JP2009280427A - プレミックス重量骨材 - Google Patents

Abstract

【課題】重量粗骨材と重量細骨材を予め混合したプレミックス重量骨材として、混合、運搬、貯蔵の間の重量粗骨材と重量細骨材の偏在を防ぎ、安定した品質のプレミックス重量骨材を提供。
【解決手段】主要構成成分としてＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、金属鉄、銅スラグ、フェロニッケルスラグの少なくともひとつを含む重量細骨材と、主要構成成分として鉄鉱石、重晶石、電気炉酸化スラグ、金属ダスト溶融スラグの少なくともひとつを含む重量粗骨材からなり、重量骨材中の重量細骨材の体積割合が０．７以上、０．９以下であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、重量コンクリート、重量モルタルに用いる重量骨材に関し、特に粗骨材と細骨材を予め混合したプレミックス骨材に関する。

骨材として磁鉄鉱、チタン鉱、重晶石、かんらん石等の比重の高い材料を用いたコンクリートは重量コンクリートといわれ消波ブロック、護岸堤等の海岸工事用コンクリート、重量材料基盤用コンクリート、放射線遮へい用コンクリート等として用いられている。このうち、酸化鉄系鉄鉱石、特に磁鉄鉱は、製鉄用原料鉱石として既に供給されており、入手し易く、好ましいものである。しかしながら近年、製鉄用の需要が増大するにつれ価格が上昇し、重量コンクリートのコスト高の一因となっている。

こうした問題に対し、最近では鉄鉱石骨材に代わるものとして、電気炉酸化スラグ等の鉄含有量の多いスラグも用いられるが、密度が４ｇ／ｃｍ^３未満のものが多く、重量骨材として十分な密度のものの入手は困難である。他には、製鋼用転炉ダストにセメントを配合する重量コンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３１９８８０号公報

従来、重量コンクリートの施工方法は、かんらん石、鉄鉱石などの粗骨材に砂などの細骨材とセメント、水とをミキサーで混合し、流し込み打設していた。また、細骨材として酸化鉄系鉄鉱石を用いた場合でも、基本的な手順は同じである（例えば、特許文献２参照）。こうした重量コンクリートに用いられる重量骨材は施工現場において使用されるまでの間、ストックヤードと呼ばれる置き場において貯蔵保管されている。

特開平１０−２９１８５１号公報

しかし、上記特許文献に記載のような鉄系の重量細骨材は、概して、金属鉄を含むため、出荷や使用までに屋外ストックヤードのような風雨に曝され易い場所で長期間貯蔵されると空気中の酸素と水分による酸化により固結が生じやすいという問題があった。屋内貯蔵場又は貯蔵サイロを用いればこのような問題を低減することができるが、屋内貯蔵場又は貯蔵サイロを複数備えていない場合には、重量粗骨材又は重量細骨材のうち一方は従来通り屋外ストックヤードにおいて貯蔵しなければならなかった。こうした問題に対して、一つの屋内貯蔵場又は貯蔵サイロで貯蔵できる、重量粗骨材と重量細骨材を予め混合したプレミックス骨材を用いることが行われている。

また、短期間であれば上記のような酸化による固結の問題が生じることは少ないため、重量粗骨材と重量細骨材のうちどちらか一方、あるいは両方を屋外ストックヤードにおいて保管しても実用上問題はないが、ストックヤードの数が十分でなく、重量骨材のためのストックヤードが一つしか確保できない場合も、同様に重量粗骨材と重量細骨材を予め混合したプレミックス重量骨材を用いることが行われている。

しかしながら、こうしたプレミックス重量骨材は、骨材比重が大きいが故に、混合、運搬、貯蔵の間に重量粗骨材と重量細骨材が偏在し易かった。このため、屋内貯蔵場やストックヤードに貯蔵したプレミックス重量骨材を出荷する際の、出荷の時期によって重量粗骨材の割合が多いものや、重量細骨材の割合が多いものが出荷され、プレミックス重量骨材としての品質が安定しないという問題があった。重量粗骨材の割合の多いプレミックス重量骨材を用いて重量コンクリートを製造すると、重量骨材、セメントペーストと水が相互に分離し易く、組成の不均一な重量コンクリートとなり、こうした重量コンクリートをポンプ圧送する場合には、水分割合の多い材料だけが先に圧送され、ポンプの閉塞を起こすことすらあった。また、重量細骨材の割合の多いプレミックス重量骨材を用いて重量コンクリートを製造すると、セメントペースト量の不足により適正な配合の重量コンクリートとならず、スランプが小さく著しく流動性の劣る重量コンクリートとなるという問題があった。

本発明者は、プレミックス重量骨材として、一定の品質のものを安定して出荷供給できる材料、割合を種々検討し、最適な使用のための重量骨材の割合を一定の範囲とすることで、上記課題を解決できるとの知見を得た。
すなわち、本発明は、下記［１］〜［４］を提供するものである。

