JP2003119068A

JP2003119068A - 水和硬化体

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Publication number: JP2003119068A
Application number: JP2001314281A
Authority: JP
Inventors: Sunao Saito; 直齋藤; Noboru Shintani; 新谷　　登; Masao Nishikawa; 正夫西川; Katsunori Takahashi; 克則高橋; Masato Takagi; 正人高木; Seiji Hosohara; 聖司細原; Taho Yashiki; 多穂谷敷
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Toa Corp; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Chugoku Electric Power Co Inc; Toa Corp
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: JP4088434B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、加圧流動床式や微粉炭燃焼式の石
炭燃焼設備から発生する石炭灰を多量に使用しても、遅
れ膨張による崩壊や若令強度発現の不足が生じない水和
硬化体を提供することを目的としている。【解決手段】加圧流動床式石炭燃焼設備から発生した石
炭灰と高炉スラグ微粉末とを、水で混練してなることを
特徴とする水和硬化体である。この場合、前記石炭灰及
び高炉スラグ微粉末に、さらにフライ・アッシュを加
え、水と硬化促進剤とで混練するのが好ましい。また、
前記フライ・アッシュが、微粉炭燃焼式石炭燃焼設備か
ら発生するものであるのが良く、製鋼スラグをさらに添
加すると一層良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水和硬化体に係わ
り、詳しくは、実質的な原料に高炉スラグ微粉末及び燃
焼灰のような所謂「産業副生物」を用い、人工漁礁、海
洋ブロック等に利用可能な硬化体とする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業副生物を原料であるセメント
の一部に置き換えた水和硬化体が利用されるようになっ
てきており、その代表的な産業副生物として、各種燃焼
設備等から発生するフライ・アッシュ（炉内で飛散して
いる）、シンター灰（炉底に溜まる）等の所謂「燃焼
灰」や製鉄所から発生するスラグがある。そして、これ
らは、それぞれ高流動性（形枠内で流れ易い）を有し、
低発熱性であるという特徴を生かして、利用範囲が広が
りつつある。

【０００３】一方、これらは、基本的にセメントの混和
材として、つまり水和硬化体製造の副原料としての利用
がほとんどであり、使用量が制限されたり、利用されて
も、ＪＩＳＡ６２０１や６２０６に規定されているも
のが大半であり、規格からわずかに外れたり、使用し難
いようなものは、積極的には利用されていないのが現状
である。

【０００４】例えば、フライ・アッシュは、主に石炭を
燃料として使用する石炭燃焼設備の副産物として主に得
られており、流動性に富む等の特徴を生かして、水和時
の水使用量の減少、作業性の改善等の目的で、セメント
に混和材として少量利用されている。現在利用されてい
るこのフライ・アッシュは、従来から国内で稼動してい
る微粉炭燃焼式の石炭燃焼設備（微粉炭をガス・バーナ
から燃料ガスと共に吹き込み燃焼させる設備）から発生
するものであり、ＪＩＳには、比重が１．９５以上、比
表面積が２５００ｃｍ^２／ｇ以上、４５μｍふるい残分
が４０％以下、ＳｉＯ_２が４５質量％以上であることが
規定されている。

【０００５】ところが、最近の発電技術の進歩により、
流動床式石炭燃焼設備（石炭等の燃料をガスで流動化さ
せながら燃焼する炉）を設けた新しいタイプの発電所が
稼動するようになった。ここで発生する石炭灰は、従来
のフライ・アッシュに比べて、ＳｉＯ_２の含有割合（３
０〜５０質量％）が低く、ＣａＯ、ＳＯ_３の含有割合が
それぞれ１０〜３０質量％及び３．０〜１０質量％と高
い特徴があり、従来のＪＩＳ規格をほとんど充足せず、
水和時の固化状態も異なるので、有効利用の途が十分確
立されていない。また、ＣａＯ、ＳＯ_３の含有割合が高
いことは、固化の点では有利と考えられるが、一方で、
水和時に未反応のＣａＯが固化体中に残存し、配合量に
よっては、遅れ膨張（水和開始からかなりの時間経過後
に固化物が膨張してくる現象）、膨れ等が起こってしま
い、水和硬化体を実際に製造する際の障害になる。

【０００６】そのため、用途として、従来の一般的なフ
ライ・アッシュと同様に、セメントの一部に置きかえる
方法が検討され、例えば、特開平１１−１２０００号公
報は、加圧流動床からの石炭灰を混和材として使用し、
高強度のコンクリートを得る技術を開示している。ただ
し、その石炭灰は、比表面積が１００００ｃｍ^２／ｇ以
上と非常に細かい粒度のもののみに限定されており、そ
れ以外に発生する比表面積が２０００〜４０００ｃｍ^２
／ｇといったクラスの石炭灰は、使用が難しいものと思
われている。また、この比表面積が２０００〜４０００
ｃｍ^２／ｇの加圧流動床から発生する石炭灰を再利用す
る技術としては、特開平１１−１１９９３号公報に開示
されたものがある。その技術では、比表面積２０００−
４０００ｃｍ^２／ｇの石炭灰はセメントを混合しなくて
も固化が可能であり、産業副生物の有効利用という観点
では、大変優れた技術であった。

