高強度コンクリート用混和材としての籾殻灰の利用 石 果

三盛大塵物資源紀腰   第22号：63〜69   平成11年3月15日  

高強度コンクリート用混和材としての籾殻灰の利用  

石 果   覚  

三盈大学生物資射撃部  

UtilizationorRieeIまuskAsha．sanAdmixtureinHiさ沖−StrengthConc王−ete  

SatortlIsHIGURO  

Facu托yoi−Bioま・eSOul・CeS，MieUniversity，Tsu，Mie514−8507，Japa王1  

Abstraet  

RicehuskashproducedbycontrolledfieidburnlngOperationsweregTOundinaba11  

millぎor60min andused asa parもialcementreplacementmaもerialror high・St】〜ength  

concrete．SeveralproperLies sucllaS Chemicalcompositions，SpeCifie surrace areas，  

particle・SizQdlstribuもionsaヱIdX−1・aydifrractionpatter】10rもheashweredetermined・1 he   streng血developmentoftileCOnCreteCO11はil血gupも045％ricehusjくaShbyweig・htofthe   LotalcQmentingmat￠rialwasalsoinves鹿aもed．でherollowingresulとS＼、rereObはined・  

（1）The7−day，28−dayand択一day compressivestrengとhsoftherice husl（aSh concret￠  

werehigherthantho姦eorthecontroIconcreもewithouもricehuslくaSh．  

（2）Tl1828・daymaxまmumcompressivモラSもreng・thsor血￠COnCreteSWer￠54MPa，71MPa  

and87MParortheconcreもeswithwater−Cementingmaterialratiowas50％，40％and30  

％，reSpeChvely．  

（3）Thedosageorsuperplasticizerinconcl、eteincreasedastheashconぬ−tOilthecemenト   1ng・materialincreased．  

KeyⅥJords：RicelluSkash・Compressivestrength・Concrete・Admまxもure・  

Superplasticizer  

トの各種哺性好一−3・1路◆26），および研究展望14・i5｝などが報告さ   れており，これらの研究結果から，コンクリート周混和   材としての籾殻灰の有用性が明らかにされている。   

籾殻は籾欝燈の約25％を占め，また，籾殻の成分組   成のうち灰分は，籾唐織燥質麹の約17％を占めている1）。  

したがって，籾殻を燃焼させて熱利用する場合や焼即処   分する場合には多魔の灰が発生する。このため，籾殻灰   をセメントの血・部と置換してコンクリートへ利用するこ   とができれば，セメント使用魂の節約，コンクリートの    緒  言  

稲作の副産物である籾殻は，稲作地域においては毎年   多蔑に排出され，古くから遮光分野をはじめとして多方   面でその有効利用が行われているトさ）。籾殻の有効利用   の洲・環として，籾殻灰をコンクリート用混和材として利   用する研究が，ME重〉汀Aらにより1970年代中頃から始め  

られたい㌔．匡l勾でほYAⅣiAMOllOらの研究T）が最初であ   る。既に籾殻灰の製造方法やそれらを混入したコンクリー  

さI三成ユ1年1月6日受想   津市上蘭】町15ユ5  

石 jヨ去  

朗  

品質改乱 農業削産物の有効利用などの効用が期待でき   る。また，高炉スラグ，フライアッシュおよびシリカフェー   ムなどのコンクリート用混和材の利用が容易でないアジ   アの稲作地域においては．毎年多駿に排出される籾殻は，  

コンクリート用混和材の候郁として有望と考えられる。   

適切な焼成温度灸件下で得られた籾殻灰は，……一般的に   二酸化ケイ素の含有率が高く，また，優れたポゾラン活   性を督している。既往の矧勾の研究においても，籾殻灰   を混入したコンクリ【卜は，無混入の場合に比べて強度   の増大することが報哲されている。しかしながら，これ   らの粕てき摘事例では，ほ縮強腰が50M‡〉a以下の潜通徹肢   コンクリートを対象とした研究肱汎汎2：き・25）が多く，高地皮   コンクリートを対象した研究2t）ほ少ない。そこで本研究   では，60MPa以上の高地度コンクリートを対象として，  

コンクリートの配合ならびに強度に及ぼす籾殻灰職人の   彩轡を綱ペた。  

実験方法    1．籾殻灰の製造方法   

本実験に用いた籾敷灰は，タイのバンコクから約   1501くmの場所で壁癒され，製鉄所における溶銑の断熱   材として日本に輸入されたものである。この籾殻灰の製   造過程は，1）現地における籾殻の集荷，2）籾殻の選別，  

