特許 6157148 コンクリート組成物およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6157148

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】コンクリート組成物およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20170626BHJP

   C04B 14/04 20060101ALI20170626BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20170626BHJP

   C04B 22/06 20060101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   C04B28/02

   C04B14/04 Z

   C04B22/14 D

   C04B22/06 Z

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-38108(P2013-38108)

(22)【出願日】2013年2月28日

(65)【公開番号】特開2014-162715(P2014-162715A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2016年1月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】盛岡 実

(72)【発明者】

【氏名】庄司 慎

(72)【発明者】

【氏名】樋口 隆行

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３８７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９９５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２８５８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２／００−３２／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭酸化処理したポルトランドセメントクリンカーである骨材と、膨張材とを含有するコンクリート組成物。

【請求項2】

骨材のＣＯ_２含有量が２％以上である請求項１に記載のコンクリート組成物。

【請求項3】

骨材が、５〜４０ｍｍの粗骨材および／または５ｍｍ下の細骨材である請求項１または２に記載のコンクリート組成物。

【請求項4】

ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して水に浸しながら炭酸化してなる骨材に膨張材を配合することを特徴とするコンクリート組成物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に、土木・建築分野で使用される、コンクリート組成物およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、コンクリートの耐久性に関して、コンクリート技術者のみならず、一般の人々からも大きな関心が寄せられている。コンクリートの耐久性と関連して、コンクリートのひび割れが問題視される。コンクリートのひび割れは、コンクリートの収縮から惹起される。このため、コンクリートの収縮を低減する研究が盛んに行われている。

【0003】

コンクリートの収縮を低減する方法としては、膨張材や収縮低減剤を適用する方法が挙げられる。しかしながら、これらの混和材や混和剤は使用量が少ないため、コンクリート中の単位使用量が多いセメントや骨材の影響を大きく受けるものであった。
したがって、混和材や混和剤を混和する前の、ベースコンクリートそのものの収縮をまず低減する方法も望まれている。

【0004】

コンクリートの構成材料の中で、骨材の使用量が最も大きい。骨材の性質によってコンクリートの収縮も大きくことなることが知られる。このため、コンクリートの収縮を小さくするような骨材の提案も待たれている。

【0005】

一方、セメントクリンカーを骨材として利用する研究も行われている。セメントクリンカーを粗骨材として利用する研究（非特許文献１〜非特許文献４）や、セメントクリンカーを細骨材として用いたモルタルの性状についても報告がある（非特許文献５）。

【0006】

しかしながら、従来のポルトランドセメントクリンカーを骨材として用いたコンクリートは、強度特性は問題ないが、収縮特性や流動性に課題が残されていた。ポルトランドセメントクリンカー骨材を用いたコンクリートの収縮は、一般の天然骨材を用いたコンクリートよりも大きく、流動性も悪くなるため、積極的にコンクリート分野へ利用できるものではなかった。

【0007】

本発明者らは、前記の課題に鑑み、本来は、天然骨材よりも収縮の大きなポルトランドセメントクリンカーをＣＯ_２で改質した骨材を創製するとともに、流動性も改善できることを知見し、さらに、膨張材と組み合わせて配合したコンクリート組成物が、高いひび割れ抵抗性を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】鈴川研二、安部光史、川上正史：セメントクリンカーを粗骨材に用いたコンクリートの強度特性に関する一実験、土木学会年次学術講演会講演概要集、第５部、Ｖｏｌ．４５、ｐｐ．４２０−４２１、１９９０

【非特許文献2】樫村欣哉、鈴川研二、川上正史：粗骨材としてのセメントクリンカーがコンクリートの圧縮靭性に及ぼす影響について、土木学会年次学術講演会講演概要集、第５部、Ｖｏｌ．４５、ｐｐ．４２２−４２３、１９９０

【非特許文献3】田中勲、鈴木信雄：クリンカーを骨材に使用したリサイクルしやすいコンクリートに関する研究、日本建築学会学術講演梗概集、Ａ−１、材料施工、ｐｐ．１４９７−１４９８、１９９５

【非特許文献4】北条泰秀、尾花博、高橋章：エコセメントクリンカーの骨材性状、日本道路会議論文集、Ｖｏｌ．２４、一般Ｃ、ｐｐ．４７２−４７３、２００１

【非特許文献5】山下牧生、三浦春樹、田中久順、下坂健一：セメントクリンカーを細骨材としたモルタルの諸性状、宇部三菱セメント研究報告、Ｎｏ．５、ｐｐ．５６−６４、２００４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

コンクリートの収縮が低減でき、スランプロスも小さく、高いひび割れ抵抗性が得られるコンクリート組成物およびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち、本発明は、（１）ポルトランドセメントクリンカーを炭酸化処理してなる骨材と、膨張材とを含有するコンクリート組成物、（２）骨材のＣＯ_２含有量が２％以上である（１）のコンクリート組成物、（３）骨材が、５〜４０ｍｍの粗骨材および／または５ｍｍ下の細骨材である（１）または（２）のコンクリート組成物、（４）ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して水に浸しながら炭酸化してなる骨材に膨張材を配合するコンクリート組成物の製造方法、である。

【発明の効果】

【0011】

本発明のコンクリート組成物およびその製造方法を使用することにより、コンクリートの収縮が低減でき、高いひび割れ抵抗性を得られる。また、流動性も改善されるため、作業性にも優れるなどの効果を奏する。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明で云うコンクリートとは、モルタルまたはコンクリートである。
また、本発明の部や％は特に規定しない限り質量基準である。

【0013】

本発明で云うポルトランドセメントクリンカーは、普通セメントクリンカー、早強セメントクリンカー、低熱セメントクリンカー、中庸熱セメントクリンカー、エコセメントクリンカーなどが挙げられる。これらのうち、収縮を小さくする観点から、普通セメントクリンカー、低熱セメントクリンカー、中庸熱セメントクリンカーを選定することが好ましい。

【0014】

いずれのクリンカーも鉱物として、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_４ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（Ｃ_３Ａと略記）で表されるカルシウムアルミネートを含有する。各鉱物の含有率はＪＩＳ Ｒ ５２０２またはＪＩＳ Ｒ ５２０４による化学分析の結果から、ボーグ式によって算出される。

【0015】

本発明ではポルトランドセメントクリンカーを粗骨材や細骨材として利用する。粗骨材は５〜４０ｍｍの大きさで利用できる。細骨材は５ｍｍ下の大きさで利用できる。本発明では、粗骨材や細骨材を単独でも使用できるし、併用してもよい。

【0016】

本発明では、ポルトランドセメントクリンカー骨材を炭酸化処理する。この際、ＣＯ_２含有量が２％以上となるまで炭酸化処理を行う。ＣＯ_２含有量が２％未満だと、収縮低減効果が十分でない。また、ＣＯ_２削減の観点からも望ましくない。

【0017】

本発明の骨材の製造方法は特に限定されるものではないが、通常、以下の手順で調製することが望ましい。
（１）ポルトランドセメントクリンカーを粉砕して粗骨材や細骨材を調製する。
（２）次いで、ＣＯ_２含有量が２％以上となるまで炭酸化処理を行う。
この手順が逆であると、つまり、ポルトランドセメントクリンカーの塊を先に炭酸化処理してから粉砕して粗骨材や細骨材を調製すると、十分な収縮低減効果や流動性保持効果が得られない場合がある。

【0018】

炭酸化処理を行うにあたり、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を水に浸しながら炭酸化させることが好ましい。その具体例としては、例えば、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を水槽に入れて、その中に炭酸ガスを吹き込む方法や、ポルトランドセメントクリンカーの粗骨材や細骨材を野積みして散水により湿らせ、炭酸ガスを作用させる方法などが挙げられる。