［１］ 主要構成成分としてＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、金属鉄、銅スラグ、フェロニッケルスラグの少なくともひとつを含む細骨材と、主要構成成分として鉄鉱石、重晶石、金属ダスト溶融スラグの少なくともひとつを含む粗骨材からなり、下記の式（１）を満たすプレミックス骨材。
（１）０．７≦Ｓ／ａ≦０．９
（式（１）中、ａは粗骨材と細骨材の合計体積であり、Ｓは細骨材の体積である。）
［２］ 細骨材の粒径が５ｍｍ以下であり、粗骨材の粒径が５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることを特徴とする上記［１］に記載のプレミックス骨材。
［３］ 細骨材が鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする上記［１］に記載のプレミックス骨材。
［４］ 製鋼の圧延工程で発生するミルスケール、製鋼用転炉ダストのうち粒径５０μｍで篩い分けられた粗粒分、及び高炉水砕スラグから分離された粒状銑鉄から選択される少なくとも１種以上とホットスカーフとを混合して得られる骨材を含むことを特徴とする上記［１］に記載のプレミックス骨材。

本発明のプレミックス重量骨材は、重量粗骨材と重量細骨材の割合、粒度が適正な範囲にあるため、混合、運搬、貯蔵の間における重量粗骨材と重量細骨材の偏在が起こりにくい。このため、重量骨材を出荷する際、出荷の時期による品質のばらつきのないプレミックス重量骨材が出荷供給でき、重量コンクリートの施工におけるポンプの閉塞や流動性の低下といった問題を解決できる。

以下、本発明のプレミックス重量骨材についてさらに詳細に説明する。本発明の重量骨材は、通常の骨材よりも密度の高い骨材であり、本発明では表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上の骨材とする。ただし、表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ^３未満の骨材が混合されていても、全体で表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上であればよい。

本発明に用いる重量粗骨材としては、従来の鉄鉱石を用いることもできるが、高価な天然資源の使用は、経済的にも、環境配慮の観点からも好ましくない。本発明では、産業的な利用が十分になされていない資源の活用を目的のひとつにしており、電気炉酸化スラグ、金属ダスト溶融スラグなどが好適に用いることができる。また、重晶石を用いても良い。

本発明に用いる重量細骨材としては、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする。ホットスカーフは、連続鋳造スラブにより鋼スラブを鋳造する際、鋳型への溶鋼注入流によって、鋼スラブの長手方向表層部に連続的に析出するＡｌ等の介在物を溶削除去する工程で発生するリサイクル材料であり、酸化鉄を主要構成成分とするため、重量骨材として使用するのに十分な４．８ｇ／ｃｍ^３以上の表乾密度を有する。また、溶削工程で一旦液状に溶融した後、空中で冷え固まることにより、体積あたりの表面積が最小となる球形に近い形状の粒子またはその破砕物や凝集物で構成され、球状粒子が７０％以上を占めている。さらには、粒度分布に偏りがなく、ホットスカーフをプレミックス重量骨材用の重量細骨材として好適に用いることができる。また、金属鉄、銅スラグ、フェロニッケルスラグを重量細骨材として用いても良い。

本発明に用いる重量細骨材として、製鋼の圧延工程で発生するミルスケール、製鋼用転炉ダストのうち粒径５０μｍで篩い分けられた粗粒分、及び高炉水砕スラグから分離された粒状銑鉄から選択される少なくとも１種以上を混合して得たものを使用してもよく、これも本発明に包含される。前記、ミルスケール、転炉ダスト粗粒分、及び粒状銑鉄は、いずれも、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフよりも発生量の多いリサイクル材である。

本発明のプレミックス重量骨材において、重量粗骨材と重量細骨材の合計体積をａ、重量細骨材の体積をＳとすると、プレミックス重量骨材中の重量細骨材の占める体積割合はＳ／ａで表される。本発明においてはＳ／ａは０．７以上、０．９以下であることが好ましい。Ｓ／ａが０．７未満では、重量粗骨材と重量細骨材の偏在が起き易いばかりでなく、これをもちいて重量コンクリートを施工しようとする場合には、重量骨材、セメントペーストと水の分離が起き易いため好ましくない。また、Ｓ／ａが０．９を超えると、これをもちいて重量コンクリートを施工しようとする場合には、セメントペースト量の不足により適正な配合の重量コンクリートとならず、スランプが小さく著しく流動性の劣る重量コンクリートとなるため好ましくない。

重量粗骨材と重量細骨材を前記の割合で混合することにより、プレミックス重量骨材を得る。重量粗骨材と重量細骨材を混合するための装置としては、種々の装置を用いることができるが、中でもコンクリート練りミキサーが好適に用いられる。コンクリート練りミキサーは混合力が高く、仮に固結が混入したとしても容易に除去でき、軽度の固結であれば解砕することもできる。また、混合量が少ない場合にはパワーショベル等を利用して混合する方法、ベルトコンベアの先端部に設けた回転羽で混合する装置、又はトロンメルを用いて混合しても良く、これらの装置及び混合方法も本発明に包含される。

