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技術 低発熱水硬性材料及びその製造方法

出願人 太平洋セメント株式会社
発明者 大神剛章藤井悟小野勝史
出願日 1996年10月9日 (24年2ヶ月経過) 出願番号 1996-287428
公開日 1998年5月6日 (22年7ヶ月経過) 公開番号 1998-114555
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 微粒物 未水和セメント 空隙充填材 反応熱量 被粉砕性 無水換算 縦型ミル 加水混練
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この項目の情報は公開日時点(1998年5月6日)のものです。
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課題

廃コンクリート中、特に微粒物利用価値を高め、これを多量に再利用して資源の有効利用を図ると共に、強度特性を損うことなく、微粒物を多量に活用することにより、水和反応による発熱の低減を可能としたペースト材モルタル材コンクリート材として良好な特性を有する低発熱水硬性材料及びその製造方法を提供する。

解決手段

コンクリート廃材再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、該水硬性材料の粉末度ブレーン値8500cm2/g 以上としたことを特徴とする。

概要

背景

従来、コンクリート構造物解体する際に発生するコンクリート廃材は、その一部が再生路盤材、または再生粗骨材として再生されているが、大半は廃棄処分されている。特に廃材再生処理においては、コンクリート塊破砕、及び磨砕処理を伴うため、多量の廃コンクリート微粒物が発生するが、この微粒物については、格別の用途もなく、埋立て等の廃棄処分にされることが殆どである。しかしながら、今後さらに再生処理量の増加、あるいは再生処理の高度化が進み、今以上の廃コンクリート微粒物が多量に発生することが予測され、廃棄処分場枯渇する近年では、その処分が大きな社会問題となっている。

このような中にあって、廃コンクリート微粒物の再利用法の一つとして、高炉スラグ石膏セメント等からなる混合材を添加した水硬性材料としての再利用方法(特開昭62−158146号、特開昭63−2842号)が提案されている。しかしながら、これらは水和硬化後の強度が低く、また、硬化に多くの時間を要するため、その用途が限定されるという欠点がある。さらに、水和硬化後の強度を増加させるためには、スラグ等の混合材の添加量を著しく増加する必要があり、このため、廃コンクリート微粉の使用量は20〜50重量部に過ぎず、廃コンクリート微粉の大量利用には至っていないのが現状である。

概要

廃コンクリート中、特に微粒物の利用価値を高め、これを多量に再利用して資源の有効利用を図ると共に、強度特性を損うことなく、微粒物を多量に活用することにより、水和反応による発熱の低減を可能としたペースト材モルタル材コンクリート材として良好な特性を有する低発熱水硬性材料及びその製造方法を提供する。

コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、該水硬性材料の粉末度ブレーン値8500cm2/g 以上としたことを特徴とする。

目的

この発明は、上述の欠点を解消し、廃コンクリート中、特に微粒物の利用価値を高め、これを多量に再利用して資源の有効利用を図ると共に、強度特性を損うことなく、微粒物を多量に活用することにより、水和反応による発熱の低減を可能としたペースト材、モルタル材、コンクリート材として良好な特性を有する低発熱水硬性材料及びその製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

コンクリート廃材再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、該水硬性材料の粉末度ブレーン値8500cm2/g 以上としたことを特徴とする低発熱水硬性材料。

請求項2

廃コンクリート微粉末の粉末度をブレーン値5000cm2/g以上、高炉スラグ微粉末の粉末度をブレーン値10000cm2/g 以上としたことを特徴とする請求項1記載の低発熱水硬性材料。

請求項3

コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、廃コンクリート微粉末の含有量を60〜80重量%としたことを特徴とする低発熱水硬性材料。

請求項4

廃コンクリート微粉末の粉末度をブレーン値5000cm2/g以上としたことを特徴とする請求項3記載の低発熱水硬性材料。

請求項5

高炉スラグ微粉末及びセメント微粉末の粉末度をブレーン値10000cm2/g 以上としたことを特徴とする請求項3若しくは4記載の低発熱水硬性材料。

請求項6

混合した水硬性材料の粉末度をブレーン値8500cm2/g 以上としたことを特徴とする請求項3〜5いずれか記載の低発熱水硬性材料。

請求項7

高炉スラグ微粉末が14〜38重量%、セメント微粉末が1〜12重量%であることを特徴とする請求項3〜6いずれか記載の低発熱水硬性材料。

請求項8

高炉スラグ微粉末が14〜38重量%、無水換算による石膏が2〜6重量%であることを特徴とする請求項3〜6いずれか記載の低発熱水硬性材料。

請求項9

高炉スラグ微粉末の30重量%以下の量と置換されてセメント微粉末を含んでなることを特徴とする請求項8記載の低発熱水硬性材料。

請求項10

コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を粉砕してブレーン値5000cm2/g 以上とした廃コンクリート微粉末60〜80重量%に高炉スラグ微粉末と共に、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を混合することを特徴とする低発熱水硬性材料の製造方法。

