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特開2023-181874水硬性組成物、水硬性硬化体、及び水硬性硬化体の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023181874
(43)【公開日】2023-12-25
(54)【発明の名称】水硬性組成物、水硬性硬化体、及び水硬性硬化体の製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20231218BHJP
C04B 16/06 20060101ALI20231218BHJP
C04B 40/02 20060101ALI20231218BHJP
B28B 11/24 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
C04B28/02
C04B16/06 A
C04B40/02
B28B11/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022095248
(22)【出願日】2022-06-13
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構／カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／ＣＯ２排出削減・有効利用実用化技術開発／コンクリート、セメント、炭酸塩、炭素、炭化物などへのＣＯ２利用技術開発「セメント系廃材を活用したＣＯ２固定プロセス及び副産物の建設分野への利用技術の研究」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000003621
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西岡 由紀子
(72)【発明者】
【氏名】小島 正朗
(72)【発明者】
【氏名】片村 祥吾
(72)【発明者】
【氏名】松下 哲郎
(72)【発明者】
【氏名】池尾 陽作
(72)【発明者】
【氏名】川尻 聡
(72)【発明者】
【氏名】河野 貴穂
(72)【発明者】
【氏名】柳橋 邦生
(72)【発明者】
【氏名】藤田 隆仁
(72)【発明者】
【氏名】杉本 南
(72)【発明者】
【氏名】竹内 勇斗
(72)【発明者】
【氏名】奈良 知幸
(72)【発明者】
【氏名】景山 勇輝
【テーマコード（参考）】
4G055
4G112
【Ｆターム（参考）】
4G055AA02
4G055AA10
4G055BA02
4G112RA02
(57)【要約】
【課題】水硬性硬化体の強度を増進させること。
【解決手段】水硬性組成物は、セメントと水と骨材と繊維とを含有し、水結合材比が３０％～６５％であり、繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である。
【選択図】なし
【解決手段】水硬性組成物は、セメントと水と骨材と繊維とを含有し、水結合材比が３０％～６５％であり、繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントと水と骨材と繊維とを含有し、
水結合材比が３０％～６５％であり、
前記繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、
前記繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である、
水硬性組成物。
水結合材比が３０％～６５％であり、
前記繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、
前記繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である、
水硬性組成物。
【請求項2】
前記繊維が有機繊維を含む、請求項１に記載の水硬性組成物。
【請求項3】
前記繊維がポリプロピレン繊維を含む、請求項１に記載の水硬性組成物。
【請求項4】
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の水硬性組成物が硬化した水硬性硬化体。
【請求項5】
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の水硬性組成物を得ることと、
前記水硬性組成物を成形して成形体を得ることと、
前記成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ることと、
前記水硬性硬化体を炭酸化させることと、を含む、
水硬性硬化体の製造方法。
前記水硬性組成物を成形して成形体を得ることと、
前記成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ることと、
前記水硬性硬化体を炭酸化させることと、を含む、
水硬性硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、水硬性組成物、水硬性硬化体、及び水硬性硬化体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、有機繊維を含む水硬性硬化体を炭酸化養生して炭酸化する技術が開示されている。
特許文献２には、アルカリ分解性有機繊維によってコンクリート表層部に空隙を形成しＣＯ２固定を促進する技術が開示されている。
特許文献３には、有機繊維を混ぜたコンクリートが開示されている。
特許文献４には、炭酸ガス養生によって硬化する炭酸化セメントが開示されている。
特許文献２には、アルカリ分解性有機繊維によってコンクリート表層部に空隙を形成しＣＯ２固定を促進する技術が開示されている。
特許文献３には、有機繊維を混ぜたコンクリートが開示されている。
特許文献４には、炭酸ガス養生によって硬化する炭酸化セメントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１８－００３６１２号公報
【特許文献2】特開２００６－２６５０３０号公報
【特許文献3】特開２００４－２２４６１６号公報
【特許文献4】特開２０１０－２３５４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来、高強度コンクリート（例えば水結合材比３０％以下）には、ポリプロピレン繊維などの有機繊維が混入されている。高強度コンクリートは、組織が緻密であるゆえ内部で蒸発した水分が散逸しにくく、火災時に爆裂するおそれがある。その対策として有機繊維を混入し、爆裂の防止を図っている。
一方、水結合材比が３０％～６５％程度のコンクリートは、火災時に爆裂しにくいことが知られている。水結合材比の値が比較的大きいコンクリートは、その組織がそれほど緻密ではないので蒸発した水分が散逸しやすく、火災時に爆裂しにくい。したがって、当該コンクリートには有機繊維を混入しないことが一般的である。
一方、水結合材比が３０％～６５％程度のコンクリートは、火災時に爆裂しにくいことが知られている。水結合材比の値が比較的大きいコンクリートは、その組織がそれほど緻密ではないので蒸発した水分が散逸しやすく、火災時に爆裂しにくい。したがって、当該コンクリートには有機繊維を混入しないことが一般的である。
【0005】
本発明者は、水結合材比が３０％～６５％の水硬性組成物に繊維を積極的に混入する技術的意義を見出した。水硬性組成物に繊維を混ぜると繊維の周囲がＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場となるので、水硬性硬化体に固定されるＣＯ２量が増加し、水硬性硬化体の強度が増す。
【0006】
本開示は、水硬性硬化体の強度を増進させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞
セメントと水と骨材と繊維とを含有し、
水結合材比が３０％～６５％であり、