【０００７】しかしながら、混練時に使用する水の量
を、最適含水比の＋０〜５％に制限されるので、硬化体
の製造時には、振動締めによる固め等の機械力を付与す
る必要があった。したがって、その技術は、別途特別な
装置を必要とし、一般的なセメント・コンクリートの施
工に汎用することは難しいという課題が残されていた。
そして、この課題は、加圧流動床から発生する石炭灰の
みに当てはまるわけではなく、これと類似した組成及び
特性を有する燃焼灰の全般における問題でもあった。

【０００８】上記した加圧流動床から発生する石炭灰に
対して、ＪＩＳに規定されたフライ・アッシュは、広範
な用途に使用されている。特に、そのフライ・アッシュ
は、多くの粒子が球形に近い形状であるため、高流動性
のコンクリートの混和材として利用されたり、また、セ
メントに比べて水和時の反応熱が小さいため、低発熱性
のコンクリートの混和材として用いられている。

【０００９】このように、従来の微粉炭燃焼式石炭燃焼
設備から発生するフライ・アッシュも様々な用途がある
が、その用途のほとんどは、セメントの一部を置換する
程度であったり、土壌の改良等、あまり硬化体としての
強度を要求されないようなものであった。これは、Ｓｉ
Ｏ_２が富んだ組成となっているため、ＣａＯ−ＳｉＯ _２
−Ｈ_２Ｏ系の反応物を形成させる水和反応の速度が極め
て遅く、言い換えると、水和硬化体にした際に強度の発
現が遅いという課題があるからである。この課題に対し
ては、従来は、ほとんどこの特性が許容される用途、あ
るいは使用量を制限することによって対応してきたの
で、上述したように、セメントの一部置き換えや土壌改
良等に限定使用されてきたが、現実的な解決策は何ら見
出されていないのが現状である。当然、硬化促進剤等を
用いることによって反応速度を改善することは可能であ
るが、それは、セメントと置きかえる意義や経済性の観
点からは現実的な方法とは言えず、結局、硬化体の若令
強度（水養生の開始から数日しか経過していない時の強
度）が低いことは依然として課題として残されたままで
あった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、加圧流動床式や微粉炭燃焼式の石炭燃焼設備か
ら発生する石炭灰を多量に使用しても、遅れ膨張による
崩壊や若令強度発現の不足が生じない水和硬化体を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、まず加圧流動床式石炭燃焼設備から発生し
た石炭灰を使用して、コンクリートと同じような成形時
の作業性を確保するため、特開平１１−１１９９３号公
報に比べて含水比を高く、つまりＪＩＳＡ１１０１で
規定するスランプコーン試験によるスランプ値が１５ｃ
ｍ以上になるまで水を加えて水和成形を行った。その結
果、施工当初は問題なく成形、脱枠できたが、水中で養
生していると硬化体に亀裂が発生し、最終的にはその亀
裂が深く進行してしまった。この原因を調査したとこ
ろ、予想されていた通り、ＣａＯの遅れ膨張に起因する
割れであると推定できた。このように、加圧流動床から
発生するスラグを主体として、一般のコンクリートのよ
うな成形時の作業性を確保しようとすると、使用し難い
硬化体となってしまうことが判明した。また、従来の微
粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生した石炭灰を原料の５
０重量部以上として、テスト的に硬化体の若令強度を調
査したところ、配合によっては、２８日強度が２０Ｎ／
ｍｍ^２以上になるにもかかわらず、３日強度は、３Ｎ／
ｍｍ^２にも満たないような極めて低いことが確認され
た。

【００１２】そこで、発明者は、かかる石炭灰を原料に
した水和硬化体の亀裂発生防止及び若令強度の向上につ
いて鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
すなわち、本発明は、（１）加圧流動床式石炭燃焼設備
から発生した石炭灰と、高炉スラグ微粉末とを、水であ
るいは水及び硬化促進剤で混練してなることを特徴とす
る水和硬化体。（２）前記石炭灰と前記高炉スラグ微粉
末の混合比率が質量比で、１〜６：１〜２であることを
特徴とする（１）記載の水和硬化体、（３）前記水和硬
化体が、製鋼スラグを含有してなることを特徴とする
（１）又は（２）記載の水和硬化体、（４）前記石炭
灰、前記高炉スラグ微粉末及び前記製鋼スラグの混合比
率が、質量比で２〜６：１〜４：１０〜１７であり、且
つ、該石炭灰及び該高炉スラグ微粉末の合計含有量に対
する石炭灰の質量比が０．４〜０．８５であることを特
徴とする（３）記載の水和硬化体である。