請求項11

高炉スラグ及びセメントを粉砕した後、遠心式風力分級手段により分級し、粉末度10000cm2/g (ブレーン値)以上の微粉末として混合することを特徴とする請求項10記載の低発熱水硬性材料の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、コンクリート廃材再生処理する際に発生する微粒物を有効活用した低発熱水硬性材料及びその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、コンクリート構造物解体する際に発生するコンクリート廃材は、その一部が再生路盤材、または再生粗骨材として再生されているが、大半は廃棄処分されている。特に廃材の再生処理においては、コンクリート塊破砕、及び磨砕処理を伴うため、多量の廃コンクリート微粒物が発生するが、この微粒物については、格別の用途もなく、埋立て等の廃棄処分にされることが殆どである。しかしながら、今後さらに再生処理量の増加、あるいは再生処理の高度化が進み、今以上の廃コンクリート微粒物が多量に発生することが予測され、廃棄処分場枯渇する近年では、その処分が大きな社会問題となっている。

0003

このような中にあって、廃コンクリート微粒物の再利用法の一つとして、高炉スラグ石膏セメント等からなる混合材を添加した水硬性材料としての再利用方法(特開昭62−158146号、特開昭63−2842号)が提案されている。しかしながら、これらは水和硬化後の強度が低く、また、硬化に多くの時間を要するため、その用途が限定されるという欠点がある。さらに、水和硬化後の強度を増加させるためには、スラグ等の混合材の添加量を著しく増加する必要があり、このため、廃コンクリート微粉の使用量は20〜50重量部に過ぎず、廃コンクリート微粉の大量利用には至っていないのが現状である。

発明が解決しようとする課題

0004

この発明は、上述の欠点を解消し、廃コンクリート中、特に微粒物の利用価値を高め、これを多量に再利用して資源の有効利用を図ると共に、強度特性を損うことなく、微粒物を多量に活用することにより、水和反応による発熱の低減を可能としたペースト材モルタル材コンクリート材として良好な特性を有する低発熱水硬性材料及びその製造方法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

0005

上述の目的を達成するために、この発明の低発熱水硬性材料によれば、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、該水硬性材料の粉末度ブレーン値8500cm2/g 以上としたこと(請求項1)、及び、廃コンクリート微粉末の粉末度をブレーン値5000cm2/g 以上、高炉スラグ微粉末の粉末度をブレーン値10000cm2/g 以上としたこと(請求項2)、を特徴とする。

0006

また、この発明の低発熱水硬性材料によれば、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を含んでなる水硬性材料において、廃コンクリート微粉末の含有量を60〜80重量%としたこと(請求項3)、廃コンクリート微粉末の粉末度をブレーン値5000cm2/g 以上としたこと(請求項4)、高炉スラグ微粉末、及びセメント微粉末の粉末度をブレーン値10000cm2/g 以上としたこと(請求項5)、混合した水硬性材料の粉末度をブレーン値8500cm2/g 以上としたこと(請求項6)、高炉スラグ微粉末が14〜38重量%、セメント微粉末が1〜12重量%であること(請求項7)、高炉スラグ微粉末が14〜38重量%、無水換算による石膏が2〜6重量%であること(請求項8)、高炉スラグ微粉末の30重量%以下の量と置換されてセメント微粉末を含んでなること(請求項9)、を特徴とする。

0007

さらに、この発明の低発熱水硬性材料の製造方法によれば、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を粉砕してブレーン値5000cm2/g 以上とした廃コンクリート微粉末60〜80重量%に高炉スラグ微粉末と共に、セメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を混合すること(請求項10)、高炉スラグ及びセメントを粉砕した後、遠心式風力分級手段により分級し、粉末度10000cm2/g (ブレーン値)以上の微粉末として混合すること(請求項11)、を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。

発明を実施するための最良の形態

0008

この発明は、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を大量使用することを第一の特徴とし、しかも大量使用することで水和反応による発熱の低減が可能となることを見出し、この発明を完成したものである。すなわち、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調製した廃コンクリート微粉末と高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、助材としてセメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を加えた水硬性材料から主として構成される。

0009

前記微粒物は、コンクリート構造物を解体する際に発生する粒径が2.5mm以下の微粒物、またはコンクリート廃材を再生するために破砕、磨砕処理する際に発生する粒径が2.5mm以下の微粒物であり、通常は、砂利等の骨材を分離して取り出した残物として得られるもので、セメントの水和生成物であるカルシウムシリケート水和物(C-S-H)、モノサルフェート水酸化カルシウム、及び炭酸カルシウムや若干の未水和セメント粒子と骨材粉等からなる。