前記繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、
前記繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である、
水硬性組成物。
＜２＞
前記繊維が有機繊維を含む、＜１＞に記載の水硬性組成物。
＜３＞
前記繊維がポリプロピレン繊維を含む、＜１＞に記載の水硬性組成物。
＜４＞
＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の水硬性組成物が硬化した水硬性硬化体。
＜５＞
＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の水硬性組成物を得ることと、
前記水硬性組成物を成形して成形体を得ることと、
前記成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ることと、
前記水硬性硬化体を炭酸化させることと、を含む、
水硬性硬化体の製造方法。
＜１＞
セメントと水と骨材と繊維とを含有し、
水結合材比が３０％～６５％であり、
前記繊維の平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍであり、
前記繊維の含有量が０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である、
水硬性組成物。
＜２＞
前記繊維が有機繊維を含む、＜１＞に記載の水硬性組成物。
＜３＞
前記繊維がポリプロピレン繊維を含む、＜１＞に記載の水硬性組成物。
＜４＞
＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の水硬性組成物が硬化した水硬性硬化体。
＜５＞
＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の水硬性組成物を得ることと、
前記水硬性組成物を成形して成形体を得ることと、
前記成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ることと、
前記水硬性硬化体を炭酸化させることと、を含む、
水硬性硬化体の製造方法。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、水硬性硬化体の強度を増進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】試験体の形状及び寸法と炭酸化の概要とを示す図である。
【図2A】圧縮強度を示すグラフである。
【図2B】圧縮強度の強度増進比を示すグラフである。
【図3A】繊維無しの試験体について炭酸化による質量増加率と強度増進比の関係を示すグラフである。
【図3B】繊維有りの試験体について炭酸化による質量増加率と強度増進比の関係を示すグラフである。
【図4】ＣＯ２濃度９０％の炭酸化養生によるモルタルの中性化深さを示す写真である。
【図5A】普通ポルトランドセメント／繊維無しの試験体についてのＸ線回折のチャートである。
【図5B】低熱ポルトランドセメント／繊維無しの試験体についてのＸ線回折のチャートである。
【図5C】高炉セメントＣ種／繊維無しの試験体についてのＸ線回折のチャートである。
【図6A】普通ポルトランドセメントの試験体における繊維有無の影響を比較したＸ線回折のチャートである。
【図6B】低熱ポルトランドセメントの試験体における繊維有無の影響を比較したＸ線回折のチャートである。
【図6C】高炉セメントＣ種の試験体における繊維有無の影響を比較したＸ線回折のチャートである。
【図7】繊維無しの試験体についてのＣａ(ＯＨ)２量とＣａＣＯ３量の比較である。
【図8A】繊維無しの試験体について深さ方向とＣＯ２固定量の関係を示すグラフである。
【図8B】繊維有りの試験体について深さ方向とＣＯ２固定量の関係を示すグラフである。
【図9A】普通ポルトランドセメントの試験体について深さ方向とＣＯ２固定量の関係を示すグラフである。
【図9B】低熱ポルトランドセメントの試験体について深さ方向とＣＯ２固定量の関係を示すグラフである。
【図9C】高炉セメントＣ種の試験体について深さ方向とＣＯ２固定量の関係を示すグラフである。
【図10】表層２０ｍｍまでのＣＯ２固定量を示すグラフである。
【図11】有機繊維の寸法とＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
【図12】有機繊維の含有量とＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
【図13】有機繊維の含有量と１５打フロー値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、発明の実施形態を説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、発明の範囲を制限するものではない。
【0011】
本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
【0012】
本開示において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
【0013】
本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
【0014】
＜水硬性組成物及び水硬性硬化体＞
本開示の水硬性組成物は、フレッシュ状態の水硬性組成物であり、本開示の水硬性組成物が硬化して本開示の水硬性硬化体が得られる。水硬性組成物は、コンクリート組成物でもよく、モルタル組成物でもよい。
本開示の水硬性組成物は、フレッシュ状態の水硬性組成物であり、本開示の水硬性組成物が硬化して本開示の水硬性硬化体が得られる。水硬性組成物は、コンクリート組成物でもよく、モルタル組成物でもよい。
【0015】
本開示の水硬性組成物は、セメントと水と骨材と繊維とを含有し、水結合材比が３０％～６５％である。水硬性組成物の材料及び組成の詳細は下記のとおりである。
【0016】
［水結合材比］
本開示の水硬性組成物は、水結合材比（水と結合材との質量比、水／結合材）が３０％～６５％である。水結合材比は、例えば、３５％以上又は４０％以上としてよく、６０％以下、５５％以下又は５０％以下としてよい。
本開示の水硬性組成物は、水結合材比（水と結合材との質量比、水／結合材）が３０％～６５％である。水結合材比は、例えば、３５％以上又は４０％以上としてよく、６０％以下、５５％以下又は５０％以下としてよい。
【0017】
［繊維］
水硬性硬化体において繊維の周囲がＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場となるので、水硬性硬化体に固定されるＣＯ２量が増加し、水硬性硬化体の強度が増す。
水硬性硬化体において繊維の周囲がＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場となるので、水硬性硬化体に固定されるＣＯ２量が増加し、水硬性硬化体の強度が増す。
【0018】
繊維には、有機繊維及び無機繊維が含まれる。繊維は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【0019】
繊維は、平均長が２ｍｍ～１５ｍｍであり且つ平均直径が３μｍ～１００μｍである。この寸法であると、単位重量当たりの繊維本数が多く、また水硬性組成物に均一性高く分散することができ、ＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場が多く形成される。加えてこの寸法であると、繊維どうしの絡まりが発生しにくく、水硬性組成物のフレッシュ性状が良好である。
繊維の平均長は、上記の観点から、３ｍｍ～１２ｍｍが好ましく、５ｍｍ～１０ｍｍがより好ましい。
繊維の平均直径は、上記の観点から、５μｍ～１００μｍが好ましく、５μｍ～８０μｍがより好ましく、９μｍ～８０μｍが更に好ましく、９μｍ～５０μｍが特に好ましい。繊維の直径は、繊維切断面の円相当径である。
