JP2004075454A

JP2004075454A - 高炉水砕スラグ細骨材及び高炉水砕スラグの固結防止方法

Info

Publication number: JP2004075454A
Application number: JP2002237520A
Authority: JP
Inventors: Seita Kamikawa; 上川　清太; Kazunori Nabekura; 鍋倉　和則; Masato Mazawa; 真沢　正人; Akira Katayama; 片山　彰
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-16
Also published as: JP3731571B2

Abstract

【課題】固結防止剤（固結遅延剤）を使用することなく高炉水砕スラグ細骨材特有の固結を防止できるようにして、高炉水砕スラグ細骨材の管理を容易にするとともに、高炉水砕スラグのコンクリート用細骨材への有効利用性を向上させる。
【解決手段】高炉水砕スラグを０．６ｍｍ通過質量百分率が１２％以下になるように湿式篩い分け装置５で湿式分級した後、淡水で洗浄する。同じ篩いの上流側で分級、下流側で洗浄すると良い。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート用細骨材として用いられる高炉水砕スラグ細骨材、及びそれに供する等の目的で固結性を改善する高炉水砕スラグの固結防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉水砕スラグは、枯渇が懸念されている天然砂の代替として広く使用されているが、欠点として長期間保存すると固結する性質がある。特に、高炉水砕スラグ細骨材は、粒形改善のために軽破砕するため、微粒分が多くなり固結する性質が顕著になる。高炉水砕スラグ細骨材が固結すると、吸水率が高くなり、密度は小さくなって品質が著しく低下し、コンクリートの製造に支障をきたす。また、サイロなどの貯蔵びんに入れた高炉水砕スラグ細骨材が固結すると、排出口が詰まり、供給できなくなるという問題が生じる。
【０００３】
高炉水砕スラグが固結するのは次のような理由による。
スラグのガラス質が湿潤状態では徐々にＣａ^２＋の溶出があって、長期にわたるｐＨの上昇、微粒分からのより急速なＣａ^２＋の溶出などが刺激剤の役割を果たし、アルカリ刺激を受けると、ＳｉＯ_４四面体の網目状構造をしたＳｉＯ_２の鎖状環が切れて溶解が始まり、ＳｉＯ_２の網目状構造に閉じ込められているカルシウム、アルミニウムなどの網目修飾イオンが溶出する。一旦この反応が開始されると、溶解した高炉水砕スラグからアルカリが供給され、自らのアルカリ成分でアルカリ性を持続し、水和反応が進行して硬化するからである。
【０００４】
そこで、高炉水砕スラグのこのような潜在的水和硬化性による固結を防止するために、従来より種々の方法が提案されている。
例えば、特公昭５８−３５９４４号公報には、脂肪族オキシカルボン酸、脂肪族オキシカルボン酸塩或いはこれらの二種の混合物を重要成分とした固結防止剤を用い、これを水にて希釈した後、高炉水砕スラグにスプレー処理又は混練機で練り混ぜる、或いは希釈水の中にスラグを浸漬する方法が開示されている。
【０００５】
また、特公昭５８−３５７３５号公報及び特開昭５８−９９１４６号公報には、リグニンスルホン酸又はその塩を含有する固結防止剤を高炉水砕スラグに散布混合する方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような固結防止剤は、コンクリートを凝固遅延させる界面活性剤でもあるため、過度に使用するとコンクリートの凝結を遅らせる等、その品質に悪影響を及ぼす。また、ベルトコンベア上から高炉水砕スラグ細骨材に固結防止剤を噴霧すると、ベルトコンベア上の高炉水砕スラグ細骨材全体に一律に行き渡らせることは困難である。その結果、固結防止剤が高炉水砕スラグ細骨材全体に均一に混合されないため、高炉水砕スラグ細骨材の固結防止効果が偏り、薄れると固結防止効果が弱く、濃いとコンクリートに悪影響を生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、固結防止剤を用いずに固結を防止できる高炉水砕スラグ細骨材と、生産管理が容易で、単純な方法で連続的に固結防止処理を行える高炉水砕スラグの固結防止方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高炉水砕スラグの固結特性を研究し、固結防止剤のように化学的に固結を抑制するのではなく、物理的に高炉水砕スラグの活性を落とすことで、固結を抑制しようという観点から、硬化反応の面積（比表面積）を小さくすれば、硬化反応を抑制できるという知見を見出し、次の（１）〜（４）のような本発明に到達したものである。
【０００９】
（１）０．６ｍｍ通過質量百分率を９％以下に粒度調整した高炉水砕スラグからなることを特徴とする高炉水砕スラグ細骨材。
（２）０．６ｍｍ通過質量百分率を１２％以下に粒度調整した高炉水砕スラグを淡水で洗浄したものであることを特徴とする高炉水砕スラグ細骨材。
（３）高炉水砕スラグを０．６ｍｍ通過質量百分率が９％以下になるように湿式分級することを特徴とする高炉水砕スラグの固結防止方法。
（４）高炉水砕スラグを０．６ｍｍ通過質量百分率が１２％以下になるように湿式分級し、淡水で洗浄することを特徴とする高炉水砕スラグの固結防止方法。その際の洗浄は、分級後に篩い上において行うことができ、同じ篩いの上流側で分級、下流側で洗浄すれば、効率的であるとともに、使用する装置も少なくて済む。
【００１０】
高炉水砕スラグ細骨材は、長時間野積みしておくと、セメント系水和物が生成して硬化が始まる。その硬化反応は、通常の化学反応と同様に、温度が高いほど、また反応面積（比表面積）が大きいほど、顕著となる。従って、反応面積（比表面積）が小さければ、それだけ反応も小さくなるので、高炉水砕スラグ中の微粒分が少なければ少ないほど固結防止効果があるが、本発明は、製品歩留まりと篩い効率の面で有利であることから、粒度の分級点を０．６ｍｍとしたものである。すなわち、製品歩留まりと篩い効率を確認した結果、粒度の分級点を０．６ｍｍとするのが、最も適していたからである。
【００１１】
分級したものをそのまま細骨材とする場合には、０．６ｍｍ以下の粒度分の質量百分率を９％以下に抑えないと、通常の固結防止剤（固結遅延剤）を添加した場合と同等以上の効果が得られない。
【００１２】
分級後に篩い上において淡水で水洗することにより、篩上粒子に付着している水和反応促進成分を含む吹製循環水を除去できるため、０．６ｍｍ以下の粒子分の質量百分率を１２％以下まで増加させても、通常の固結防止剤を添加した場合と同等以上の効果があることが判明した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、高炉水砕スラグを粒度調整してコンクリート用細骨材とする流れ図である。高炉水砕スラグ１は、ベルトコンベア２にて搬送され、ホッパ３を通じてフィーダ４へ投入される。フィーダ４には吹製循環水７が供給されており、高炉水砕スラグは、フィーダ４にてスラリー化されながら湿式篩い分け装置５のシーブベンド５Ａへ送られ、湿式分級される。
【００１５】
湿式分級によるオーバーサイズの高炉水砕スラグは、湿式篩い分け装置５の振動スクリーン５Ｂ上において、淡水によるシャワー８にて洗浄され、振動スクリーン５Ｂ上に残った高炉水砕スラグが製品９、つまりコンクリート用細骨材として回収され、振動スクリーン５Ｂを通過した微粉粒の高炉水砕スラグ１０は、シーブベンド５Ａによるアンダーサイズの高炉水砕スラグと共に製品から除外される。
【００１６】
分級には乾式分級と湿式分級があり、湿式分級としては、湿式サイクロン、スパイラル、湿式篩いがよく知られている。本発明者らは、種々の分級試験を行った結果、高炉水砕スラグには、湿式篩いが最も高い分級効率が得られたので、湿式篩い分け装置５を採用した。
【００１７】
一般の高炉水砕スラグは、次の表１に示すように、天然砂の粗目砂（５〜０ｍｍ）に相当するＡ品と、中目砂（２．５〜０ｍｍ）に相当するＢ品がある。
【００１８】
【表１】

【００１９】
前述のように、高炉水砕スラグ中の細粒分が少なければ少ないほど固結防止効果があるが、製品歩留まりと篩い効率の面で有利であることから、本発明では、湿式篩い分け装置５での粒度の分級点を０．６ｍｍとした。
【００２０】
そして、湿式分級後、シャワー洗浄しないで製品化する場合には、０．６ｍｍ通過質量百分率を９％以下に抑え、またシャワー洗浄して製品化する場合には、湿式分級後の０．６ｍｍ通過質量百分率を１２％以下に抑えることで、このように粒度分調整した高炉水砕スラグは、固結防止剤（固結遅延剤）を添加しなくとも、後述のように、添加した場合と同等の固結防止効果があることを確認した。すなわち、表１から、原料である高炉水砕スラグにおける０．６ｍｍ以下の粒度分布は、Ａ品で質量百分率にして２１．５〜２４．２％、Ｂ品で質量百分率にして３６．２〜３８．８％で、これをシャワー洗浄しない場合には９％以下まで下げ、またシャワー洗浄する場合には１２％以下まで下げることで、実用上満足できる固結防止効果が図れることを見出したものである。
【００２１】
図２及び図３のグラフは、Ａ品、Ｂ品のそれぞれについて分級しない元の高炉水砕スラグ、すなわち細粒除去率０％の高炉水砕スラグと、これに固結遅延剤（グルコン酸ナトリウム）を０．０１％添加したものとについて、固結の進行試験を行い、養生期間（週）と固結部分の長さ割合（％）との関係を示したものである。試験は、吹製循環水を用いて水分７％に調整した試料約３０ｋｇをペール缶（直径：２８．５ｃｍ、高さ３０ｃｍ）に充填し、ビニール袋で密閉した状態で、４０℃の恒温で養生し、一定期間（養生期間：２週、４週、６週、８週）の固結状況を調べた。試料の充填方法は、ペール缶に試料をあふれる程度に入れた後、ペール缶を５ｃｍほど持ち上げ、４回タッピングを行い、ナイフで上部を水平に均した。評価方法は、ペール缶を逆さにしてそれからの排出状況から、充填した試料長さに対する固結部分の長さ割合で示した。
【００２２】
図４及び図５は、０．６ｍｍ以下の細粒除去率を変え、それが固結速度に与える影響について、上記と同様に調べた試験例のグラフで、Ａ品の細粒除去率は１００％、８０％、６０％、４０％、０％とした。Ｂ品については細粒除去率７７％を更に追加した。すなわち、０．６ｍｍ以下を完全に除去したものを細粒除去率１００％とし、篩わないものを０％とし、その他の細粒除去率は、０．６ｍｍ以下の細粒含有量を比例で示した。実際には、表１の粒度分布を有する高炉水砕スラグを水槽に入れ、充分に撹拌後、目開き１．０ｍｍの網目の篩いに移し、手篩いで篩い試験を行った後、０．６ｍｍ以下の細粒除去率を確認した。
【００２３】
次の表２は、高炉水砕スラグ細骨材の細粒径０．６ｍｍの細粒除去率と細粒含有率との関係を示し、Ａ品の場合、０．６ｍｍ通過質量百分率を６０％除去したときの細粒含有は９％であり、Ｂ品の場合、０．６ｍｍ通過質量百分率を７７％除去したときの細粒含有は９％である。
【００２４】
【表２】

【００２５】
本試験結果から、細粒分（微粉分）が少なければ少ないほど、固結防止効果が現れている。しかし、細粒分（微粉分）を完全に除去するにはコストがかかるため、通常の固結防止剤を使用した場合と同等以上の効果を発揮する程度をもって最大値として管理するのが実用的である。このような観点から、調整水として吹製循環水を使用した場合については、図４のグラフから、Ａ品の場合は０．６ｍｍ通過質量百分率を６０％以上、図５のグラフから、Ｂ品の場合は７７％以上除去すれば、通常の固結防止剤を使用した場合と同等以上の効果になっていることから、０．６ｍｍ通過質量百分率を９％以下にすれば、充分な固結防止効果が期待できることが分かった。
【００２６】
図６及び図７は、Ａ品の場合、０．６ｍｍ以下の細粒除去率を１００％、８０％、６０％、４５％、４０％、０％と変え、Ｂ品については細粒除去率７７％を更に追加し、それぞれの細粒除去率について篩い上において淡水で洗浄し、それが固結速度に与える影響について、上記と同様に調べた試験例のグラフである。実際には、上記と同様に、表１の粒度分布を有する高炉水砕スラグを水槽に入れ、充分に撹拌後、目開き１．０ｍｍの網目の篩いに移し、手篩いで篩い試験を行った後、０．６ｍｍ以下の細粒除去率を確認し、次に淡水を使用して水洗した。
【００２７】
この場合、淡水洗浄前に０．６ｍｍ通過質量百分率をＡ品の場合は４５％以上除去、Ｂ品の場合は７７％以上除去しておけば、通常の固結防止剤を使用した場合と同等以上の効果になっており、表２よりＡ品の場合は４５％除去、Ｂ品の場合は７０％除去したときの細粒含有率は１２％であることから、０．６ｍｍ通過質量百分率を１２％以下に調整しておいて淡水（通常の工業用水）で洗浄すれば、充分な固結防止効果が期待できることが分かった。
【００２８】
図８は、洗浄水の種類が高炉水砕スラグ細骨材の固結速度に与える影響について調べた試験例のグラフである。本試験では、高炉水砕スラグ細骨材を淡水洗浄した後、淡水で水分調整したもの（種類Ａ）と、淡水に代えて吹製循環水を用いたもの（種類Ｂ）と（図１において吹製循環水のシャワー７’で洗浄）、淡水を吹製循環水と同等のｐＨ≒９．０になるようにＣａ（ＯＨ）_２水で調整したもの（種類Ｃ）を対象に、上述の試験条件で養生期間を６週間として、固結速度を調べた。
【００２９】
この試験結果から、淡水を用いた種類Ａが最も固結速度が低い。これは単にｐＨの影響だけではなく、吹製循環水中に含まれるＳＯ_４ ^−２イオンを含む付着水と高炉水砕スラグ細骨材から溶出したＣａ^＋２、Ａｌ^＋３とが反応して水和反応が促進し、エトリンガイドが生成したためと考えられる。エトリンガイドとは、セメントの水和反応の初期において、石膏の存在下でアルミン酸三カルシウムが水和するときの針状結晶生成物である。このことから、吹製循環水が付着している高炉水砕スラグ細骨材を淡水で洗浄することが、固結の抑制に著しく効果があることが分かった。
【００３０】
図１の流れ図では、湿式篩い分け装置５について、シーブベンド５Ａと振動スクリーン５Ｂとを組み合わせた場合を図示したが、分級と洗浄を１台のスクリーン上で行うことができる。図９は、それを行うバナナ型と言われる篩い分け装置１１を示す。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、０．６ｍｍ通過質量百分率を９％以下に粒度調整することにより、又は０．６ｍｍ通過質量百分率を１２％以下に粒度調整したものを淡水で洗浄することにより、固結防止剤（固結遅延剤）を使用することなく高炉水砕スラグ細骨材特有の固結問題を解消できるので、高炉水砕スラグ細骨材の管理が容易になり、高炉水砕スラグのコンクリート用細骨材への有効利用性が格段に向上する。また、固結防止剤（固結遅延剤）を全く使用しなくとも良いので、コンクリートの品質に影響を与えることがなく、信頼性の高いコンクリート用細骨材として提供できる。なお、篩い分けを行うと、アンダーサイズの微粉粒の高炉水砕スラグも得られるが、これをセメント用原料に使用すれば、粉砕効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉水砕スラグを粒度調整してコンクリート用細骨材とする本発明の一例の流れ図である。
【図２】表１に示すＡ品について、細粒除去率０％の高炉水砕スラグと、これに固結遅延剤を０．０１％添加したものとについて、固結の進行試験を行い、養生期間（週）と固結部分の長さ割合（％）との関係を示したグラフである。
【図３】表１に示すＢ品についての同様のグラフである。
【図４】Ａ品について、０．６ｍｍ以下の細粒除去率を変え、それが固結速度に与える影響について、図２の試験例と同様に調べた試験例のグラフである。
【図５】Ｂ品についての同様のグラフである。
【図６】０．６ｍｍ以下の細粒除去率を変え、更にそれぞれの場合について篩い上において淡水で洗浄し、それが固結速度に与える影響について、図２の試験例と同様に調べた試験例のグラフである。
【図７】Ｂ品についての同様のグラフである。
【図８】洗浄水の種類が高炉水砕スラグ細骨材の固結速度に与える影響について調べた試験例のグラフである。
【図９】分級と洗浄を同じスクリーン上で行うバナナ型篩い分け装置の概要側面図である。
【符号の説明】
１　高炉水砕スラグ
２　ベルトコンベア
３　ホッパ
４　フィーダ
５　湿式篩い分け装置
５Ａ　シーブベンド
５Ｂ　振動スクリーン
７　吹製循環水
７’　吹製循環水のシャワー
８　淡水によるシャワー
９　製品
１０　微粉粒の高炉水砕スラグ
１１　バナナ型湿式篩い分け装置

Claims

０．６ｍｍ通過質量百分率を９％以下に粒度調整した高炉水砕スラグからなることを特徴とする高炉水砕スラグ細骨材。
０．６ｍｍ通過質量百分率を１２％以下に粒度調整した高炉水砕スラグを淡水で洗浄したものであることを特徴とする高炉水砕スラグ細骨材。
高炉水砕スラグを０．６ｍｍ通過質量百分率が９％以下になるように湿式分級することを特徴とする高炉水砕スラグの固結防止方法。
高炉水砕スラグを０．６ｍｍ通過質量百分率が１２％以下になるように湿式分級し、淡水で洗浄することを特徴とする高炉水砕スラグの固結防止方法。
分級後に篩い上において洗浄することを特徴とする請求項４に記載の高炉水砕スラグの固結防止方法。
同じ篩いの上流側で分級、下流側で洗浄することを特徴とする請求項５に記載の高炉水砕スラグの固結防止方法。