JP2007022869A - 硬化性組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 製鋼の精錬時に発生した徐冷スラグ塊を硬化性組成物に必要な骨材の全量に使用して、ワーカビリティのよい硬化性組成物を構成する。
【解決手段】 徐冷スラグ塊を破砕装置によって破砕して得られた破砕物全量と、水と、セメントなどの水硬化性材料と、細骨材相当成分として添加した水砕スラグ砂とを所定の配合割合でもって混練してなり、上記水砕スラグ砂の添加量を、硬化性組成物中に占める粒径５mm以上の粗骨材の容積率が35〜40％となるように調整してワーカビリティのよい硬化性組成物を構成している。
【選択図】 なし

Description

本発明は、鉄鋼の精錬等において発生するスラグの塊を破砕し、この破砕物を分級することなく全量を骨材相当分として用いている硬化性組成物に関する。

近年、資源の有効利用の観点から、既存のコンクリート構造物を解体した際に発生するコンクリート塊を生コンクリートに必要な骨材の全量として使用することが行われている。例えば、特許文献１に記載したように、コンクリート塊を破砕する破砕部の下方に混練部を配設し、上記破砕部に一定量のコンクリート塊を投入して破砕したのち、この一定量の破砕物全量を下方の混練部に排出すると共に該混練部に破砕物の量に応じた配合割合でもってセメントや水、混和剤等のコンクリート構成材料を添加し、攪拌することによって生コンクリートを製造する方法が開発されている。なお、ここでいう破砕物全量とは、クラッシャによって破砕された破砕物を何等、分級することなく、小径のものから大径のものまで全て、骨材として使用することをいう。一方、上記のようなコンクリート塊の破砕物を全量使用することなく、このコンクリート塊の破砕物と共に骨材の一部として鉄鋼スラグを使用することも行われている（特許文献２参照）。
特開２００１−１５０４２６号公報 特許第３１８８５８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明によれば、コンクリート塊の破砕物は、粒径0.6mm 以下の微粉末が比較的多量に混在しているため、この微粉末が生コンクリートのペースト部分の構成要素として作用し、このため、微粉末が多いと生コンクリートの粘性が高くなる。また、破砕物表面からの吸水率も高く、時間の経過と共に生コンクリートの流動性が低下する（粘性が高くなる）。その結果、搬送性や締固めやすさなどの所謂、ワーカビリティに悪影響を及ぼすことになる。従って、減水剤などの粘性を下げる薬剤を多量に添加する必要がある。

一方、上記特許文献２に記載された発明によれば、コンクリート塊の破砕物を骨材として使用する際に、その微粉末部分を除去してその代替材として該微粉末の径以上の鉄鋼スラグを細骨材として添加するものであるから、生コンクリートのワーカビリティを改善することができるが、コンクリート塊の破砕物や鉄鋼スラグを分級して粒度調整をする必要があるばかりでなく、コンクリート塊の破砕処理から生コンクリートを製造するまでの作業工程が連続的に行うことができなくなって製造効率が極めて悪くなり、さらに、使用しない破砕物が生じてその廃棄処理に困難をきたすといった問題点がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既存のコンクリート構造物を解体した際に発生するコンクリート塊の破砕物に代えて、鉄鋼スラグ等を徐冷することによって得られた大径の徐冷スラグ塊を破砕し、この破砕物を分級することなくその全量を骨材相当分として用いた硬化組成物を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の硬化性組成物は、請求項１に記載したように、徐冷スラグ塊を骨材として適した大きさに破砕してなる破砕物全量と水と水硬化性材料とからなることを特徴とする。

この請求項１に記載の硬化性組成物において、請求項２に係る発明は、上記徐冷スラグ塊の破砕物と共に細骨材相当成分を添加してなることを特徴とし、請求項３に係る発明は、細骨材相当成分を、硬化性組成物中に占める粒径５mm以上の粗骨材の容積率が35〜40％となるように所定量、添加していることを特徴とする。なお、このような細骨材相当成分として、請求項３に係る発明においては水砕スラグ砂スラグ砂を採用している。