繊維の平均長は、上記の観点から、３ｍｍ～１２ｍｍが好ましく、５ｍｍ～１０ｍｍがより好ましい。
繊維の平均直径は、上記の観点から、５μｍ～１００μｍが好ましく、５μｍ～８０μｍがより好ましく、９μｍ～８０μｍが更に好ましく、９μｍ～５０μｍが特に好ましい。繊維の直径は、繊維切断面の円相当径である。
【0020】
繊維の周囲にガスの侵入経路が形成されやすい観点から、繊維は親水性素材よりも撥水性素材の方が好ましい。この観点から、無機繊維よりも有機繊維が好ましい。
【0021】
有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリビニリデン繊維、ポリアミド繊維、ポリ乳酸繊維、ビニロン繊維が挙げられる。繊維の周囲にガスの侵入経路が形成されやすい観点から、有機繊維は親水性素材よりも撥水性素材の方が好ましい。この観点から、ポリプロピレン繊維が好ましい。
【0022】
有機繊維は、モノフィラメントでもよく、ストランド状でもよい。モノフィラメントは、円柱状線維、中空繊維、異形断面繊維、表面に細孔が存在する繊維、微細な分岐が存在する繊維のいずれでもよい。
【0023】
無機繊維としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維が挙げられる。
【0024】
水硬性組成物に含まれる繊維の含有量は、水硬性組成物の単位量あたり０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３である。５ｋｇ／ｍ３より多いと、水硬性組成物のフレッシュ性状が悪化し、０．５ｋｇ／ｍ３より少ないと、ＣＯ２固定の増進効果が得られにくい。
水硬性組成物が有機繊維を含有する場合、有機繊維の含有量は、０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。
水硬性組成物が有機繊維を含有する場合、有機繊維の含有量は、０．５ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。
【0025】
水硬性組成物がコンクリート組成物である場合、水硬性組成物に含まれる繊維の含有量は、０．５ｋｇ／ｍ３～４ｋｇ／ｍ３が好ましく、０．５ｋｇ／ｍ３～３ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
水硬性組成物がコンクリート組成物であり、有機繊維を含有する場合、水硬性組成物に含まれる有機繊維の含有量は、０．５ｋｇ／ｍ３～４ｋｇ／ｍ３が好ましく、０．５ｋｇ／ｍ３～３ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
水硬性組成物がコンクリート組成物であり、有機繊維を含有する場合、水硬性組成物に含まれる有機繊維の含有量は、０．５ｋｇ／ｍ３～４ｋｇ／ｍ３が好ましく、０．５ｋｇ／ｍ３～３ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
【0026】
水硬性組成物がモルタル組成物である場合、水硬性組成物に含まれる繊維の含有量は、０．８ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３が好ましく、１ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
水硬性組成物がモルタル組成物であり、有機繊維を含有する場合、水硬性組成物に含まれる有機繊維の含有量は、０．８ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３が好ましく、１ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
水硬性組成物がモルタル組成物であり、有機繊維を含有する場合、水硬性組成物に含まれる有機繊維の含有量は、０．８ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３が好ましく、１ｋｇ／ｍ３～５ｋｇ／ｍ３がより好ましい。
【0027】
［セメント］
セメントは、公知の各種セメント類の中から目的に応じて選択すればよい。セメントは、セメント単独でもよく、微粉末混和材料を混合した混合セメントでもよい。微粉末混和材料としては、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ、石灰石微粉末、石粉、膨張材等が挙げられる。
セメントは、公知の各種セメント類の中から目的に応じて選択すればよい。セメントは、セメント単独でもよく、微粉末混和材料を混合した混合セメントでもよい。微粉末混和材料としては、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ、石灰石微粉末、石粉、膨張材等が挙げられる。
【0028】
セメントとしては、具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント；高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント等の混合セメント；が挙げられる。
【0029】
［骨材］
細骨材としては、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、珪砂、砕砂、石灰砕砂、高炉スラグ細骨材、再生細骨材が挙げられる。細骨材の種類と含有量は、水硬性硬化体の目標とする機械的強度に応じて選択すればよい。
細骨材としては、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、珪砂、砕砂、石灰砕砂、高炉スラグ細骨材、再生細骨材が挙げられる。細骨材の種類と含有量は、水硬性硬化体の目標とする機械的強度に応じて選択すればよい。
【0030】
粗骨材としては、例えば、安山岩、流紋岩、硬質砂岩、石灰石などを破砕した砕石、川砂利、山砂利、陸砂利、高炉スラグ粗骨材、再生粗骨材が挙げられる。粗骨材の岩種と大きさと含有量は、水硬性硬化体の目標とする機械的強度に応じて選択すればよい。
【0031】
［その他の材料］
本開示の水硬性組成物は、目的に応じて、膨張材、化学混和剤などを含有していてもよい。
膨張材としては、例えば、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、エトリンガイト石灰複合系膨張材が挙げられる。
化学混和剤としては、例えば、減水剤、ＡＥ減水剤、収縮低減剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、増粘剤、粉塵低減剤、防凍・耐寒剤、防腐剤、防水剤、防錆剤が挙げられる。
本開示の水硬性組成物は、目的に応じて、膨張材、化学混和剤などを含有していてもよい。
膨張材としては、例えば、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、エトリンガイト石灰複合系膨張材が挙げられる。
化学混和剤としては、例えば、減水剤、ＡＥ減水剤、収縮低減剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、増粘剤、粉塵低減剤、防凍・耐寒剤、防腐剤、防水剤、防錆剤が挙げられる。
【0032】
［水硬性組成物の製造方法］
本開示の水硬性組成物は、既述の各材料を混合して得られる。各材料の混合は、例えばミキサーを用いた練り混ぜにより行うことができる。
本開示の水硬性組成物は、既述の各材料を混合して得られる。各材料の混合は、例えばミキサーを用いた練り混ぜにより行うことができる。
【0033】
水硬性組成物を調製する際における材料の混合順は、制限されない。例えば、まずセメントと細骨材とを混ぜ、次いで水及び化学混和剤を投入して練り混ぜ、次いで繊維（及び必要に応じて粗骨材）を投入して練り混ぜる。
【0034】
＜水硬性硬化体の製造方法＞
本開示の水硬性硬化体は、本開示の水硬性組成物を硬化させることで得られる。
