JP2010254496A

JP2010254496A - コンクリート

Info

Publication number: JP2010254496A
Application number: JP2009104368A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Sasaki; 豊佐々木; Sunao Saito; 直齊藤; Keiji Ichiu; 恵司一宇; Kenji Nakamoto; 健二中本; Kosei Yasuno; 孝生安野
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Energia Eco Materia KK
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Energia Eco Materia KK
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: JP5828999B2

Abstract

【課題】産業副産物を有効利用しつつ、強度発現性に優れたコンクリートを提供する。
【解決手段】本発明のコンクリートは、結合材としてのセメントと、骨材としての転炉スラグ及び銅スラグと、水とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業副産物を有効利用したコンクリートに係り、特に強度発現性に優れたものに関する。

従来より、例えば、特許文献１には、産業副産物である高炉スラグ、高炉水砕スラグ、転炉スラグ、銅スラグ等の材料のうち少なくとも何れか１種類の骨材と、ポルトランドセメントとを混合したコンクリート組成物が開示されている。
特開２００４−９９４２５号公報

しかしながら、発明者らは、コンクリートの骨材として転炉スラグ又は銅スラグを単体で使用する場合、通常、骨材に使用される砕石を使用する場合と比べて充分な曲げ引張強度を得ることができないことを実験により見出した。

本発明は、上記の点に鑑みてなされてものであり、産業副産物を有効利用しつつ、強度発現性に優れたコンクリートを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、転炉スラグと銅スラグの両方が骨材として混合されたことを特徴とするコンクリートである。
本発明のコンクリートによれば、転炉スラグと銅スラグとを混合して骨材として用いることにより、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりもコンクリートの強度を向上させることができる。

本発明において、前記転炉スラグと前記銅スラグとを、前記骨材が混合されたコンクリートの曲げ引張強度が最大となるような混合比率で調合することとしてもよい。

本発明において、前記骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることしてもよい。
本構成によれば、骨材に占める銅スラグの混合比率を５０〜７０重量％とすることで、コンクリートの強度を最適に高めることができる。

本発明において、前記骨材とともに、石炭灰が混合されることとしてもよい。
本構成によれば、石炭灰が、セメントの水和反応により生成されるアルカリ物質に反応して徐々に硬化体となり、作製されるコンクリートの長期的で安定的な強度発現に寄与する。また、石炭灰は、骨材として用いる転炉スラグや銅スラグと比べて比重が軽いので、骨材との配合比率を調整することにより構築されるコンクリートの比重を調整することができる。

本発明において、前記骨材とともに、塩水が混合されることとしてもよい。
本構成によれば、塩水を用いることにより、塩水中のイオンによってセメントの硬化反応が活性化され、少ないセメント量でもコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。また、コンクリート材料に石炭灰を配合した場合には、石炭灰によるポゾラン硬化反応が塩分により活性化されるので、長期材齢においてもコンクリートの強度増進を図ることができる。

本発明によれば、産業副産物を有効利用しつつ、強度発現性に優れたコンクリートを提供できる。

以下、本発明における好ましい一実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るコンクリートの組成の概念を図示したものである。

図１に示すように、本実施形態に係るコンクリートは、結合材としてのセメントと、骨材としての転炉スラグ及び銅スラグと、水とを含む。

セメントとしては、普通ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、耐酸セメント、耐硫酸塩セメント、油井セメント、白色セメント、カラーセメント、コロイドセメント等、種々のものを用いることができる。

なお、セメントの一部に石炭灰を用いてもよい。石炭灰とは、石炭火力発電所において微粉砕した石炭をボイラーで燃焼させる過程で発生する微粒子である。石炭灰には、高温の燃焼ガス中を浮遊し、球形粒子となった後に電気集塵機で回収されるフライアッシュと、ボイラー内で燃焼によって生じた石炭灰の粒子が溶解して相互に凝集し、ボイラー底部の水槽に落下堆積したクリカアッシュとがある。本実施形態に係る石炭灰には、フライアッシュを用いる。

