(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントに籾殻灰および水酸化カルシウムを配合してなり、籾殻灰の含有量が３０〜７０重量％、水酸化カルシウムの含有量が５〜２５重量％であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
籾殻灰のシリカ分が８０重量％以上である請求項１に記載するセメント組成物。
【請求項３】
籾殻灰および水酸化カルシウムと共に、シリカフューム、フライアッシュ、および鉱物質微粉末の１種または２種以上を含有する請求項１または請求項２のセメント組成物。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載するセメント組成物を用いたコンクリート製品またはコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業廃棄物である籾殻灰を多量に含有しながら圧縮強度の大きいセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米の脱穀時に発生する籾殻は工業的な価値がないものとして従来はそのまま廃棄処理されている。しかし、籾穀には概ね２０重量％程度のシリカ分が含まれており、これを約６００〜９００℃で焼くと非晶質のシリカに富んだ灰（以下、この灰を籾殻灰と云う）になることから、最近、この籾殻灰をモルタルやコンクリートの混和材料として利用する試みがなされている。例えば、コンクリート工学年次論文集(1993年,第15巻,１号)には「高活性もみがら灰製造方法とそれを用いたコンクリートの性質」、「籾殻灰を混和したモルタルの基礎性状」と題して、普通ポルトランドセメントに籾殻灰を混合したコンクリートについて、その混和量と圧縮強度等との関係が報告されている。しかし、これらの報告は何れも籾殻灰の混和量がセメントに対して内割りで５０重量％以下のものであり、しかも籾殻灰の混合量が多いほど初期強度が低下し、従って、籾殻灰の最適混和率はセメントに対する内割で１０〜３０重量％程度であるとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の研究によれば、籾殻灰の使用量はセメント量の一〜三割程度であり、籾殻灰の使用量が少ないので廃棄処理に代わる処分方法として十分ではない。ところが、本発明者等の研究によれば、セメントに対する籾殻灰の混和率が３０重量％以上でも籾殻灰と共に可溶性アルカリ土類金属塩を添加することにより、その硬化体の圧縮強度は、籾殻灰を単独に配合したものよりも格段に大きいことが見出された。本発明は上記知見に基づくものであり、従来の報告からは予想されない多量の籾殻灰を含有しながら大きな圧縮強度を発揮するセメント組成物を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以下の構成からなるセメント組成物が提供される。
〔１〕  セメントに籾殻灰および水酸化カルシウムを配合してなり、籾殻灰の含有量が３０〜７０重量％、水酸化カルシウムの含有量が５〜２５重量％であることを特徴とするセメント組成物。
〔２〕  籾殻灰のシリカ分が８０重量％以上である上記[１]に記載するセメント組成物。
〔３〕  籾殻灰および水酸化カルシウムと共に、シリカフューム、フライアッシュ、および鉱物質微粉末の１種または２種以上を含有する上記[１]または上記[２]のセメント組成物。
〔４〕  上記[１]〜上記[３]の何れかに記載するセメント組成物を用いたコンクリート製品またはコンクリート構造物。
【０００５】
本発明のセメント組成物は、従来、最適混和率と考えられていた範囲よりも籾殻灰の含有量が格段に多く、セメント量より多量に籾殻灰を含有しても、籾殻灰を含有しないものより大幅に高い圧縮強度を発揮する。また、多量に籾殻灰を含有しても、籾殻灰と共に水酸化カルシウムを添加することにより、その硬化体の圧縮強度は、籾殻灰を単独に配合したものよりも格段に大きい組成物である。従って、本発明によれば農業廃棄物として従来大量に処分されていた籾殻灰の有効利用を可能にしてその再資源化を図ることができる。また、セメントの使用量を大幅に減少することができるので、その製造コストや製造時に発生するＣＯ2量を低滅させ、環境に対する負荷を減少させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施態様に基づいて詳細に説明する。本発明のセメント組成物は、セメントに籾殻灰および水酸化カルシウムを配合してなり、籾殻灰の含有量が３０〜７０重量％、水酸化カルシウムの含有量が５〜２５重量％であることを特徴とするセメント組成物である。セメントに籾殻灰と可溶性アルカリ土類金属塩とを加えたものである。セメントの種類は限定されない。普通、早強、超早強、または中庸熱の各種ポルトランドセメント、あるいは各種混合セメントなどを広く用いることができる。
【０００７】
本発明において用いる籾殻灰は、籾殻を焼成して得たシリカを主成分とするものであり、好ましくはシリカ分８０重量％以上、より好ましくはシリカ分９０重量％以上のものである。比重、粒度ないし比表面積は限定されない。なお、比重２.１、比表面積400,000cm2/g程度の非晶質シリカを８０重量％以上含む米国産の籾殻灰が市販されているが、本発明はこの籾殻灰を用いることができる。
【０００８】
籾殻灰の含有量は全粉体量の５〜８０重量％、好ましくは３０〜７０重量％が適当である。この量が３０重量％未満では籾殻灰を多量に用いることを意図するうえでは配合量が不十分である。一方、籾殻灰の量が８０重量％を上回ると相対的にセメント量が少なくなり、コンクリートの圧縮強度が低下するので適当ではない。
【０００９】
籾殻灰と共に含有される可溶性アルカリ土類金属塩としては、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、硝酸カルシウム、酢酸カルシウム、水酸化マグネシウム等を用いることができる。可溶性のアルカリ土類金属塩を含有することにより、籾殻灰を多量に混和した場合でも籾殻灰のポゾラン反応に必要な金属イオンを十分に供給することができるという利点がある。可溶性アルカリ土類金属塩の含有量は５〜２５重量％が適当である。
【００１０】
また、籾殻灰はシリカ灰からなるポゾラン材料であるので、一般的なポゾラン材料であるシリカフュームやフライアッシュを一部に混合したものでも良い。さらには、ポゾラン材料以外の鉱物質微粉末、例えば、高炉スラグ粉末などを混合したものでも良い。
【００１１】
本発明のセメント組成物を用い、一般的な配合比に従ってモルタルおよびコンクリートを製造することができる。本発明に係るセメント組成物の使用量は通常のセメント量に準じて定めれば良い。本発明のセメント組成物を用いることにより、普通ポルトランドセメント等を用いたコンクリート等と遜色ない圧縮強度のモルタルやコンクリートを得ることができる。
【００１２】
【実施例】
実施例１（モルタル試験）
表１に示す材料を用い、表２の配合比に従ってモルタルを製造し、そのフローおよび圧縮強度を調べた。この結果を表３に示した。表３の結果から明らかなように、籾殻灰を含有するが水酸化カルシウムを含まない比較試料(No.B1〜B4)は何れも材齢２８日の圧縮強度が３０N/mm2に及ばず、しかも籾殻灰の含有量が５０重量％を超えると圧縮強度がしだいに低下する。一方、本発明の試料(No.A1〜A4)は何れも材齢２８日の圧縮強度が格段に大きく、籾殻灰の含有量が３０重量％のものは４５.５N/mm2であり、桃殻灰の含有量が５０〜７０重量％でも４０N/mm2前後の圧縮強度を有する。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
【表３】
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【００１６】
実施例２（コンクリート試験）
表１に示す材料を用い、表４の配合比に従ってコンクリートを製造し、そのスランプおよび圧縮強度を調べた。この結果を表５に示した。表５の結果から明らかなように、籾殻灰を含有するが水酸化カルシウムを含まない比較試料(No.D2〜D7)は何れも材齢９１日の圧縮強度が１５N/mm2以下でありかなり低い。一方、本発明の試料(No.C1〜C6)は何れも材齢９１日の圧縮強度が格段に大きく、籾殻灰の含有量が５０重量％でもこの含有量が１０〜３０重量％の場合と大差なく、籾殻灰含有量が６０重量％でも材齢９１日の圧縮強度は２０N/mm2以上であり、籾殻灰を含有しない比較試料No.D1よりも大きい。
【００１７】
【表４】
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【００１８】
【表５】
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【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のコンクリートに比べてセメントの使用量を大幅に低減することができる。また、従来は農業廃棄物として大量に処分されていた籾殻灰を多量に使用することができるので廃棄物処理の負担を軽減できる。また、セメント使用量の軽減を通じてセメント製造時に排出されるＣＯ2量を減少できるので環境への負荷も軽減することができる。さらに、籾殻は毎年副産されるものであり、セメントのように量的に限られた原料から製造する場合とは異なり原料が枯渇することなく、資源を有効に利用できる利点もある。
また、本発明のセメント組成物からなるコンクリート製品またはコンクリート構造物は、長期材令における強度が従来のコンクリートに比べて格段に優れている。