徐冷スラグ塊の破砕物全量とコンクリート塊の破砕物全量との粒度分布を調べて比較したところ、表１及び図１に示すように、粒径が0.6mm 以下の微粉末の占める量（割合）がコンクリート塊の破砕物よりも徐冷スラグ塊の破砕物の方が少ないことがわかった。また、両者の破砕物の吸水率を調べて比較したところ、表２に示すように、コンクリート塊の破砕物よりも徐冷スラグ塊の破砕物の方が低いことがわかった。この現象は、塊の生成過程における粒子の結合度合いの違いや、コンクリート塊が砕石・砂・セメントといった粒子径の異なる異種材料の複合組成物で、不均質であるのに対し、徐冷スラグ塊は均質な成分からなることの違いによるものと思われる。

そのため、徐冷スラグ塊の破砕物全量を硬化性組成物の骨材として用いても微粉末分が少なく吸水率も低いので、硬化性組成物のワーカビリティに悪影響を及ぼすことなく、且つ、硬化性組成物の粘性を下げる減水剤等の薬剤の添加量を少なくすることができ、ワーカビリティの良好な硬化性組成物を得ることができる。さらに、徐冷スラグ塊の破砕物は、分級することなくそのまま全量を硬化性組成物の骨材として使用することができ、硬化性組成物を効率よく製造することができる。

また、硬化性組成物の充填性は、徐冷スラグ塊の破砕物のうち、粒径が５mm以上の粗骨材が増加すると、粗骨材間の空隙容積が大きくなって、セメント等の水硬化性材料のペーストを密実に充填させることができなくなるため悪化し、その上、細骨材相当成分が少ないので骨材と水硬化性材料のペーストとが材料分離を起こしやすくなってワーカビリティに支障をきたす虞れがあるが、請求項２および請求項３に係る発明によれば、徐冷スラグ塊の破砕物と共に細骨材相当成分を、硬化性組成物中に占める粒径５mm以上の粗骨材の容積率が35〜40％となるように所定量添加しているので、この細骨材が粗骨材間の隙間に充満して、水硬化性材料と水とからなるペーストと、徐冷スラグ塊の破砕物とが材料分離を起こすことなく均等に分散した優れたワーカビリティ性を発揮する均一な硬化性組成物を構成することができる。

さらに、不足する細骨材相当成分としてセメント等の水硬化性材料を採用すると、この水硬化性材料のペーストは硬化した際の体積収縮量が大きいために、ひび割れが生じる虞れがあるが、請求項４に係る発明によれば、細骨材相当成分として水砕スラグ砂を用いているので、ひび割れや材料分散の生じないワーカビリティのよい硬化性組成物を提供することができる。その上、水砕スラグ砂は、徐冷スラグ塊の破砕物と同様に均質であると共に硬化性組成物の細骨材相当成分として適した略均一な微粒子であり、従って、ワーカビリティ性等に優れた硬化性組成物を安定的に且つ経済的に得ることができる。また、炉で生成される同一の液状のスラグからその冷却方法を変えることにより、徐冷スラグ塊、水砕スラグ砂のいずれも生成できるため、同一の場所から双方の材料を調達でき、経済的且つ効率的である。

本発明の具体的な実施例を説明すると、硬化性組成物は徐冷スラグ塊を骨材として適した大きさに破砕してなる破砕物全量と、水と、水硬化性材料と、細骨材相当成分と、減水剤との混練物からなる。上記水硬化性材料としてはセメントだけではなく、鉄鋼スラグの微粉末やフライアッシュも水硬性を有することが知られており、従って、セメント単体のみの使用以外に、セメントとスラグ微粉末、フライアッシュの混合物を水硬化性材料として使用することができる。

表３は、水硬化性材料としてスラグ微粉末とセメントとフライアッシュとを重量比2.5 ：0.5 ：1.0 の割合で混合してなるものを使用し、徐冷スラグ塊の破砕物として製鋼スラグをジョークラッシャで破砕した密度2.82のもの気乾状態で使用し、さらに、細骨材相当成分として溶融スラグを急冷することによって得られる粒径２〜３mm、密度2.76、表面水３％程度の水砕スラグ砂を使用し、これらに減水剤を添加し、混練することによって得た硬化性組成物の試験体Ａ、ＢおよびＣを示す。表中、モルタル成分とは徐冷スラグ塊の破砕物の粒径５〜30mmを除いた材料で練り混ぜたものを示し、粗骨材相当分とは徐冷スラグ塊の破砕物の粒径５〜30mmのものを示す。また、徐冷スラグ破砕物の欄における括弧内の数字は、粒径５mm未満の重量を示し、スランプ欄の括弧内の数値は目標値を示す。なお、ワーカビリティは充填性能と構成材料（特に粗骨材相当分）の分離抵抗性であり、上記各組成分の練り混ぜ方法は（粉体＋骨材）空練り30秒後、（水＋混和剤）練り混ぜ90秒行ったのち排出した。

上記硬化性組成物の試験体Ａ〜Ｃのワーカビリティ所感を述べると、試験体Ａにおいてはモルタル成分の流動性が大きくなりすぎて、粗骨材との分離傾向が現れる。粗骨材量が多くて荒々しい。試験体Ｂにおいては、粉体量が多いため、非常に重い手応えがあり、減水剤に対し敏感で低スランプの改善にも多少難がある。試験体Ｃにおいては、モルタル成分の流動性がやや大きい。もう少し、粗骨材量が少なくなれば、減水剤の調整で目標スランプが達成可能である。

上記表３からも明らかなように、硬化性組成物の充填性は、骨材として使用する徐冷スラグ塊の破砕物のうちの粒径が５mm以上の粗骨材相当分が増加すると悪化する。粗骨材相当分の硬化性組成物全体に占める容積率が50％に達すると、試験体の突き固め時に突き棒が入らない状態になり、バイブレータをかけすぎるとモルタル分と粗骨材の分離の危険性が高まる。また、ワーカビリティ、即ち、充填性能と構成材料（特に粗骨材相当分）の分離抵抗性の不足をこれ以上の水硬化性材料で補うことはひび割れ防止の観点から得策ではなく、そのため、粒径が５mm未満の細骨材相当分を増加させることが望ましい。さらに、上記表３の結果から、使用する徐冷スラグ塊の破砕物の粒径が５mm以上の粗骨材相当分の硬化性組成物に占める容積率が35〜40％となるように上記細骨材相当分を増加させれば、ワーカビリティの良好な硬化性組成物を得ることができる。

図２は硬化性組成物の配合を決定するフロー図で、徐冷スラグ塊の破砕物は硬化性組成物に対して粒径が５mm以上の粗骨材相当分の占める容積率が35〜40％となるように設定すると共に、硬化性組成物の目標強度と室内実験から水と水硬化性材料の単位量を決定し、この決定値から破砕した上記徐冷スラグの単位量と水砕スラグ砂の単位量とをそれぞれ計算によって求める。さらに、例えば、水硬化性材料に徐冷スラグ塊の破砕物と0.15mm径以下の水砕スラグ砂を加算した総粉体量に対する減水剤の添加量を設定し、上記のように設定した徐冷スラグ塊の破砕物と水、水硬化性材料、水砕スラグ砂、減水剤とを実機試験練りしてスランプと目視観察によるワーカビリティを判定し、減水剤の添加量を調整してワーカビリティのよい硬化性組成物を調整するものである。

次に、図３は上記硬化性組成物の製造方法を実施するための具体的な実施の形態を示すもので、徐冷スラグ塊の破砕部１から貯留部２に至るまでの破砕物搬送路４としては第１コンベア41、第２コンベア42、第３コンベア43と上記切替ダンパ５を有する垂直な管路部4aと分岐管路部4a1 、4a2 とからなり、第１コンベア41上にはグリズリフィーダ８とジョークラッシャからなる一次破砕部１が配設されている。

第３コンベア43の搬送始端部の上方には、上記第１コンベア41の搬送終端から落下するスラグ破砕物を受け入れる分粒装置10が配設されてあり、この分粒装置10のフィルター10a の網目を通過できない大径のスラグ破砕物を該フィルタ10a の傾斜下端から上記第２コンベア42上に排出すると共にこの第２コンベア42の搬送終端からバイブロフィーダ11を通じて上記一次破砕部１よりも細かく破砕することができる二次破砕装置1'に供給するように構成し、さらに、この二次破砕装置1'によって破砕されたスラグ破砕物を戻し路12を通じて上記第１コンベア41上に送り込むように構成している。

