(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみ焼却灰、下水汚泥の一種類以上を原料として製造された水硬性組成物を用い、骨材の一部または全部に製錬工程から副産されたスラグ組成物を用いるコンクリート組成物であって、
前記水硬性組成物が、Ｃ3Ａが１０〜２５重量％、Ｃ4ＡＦが１０〜２０重量％、Ｃ3ＡとＣ4ＡＦの合計量が２０〜３５重量％、Ｃ2ＳまたはＣ3Ｓの一種以上を含有し、塩素量０.１重量％以下の焼成物に石膏を含有してなる水硬性組成物であり、
前記スラグ組成物が、フェロニッケルスラグ骨材及び／又は銅スラグ骨材であることを特徴とするコンクリート組成物。
【請求項２】
水硬性組成物のアルカリ含有量が０.６重量％以下である請求項１のコンクリート組成物。
【請求項３】
スラグ組成物の使用量が細骨材中の５〜１００重量％である請求項１または２のコンクリート組成物。
【請求項４】
モルタルバー法によるモルタル膨張量が０.１０％以下である請求項１〜３の何れかのコンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ焼却灰や下水汚泥などの廃棄物を原料として製造されたセメント（以下、エコセメントと云う）と、製錬工程から副産されたスラグ組成物（以下、スラグ組成物またはスラグ骨材と云う）とを用いることによって、廃棄物および産業副産物の再利用ないし再資源化を図ったコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ごみや下水汚泥等の廃棄物が著しく増加し、最終処分場の確保が次第に困難になっており、これらの廃棄物についてその有効利用ないし資源化の必要性が求められている。しかし、従来、これらの廃棄物処理に関する決定的な方法がなく、埋め立て処理に頼っていたが、最近、セメント製造分野では、都市ごみ焼却灰や下水汚泥などの廃棄物を原料としてエコセメントが製造されるようになり、再資源化が図られつつある。
【０００３】
一方、コンクリート用骨材は、従来から川砂や山砂などの天然資源を主に利用してきたが、これらの骨材資源は次第に涸渇しつつあり、また骨材採取による自然環境破壊が問題になるなど、社会全体として資源の有効利用を図る必要性が高まっている。このような情勢から、製錬工程から副産されたスラグ組成物をコンクリート用骨材に利用することが検討され、コンクリート用スラグ骨材として規格化された。これに伴い、スラグ骨材を他の骨材と混合することによる骨材の品質改善やコンクリートの性状改善などが検討されている。
【０００４】
しかし、スラグ組成物の一部にはアルカリシリカ反応性を有するものがあり、これを骨材として用いる場合には、この反応を抑える対策が必要である。アルカリシリカ反応が生じるとコンクリートが異常膨張し、ひび割れ等を生じるのでコンクリートの耐久性が著しく低下する。従って、ＪＩＳ規格においては、スラグ骨材のうち、アルカリシリカ反応性を有する可能性のあるフェロニッケルスラグ骨材や銅スラグ骨材については、アルカリシリカ反応性試験を行い、その影響の有無を表示することが定められている。また、スラグ骨材の混合率が増加するとブリーディングが生じやすく、単位水量が多いとこの傾向がさらに顕著になるため、単位水量が少なくなるように材料および配合を適切に定める必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スラグ組成物を骨材の全部または一部に用いたコンクリート組成物における従来の上記問題を解決したものであって、セメント中に含まれるアルカリ分の少ないエコセメントを用いることによって、骨材とのアルカリシリカ反応による膨張を抑制し、さらにブリーディングが生じ難い良好な品質を有するコンクリート組成物を提供することを目的とする。なお、本発明においてコンクリート組成物とはモルタルを含む。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は以下の構成からなるコンクリート組成物に関する。
（１）都市ごみ焼却灰、下水汚泥の一種類以上を原料として製造された水硬性組成物を用い、骨材の一部または全部に製錬工程から副産されたスラグ組成物を用いるコンクリート組成物であって、
前記水硬性組成物が、Ｃ3Ａが１０〜２５重量％、Ｃ4ＡＦが１０〜２０重量％、Ｃ3ＡとＣ4ＡＦの合計量が２０〜３５重量％、Ｃ2ＳまたはＣ3Ｓの一種以上を含有し、塩素量０.１重量％以下の焼成物に石膏を含有してなる水硬性組成物であり、
前記スラグ組成物が、フェロニッケルスラグ骨材及び／又は銅スラグ骨材であることを特徴とするコンクリート組成物。
（２）水硬性組成物のアルカリ含有量が０.６重量％以下である上記(1)のコンクリート組成物。
（３）スラグ組成物の使用量が細骨材中の５〜１００重量％である上記(1)または(2)のコンクリート組成物。
（４）モルタルバー法によるモルタル膨張量が０.１０％以下である上記(1)〜(3)の何れかのコンクリート組成物。
【０００７】
本発明のコンクリート組成物は、セメント成分としてアルカリ分が少ないエコセメントを用いるので、スラグ組成物を骨材に使用してもアルカリシリカ反応が抑制され、アルカリシリカ反応による異常膨張を生じる虞がないコンクリートを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のコンクリート組成物は、骨材の一部または全部に製錬工程から副産されたスラグ組成物を用いる場合に、セメントとしてエコセメントを用いることを特徴とするものである。
【０００９】
エコセメントは都市ゴミ焼却灰や下水汚泥等の廃棄物を原料として製造されたセメントである。原料は都市ゴミ焼却灰や下水汚泥等の廃棄物焼却灰に加えて、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物、更には普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原料なども用いられる。このような原料を１２００〜１４５０℃に焼成して得た焼成物を粉砕し、この焼成物に石膏を添加するか、または焼成物と石膏を同時に粉砕してエコセメントを製造する。石膏の種類は限定されず、例えば無水石膏、半水石膏、二水石膏が用いられる。
【００１０】
エコセメントには、塩素量が０.１重量％以下の普通形エコセメントと、塩素量が０.１〜１.５重量％であって塩素成分をクリンカー鉱物として固定した速硬形エコセメントとがある。速硬形エコセメントは無筋コンクリートに用いられ、普通形エコセメントは無筋コンクリートおよび一般の鉄筋コンクリートに広く用いることができる。
【００１１】
本発明のコンクリート組成物は、好ましくは普通形エコセメントを用いる。このエコセメントは、Ｃ3Ａが１０〜２５重量％、Ｃ4ＡＦが１０〜２０重量％、Ｃ3ＡとＣ4ＡＦの合計量が２０〜３５重量％、Ｃ2ＳまたはＣ3Ｓの一種以上を含有し、塩素量０.１重量％以下の焼成物に石膏を加えて製造したものであり、全アルカリ量は概ね０.６重量％以下である。
【００１２】
なお、上記鉱物成分のうち、アルミニウム源は焼却灰によるので、Ｃ3Ａが１０重量％未満であると焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の有効利用および再資源化の観点から好ましくない。ただし、この量が２５重量％を上回ると注水直後の瞬結や凝結が進み、可使時間が確保し難くなる。また、Ｃ4ＡＦが１０重量％未満であると相対的にＣ3Ａの生成量が多くなるので可使時間が確保し難く、Ｃ4ＡＦが２０重量％を上回ると凝結時間等の物性に悪影響を及ぼす可能性がある。さらにＣ3ＡとＣ4ＡＦの合計量が３５重量％より多いと焼成物を製造する際にキルン内に溶融物が付着して、安定した製造が困難になる。従って、Ｃ3ＡとＣ4ＡＦの合計量は１０〜３５重量％が望ましい。
【００１３】
また、塩素が０.１重量％を上回ると、コンクリートの単位セメント量が多くなった場合に、日本工業規格（JIS A 5308）、土木学会標準示方書または日本建築学会（JASS 5）の規定で定める塩素量の制限（Cl重量：０.３kg/m3）を超える場合があるので、一般のコンクリートには塩素量０.１重量％以下の普通形エコセメントが用いられる。
【００１４】
本発明は、好ましくは全アルカリ量が０.６重量％以下のエコセメントを用いる。全アルカリ量（Ｎａ2Ｏeq）はナトリウム分とカリウム分の合計量（Na2Oeq=Na2O＋0.658K2O）である。全アルカリ量が０.６重量％を上回ると、このアルカリ成分が骨材のスラグ組成物とアルカリシリカ反応を生じやすくなる。なお、エコセメントの全アルカリ量は一般に概ね０.６重量％以下であるので本発明の目的に適う。全アルカリ量は少ないほど良いので、さらに好ましくは０.５重量％以下が良い。
【００１５】
本発明のコンクリート組成物に用いるスラグ組成物は、具体的には、例えば、高炉スラグ骨材(略称ＢＦＧ、ＢＦＳ)、フェロニッケルスラグ骨材(略称ＦＮＳ)または銅スラグ骨材(略称ＣＵＳ)である。これらは製錬工程で副産される溶融スラグを冷却し、粒度調整したものであり、日本工業規格（JIS A 5011-1,5011-2,5011-3）に規定される範囲にあるものが好ましい。なお、上記規格ではフェロニッケルスラグ骨材および銅スラグ骨材について、アルカリ反応性試験による影響の有無を表示することが定められているが、本発明はアルカリシリカ反応性を有するフェロニッケルスラグ骨材およびは銅スラグ骨材でも用いることができる。
