果と一致するものとなった。また、いずれの材齢においてもエトリンガイトの針状結晶は見られず、材齢３日よりモノサルフェートの板状結晶が見られた。生成されたＣ−Ｓ−Ｈの種別を比較すると、無混入の試験体には針状結晶が放射状に構成されているｔｙｐｅＩがよく見られたが、碍子粉末を混入した試験体には、材齢３日より塊状組織であるｔｙｐｅＩＩＩが多く見られた。よって、碍子粉末を混入することにより、ポーラスな組織を形成するｔｙｐｅＩが少なく緻密な組織を形成するｔｙｐｅＩＩＩが多い緻密な硬化体となることが分かった。
本発明の碍子粉末を細骨材の一部と置換することにより以下のようなことが分かった。
（１）碍子粉末の活性度は石炭灰のＪＩＳＩＶ種相当であるが、他の物理的性状はＩＩ種以上の性能を有する。
（２）碍子粉末は少量の非晶質シリカを合んでおり反応性を有する。
（３）初期材齢より大幅な強度増進が見込める。
（４）細孔構造が緻密になる。
（５）乾燥収縮が小さくなり、ひび割れに対する抵抗性が大きくなる。
（６）生成されるＣ−Ｓ−Ｈは緻密な塊状組繊を形成するｔｙｐｅＩＩＩが多くなる。
（７）エトリンガイトはあまり生成されず、初期材齢よリモノサルフェートが見られた。
【００３８】
なお、本発明は、細骨材やセメントの一部を碍子微粉末に置き換え、セメント粒子間を充填し、細孔構造を緻密化することにより、コンクリートの強度発現を増大化すると共に、自己収縮を低減することができる配合であれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の碍子粉末を使用した超高強度コンクリートは、廃棄した碍子を細骨材又はセメントとして用いたものであり、これは山砂等の天然細骨材に比較して強度を増大させることができる。
【００４０】
更に、本発明の原材料となる碍子は、廃棄された碍子を利用するものであるため、産業廃棄物のリサイクル、天然骨材の代替として碍子微粉末を使用することによる環境保全に寄与できるばかりでなく、超高強度コンクリートの製造コストを低減化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】同一水結合材比における細骨材置換した碍子コンクリートと普通コンクリートの圧縮強度を比較した状態を示すグラフである。
【図２】材齢３、９１日における、細孔構造に関する測定結果（細孔径分布および累積細孔容積）を示すグラフである。
【図３】自己収縮試験結果を示すグラフである。
【図４】乾燥収縮試験結果を示すグラフである。
【図５】材齢３、９１日の碍子粉末を混入しないコンクリート（左側）と碍子粉末を混入したコンクリート（右側）のペースト部分における水和物の電子顕微鏡観察結果（倍率：５，０００）を示すものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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