特許 7642218 即時脱型コンクリートブロック及びその製造方法

(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】

(24)【登録日】2025-02-28

(45)【発行日】2025-03-10

(54)【発明の名称】即時脱型コンクリートブロック及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20250303BHJP

   C04B 14/22 20060101ALI20250303BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20250303BHJP

   C04B 18/16 20230101ALI20250303BHJP

   C04B 40/02 20060101ALI20250303BHJP

   B28B 1/087 20060101ALI20250303BHJP

   B28B 11/24 20060101ALI20250303BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02 ZAB

C04B14/22

C04B18/14 A

C04B18/16

C04B40/02

B28B1/087

B28B11/24

C04B28/02

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024095106

(22)【出願日】2024-06-12

(65)【公開番号】P2025015436

(43)【公開日】2025-01-30

【審査請求日】2024-06-27

(31)【優先権主張番号】P 2023118604

(32)【優先日】2023-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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）２０２１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「グリーンイノベーション基金事業／ＣＯ２を用いたコンクリート等製造技術開発／ＣＯ２排出削減・固定量最大化コンクリートの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000132806

【氏名又は名称】株式会社タイガーチヨダ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠井 浩

(72)【発明者】

【氏名】向 俊成

(72)【発明者】

【氏名】北原 剛正

(72)【発明者】

【氏名】伏見 浩司

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１０４０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０９６６６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ２８／０２

Ｃ０４Ｂ １４／２２

Ｃ０４Ｂ １８／１４

Ｃ０４Ｂ １８／１６

Ｃ０４Ｂ ４０／０２

Ｂ２８Ｂ １／０８７

Ｂ２８Ｂ １１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物を加圧振動して成形した後、炭酸化養生することにより製造される即時脱型コンクリートブロックであって、
前記コンクリート組成物には、質量比において、前記コンクリート組成物中の結合材の６０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末が含まれる、
即時脱型コンクリートブロック。

【請求項2】

前記ガラスカレットは、質量比において、前記コンクリート組成物中の前記骨材の８％を超える、
請求項１に記載の即時脱型コンクリートブロック。

【請求項3】

前記骨材の粗骨材の少なくとも一部、または、全部は、前記ガラスカレットである、
請求項１に記載の即時脱型コンクリートブロック。

【請求項4】

前記骨材の細骨材の少なくとも一部、または、全部は、前記ガラスカレットである、
請求項１に記載の即時脱型コンクリートブロック。

【請求項5】

前記コンクリート組成物には、炭酸ガスと化学的に結合し得る混和材、または、炭酸ガスを固化した混和材が含まれる、
請求項１に記載の即時脱型コンクリートブロック。

【請求項6】

即時脱型コンクリートブロックの製造方法であって、
ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物を加圧振動してブロック体を成形する成形工程と、
前記ブロック体を炭酸化養生する養生工程と、を含み、
前記コンクリート組成物には、質量比において、前記コンクリート組成物中の結合材の６０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末が含まれる、
即時脱型コンクリートブロックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、即時脱型コンクリートブロック及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガラス廃材から得られるガラスカレットを骨材として含むコンクリートを用いて即時脱型コンクリートブロックを製造する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－２６００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、再生可能エネルギーとして太陽光発電設備の導入が進められている。その一方で、太陽光パネルのガラスの廃棄量も年々増加していることから、その再利用が課題となっている。このため、コンクリートブロックを製造するにあたっては、特許文献１に記載されるようにガラス廃材を単に再利用するだけではなく、ガラス廃材の再利用量を増大させる必要がある。また、ＳＤＧｓ（Sustainable Development Goals）の観点からは、ガラス廃材を再利用することに加えて、コンクリートブロックの製造過程においても二酸化炭素の排出量を削減することが求められる。

【0005】

本発明は、ガラス廃材の再利用量の増大と二酸化炭素の排出量の削減とを実現可能なコンクリートブロックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物を加圧振動して成形した後、炭酸化養生することにより製造される即時脱型コンクリートブロックであって、コンクリート組成物には、質量比において、コンクリート組成物中の結合材の６０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末が含まれる。

【0007】

また、本発明は、即時脱型コンクリートブロックの製造方法であって、ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物を加圧振動してブロック体を成形する成形工程と、ブロック体を炭酸化養生する養生工程と、を含み、コンクリート組成物には、質量比において、コンクリート組成物中の結合材の６０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末が含まれる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、コンクリートブロックの製造過程において、二酸化炭素の排出量を削減することができるとともに、ガラス廃材の再利用量を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る即時脱型コンクリートブロックの製造工程を示したフローチャートである。