水槽での水洗いおよび乾煉，3）屋根付きの野焼き場にお   いて籾殻を白色灰化するまで長時間かけて燃焼（燃焼鳩   の戯高温度は900〜1000℃），4）焼き作業完了後の籾殻   灰の集観，5）締い分けによる籾殻灰の選別，6）製品の袋   弛めなどの芋版による（Fig．1劉現）。  

（c）  

Fig．1．Productionorricehuskash．（a）‡‡eapsorricelluSksg・atlleredinfields．（b）Ridg・e−  

Shaped heap of rice htlS】くS WaS burntin the hut utilizlng Only tlle Selr heat oll   burning・．（c）A代肝the burningopel・atio！1SWereCOmpleとed，theash was cooled   し1】1derat】mOSPheI、ic te】npeIへature．（d）ユえice husk ash obtained consists or＼Vhitish   grains．   

商強度コンクリ岬卜伸朗油化しての籾殻灰の利用   65  

司肇殻灰の化学成分（セメント協会機準試験方法：ケイ   級質原料劇化学分析方法による）および基本常時物性は，  

rrab】elのとおりである。この純米によると，籾殻灰は約   92％の二酸化ケイ紫を含有していることがわかる。また，  

籾駿灰は二酸化ケイ素を三】三成分としているため，比叡は   一般的に石英ガラスと同程度の植（2．2〜2．3）を示す2 ゝ−。  

′llablel．Ch￠micalanalysIS and physical   Pl、0‡）erLiesorrice主1uSkasll    2．籾殻灰の特性   

籾殻灰各コンクリート川混和材として利用するに当た   り，まず，ポー肌ルミルによる籾殻灰の粉存繊恍を調べた。  

ここでは，籾殻灰1蝕官をポールミルにより120分間粉   砕し，その途中5〜10分聞瞞でサンプリングした粉砕試   料の粒腰寮塙（マイクロトラック法による）と比表面机  

（プレ岬ン空気透過試験法による）を測定した。Fig．2   およびFig．3にそれらの結果を示す。これらの紙果か  

ら，60分までは粉聯細jの増加に伴い粒度や比表面積   の値は大きく変化するが，60分から12（）分までは粉砕   時間を長くしても値の変化は小さいことがわかった。こ   のような粉砕相性を考慮して，粉砕＝別号i沌10分および   60分とした2種矧凍籾殿灰をそれぞれ400lくgj3よび   2001咽製造した．このうち，本研究で札．粉砕時間60   分の籾霧塗灰を実験に様相した。   

∴ リ≡ノ二三・■∵∴l∵・こ三三H∵二ごこご   ‖⁚     ‖      ﹁      ハ nU n凸     nU     ﹂．     nソ︼  

籾殻灰のヨ三成分である∴酸化ケイ塞は，非晶質なもの   はどポゾラン効果が大きいといわれている．そこで，籾   殻灰の粉末Ⅹ矧メ潮子により構成物質の確蒙患家を行った．  

粉末X繰回折図をF痩．4に示す。この結果によると，  

15〜25皮イ」 近のピ⊥クの形状からガラ宥隊の存在が推   定される。また，結鼠欝である石英のピ…クが明鰍こ認   められるが，これは，既往の文献㌣においても指摘して   いるように，籾殻ぷ付着した微細な粘土鉱物の影轡であ   るとも考えられる。  

3．コンクリートの配合   

商銀度コンクリートの材料として，普通ボルトランド   セメント（比亜3．16，粉末皮3320cmソg），川砂（比   叡2．58，租粒率2．87），砕石（比窮2．84，粗相率6．67），  

水道水，ポリカルポン練糸高性能A償淑水利（標準形）  

および混和材として紛紳峰聞郁分の籾恕続を使翔した。   

実験に汀往、たi2種類のコンクリ…ト（A〜1J）の配合   を11と1blQ2に示す。ここでは，籾殻灰を結合材磐ぬ  

（セメント十籾殻灰）の内判りで叔大射欺，30％および   

1   11）   l川l  

l）aI・tiぐIesi￡eく〃‖）〉  

ドig．2．Pal、もicle−Siヱe dist‡、it）utioIIS Ol、Ⅰ・ice   huslくaSilpOWdeI・S gI・Oun（1roI−Var卜   ous tim（うduI・atio11S．  

