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公開番号2025156085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2025049140
出願日2025-03-25
発明の名称導電性セメント混和材、導電性セメント組成物、および導電性水硬性組成物
出願人太平洋セメント株式会社
代理人個人,個人
主分類C04B 28/02 20060101AFI20251002BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】本発明は、炭素と四酸化三鉄の複合物の導電性を有効利用した材料を提供する。
【解決手段】本発明は、炭素と四酸化三鉄の複合物を少なくとも含む導電性セメント混和材であり、好ましくは、上記炭素と四酸化三鉄の複合物が、グラファイトを60～90質量%、Fe₂O₃を0～5.0質量%、Fe₃O₄を0～5.0質量%、Feを0.1～5.0質量%、および炭化鉄を0.1～30質量%少なくとも含む導電性セメント混和材である。また、本発明は上記導電性セメント混和材およびセメントの合計を100体積%として、上記導電性セメント混和材を5～60体積%少なくとも含む導電性セメント組成物等である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
炭素と四酸化三鉄の複合物を少なくとも含む、導電性セメント混和材。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
上記炭素と四酸化三鉄の複合物が、グラファイトを６０～９０質量％、Ｆｅ
２
Ｏ
３
を０～５．０質量％、Ｆｅ
３
Ｏ
４
を０～５．０質量％、Ｆｅを０．１～５．０質量％、および炭化鉄を０．１～３０質量％少なくとも含む、請求項１に記載の導電性セメント混和材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の導電性セメント混和材およびセメントの合計を１００体積％として、上記導電性セメント混和材を５～６０体積％少なくとも含む、導電性セメント組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の導電性セメント組成物および水の合計を１００体積％として、上記導電性セメント組成物を１０～９０体積％少なくとも含むセメントペーストである、導電性水硬性組成物。
【請求項５】
請求項４に記載の導電性水硬性組成物が、コンクリートまたはモルタルに導電性を付与する塗布材である、導電性塗布材。
【請求項６】
請求項３に記載の導電性セメント組成物、骨材、および水を少なくとも含む、導電性水硬性組成物であって、
該導電性水硬性組成物がコンクリートであれば、該導電性水硬性組成物１ｍ
３
当たり、導電性セメント組成物を２３０～１４００ｋｇ、粗骨材を５００～１２００ｋｇ、細骨材を３００～１１００ｋｇ、および水を１００～２３０ｋｇ少なくとも含み、
該導電性水硬性組成物がモルタルであれば、該導電性水硬性組成物１ｍ
３
当たり、導電性セメント組成物を２８０～２０００ｋｇ、細骨材を３５０～２０００ｋｇ、および水を２００～３００ｋｇ少なくとも含む、
導電性水硬性組成物。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を還元して生成した固体炭素を含む導電性セメント混和材、該混和材を含む導電性セメント組成物、および該組成物を用いた導電性水硬性組成物に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
経済産業省（資源エネルギー庁）の報告によれば、２０２２年にセメント製造時に排出された二酸化炭素量は約４０００万トンで、これは国内の温室ガスの総排出量の約３．５％を占める。そして、上記二酸化炭素量（約４０００万トン）の内、石灰石等の原料に由来する二酸化炭素量は約２５００万トン、セメントクリンカの焼成に用いる化石燃料に由来する二酸化炭素量は約１５００万トンである（非特許文献１）。
このような状況から、近年、セメント業界は、二酸化炭素の排出を抑制するカーボンニュートラルの一態様であるカーボンリサイクルの技術開発に、鋭意、取り組んできた。ここで、カーボンリサイクルとは、下記（ａ）～（ｃ）工程を回すことにより、セメント製造時の二酸化炭素の排出を削減することに加え、二酸化炭素を資源として捉えて、二酸化炭素の固定物（カルシウム炭酸化物等）を利活用する技術である（非特許文献１）。
（ａ）セメントクリンカの製造時に生じる排ガスの中から、二酸化炭素を分離して回収する工程
（ｂ）コンクリートの製造時に、上記回収した二酸化炭素が、コンクリート中の水酸化カルシウムやセメント水和物等のカルシウム源と反応して、二酸化炭素を固定する工程
（ｃ）コンクリート硬化体や廃コンクリート中のカルシウム源に、二酸化炭素を固定する工程
【０００３】
また、本発明者は、特許文献１、２において、下記（１）式に従い二酸化炭素と水素が反応して生成したメタンが、さらに下記（２）式に従い二酸化炭素と反応して一酸化炭素を生成した後、下記（３）式に従い該一酸化炭素の不均化により炭素が生成する三段式触媒反応システムを提案した。
メタン化反応：ＣＯ
２
＋４Ｈ
２
→ ＣＨ
４
＋２Ｈ
２
Ｏ・・・（１）
ドライ改質反応：ＣＨ
４
＋ＣＯ
２
→ ２ＣＯ＋２Ｈ
２
・・・（２）
炭素捕集反応: ２ＣＯ → Ｃ＋ＣＯ
２
・・・（３）
しかし、上記（１）～（３）式を経て生成した炭素は結晶性が低く、炭素（
Ｃ
）と（３）式の触媒である四酸化三鉄（
Ｆ
ｅ
３
Ｏ
４
）の複合物（以下「ＣＦ複合物」という。）から、炭素の単離が難しいため、ＣＦ複合物は今まで廃棄していた。
そこで、上記三段式触媒反応システムが円滑に稼働を続けるためには、ＣＦ複合物の用途開発が必要である。
【０００４】
ところで、導電性物質を含むセメントモルタルは、以前から、いくつか知られていた。
例えば、特許文献３～６は、導電性ポリマー等を含む電気防食用のセメント混和材、該混和材を含むセメント組成物、および該組成物を用いたセメントモルタルを提案する。これらの材料は、コンクリート構造物の電気防食に用いられ、従来の炭素繊維を用いた電気防食用モルタルと比べ、導電性ポリマーがモルタル内で均一に分散するから、電流は均一に流れるとしている。
しかし、導電性ポリマーは高価であるため、導電性ポリマーを含む上記セメント混和材等は汎用性に欠ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
経済産業省、経済産業局、資源エネルギー庁、“コンクリート・セメントのカーボンニュートラルに向けた国内外の動向等について”、２１頁、令和６年１０月１８日発行
David L. Chandler,“MIT engineers create an energy-storing supercapacitor from ancient materials”、MIT News, July 31, 2023,インターネット<ＵＲＬ：https://news.mit.edu/2023/mit-engineers-create-supercapacitor-ancient-materials-0731>
【特許文献】
【０００６】
特開２０２３－１４１７０２号公報
特開２０２３－１４１７０７号公報
特開２００６－２６５０３８号公報
特開２００６－２６５０４０号公報
特開２００６－２７３６０３号公報
特開２００６－２７３６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、近年、電気自動車の普及により、電気自動車が走行しながら、道路から給電する導電性コンクリート等の導電性水硬性組成物が注目されている（上記非特許文献２）。この導電性水硬性組成物は、炭素系材料としてカーボンブラックを用いて、水硬性組成物に導電性を付与するほか、水硬性組成物自体もセメント由来の導電性の鉄成分（フェライト相）を含む。
したがって、水硬性組成物に導電性を付与する材料として、ＣＦ複合物を、上記炭素系材料に代えて、または、上記炭素系材料の一部を代替して利活用できれば、ＣＦ複合物の有用な用途となりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、ＣＦ複合物を、炭素系材料に代えて、または、上記炭素系材料の一部を代替して利活用するため鋭意検討したところ、ＣＦ複合物を含む導電性セメント混和材、導電性セメント組成物、および導電性水硬性組成物は、導電性に優れることを見い出し、下記［１］～［６］の発明を完成させた。
【０００９】
［１］ＣＦ複合物を少なくとも含む、導電性セメント混和材。
［２］上記ＣＦ複合物が、グラファイトを６０～９０質量％、Ｆｅ
２
Ｏ
３
を０～５．０質量％、Ｆｅ
３
Ｏ
４
を０～５．０質量％、Ｆｅを０．１～５．０質量％、および炭化鉄を０．１～３０質量％少なくとも含む、上記［１］に記載の導電性セメント混和材。
［３］上記［１］または［２］に記載の導電性セメント混和材およびセメントの合計を１００体積％として、上記導電性セメント混和材を５～６０体積％少なくとも含む、導電性セメント組成物。
［４］上記［３］に記載の導電性セメント組成物および水の合計を１００体積％として、上記導電性セメント組成物を１０～９０体積％少なくとも含むセメントペーストである、導電性水硬性組成物。
［５］上記導電性水硬性組成物が、コンクリートまたはモルタルに導電性を付与する塗布材である、導電性塗布材。
［６］上記［３］に記載の導電性セメント組成物、骨材、および水を少なくとも含む、導電性水硬性組成物であって、
該導電性水硬性組成物がコンクリートであれば、該導電性水硬性組成物１ｍ
３
当たり、導電性セメント組成物を２３０～１４００ｋｇ、粗骨材を５００～１２００ｋｇ、細骨材を３００～１１００ｋｇ、および水を１００～２３０ｋｇ少なくとも含み、
該導電性水硬性組成物がモルタルであれば、該導電性水硬性組成物１ｍ
３
当たり、導電性セメント組成物を２８０～２０００ｋｇ、細骨材を３５０～２０００ｋｇ、および水を２００～３００ｋｇ少なくとも含む、
導電性水硬性組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の導電性セメント混和材等は、優れた導電性材料としてＣＦ複合物を有効に利活用できるから、上記三段式触媒反応システムを円滑に稼働させることができ、もって、カーボンニュートラルに資することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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