JP2013139367A

JP2013139367A - セメント系混合材

Info

Publication number: JP2013139367A
Application number: JP2012001008A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Jinnai; 浩陣内; Yasushi Yoshida; 泰吉田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】製造過程における二酸化炭素の排出量の低減化を可能とし、かつ、高品質なコンクリート製品を製造することを可能としたセメント系混合材を提供する。
【解決手段】普通ポルトランドセメントに、比表面積が２８００〜３２００ｃｍ^２／ｇの範囲にある高炉水砕スラグ、比表面積が３３００〜３７００ｃｍ^２／ｇの範囲にある無水石膏、および、７５μｍのふるい通過率が８０％以上である炭酸カルシウムを混合してなるセメント系混合材であって、前記普通ポルトランドセメント、前記高炉水砕スラグ、前記無水石膏および前記炭酸カルシウムの質量比が、それぞれ５０％〜５５％、３５〜４０％、４〜５％および４〜６％の範囲内で混合されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメント系混合材に関する。

近年、建設材料を製造する過程における二酸化炭素の排出量を抑制する技術開発が望まれている。

そのため、コンクリート製品に関しても、セメントの製造からコンクリートの硬化体が製造されるまでの過程において、二酸化炭素の排出量の低減化が可能な技術が多数開発されている。

例えば、特許文献１には、普通ポルトランドセメントと、比表面積が１５００〜３６００の範囲内の高炉水砕スラグ粗粉と、膨張成分とが、それぞれ質量比２０〜６９％、２５〜６５％、６〜１５％で混合されたセメント系混合材が開示されている。

また、特許文献２には、セメントと、少なくとも２種類以上の低炭素性材料（シラス、シラスバルーン、ガラスバルーン、バイオマスボイラ灰、フライアッシュ、シリカフューム、硫酸リチウム、ギ酸カルシウム、高性能減水剤、高炉スラグ等）とが、質量比９７：３〜７０：３０の配合で含有されたセメント系混合材が開示されている。

特開２００７−２１７１９７号公報特開２０１１−２０７６８６号公報

前記従来のセメント系混合材は、セメントの利用率を低減させることで、二酸化炭素の排出量の低減化を実現しているものの、強度低下や、硬化時の収縮が大きくなることが懸念されていた。

そのため、本発明は、製造過程における二酸化炭素の排出量の低減化を可能とし、かつ、高品質なコンクリート製品を製造することを可能としたセメント系混合材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のセメント系混合材は、普通ポルトランドセメントに、比表面積が２８００〜３２００ｃｍ^２／ｇの範囲にある高炉水砕スラグ、比表面積が３３００〜３７００ｃｍ^２／ｇの範囲にある無水石膏、および、７５μｍのふるい通過率が８０％以上である炭酸カルシウムを混合してなるセメント系混合材であって、前記普通ポルトランドセメント、前記高炉水砕スラグ、前記無水石膏および前記炭酸カルシウムの質量比が、それぞれ５０％〜５５％、３５〜４０％、４〜５％および４〜６％の範囲内であることを特徴としている。

かかるセメント系混合材によれば、製造過程における二酸化炭素の排出量の低減化が可能となり、かつ、硬化収縮の低減化、なおかつ、優れた強度発現性を有したコンクリート製品を提供することが可能となる。
なお、普通ポルトランドセメントの質量比が５０％を下回ると強度発現性が低下し、５５％を上回ると二酸化炭素排出量の抑制効果が低下する。また、高炉水砕スラグの質量比が３５％を下回ると二酸化炭素排出量の抑制効果が低下し、４０％を上回ると強度発現性が低下する。また、無水石膏の質量比が４％を下回ると収縮抑制効果が低下し、５％を上回ると異常膨張の危険性が生じる。さらに、炭酸カルシウムの質量比が４％を下回ると、強度改善効果が低下し、６％を上回ると流動性が低下する。

本発明のセメント系混合材によれば、製造過程における二酸化炭素の排出量の低減化を可能とし、かつ、高品質なコンクリート製品を製造することが可能となる。

本実施形態に係るセメント系結合材を使用したコンクリート試料の硬化開始時間と長さ変化量との関係を示すグラフである。本実施形態に係るセメント系結合材を使用したコンクリート試料の圧縮強度を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本実施形態に係るセメント系混合材料は、普通ポルトランドセメントの一部を、高炉スラグ、無水石膏および炭酸カルシウムに置換することで、二酸化炭素排出量の抑制し、かつ、強度発現性を確保しつつ収縮特性の改善を図るものである。

各材料の配合は、質量比で、普通ポルトランドセメントが５０％〜５５％の範囲内、高炉水砕スラグが３５〜４０％の範囲内、無水石膏が４〜５％の範囲内、炭酸カルシウムが４〜６％の範囲内である。

なお、普通ポルトランドセメントの質量比が、５０％を下回るとセメント系混合材料の強度発現が低下し、５５％を超えると、二酸化炭素排出量の抑制効果が低下してしまう。
また、高炉水砕スラグの質量比が３５％を下回ると、二酸化炭素排出量の抑制効果が低下し、４０％を上回るとセメント系混合材料の強度発現性が低下してしまう。

