JP4567473B2

JP4567473B2 - 水硬性材料

Info

Publication number: JP4567473B2
Application number: JP2005006397A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2006193367A

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用される水硬性材料に関する。

本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明で云うコンクリートとは、水硬性材料に水を加えたペースト、さらに、細骨材や粗骨材を加えたモルタルやコンクリートを総称するものである。

近年、環境問題が大きくクローズアップされている。特に、産業副産物の有効利用について、様々な試みがなされている。しかしながら、これら副産物の中には、未だに有効利用法が確立されていないものも多く見受けられる。そのひとつに、廃ガラスが挙げられる。

ガラスビンなどの廃ガラスを破砕してガラスカレットなどとして再生処理する際に発生するダスト、いわゆる廃ガラス粉末の有効利用法について十分に検討されていない現状にある。廃ガラス粉末は現在のところ廃棄物として処分されているため、廃ガラスを再生処理して得られるガラスカレットの処理コストは非常に高いものとなっている。
したがって、廃ガラス粉末の有効利用法を見出すことは、廃ガラスのリサイクリングシステムを構築する上で極めて重要である。廃ガラス粉末の有効利用法としては、これまでに、排ガス処理材として利用する方法（特許文献１）や、ポルトランドセメントに混和して利用する方法（特許文献２）などが提案されている。

しかしながら、排ガス処理材として利用する方法は、排ガス処理後に多量の残渣が発生し、結局のところ、廃棄物の発生量を低減できないという根本的な問題があった。
また、ポルトランドセメントに混和して利用する方法では、廃ガラスがアルカリ成分（NaやK）を多量に含有することより、“コンクリートのガン”と呼ばれるアルカリシリカ反応（アルカリ骨材反応）を生じ、コンクリートの耐久性や信頼性を著しく損ねるという課題があり、廃ガラス粉末の有効利用は未だに確立されていない。

特開2002-253956号公報特開2000-233961号公報

本発明者は、未だに有効利用法が確立されていない廃ガラス粉末について、その有効利用法を鋭意検討した結果、廃ガラス粉末が高炉水砕スラグ微粉末の刺激剤として作用し、良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応も抑制することを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ブレーン比表面積が4000cm ² /g以上である廃ガラス微粉末と高炉水砕スラグ微粉末とを含有してなる水硬性材料100部中、廃ガラス微粉末が5〜50部、高炉水砕スラグ微粉末が50〜95部である水硬性材料である。前記水硬性材料は、フライアッシュ、シリカフューム、籾殻灰、珪藻土、メタカオリン、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、および都市ゴミ焼却灰中から選ばれる１種または２種以上、さらに、セメントおよび／または水酸化カルシウムを水硬性材料100部中、10部以下含有することができる。また、前記水硬性材料を使用して作製したコンクリートである。

これまで有効利用法が見出されていない廃ガラス微粉末を高炉水砕スラグ微粉末と組み合わせることにより、良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応も抑制する水硬性材料とすることができる。

本発明の廃ガラス微粉末とは、特に限定されるものではなく、ガラスビンなどの廃ガラスを破砕してガラスカレットなどとして再生処理する際に発生するダストである。
廃ガラス微粉末の成分は、通常、SiO₂が主成分でその含有量はおおよそ70％程度で、その他の成分としてCaO、Na₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、MgO、SO₃、TiO₂などを含んでいる。CaOとNa₂Oの含有量は、おおよそ10％程度であり、それ以外の成分は3％以内の場合が多い。特に限定されるものではないが、SiO₂が60〜80％、Fe₂O₃が0.1〜3％、Al₂O₃が0.5〜5％、CaOが5〜20％、MgOが0.1〜5％、Na₂Oが5〜20％、K₂Oが0.1〜5％、強熱減量やSO₃が3%以下の範囲である。

本発明で使用する廃ガラス微粉末の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、廃ガラスを破砕してガラスカレットなどとして再生処理する際に発生するダストの粉末度はブレーン比表面積で2000cm²/g程度であり、これをさらに粉砕や分級を行い微粉末化し、ブレーン比表面積で4000cm²/g以上とすることが必要であり、5000cm²/g以上が好ましく、6000cm²/g以上がより好ましい。廃ガラス微粉末の粉末度が4000cm²/g未満では、強度発現性が良好でなかったり、アルカリシリカ反応の抑制が十分でない場合がある。

本発明の高炉水砕スラグ微粉末とは、高炉から副生する高炉スラグのうち、急冷されて非晶質化したものを粉砕し、微粉末にしたものを総称するものである。高炉水砕スラグ微粉末については、JISに制定されている。高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は、特に限定されるものではなく、JISで制定されているもので充分である。具体的には、ブレーン比表面積で4000〜8000cm²/gの範囲のものが好ましい。

本発明の水硬性材料における各材料の配合割合は、特に限定されるものではないが、水硬性材料が廃ガラス粉末と高炉水砕スラグ微粉末とからなる場合、水硬性材料100部中、廃ガラス微粉末5〜50部が好ましく、10〜40部がより好ましく、高炉水砕スラグ微粉末50〜95部が好ましく、60〜90部がより好ましい。廃ガラス微粉末が5部未満であったり、高炉水砕スラグ微粉末が95部を超えたりすると、強度発現性が低下する場合があり、逆に、廃ガラス微粉末が50部を超えたり、高炉水砕スラグ微粉末が50部未満であると、アルカリシリカ反応が顕在化したり、強度発現性も低下する傾向にある。

本発明では、廃ガラス微粉末と高炉水砕スラグ微粉末の他に、シリカフューム、フライアッシュ、籾殻灰、珪藻土、メタカオリン、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、都市ゴミ焼却灰の中から選ばれる１種または２種以上（以下、ポゾランという）を併用することができる。
ポゾランを併用する場合の使用割合は、特に限定されるものではないが、廃ガラス微粉末と高炉水砕スラグ微粉末の合計100部に対して、10〜100部の範囲で使用することが好ましく、30〜75部がより好ましい。前記範囲外では、得られた硬化体の強度発現性や耐久性が低下する場合がある。

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

本発明では、本発明の水硬性材料のほかに、従来から使用されている水硬性材料、例えば、各種のポルトランドセメントや、潜在水硬性物質の刺激剤として知られる水酸化カルシウムや生石灰など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。

本発明のセメントとは、特に限定されるものではなく、その具体例としては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱など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、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末などや高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上である。

しかしながら、本発明では、セメントや刺激剤を併用しなくても良好な強度発現性が得られるものであり、副産物の有効利用の観点からも、セメントや刺激剤の使用量は、水硬性材料100部中、10部以下が好ましく、5部以下がより好ましい。セメントや刺激剤を多量に併用すると、アルカリシリカ反応が顕在化する場合もある。

以下、実施例で本発明を詳細に説明する。

「実施例１」
廃ガラス微粉末と高炉水砕スラグ微粉末を表１に示すように配合して、水硬性材料を調製した。次いで、水硬性材料100部に対して、水50部、細骨材300部を加えてモルタルを調製した。このモルタルについて、圧縮強度測定とアルカリシリカ反応性試験を行った。ただし、アルカリシリカ反応性試験を行う際には、細骨材の一部（水硬性材料100部に対して30部）を反応性骨材に置換して実験を行った。なお、比較のために、高炉水砕スラグ微粉末の代わりに普通ポルトランドセメントを用いた場合についても同様の実験を行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
廃ガラス微粉末：市販の廃ガラスを微粉末化したもの、強熱減量0.8％、SiO₂が71.5％、Fe₂O₃が1.1％、Al₂O₃が2.1％、CaOが10.9％、MgOが0.6％、Na₂Oが11.9％、K₂Oが0.8％、SO₃が0.1％、ブレーン比表面積4000cm²/g
高炉スラグ微粉末：市販の高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積4000cm²/g
普通ポルトランドセメント(OPC)：市販品
水：水道水
細骨材：JIS R 5201で使用する標準砂
反応性細骨材：オパールケイ石

＜測定方法＞
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、JIS R 5201に準じて測定
アルカリシリカ反応性試験：JISA 1146に準じてモルタルバー法により、6ヶ月後の膨張率によって評価

表１より、本発明の水硬性材料を使用したモルタルは、良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応による膨張を抑制することが判る。

「実施例２」
廃ガラス微粉末30部と高炉水砕スラグ微粉末70部の合計100部に対して、表２に示すように各種のポゾランを配合して水硬性材料を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記した。

＜使用材料＞
ポゾラン(1)：市販のシリカフューム、ブレーン比表面積15万cm²/g
ポゾラン(2)：市販のフライアッシュ、ブレーン比表面積4000cm²/g
ポゾラン(3)：市販の籾殻灰、ブレーン比表面積10万cm²/g
ポゾラン(4)：市販のパルプスラッジ焼却灰
ポゾラン(5)：市販の下水汚泥焼却灰
ポゾラン(6)：市販の都市ゴミ焼却灰
ポゾラン(7)：市販の珪藻土
ポゾラン(8)：市販のメタカオリン
ポゾラン(9)：ポゾラン(1)とポゾラン(2)の等量混合物、ブレーン比表面積７万cm²/g

表２より、本発明の水硬性材料を使用したモルタルは、ポゾランを併用することにより良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応による膨張を抑制することが判る。

「実施例３」
廃ガラス微粉末30部と高炉水砕スラグ微粉末70部の合計100部に対して、表３に示すようにセメントや水酸化カルシウムを配合して水硬性材料を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記した。

＜使用材料＞
セメント：市販の普通ポルトランドセメント
水酸化カルシウム：市販の消石灰

表３より、本発明の水硬性材料を使用したモルタルは、セメントや水酸化カルシウムを併用することにより良好な強度発現性を示すことが判る。

「実施例４」
廃ガラス粉末30部と高炉水砕スラグ微粉末70部からなる水硬性材料において、廃ガラス微粉末のブレーン比表面積を表４に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記した。

表４より、本発明の水硬性材料を使用したモルタルは、廃ガラス微粉末の粉末度を大きくすると、良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応による膨張を抑制することが判る。

本発明に依れば、有効利用法が確立されていない廃ガラス微粉末を高炉水砕スラグ微粉末と組み合わせて利用することにより、良好な強度発現性を示し、アルカリシリカ反応を抑制する水硬性材料とすることができ、土木・建築分野においてセメントの代替品として広範に利用できる。

Claims

ブレーン比表面積が4000cm²/g以上である廃ガラス微粉末と高炉水砕スラグ微粉末とを含有してなる水硬性材料100部中、廃ガラス微粉末が5〜50部、高炉水砕スラグ微粉末が50〜95部である水硬性材料。
フライアッシュ、シリカフューム、籾殻灰、珪藻土、メタカオリン、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、および都市ゴミ焼却灰の中から選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１に記載の水硬性材料。
セメントおよび／または水酸化カルシウムを水硬性材料100部中、10部以下含有する請求項１または２に記載の水硬性材料。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水硬性材料を使用して作製したコンクリート。