【００１６】
上記スラグ組成物(スラグ骨材)はコンクリートの骨材の一部または全部に用いる。スラグ骨材を山砂や海砂などの通常のコンクリート骨材と混合して使用することにより、山砂などの粒度分布の改善や、海砂などの塩化物含有量の低減などに有効である。スラグ骨材を混合して使用する通常のコンクリート骨材は一般に用いられている骨材であればよく、川砂、川砂利、山砂、山砂利、海砂、海砂利などの天然骨材、あるいは砕石、砕砂などの人工骨材が用いられる。
【００１７】
本発明のコンクリート組成物において、スラグ骨材の配合量は、骨材１００重量部中で５〜１００重量部が適当である。５重量部未満では粒度分布の改善や塩化物含有量の低減などの改善効果が少ない。廃棄物を有効に利用する観点からはスラグ骨材の配合量は多いほど好ましい。骨材の全量をスラグ骨材とすれば、コンクリート単位体積当たりの廃棄物起源材料の総使用量が多くなり、天然資源の枯渇化対策および廃棄物の再利用や再資源化にとって好ましい。
【００１８】
本発明のコンクリート組成物は、モルタルバー法(JIS A 5308付属書８)によるモルタル膨張量を０.１０％以下、好ましくは０.０５％以下に抑制することができる。このモルタル膨張量はセメントの全アルカリ量の増加に伴って増大しており、普通セメントにスラグ骨材を配合したコンクリートのモルタル膨張量は、全アルカリ量(Na2Oeq)１.０のとき概ね０.１５％程度である。従って、本発明のコンクリート組成物は普通セメントを用いたコンクリートに対して、このモルタル膨張量を約１／３以下に低減することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
〔実施例１〕（ブリーディング試験）
表１に示す材料を使用し、表２の配合に従い、エコセメントまたは普通セメント用いておのおのスラグ骨材を配合したコンクリート組成物を製造した。また、比較基準としてスラグ骨材を用いないコンクリート組成物を製造した(試料No.1,2)。これらのコンクリート組成物についてブリーディングを規格(JIS A 1123)に準じて測定した。この結果を表２および図１に示した。この結果から明らかなように、スラグ骨材の種類ごとに比較すると、本発明のエコセメントを用いたコンクリート組成物(試料No.3〜6)のブリーディング量は、スラグ骨材を用いない基準品(試料No.1,2)よりもやや多いが、普通ポルトランドセメントを用いた比較品よりブリーディング量が格段に少なく、ブリーディング量を大幅に低減することができる。
【００２０】
〔実施例２〕（アルカリシリカ反応）
実施例１の各試料（No.21〜30）について、アルカリシリカ反応性をモルタルバー法(JIS A 5308付属書８)によって試験し、そのモルタル膨張量（原長さに対する比、材齢６ケ月）を測定した。また、全アルカリ量を１.０％、１.５％に調整した普通セメントを用いた他は実施例１試料No.７、８と同様にしてコンクリート組成物を製造し(試料No.31、32)、モルタル膨張量を測定した。この試験結果を表３および図２に示した。本発明のエコセメントを用いたコンクリート組成物(試料No.23〜26)のモルタル膨張量は何れも０.０５％以下であるが、普通セメントを用いた比較品(試料No.27〜30、31、32)のモルタル膨張量は全て０.１１％以上であった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
【表３】
0004437628.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
本発明のコンクリート組成物は水硬性材料としてエコセメントを用いるので、スラグ組成物をコンクリート骨材として使用しても、アルカリシリカ反応が抑制され、コンクリートの異常膨張によるひび割れ等を生じる虞がない。従って、スラグ組成物を骨材として用いながら耐久性に優れたコンクリート組成物を製造することができる。また、本発明のコンクリート組成物はセメント成分と骨材の両方に廃棄物起源材料ないし副産物起源材料を用いているので、これらの総使用量が多く、資源の有効利用を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の結果を示すグラフ
【図２】  実施例２の結果を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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