0010

この発明は、前記微粒物を乾燥、粉砕等により調製して使用する。すなわち、微粒物を100〜150℃で乾燥した後、粉末度5000cm2/g (ブレーン比表面積値、以下、ブレーン値)以上に粉砕して使用する。粉砕手段としては、ボールミルローラーミルディスクミル等、各種の粉砕手段を用いることができる。前述したように微粒物は、セメントの水和生成物や未水和セメント粒子を含むものであるが、粉末度を5000cm2/g 以上とすることにより、未水和セメント粒子面の出現による水硬性の増加、また、水和組織破壊が起こることで加水混練後の流動性を向上することができる。粉末度が5000cm2/g を下回ると、加水混練後の流動性が低下すると共に、硬化体の強度が低くなり好ましくない。通常は、7000cm2/g 〜10000cm2/g の範囲とすることがより好ましい。

0011

このように調製して得た廃コンクリート微粉末の配合量は、後述する高炉スラグ微粉末や石膏等の他の材料を含めたこの発明の低発熱水硬性材料中、60〜80重量%の範囲とする。これが60重量%より少ないと、硬化後の強度は増加するが、この発明の目的とするコンクリート廃材の大量使用にそぐわなくなり、しかも高炉スラグ等の他の材料の配合比が増加し、反応熱量が上昇するため低発熱性の点で好ましくない。また、80重量%を越えると、硬化後の強度が著しく低下するため好ましくない。

0012

次に、高炉スラグ微粉末は、前記廃コンクリート微粉末と共にこの発明の主要構成材料とするするものであり、高炉スラグを100〜150℃で乾燥後、粉砕、及び分級により粉末度10000cm2/g 以上、好ましくは15000cm2/g 〜25000cm2/g として使用する。すなわち、高炉スラグは、潜在水硬性を有する材料ではあるものの、硬化反応の反応速度は遅く、また硬化するにはアルカリ刺激剤を多量に必要とするが、この発明は高炉スラグを粉末度10000cm2/g以上に微粉化し、高炉スラグの反応性を高めることにより硬化速度、及び硬化後の強度を高めることができ、前記廃コンクリート微粉を60〜80重量%配合することを可能とし、同時に水和反応による発熱を低減することを可能とする。高炉スラグの粉末度が10000cm2/g を下回ると、加水混練後の硬化体の強度が低くなり好ましくない。また、25000cm2/g を越えても前記効果以上に粉砕、分級に要するコストが上昇し好ましくない。

0013

高炉スラグの粉砕手段としては、ボールミル、竪型ミル等の各種の粉砕手段を用いることが可能であり、粉砕した高炉スラグの分級手段としては、大量処理が可能で高粉末度が得られる遠心式風力分級手段が好ましい。遠心式風力分級手段としては、CLASIEL (秩小野田社製)、ターボクラッシファイヤー(日清エンジニアリング社製)等の高性能分級機のほか、O−SEPA(秩父小野田社製)、ミクロプレクスアルピネ社製)等各種の汎用分級機が使用できるもので、比較的精密な分級が可能であれば、特に制限されるものではない。

0014

低発熱水硬性材料中の高炉スラグ微粉末の配合量は、14〜38重量%の範囲とする。これが38重量%を越えると、硬化後の強度は増加するが、廃コンクリート微粉の配合量を増大させることができなくなるほか、反応熱量が上昇するため好ましくない。また、14重量%未満の場合、硬化後の強度が著しく低下するため好ましくない。

0015

この発明の低発熱水硬性材料は、前記廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末からなる主要構成材料に、助材としてセメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を配合して構成する。セメント微粉末及び石膏を配合することにより、高炉スラグの反応刺激剤、また、硬化初期空隙充填材として作用し、初期強度の増加、乾燥収縮の低減を計ることができる。これらのセメント微粉末及び石膏は、それぞれ単独での使用、または併用も可能である。

0016

セメントとしては、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等の他、混合セメント都市ゴミ灰主原料としたセメント等、各種のセメントを使用することができるが、この発明に用いるセメントは、粉砕、及び分級により粉末度10000cm2/g 以上としたものが好ましい。セメントの粉末度を10000cm2/g 以上とすることにより、高炉スラグの刺激剤としての効果が向上し、硬化時間の短縮、及び初期強度を増加することができる。また、粉末度が25000cm2/g を越えると、高炉スラグの場合と同様にコストが上昇し好ましくない。低発熱水硬性材料中のセメントの配合量は、1〜12重量%程度であることが好ましい。セメントの配合量が12重量%を越えると、反応熱量が上昇するため好ましくない。廃コンクリートが比較的若材齢で、水酸化カルシウムの含有量が高い場合、また、助材として石膏を配合した場合は、セメントは必ずしも配合しなくても良い。尚、セメントの粉砕、分級手段としては、前記高炉スラグの場合と同様な手段が適用できる。