本開示の水硬性硬化体の製造方法は、下記の工程（１）、工程（２）、工程（３）及び工程（４）を含む。
本開示の水硬性硬化体は、本開示の水硬性組成物を硬化させることで得られる。
本開示の水硬性硬化体の製造方法は、下記の工程（１）、工程（２）、工程（３）及び工程（４）を含む。
【0035】
工程（１）：本開示の水硬性組成物を得ること。
工程（２）：水硬性組成物を成形して成形体を得ること。
工程（３）：成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ること。
工程（４）：水硬性硬化体を炭酸化させること。
工程（２）：水硬性組成物を成形して成形体を得ること。
工程（３）：成形体を硬化させて水硬性硬化体を得ること。
工程（４）：水硬性硬化体を炭酸化させること。
【0036】
以下、本開示の水硬性硬化体の製造方法が含む工程を順に説明する。
【0037】
［工程（１）］
工程（１）は、本開示の水硬性組成物を得る工程である。水硬性組成物及び水硬性組成物の製造方法は先述のとおりである。
工程（１）は、本開示の水硬性組成物を得る工程である。水硬性組成物及び水硬性組成物の製造方法は先述のとおりである。
【0038】
［工程（２）］
工程（２）は、水硬性組成物を成形する工程である。工程（２）は、例えば、水硬性組成物を型枠内に投入することで実施できる。型枠内に投入された水硬性組成物に対して、常法に従い脱泡などの処理を行ってもよい。
工程（２）は、水硬性組成物を成形する工程である。工程（２）は、例えば、水硬性組成物を型枠内に投入することで実施できる。型枠内に投入された水硬性組成物に対して、常法に従い脱泡などの処理を行ってもよい。
【0039】
［工程（３）］
工程（３）は、成形体の水和反応を進め、成形体を硬化させて、水硬性硬化体を得る工程である。工程（３）の前又は途中に、成形体を型枠から脱型してもよい。
工程（３）は、成形体の水和反応を進め、成形体を硬化させて、水硬性硬化体を得る工程である。工程（３）の前又は途中に、成形体を型枠から脱型してもよい。
【0040】
工程（３）は、例えば、成形体を養生することによって実施される。養生としては、例えば、温度を２０±３℃に維持した、水中、湿砂中又は飽和蒸気中で行う標準養生が挙げられる。標準養生に他の養生を１種類以上組み合わせて実施することも好ましい。他の養生としては、４０℃～１００℃の温度範囲で２時間～１４日間蒸気養生する蒸気養生、１００℃～４００℃の温度範囲で２時間～７２時間加熱する高温養生、オートクレーブ等による高温高圧養生が挙げられる。
【0041】
［工程（４）］
工程（４）は、水硬性硬化体を炭酸化させる工程である。本開示において工程（４）を「炭酸化養生」ともいう。炭酸化養生は、水硬性硬化体を単に大気中に置くことにより実施してもよく、ＣＯ２含有ガスにさらすことにより実施してもよい。ＣＯ２含有ガスを用いることによって、水硬性硬化体におけるＣＯ２固定が早く且つ多くなり、水硬性硬化体の強度を早く増進させることができる。
工程（４）は、水硬性硬化体を炭酸化させる工程である。本開示において工程（４）を「炭酸化養生」ともいう。炭酸化養生は、水硬性硬化体を単に大気中に置くことにより実施してもよく、ＣＯ２含有ガスにさらすことにより実施してもよい。ＣＯ２含有ガスを用いることによって、水硬性硬化体におけるＣＯ２固定が早く且つ多くなり、水硬性硬化体の強度を早く増進させることができる。
【0042】
炭酸化養生に用いるＣＯ２含有ガスとして、例えば、ＣＯ２体積濃度１％～２０％のＣＯ２含有ガスが挙げられる。ＣＯ２含有ガスにさらす時間は、例えば、１日以上、３日以上又は７日間以上としてよく、１４日間以下としてよい。
【0043】
炭酸化養生に使用するＣＯ２含有ガスとして、石炭火力発電所、ＬＮＧ火力発電所、セメント工場、製鉄所、製油所、廃棄物焼却処理場などから発生する排ガスを利用してもよい。ＣＯ２含有ガスは、これらの排ガスから煤塵、ＮＯｘ及びＳＯｘを除去したガスであることが好ましい。
【0044】
水硬性硬化体の炭酸化の過程で、環境中のＣＯ２量を削減することができる、又は、発電所、工場、処理場などから大気中に排出されるＣＯ２量を削減することができる。
【実施例0045】
以下、本開示の水硬性組成物及び水硬性硬化体を、実施例を挙げて具体的に説明する。本開示の水硬性組成物及び水硬性硬化体は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0046】
以下、工程（３）における養生を、炭酸化養生の前に行うことを意味して「前養生」という。
【0047】
≪炭酸化による水硬性硬化体の強度増進の検討≫
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料を表１に示す。セメントの種類は、普通ポルトランドセメント（以下Ｎ）、低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）、セメント中の成分を調整した改良型高炉セメントＣ種（以下ＢＣ）の３種類とした。有機繊維として、繊維長さ５ｍｍ、繊維直径９μｍのポリプロピレン繊維を使用した。
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料を表１に示す。セメントの種類は、普通ポルトランドセメント（以下Ｎ）、低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）、セメント中の成分を調整した改良型高炉セメントＣ種（以下ＢＣ）の３種類とした。有機繊維として、繊維長さ５ｍｍ、繊維直径９μｍのポリプロピレン繊維を使用した。
【0048】
【表1】
【0049】
モルタルの調合を表２に示す。セメント３種に対しそれぞれ繊維混入の有り無しを設定し、計６調合で実験を行った。すべての調合で水セメント比を５０％、セメント砂比を１．５とし、ポリプロピレン繊維の含有量はモルタル１ｍ３あたり３ｋｇとした。空気量は目標範囲内に入るようにＡＥ助剤及び消泡剤で調整した。
【0050】
【表2】
【0051】
＜試験項目＞
試験項目を表３に示す。重量変化率は、φ５×１０ｃｍ試験体の炭酸化前と炭酸化後の重量を測定し、その差を炭酸化前の重量で除して算定した。Ｃａ(ＯＨ)２量は、熱重量測定の４５０℃付近の減量から算出した。ＣＯ２固定量は、炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ－Ｓｔｅｐ（株式会社堀場製作所）による全炭素量分析により算出した。算出方法は、まず測定結果である全炭素量を単位セメントあたりのＣＯ２に換算した。そして単位セメントあたりのＣＯ２換算量を炭酸化養生していない場合と炭酸化養生した場合の差分を取ることで単位セメントあたりのＣＯ２固定量として計算した。
試験項目を表３に示す。重量変化率は、φ５×１０ｃｍ試験体の炭酸化前と炭酸化後の重量を測定し、その差を炭酸化前の重量で除して算定した。Ｃａ(ＯＨ)２量は、熱重量測定の４５０℃付近の減量から算出した。ＣＯ２固定量は、炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ－Ｓｔｅｐ（株式会社堀場製作所）による全炭素量分析により算出した。算出方法は、まず測定結果である全炭素量を単位セメントあたりのＣＯ２に換算した。そして単位セメントあたりのＣＯ２換算量を炭酸化養生していない場合と炭酸化養生した場合の差分を取ることで単位セメントあたりのＣＯ２固定量として計算した。
【0052】
【表3】
【0053】
＜試験体の作製及び養生方法＞
（１）試験体の作製と前養生
表２に示した調合でモルタルを練り混ぜた後、φ５×１０ｃｍ鋼製型枠及び４×４×１６ｃｍ鋼製型枠にモルタルを打込んだ。試験体は材齢２日で脱型し、直ちに温度６５℃の蒸気養生を１４日間行い、水和を十分に進行させた。
（１）試験体の作製と前養生
表２に示した調合でモルタルを練り混ぜた後、φ５×１０ｃｍ鋼製型枠及び４×４×１６ｃｍ鋼製型枠にモルタルを打込んだ。試験体は材齢２日で脱型し、直ちに温度６５℃の蒸気養生を１４日間行い、水和を十分に進行させた。