【００１３】また、本発明は、（５）前記石炭灰とフラ
イ・アッシュと前記高炉スラグ微粉末とを、水であるい
は水及び硬化促進剤で混練してなることを特徴とする水
和硬化体、（６）前記石炭灰、前記フライ・アッシュ及
び高炉スラグ微粉末の混合比率が質量比で１〜６：２〜
８：１〜６であることを特徴とする（５）記載の水和硬
化体、（７）前記フライ・アッシュが、微粉炭燃焼式石
炭燃焼設備から発生するものであることを特徴とする
（５）又は（６）記載の水和硬化体、（８）前記水和硬
化体が、製鋼スラグを含有してなることを特徴とする
（５）〜（７）のいずれかに記載の水和硬化体、（９）
前記石炭灰、前記高炉スラグ微粉末及び前記製鋼スラグ
の混合比率が質量比で２〜６：１〜４：１０〜１７であ
り、且つ該石炭灰及び該高炉スラグ微粉末の合計含有量
に対する石炭灰の質量比が０．４〜０．８５であること
を特徴とする（８）記載の水和硬化体である。

【００１４】さらに、本発明は、（１０）前記製鋼スラ
グが、粉粒状の溶銑予備処理スラグであることを特徴と
する（３）、（４）、（８）又は（９）記載の水和硬化
体、（１１）前記水を除く全配合原料に、アルカリ金
属、アルカリ土類金属の化合物、水酸化物、硫酸塩、塩
化物及びセメントから選ばれた１種又は２種以上を、全
配合原料の１００μｍ以下の量に対して１〜２０質量％
添加してなることを特徴とする（１）〜（１０）のいず
れかに記載の水和硬化体、（１２）前記混練後、水蒸気
を含む４０〜１０５℃の雰囲気下で０．５〜２４時間養
生してなることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれ
かに記載の水和硬化体でもある。

【００１５】本発明によれば、加圧流動床式や微粉炭燃
焼式の石炭燃焼設備から発生する石炭灰を多量に使用し
ても、それらに高炉スラグ微粉末を混合するようにした
ので、遅れ膨張による崩壊や若令強度の発現不足が生じ
ない水和硬化体を安定して供給できるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１７】まず、本発明は、硬化体の原料として、そ
の基本成分に加圧流動床から発生する石炭灰と高炉スラ
グ微粉末とを併せて使用することを特徴とする。加圧流
動床から発生する石炭灰は、前記したようにＣａＯに富
んだ組成となっているため、水和反応性は極めて優れて
いる一方で、遅れて水和生成したＣａ（ＯＨ）_２等が崩
壊の原因となっている。そこで、発明者は、原料に適切
にＳｉＯ_２を添加することによって経時的にＣａＯ−Ｓ
ｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系の水和反応を生ぜしめ、問題を解決す
ることに想到し、種々のＳｉＯ₂含有物質について実験
と検討を重ねた結果、高炉スラグ微粉末が最適であるこ
とを見出した。

【００１８】高炉スラグ微粉末は、非晶質であり、且
つ、組成もＣａＯとＳｉＯ_２を共に含有し、ＣａＯの比
率がセメントに比べると低いという特徴がある。また、
一方で、ＳｉＯ_２が極端に多い組成でないので、水和の
初期から反応が起きる。通常、高炉スラグ微粉末は、非
晶質であるため、アルカリ刺激を受けないと反応性が高
まらないが、加圧流動床式の石炭燃焼設備から発生する
石炭灰は、ＣａＯがリッチであり、水和によってＣａ
（ＯＨ）_２ができれば、水酸基によってアルカリ性を呈
することとなり、つまり、高炉スラグ微粉末との反応を
促す状態が生じることとなるのである。

【００１９】ここに、加圧流動床式の石炭燃焼設備から
発生する石炭灰及び高炉スラグ微粉末の混合比率は、質
量比で１〜６：１〜２とするのが好ましい。その理由
は、該石炭灰の混合量がこの適正比率の下限より少ない
（逆に言えば、高炉スラグ微粉末の混合量がこの適正比
率の上限より大きい）場合は、水和初期の反応性改善効
果が薄く、その上混練後の混合体の粘性がやや高くなっ
て流し込み等による成形時の作業性が低下する傾向があ
るからである。また、前記石炭灰の混合量がこの適正比
率の上限より大きい（逆に言えば、高炉スラグ微粉末の
混合量がこの適正比率より小さい）場合は、硬化体の遅
れ膨張を抑制し切れない場合があること、並びに硬化体
の強度も不足する場合があるためである。

