技報 第 14 号（2016 年）

銅スラグ細骨材のプレキャスト P
C造建築物への適用
技術本部

技術研究所

中瀬博一

建築本部

PC 建築部

川本浩一

大阪支店

PC 建築部

小野原英一

久留米工場

製品課

浦辺真一

概要：将来的な骨材不足への対応や環境負荷の低減などを目指し，産業副産物である銅スラグを細骨材として用いたコンクリートを，建築用プレキャスト部材への適用を検討した．検討の結果，銅スラグ細骨材を全細骨材容積の 30％置換して使用したコンクリートは，プレキャスト部材の製造に必要な施工性および強度発現などを十分に満足し，一般の骨材と同様に扱うことができることを確認した．このため，銅スラグ細骨材を使用したコンクリートを PC 建築物のプレキャスト部材に適用し，天然の骨材不足への対応や環境負荷低減に貢献できる高品質な部材の製造実績を得た．

Key Words：銅スラグ細骨材，プレキャスト，PC 建築物，環境負荷低減

１．はじめに近年，良質な天然骨材の減少，環境保全，資源の有効利用などの観点から銅スラグ細骨材の利用が注目されている．従来の銅スラグ細骨材は粒度分布が狭く，粒形も角ばっていたため単位水量やブリーディングが増加しコンクリートの品質が低下する傾向にあったが，近年，摩砕処理により粒度分布と粒形が改善され，コンクリートの品質が大きく低下することはなくなった．そこで，銅スラグの有効利用，将来的な骨材不足への対応，環境負荷の低減などを目的に，建築用プレキャスト部材に銅スラグ細骨材の適用を検討した．本
報告では銅スラグ細骨材を適用するにあたって実施した各種検討の結果と実際のプレキャスト部材に適用した事例を紹介する．

２．実験概要表-1 実験の要因と水準

2.1 実験の要因と水準

要因

実験は，銅スラグ細骨材を使用したコンクリート実験時期（以降，銅スラグコンクリートと略称）のフレッシ
ュ性状および圧縮強度発現など，調合算定に必要な水準
2 シーズン（標準期，冬期）

水セメント比3 水準（29，36，47％）

模擬部材

2 種（柱部材，版部材）

圧縮強度

標準養生，部材同一養生，部材コア

データの取得を目的として実施した．部材製作の工程上，実験は標準期および冬期の 2 シーズンとし，夏期実験は部材製作と並行して行い，結果をもとに決定調合の妥当性を照査することとした．実験の要因と水準を表-1 に示す．
2.2 使用材料
使用材料を表-2に示す．銅スラグ細骨材はJIS A 5011-3に規定されるCUS2.5に適合するものとして銅製錬工場で新たにJIS認証を取得したものを使用し，その他の材料は，プレキャスト工場の常用品を用いた．

中瀬博一

川本浩一

小野原英一
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浦辺真一

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2.3 調合，練混ぜおよび養生方法
表-2 使用材料

コンクリートの調合，スランプ（スランプフロー）および空気量の目標値を表-3 に示す．

使用材料種 類記号仕様

銅スラグ細骨材の混入率は，設計上のコンクリ

セメント

早強セメント
砕砂
山砂

HC
S1
S2

密度 3.14g/cm3
表乾密度:2.70g/cm3
表乾密度:2.55g/cm3
表乾密度 3.48g/cm3，
吸水率 0.13%，FM2.69
表乾密度:2.74g/cm3
ポリカルボン酸系ートの単位容積質量の上限値である2500kg/m3 以下（一般のコンクリートに比べ細骨材

銅スラグ細骨材 CUS100kg/m3 程度重い）を満足し，かつ，リサイ
粗骨材
混和剤

クルの際の環境基準値である単位質量あたりの鉛(Pb)含有量の上限値である 150mg/kg 以砕石
高性能減水剤

GSP

下を満足するよう細骨材容積に対し 30％と100

σ1： ｼｰｽ管400

σ28400の脱型までは蒸気による加熱養生を行い，前1,000W/C47％～29％で 190～300 秒とした翌日

σ7200

1,000モルタル先練り方式で行った．練混ぜ時間は養生は 20℃で 3 時間，最高温度は 40℃で 4200

400時間とした．

400

1,000

100

2.4 模擬部材の形状[版部材]

100 100

平面図
1

作し，抜き取ったコア供試体により部材コン

1125251000

温度測定位置示す．コア供試体は最短の出荷日を想定した

コア抜き位置（数値は材齢）

材齢 7 日および，強度保証材齢である材齢

77777728 28 28100205500

コア抜き位置および温度測定位置を図-1 に

100

300

1,000

発泡ポリエチレン：厚さ25び，断面が小さい部材を模擬した版部材を製クリートの強度を確認した．模擬部材の形状，

300：温度測定位置

構造体強度補正値（S 値）を決定するため，断面が大きい部材を模擬した柱部材とおよ

100

100

制練りミキサで 1 バッチ 1.3m3 練りとし，80 240 80
80 240 80
800

400

100

断面図

断熱材
（ 発泡ﾎﾟﾘｽﾁﾚﾝ）

100 200 200 200 200 100

練混ぜは公称容量 1.5m3 の水平 2 軸型強平面図

100[柱部材]した．

28 28 28
80 150 150

120 120150 150 80

1000

モールド埋込み位置（数値は材齢）

単位：mm

図-1 模擬部材の形状

28 日に，それぞれ部材の中心部および外周部から抜き取り，圧縮強度を確認した．また，材齢 1 日の脱型時（プレストレス導入時）におけるコアの削孔は困難であるため，写真-1 に示
すように，柱部材では型枠内に設置したシ－ス
管の中に軽量モールドを挿入し，版部材では軽

柱部材

量モールドを部材コンクリート内に埋設し，部版部材

写真-1 部材内部養生供試体の設置状況

材内部で部材と同様の温度履歴で養生を行い（以降，部材内部養生供試体と略称），翌日取出して圧縮強度試験を行い材齢 1 日のコア強度の代替とした．
表-3 コンクリートの調合
W/C

s/a

（％）

（％）

CuS-2929.0

47.9

CuS-3636.0

CuS-4747.0

調合名SL(SF)

単位量 (kg/m3)

Air

単位容積Pb

質量含有量(kg/m3）(mg/kg）(％)

WHC

S1S2CUSG(50)3.01655692832673128912486

12649.5

18

3.0165458308

2913419122474

138

50.6

123.0165

3513323143659372464

148(cm)2/5

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３．実験結果および考察
3.1 フレッシュコンクリート
フレッシュコンクリートの性状は，いずれも目標値を満足した．
混和剤添加量は一般の骨材のみを使用した場合と同等であった．こCUS-29CUS-36れは CUS2.5 の粒度分布が，一般のコンクリート用細骨材と大きな

写真-2 フレッシュコンクリートの試験状況差異がないことが理由として考えられる．また，従来の銅スラグ細骨材を用いた場合の懸念事項であったブリーディングは，いずれの調合でも発生しなかった．フレッシュコンクリートの試験状況を写真-2 に示す．
3.2 コンクリートの温度履歴
標準期実験における柱部材および版部材中心部のコンクリート温度履歴をそれぞれ図-2 および図-3 に，最高温度を表-4 に示す． 柱部材のコンクリート温度は，打込みから 0.6～0.8 日程度で最高温度となり，その後緩やかに低下して 4～5 日後に外気温と同等の温度となった．一方，版部材は調合（水セメント比）の違いによる温度差は小さく，養生槽内温度による影響が支配的であり，加熱養生を終えた後は柱部材に比べ早く温度が降下し，打込みから 2 日後には外気温と同等となった．中心部と外周部の最高温度の差は，柱部材では 10～16℃，版部材では最大でも 5℃程度であった．
100

100
CUS29-柱-中心部
CUS36-柱-中心部
CUS47-柱-中心部
外気温
養生槽内

80

温度 （℃）

70608070

標準期
柱部材

5040

CUS29-版-中心部
CUS36-版-中心部
CUS47-版-中心部
外気温
養生槽内

90

温度 （℃）

906050標準期
版部材40303020201010000123405経過時間 (日）

図-2 コンクリートの温度履歴（標準期，柱部材）

1234経過時間 (日）

図-3 コンクリートの温度履歴（標準期，版部材）

温度 （℃）

100
90

標準期

80

CUS36

5

表-4 最高温度
柱-中心部

測定箇所

標準期

冬期

中心92.6

75.3

外周

76.3

64.7

中心54.853.5

版-部材内部養生

外周

49.7

53.8

30

養生槽内

中心

84.5

73.1

20

外気温

外周

69.2

60.1

中心55.3

49.3

外周

53.3

49.4

中心72.6

63.9

外周

60.9

53.2

中心55.4

43.2

外周

52.8

42.9

柱-外周部

70

柱-部材内部養生

60

版-中心部

調合
柱
CUS29

版-外周部

5040

版
柱
CUS36

部材同一養生10版

002468 10 12 14 16 18 20 22 24

柱CUS47

経過時間 (h）版

図-4 部材および供試体の温度履歴
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部材コンクリートおよび供試体の温度履歴を図-4 に示す．プレキャスト部材同一養生供試体は，養生槽内の温度に対し 5℃程度高い温度で推移した．一方，部材内部養生供試体の温度は，柱部材および版部材とも，部材外周部の温度と同様もしくは若干低い値で推移した．このことから部材内部養生供試体を用いて脱型時（プレストレス導入時）の部材コンクリート強度をコア供試体の代替として，精度良くかつ安全側に評価できるものと考えられる．