そして、第３コンベア43の搬送終端の下方に、上記切替ダンパ５を有する垂直な管路部4aと分岐管路部4a1 、4a2 を介して貯留部２を配設していると共にこの貯留部２を構成している各貯留容器2a1 、2a2 の下方に第４コンベア44を配設し、該第４コンベア44の搬送終端部を２軸強制練ミキサーからなる混練部３上に臨ませている。

一方、一次、二次破砕部１、1'や貯留部２とは別な場所にセメントなどの水硬性材料のサイロ13、水タンク14、減水剤槽15、ＡＥ剤槽16が設置されてあり、水硬性材料のサイロ13からはスクリューフィーダ17を通じて計量器18内に水硬性材料が供給されると共にこの計量器18から供給管路19を通じて上記混練部３に一定量の水硬性材料が供給されるように構成している。また、水タンク14は、圧送ポンプ20を有する水送り込み管路21を通じて水計量器22に水を送給すると共にこの水計量器22から水供給管路23を通じて上記混練装置２に一定量の水を供給するように構成している。

さらに、減水剤槽15、ＡＥ剤槽16は、それぞれ圧送ポンプ24、25を有する送り込み管路26、27を通じて共通の混和剤計量器28に減水剤とＡＥ剤を送り込むと共にこの混和剤計量器28から混和剤供給管路29を通じて上記混練装置２に一定量の混和剤を供給するように構成している。また、適所に水砕スラグ砂の貯留計量ホッパ30を設置し、このホッパ30から一定量の水砕スラグ砂を第５コンベア45を通じて上記第４コンベア44に供給するように構成している。

このように構成した装置によって硬化性組成物を製造するには、鉄鋼精錬時に生じた鉄鋼スラグを徐冷することによって得られた大径の徐冷スラグ塊をグリズリフィーダ８に投入すると、この徐冷スラグ塊に混入している細かいスラグはこのグリズリフィーダ８に張設しているスクリーン8aの網目を通過して下方の第１コンベア41上に載せられる一方、スクリーン8aを通過できない大径の上記徐冷スラグ塊はスクリーン8aの傾斜下端から破砕部１に投下され、この破砕部１によって所定大きさ以下に破砕されたのち、該破砕部１の落下口1aから上記第１コンベア41上に落下する。そして、上記スクリーン8aの網目を通過した小径のスラグと共に破砕部１で破砕された破砕物（以下、単にこれらを破砕物という）は第１コンベア41の搬送終端から分粒装置10に投入される。

分粒装置10に破砕物が投入されると、この分粒装置10のスクリーン10a の網目を通過した破砕物は第３コンベア43上に載せられる。このスクリーン10a の網目の大きさは硬化性組成物用の骨材として使用可能な骨材の最大限の大きさに形成されてあり、従って、このスクリーン10a を通過した破砕物は粗骨材及び細骨材として使用することができる。一方、スクリーン10a を通過できない大径の破砕物は、スクリーン10a の傾斜下端から第２コンベア42上に排出され、この第２コンベア42からバイブロフィーダ11を通じて二次破砕装置1'に投入される。

二次破砕装置1'によって破砕処理された徐冷スラグ塊の破砕物は、戻し路12を通じて再び上記第１コンベア41上に送られてこの第１コンベア41から分粒装置10に投入され、上記同様に、この分粒装置10により骨材として適した破砕物と骨材よりも大径の破砕物とに分粒されて適しない破砕物は再度、二次破砕装置1'側に送られて破砕処理され、これを繰り返すことによって全ての破砕物を硬化性組成物用の骨材として適した大きさの破砕物に処理して分粒装置10から第３コンベア43上に投下、供給する。

こうして骨材の大きさに処理された破砕物は、第３コンベア43から切替ダンパ５を設けている管路部4a内に投入され、切替ダンパ５を空の貯留容器2a1 又は2a2 に連通する分岐管路部4a1 又は4a2 側に切り替えることによって空になっている貯留容器2a1 又は2a2 、或いは、空になった貯留容器2a1 又は2a2 に破砕物を供給して貯留させる。この際、上述したように、各貯留容器2a1 、2a2 には計量器6a1 、6a2 が付設されてあり、貯留容器2a1 、2a2 に一回分の硬化性組成物の製造に必要な量のスラグ破砕物が供給されると、検出器6a1 、6a2 からその量に達した信号を発してダンパ制御部（図示せず）を介して切替ダンパ５を切り替えて該貯留容器2a1 又は2a2 に対する破砕物の供給を停止する。なお、貯留部２の構造としては、このような２連式タイプに限らず、４連式タイプ等、複数の貯留容器を備えた装置であってもよく、また、第３コンベア43から垂直管路部4aを通じての各貯留容器に対する破砕物の供給は、切替ダンパ５によることなく、その他の適宜な構造のものを採用してもよい。