5      ハリ     qU     ハU     ︹り     ハリ  3︿﹁Uリムソ︼−−  

ハ柚て壱む〟ヨ霊夢山d空電七誘U㌫⁝U鼠s  

3rl   i；り   9（j   12†）  

Gれm抽1が血㌦11−ユ∫l）  

ドig．3．Err（うCtOrgr‖1（lirlgLimeof−Ⅰ、icehtまSk   as‡1011Si）eCiric su‡・i−ace aγealneaS−  

Llred bv Biain（）111eth（〕d．  

石 鼠   66  

材を加えて再度締り混ぜを行った。この後，空気室圧力   方法（容麹1 リットル）により空鼠鼠の測定を行った。  

また，手練りによる練り混ぜ時のフレッシュコンクリー   トの状態を観察し，軟らかさの程度や粘性の大小などの   性状を判定した。   

コンクリート供試体（供試体数3個）の作製には，政   経7．5cm，高さ15cmの型枠を用いた。コンクリート   は2層に分けて型枠に結めることとし，突き樽で各層   10回突いた後，さらに側面を木槌で打撃して締め固め   た。圧縮試験用供試体には，打込み後】．2時間以上経過  

してからキヤッピングを施し，材齢2【ヨで脱型した後．  

試験財鵬（7日，281ヨおよび91日）まで標準水中藤生   を行った。引張試験用には直径7．5cm，高さ約11．5cm   の供試体を作製し，材齢28日まで概準水中塾生を行っ   た。コンクリートの圧縮および引張強度試験は，それぞ   れ，JISÅ1108およびJISAll13に準じて行った。  

結果および考察    1．圧縮強度   

材齢7巨l，28日および911ヨにおけるコンクリートの   圧縮強度を，それぞれ，Fig．5（a）〜（c）に示す。これら   の結果から，籾殻灰混入コンクリートの圧縮強度は，い  

5 1（）   20   30   40   ＄0   6〔）  

（2β）   

yig．4．X・ray d描raction pattern or ric8   huslくaSh 

15％（それぞれ 水結合材比は50％，40％および30％）  

まで混入したコンクリートを作製した。また，各配合に   おける単位水麹を岡山とするため，高性能AE減水剤   をメーカ推奨の使用恩職欄内（結合材質麹の3％以内）  

で温和し，コンクリートの空気恩と軟らかさ扮程度を調   整した。納骨材率ほ，Aにおいて45％，B〜Lにおい   て40％とした。  

4．コンクリート試験の概要   

コンクリートの練り混ぜにはステンレス容器を用い，  

一バッチ51トットルとした。まず，手練りによりモルタ  

ルを適当な軟らかさになるまで練り混ぜ，つぎに，粗骨  ずれの水絵合材比および材齢においても，無混入コンク  

Table2．Mixproportionsorconcrete  

UniもCOnとe   Properlies of 

RlゴÅ  

Airrreshconcrete…  

Mix門札   CO油血  

1予ine  

（％）   

aggregaiセ    viscosity  

tency   

A  0  50  ユ′6B  336 妾 0   791  1056 董1．01   4．O m（）dium   mediulれ    ユ68  286董 50   695  1139  3．70   3，1套medium   m（）dium   

B  15  50      C  30  回  ユ68  235 101   687  1126 董6．72   2．9妄 stifr   medium   

D  45  50  ユ．68  185 塁151   680  1114 重犯1   3．2蔓medium   medilユm   

】≡  0  40    16B  420室 0   676  11．07 妻1．68   3．0  medまtlm  medium   

y  5  40    168  399董 21   672  1101…2誹   3．0  medium  medium    G  田  40    16a  357塁 63   666  109†  8．40  3．9  m（）dium  meditlm   

H  25    16B  315  105を659   1080  ユ2．6  4．3  medium  11ig】1   

ロ  30  40   

J  0    30    】68  560  0 巨 629   103j〉 屋 5．6   3．6  Sp！−eadable  11igh   

K   30   

1′68星532   28  625  1024 再．52   3．5  ーSp‡ eadable  lligil   

L  田    30  168 要 476   84  617  1010 茎16．8   3．7  Spl・eadable  ＼7erさrlligh   

●Maximumsizeoぎeoarse払gg‡・egate：20汀川軋  ‥Concrete5＼VerePr叩aredinllandmixl咽．   

高強度コンクリート用混和材としての籾殻灰の利用   67  

合材比30％における無収入のもの（一）より強度が大きい  

ことである。すなわち，氷結合材比を10％小さくした   場合の強度増大効果に比べて，籾殻灰を混入したことに   ょる効果が麒潜に現れている。このような圧縮強度の増   大は，籾殻灰のポゾラン効果によるものと考えられる○  