【図2】曲げ強度試験の結果を対比して示したグラフである。

【図3】曲げ強度試験の結果をプロットして示したグラフである。

【図4】曲げ強度試験の結果を対比して示したグラフである。

【図5】中性化深さの測定試験で撮像されたコンクリートブロックの破断面を示す画像である。

【図6】促進膨張率試験の結果を対比して示したグラフである。

【図7】曲げ強度試験の結果を対比して示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係る即時脱型コンクリートブロック及びその製造方法について説明する。

【0011】

本発明の実施形態に係る即時脱型コンクリートブロックは、ガラスカレットを骨材として含むコンクリート組成物を加圧振動して成形した後、炭酸化養生することにより製造される固化成形体であり、例えば、道路や歩道の舗装に用いられるインターロッキングブロックや河川や海岸において浸食を防ぐために用いられる護岸ブロックとして利用される。なお、コンクリートブロックの用途は、これらに限定されるものではない。

【0012】

本発明の実施形態に係る即時脱型コンクリートブロックを製造するために用いられる即時脱型方式用のコンクリート組成物には、水（Ｗ）と、骨材としてガラスカレット（ＲＧＣ：再生ガラスカレット）が含まれる他、質量比において、コンクリート組成物中の結合材（セメント材）の３０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）が含まれる。また、即時脱型方式用のコンクリート組成物には、混和剤（ＡＤ）として即時脱型用ＡＥ剤が含まれている。

【0013】

ガラスカレット（ＲＧＣ）は、廃棄されたガラス瓶などを微粉砕してカレット化または粉体化したものであり、近年では、再生可能エネルギーとして大量に導入された太陽光発電設備の経年劣化により廃棄された太陽光パネルのガラスを粉砕して生成されたものが増加している。ガラスカレットを骨材として利用することは、従来、骨材として用いられていた砂利等の天然資源の利用量を低減させることにつながるため、環境配慮の観点からも望まれている。

【0014】

一方で、ガラスカレットは、従来から用いられている一般的な骨材よりも密度が小さいことから、即時脱型コンクリートブロックの全骨材重量に対するガラスカレットの割合（置換率）を高めると、曲げ強度等の強度が低下するため、例えば、ガラス再資源協議会による「即時脱型コンクリート製品製造用再生ガラス骨材のガイドライン」では、ガラスカレットの置換率（質量比）を骨材量の８％以下とすることが規定されている。

【0015】

また、シリカ質であるガラスカレットは、普通ポルトランドセメント等の結合材の水和反応によって生成されたアルカリ成分と反応してアルカリシリカゲルとなるアルカリシリカ反応（ＡＳＲ）を生じ、これに起因するひび割れが将来的に発生するおそれがある。

【0016】

このため、本実施形態では、炭酸化養生を行うことで、水和反応によって生成されたアルカリ成分を炭酸化により減少させるとともに、普通ポルトランドセメントよりもアルカリ成分の含有率が低い高炉スラグ微粉末をコンクリート組成物に含ませることで、アルカリ成分自体を低減させることによって、アルカリシリカ反応が生じることを抑制している。

【0017】

骨材には、ガラスカレットが含まれる他、砂利等の天然骨材、砕石等の人工骨材、及び、再生骨材が、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４等で定義される細骨材（Ｓ）及び粗骨材（Ｇ）として含まれる。なお、後述のように、骨材は、全量がガラスカレットであってもよいし、骨材のうち粗骨材（Ｇ）の全量がガラスカレットであってもよいし、骨材のうち細骨材（Ｓ）の全量がガラスカレットであってもよい。

【0018】

高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）は、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に規定される微粉末であり、その種類は、比表面積（ｃｍ^２／ｇ）によって４種類に分類されるが、本実施形態においては、何れの高炉スラグ微粉末が用いられてもよい。

【0019】

高炉スラグ微粉末は、ポルトランドセメントと比較し、その製造過程で生じる二酸化炭素の排出量、いわゆるＣＯ_２排出原単位（ＣＯ_２排出係数）が約３０分の１と小さいことから、コンクリート組成物中の結合材に含まれる高炉スラグ微粉末の割合を増やすことによって、即時脱型コンクリートブロックの製造に関わる二酸化炭素の排出量を削減することが可能である。