【0054】
（２）炭酸化養生
蒸気養生の終了後、表４及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は、０％（大気中）、１０％、９０％の３水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。φ５×１０ｃｍ試験体は、全面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。４×４×１６ｃｍ試験体は、小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
蒸気養生の終了後、表４及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は、０％（大気中）、１０％、９０％の３水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。φ５×１０ｃｍ試験体は、全面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。４×４×１６ｃｍ試験体は、小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
【0055】
【表4】
【0056】
（３）測定用試料の作製
炭酸化養生の終了後、φ５×１０ｃｍ試験体はそのまま重量測定及び圧縮強度試験に供した。４×４×１６ｃｍ試験体は、各種分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料をＸＲＤ・熱重量分析及び全炭素量分析に供した。中性化深さは、図１に示す部分を湿式で切り出し、ＪＩＳ Ａ １１５２に準じて測定した。
炭酸化養生の終了後、φ５×１０ｃｍ試験体はそのまま重量測定及び圧縮強度試験に供した。４×４×１６ｃｍ試験体は、各種分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料をＸＲＤ・熱重量分析及び全炭素量分析に供した。中性化深さは、図１に示す部分を湿式で切り出し、ＪＩＳ Ａ １１５２に準じて測定した。
【0057】
＜実験結果＞
（１）圧縮強度
図２Ａは、各試験体の圧縮強度を示したグラフである。図２Ｂは、ＣＯ２濃度０％を基準とした強度増進比を示したグラフである。
各セメント種の圧縮強度の平均は、Ｌで７５．７Ｎ／ｍｍ２、Ｎで５５．９Ｎ／ｍｍ２、ＢＣで３９．１Ｎ／ｍｍ２である。Ｌの強度が水セメント比５０％であるにもかかわらず大きな値であったが、これは蒸気養生により水和が促進されたためであると推察される。
ＣＯ２濃度の影響を比較すると、ＣＯ２濃度が高いほど圧縮強度が高い傾向であった。
ＣＯ２濃度０％を基準とした強度の増進量が最も大きいセメントはＮであり、ＣＯ２濃度９０％で約２５～３０Ｎ／ｍｍ２の強度増進が確認された。強度増進比が最も大きいセメントもＮであり、ＬとＢＣでの強度増進比に大きな差は見られなかった。
（１）圧縮強度
図２Ａは、各試験体の圧縮強度を示したグラフである。図２Ｂは、ＣＯ２濃度０％を基準とした強度増進比を示したグラフである。
各セメント種の圧縮強度の平均は、Ｌで７５．７Ｎ／ｍｍ２、Ｎで５５．９Ｎ／ｍｍ２、ＢＣで３９．１Ｎ／ｍｍ２である。Ｌの強度が水セメント比５０％であるにもかかわらず大きな値であったが、これは蒸気養生により水和が促進されたためであると推察される。
ＣＯ２濃度の影響を比較すると、ＣＯ２濃度が高いほど圧縮強度が高い傾向であった。
ＣＯ２濃度０％を基準とした強度の増進量が最も大きいセメントはＮであり、ＣＯ２濃度９０％で約２５～３０Ｎ／ｍｍ２の強度増進が確認された。強度増進比が最も大きいセメントもＮであり、ＬとＢＣでの強度増進比に大きな差は見られなかった。
【0058】
（２）炭酸化による質量増加率
図３Ａ及び図３Ｂは、炭酸化による質量増加率と強度増進比の関係を示したグラフである。図３Ａ及び図３Ｂの炭酸化による質量増加率は、濃度０％の質量変化率と濃度１０％及び９０％の質量変化率との差から算出した値である。
図３Ａ及び図３Ｂから、炭酸化による質量増加率と強度増進比は、セメント種によらず概ね同様の正の相関関係にあることが確認できる。
炭酸化による質量増加率がＣＯ２固定による純粋な質量の増分に相当すると仮定すると、圧縮強度の増進は、セメント組織の炭酸化によるものであると考えることができる。すなわち、炭酸化が進むにつれて組織が緻密になり、強度も増進すると結果になったと推察される。
繊維を混入した場合、回帰式の傾きが小さくなっており、強度増進比に対して質量増加率が大きく、ＣＯ２固定量が多くなる傾向にあった。
図３Ａ及び図３Ｂは、炭酸化による質量増加率と強度増進比の関係を示したグラフである。図３Ａ及び図３Ｂの炭酸化による質量増加率は、濃度０％の質量変化率と濃度１０％及び９０％の質量変化率との差から算出した値である。
図３Ａ及び図３Ｂから、炭酸化による質量増加率と強度増進比は、セメント種によらず概ね同様の正の相関関係にあることが確認できる。
炭酸化による質量増加率がＣＯ２固定による純粋な質量の増分に相当すると仮定すると、圧縮強度の増進は、セメント組織の炭酸化によるものであると考えることができる。すなわち、炭酸化が進むにつれて組織が緻密になり、強度も増進すると結果になったと推察される。
繊維を混入した場合、回帰式の傾きが小さくなっており、強度増進比に対して質量増加率が大きく、ＣＯ２固定量が多くなる傾向にあった。
【0059】
（３）中性化深さ
図４にＣＯ２濃度９０％における中性化深さの測定結果を示す。
Ｎ及びＬではＣＯ２濃度９０％でもフェノールフタレインの非呈色域はほとんど見られず、中性化深さは０ｍｍであり、組織中にＣａ(ＯＨ)２が残存していると考えられる。
ＢＣでの中性化深さは繊維無しで１６．５ｍｍ、繊維有りで１４．０ｍｍという結果であった。
図４にＣＯ２濃度９０％における中性化深さの測定結果を示す。
Ｎ及びＬではＣＯ２濃度９０％でもフェノールフタレインの非呈色域はほとんど見られず、中性化深さは０ｍｍであり、組織中にＣａ(ＯＨ)２が残存していると考えられる。
ＢＣでの中性化深さは繊維無しで１６．５ｍｍ、繊維有りで１４．０ｍｍという結果であった。
【0060】
（４）粉末Ｘ線回折
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは表層２０ｍｍまでの試料を用いたＸＲＤの結果を、繊維無しの場合について、セメント種ごとに示したグラフである。図中にカルサイト、バテライト及びアラゴナイトの回折ピークを示している。
Ｎ及びＬではＣＯ２濃度９０％の炭酸化によりカルサイトが多く生成していることが確認できる。ＮのＣＯ２濃度０％において既にカルサイトが多量に見られるのはセメントに含まれる５％少量混合成分の影響である。ＢＣではカルサイトの生成量がＬ及びＮと比較して多く、バテライトとアラゴナイトの生成も確認できる。
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、繊維混入有無の影響を比較したＸＲＤの結果である。Ｎ及びＬにおいて、繊維無しよりも繊維有りの方がカルサイトのピークが大きい。ＢＣにおいては、繊維有りの方がカルサイト及びバテライトのピークが小さい。
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは表層２０ｍｍまでの試料を用いたＸＲＤの結果を、繊維無しの場合について、セメント種ごとに示したグラフである。図中にカルサイト、バテライト及びアラゴナイトの回折ピークを示している。
Ｎ及びＬではＣＯ２濃度９０％の炭酸化によりカルサイトが多く生成していることが確認できる。ＮのＣＯ２濃度０％において既にカルサイトが多量に見られるのはセメントに含まれる５％少量混合成分の影響である。ＢＣではカルサイトの生成量がＬ及びＮと比較して多く、バテライトとアラゴナイトの生成も確認できる。