【００２０】さらに、加圧流動床式石炭燃焼設備から発
生する石炭灰と高炉スラグ微粉末との組み合わせによる
硬化体は、初期強度の発現にも優れているので、この特
徴を利用すれば、特別な化学混和剤等の高価な原料を用
いずに、微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生する石炭灰
等のフライ・アッシュを使用した硬化体の若令強度が低
い問題を解決できる。そこで、本発明では、さらに加圧
流動床石炭燃焼設備から発生する石炭灰とフライ・アッ
シュ（好ましくは微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生す
る石炭灰）と、これに高炉スラグ微粉末を加えた３種類
の組み合わせになる水和硬化体をも提案する。このよう
な三者の組合せにより、広い組成範囲で良好な硬化体の
製造が可能となると共に、フライ・アッシュ単独ではあ
まり有効に作用しなかった長期でのＳｉＯ_２の存在によ
る水和反応が、理由は明確でないが、順調に作用し、硬
化体の長期養生後の強度が向上する効果もある。言いか
えると、加圧流動床式石炭燃焼設備から発生する石炭灰
と高炉スラグ微粉末とを組み合わせることによって、加
圧流動床式石炭燃焼設備から発生する石炭灰を多量に使
用しても、成形時の流動性をコンクリートの施工時のよ
うに確保しながら、安定した硬化体を作ることができ、
さらに、これに微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生する
石炭灰等のフライ・アッシュを組み合わせると、フライ
・アッシュ、とりわけ微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発
生する石炭灰の問題点であった硬化体の若令強度を改善
できると同時に、本来微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発
生する石炭灰が持っていた長期にわたる高強度化も図れ
るようになる。

【００２１】ここに、加圧流動床式石炭燃焼設備から発
生した石炭灰、フライ・アッシュ及び高炉スラグ微粉末
の混合比率が、質量比で１〜６：２〜８：１〜６である
ことが好ましい。

【００２２】その理由は、加圧流動床式石炭燃焼設備か
ら発生した石炭灰の混合量がこの適正比率の下限より少
ない場合は、水和初期の反応性改善効果が薄く、一方、
その上限を超えると、硬化体の遅れ膨張を抑制し切れな
い場合があるからである。また、フライ・アッシュの混
合量がこの適正範囲の下限より少ない場合は、長期養生
後の強度改善があまり期待できない上に、硬化体の遅れ
膨張を抑制し切れない場合があり、一方その上限を超え
ると、硬化体の若齢強度の発現が十分でない場合がある
からである。

【００２３】さらに、高炉スラグ微粉末の混合量がこの
適正比率の下限より小さい場合は、硬化体の強度が不足
する傾向があり、一方その上限を超えると、混練後の混
合体の粘性がやや高くなって流し込み等による成形時の
作業性が低下する傾向があるからである。加えて、加圧
流動床式石炭燃焼設備から発生した石炭灰の混合量がこ
の比率より大きい場合は、硬化体の強度が不足する場合
もあるためである。

【００２４】本発明では、上述した加圧流動床式石炭燃
焼設備から発生した石炭灰と高炉スラグ微粉末を主原料
とする水和硬化体、あるいは加圧流動床式石炭燃焼設備
から発生した石炭灰とフライ・アッシュと高炉スラグ微
粉末とを主原料とする水和硬化体のいずれの場合におい
ても、原料にさらに砂利や砂等の通常の骨材を組み合わ
せることによって、コンクリートとまさに同様に使用す
ることができる。さらに、本発明の原料は、それぞれ比
重が３以下であり、セメントの３．１６に比べると軽い
ので、製鋼スラグのような比重の重い原料と組み合わせ
ることも有効である。また、製鋼スラグは、粒径が１．
１８ｍｍ以下のものとするのが望ましい。１．１８ｍｍ
以下の製鋼スラグは、フライ・アッシュや高炉スラグ微
粉末との反応性が高く、硬化体の強度の向上に有利だか
らである。その製鋼スラグとしては、転炉スラグ（転炉
での溶鋼溶製時に発生するスラグ）、溶銑予備処理スラ
グ（溶銑を転炉へ装入する前に予め脱珪、脱燐、脱硫処
理し、それらの処理で生じるスラグ）等を用いることが
できるが、より好ましくは、溶銑予備処理スラグであ
る。その理由を以下に列挙すると、（ａ）溶銑予備処理では、操業中にＭｇＯを添加しない
ので、元来ＭｇＯ濃度が低く、且つＣａＯ／ＳｉＯ_２が
低いので、若干含まれるＭｇＯもほとんどＣａ_２ＭｇＳ
ｉ_２０_７として存在する。従って、ｆｒｅｅ−ＭｇＯ相
がほとんど存在しない。（ｂ）ＣａＯ／ＳｉＯ_２が低く、且つＰ_２０_５濃度が高
いために、ｆｒｅｅ−ＣａＯ濃度が低い。従って、ｆｒ
ｅｅ−ＣａＯによる水和膨張性も低く、製鋼スラグ中の
ｆｒｅｅ−ＣａＯの水和膨張に起因する硬化体の割れ、
粉化、変形、強度低下などの問題を一掃することができ
る。（ｃ）ｆｒｅｅ−ＭｇＯ相がほとんど存在しないので、
スラグ自体が柔らかく、粉砕し易い。（ｄ）微粉の溶銑予備処理スラグの働きで、溶銑予備処
理スラグと高炉スラグ微粉末、フライ・アッシュとが反
応し易くなり、硬化体はより高強度になる。