【0020】

即時脱型方式用のコンクリート組成物の主な結合材は、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）等のポルトランドセメントであり、高炉スラグ微粉末は、混和材として結合材に混合される。なお、即時脱型方式用のコンクリート組成物の結合材は、高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）と普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）等のセメント材とが予め混合された混合セメントである高炉セメント（ＥＣＭ）であってもよい。また、ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）に限定されず、他の種類のポルトランドセメント、例えば、早強ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントが用いられてもよい。

【0021】

高炉セメント（ＥＣＭ）には、全結合材に対する高炉スラグ微粉末の質量割合が、５％超３０％以下のＡ種、３０％超６０％以下のＢ種、６０％超７０％以下のＣ種が存在するが、本実施形態では、上述のようにアルカリ成分を低減する観点とコンクリートブロックの製造に関わる二酸化炭素排出量の削減の観点から、Ｂ種またはＣ種、好ましくはＣ種を用いている。なお、後述のように、高炉スラグ微粉末の質量割合は、９０％程度まで高めてもよい。

【0022】

また、即時脱型方式用のコンクリート組成物には、炭酸ガスと化学的に結合し得るダイカルカルシウムシリケートγ相（γ：γＣ２Ｓ）や炭酸ガスを固化した再生炭酸カルシウム（Ｅｔ）が混和材として含まれていてもよい。このように炭酸ガスと化学的に結合し得る混和材や炭酸ガスを固化した混和材をコンクリート組成物に含ませることにより、即時脱型コンクリートブロックの製造に関わる二酸化炭素の排出量をさらに削減することが可能となる。

【0023】

なお、炭酸ガスと化学的に結合し得る混和材としては、ダイカルカルシウムシリケートγ相に代えて、高炉徐冷スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、フライアッシュ、下水汚泥焼却灰、バイオマス燃焼灰、シリカヒューム、ライスハスクアッシュ、消石灰、生石灰、天然ポゾラン等が用いられてもよく、また、炭酸ガスを固化した混和材としては、再生炭酸カルシウムに代えて、再生炭酸水素カルシウム、再生炭酸マグネシウム、再生炭酸水素マグネシウム、再生炭酸ナトリウム、再生炭酸水素ナトリウム、再生炭酸カリウム、再生炭酸水素ナトリウム、貝殻等が用いられてもよい。

【0024】

次に、図１を参照し、即時脱型コンクリートブロックの製造工程について説明する。

【0025】

まず、ステップＳ１１において、ガラスカレットが含まれる骨材、セメント等の結合材、及び、水といったコンクリート組成物に含まれる原材料の重量の計量が行われる（計量工程）。なお、原材料の配合比率等については後述する。

【0026】

計量された原材料は、続くステップＳ１２において、混練用ミキサ内に投入され、３～５分程度、混練される（混練工程）。このように混練されて生成されたコンクリート組成物は、スランプ値が２．５ｍｍ未満の超固練りコンクリート、いわゆるゼロスランプコンクリートであって、即時脱型方式用のコンクリート組成物である。

【0027】

ステップＳ１２において生成されたコンクリート組成物は、続くステップＳ１３において、振動成形機に備え付けられた型枠内へと投入される。

【0028】

振動成形機は、テーブル振動機やプレス振動機であり、ステップＳ１３では、型枠に充填された即時脱型方式用のコンクリート組成物を、これらの振動成形機を用いて所定の振動数（例えば、６０００ｒｐｍ）で所定時間（例えば、５秒間）加振し、所定の形状に成形する（成形工程）。

【0029】

成形が完了すると、型枠からブロック成形体（ブロック体）が取り外され、取り外されたブロック成形体は、続くステップＳ１４において、比較のため以下の３つのパターンで養生される。

【0030】

第１パターンでは、屋内において１４日間、炭酸化養生されることなく気中養生され、第２パターンでは、屋内において２日間の気中養生を経た後、炭酸化養生装置内でさらに７日間、炭酸化養生され（炭酸化養生工程）、第３パターンでは、屋内において７日間の気中養生を経た後、炭酸化養生装置内でさらに７日間、炭酸化養生される（炭酸化養生工程）。炭酸化養生は、例えば、温度５０℃、湿度５０％、二酸化炭素濃度８０％という条件下で行われる。なお、炭酸化養生の条件は、これに限定されるものではない。

【0031】

所定の条件下での養生が終了すると、ブロック成形体は、所定の強度を有する固化成形体となる。

【0032】

以上のような工程を経て、ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物から即時脱型コンクリートブロックが製造される。