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、繊維混入有無の影響を比較したＸＲＤの結果である。Ｎ及びＬにおいて、繊維無しよりも繊維有りの方がカルサイトのピークが大きい。ＢＣにおいては、繊維有りの方がカルサイト及びバテライトのピークが小さい。
【0061】
（５）Ｃａ(ＯＨ)２量及びＣａＣＯ３量
図７に熱重量分析のＴＧ曲線から算出したＣａ(ＯＨ)２量とＣａＣＯ３量を示す。
Ｎ５０は、未水和セメントの熱重量分析結果から使用したセメントに元来含まれる少量混合成分によるＣａＣＯ３量を算出し、差し引いた値を用いた。
ＣＯ２濃度０％におけるＣａ(ＯＨ)２量は、Ｎが最も多く、次いでＬが多い。ＢＣは、セメントに高炉スラグが多く含まれているので、Ｃａ(ＯＨ)２の生成量が少ない。
すべての調合で、ＣＯ２濃度９０％で炭酸化することによって、ＣＯ２濃度０％に対してＣａ(ＯＨ)２は減少し、ＣａＣＯ３が増加している。
ＮとＬとを比較すると、元々のＣａ(ＯＨ)２生成量が多いＮの方が炭酸化によるＣａＣＯ３の生成量が多い。
ＢＣは、元々のＣａ(ＯＨ)２量が少ないにもかかわらず、ＣＯ２濃度９０％で炭酸化することにより、ＣａＣＯ３の生成量が最も多い。豊村らは、高炉スラグのような混和材料を高置換したセメントは、Ｃ－Ｓ－Ｈの炭酸化が起こりやすいと報告しており（豊村恵理，伊与田武史：異なる二酸化炭素濃度環境下における炭酸化メカニズムに関する検討，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１，ｐｐ７６９－７７４，２０１３）、原沢らは、高炉スラグ微粉末の置換率の変化に伴い、生成されるＣａＣＯ３の結晶形が変化し、組織の空隙が粗大化してしまう可能性があることを報告している（原沢蓉子，本多和博，伊与田武史：異なる炭酸化寛容が空隙特性及び炭酸化生成物に与える影響，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１，ｐｐ８０８－８１３，２０１４）。本実験において、ＢＣでＣａＣＯ３の生成量が多くバテライトやアラゴナイトの生成が見られ、また、ＢＣで炭酸化による強度増進が比較的小さいことは、同様の要因によると推察される。
図７に熱重量分析のＴＧ曲線から算出したＣａ(ＯＨ)２量とＣａＣＯ３量を示す。
Ｎ５０は、未水和セメントの熱重量分析結果から使用したセメントに元来含まれる少量混合成分によるＣａＣＯ３量を算出し、差し引いた値を用いた。
ＣＯ２濃度０％におけるＣａ(ＯＨ)２量は、Ｎが最も多く、次いでＬが多い。ＢＣは、セメントに高炉スラグが多く含まれているので、Ｃａ(ＯＨ)２の生成量が少ない。
すべての調合で、ＣＯ２濃度９０％で炭酸化することによって、ＣＯ２濃度０％に対してＣａ(ＯＨ)２は減少し、ＣａＣＯ３が増加している。
ＮとＬとを比較すると、元々のＣａ(ＯＨ)２生成量が多いＮの方が炭酸化によるＣａＣＯ３の生成量が多い。
ＢＣは、元々のＣａ(ＯＨ)２量が少ないにもかかわらず、ＣＯ２濃度９０％で炭酸化することにより、ＣａＣＯ３の生成量が最も多い。豊村らは、高炉スラグのような混和材料を高置換したセメントは、Ｃ－Ｓ－Ｈの炭酸化が起こりやすいと報告しており（豊村恵理，伊与田武史：異なる二酸化炭素濃度環境下における炭酸化メカニズムに関する検討，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１，ｐｐ７６９－７７４，２０１３）、原沢らは、高炉スラグ微粉末の置換率の変化に伴い、生成されるＣａＣＯ３の結晶形が変化し、組織の空隙が粗大化してしまう可能性があることを報告している（原沢蓉子，本多和博，伊与田武史：異なる炭酸化寛容が空隙特性及び炭酸化生成物に与える影響，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１，ｐｐ８０８－８１３，２０１４）。本実験において、ＢＣでＣａＣＯ３の生成量が多くバテライトやアラゴナイトの生成が見られ、また、ＢＣで炭酸化による強度増進が比較的小さいことは、同様の要因によると推察される。
【0062】
（６）ＣＯ２固定量
図８Ａ及び図８Ｂは、炭酸化深さとＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、セメントの種類ごとに炭酸化深さとＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
図８Ａに示す繊維無しの試験体においてセメント種の影響を比較すると、いずれのセメントでも０～２０ｍｍまでのＣＯ２固定量が多く、２０ｍｍ～８０ｍｍにおけるＣＯ２固定量は深さ方向に関係なく同程度の値であった。
図９Ａ及び図９Ｂに示すとおり、Ｎ及びＬはいずれの深度においても、繊維有りの方が繊維無しよりもＣＯ２固定量が多い。ＢＣは、図４に示すとおり繊維無しでも表層は十分に炭酸化が進んでいるため、０～２０ｍｍにおいては繊維混入の効果がＣＯ２固定量の差として明確に認められなかったが、深い深度では繊維を混入する効果が確認できた。
図１０は、全炭素量分析の結果から表層２０ｍｍまでのＣＯ２固定量を算出し、比較したグラフである。
セメント種で比較すると、ＣＯ２固定量が最も多いセメントはＢＣであり、最も少ないセメントはＬであった。ＢＣは、先にも述べたようにセメントに高炉スラグが高置換されているがゆえにＣａ(ＯＨ)２量が少なく、Ｃ－Ｓ－Ｈの分解が起こりやすい性質を持っている。ＸＲＤや熱重量分析の結果からもＣ－Ｓ－Ｈが分解し炭酸化したことで高いＣＯ２固定能力を発揮したと考えられる。
Ｌは、Ｎと比較して炭酸化養生前のＣａ(ＯＨ)２量が少なかったことと、蒸気養生による高強度化（緻密化）で炭酸化が進行しにくくなったこととが影響してＣＯ２固定量が少ないと推察される。
繊維混入有無の影響を比較すると、Ｎ及びＬで繊維の混入によりＣＯ２固定量が増加していることが確認でき、これは、図６Ａ、図６Ｂ及び図６ＣのＸＲＤの結果と同じ傾向である。
ＢＣでは繊維混入により固定量が小さくなる傾向が確認されたが、これはＢＣの表層２０ｍｍでは炭酸化が十分に進行しているために、繊維の効果が表れなかったことが原因であると考えられる。図４の中性化深さの結果から、ＢＣの表層部における中性化が進行していることが確認でき、図７からも表層２０ｍｍに残存するＣａ(ＯＨ)２は非常に少ないことが推察される。このことから、ＢＣの表層２０ｍｍにおける炭酸化はほぼ完了しており、ＢＣの表層におけるＣＯ２固定量に繊維混入の影響を確認することができなかったと考えられる。
図８Ａ及び図８Ｂは、炭酸化深さとＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、セメントの種類ごとに炭酸化深さとＣＯ２固定量との関係を示すグラフである。
図８Ａに示す繊維無しの試験体においてセメント種の影響を比較すると、いずれのセメントでも０～２０ｍｍまでのＣＯ２固定量が多く、２０ｍｍ～８０ｍｍにおけるＣＯ２固定量は深さ方向に関係なく同程度の値であった。
図９Ａ及び図９Ｂに示すとおり、Ｎ及びＬはいずれの深度においても、繊維有りの方が繊維無しよりもＣＯ２固定量が多い。ＢＣは、図４に示すとおり繊維無しでも表層は十分に炭酸化が進んでいるため、０～２０ｍｍにおいては繊維混入の効果がＣＯ２固定量の差として明確に認められなかったが、深い深度では繊維を混入する効果が確認できた。
図１０は、全炭素量分析の結果から表層２０ｍｍまでのＣＯ２固定量を算出し、比較したグラフである。
セメント種で比較すると、ＣＯ２固定量が最も多いセメントはＢＣであり、最も少ないセメントはＬであった。ＢＣは、先にも述べたようにセメントに高炉スラグが高置換されているがゆえにＣａ(ＯＨ)２量が少なく、Ｃ－Ｓ－Ｈの分解が起こりやすい性質を持っている。ＸＲＤや熱重量分析の結果からもＣ－Ｓ－Ｈが分解し炭酸化したことで高いＣＯ２固定能力を発揮したと考えられる。
Ｌは、Ｎと比較して炭酸化養生前のＣａ(ＯＨ)２量が少なかったことと、蒸気養生による高強度化（緻密化）で炭酸化が進行しにくくなったこととが影響してＣＯ２固定量が少ないと推察される。
繊維混入有無の影響を比較すると、Ｎ及びＬで繊維の混入によりＣＯ２固定量が増加していることが確認でき、これは、図６Ａ、図６Ｂ及び図６ＣのＸＲＤの結果と同じ傾向である。
ＢＣでは繊維混入により固定量が小さくなる傾向が確認されたが、これはＢＣの表層２０ｍｍでは炭酸化が十分に進行しているために、繊維の効果が表れなかったことが原因であると考えられる。図４の中性化深さの結果から、ＢＣの表層部における中性化が進行していることが確認でき、図７からも表層２０ｍｍに残存するＣａ(ＯＨ)２は非常に少ないことが推察される。このことから、ＢＣの表層２０ｍｍにおける炭酸化はほぼ完了しており、ＢＣの表層におけるＣＯ２固定量に繊維混入の影響を確認することができなかったと考えられる。
【0063】
（７）まとめ
１）モルタルに炭酸化養生を行うことにより、すべてのセメント種において圧縮強度が増加した。圧縮強度増進比は、Ｎが最も大きく、ＢＣが最も小さかった。
２）炭酸化養生による圧縮強度増進比と質量増加率は正の相関にあり、質量増加率が大きいほど圧縮強度の増進は大きかった。
３）ＸＲＤの分析結果から、すべてのセメント種において炭酸化によるカルサイトの生成が確認された。ＢＣのカルサイト生成量が特に多く、ＢＣではバテライトとアラゴナイトの生成も確認された。
４）ＢＣのＣａＣＯ３生成量は、炭酸化前のＣａ(ＯＨ)２量を大幅に上回っており、ＢＣにおいてはＣ－Ｓ－Ｈの分解が起こったと考えられる。
５）炭酸化によるＣＯ２固定量は、表層部において特に多く、繊維無しの場合は表層４０ｍｍ以深へのＣＯ２固定はほとんど確認されなかった。すべてのセメント種において、繊維の混入によるＣＯ２固定量の増加が確認された。ただしＢＣでは表層２０ｍｍまでは繊維混入の効果が認められなかったが、表層の中性化がほぼ完了していたので確認できなかったと考えられる。ＣＯ２固定量は、Ｌで最も小さく、ＢＣで最も大きかった。
１）モルタルに炭酸化養生を行うことにより、すべてのセメント種において圧縮強度が増加した。圧縮強度増進比は、Ｎが最も大きく、ＢＣが最も小さかった。
２）炭酸化養生による圧縮強度増進比と質量増加率は正の相関にあり、質量増加率が大きいほど圧縮強度の増進は大きかった。
３）ＸＲＤの分析結果から、すべてのセメント種において炭酸化によるカルサイトの生成が確認された。ＢＣのカルサイト生成量が特に多く、ＢＣではバテライトとアラゴナイトの生成も確認された。
４）ＢＣのＣａＣＯ３生成量は、炭酸化前のＣａ(ＯＨ)２量を大幅に上回っており、ＢＣにおいてはＣ－Ｓ－Ｈの分解が起こったと考えられる。
５）炭酸化によるＣＯ２固定量は、表層部において特に多く、繊維無しの場合は表層４０ｍｍ以深へのＣＯ２固定はほとんど確認されなかった。すべてのセメント種において、繊維の混入によるＣＯ２固定量の増加が確認された。ただしＢＣでは表層２０ｍｍまでは繊維混入の効果が認められなかったが、表層の中性化がほぼ完了していたので確認できなかったと考えられる。ＣＯ２固定量は、Ｌで最も小さく、ＢＣで最も大きかった。
【0064】
≪繊維の寸法による水硬性硬化体の強度増進の検討≫
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料を表５に示す。セメントの種類は、普通ポルトランドセメント（以下Ｎ）、低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）の２種類とした。有機繊維として、ポリプロピレン繊維を４種類使用した。
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料を表５に示す。セメントの種類は、普通ポルトランドセメント（以下Ｎ）、低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）の２種類とした。有機繊維として、ポリプロピレン繊維を４種類使用した。
【0065】
【表5】
【0066】
モルタルの調合を表６に示す。Ｎにはポリプロピレン繊維２種類を設定し、Ｌにはポリプロピレン繊維４種類を設定し、計６調合で実験を行った。すべての調合で水セメント比を５０％、ポリプロピレン繊維の含有量はモルタル１ｍ３あたり３．０ｋｇとした。空気量は目標範囲内に入るように高性能ＡＥ減水剤、消泡剤及びＡＥ助剤で調整した。
【0067】
【表6】
【0068】
＜試験体の作製及び養生方法＞
（１）試験体の作製と前養生
表６に示した調合でモルタルを練り混ぜた。まず、砂、セメント及びポリプロピレン繊維をモルタルミキサーに投入し、低速で１５秒間空練りした。次いで、水及び混和剤を投入し、低速で９０秒間練り混ぜた。掻き落とした後、高速で１８０秒間練り混ぜた。こうして得たモルタルを４×４×１６ｃｍ鋼製型枠に打込んだ。
（１）試験体の作製と前養生
表６に示した調合でモルタルを練り混ぜた。まず、砂、セメント及びポリプロピレン繊維をモルタルミキサーに投入し、低速で１５秒間空練りした。次いで、水及び混和剤を投入し、低速で９０秒間練り混ぜた。掻き落とした後、高速で１８０秒間練り混ぜた。こうして得たモルタルを４×４×１６ｃｍ鋼製型枠に打込んだ。
【0069】
打ち込み後、材齢２４時間まで温度２０℃下で、封緘状態で静置した。材齢２４時間から温度６５℃の蒸気養生を１４日間行った。蒸気養生終了後、脱型してビニル袋に入れて封緘とし、炭酸化養生開始まで温度２０℃下に静置した。
【0070】
（２）炭酸化養生
蒸気養生の終了後、表７及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は、０％（大気中）、９０％の２水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。４×４×１６ｃｍ試験体の小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
蒸気養生の終了後、表７及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は、０％（大気中）、９０％の２水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。４×４×１６ｃｍ試験体の小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
【0071】
【表7】
【0072】
（３）測定用試料の作製
炭酸化養生の終了後、分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、４×４×１６ｃｍ試験体の深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料を熱重量分析に供した。
炭酸化養生の終了後、分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、４×４×１６ｃｍ試験体の深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料を熱重量分析に供した。
【0073】
＜実験結果＞
（１）ＣＯ２固定量
熱重量分析のＴＧ曲線の５００℃～８００℃における質量減少を炭酸カルシウムの分解とみなし、ＣＯ２濃度０％とＣＯ２濃度９０％の炭酸カルシウム量の差分から炭酸化養生によるＣＯ２固定量を算出した。図１１に、ポリプロピレン繊維の寸法とＣＯ２固定量との関係を示す。
Ｎ－繊維ＡとＮ－繊維Ｂとを比較すると、繊維Ａが繊維Ｂよりも、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。Ｌ－繊維Ａ、Ｌ－繊維Ｂ、Ｌ－繊維Ｃ及びＬ－繊維Ｄを比較すると、繊維Ａが繊維Ｂ、Ｃ及びＤよりも、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維が細い方が、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。
Ｌ－繊維ＢとＬ－繊維Ｃとを比較すると、繊維Ｂが繊維ＣよりもＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維が短い方が、ＣＯ２固定量が多かった。