また、無水石膏の質量比が４％を下回ると、収縮抑制効果が低下し、５％を上回ると異常膨張の危険性が増大する。
さらに、炭酸カルシウムの質量比が４％を下回ると、強度改善効果が低下し、６％を上回るとセメントの流動性が低下してしまう。

高炉水砕スラグには、比表面積が２８００〜３２００ｃｍ^２／ｇの範囲にあるものを使用する。
なお、比表面積が２８００ｃｍ^２／ｇを下回ると、強度発現性が低下し、３２００ｃｍ^２／ｇを超えると、収縮抑制効果が低下してしまう。

無水石膏は、比表面積が３３００ｃｍ^２／ｇを下回ると必要な膨張性能を確保することができず、３７００ｃｍ^２／ｇを上回ると膨張破壊の原因となる可能性がある。
そのため、無水石膏には、比表面積が３３００〜３７００ｃｍ^２／ｇの範囲にあるものを使用する。

炭酸カルシウムには、７５μｍのふるい通過率が８０％以上の粒度のカルシウム系微粉を使用する。

カルシウム系微粉は、炭酸カルシウムの含有率が多いほど強度発現に寄与するため、含有率が９０％以上のものを使用する。なお、炭酸カルシウムの含有率が９０％未満となると、コンクリート硬化体の目標強度の確保が難しくなる。
また、カルシウム系微粉は、反応しやすい細かいものが望ましく、７５μｍのふるい通過率で８０％以上が通過できなくなると、反応性が低下し、硬化体の目標強度が確保でき難くなる。

以下、本実施形態に係るセメント系結合材の有効性を確認するために実施した実験の結果を示す。

本実験では、本実施形態のセメント系結合材を使用したコンクリート（試料Ａ）について、体積変化と圧縮強度を測定した。
なお、体積変化は、円柱状に形成されたコンクリート試料について、硬化開始時点からの長さの変化量を測定することにより行った。

また、比較例としてＪＩＳＲ５２１１「高炉セメント」に規定される高炉セメントＢ種を使用したコンクリート（比較例Ｂ）、市販の収縮低減型高炉セメントを使用したコンクリート（比較例Ｃ）についても同様の試験を行った。
なお、高炉セメントＢ種は、廃棄物置換率が高く、二酸化炭素の排出量の抑制効果を供えたものとして、知られている。

表１に試料Ａ、比較例Ｂおよび比較例Ｃのコンクリートの調合を示す。
なお、試料Ａ、比較例Ｂおよび比較例Ｃは、いずれも水結合材比を５０％とした。

図１に示すように、試料Ａが比較例Ｂに比べて、収縮量が大幅に抑制される結果となった。一方、収縮低減型高炉セメントを使用した比較例Ｃと比較すると同程度の収縮量となった。
したがって、本実施形態のセメント系結合材によれば、硬化収縮の低減化が可能であることが、実証された。

図２に示すように、試料Ａは、比較例Ｂと比較して、２８日強度および５６日強度が高い。そのため、本実施形態のセメント系結合材によれば、強度発現性に優れたコンクリートを提供することが可能である。また、９１日強度は、比較例Ｂと同等の強度であるため、本実施形態のセメント系結合材により、普通ポルトランドセメントの使用量を低下させて二酸化炭素の排出量の低減化を図るとともに、強度低下を抑制することが可能である。
なお、比較例Ｃは、試料Ａおよび比較例Ｂと比較して、強度が低く、強度が低下していることが解る。

したがって、本実施形態に係るセメント系混合材によれば、製造過程における二酸化炭素の排出量の低減化を可能とし、かつ、高品質なコンクリート製品を製造することが可能である。

なお、普通ポルトランドセメントのＣＯ_２排出量を７６６．６ｋｇ／ｔとし、高炉水砕スラグ、無水石膏および炭酸カルシウムのＣＯ_２排出量を２６．５ｋｇ／ｔとした場合において、本実施形態のセメント系混合材料について、普通ポルトラントセメントの質量比を５２．５％とした場合におけるＣＯ_２排出量を算出すると、式１に示す通りとなる。
ここで、各材料のＣＯ_２排出量は、「コンクリート技術シリーズＮｏ．６２コンクリートの環境負荷評価（その２）」、土木学会、平成１６年９月３０日発行、を参考に設定した。

766.6 kg/t×52.5％＋26.5 kg/t×47.5％＝415kg/t ・・・式１

したがって、本実施形態のセメント系混合材によれば、二酸化炭素の排出量（ＣＯ_２排出量＝４１５ｋｇ／ｔ）が、普通ポルトランドセメント（７６６．６ｋｇ／ｔ）の５０％程度となる。

Claims

普通ポルトランドセメントに、比表面積が２８００〜３２００ｃｍ^２／ｇの範囲にある高炉水砕スラグ、比表面積が３３００〜３７００ｃｍ^２／ｇの範囲にある無水石膏、および、７５μｍのふるい通過率が８０％以上である炭酸カルシウムを混合してなるセメント系混合材であって、
前記普通ポルトランドセメント、前記高炉水砕スラグ、前記無水石膏および前記炭酸カルシウムの質量比が、それぞれ５０％〜５５％、３５〜４０％、４〜５％および４〜６％の範囲内であることを特徴とする、セメント系混合材。