そして、硬化性組成物の製造時には、破砕物を一定量、貯留している一つの貯留容器2a1 又は2a2 の下端排出口を開放すると、該貯留容器2a1 又は2a2 内の破砕物が全量、第４コンベア44上に投下されたこの第４コンベア44により混練部３に投入されると共に、この第４コンベア44上に水砕スラグ砂の貯留計量ホッパ30から一定量の水砕スラグ砂を第５コンベア45を通じて供給され、混練部３に投入される。さらに、該混練部３に、水硬性材料計量器18と水計量器23、混和剤計量器28から一回の硬化性組成物の製造に必要な量の水硬性材料、水及び混和剤も投入されて上記骨材としての破砕物と水砕スラグ砂と共に混練することにより硬化性組成物が製造される。

混練部３に水硬性材料や水、混和剤が供給された直後に、或いは、この硬化性組成物の製造中に、セメントサイロ13からスクリューフィーダ17によって水硬性材料を上記水硬性材料の計量器18に供給して一回の硬化性組成物の製造に要する一定量の破砕物の量に応じた配合割合となるように一定量の水硬性材料を計測し、この計量器18内で次の硬化性組成物の製造に待機させておく。同様に、水や減水剤、ＡＥ剤も水タンク14や減水剤槽15、ＡＥ剤槽16から圧送ポンプ20、24、25によって送り込み管路26、27を通じて上記水計量器22、混和剤計量器28にそれぞれ供給され、一回の硬化性組成物の製造に要する一定量の破砕物の量に応じた配合割合となるように計測されてそれぞれの計量器22、28内で次の硬化性組成物の製造に待機させておく。

混練部３による一回分の硬化性組成物の製造が行われて該混練部３の排出ホッパからミキサ車等の運搬車Ｂに硬化性組成物を収容させたのち、再び、破砕物を一定量、貯留している一つの別な貯留容器から破砕物を全量、上記同様に混練部３に供給すると共に、水硬性材料計量器18、水計量器22、混和剤計量器28、水砕スラグ砂の貯留計量ホッパ30から、これらの計量器内に滞留させておいた一回分の硬化性組成物の製造に必要な量の水硬性材料と水、混和剤、水砕スラグ砂も混練部３に供給して次の一定量の硬化性組成物を製造する。

上記のように製造された硬化性組成物は良好な流動性を確保することができてスランプ等の物性において優れていると共に、打設したのちの強度の発現にも問題はない。なお、スラグ破砕物からなる骨材に添加する水硬性材料としては、セメント以外にも高炉スラグ微粉末やフライアッシュ、消石灰またはこれらの混合物等が使用できる。さらに、徐冷スラグ塊としては、高炉スラグ、製鋼スラグのような鉄鋼スラグに限らず、ゴミ溶融スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグなど、あらゆる炉で発生するスラグを徐冷したものが適用可能である。

コンクリートと徐冷スラグ塊との破砕物の流動分布比較線図。 硬化性組成物の配合決定フローチャート。 具体的な硬化性組成物製造装置の全体図。

符号の説明

１ 破砕部
２ 貯留部
３ 混練部
13 セメントサイロ
14 水タンク
15 減水剤槽
30 水砕スラグ砂の貯留計量ホッパ

Claims (4)

1. 徐冷スラグ塊を骨材として適した大きさに破砕してなる破砕物全量と水と水硬化性材料とからなることを特徴とする硬化性組成物。
2. 徐冷スラグ塊の破砕物と共に細骨材相当成分を添加していることを特徴とする請求項１に記載の硬化性組成物。
3. 細骨材相当成分は、硬化性組成物中に占める粒径５mm以上の粗骨材の容積率が35〜40％となるように所定の量を添加していることを特徴とする請求項２に記載の硬化性組成物。
4. 細骨材相当成分は、水砕スラグ砂であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の硬化性組成物。

Images