【００２５】加圧流動床式石炭燃焼設備から発生した石
炭灰と高炉スラグ微粉末とを主原料とし、これに製鋼ス
ラグを組合せ使用する場合、あるいは加圧流動床式石炭
燃焼設備から発生した石炭灰とフライ・アッシュと高炉
スラグ微粉末とを主原料とし、これに製鋼スラグを組合
せ使用する場合のいずれにおいても、該石炭灰、高炉ス
ラグ微粉末及び製鋼スラグの混合比率が質量比で２〜
６：１〜４：１０〜１７であり、且つ該石炭灰及び該高
炉スラグ微粉末の合計含有量に対する石炭灰の質量比が
０．４〜０．８５であることが好ましい。

【００２６】その理由は、製鋼スラグを含む場合であっ
ても、石炭灰の混合量がこの適正比率の下限より少ない
場合は、高炉スラグ微粉末の反応を促進するアルカリ化
作用が不十分となり、強度不足となる場合があり、一方
その上限を超えると、硬化体の遅れ膨張を抑制し切れな
い場合があるからである。

【００２７】また、製鋼スラグを含む場合であっても、
高炉スラグ微粉末の混合量がこの適正比率の下限より小
さい場合は、硬化体の強度が不足する傾向があり、一方
その上限を超えると、混練後の混合体の粘性がやや高く
なって流し込み等による成形時の作業性が低下する傾向
があるからである。

【００２８】さらに、製鋼スラグの混合量が、この適正
範囲の下限より少ない場合は、本質的な強度は問題ない
ものの、比重を増大する効果が限定されてしまう上に、
微細クラックが発生する場合がある。一方、製鋼スラグ
の混合量がこの適正範囲の上限を超えると、結合力が低
下して、強度の不足が生じる場合があるからである。ま
た、石炭灰の混合量がこの比率より大きい場合は、硬化
体の強度の不足する場合もあるためである。

【００２９】石炭灰及び高炉スラグ微粉末の合計含有量
に対する石炭灰の質量比を０．４〜０．８５とするの
は、該石炭灰の質量比が０．４未満では、製鋼スラグを
含む場合には、高炉スラグ微粉末の反応促進が不十分な
場合があり、０．８５を超えると、やはり製鋼スラグを
含む場合に遅れ膨張の抑止が不十分となるからである。

【００３０】さらに、本発明では、水和硬化体を製造す
る水を除く全配合原料に、アルカリ金属、アルカリ土類
金属の酸化物、水酸化物、硫酸塩、塩化物及びセメント
から選ばれた１種又は２種以上を、高炉スラグ及びフラ
イ・アッシュの合計含有量に対し、１〜１０質量％添加
する。本発明に係る配合原料は、加圧流動床式石炭燃焼
設備から発生する石炭灰、あるいはさらに製鋼スラグを
使用することによって、特定のアルカリ刺激剤を加えな
い場合でも、高炉スラグ微粉末の反応が促され、水和に
よる固化反応が進行する。ただし、安定した製造や、養
生時間の短縮など、実際の工程を考慮した場合には、ア
ルカリ刺激による反応促進は極めて有効な手段である。
そのため、アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物、
水酸化物、硫酸塩、塩化物及びセメントから選ばれた１
種又は２種以上を１質量％以上添加して、硬化体の固化
を促進し、養生に要する時間を短縮することができる。
しかし、２０質量％を超えて添加しても、その添加効果
が減り、また、資源の再利用の観点から好ましくなく、
さらに、過剰に入れ過ぎた場合には、硬化体（漁礁等を
海中に）を設置した近傍がアルカリ性を呈することにな
るため、環境を逆に損なう可能性もある。なお、ここで
セメントを利用することも含めているが、高炉スラグ微
粉末及びフライ・アッシュの合計含有量に対して２０質
量％を上限としている。つまり、本発明の硬化体は、そ
の主体が、高炉スラグ微粉末、加圧流動床式石炭燃焼設
備から発生する石炭灰及び微粉炭燃焼式石炭燃焼設備か
ら発生する石炭灰であり、従来あるような、セメントの
一部を高炉スラグ微粉末及び／又はフライ・アッシュで
置換したような混和材利用コンクリートとは全く異なる
ものである。セメントを主体とした場合、長期にわたっ
て周辺の土壌を強アルカリ性に変じてしまうが、本発明
のように、添加剤として使用すれば、アルカリ化の影響
も大幅に減じることができ、住環境、植生環境にも寄与
することができる。

