JP2006182578A

JP2006182578A - 非鉄精錬スラグ骨材を含むコンクリート用の混和材及びそれを用いたコンクリート組成物

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Publication number: JP2006182578A
Application number: JP2004375340A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morioka; 実盛岡; Toru Yagi; 徹八木; Naohito Yanagisawa; 直仁柳澤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP4180050B2

Abstract

【課題】ブリーディングを抑制し、凝結遅延緩和効果を発揮し、初期強度発現性を良好にし、ひび割れ抑制効果も発揮する、土木・建築業界で使用される非鉄精錬スラグ骨材を含むコンクリート用の混和材及びコンクリート組成物を提供する。
【解決手段】遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕して得られる非鉄精錬スラグ骨材含有のコンクリート用の混和材、ブレーン比表面積値が4,000〜9,000cm²/gである該混和材、コンクリート用の混和材100部中のアウイン含有量が20〜50部である該混和材、セメントと、骨材と、該混和材とを含有してなり、骨材の一部あるいは全部が非鉄精錬スラグ骨材であるコンクリート組成物、混和材の単位使用量が、10〜50kg/m³である該コンクリート組成物、並びに、非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグからなる群より選ばれた一種又は二種以上である該コンクリート組成物を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用される非鉄精錬スラグ骨材を含むコンクリート用の混和材及びそれを用いたコンクリート組成物に関する。

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

近年、環境問題が大きくクローズアップされ、特に、産業副産物の有効利用について、様々な試みがなされている。
しかしながら、これら副産物の中には、未だに有効利用法が確立されていないものも多く見受けられる。そのひとつに、非鉄精錬スラグが挙げられる。

非鉄製鋼スラグは、フェロクロムスラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグなどが挙げられる。このうち、フェロニッケルスラグや銅スラグについては、コンクリート用骨材としてJIS A 5011 も制定され、普及が図られている。
しかしながら、これらの非鉄精錬スラグ骨材を用いると、ブリーディングが発生しやすいこと、凝結遅延を生じること、また、初期強度発現性が悪くなることなどが指摘されている。そしてその傾向は、低温時に顕著であり、冬季に使用した場合には、実用上、問題となることもあった。

一方、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕したセメント混和材が知られている（特許文献１〜特許文献５参照）。
このセメント混和材は、セメント・コンクリートに膨張性を与え、収縮補償やケミカルプレストレスを付与することが可能なものである。
しかしながら、このような特定組成を有するセメント混和材と、非鉄精錬スラグ骨材との相互作用や因果関係については知られてなく、ましてや、このような特定組成を有するセメント混和材を、特定の粉末度に調整したものを非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリートに加えた際に、どのような現象が生じるかについては全く知られていなかった。

本発明者は、未だに有効利用法が確立されていない非鉄精錬スラグ骨材の普及に鑑み、その課題であるブリーディングの抑制と初期強度発現性の改善について種々の検討を重ねた結果、特定組成を有し、特定粒度に調整された混和材を適用することによって前記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。

特公昭４２−０２１８４０号公報特公昭４２−０１９４７３号公報特公昭５３−１６００７６号公報特開平０７−２３２９４４号公報特開平１３−０６４０５６号公報

本発明は、充分な普及が図られていない非鉄精錬スラグ骨材の課題であるブリーディングの抑制と、初期強度発現性を改善できる、非鉄精錬スラグ骨材含有するコンクリート用の混和材を提供する。

本発明は、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕して得られる、非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリート用の混和材であり、ブレーン比表面積値が4,000〜9,000cm²/gである該混和材であり、混和材100部中のアウイン含有量が20〜50部である該混和材であり、セメントと、骨材と、該混和材とを含有してなり、骨材の一部あるいは全部が非鉄精錬スラグ骨材であるコンクリート組成物であり、混和材の単位使用量が、10〜50kg/m³である該コンクリート組成物であり、非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグからなる群より選ばれた一種又は二種以上である該コンクリート組成物である。