0017

石膏としては、無水石膏二水石膏半水石膏等を用いることができる。本発明に用いる石膏は、乾燥の後、粉砕し粉末度2000〜7000cm2/g とすることが好ましい。粉砕の手段としては、縦型ミルやボールミルが好ましく、二水石膏に関しては、乾燥、及び粉砕において60℃以下で行うことが好ましい。また、石膏の粉砕は、廃コンクリート微粒物と共に混合粉砕することが可能であり、この場合は、混合粉砕後の粉末度を5000cm2/g 以上とする。低発熱水硬性材料中の石膏の配合量は、無水換算による石膏量として2〜6重量%であることが好ましい。これが6重量%を越えると、膨張量が大きく硬化後の強度低下を引き起こすため好ましくない。石膏は、前記セメントと共に使用することができるが、この場合のセメント量は、前記高炉スラグ微粉末の30重量%以下の量と置換されて使用することが好ましい。また、助材として前記セメントを配合した場合は、石膏は必ずしも配合しなくても良い。

0018

以上説明したように、この発明の低発熱水硬性材料は、廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、助材としてセメント微粉末及び石膏の少なくとも一種を配合してなるものであるが、さらに、5μ以下の微粉フライアッシュシリカフラワーの少なくとも一種以上を配合することにより、中期から長期の強度増進をすることが出来る。尚、各材料は、粉末度をそれぞれ調整して配合するが、これら材料の混合後の粉末度は、ブレーン値で8500cm2/g 以上とすることが強度発現性の上で好ましい。また、混合は、均一な混合が可能であれば、特に制限されるものではない。さらに、廃コンクリート微粒物、高炉スラグ、及びセメントは、各材料の被粉砕性が異なり、任意の粉末度に設定するためにそれぞれ別粉砕することが望ましい。

0019

この発明の低発熱水硬性材料は、水を任意の添加量で混練し、養生することで強度を発現する。従って、この発明の低発熱水硬性材料は一般のセメントと同様に、砂、砂利等のほか、各種混和剤(材)を加え、或いは加えることなく、ペースト材、モルタル材、コンクリート材として用いることができる。

0020

以下、実施例を挙げてこの発明を更に詳細に説明するが、この発明はこれに限定されるものではない。尚、以下に示す配合比%等はすべて重量%である。

0021

(実施例1)この発明の低発熱水硬性材料における高炉スラグの粉末度と強度発現の関係を明らかにするために、表1に示す配合についてJIS R 5201 に従いモルタル強度試験を行った。試験に用いた廃コンクリート微粉末は、無水石膏と共に混合粉砕し粉末度を6400〜6700cm2/g としたものである。また、高炉スラグ微粉末、及び普通ポルトランドセメント微粉末はそれぞれ粉砕の後、CLASIEL (秩父小野田社製分級機)を用いて分級し、調製した。圧縮強度測定結果を表2に示す。

0022

0023

0024

表2に示すように、廃コンクリート微粉末の添加量にかかわらず、配合した水硬性材料の粉末度を8500cm2/g 以上(高炉スラグの粉末度10000cm2/g以上)とすることで、初期強度を高くすることができ、同時に、凝結試験における始発、及び終結を比較した場合、明らかに短いことがわかる。また、28日材齢における強度において、高炉スラグの粉末度を10000cm2/g 以上、廃コンクリート微粉末60%の水準は、210MPa以上の強度を有しており、これはフライアッシュセメントC種に相当する強度を示し、早期の強度発現と高強度を有することがわかる。

0025

(実施例2)この発明の低発熱水硬性材料における高炉スラグ微粉末、及びセメント微粉末添加量と水和熱の関係を明らかにするために、前記表1に示す配合で水和熱試験を行った。水和熱試験はJIS R 5203「セメントの水和熱測定方法」により行った。結果を表2に併せて示すように、この発明は、水和熱の低減された材料であることがわかる。尚、参考までに図1に市販されている従来の低発熱セメントとこの発明の低発熱水硬性材料(本材料)の水和熱と圧縮強度の関係を示す。図1において、従来の低発熱セメントは、中庸熱や高ビーライト系の低発熱セメント、また、高炉スラグやフライアッシュを混合した二成分及び三成分系低発熱混合セメントの水和熱分布を示すものである。

発明の効果

0026

この発明によって、埋立処分されている廃コンクート微粉を、低発熱水硬性材料として強度特性を損うことなく、大量に処理することが可能となり、資源の有効活用、並びに埋立地枯渇の解消に大きく貢献することができる。

図面の簡単な説明

0027

図1従来の低発熱セメントとこの発明の低発熱水硬性材料の水和熱と圧縮強度の関係を示す図である。

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