【００３１】さらに、本発明では、上記した原料を混練
した後、水蒸気を含む４０〜１０５℃の雰囲気下で０．
５〜２４時間養生する。水蒸気を含む４０〜１０５℃の
雰囲気下で０．５〜２４時間養生することにより、短時
間で著しく強度が高くなるためである。水蒸気を含む雰
囲気とは、大気中に水蒸気を含む雰囲気はもちろんのこ
と、例えば窒素ガス、ＣＯ₂ガス等、またはこれらの混
合ガスに水蒸気を含む雰囲気でも良い。この時の相対湿
度は６０％以上にすることが好ましい。より短時間で強
度が高くなるためである。また、空気等の他のガスを含
まない水蒸気１００％の雰囲気、すなわち水蒸気を直接
吹き込んでも良い。なお、飽和水蒸気４０℃未満では、
強度向上効果が低く、また１０５℃以上では不経済とな
るため好ましくない。なお、混練物を型枠に流し込んだ
後、すぐに水蒸気を含む４０〜１０５℃の雰囲気下で
０．５〜２４時間養生しても良く、あるいは脱枠可能な
強度になるまで大気中などで養生後、脱枠した後に水蒸
気を含む４０〜１０５℃の雰囲気下で０．５〜２４時間
養生しても良く、さらに即時脱型により成形後に水蒸気
を含む４０〜１０５℃の雰囲気下で０．５〜２４時間養
生しても良い。なお、水蒸気を含む４０〜１０５℃の雰
囲気下で０．５〜２４時間養生後の養生方法については
特に限定しない。

【００３２】上記のような配合原料で、特に製鋼スラグ
の使用量を増やして硬化体を製造する場合には、コンク
リートと同様に単位容積質量が２３００ｇ／ｍ^３以上の
硬化体が、また製鋼スラグの使用量を減らした場合でも
単位容積質量が２０００ｇ／ｍ^３の軽量な硬化体を、気
泡剤などの化学混和剤や人工軽量骨材を使わずに得るこ
とができる。その際、コンクリートと同様な比重の原料
であれば、通常コンクリートが用いられているような海
洋ブロックや護岸材料等に使用することが可能である。
一方、軽量な原料は、軟弱地盤用に設置するブロック
や、コンクリートの裏込め材料等の重いと沈んでしまう
ため軽量性が要求される部材に利用することが可能であ
る。通常、骨材に該当する原料の配合量が少ない場合に
は、硬化体に収縮割れ等が起きるが、本発明に係る配合
では、加圧流動床式石炭燃焼設備から発生する石炭灰の
膨張傾向や微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生する石炭
灰の収縮緩和により、特別な問題もなく、骨材量を低減
することが可能である。