本発明は、非鉄製鋼スラグ骨材を含有するコンクリート用の混和材に関するものである。

ここで、非鉄精錬スラグ骨材とは、骨材、主に細骨材として使用する、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグなどを総称するものである。
フェロニッケルスラグは、ニッケル鉱石からフェロニッケルを精錬採取する際に発生するスラグであり、フェロクロムスラグは、クロム鉱石からフェロクロムを精錬採取する際に発生するスラグであり、銅スラグは、銅鉱石等から銅を精錬採取する際に発生するスラグであり、亜鉛スラグは、亜鉛鉱石等から亜鉛を精錬採取する際に発生するスラグであり、及び鉛スラグは、鉛を精錬採取する際に発生するスラグである。このうち、フェロニッケルスラグと銅スラグはJISが制定されている（JIS A 5011）。本発明では、これらのうち、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグの使用が好ましい。

本発明の非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリート用の混和材（以下、本混和材という）は、CaO原料、Al₂O₃原料、及びCaSO₄原料を配合して熱処理することによって得られるクリンカーからなるものである。
熱処理温度や熱処理方法は特に限定されるものではないが、通常、1,150〜1,500℃の範囲で熱処理を行うことが好ましく、1,250〜1,450℃で熱処理を行うことがより好ましい。熱処理方法は、ロータリーキルンや電気炉等を用いて行うことができる。

本混和材は、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕して得たものであって、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウをそれぞれ純合成し、それを混合したものでは、本発明の効果は得られない。

本混和材は、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕して得られるもので、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）4,000〜9,000cm²/gが好ましく、6,000〜8,000cm²/gがより好ましい。4,000cm²/g未満では、本発明の効果、即ち、ブリーディングの抑制効果、凝結遅延緩和効果、初期強度発現性を良好とする効果、及びひび割れ抑制効果が得られない場合があり、9,000cm²/gを超えると取り扱いが困難になる場合がある。

本混和材中の、遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウの配合割合は、遊離石灰は15〜50部が好ましく、15〜30部がより好ましい。アウインは20〜50部が好ましく、25〜40部がより好ましい。無水セッコウは20〜50部が好ましく、25〜40部がより好ましい。各化合物の含有量が前記範囲にないと、本発明の効果が得られない場合がある。

本混和材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、コンクリート１m³当たり、10〜50kgが好ましく、15〜40kgがより好ましい。10kg未満では、本発明の効果、即ち、ブリーディングの抑制効果、凝結遅延緩和効果、初期強度発現性を良好とする効果、及びひび割れ抑制効果が得られない場合があり、50kgを超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できない。

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

本発明で使用するセメントとは特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、並びに、廃棄物利用型セメント、いわゆる、エコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を挙げることができる。

本発明で使用する骨材としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉スラグ系、及び再生骨材系等の骨材が挙げられる。また、比重が3.0g/cm³以上の重量骨材の使用も可能である。重量骨材の具体例としては、例えば、人工骨材としては、高炉徐冷スラグ系や電気炉酸化期スラグ系等があり、天然骨材としては、かんらん岩系や、いわゆるオリビンサイドやエメリー鉱石等が挙げられ、本発明では、これらのうちの一種又は二種以上を併用することが可能である。
本発明では、これら骨材のうちの一部又は全部を非鉄精錬スラグ骨材に置き換えて使用する。
非鉄精錬スラグ骨材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、体積基準で、骨材100部中、50部以内で使用される。

本発明において、水の使用量は特に限定されるものではないが、単位量で、150〜190kg/m³が好ましく、165〜185kg/m³より好ましい。150kg/m³未満では混練負荷が大きく、コンクリートを調製することが困難な場合があり、190kg/m³を超えると耐久性が充分でない場合がある。

本発明では、本混和材、セメント、及び骨材のほかに、高炉水砕スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの混和材料、凝結調整剤、膨張材、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、スチールファイバー、ビニロンファイバー、及び炭素繊維等の繊維質物質、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等の添加剤等の一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することができる。

本混和材は、非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリートの課題であった、ブリーディングを抑制し、凝結遅延緩和効果を発揮し、初期強度発現性を良好にし、さらには、ひび割れ抑制効果も発揮するため、土木・建設分野等、広範に利用できる。

実験例
表１に示す組成の混和材を使用し、単位セメント量290kg/m³、単位混和材量30kg/m³、単位水量185kg/m³、s/a＝42％、非鉄精錬スラグ骨材Ａの細骨材への置換率50％（体積％）、スランプ18±2.5cm、空気量4.5±1.5％の非鉄精錬スラグを含有するコンクリートを調製した。
調製したコンクリートのブリーディング率、凝結時間、及び圧縮強度を測定するとともに、ひび割れ抵抗性についても評価した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
混和材イ：本混和材、遊離石灰15部、アウイン40部、及び無水セッコウ45部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ロ：本混和材、遊離石灰20部、アウイン40部、及び無水セッコウ40部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ハ：本混和材、遊離石灰30部、アウイン35部、及び無水セッコウ35部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ニ：本混和材、遊離石灰40部、アウイン30部、及び無水セッコウ30部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ホ：本混和材、遊離石灰50部、アウイン20部、及び無水セッコウ20部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ヘ：本混和材、遊離石灰30部、アウイン50部、及び無水セッコウ20部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ト：本混和材、遊離石灰30部、アウイン25部、及び無水セッコウ45部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材チ：本混和材、遊離石灰30部、アウイン45部、及び無水セッコウ25部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材リ：本混和材、遊離石灰30部、アウイン20部、及び無水セッコウ50部からなるクリンカーの粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g
混和材ヌ：ブレーン値6,000cm²/gの遊離石灰30部、ブレーン値6,000cm²/gのアウイン35部、及びブレーン値6,000cm²/gの無水セッコウ35部の混合品
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
非鉄精錬スラグ骨材Ａ：市販の銅スラグ細骨材、密度3.46g/cm³
細骨材：新潟県姫川産、密度2.62g/cm³
粗骨材：新潟県姫川産、密度2.64g/cm³
水：水道水

＜測定方法＞
ブリーディング率：JIS A 1123に準じて測定
凝結時間：JIS A 1147に準じて凝結の始発時間を測定
圧縮強度：コンクリートを型枠に詰めて10cmφ×高さ20cmの円筒供試体を成形し、JIS A 1108に準じて測定
ひび割れ抵抗性：10m×10mで厚さ15cmの床版を打設し、打設後７日間湿布養生を行い、その後暴露養生を行い、３ヵ月後にひび割れの発生状況を観察、0.2mm以上のひびわれが多数発生した場合は×、0.1mm以上で0.2mm未満のひび割れが発生した場合は△、0.05mm以上のひびわれがない場合は○、及びひびわれの発生がない場合は◎

実験例２
表２に示す単位混和材量の混和材ハを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
なお、単位混和材量を増す場合は単位セメント量を減じ、単位混和材量を減らす場合は、単位セメント量を増して実験した。結果を表２に併記する。

実験例３
表３に示すブレーン値の混和材ハ組成の本混和材を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

実験例４
混和材ハの単位混和材量を30kg/m³とし、骨材への非鉄精錬スラグ骨材の置換率（体積％）を表４に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
非鉄精錬スラグ骨材Ｂ：市販のフェロニッケルスラグ細骨材、密度2.85g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材Ｃ：市販のフェロクロムスラグ細骨材、密度3.20g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材Ｄ：市販の亜鉛スラグ細骨材、密度3.30g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材Ｅ：市販の鉛スラグ細骨材、密度3.35g/cm³

実験例５
混和材ハの単位混和材量を30kg/m³とし、環境温度を５℃としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。

本発明の混和材は、非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリートの問題点である、ブリーディングを抑制し、凝結遅延緩和効果を発揮し、初期強度発現性を良好にし、さらには、ひび割れ抑制効果も発揮するため、土木・建設分野等、広範に利用できる。

Claims

遊離石灰、アウイン、及び無水セッコウを含有するクリンカーを粉砕して得られる、非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリート用の混和材。
ブレーン比表面積値が4,000〜9,000cm²/gである請求項１に記載の混和材。
混和材100部中のアウイン含有量が20〜50部である請求項１又は請求項２に記載の混和材。
セメントと、骨材と、請求項１〜請求項３のうちの一項に記載の混和材とを含有してなるコンクリート組成物であって、骨材として非鉄精錬スラグ骨材を含有するコンクリート組成物。
混和材の単位使用量が、10〜50kg/m³である請求項４に記載のコンクリート組成物。
非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグからなる群より選ばれた一種又は二種以上である請求項４又は請求項５に記載のコンクリート組成物。