JP2005219983A - セメント硬化体用細骨材及びこれを用いてなるセメント硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、従来セメント硬化体の骨材として利用する場合に均一な製品を得難かったり、アルカリシリカ反応が生じたりするなどの問題からその使用に制限があった溶融炉スラグの選択を容易にし、溶融炉スラグを有効に活用できる上、資源の有効利用、再資源化も促進することができるセメント硬化体用骨材及びこれを配合してなるセメント硬化体を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のセメント硬化体用細骨材は、セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％であることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セメント硬化体用骨材及びこれを用いてなるセメント硬化体に関し、特に、従来では川砂等の天然骨材と比較して著しい強度不足を生じ、また、品質が一定以上の均一な製品が得難いことから使用できなかった、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化して得た、いわゆる溶融炉スラグを細骨材として有効に活用できる上、川砂等の天然骨材と比較して全く遜色が無く、しかも品質が良好で、均質な製品が得られる結果、資源の有効利用、再資源化も促進することができるセメント硬化体用細骨材及びこれを用いてなるセメント硬化体に関する。

コンクリートやモルタル等に代表されるセメント硬化体は、その歴史が約１００年にもなり、近代生活における文化社会を支えてきた主要な材料の一つであることは疑う余地が無く、もはや我々の生活に不可欠な存在となっている。

これは、セメント硬化体の材料であるセメント・砂利・砂・水等が廉価で大量に入手し易く、しかも成形性が良好であるなどの特性が、建造物を造るのに適していたからであり、又、セメント硬化体は鉄筋や鉄骨と一体になることで、耐震性、耐火性、遮音性に優れた建材になるといった利点があったからである。

このようなセメント硬化体の利点から、セメント硬化体は多岐の分野、例えば、建物の構造体、電柱、道路の舗装、コンクリートブロック塀、線路の枕木、トンネル、ダム、橋、護岸等、あらゆる分野にわたって使用されており、今後の社会においても、より一層重要な材料として、更に幅広い分野で多量に使用されていくであろうことは容易に予想されるところである。

ところで、コンクリートやモルタル等のセメント硬化体を製造するために必要とされる骨材は、当該セメント硬化体の強度、耐久性及び水密性に大きな影響を与えるものであることから、その品質には十分な配慮が必要とされるものである。

従来は、川砂、川砂利が最も品質の良い骨材とされていたが、近年、骨材資源の枯渇の問題から、海砂、海砂利、山砂、山砂利などの骨材や砕砂、砕石等の人工骨材が川砂や川砂利の代替として用いられるようになってきている。

しかしながら、海砂や海砂利は塩分の含有率が多く鉄筋などの発錆を生じさせる問題があり、又、山砂や山砂利は植物の腐食によって生じた有機不純物や軟石、泥分などを含み、セメント硬化体の品質を低下させるため、何れも真水で洗浄等する必要があり、使用や取扱が制限されるといった問題がある。

一方、岩石をクラッシャーやミルなどを用いて破砕した砕砂、砕石等の人工骨材は、比重・吸水率などの石質やセメントペーストとの付着力がよいなどの利点があることから、現在最も多く用いられているのであるが、これについても自然環境の保全運動が高まる中での原石の確保等が困難となってきており、将来的に、砕石の供給量が需要に追いつかなくなるといった問題が発生するおそれがある。

このため、最近では、減量化及びダイオキシンや重金属の無害化等を目的として、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化したいわゆる溶融炉スラグを骨材（細骨材）として用いる研究が活発に進められている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平１１−３０００８号公報 特開平１１−１８０７４１号公報 特開２００２-１３７９５４号公報

これは、現代社会において発生する一般廃棄物や下水汚泥が増大の一途を辿っており、最終処理処分場の確保の問題や不適正処理の問題と相成って大きな社会問題となっていることから、資源の有効利用、再資源化促進のための施策として、これらの焼却灰を溶融処理により固化した、いわゆる溶融炉スラグを骨材（細骨材）として用いる取り組みが盛んとなっているからである。