さらに，籾殻灰を混入したコンクリートは，無収入のも   のに比べてプリーディングが減少するため22・2ユ），コンク  

リートの確実性が改酋されることも強度増大の仙一因であ   ると推察される。  

2．引張強度   

コンクリートの引娘強度をFig．5（d）に示す。材齢28   日の引張強度は，籾駿灰を混入することによって増大し   ており，庄締強度と同様に籾殻灰混入の効果が認められ   リートに比べて増大することがわかった。また，材齢  

28‡ヨの段大庄締強度は，水結合材比30％，40％および   50％において，それぞれ，87MPa，71Mpaおよび   54MPaであり，水結合材比30％および40％のものほ   60MPa以上の商強度となった。このことから，籾殻灰   は高強度コンクリート用混和材として十分に利用可能で   あると考えられる。   

氷結合材比50％のコンクリート（A〜D）は，各村齢   において混入率30％で圧縮強度のピークを示し，水練   合材比40％および30％のものでは，本実験における最   大の混入率で圧縮強腰の股大植を示した。注姫すべき点  

としては，氷結合材比40％における籾殻灰混入率30％  

のコンクリート（Ⅰ）は，いずれの材齢においても氷結  

0  5  

︵夕空冨︶阜賢名誉還簑賀首OU  

AB CD E yGHI JXL   Mixno．  

AB C D E FGHI   Mixno．  

5  

︵絹針苫︶ぷ忘宏h一Sむコ告ぎ  

A B C D 】王yGHI JKL  

MまⅩnO．  

J二KL   

A B CD E F G王iI  

Mix no．  

FigふCom即eSSiveandtensilesもren離hsoでconcr飢￠Saもdiでferent喝eS  

石 累   党   68  

た。また，材溢2さ＝三‡における引張と圧縮の強度比は   1／10〜ユ／15であり，コンクリートが高強度になるは   ど強度比は小さくなる傾l紆を示した。  

3．籾殻灰混入コンクリートの配合   

コンクリ仰トにおける高性能AE減水剤の使用二級吼  

′rable2の健からわかるように，水結合材比が同じであ   れば籾殻状況入率が大きくなるほど増大した。このこと   から，籾殻灰を商強度コンクリート用混和材として利用   する場合には，コンクリ脚卜の配合において高軌機A‡王   減水剤を併用することが必教と考えられる。   

また，フレッシぶ．コンクリ…トの練り混ぜ時の状態か   ら，炊らかさの程度や粘性の大小などの性状を判魔し，  

それらの結果を′rable2に表した。炊らかさの程度は，  

手練りにより曹適程度の軟らかさに練り混ぜができたも   のを普通（A，Jう，D〜H），少し敬い練り混ぜ状態を硬執   り（C，I），粘性が大きくて流動性を示したものを商流   動（汀〜1ノ）として大別した。なお，Ⅰ．は特に粘性が大  

きかった。これらの結果から，籾殻伏混入コンクリート   においては，結合材腰吏飢馴rlに伴って粘性が大きくなる   傾向，また，水結合材比の小さい配合で，かっ，高性能   AH減水剤掛使用数の多い配合において商流側になる傾   向が認められた。  

和文要約  

高強度コンクリート用混和材としての籾愈紋の利用に   ついて研究した。まず，実験に使用した籾患灰の製造方   法，基本物軋 粉砕特性およびX線1掛野などの結果に   ついて述べた。つ勘こ，この槻殻灰と高位絶A】三城水   利を使用して水結合材比30％，40％および50％の商強度  

コンクリートを作製し，材舶7軋 28‡〕および91日に   おいて強度試験を実施した。   

粗殻灰混入コンクリートのぼ恥強度は，いずれの水結   合材比および材齢においても，タ托∈混入コンクリートに比   べて増大した。また，樹齢2モ＝；箋の籾殻灰混入コンクリー  

トの叔大圧縮強皮ほ，水結合材比30％，40％および50  

％において，それぞれ，87Ml？a， 71M‡コaおよび   5砧4】ノ）aとなり，腐蝕皮を示した。本研究結果から，籾   殻灰は，l矧触陀Aじ減水剤を戒用することにより，高   強度コンクリート用棍㈲材として利用可能であることを   確認した。  

謝  辞  

本研究で示した籾凝灰製造の琴釦ま，ミッキ産業有限   会社の満水文雄様より提供頂いたものである。また，籾   殻灰の粉砕ならびに分析に㈹しては，住友大阪セメント  

（株）の小林茂広様にご協力を頂いた。ここに記して感   謝の恵を表する。  

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