石炭灰は、ポゾラン反応により潜在水硬性を有する。ポゾラン反応とは、石炭灰のような可溶性シリカ（ＳｉＯ_２）分を多く含んだ粉体（ポゾラン物質）が、水和反応で生じた水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）と常温で徐々に反応し、不溶性のゲル、ゼリー状の化合物となる反応である。すなわち、セメントの水和反応により生成されるアルカリ物質に石炭灰が反応して徐々に硬化体となる反応であって、長期的で安定的な強度発現に寄与する。

また、石炭灰は、骨材として用いる転炉スラグや銅スラグと比べて比重が軽いので、骨材との配合比率を調整することにより構築されるコンクリートの比重の調整することができる。

転炉スラグとは、鋼の製造において不純物除去の精錬を行うにあたり転炉工程で発生したスラグである。

銅スラグとは、銅製錬工程の溶錬炉から分離排出される、酸化鉄及び二酸化珪素もしくは酸化カルシウムを主成分とするものであり、酸化鉄の含有率が高くガラス質を有する。銅スラグは、一般的にスラグ保持炉から溶湯の状態で排出され、高圧水により粉砕され、セメント原料や土木・建築用骨材、ショット・ブラスト用材料、埋め立て用資材、製鉄用原料に用いられている。

骨材として、転炉スラグと銅スラグとの両スラグを用いるのは、転炉スラグ又は銅スラグの単体からなる骨材が混合されたコンクリートが、コンクリート構造物やコンクリート製品として十分な圧縮強度や曲げ引張強度を発現しないことがあるからである。一方、転炉スラグと銅スラグとの量スラグを混合した骨材を用いたコンクリートは、転炉スラグのみ又は銅スラグのみからなる骨材を用いたコンクリートと比べて、圧縮強度や曲げ引張強度が向上する。

転炉スラグと銅スラグとの混合比率は、これらスラグが混合された骨材を用いて作製されたコンクリートの圧縮強度又は曲げ引張強度が最大となるように設定することが好ましい。

水には、例えば、水道水、蒸留水等を用いることができる。なお、塩水を用いてもよい。塩水を用いることにより、塩水中のイオンによってセメントの硬化反応が活性化され、少ないセメント量でもコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。また、コンクリート材料に石炭灰を配合した場合には、石炭灰によるポゾラン硬化反応が塩分により活性化されるので、長期材齢においてもコンクリートの強度増進を図ることができる。

以上の構成からなるコンクリートは、通常のコンクリートと同様に、結合材と骨材とを空練した後、水を加えて練り混ぜることによりフレッシュコンクリートを作製することができ、その後、用途に応じてフレッシュコンクリートを型枠等に打設し養生することによりコンクリート構造物又はコンクリート製品を構築することができる。

なお、転炉スラグと銅スラグとの適正な混合比率は、例えば、混合比率がそれぞれ異なる骨材からなるコンクリート試料を複数作製し、各試料について圧縮強度試験（ＪＩＳＡ１１０８）又は曲げ引張強度試験（ＪＩＳＡ１１０６）を測定し、各試料の測定結果から、圧縮強度又は曲げ引張強度の最大となる混合比率をもとめることにより設定する。以下に転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定について、具体例に基づいて説明する。

図２は、転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定のために強度試験を実施したコンクリートの組成を表にまとめたものである。

図２に示すように、転炉スラグを４種類、銅スラグを１種類用いて、これらスラグの混合比率を変化させた試料について強度試験を実施した。なお、これら４種類の転炉スラグは、異なる製鉄所で採取されたものである。

各転炉スラグと銅スラグとの混合比率は、転炉スラグと銅スラグとの重量比率が、例えば、１００：０，７０：３０，５０：５０，３０：７０，０：１００の５種類になるように設定した。なお、転炉スラグと銅スラグとの重量比率として、さらに多くの種類に設定してもよい。混合比率の種類の増加にともない、より詳細に最適な混合比率を導出することができる。