しかしながら、溶融炉スラグを細骨材として用いたセメント硬化体においては、溶融炉スラグの原材料となる廃棄物や下水汚泥が地域によって大きく異なるとともに溶融炉の形式にも多種多様なものがあるため、全国各地の溶融炉から産出する溶融炉スラグの物理的・化学的性質が大きく相違し、結果として品質の均一なセメント硬化体を得難いといった問題がある。

また、溶融炉スラグの種類によってアルカリシリカ反応性を発現する場合があり、このため、コンクリート用溶融スラグ細骨材標準化情報（ＴＲ）原案では、溶融炉スラグにはアルカリシリカ反応性が不明な点が多いとして、セメントの選定などによる抑制対策をとることを原則としている。

そこで、本発明者は、前記技術的課題を解決するために、全国各地の溶融炉から採取した溶融炉スラグの化学成分及び鉱物組成の特徴を比較するとともに、溶融炉スラグを細骨材として用いたセメント硬化体について、溶融炉スラグの化学組成が当該セメント硬化体に及ぼす影響について検討した結果、溶融炉スラグの各種成分のうち、特に、溶融炉スラグのガラス相中に含まれる酸化カルシウム（ＣａＯ）成分及びシリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有割合が当該セメント硬化体の強度や耐久性に大きな影響を与えるという知見を得たのである。

また、本発明者は、更に、一層安定したセメント硬化体を得るには、溶融炉スラグの各種成分のうち、特に、溶融炉スラグのガラス相中に含まれるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分の含有割合も重要であるとの知見も得たのであり、併せて、溶融炉スラグを細骨材として用いてセメント硬化体を製造する際におけるフライアッシュの配合量及びその種類について検討したところ、溶融炉スラグのガラス相中に含まれるアルミナ成分の含有量や当該セメント硬化体に配合されるフライアッシュが、当該セメント硬化体のフレッシュ性状、強度及び耐久性に大きな影響を与えるという知見も得たのである。

本発明は、前記知見に基づき完成されたものであり、従来セメント硬化体の骨材として利用する場合に均一な製品を得難かったり、アルカリシリカ反応が生じたりするなどの問題からその使用に制限があった溶融炉スラグの選択を容易にし、溶融炉スラグを有効に活用できる上、資源の有効利用、再資源化も促進することができるセメント硬化体用骨材及びこれを配合してなるセメント硬化体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るセメント硬化体用細骨材においては、セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％であることを特徴とするものである。

又、本発明に係るセメント硬化体においては、本発明に係るセメント硬化体用細骨材を配合したことを特徴とするものである。

即ち、本発明のセメント硬化体用細骨材においては、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化した、いわゆる溶融炉スラグの選択を容易にし、溶融炉スラグを有効に活用したものであり、又、本発明のセメント硬化体においては、前記セメント硬化体用骨材をセメント、水、その他の骨材及び混和剤や混和材等と共に混合し、所望の形状に成形したものである。

以下、本発明のセメント硬化体用細骨材及びこれを用いてなるセメント硬化体について順に詳細に説明する。

本発明のセメント硬化体用細骨材においては、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化した、いわゆる溶融炉スラグである。

一般に、溶融炉スラグを細骨材として用いたセメント硬化体においては、品質の均一なセメント硬化体を得難いという問題がある。

これは、溶融炉スラグの原材料となる廃棄物や下水汚泥が地域によって大きく異なるとともに、溶融炉の形式にも、ガス溶融方式、コークスベッド方式又はプラズマ方式等、多種多様なものがあり、その冷却方法についても、水冷、空冷及び徐冷などの方法があるため、全国各地の溶融炉から産出する溶融炉スラグの物理的・化学的性質が大きく相違するからと解される。

しかしながら、従来、溶融炉スラグの骨材としての適用性は、セメント硬化体の強度や耐久性の確保から検討されており、溶融炉スラグの化学成分及び鉱物組成と、セメント硬化体の長期安定性との関係を詳細に調査、検討したものは存在しなかったのである。

そこで、本発明者は、全国各地の溶融炉から溶融炉スラグを採取し、この溶融炉スラグの物理的性質（粒子の形状及び組織、ふるい分け、密度、吸水率、単位容積質量、安定性、有機不純物量、塩化物イオン量など）及び化学的・鉱物的性質（化学成分、鉱物組成、ガラス量、金属・重金属の含有形態など）を比較するとともに、当該溶融炉スラグのアルカリシリカ反応性を化学法及びモルタルバー法等により検討し、その結果、この溶融炉スラグのガラス相中に含まれる酸化カルシウム成分及びシリカ成分の含有量がセメント硬化体の品質安定性や強度更に耐久性等、当該セメント硬化体の諸特性に大きな影響を与えるという結論を得たのである。

そして、本発明者は、この理由として、ガラス相中のシリカ成分に対して酸化カルシウム成分が多い溶融炉スラグは、当該溶融炉スラグ中のガラス相の化学組成が安定し、アルカリシリカ反応が発生し難いためと判断したのである。

また、本発明者は、酸化カルシウム成分が多くなると、潜在水硬性により、セメント硬化体の強度が向上するものと判断したのである。

そして、本発明者は、更に詳しく検討した結果、特に、溶融炉スラグにおけるガラス相中の酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％の化学組成を有する溶融炉スラグが細骨材として好ましいことを見い出し、このような化学組成を有する溶融炉スラグを細骨材として選択することによって、品質安定性が確保できるうえ、強度や耐久性が一定の品質以上のセメント硬化体を得ることができる結果、極めて優れた特性のセメント硬化体が得られるとの知見を得たのである。

従って、本発明のセメント硬化体用細骨材においては、ガラス相中の酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％である溶融炉スラグを選択した点、に最も大きな特徴を有するものであり、更に好ましくは、ガラス相中の酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２７．５〜５０．５モル％で、シリカ（ＳｉＯ₂）成分が４９．５〜７２．５モル％の溶融炉スラグが好適に用いられるのであり、この範囲以外では、品質安定性の確保が困難であるうえ、強度や耐久性において、一定の品質以上のセメント硬化体を得ることが困難で、極めて優れた特性のセメント硬化体が得られないのである。

ところで、本発明者が、溶融炉スラグのガラス相中に含まれるアルミナ成分の含有量についても調査したところ、溶融炉スラグのガラス相中に含まれるアルミナ成分も、当該セメント硬化体の強度及び耐久性に重要な影響を与えるという知見も得たのである。

この理由もおそらく、前記のシリカ成分と酸化カルシウム成分の含有量の関係と同じで、即ち、ガラス相中のシリカ成分に対してアルミナ成分が多い溶融炉スラグは、当該スラグ中のガラス相の化学組成が安定し、アルカリシリカ反応が発生し難くなるためと解される。

また、本発明において、このように、アルミナ成分が多くなると、潜在水硬性によって、セメント硬化体の強度が向上するのである。

つまり、本発明のセメント硬化体用細骨材として用いられる溶融炉スラグにおいては、得られたセメント硬化体の品質安定性や強度更に耐久性等の観点から、その各種成分のうち、溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分との三成分比が重要で、他の成分はさほど影響を与えないのである。

即ち、本発明のセメント硬化体用細骨材においては、セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２２．５〜５０モル％含まれており、又、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が３０〜６５．５モル％であり、更に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分が１０〜２５モル％含まれているものが更に好ましく、特に、溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２２．５〜４５モル％含まれており、又、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が３５〜６０モル％であり、更に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分が１２．５〜２５モル％含まれているものが最も好ましく、このような化学組成を有する溶融炉スラグを細骨材として選択することによって、品質安定性が一層向上するうえ、強度や耐久性が極めて優れた品質のセメント硬化体を得ることができるのである。

ところで、本発明において、ポゾラン反応成分としては、後述するようにフライアッシュを配合しても良いのである。

本発明のセメント硬化体用細骨材として用いられる溶融炉スラグとしては、前述のものであれば、その原材料や溶融炉の種類、更に冷却方法等については、特に限定されるものではない。

しかしながら、本発明者が調査・検討したところ、冷却過程の温度履歴の関係で、冷却方法が、空冷又は徐冷によるいわゆる空冷溶融炉スラグ又は徐冷溶融炉スラグにおいては、結晶相とガラス層などが混在し、一方、冷却方法が水冷による、いわゆる水冷溶融炉スラグは、大部分が非晶質なガラス相により構成されることが確認されており、また、水冷溶融炉スラグは、シリカ分に対してカルシウム分及びアルミナ分が多い安定な化学組成となることが確認された。

従って、本発明においては、セメント硬化体用細骨材として用いられる溶融スラグとして、冷却方法が水冷による、いわゆる水冷溶融炉スラグを用いることが特に好ましい。

しかしながら、溶融炉スラグのうち、特に水冷スラグは、角張った粒形と亀裂及び気泡が多数存在していることから、ワーカビリティが低下する傾向があり、また、骨材として亀裂や気泡を生じた水冷スラグを使用すると、骨材自身の持つ欠陥のために、標準砂等の通常の骨材を使用したセメント硬化体と比較して圧縮強度が低下するという問題がある。

このため、本発明におけるセメント硬化体用骨材としては、亀裂や気泡を生じていない水冷スラグを選別して使用することが好ましい。

ところで、一般に骨材は粗骨材と細骨材とに分けられ、粒径５ｍｍ以上のものを粗骨材といい、一方、粒径５ｍｍ以下のものを細骨材といい、本発明のセメント硬化体用細骨材においては、溶融炉スラグの粉砕の程度を調整することにより、細骨材として使用することができる。

溶融炉スラグの粉砕手段としては、特に限定されるものではなく、具体的には、例えばジョークラッシャーやインパクトクラッシャー、或いはミルなどの破砕機械を用いて容易に粉砕することができる。

なお、溶融炉スラグのうち、特に水冷スラグは、特に粉砕手段を用いなくても水冷によりスラグの大部分が５ｍｍ以下の粒径となるため、細骨材として用いられ、その他の空冷スラグや徐冷スラグは、前記粉砕手段等を用いて所望の粒径に調整し、細骨材として使用することができる。

次に、本発明に係るセメント硬化体について詳細に説明する。

本発明に係るセメント硬化体においては、前記本発明に係るセメント硬化体用細骨材を配合してなることを特徴とするものである。

即ち、本発明に係るセメント硬化体においては、少なくともセメントと水を混合したものに対して、本発明のセメント硬化体用細骨材を配合したものであり、その他の細骨材や粗骨材及び混和材等を適宜配合しても差し支えはないものである。

本発明のセメント硬化体で用いられる前記セメントとしては特に限定されるものではないが、市販品のものが、製造コストや入手の容易性などの観点から望ましいのである。

このセメントにはポルトランドセメント、混合セメント又は特殊セメントが含まれるのであり、このポルトランドセメントには、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント又はこれらのセメント中の全アルカリを０．６％以下に抑えた低アルカリ型のものが含まれる。

混合セメントとしては、ポルトランドセメントのクリンカーに適当な急冷高炉スラグやボゾラン材料を組み合わせて粉砕したものであり、高炉セメント、シリカセメント又はフライアッシュセメントなどが挙げられる。

特殊セメントの代表としては、ボーキサイトにほぼ等量の石灰石を混合し、溶融焼成した後、急冷粉砕したアルミナセメントと、アルミナセメントと同じように超速硬性を有し、長期にわたって安定した強度増進を示し、高強度を期待することができる超速硬セメントとを挙げることができる。

これらセメントの中では、最も安価で、且つ入手が容易な普通ポルトランドセメントを用いることが望ましいが、その他、前記した各種のセメントから選ばれた少なくとも１種以上を単独或いは混合して用いても良いのである。

又、前記骨材としては、川砂、川砂利、海砂、海砂利、山砂及び山砂利等の天然骨材、砕砂、砕石等の人工骨材、その他軽量骨材や重量骨材或いはコンクリート屑、陶器屑、レンガ屑及び瓦屑等を粉砕してなる再生骨材等を挙げることができるのであり、本発明においては、必要に応じて、これらの骨材から選ばれた少なくとも１種以上を好適に用いることができる。

更に、混和剤としては、例えばＡＥ剤、混和剤、減水剤、高性能ＡＥ減水剤、コンクリート分離防止剤、促進剤、急結剤、遅延剤、気泡剤、発泡剤又は防錆剤等が挙げられるのであり、又、混和材としては、例えばフライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ粉末又は膨張材等を挙げることができるのであり、本発明においては、必要に応じて、これらから選ばれた少なくとも１種以上を好適に用いることができる。

なお、本発明のセメント硬化体を製造するにあたっては、打ち込み（打設）後の養生工程が必要となるが、この養生工程としては特に制限されるものではなく、常圧・常温養生、常圧・高温養生及び高圧・高温養生のいずれであってもよい。

前述のように、本発明のセメント硬化体用細骨材として用いられる溶融炉スラグとしては、更に、ガラス相中のアルミナ成分が１０〜２５モル％含まれているものが好ましいが、本発明のセメント硬化体においては、フライアッシュを配合してポゾラン反応を発生させることによってセメント硬化体が緻密になる結果、凍結融解が至極向上したり、圧縮強度が至極向上するのである。

従って、本発明に係るセメント硬化体においては、フライアッシュを配合することが好ましい。

ところで、本発明のセメント硬化体用細骨材として用いられる溶融スラグとしては、冷却方法が水冷による、いわゆる水冷溶融炉スラグを用いることが特に好ましいことは前述したとおりである。

しかしながら、溶融炉スラグのうち、特に水冷スラグは、角張った粒形と亀裂及び気泡が多数存在していることから、ワーカビリティが低下する傾向がある。

また、細骨材として亀裂や気泡を生じた水冷スラグを使用すると、当該細骨材自身の持つ欠陥のために、標準砂等の通常の細骨材を使用したセメント硬化体と比較して圧縮強度が低下するという問題があり、このため、水冷スラグを細骨材として用いる場合にあっては、亀裂や気泡を生じていない水冷スラグを選別して使用することが好ましい。

他方、フライアッシュを使用したセメント硬化体は、一般的に粘性がかなり大きくなるとともに、単位水量が大きくなることから、高性能減水剤の使用量が多くなる傾向がある。

このことは、特に、低品位のフライアッシュ、具体的に例えばＪＩＳ Ａ ６２０１のＩＶ種の品種に属するフライアッシュを使用した際において特に顕著であり、通常、この種の低品位のフライアッシュはできるだけ使用を避けることが殆どであった。

ところが、本発明のセメント硬化体においてフライアッシュを併用すると、フライアッシュにより溶融炉スラグの粒度が改善されるとともに、溶融炉スラグによりフライアッシュの粘性が低減し、この相乗効果により高性能減水剤の使用量を少なくできたり、ワーカビリティが改善されたりすることが確認されたのである。

また、フライアッシュのポゾラン反応による硬化体組織の緻密化により、セメント硬化体の圧縮強度及び凍結融解抵抗性が向上するのである。

従って、本発明のセメント硬化体については、フライアッシュを配合することが特に好ましいのであり、特に、一般的に使用が避けられてきた低品位のフライアッシュを用いることができるのである。

この場合、配合するフライアッシュの量としては、骨材として配合する本発明のセメント硬化体用骨材の１／４〜１／１程度の量とすることが望ましい。

以上説明したように、本発明のセメント硬化体用細骨材においては、セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％であることを特徴とするものである。

また、セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２２．５〜５０モル％含まれており、又、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が３０〜６５．５モル％であり、更に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分が１０〜２５モル％含まれていることを特徴とするものである。

そして、本発明のセメント硬化体用細骨材は、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化したいわゆる溶融炉スラグの選択を容易にし、そのセメント硬化体に適用しても問題が無いかを容易に判別できるので、溶融炉スラグを有効に活用できるなどの効果を奏するのである。

即ち、本発明のセメント硬化体においては、従来セメント硬化体の骨材として利用する場合に均一な製品を得難かったり、アルカリシリカ反応が生じたりするなどの問題からその使用に制限があった溶融炉スラグの選択を容易にし、溶融炉スラグを有効に活用できる上、資源の有効利用、再資源化も促進することができるなどの効果を奏するのである。

そして、本発明のセメント硬化体においては、このような本発明のセメント硬化体用細骨材を配合したことを特徴とするものであり、本発明に係るセメント硬化体用細骨材をセメント、水、その他の骨材や添加剤等と共に混合し、所望の形状に成形したものである。

本発明のセメント硬化体においては、一般廃棄物などの焼却施設から発生する焼却灰や下水汚泥の焼却灰を溶融処理により固化して得た、いわゆる溶融炉スラグを細骨材として有効に活用できる上、川砂等の天然骨材と比較して全く遜色が無く、しかも品質が良好で、均質な製品が得られる結果、資源の有効利用、再資源化も促進することができるなどの効果を奏するのである。

特に、本発明のセメント硬化体用細骨材及びフライアッシュを併用したセメント硬化体は、フライアッシュによる溶融炉スラグの粒度改善効果及び溶融炉スラグによるフライアッシュの粘性低減効果の相互作用により、高性能減水剤の使用量を少なくできたり、ワーカビリティが改善されたりすることができるのであり、また、フライアッシュのポゾラン反応による硬化体組織の緻密化により、セメント硬化体の圧縮強度及び凍結融解抵抗性が著しく向上するのである。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４及び比較例１〜５における使用材料
（ａ） セメント
セメントとして、市販のポルトランドセメント（比重：３．１６、比表面積：３３００ｃｍ^２／ｇ）を用いた。
（ｂ） 溶融炉スラグ（細骨材）
溶融炉スラグ（細骨材）として、下水汚泥を熱分解ガス化方式により溶融し、これを水冷方式で冷却してなる溶融炉スラグを用いた（ガラス相中の酸化カルシウム成分：３８モル％、シリカ成分：４５モル％、アルミナ成分：１３モル％、その他の成分：４モル％）。
（ｃ） 比較例用の骨材
（ｃ−１）通常の細骨材として一般に用いられる川砂を用いた。
（ｃ−２）都市ゴミをコークベッド方式により溶融し、これを空冷方式で冷却してなる空冷スラグを粉砕したものを細骨材として用いた（ガラス相中の酸化カルシウム成分：２０モル％、シリカ成分：６９モル％、アルミナ成分：８モル％、その他の成分：３モル％）。
（ｄ） フライアッシュ
フライアッシュとして石炭火力発電所で製造されたものを用いた。
なお、このフライアッシュの品質はＪＩＳ Ａ ６２０１のＩＶ種（低品質品）に相当するものであった。
（ｅ）粗骨材
通常の骨材として一般に用いられる陸砂利を用いた。
（ｆ）混和剤
通常の混和剤として一般に用いられる高性能ＡＥ減水剤を用いた。
実施例１

前記（ｂ）の溶融炉スラグをそのままセメント硬化体用細骨材として用い、これと前記（ａ）のポルトランドセメントとを重量比で１：３に混合し、水セメント比が５０％となるように水を加えた後、セメントの強さ試験（ＪＩＳ Ｒ５２１０）に準拠してモルタルミキサーを用いて混練し、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱試験体をテーブル型振動器で作成した。
実施例２

前記（ｂ）の溶融炉スラグから亀裂や気泡を生じていないものを選別し、これと前記（ａ）のポルトランドセメントとを重量比で１：３に混合し、水セメント比が５０％となるように水を加えた後、セメントの強さ試験（ＪＩＳ Ｒ５２１０）に準拠してモルタルミキサーを用いて混練し、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱試験体をテーブル型振動器で作成した。
実施例３

前記（ｂ）の溶融炉スラグをそのままセメント硬化体用細骨材として用い、これと前記（ａ）のポルトランドセメントとを重量比で１：３に混合し、更に、市販のフライアッシュを前記（ａ）のポルトランドセメントに対し、１／２の配合量になるように加え、水セメント比が５０％となるように水を加えた後、セメントの強さ試験（ＪＩＳ Ｒ５２１０）に準拠してモルタルミキサーを用いて混練し、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱試験体をテーブル型振動器で作成した。
実施例４

