成果報告書詳細
管理番号20140000000501
タイトル平成23年度-平成25年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実用化開発 エネルギー・CO2 ミニマム(ECM)セメント・コンクリートシステムの研究開発
公開日2014/8/5
報告書年度2014 - 2015
委託先名株式会社竹中工務店 鹿島建設株式会社 株式会社デイ・シイ 日鉄住金高炉セメント株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約本研究開発は、鉄鋼産業の副産物である高炉スラグを反応の主材とするECMセメントとECMセメントを利用するための構造物の基礎および地上構造体を同時に研究開発し、セメントの製造エネルギーを60%以上(ポルトランドセメント比)削減するとともに、コンクリート構造物のエネルギー・CO2原単位を30%以上削減することを目的としている。
本研究開発は平成20年度-22年度に実施した先導研究の成果を基に適用構造物を明確にし、それらの構造物に適したECMセメントの研究開発と構造体に関する研究開発を実施したものである。これらの研究開発により得られた成果を以下に示す。 
1)ECMセメントの研究開発
・ECMセメントの成分構成と粒度構成の研究により、目標とする強度100N/mm2以上、Lフロー速度3cm//秒以上の性能を有する高強度ECMセメントを開発した。
・ECMセメントの成分構成と粒度構成の研究により、従来の高炉セメントより発熱が少なく、熱ひび割れ抵抗性に優れた土木用ECMセメントを開発した。
・ECMセメントの弱点である中性化を改善するため、成分中のエーライト(C3S)を増大させた低中性化ECMセメントを実現した。
・ECMセメント中の高炉スラグの粉末度を基にしたECMセメントの品質管理技術を実現した。
2)再生微粉の研究開発
・連続遊星ミルにより、再生微粉と細骨材を分離する技術を開発し、この技術を実用化する上での目標とした処理エネルギー(60kWh/t以下)を達成した。
・再生微粉を使用したセメントの研究により、目標とする強度発現性を有する微粉型ECMセメントを実現した。
3)地盤改良体の研究開発
・ECMセメントにより地盤改良体を高強度化する技術の研究を進め、現在の地盤改良体(1N/mm2)に対して約5倍(5N/mm2)の強度を有する高強度地盤改良体を実現した。
・高強度地盤改良体をポリプロピレン繊維で補強する技術の研究開発を進め、目標に近い靱性率(2.1-3.1)を有する高靱性地盤改良体を実現した。
4)コンクリートの研究開発
・高層建築への適用を目的に、高強度ECMセメントを利用した設計基準強度100N/mm2の高強度コンクリートを実現した。
・水中打設する場所打ち杭への適用を目的に、ECMセメントを用いた杭コンクリートの研究開発を実施し、従来コンクリートと同等の分離抵抗性と強度を有するコンクリートを実現した。
・土木用のマスコンクリートへの適用を目的に、ECMセメントを使用した土木用コンクリートの研究開発を実施し、目標とする低発熱性と圧縮強度を有するコンクリートを実現した。
・ECMセメントの耐久性について研究し、アルカリシリカ反応,塩化物イオンの浸透,エトリンガイト遅れ生成,酸抵抗性において、従来セメントより高性能な耐久性を確認した。
5)構造体の研究開発
・RC構造に適用した時の構造性能をRC柱の曲げせん断性能,接合部のせん断性能,耐震壁のせん断性能によって研究し、従来コンクリートを用いた場合と同等の性能を有することを確認した。
・CFT構造に適用した時の構造性能をCFT柱の曲げせん断性能,接合部のせん断性能によって研究し、従来コンクリートを用いた場合と同等の性能を有することを確認した。
上記の研究開発の成果により、地盤改良体と高強度コンクリート,杭コンクリート及び土木用コンクリートに適用できるECMセメントの組成と品質管理技術の開発に成功し、ECMセメントをこれらの地盤改良体とコンクリートに実用化できると結論した。
英文要約The aim of this study is to develop ECM (Energy CO2 Minimum) cement which utilizes blast furnance slag as a main conctitunent and to develop structural and foundational technologies for using the cement. It is expected to reduce cement production energy by more than 60% and to reduce energy CO2 foot print of concrete structures by more than 30% as a result of the cement and the technologies development. In this development work target structures for using the ECM cement were fixed at firct, then research and development work for the ECM cement and the technologies were conducted. The results abtained by the research and development work are summerised as follows.
1)R&D on ECM cement
A high-strength ECM cement which satisties the target strength of more than 100N/mm2 and L flow rate of more than 3cm/sec was developed based on research and development work for optimizing cement composition and particle cize distribution.
A civil structural use ECM cement with superior heat cracking resistance compared with conventional blast furnance slag cement was developd by reducing hydration heat of cement. Carbonation resistance of ECM cement was improved by developing a cement with increased C3S content of the Portland cement used for ECM cement activator. Some quality controlling technologies for ECM cement were develoed based on finesse controlling technique of the ground granulated blast furnance slag.
2)R&D on Recycled Powder
A technology for separating cement powder from demolished concrete was developed by using a continuous planetary mill. The developed mill showed lower operation energy than the target energy of 60kWh/t. The ECM cement using the recycled powder showed higher strength than target value when used for soil tabilization.
3)R&D on stabilized soil
A high-strength stabilized soil with compressive strength of more than 5N/mm2 was developed by some strength increasing technologies such as a special cement dispersing agent. A high-strength and ductile stabilized soil was developed by using a polypropylene fibre reinforcing technology. The stabilized soil showed ductility index of 2.1-3.1 which is slightly lower than taget value.
4)R&D on concretes
A high-strength concrete with design strength of 100N/mm2 for high-rise buildings was developed by using the high-strength ECM cement. An under water concreting technology for cast in place concrete pile was develpd by using the ECM cement. The technology resulted in the same strength and segregation resistance as conventional one. A concrete for massive civil structures was developed by using the civil structural use ECM cement. The concrete satisfied target heat evolution and compressive strength. Durability of concretes using ECM cement was studied and the results showed the concretes have superior durability compared with conventional concrete in terms of alkali-silica reaction, chloride ingress, delayed ettringite formation and acid attack.
5)R&D on structures
Structural performances of RC(reinforced concrete) structural members were studied in terms of bending shear performance of RC columms, shear performance of beam-column connection zone and shear performance of shear wall. The results of the studies showed the same performances of the members using ECM cement as those using conventional cements. Structural performances of CFT (concrete filled tube) membres were studied in terms of bending shear performance of CFT column and shear performance of beam-column connection zone. The results of the studies showed the same performances of the members using ECM cement as those using conventional cements.
Based on the research and development works above, the compositions and quality control technologies of ECM cements for high-strength concrete, cast in place concrete piles, assive civil structures and stabilized soil were successfully developed and it was concluded that ECM cement can be used for such concretes and stabilized soil.
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