【0033】

続いて、下記の表１及び表２に示される組成のコンクリートブロックに対して行われた曲げ強度試験の結果について、表３，図２及び図３を参照して説明する。

【0034】

以下の各表中に記載されるＷは水、Ｂは結合材、Ｗ／Ｂは水結合材比、ｓ／ａは細骨材率、ＯＰＣは普通ポルトランドセメント、ＢＢは高炉セメントＢ種相当、ＥＣＭは高炉セメントＣ種、ＢＦＳは高炉スラグ微粉末、Ｓは細骨材、Ｇは粗骨材、ＲＧＣはガラスカレット、ＡＤは混和剤（即時脱型用ＡＥ剤）を意味し、それぞれの密度（ｇ/ｃｍ^３）は以下の通りである。

【0035】

ＯＰＣ：３．１６、ＥＣＭ：２．９６、ＢＦＳ：２．９１、Ｓ：２．６３、Ｇ：２．６３、ＲＧＣ：２．４４、ＡＤ：１．０３

【0036】

【表1】

【0037】

【表2】

【0038】

比較例１は、結合材を普通ポルトランドセメントのみとし、全骨材量（細骨材+粗骨材）の７％（質量比）をガラスカレットに置換した配合であり、比較例２は、普通ポルトランドセメントの代わりに高炉セメントＣ種を結合材とした上で、骨材をガラスカレットに置換しない配合（ＲＧＣ置換率：０％）であり、実施例１～５は、普通ポルトランドセメントの代わりに高炉セメントＣ種を結合材とした上で、骨材をガラスカレットに置換した配合（ＲＧＣ置換率：７～１００％）であり、実施例１１は、実施例２における結合材を、高炉セメントＣ種の代わりに高炉セメントＣ種相当の結合材（普通ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末を質量比で６８％含有する結合材）とした配合である。なお、ガラスカレットは、実施例１～３では、粗骨材の一部として用いられており、実施例４では、粗骨材の全量がガラスカレットに置換されている。また、実施例５では、骨材の全量、すなわち、細骨材及び粗骨材の全量がガラスカレットに置換されている。

【0039】

表１及び表２に示される各実施例及び各比較例の配合で製造された即時脱型コンクリートブロックの試験片に対して行われた曲げ強度試験の結果を表３，図２及び図３に示す。試験片のサイズは、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍであり、曲げ強度試験は、ＪＩＳ Ａ ５３６３：２０１６の「製品の曲げ耐力試験」に準じて行われた。なお、図２は、比較例１と実施例１との曲げ強度を比較したグラフであり、図３は、第２パターンで養生された比較例２及び実施例１～４と、第３パターンで養生された実施例５の曲げ強度をプロットしたグラフである。

【0040】

【表3】

【0041】

図２に示されるように、ガラスカレットの置換率が同じである比較例１と実施例１とを比較すると、養生パターンが第１パターン（気中養生１４日）では、強度発現に優れる普通ポルトランドセメントのみが結合材である比較例１の方が曲げ強度が高く、養生パターンが第２パターン（気中養生２日、炭酸化養生７日）では、アルカリ成分が比較的少ない高炉セメントＣ種が結合材である実施例１の方が曲げ強度が高い結果となった。炭酸化養生を行った場合、比較例１では、養生開始時のアルカリ濃度が高いことにより炭酸化の進行が遅くなった一方で、実施例１では、養生開始時のアルカリ濃度が比較的低いことで炭酸化がコンクリートブロックの中心部まで早く進行し、安定した鉱物である炭酸カルシウムが内部に多く生成され緻密化されたものと推定される。

【0042】

このように骨材にガラスカレットが含まれることで曲げ強度が低下するおそれがある場合であっても、結合材に高炉スラグ微粉末を含ませることと、養生工程において炭酸化養生を行うこととを組み合わせることによって、結合材が普通ポルトランドセメントのみである場合と比較し、曲げ強度を向上させることが可能である。

【0043】

ここで、上述のような工程を経て製造された即時脱型コンクリートブロックを、インターロッキングブロックとして用いる場合、例えば、ＪＩＳ Ａ ５３７１：２０１６に規格されるように道路用では５Ｎ／ｍｍ^２、歩道用では３Ｎ／ｍｍ^２の曲げ強度を有することが要求される。

【0044】

表３及び図３に示されるように、ガラスカレットの置換率を７％（実施例１）から１００％（実施例５）へと増加させた場合、骨材強度が大きい天然粗骨材の量が減ることで、その曲げ強度は、置換率の上昇に伴って低下しているものの、何れの配合においても、規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果となった。

【0045】

このように骨材の全量をガラスカレットに置換した場合（実施例５）であっても規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果が得られたことから、ガラスカレットの置換率（質量比）は、上述の「即時脱型コンクリート製品製造用再生ガラス骨材のガイドライン」で規定された８％を超える大きさとすることが可能であって、例えば、１００％まで引き上げることが可能である。

【0046】

なお、置換率３１％までは七号砕石等の粗骨材に代えて粒径が２～５ｍｍのガラスカレットが用いられ、置換率３１％を超える部分については砕砂等の細骨材に代えて粒径が１．２ｍｍ未満の細粒ガラスカレットが用いられている。

【0047】

図３のグラフにおいて、置換率３０％付近でその傾向が変わるのは、置換率３０％付近から置換されるガラスカレットの粒径が小さくなったことによると考えられ、細粒ガラスカレットが曲げ強度に及ぼす影響は、粒径が２～５ｍｍのガラスカレットよりも小さいといえる。

【0048】

また、表３に示されるように、実施例２と実施例１１の曲げ強度は、ほぼ同等であることから、結合材として高炉セメントＣ種を用いた場合と、高炉セメントＣ種の代わりに普通ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末とを混合して生成された高炉セメントＣ種相当の結合材を用いた場合とで強度性能に大差はないことが示された。

【0049】

次に、高炉スラグ微粉末の配合量が曲げ強度に及ぼす影響について、下記の表４及び表５に示される各実施例及び比較例の配合で製造された即時脱型コンクリートブロックの試験片に対して行われた曲げ強度試験の結果を比較して示す図４のグラフを参照して説明する。なお、試験片のサイズは、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍであり、曲げ強度試験は、ＪＩＳ Ａ ５３６３：２０１６の「製品の曲げ耐力試験」に準じて行われた。

【0050】

【表4】

【0051】

【表5】

【0052】

比較例３は、結合材を普通ポルトランドセメントのみとし、全骨材量（細骨材+粗骨材）の２０％（質量比）をガラスカレットに置換した配合であり、実施例１２～１５は、比較例３と同様にガラスカレット置換率を２０％とした配合であって、実施例１２は、結合材が、普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を質量比で４０％予め混合することにより高炉セメントＢ種相当とされた配合であり、実施例１３は、結合材を高炉セメントＣ種とすることにより、高炉スラグ微粉末を質量比で６８％含有させた配合であり、実施例１４は、高炉スラグ微粉末を混和材として結合材に混合することにより、高炉スラグ微粉末を質量比で８０％含有させた配合であり、実施例１５は、高炉スラグ微粉末を混和材として結合材に混合することにより、高炉スラグ微粉末を質量比で９０％含有させた配合である。

【0053】

図４に示されるように、結合材に含有される高炉スラグ微粉末を４０％（実施例１２）から９０％（実施例１５）へと増加させた場合、その曲げ強度は、高炉スラグ微粉末の質量割合の上昇に伴って低下しているものの、何れの配合においても、規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果となった。なお、比較例３の曲げ強度は、第１パターンで養生された後に計測されたものであり、実施例１２～１５の曲げ強度は、第３パターンで養生された後に計測されたものである。

【0054】

このように高炉スラグ微粉末の質量割合を、高炉セメントＣ種またはＣ種相当よりも高い比率とした場合（実施例１４や実施例１５）であっても規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果が得られたことから、高炉スラグ微粉末の質量割合は、例えば、９０％まで引き上げることが可能である。但し、十分な曲げ強度を確保し、耐久性を向上させるには、高炉スラグ微粉末の質量割合は、８０％程度までとすることが好ましい。

【0055】

また、図４に示される結果によれば、結合材を高炉セメントＢ種相当とした場合（実施例１２）も、結合材を高炉セメントＣ種とした場合と同様に、結合材を普通ポルトランドセメントのみとした場合と比較し、曲げ強度を向上させることが可能である。

【0056】

続いて、炭酸化養生によるコンクリートブロック内のアルカリ成分の低減効果について、上記の表４及び表５に示される組成のコンクリートブロックに対して行われた中性化深さの測定試験の結果を示す図５及び表６を参照して説明する。

【0057】

図５は、ＪＩＳ Ａ １１５２：２０１８で定められたコンクリートの中性化深さの測定方法において、コンクリートブロックの破断面にフェノールフタレイン溶液（１％）を噴霧した際の写真であり、赤紫色に呈色した範囲がアルカリ性であることを示している。なお、図５に示される写真のカラー写真を参考資料として物件提出書で提出する。

【0058】

【表6】

【0059】

図５（参考資料）及び表６に示されるように、高炉スラグ微粉末の質量割合が高いほど、炭酸化養生後の炭酸化深さが深くなっていることから、高炉スラグ微粉末をコンクリート組成物に含ませることによって、炭酸化養生による炭酸化が早期にコンクリートブロック内部まで進行し、二酸化炭素がコンクリートブロック内に効率的に固化されていることがわかる。

【0060】

また、図５（参考資料）に示されるように、フェノールフタレイン溶液が赤紫色に呈色した範囲の面積が炭酸化養生によって減少していることから、コンクリートブロック内のアルカリ成分が減少し、結果として、シリカ質であるガラスカレットがアルカリ成分と反応してアルカリシリカゲルとなるアルカリシリカ反応（ＡＳＲ）が生じることを抑制することが可能となる。

【0061】

続いて、上述のアルカリシリカ反応の抑制効果を確認するために行われた促進膨張率試験の結果を示す図６を参照し、ガラスカレット置換率が膨張率に及ぼす影響について説明する。なお、促進膨張率試験は、表７に示される組成のコンクリートブロックを第３パターンで養生した後に行われた。

【0062】

【表7】

【0063】

図６に示される膨張率は、促進膨張率試験の１つである飽和ＮａＣｌ溶液浸漬法（デンマーク法）によって測定されたものであり、所定の大きさに切り出された供試体を、所定の温度（５０℃）に保たれた飽和ＮａＣｌ溶液に所定の養生期間（１３週間）浸漬することによって測定される。この方法における膨張率の判定基準は、０．１％未満であれば「膨張性なし」、０．４％以上であれば「膨張性あり」、０．１～０．４％であれば「不明確」となっている。

【0064】

図６に示されるように、ガラスカレットが含まれていない比較例２では、膨張率がほぼ０％であるのに対して、ガラスカレット置換率が高くなるほど膨張率は大きくなっているものの、ガラスカレット置換率が１００％である実施例５においても「膨張性なし」と判定される膨張率となっている。

【0065】

このようにガラスカレット置換率を比較的高くした場合（実施例５）であっても、促進膨張率試験において、「膨張性なし」と判定されることから、上述の炭酸化養生によるアルカリ成分の低減効果や普通ポルトランドセメントよりもアルカリ成分の含有率が低い高炉スラグ微粉末をコンクリート組成物に含ませることによる効果によって、アルカリシリカ反応（ＡＳＲ）による劣化のリスクが十分に低く抑えられているといえる。

【0066】

次に、下記の表８及び表９に示される組成のコンクリートブロックに対して行われた曲げ強度試験の結果及び二酸化炭素の排出量削減効果について、表１０を参照して説明する。

【0067】

表８及び表９中に新たに記載されるγは炭酸化混和材（γＣ２Ｓ）、Ｅｔは再生炭酸カルシウム（混和材）を意味し、それぞれの密度（ｇ/ｃｍ^３）は以下の通りであり、その他の記載は表１及び表２と同様である。

【0068】

γ：３．０６、Ｅｔ：２．４６

【0069】

【表8】

【0070】

【表9】

【0071】

実施例２１は、実施例１～５と同様に結合材を高炉セメントＣ種とした上で、全骨材量（細骨材+粗骨材）の２０％（質量比）をガラスカレットに置換した配合であり、実施例２２は、実施例２１の高炉セメントＣ種の内割り３０％を炭酸ガスと化学的に結合する混和材である炭酸化混和材（γＣ２Ｓ）に置き換えた配合であり、実施例２３は、実施例２１の高炉セメントＣ種の内割り３０％を予め炭酸ガスを固定化させた混和材である再生炭酸カルシウムに置き換えた配合である。なお、比較例１は、表１及び表２の比較例１と同じ配合であり、ガラスカレットは、何れの配合においても粗骨材として用いられている。

【0072】

表８及び表９に示される各実施例及び比較例の配合で製造された即時脱型コンクリートブロックの試験片に対して行われた曲げ強度試験の結果とともに、二酸化炭素の排出量の削減量の算出結果を表１０に示す。試験片のサイズは、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍであり、曲げ強度試験は、ＪＩＳ Ａ ５３６３：２０１６の「製品の曲げ耐力試験」に準じて行われた。

【0073】

また、二酸化炭素の排出量の算定において用いたＣＯ_２排出原単位（ＣＯ_２排出係数）は、２０１２年土木学会コンクリートライブラリー１３４に示された数値（例えば、ポルトランドセメント：７６６．６（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ），砕砂：３．７（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ），砕石：２．９（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ），高炉スラグ微粉末：２６．５（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ））であり、ガラスカレットは廃棄物であることからＣＯ_２排出原単位を０とし、混和剤については微量であることから二酸化炭素の排出量を０とした。なお、炭酸化混和材（γ）のＣＯ_２排出原単位は、下記文献１に記載された数値（１２５（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ））を用い、再生炭酸カルシウム（Ｅｔ）のＣＯ_２排出原単位は、下記文献２に記載された数値（－３９０（ｋｇ－ＣＯ_２/ｔ））を用いた。

【0074】

文献１）取違剛ら：「ＣＯ_２排出量ゼロ以下の環境配慮型コンクリートＣＯ_２ ＳＵＩＣＯＭ」，セメントコンクリ―ト，Vol.786，pp.26-31，2012
文献２）八木利之ら：エコタンカルＣＯ_２を原料とした環境にやさしい軽質炭酸カルシウム,土木施工,Vol.62,No.11,pp.87-90,2021.11

【0075】

表１０中のＣＯ_２削減量とは、比較例１の普通ポルトランドセメントを用いて製造された基準となるコンクリートブロックを製造する過程で排出されたＣＯ_２排出量（比較例１のＣ１）から各配合の実質ＣＯ_２排出量（Ｃ１－Ｃ２）を減じたものであり、実質ＣＯ_２排出量とは、各配合のコンクリートブロックを製造する過程で排出されたＣＯ_２排出量（Ｃ１）から炭酸化養生によってコンクリートブロック中に固定されたＣＯ_２固定量（Ｃ２）を減じたものである。なお、ＣＯ_２固定量（Ｃ２）は、実施例２１～２４の試験片を全炭素量（ＴＣ）分析することにより測定され、具体的には、炭酸化養生の後、コンクリートブロックの破断面から採取された試料を、アセトンによる水和停止処理を行ってから粉砕し、全有機炭素計によって測定される。

【0076】

【表10】

【0077】

表１０に示されるように、炭酸ガスと化学的に結合する混和材を含む実施例２２の曲げ強度も、炭酸ガスを固定化させた混和材を含む実施例２３の曲げ強度も、これらの混和材を含まない実施例２１の曲げ強度と同等であり、何れの配合においても、上述の規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果となった。

【0078】

また、表１０に示されるように、炭酸ガスと化学的に結合する混和材を含む実施例２２のＣＯ_２削減率（基準となる比較例１のＣＯ_２排出量に対するＣＯ_２削減量の比率）は、９６．６％となり、炭酸ガスを固定化させた混和材を含む実施例２３のＣＯ_２削減率は、１０５．５％と、カーボンネガティブとなり、これらの混和材を含まない実施例２１においてもＣＯ_２削減率は、８６．３％となった。

【0079】

このように、炭酸ガスと化学的に結合する混和材や炭酸ガスを固定化させた混和材を含む配合とすることによって、曲げ強度を低下させることなく、大幅に二酸化炭素の排出量を削減することが可能であり、また、結合材を高炉セメントＣ種とした配合とするだけでも、結合材を普通ポルトランドセメントとした場合と比較し、大幅に二酸化炭素の排出量を削減することが可能である。なお、結合材を高炉セメントＢ種またはＢ種相当とした場合も、結合材を高炉セメントＣ種とした場合ほどの効果は得られないとしても、結合材を普通ポルトランドセメントとした場合と比較し、二酸化炭素の排出量を削減することができると推定される。

【0080】

次に、上述の炭酸ガスと化学的に結合する混和材や炭酸ガスを固定化させた混和材が曲げ強度に及ぼす影響について、下記の表１１に示される実施例及び比較例の配合で製造された即時脱型コンクリートブロックの試験片に対して行われた曲げ強度試験の結果を示す図７を参照して説明する。なお、試験片のサイズは、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍであり、曲げ強度試験は、ＪＩＳ Ａ ５３６３：２０１６の「製品の曲げ耐力試験」に準じて行われた。

【0081】

【表11】

【0082】

比較例２は、上述のように、結合材が高炉セメントＣ種であり、骨材をガラスカレットに置換しない配合であり、比較例４は、比較例２の高炉セメントＣ種の内割り３０％を炭酸化混和材（γＣ２Ｓ）に置き換え、高炉セメントＣ種の内割り３０％を再生炭酸カルシウムに置き換えた配合であり、実施例２４は、比較例４の全骨材量（細骨材+粗骨材）の２０％（質量比）をガラスカレットに置換した配合である。

【0083】

図７に示されるように、曲げ強度は、結合材に炭酸ガスと化学的に結合する混和材及び炭酸ガスを固定化させた混和材が含有されることによって低下し、さらに、骨材の一部をガラスカレットに置換することによって低下しているものの、実施例２４の曲げ強度は、規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果となった。なお、図７に示される曲げ強度は、第３パターンで養生された後に計測されたものである。

【0084】

このように結合材に炭酸ガスと化学的に結合する混和材及び炭酸ガスを固定化させた混和材を含有させるとともに骨材の一部をガラスカレットに置換した場合（実施例２４）であっても規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果が得られたことから、ガラス廃材の利用量を増大させつつ、二酸化炭素の排出量を大幅に削減することが可能である。なお、実施例２４では炭酸ガスと化学的に結合する混和材と炭酸ガスを固定化させた混和材とが一緒に配合されているが、例えば、実施例２２や実施例２３のように、これらは別々に配合されていてもよい。

【0085】

上記実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0086】

上述の即時脱型コンクリートブロックは、ガラスカレットを骨材として含む即時脱型方式用のコンクリート組成物を加圧振動して成形した後、炭酸化養生することにより製造され、コンクリート組成物には、質量比において、コンクリート組成物中の結合材の３０％を超え９０％以下の高炉スラグ微粉末が含まれる。

【0087】

骨材に含まれるガラスカレットの量を多くするほど、将来的なひび割れの原因となるアルカリシリカ反応を生じる可能性が高くなるが、コンクリート組成物に高炉スラグ微粉末を含ませることによりアルカリ成分自体を低減させることと、養生工程において炭酸化養生を行うことにより水和反応によって生成されたアルカリ成分を炭酸化により減少させることとを組み合わせることによって、結合材がポルトランドセメントのみである場合と比較し、アルカリシリカ反応が生じることを抑制することが可能となる。

【0088】

これにより、骨材に含まれるガラスカレットの量を増やすことが可能となり、結果として、太陽光パネル等のガラス廃材の利用量を増大させるとともに、骨材として用いられていた砂利等の天然資源の利用量を低減させることができる。また、アルカリシリカ反応に起因するひび割れの発生が将来的に抑制されることから、曲げ強度が規格値（５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る範囲において、ガラスカレットの置換率を、「即時脱型コンクリート製品製造用再生ガラス骨材のガイドライン」で規定された８％を超える大きさとすることも可能である。

【0089】

また、ポルトランドセメントよりもＣＯ_２排出原単位が小さい高炉スラグ微粉末をコンクリート組成物に含ませることと、コンクリートブロック内に二酸化炭素を固化することになる炭酸化養生を行うこととを組み合わせることによって、結合材がポルトランドセメントのみである場合と比較し、コンクリートブロックの製造過程において排出される二酸化炭素の量を大幅に削減することができる。

【0090】

また、骨材に含まれるガラスカレットの量を多くするほど、コンクリートブロックの強度が低下するおそれがあるが、コンクリート組成物に高炉スラグ微粉末を含ませることと、養生工程において炭酸化養生を行うこととを組み合わせ、コンクリートブロックの中心部まで炭酸化を進行させてコンクリートブロック内部に多くの炭酸カルシウムを生成することによって、結合材がポルトランドセメントのみである場合と比較し、コンクリートブロックの強度及び耐久性を向上させることが可能である。

【0091】

このように実施形態によれば、高炉スラグ微粉末をコンクリート組成物に含ませることと、養生工程において炭酸化養生を行うこととを組み合わせることによって、結合材がポルトランドセメントのみである場合と比較し、骨材に含まれるガラスカレットの量を増やすことができるという効果と、コンクリートブロックの製造過程において排出される二酸化炭素の量を削減することができるという効果と、コンクリートブロックの強度及び耐久性を向上させることができるという効果と、を同時に達成することができる。

【0092】

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0093】

上記実施形態では、ガラスカレットは、骨材のうち、主に粗骨材として利用されている。これに代えて、粉体化されたガラスカレットを主に細骨材として利用するようにしてもよい。また、粗骨材の一部及び細骨材の一部としてガラスカレット利用するようにしてもよい。

【0094】

また、上記実施形態では、結合材を高炉セメントＣ種とした場合について主に説明したが、結合材は、高炉セメントＣ種相当の結合材（普通ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末を質量比で６０％を超え７０％以下で含有する結合材）であってもよい。また、結合材は、高炉セメントＢ種またはＢ種相当の結合材（普通ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末を質量比で３０％を超え６０％以下で含有する結合材）であってもよい。

【0095】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】