【0019】

炭酸ガスは、純度の高い炭酸ガスを用いることもできるが、セメント工場から発生する排ガスを用いることが望ましい。あるいは、製鉄所、電力業界、バイオマスボイラー、焼却場、その他の産業から排出される排ガスが適用可能である。

【0020】

炭酸ガス濃度は、特に限定されるものではないが、５体積％〜２０体積％程度あれば十分である。温度も特に限定されないが、２０℃〜６０℃の範囲が望ましい。

【0021】

本発明の膨張材とは、特に限定されるものではなく、いかなるものでも使用可能である。
エトリンガイト系、石灰系、エトリンガイト-石灰複合系などが挙げられる。膨張材として遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが知られるが、コンクリートの長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。
遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰−無水セッコウ系、遊離石灰−水硬性化合物系、ならびに、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系などが挙げられる。
本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰含有量が４０％を超えるものが好ましい。
ここで、水硬性化合物としては、例えば、アウイン、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネートなどの１種または２種以上が挙げられる。このような膨張材としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。
膨張材や静的破砕材は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製「デンカＣＳＡ」、「デンカパワーＣＳＡ」、太平洋マテリアル社製「太平洋ジプカル」、住友大阪セメント社製「サクス」、太平洋マテリアル社製「エクスパン」、「ハイパーエクスパン」「Ｎ−ＥＸ」、「ブライスター」などが挙げられる。

【0022】

本発明の膨張材の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値で２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの範囲にあり、２２００〜４０００ｃｍ^２／ｇ程度のものがより好ましい。２０００ｃｍ^２／ｇ未満では長期安定性が悪くなる場合があり、６０００ｃｍ^２／ｇを超えるようなものは膨張性が十分に得られない場合がある。

【0023】

膨張材の使用量は、特に限定されないが、コンクリート単位量で５ｋｇ／ｍ^３〜３０ｋｇ／ｍ^３が好ましい。５ｋｇ／ｍ^３未満ではひび割れ抑制効果が十分に得られない場合があり、３０ｋｇ／ｍ^３を超えて配合すると、強度管理が難しくなる場合がある。

【0024】

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュやシリカを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰などを原料として製造された廃棄物利用セメント（エコセメント)、石灰石微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合した各種フィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。

【0025】

本発明では、高炉水砕スラグ微粉末や石灰石微粉末やフライアッシュやシリカフュームなどの混和材料、凝結調整剤、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、スチールファイバーやビニロンファイバーや炭素繊維などの繊維質物質、ベントナイトなどの粘土鉱物、およびハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの添加剤など、通常のセメント材料に用いられる公知の添加剤、細骨材、ならびに粗骨材などからなる群の１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することができる。

【実施例】

【0026】

「実験例１」
コンクリートにより収縮挙動とひび割れ抵抗性を調べた。下記の５〜４０ｍｍの粗骨材と５ｍｍ下の細骨材を使用し、単位セメント量３１０ｋｇ／ｍ^３、膨張材２０ｋｇ／ｍ^３使用した。単位水量１７５ｋｇ／ｍ^３、ｓ／ａ＝４３％、空気量４．５±１．５％のコンクリートを調製した。このコンクリートを用いて、長さ変化率を測定し、収縮挙動を比較するとともに、ひび割れ抵抗性も検討した。

【0027】

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品。
膨張材ａ：電気化学工業社製「デンカパワーＣＳＡタイプＳ」、エトリンガイト−石灰複合型。
骨材Ａ：ケイ石系の粗骨材と細骨材、真比重２．６５。
骨材Ｂ：石灰石系の粗骨材と細骨材、真比重２．７１。
骨材Ｃ：普通セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ５８．１％、Ｃ_２Ｓ１８．７％、Ｃ_４ＡＦ１０．０％、Ｃ_３Ａ１０．２％。ＣＯ_２含有量０．３％。炭酸化処理していないもの。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕。
骨材Ｄ：普通セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ５８．１％、Ｃ_２Ｓ１８．７％、Ｃ_４ＡＦ１０．０％、Ｃ_３Ａ１０．２％。ＣＯ_２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｅ：エコセメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ６４．９％、Ｃ_２Ｓ５．０％、Ｃ_４ＡＦ１２．７％、Ｃ_３Ａ１３．３％。ＣＯ_２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｆ：低熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ２８．０％、Ｃ_２Ｓ５８．２％、Ｃ_４ＡＦ１．５％、Ｃ_３Ａ１０．５％。ＣＯ_２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｇ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ４３．０％、Ｃ_２Ｓ３９．０％、Ｃ_４ＡＦ９．０％、Ｃ_３Ａ７．０％。ＣＯ_２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｈ：早強セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ７１．２％、Ｃ_２Ｓ７．２％、Ｃ_４ＡＦ１０．０％、Ｃ_３Ａ８．７％。ＣＯ_２含有量３．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｉ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ４３．０％、Ｃ_２Ｓ３９．０％、Ｃ_４ＡＦ９．０％、Ｃ_３Ａ７．０％。ＣＯ_２含有量２．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。
骨材Ｊ：中庸熱セメントクリンカーの粗骨材と細骨材：Ｃ_３Ｓ４３．０％、Ｃ_２Ｓ３９．０％、Ｃ_４ＡＦ９．０％、Ｃ_３Ａ７．０％。ＣＯ_２含有量５．０％。５〜４０ｍｍと５ｍｍ下にそれぞれ粉砕してから水に浸しながら炭酸化処理したもの。炭酸ガスとしてＣＯ_２濃度１０体積％のセメント工場の排ガスを使用。

【0028】

＜測定方法＞
乾燥収縮：ＪＩＳ Ａ ６２０２（Ｂ）に準じて材齢９１日の長さ変化率を測定して評価した。
ひび割れ観察：厚さ１００ｍｍで面積５０ｍ^２のデッキスラブを造成した。デッキスラブは波型鋼板の上にコンクリートを打設して複合化させたもの。材齢５日までシート養生を行い、その後、シートを取り除いた。材齢９１日においてひび割れの発生観察を行った。１ｍ^２当たり、２本を超えてひび割れが発生した場合は×、ひび割れが１〜２本発生した場合は△、ひび割れの発生がない場合は○とした。
スランプロス：１８ｃｍ±１．０ｃｍで練り上げ、９０分後のスランプを測定し、練り上げ直後との差をスランプロスと定義した。ただし、練り上げたコンクリートは静置し、９０分後にスコップで練り返してから測定した。

【0029】

【表1】

【0030】

表１より、本発明のコンクリート組成物を用いると、乾燥収縮が小さく、ひび割れ抵抗性も高いことがわかる。また、スランプロスも小さいことがわかる。一方、炭酸化処理していない普通セメントクリンカーの骨材を用いると、ケイ石系や石灰石系の骨材よりも、むしろ、収縮やスランプロスが大きい。

【0031】

「実験例２」
骨材Ｄを使用し、膨張材の種類と使用量を表２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記した。

【0032】

＜使用材料＞
膨張材ｂ：「太平洋ハイパーエクスパン」、石灰系。

【0033】

【表2】

【0034】

表２より、本発明のコンクリート組成物を用いると、乾燥収縮が小さく、ひび割れ抵抗性も高いことがわかる。また、スランプロスも小さいことがわかる。一方、膨張材を配合しないと、デッキスラブコンクリートのようなひび割れやすい構造物ではひび割れが多く発生する。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明のコンクリート組成物およびその製造方法を採用することにより、コンクリートの収縮が低減でき、スランプロスも小さく、高いひび割れ抵抗性が得られるので、土木、建築分野に広範囲に摘用できる。