【００３３】

【実施例】以下に、表１に組成を示す加圧流動床式石炭
燃焼設備から発生する石炭灰、微粉炭燃焼方式石炭燃焼
設備から発生する石炭灰及び高炉スラグ微粉末を用いて
の実施例と比較例を説明する。（実施例１）配合原料として、加圧流動床式石炭燃焼設
備から発生する石炭灰（粒径０．１ｍｍ以下）、ＪＩＳ
Ａ６２０６に規定される高炉スラグ微粉末、溶銑予備
処理スラグ（１．１８ｍｍ以下の溶銑脱燐スラグ）及び
アルカリ刺激剤を水と共に混練して、４０×４０×１６
０ｍｍの型枠に流し込み、これを２０℃の水中で養生を
して硬化体を製造した。配合物中の各原料の含有量、比
率、混練水の添加量及び得られた硬化体の２８日養生後
の強度、９１日養生後の強度を表２に一括して示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】（実施例２）配合原料として、加圧流動床
式石炭燃焼設備から発生する石炭灰（粒径０．１ｍｍ以
下）、ＪＩＳＡ６２０６に規定される高炉スラグ微
粉末、溶銑予備処理スラグ（１．１８ｍｍ以下の溶銑脱
燐スラグ）及びアルカリ刺激剤を水と共に混練して、１
００ｍｍφ×２００ｍｍの型枠に流し込み、これを２０
℃の水中で養生をして硬化体を製造した。配合物中の各
原料の含有量、比率、混練水の添加量及び得られた硬化
体の２８日養生後の強度、９１日養生後の強度及び表面
ひび割れ状況を表３に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】（実施例３）配合原料として、加圧流動床
式石炭燃焼設備から発生した石炭灰（粒径０．１ｍｍ以
下）、微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生したフライ・
アッシュ（粒径０．１１ｍｍ以下）、ＪＩＳＡ６２
０６に規定される高炉スラグ微粉末、溶銑予備処理スラ
グ（１．１８ｍｍ以下の溶銑脱燐スラグ）及びアルカリ
刺激剤を水と共に混練して１００ｍｍφ×２００ｍｍの
型枠に流し込み、これを２０℃の水中で養生をして硬化
体を製造した。配合物中の各原料の含有量、比率、混練
水の添加量及び得られた硬化体の３日養生後の強度、２
８日養生後の強度、表面乾燥比重、９１日養生後の強度
及び表面ひび割れ性状を表４に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】（比較例）配合原料として、ＪＩＳＡ
６２０６に規定される高炉スラグ微粉末、加圧流動床式
石炭燃焼設備から発生した石炭灰（粒径０．１ｍｍ以
下）、微粉炭燃焼式石炭燃焼設備から発生したフライ・
アッシュ（粒径０．１ｍｍ以下）、溶銑予備処理スラグ
及びアルカリ刺激剤を、本発明に係る配合の範囲から外
れる含有率の条件で水と共に混練して型枠に流し込み、
これを２０℃の水中で養生をして硬化体を製造した。配
合物中の各原料の含有量、比率、混練水の添加量及び得
られた硬化体の３日養生後の強度、２８日養生後の強
度、表面乾燥比重、９１日養生後の強度及び表面ひび割
れ性状を表５に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】実施例１では、加圧流動床石炭灰と高炉ス
ラグ微粉末とを組み合わせることによって、いずれも２
８日強度で１８Ｎ／ｍｍ^２以上と、実用に十分な強度を
確保することが出来ている。実施例２では、２８日強度
で１５Ｎ／ｍｍ^２以上で、ほとんどが１８Ｎ／ｍｍ^２を
クリアしており、十分な特性が得られている。また、時
間が経過すると共に強度が上昇し、表面の性状を観察し
ても、クラック等は認められず、今回の配合は長期の安
定性も十分な特性が得られている。

【００４３】これに対して、加圧流動床石炭灰をコンク
リートのように流動させた比較例１では、９１日時点で
大きなクラックが入り、長期安定性が十分ではない。ま
た、加圧流動床石炭灰が多い比較例２においては、２８
日強度と９１日強度を比較するとほとんど増加しておら
ず、表面にも微細クラックが発生している。それらは、
全く使用不可能というわけではないが、長期的に強度が
向上していないこと、クラックの発生等から、硬化体
は、やや劣った特性となっている。

【００４４】また、実施例３には、加圧流動床石炭灰、
フライ・アッシュ、高炉スラグ微粉末を使用した配合例
の場合が示してある。本発明に係る配合では、硬化体の
２日養生強度が３Ｎ／ｍｍ^２以上と、若令での強度の立
ち上がりも順調であり、フライ・アッシュの課題である
若令強度も十分得られている。２８日では、硬化体の強
度は、１５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、９１日ではいずれも
２０Ｎ／ｍｍ^２以上となっている。これは、フライ・ア
ッシュを入れていない実施例２に比較しても、長期強度
の伸び率は高く、クラックの発生もほとんどないことか
ら、耐久性の観点で、さらに優れた特性が得られている
と判断される。これに対し、比較例３，４のような高炉
スラグ微粉末が配合していない場合には、硬化体を２８
日養生しても、ほとんど強度が発現していない。また、
比較例５，６のような加圧流動床石炭灰を配合していな
い場合では、硬化体の長期強度と耐久性は問題ないもの
の、３日養生後の強度が２Ｎ／ｍｍ^２以下と、若令強度
が不十分であり、実際の施工の際の作業効率が大きく低
下すると予想される。また、比較例７、８のように、加
圧流動床石炭灰、フライ・アッシュ、高炉スラグ微粉末
の３種類を組み合わせたものの、やや配合が理想的な範
囲と異なる場合においては、２種類の原料だけを組み合
わせた場合に比べると、課題は改善される傾向になる
が、やや劣る傾向が見られる。比較例７のように、フラ
イ・アッシュが多く、高炉スラグ微粉末も少ない配合で
は、硬化体の若令強度がやや不足しており、また、配合
例８の加圧流動床石炭灰が多い配合では、硬化体の９１
日強度の向上がやや少なく、表面にもヘアー・クラック
が見られた。それらは、いずれも使用可能なものの、理
想的な配合に比べると使用条件が限定される。また、表
２〜４の実施例８、１６、２１の配合について、表６に
示す条件Ａ〜Ｅ（本発明の範囲）及び条件Ｆ〜Ｈ（本発
明の範囲外で、蒸気養生なしも含む）で蒸気養生を実施
したものの７日強度の値を表７に示す。また、表７に
は、蒸気養生を行わない場合の２８日強度との比も合わ
せて示す。