3.3 圧縮強度，静弾性係数
圧縮強度試験結果（標準期，冬期平均）を図-5 に示す．柱部材，版部材および部材同一養生供試体の圧縮強度はセメント水比（C/W）の増加とともに直線的に大きくなり，銅スラグ細骨材を 30％混入した場合でも，60N/mm2 を超える高強度域における強度発現の鈍化は認められなかった．また，柱部材および版部材における材齢 28 日のコア強度は，標準養生供試体の材齢 28 日強度に比べ，若干小さい値を示したが，その差として定義される構造体強度補正値（28S28）は，いずれも 5N/mm2 以下であった．
銅スラグコンクリートと一般骨材のみを使用したコンクリートの強度比較を図-6 に示す．これより，銅スラグコンクリートの材齢 28 日標準養生供試体強度は，プレキャスト製品工場で常用している一般骨材のみを使用した場合と比べ，同等の強度発現が得られることが確認できた．このことから強度発現の観点からは，銅スラグ細骨材はプレキャスト部材に問題なく使用できることを確認した．
静弾性係数の試験結果を図-7 に示す．銅スラグコンクリートの静弾性係数は，いずれの強度レベルにおいても日本建築学会の NEW RC 式に対し 90％以上の値を示し，建築部材への適用に際して規定されている80％以上を十分に満足した．

1009080706050403020100

標準28日1日7日28日1.82.32.8

3.3版部材

圧縮強度 (N/mm2)

圧縮強度 (N/mm2)

柱部材

3.8

圧縮強度 (N/mm2)

1009080706050403020100標準28日
1日
7日
28日

1.82.32.8

3.31009080
7060
50
4030
201003.8部材同一

標準28日
1日
7日
28日

1.8

2.3

C/W

C/W

2.8
C/W

60

10090807060
50403020100NEW RC式
E=3.35×k 1×k2 ×(γ/2.4） 2×(σp/60)1/3(k1 =k 2=1，γ=調合値)

材齢28日標準養生
50
静弾性係数 (ｋN/mm2)

圧縮強度 (N/mm 2)

図-5 圧縮強度試験結果

銅スラグ細骨材30％
一般骨材100％

1.82.32.83.33.8403020

NEW RC式×90％

NEW RC式×80％（下限値）

10030C/W

405060708090

圧縮強度 (N/mm2 )

図-6 一般骨材との強度比較

図-7 静弾性係数試験結果

4/5100110

3.33.8

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４．適用事例
4.1 プレキャスト部材およびコンクリートの仕様

表-5 コンクリートの仕様

銅スラグコンクリートを PC 構造のオフィスビルのプレキャスト部

項目

基準値

設計基準強度

50 N/mm2

脱型時所用強度30 N/mm2

出荷日所用強度

48 N/mm2

単位容積質量2500 kg/m3 以下

銅スラグコンクリートのフレッシュ性状は良好であり，柱，梁およ鉛(Pb)含有量

150 mg/kg 以下

びハーフ床版いずれの部材形状においても，通常の方法で問題なく打銅スラグ混入率

細骨材容積の 30％材（柱，梁，ハーフ床版）に適用した．部材に用いたコンクリートの仕様を表-5に示す．コンクリートの調合は JASS10（2013）に準拠して算定した．構造体強度補正値 28S28 は 5.0N/mm2 とし，水セメント比は 36.0％とした．適用した銅スラグコンクリートの調合を表-6 に示す．
4.2 プレキャスト部材への適用性込み可能であった．また，強度発現も良好であり，部材表面の美観（色合い）も一般骨材の場合と大きな差異はなく，要求性能を満足する高品質なプレキャスト部材の製造が可能であった．銅スラグコンクリートの打込み状況を写真-3 に，プレキャスト部材の外観の一例を写真-4 および写真-5 に示す．
表-6 適用した銅スラグコンクリートの調合
調合

CUS50

単位量 (kg/m3)

W/Cs/a

ｽﾗﾝﾌﾟ

Air

(％)

(％)

(cm)

(％)

WC

S1S2CUS

36.0

49.5

183.0165458308291341

写真-3 コンクリート打込み状況

写真-4 柱部材外観

単位容積質量Pb 含有量G2(kg/m3）(mg/kg)

899

2,462

139

写真-5 床版部材外観

５．まとめ
本報告は，銅スラグ細骨材を使用したコンクリートの建築用プレキャスト部材への適用化に向けて実施した各種試験結果と適用事例を示した．銅スラグコンクリートは，密度が大きいことや鉛含有量に規定があるため，調合に若干の制約を受けるものの，部材の重量増を除き，施工性および強度発現においては一般骨材と同様に扱える材料であることが確認された．銅スラグ細骨材は工業製品であり，供給量および品質の両面で安定した材料であるため，良質な天然骨材の安定供給が不安視される今後に向けての一つの準備が整ったものと考えられる．

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