繊維が細い及び／又は短いと単位重量当たりの繊維本数が多く、また水硬性組成物に均一性高く分散することができ、ＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場が多く形成されると推測される。
（１）ＣＯ２固定量
熱重量分析のＴＧ曲線の５００℃～８００℃における質量減少を炭酸カルシウムの分解とみなし、ＣＯ２濃度０％とＣＯ２濃度９０％の炭酸カルシウム量の差分から炭酸化養生によるＣＯ２固定量を算出した。図１１に、ポリプロピレン繊維の寸法とＣＯ２固定量との関係を示す。
Ｎ－繊維ＡとＮ－繊維Ｂとを比較すると、繊維Ａが繊維Ｂよりも、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。Ｌ－繊維Ａ、Ｌ－繊維Ｂ、Ｌ－繊維Ｃ及びＬ－繊維Ｄを比較すると、繊維Ａが繊維Ｂ、Ｃ及びＤよりも、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維が細い方が、より深い箇所のＣＯ２固定量が多かった。
Ｌ－繊維ＢとＬ－繊維Ｃとを比較すると、繊維Ｂが繊維ＣよりもＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維が短い方が、ＣＯ２固定量が多かった。
繊維が細い及び／又は短いと単位重量当たりの繊維本数が多く、また水硬性組成物に均一性高く分散することができ、ＣＯ２ガスの侵入経路及び炭酸化反応の場が多く形成されると推測される。
【0074】
≪繊維量による水硬性硬化体の強度増進の検討≫
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料は表５に示す材料と同じである。ただし、セメントは低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）１種類であり、ポリプロピレン繊維はＡとＤの２種類である。
＜使用材料及び調合＞
実験で使用した材料は表５に示す材料と同じである。ただし、セメントは低熱ポルトランドセメント（以下Ｌ）１種類であり、ポリプロピレン繊維はＡとＤの２種類である。
【0075】
モルタルの調合を表８に示す。ポリプロピレン繊維の種類及び単位量を設定し、計５調合で実験を行った。すべての調合で水セメント比を３０％とした。空気量は目標範囲内に入るように高性能ＡＥ減水剤、消泡剤及びＡＥ助剤で調整した。
【0076】
【表8】
【0077】
＜試験体の作製及び養生方法＞
（１）試験体の作製と前養生
表８に示した調合でモルタルを練り混ぜた。まず、砂、セメント及びポリプロピレン繊維をモルタルミキサーに投入し、低速で１５秒間空練りした。次いで、水及び混和剤を投入し、低速で９０秒間練り混ぜた。掻き落とした後、高速で３００秒間練り混ぜた。こうして得たモルタルを４×４×１６ｃｍ鋼製型枠に打込んだ。
（１）試験体の作製と前養生
表８に示した調合でモルタルを練り混ぜた。まず、砂、セメント及びポリプロピレン繊維をモルタルミキサーに投入し、低速で１５秒間空練りした。次いで、水及び混和剤を投入し、低速で９０秒間練り混ぜた。掻き落とした後、高速で３００秒間練り混ぜた。こうして得たモルタルを４×４×１６ｃｍ鋼製型枠に打込んだ。
【0078】
打ち込み後、材齢２４時間まで温度２０℃下で、封緘状態で静置した。材齢２４時間から温度６５℃の蒸気養生を３日間行った。蒸気養生終了後、脱型してビニル袋に入れて封緘とし、炭酸化養生開始まで温度２０℃下に静置した。
【0079】
（２）炭酸化養生
蒸気養生の終了後、表９及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は９０％の１水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。４×４×１６ｃｍ試験体の小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
蒸気養生の終了後、表９及び図１に示す条件で、試験体に炭酸化養生を行った。ＣＯ２濃度は９０％の１水準とし、温度２０℃且つ相対湿度６０％の環境に試験体を７日間静置した。４×４×１６ｃｍ試験体の小口面以外の４面をアルミニウムテープでシールし、側方２面からＣＯ２ガスを侵入させ炭酸化を行った。
【0080】
【表9】
【0081】
（３）測定用試料の作製
炭酸化養生の終了後、分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、４×４×１６ｃｍ試験体の深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料を全炭素量分析に供した。
炭酸化養生の終了後、分析に用いる粉末試料を作製するため、図１に示すように、４×４×１６ｃｍ試験体の深さ方向に２０ｍｍ角で湿式切断した。切断した試験体にアセトン処理を施し水和を停止させ、温度２０℃且つ相対湿度１１％の環境に７日間置き十分に乾燥させた。次いで粒径１５０μｍ以下になるように粉砕機を用いて粉砕し、粉末試料を全炭素量分析に供した。
【0082】
＜実験結果＞
（１）ＣＯ２固定量
ＣＯ２固定量は、炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ－Ｓｔｅｐ（株式会社堀場製作所）による全炭素量分析により算出した。算出方法は、まず測定結果である全炭素量を単位セメントあたりのＣＯ２に換算した。そして単位セメントあたりのＣＯ２換算量を炭酸化養生していない場合と炭酸化養生した場合の差分を取ることで単位セメントあたりのＣＯ２固定量として計算した。図１２に、ポリプロピレン繊維の含有量とＣＯ２固定量との関係を示す。
Ｌ３０－１ＡとＬ３０－５Ａとを比較すると、Ｌ３０－５Ａの方が、ＣＯ２固定量が多かった。Ｌ３０－１ＤとＬ３０－２Ｄとを比較すると、Ｌ３０－２Ｄの方が、ＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維量が多い方が、ＣＯ２固定量が多かった。
（１）ＣＯ２固定量
ＣＯ２固定量は、炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ－Ｓｔｅｐ（株式会社堀場製作所）による全炭素量分析により算出した。算出方法は、まず測定結果である全炭素量を単位セメントあたりのＣＯ２に換算した。そして単位セメントあたりのＣＯ２換算量を炭酸化養生していない場合と炭酸化養生した場合の差分を取ることで単位セメントあたりのＣＯ２固定量として計算した。図１２に、ポリプロピレン繊維の含有量とＣＯ２固定量との関係を示す。
Ｌ３０－１ＡとＬ３０－５Ａとを比較すると、Ｌ３０－５Ａの方が、ＣＯ２固定量が多かった。Ｌ３０－１ＤとＬ３０－２Ｄとを比較すると、Ｌ３０－２Ｄの方が、ＣＯ２固定量が多かった。すなわち、繊維量が多い方が、ＣＯ２固定量が多かった。
【0083】
（２）フレッシュ性状
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５に準拠し、モルタルのフロー試験を行った。図１３に、ポリプロピレン繊維の含有量と１５打フロー値との関係を示す。
有機繊維の含有量が多いほど、１５打フロー値を適切な値に調整するために必要な化学混和剤量が多くなった。また、有機繊維の含有量がある程度以上になると有機繊維がからまったファイバーボールが発生した。有機繊維の含有量は５ｋｇ／ｍ３以下が適切である。
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５に準拠し、モルタルのフロー試験を行った。図１３に、ポリプロピレン繊維の含有量と１５打フロー値との関係を示す。
有機繊維の含有量が多いほど、１５打フロー値を適切な値に調整するために必要な化学混和剤量が多くなった。また、有機繊維の含有量がある程度以上になると有機繊維がからまったファイバーボールが発生した。有機繊維の含有量は５ｋｇ／ｍ３以下が適切である。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