【００４５】

【表６】

【００４６】

【表７】

【００４７】表７より、本発明の蒸気養生条件であるＡ
〜Ｅの場合については、蒸気養生後７日で蒸気養生しな
い場合の２８日強度に相当する強度が得られているが、
条件Ｆ〜Ｈの場合では、その強度に達しておらず、強度
発現の促進効果が不十分であることが明らかである。

【００４８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明により、加
圧流動床式石炭燃焼設備から発生した石炭灰と高炉スラ
グ微粉末を組み合わせて使用することによって、コンク
リートと同様の作業性、施工性を確保しながら、ひび割
れや長期耐久性の問題もなく、１８／ｍｍ^２レベル以上
の強度を確保した水和硬化体が得られるようになる。ま
た、加圧流動床式石炭燃焼設備から発生した石炭灰と高
炉スラグ微粉末にフライ・アッシュを組み合わせると、
硬化体の長期耐久性をより優れたものにすることがで
き、加えて、フライ・アッシュの課題であった初期強度
が低い点の改善することができる。これによって、原料
のほとんどに産業副生物を用いても、混和剤等や特殊な
装置を用いずに、通常のコンクリートと同様な作業性と
強度のある硬化体を提供できることになる。これら硬化
体は、路盤材、土木材、人工石、海洋ブロック、その他
コンクリート代替品として使用可能であり、軽量性が要
求される軟弱地盤へ設置する海洋ブロック、漁礁やコン
クリート裏込め材としても利用可能である。以上のよう
に、本発明は、資源の再利用、環境の向上等に寄与する
ところが大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 22/06 Ｃ０４Ｂ 22/06 Ｚ 22/12 22/12 22/14 22/14 Ａ 40/02 40/02 (72)発明者齋藤直広島県広島市中区小町４−33 中国電力株式会社内 (72)発明者新谷登広島県広島市中区小町４番33号中国電力株式会社内 (72)発明者西川正夫東京都千代田区四番町５東亜建設工業株式会社内 (72)発明者高橋克則千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者高木正人千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者細原聖司千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者谷敷多穂岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4G012 PA26 PA27 PA29 PB03 PB09 PB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧流動床式石炭燃焼設備から発生した
石炭灰と、高炉スラグ微粉末とを、水であるいは水及び
硬化促進剤で混練してなることを特徴とする水和硬化
体。
【請求項２】前記石炭灰と前記高炉スラグ微粉末の混
合比率が質量比で、１〜６：１〜２であることを特徴と
する請求項１記載の水和硬化体。
【請求項３】前記水和硬化体が、製鋼スラグを含有し
てなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水和硬
化体。
【請求項４】前記石炭灰、前記高炉スラグ微粉末及び
前記製鋼スラグの混合比率が、質量比で２〜６：１〜
４：１０〜１７であり、且つ、該石炭灰及び該高炉スラ
グ微粉末の合計含有量に対する石炭灰の質量比が０．４
〜０．８５であることを特徴とする請求項３記載の水和
硬化体。
【請求項５】前記石炭灰とフライ・アッシュと前記高
炉スラグ微粉末とを、水であるいは水及び硬化促進剤で
混練してなることを特徴とする水和硬化体。
【請求項６】前記石炭灰、前記フライ・アッシュ及び
高炉スラグ微粉末の混合比率が質量比で１〜６：２〜
８：１〜６であることを特徴とする請求項５記載の水和
硬化体。
【請求項７】前記フライ・アッシュが、微粉炭燃焼式
石炭燃焼設備から発生するものであることを特徴とする
請求項５又は６記載の水和硬化体。
【請求項８】前記水和硬化体が製鋼スラグを含有して
なることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の
水和硬化体。
【請求項９】前記石炭灰、前記高炉スラグ微粉末及び
前記製鋼スラグの混合比率が質量比で２〜６：１〜４：
１０〜１７であり、且つ該石炭灰及び該高炉スラグ微粉
末の合計含有量に対する石炭灰の質量比が０．４〜０．
８５であることを特徴とする請求項８記載の水和硬化
体。
【請求項１０】前記製鋼スラグが、粉粒状の溶銑予備
処理スラグであることを特徴とする請求項３、４、８又
は９記載の水和硬化体。
【請求項１１】前記水を除く全配合原料に、アルカリ
金属、アルカリ土類金属の化合物、水酸化物、硫酸塩、
塩化物及びセメントから選ばれた１種又は２種以上を、
全配合原料の１００μｍ以下の量に対して１〜２０質量
％添加してなることを特徴とする請求項１〜１０のいず
れかに記載の水和硬化体。
【請求項１２】前記混練後、水蒸気を含む４０〜１０
５℃の雰囲気下で０．５〜２４時間養生してなることを
特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の水和硬化
体。