本発明のプレミックス重量骨材は、前記方法により混合した後出荷し、屋内貯蔵場あるいは屋外のストックヤードに一定期間貯蔵された後、重量コンクリートの施工時期にあわせて出荷、施工に供される。本発明のプレミックス重量骨材を用いて重量コンクリートを作製する方法としては、慣用の方法が挙げられる。重量コンクリートに用いるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、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等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の各種混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。

重量コンクリートは、通常のコンクリートと同様の方法で製造することができる。すなわち、本発明のプレミックス重量骨材、前記セメントを混合し、水を加えて混練りすればよい。必要に応じて、減水剤や消泡剤などの混和剤を添加しても良い。重量コンクリートは高い密度を確保するため、単位水量を低くすることが好ましく、減水剤を添加することが好ましい。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。また、高い密度を確保するために、空気の持込みを抑える必要がある場合には、消泡剤を添加しても良い。

現場施工または型枠に充填した重量コンクリートは、通常のコンクリートと同様に、気中養生、湿潤養生、蒸気養生などの養生方法により、養生してコンクリート硬化体を得ることができる。本発明のプレミックス重量骨材を用いて作製した重量コンクリートは、高い流動性を有するので、型枠の細部まで隙間なく充填が可能であり、また材料分離が抑えられるので、空洞や骨材の偏りがない良質の重量コンクリート硬化体が得られる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
［１］プレミックス重量骨材を製造する設備として、元々重量粗骨材、重量細骨材を受入れるホッパー、貯蔵するサイロ、サイロから重量骨材を抽出するベルトコンベア、重量粗骨材と重量細骨材を所定の配合割合となるように計量できる計量器、計量された重量骨材を混合するコンクリート練りミキサーを備えた重量骨材混合プラントを使用した。
重量粗骨材としては、大同テクニカ社製造の電気炉ダスト溶融石材；ＤＳＭ２００５（表乾密度４．１３ｇ／ｃｍ^３）を用いた。重量細骨材として容積比でホットスカーフ５０に対しミルスケール５０を混合したものを用いた。これらの重量粗骨材、重量細骨材を、重量細骨材の体積割合（Ｓ／ａ）が０．８となるよう、前記混合プラントで混合、プレミックス重量骨材を作製した。
［２］以下に示すスランプ配合にて各材料を混合し、コンクリートを混練りした。
（１）セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製、ブレーン比表面積３，５００ｃｍ^２／ｇ）：３５０ｋｇ／ｍ^３
（２）プレミックス重量骨材：３０８７ｋｇ／ｍ^３
（３）ＡＥ減水剤；ＢＡＳＦポゾリス社製ポゾリスＮｏ．７０：０．８７５ｋｇ／ｍ^３
（４）水；水道水：１７５ｋｇ／ｍ^３
ここで、Ｗ／Ｃ（水セメント比）は質量％比で５０％とした。コンクリートのスランプ試験は、ＪＩＳ
Ａ １１０１に基づき、水平に設置した平滑な平板上にスランプコーン（上端内径１００ｍｍ、下端内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ）を置き、該スランプコーンにコンクリートを詰め、上端をならした後、直ちにスランプコーンを静かに鉛直に引き上げ、コンクリートの中央部において下がり（高さの減り）を０．５ｃｍ単位で測定し、スランプとした。また、このときの材料分離の状態を目視観察した。

（比較例）
比較例１ではＳ／ａが０．５である以外は、実施例と同様な方法及び手段でスランプ測定、および目視観察を行った。また、比較例２ではＳ／ａが０．９５である以外は、実施例と同様な方法及び手段でスランプ測定、および目視観察を行った。

実施例、および比較例の結果を表１にまとめて示した。

表１の結果より、Ｓ／ａが本発明の範囲にあるプレミックス重量骨材を用いた重量コンクリートでは、スランプ１３．０ｃｍが得られ、十分な流動性が確保でき、また材料分離も認められなかった。これに対し、Ｓ／ａが０．５である比較例１では、骨材とセメントペーストの分離が認められた。また、Ｓ／ａが０．９５である比較例２では、スランプが０．５ｃｍと著しい流動性の低下が認められた。

Claims (4)

1. 主要構成成分としてＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、金属鉄、銅スラグ、フェロニッケルスラグの少なくともひとつを含む細骨材と、主要構成成分として鉄鉱石、重晶石、電気炉酸化スラグ、金属ダスト溶融スラグの少なくともひとつを含む粗骨材からなり、下記の式（１）を満たすプレミックス骨材。
   （１）０．７≦Ｓ／ａ≦０．９
   （式（１）中、ａは粗骨材と細骨材の合計体積であり、Ｓは細骨材の体積である。）
2. 細骨材の粒径が５ｍｍ以下であり、粗骨材の粒径が５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプレミックス骨材。
3. 細骨材が鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする請求項１に記載のプレミックス骨材。
4. 製鋼の圧延工程で発生するミルスケール、製鋼用転炉ダストのうち粒径５０μｍで篩い分けられた粗粒分、及び高炉水砕スラグから分離された粒状銑鉄から選択される少なくとも１種以上とホットスカーフとを混合して得られる骨材を含むことを特徴とする請求項１に記載のプレミックス骨材。