前記（ｂ）の溶融炉スラグ２０６重量部（細骨材の重量比で４０％）をそのままセメント硬化体用細骨材として用い、これに前記（Ｃ−１）の細骨材（川砂）３０８重量部（細骨材の重量比で６０％）を混合し、この混合細骨材５１４重量部と、前記（ｅ）の粗骨材（陸砂利）１０２１重量部と、前記（ａ）のポルトランドセメント３７７重量部と、更に、前記（ｄ）のフライアッシユを１４４重量部とを混合した後、水セメント比が４５％になるように、水と前記（ｆ）の混和剤２．９重量部とを加えた後、これらをパン型強制練りミキサ（練り混ぜ容量５０リットル）を用いて十分混練し、スランプが１５ｃｍで空気量が５％のＡＥコンクリートを製造して、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの矩形試験体を成形し、この矩形試験体を成形後、直ちに蒸気養生（最大温度６０℃で２時間）に供し、その後、水中養生（温度２０℃）を行なった。
比較例１

前記（ａ）のポルトランドセメントと前記（ｃ−１）の細骨材（川砂）とを重量比で１：３に混合し、水セメント比が５０％となるように水を加えた後、セメントの強さ試験（ＪＩＳ Ｒ５２１０）に準拠してモルタルミキサーを用いて混練し、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱試験体をテーブル型振動器で作成した。
比較例２

前記（ａ）のポルトランドセメントと（ｃ−２）の細骨材（空冷スラグ）とを重量比で１：３に混合し、水セメント比が５０％となるように水を加えた後、セメントの強さ試験（ＪＩＳ Ｒ５２１０）に準拠してモルタルミキサーを用いて混練し、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱試験体をテーブル型振動器で作成した。
比較例３

前記（Ｃ−１）の細骨材（川砂）を６９９重量部と、前記（ｅ）の粗骨材（陸砂利）１０５７重量部と、前記（ａ）のポルトランドセメント３８８重量部と、水セメント比が４０％になるように水と、前記（ｆ）の混和剤１．１６重量部とを加えた後、これらをパン型強制練りミキサ（練り混ぜ容量５０リットル）を用いて十分混練し、スランプが１５ｃｍで空気量が５％のＡＥコンクリートを製造して、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの矩形試験体を成形し、この成形後、直ちに蒸気養生（最大温度６０℃×２時間）に供し、その後水中養生（２０℃）を行なった。
比較例４

前記（ｂ）の溶融炉スラグ３１０重量部（細骨材の重量比で４０％）をそのままセメント硬化体用細骨材として用い、これに前記（Ｃ−１）の細骨材（川砂）４６５重量部（細骨材の重量比で６０％）を混合し、この混合細骨材７７５重量部と、前記（ｅ）の粗骨材（陸砂利）９６９重量部と、前記（ａ）のポルトランドセメント３８８重量部とを混合した後、更に、水セメント比が４０％になるように水と、前記（ｆ）の混和剤１．１６重量部とを加えた後、パン型強制練りミキサ（練り混ぜ容量５０リットル）を用いて十分混練し、スランプが１５ｃｍで空気量が５％のＡＥコンクリートを製造し、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの矩形試験体を成形し、この成形後、直ちに蒸気養生（最大温度６０℃×２時間）に供し、その後、水中養生（温度２０℃）を行なった。
比較例５

前記（ｂ）の溶融炉スラグ６３７重量部（細骨材の重量比で８０％）をそのままセメント硬化体用細骨材として用い、これに前記（Ｃ−１）の細骨材（川砂）１５９重量部（細骨材の重量比で２０％）を混合し、この混合細骨材７９６重量部と、前記（ｅ）の粗骨材（陸砂利）９３４重量部と、前記（ａ）のポルトランドセメント３８８重量部とを混合し、更に、水セメント比が４０％になるように水と、前記（ｆ）の混和剤１．１６重量部とを加えた後、パン型強制練りミキサ（練り混ぜ容量５０リットル）を用いて十分混練し、スランプが１５ｃｍで空気量が５％のＡＥコンクリートを製造して、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの矩形試験体を成形し、この成型後、直ちに蒸気養生（最大温度６０℃×２時間）に供し、その後、水中養生（温度２０℃）を行なった。

前記実施例１〜３及び比較例１・２で得られた円柱試験体の水中２０℃養生における圧縮強度の経時変化を測定した結果を表１及び図１（材齢と圧縮強度の関係）に示す。

表１及び図１に示す結果より、実施例１ないし３の円柱試験体は、細骨材として一般的に使用されている川砂を使用した比較例１の円柱試験体とほぼ同等以上の十分な圧縮強度を有し、しかも材齢に伴う強度増加が確認された。

これは、潜在水硬性の発揮によるものと解されるのであり、材齢に伴いスラグ粒子の界面が反応により緻密になり、セメントペーストとスラグ粒子との付着性状が良好になったためと解される。

特に、実施例３の円柱試験体においては、比較例１の円柱試験体以上の非常に良好な圧縮強度を有していることが確認されたのであり、これはフライアッシュのポゾラン反応による硬化体組織の緻密化により、セメント硬化体の圧縮強度及び凍結融解抵抗性が向上したことによるものと解される。

一方、比較例２の円柱試験体は、製造直後の圧縮強度が実施例１〜３及び比較例１のものと比較して著しく低く、しかも材齢に伴い強度の低下が生じていることが確認された。

また、フライアッシュを併用した実施例３のセメント硬化体は、フライアッシュにより溶融炉スラグの粒度が改善されるとともに、溶融炉スラグによりフライアッシュの粘性が低減し、この相互作用によりワーカビリティが著しく改善されていることが認められた。

前記実施例４および比較例３〜５のそれぞれの試験体を水中養生２週間後に、凍結融解試験［ＪＩＳ Ａ １１４８ 水中凍結融解試験方法（Ａ法）］を実施した。
その結果を表２及び図２（サイクル数と相対動弾性係数の関係）に示す。

表２及び図２に示す結果より、比較例４および比較例５については、ＡＥコンクリートとして水セメント比を４０％と小さくしたにも拘わらず、溶融炉スラグの使用量が増加すると、凍結融解抵抗性能が著しく低下することが認められた。
この理由としては、溶融炉スラグの粒子内部にある亀裂および気泡が欠陥となったためと解される。

実施例４は、溶融炉スラグ２０６重量部（細骨材の重量比で４０％）をそのままセメント硬化体用細骨材として用いたが、前記（ｄ）のフライアッシユ（低品質品）１４４重量部を混合することにより、水セメント比が４５％であり、一方、水セメント比が４０％と５％小さい溶融炉スラグを用いない比較例３と同等の凍結融解抵抗性能が得られ、低品質品のフライアッシユを用いているにも拘わらず、優れた凍結融解抵抗性能が得られたことが認められる。

これは、フライアッシユのポゾラン反応による硬化体組織の緻密化により、ＡＥコンクリート硬化体の凍結融解抵抗性能が著しく向上した為と解される。

図１は実施例１〜３及び比較例１・２の材齢と圧縮強度の関係を示す説明図である。 図２は実施例４及び比較例３〜５の凍結融解試験の結果を示す説明図である。

Claims (5)

1. セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２５〜５５モル％含まれており、且つ、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が４５〜７５モル％であることを特徴とするセメント硬化体用細骨材。
2. セメント硬化体に配合される細骨材であって、この細骨材は、溶融炉スラグであり、この溶融炉スラグのガラス相中において酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とシリカ（ＳｉＯ₂）成分とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分との含有割合は、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が２２．５〜５０モル％含まれており、又、シリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有量が３０〜６５．５モル％であり、更に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分が１０〜２５モル％含まれていることを特徴とするセメント硬化体用細骨材。
3. 溶融炉スラグが、水冷スラグである請求項１又は２に記載のセメント硬化体用細骨材。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセメント硬化体用細骨材を配合したことを特徴とするセメント硬化体。
5. 更に、フライアッシュを配合してなる請求項４に記載のセメント硬化体。

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