そして、このような混合比率で混合した骨材を用いてコンクリート試料を作製し、各試料の圧縮強度及び曲げ引張強度を測定した。
なお、図２に示す各試料の材料構成として、スラグ量を５００Ｌ／ｍ^３、水結合材比を３５．０〜４２．０％、結合材に占めるセメントの重量％を３０．２〜３９．７％に設定した。また、水を塩水にするためにＮａＣｌを添加した。

図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に示す各試料の圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の結果を表にまとめたものである。なお、圧縮曲げ引張強度比とは、同試料において測定された曲げ引張強度を圧縮強度で除した値（百分率）である。また、図３の表では、圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の夫々について、列方向に転炉スラグと銅スラグとの混合比率が変化し、行方向に試料に用いた転炉スラグの種類が変化するようにまとめている。

図３（ａ）に示す圧縮強度の結果によれば、いずれの転炉スラグを用いた試料も、骨材として転炉スラグ単体（転炉スラグ１００％、銅スラグ０％）又は銅スラグ単体（転炉スラグ０％、銅スラグ１００％）を用いた試料よりも、転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた試料の方が、圧縮強度が向上しており、特に銅スラグの添加率が５０〜７０％程度（転炉スラグの添加率が５０〜３０％程度）で圧縮強度が最大となる。

図３（ｂ）に示す曲げ引張強度の結果を、図４の転炉スラグと銅スラグとの混合比率と曲げ引張強度との関係のグラフとして示す。なお、図４の各グラフは、試料に用いた転炉スラグの種類によるものである。

図４に示すように、曲げ引張強度は、骨材として転炉スラグ単体（転炉スラグ１００％、銅スラグ０％）を用いた場合に３．０７〜３．６９Ｎ／ｍｍ^２、また、骨材として銅スラグ単体（転炉スラグ０％、銅スラグ１００％）を用いた場合に２．１２Ｎ／ｍｍ^２となる。これに対し、骨材として転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた場合の試料は、曲げ引張強度が向上しており、特に銅スラグの添加率が５０〜７０％程度（転炉スラグの添加率が５０〜３０％程度）で曲げ引張強度が３．４４〜４．６０Ｎ／ｍｍ^２と最大となる。

また、図３（ｃ）に示す圧縮曲げ引張強度比の結果によれば、銅スラグの添加率が０〜７０％では１３．２〜１６．８％となり、ほぼ一定の値を示す。一方、銅スラグの添加率が１００％では、圧縮曲げ引張強度比が９．８％と低下する。
これは、骨材中に、粗骨材成分である転炉スラグを含まないコンクリート（転炉スラグ０％）は、同等の圧縮強度を発現する、転炉スラグを含むコンクリートと比べて曲げ引張強度を得ることができないことを示している。

このように、圧縮強度及び曲げ引張強度のいずれの強度も、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりも、転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた方がコンクリートの強度が向上する。
したがって、これら測定結果に基づき、骨材を構成する転炉スラグと銅スラグとの混合比率を、圧縮強度又は曲げ引張強度が最大となるような比率に設定する。

以上説明したように、本実施形態に係るコンクリートによれば、転炉スラグと銅スラグとが骨材として混合されていることにより、産業副産物を有効利用できるとともに、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりもコンクリートの強度を向上させることができる。

また、骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることにより、コンクリートの強度を最適に高めることができる。

本実施形態に係るコンクリートの組成の概念を図示したものである。転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定のために強度試験を実施したコンクリートの組成を表にまとめたものである。図２に示す各試料の圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の結果を表にまとめたものである。転炉スラグと銅スラグとの混合比率と曲げ引張強度との関係を示すグラフである。

Claims

転炉スラグと銅スラグの両方が骨材として混合されたことを特徴とするコンクリート。
前記転炉スラグと前記銅スラグとを、前記骨材が混合されたコンクリートの曲げ引張強度が最大となるような混合比率で調合することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート。
前記骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート。
前記骨材とともに、石炭灰が混合されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコンクリート。
前記骨材とともに、塩水が混合されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコンクリート。