JP2014108910A - 高炉スラグ粉末、該高炉スラグ粉末を含むセメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｗ／Ｃが２５％以下の低水／結合材比で結合材中のセメント含有量が４０重量％以上のセメントが富配合の結合材を用いたフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートに用いてもダイラタンシー現象が発生し難くなるセメント混和用の高炉スラグ粉末、セメント混和材、セメント組成物を提供する。
【解決手段】ブレーン値が４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇであり、かつ、ロジン・ラムラー式におけるｎ値が１．００〜１．２０である高炉スラグ粉末、該高炉スラグ粉末に無水石膏もしくは無水石膏とシリカフュームを配合してなるセメント混和材、ポルトランドセメントに前記高炉スラグ粉末もしくは該セメント混和材を配合してなるセメント組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、セメント混和用の高炉スラグ粉末、該高炉スラグ粉末を含むセメント混和材、ポルトランドセメントに前記高炉スラグ粉末もしくは該セメント混和材を配合してなるセメント組成物に関するものであり、特に低水／結合材比で結合材中におけるセメントが富配合のモルタル、コンクリート、地盤改良材等の製造に好適なものである。

高炉を用いて鉄鉱石から金属鉄を製造する際に副産物として得られる高炉スラグは、潜在水硬性を有するなどセメントに類似した性能を有するとともに大量に生成するため、従来から、高炉セメントの原材料、セメント混和材の一構成材料などとして広く土木・建築分野での利用が図られてきている。

最近ではモルタルやコンクリートの高強度化に照らし、ブレーン値６０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を配合したセメント組成物を低セメント水比で用いる場合が増えてきている。

しかし、上記高炉スラグ微粉末を配合した低水／結合材比で結合材中のセメントが富配合のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートでは、ダイラタンシー現象が起り、これらの練混ぜがし難くなることがある。

ダイラタンシー現象とは、粉粒体と水とからなる流動〜半流動状態の系に急激な外力を加えて変形を起させると、表面付近の水が内部の粒子間隙に吸い込まれて系全体が硬くなり一時的に固体状態になるが、外力を加えるのをやめて放置すると元の状態に戻る現象である。

上記の通り、高炉スラグ微粉末を配合した場合、フレッシュモルタルやフレッシュコンクリートでも配合条件によってはダイラタンシー現象が起り練混ぜのスコップがフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートに刺さらなくなったりして練混ぜに支障をきたすことがあるが、このようなダイラタンシー現象に対し有効な解決策が未だ無く、安定した流動状態にするために練混ぜ時間を長くしたり流動化剤を少量添加したりして対応している。

一方、単にワーカビリティー等の流動性を改善するべく、使用する高炉スラグの粒度分布を調整することが検討されてきている。例えば、特許文献１には、「セメントの８０％〜９０％が高炉スラグで置換され、同高炉スラグは粒径の異なる２種類の高炉スラグよりなり、且つ粒径の小さい高炉スラグと粒径の大きい高炉スラグとが３：７の割合で混合されたことを特徴とする高強度コンクリート」が開示されている。

また、特許文献２には、「ブレーン比表面積の大きいスラグと小さいスラグの２種以上の高炉水砕スラグを混合してなるセメント代替の高炉水砕スラグ混合物」が開示されている。

特開平５−９７４８３号公報 特開平１１−４９５３８号公報

特許文献１、２に示されるように、結合材中のセメントが貧配合のコンクリートや結合材として１００％高炉スラグを使用したセメント無配合の水硬性組成物における単なる流動性を改善するための高炉スラグ粉末については知られているものの、どのような高炉スラグ粉末を用いれば前記ダイラタンシー現象が発生し難くなるかについては何ら知られていない。

特許文献１では、具体的には、ブレーン値８０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグとブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇを３：７で混合したものを結合材中のセメントが貧配合のコンクリートに適用する例しか開示されておらず、このような高炉スラグ粉末を低水／結合材比で結合材中のセメントが富配合のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートに用いても、前記ダイラタンシー現象を発生し難くすることは確実ではない。

また、特許文献２では、高炉水砕スラグ混合物をセメント用として用いることは想定しておらずセメント代替としているため、具体的には、ブレーン値１００００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉水砕スラグ超微粉末を大量に使用している。したがって、このような高炉水砕スラグ超微粉末を含む高炉水砕スラグ混合物を低水／結合材比で結合材中のセメントが富配合のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートに用いても、前記ダイラタンシー現象を発生し難くすることはできない。

本願発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比で結合材中のセメント含有量が４０重量％以上のセメントが富配合の結合材を用いたフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートに用いてもダイラタンシー現象が発生し難くなるセメント混和用の高炉スラグ粉末、該高炉スラグ粉末を含むセメント混和材、ポルトランドセメントに前記高炉スラグ粉末もしくは該セメント混和材を配合してなるセメント組成物を提供することを目的する。

上記課題について鋭意検討した結果、従来からセメント混和用として用いている高炉スラグ粉末において、特定の粒度分布を有するものを用いれば前記ダイラタンシー現象の発生を抑制できることを見出し、発明を完成させた。

本願の請求項１に係る発明は、セメント混和用の高炉スラグ粉末であって、ブレーン値が４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇであり、かつ、ロジン・ラムラー式におけるｎ値が１．００〜１．２０であることを特徴とする高炉スラグ粉末である。

セメント混和用とは、予めセメントに混和して用いるだけでなく、フレッシュモルタルやフレッシュコンクリートの混練時にセメントや骨材とともにミキサーに添加して用いる場合も含む。

本発明の高炉スラグ粉末は、粉末度と粒度分布以外は従来から用いているセメント混和用のものと同じである。粉末度はブレーン値で４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである。４０００ｃｍ^２／ｇ未満では強度発現性が悪くなる虞がある。また、９０００ｃｍ^２／ｇを超えると粒度調整しても前記ダイラタンシー現象を抑制し難くなる。

また、本発明の高炉スラグ粉末は、ロジン・ラムラー式におけるｎ値が１．００〜１．２０である。

ロジン・ラムラー式はロジンとラムラーが１９３３年、石炭など種々の粉砕物のふるい上積算質量分布を表すのに提案した粒度分布式で、積算ふるい上質量％（オーバーサイズ質量％）をR(X)として、次式で示されるものである。

Ｒ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｂｘ^ｎ）

ここでｂとｎは定数でｘは代表粒子径である。ｎは、分布の広がりを示す定数で、ｎが大きいほど分布が狭く、粒子径が揃っていることになるため、「均等数」と呼ばれる。

従来からボールミル等で普通に粉砕しセメント混和用として用いているブレーン値３０００〜１２０００ｃｍ^２／ｇ程度の高炉スラグ粉末のｎ値は１．２１以上であり、多くの場合、１．３０〜１．５０であり、分級して製造するブレーン値の非常に高い高炉スラグ微粉末では１．５０〜３．００である。これに対し、本発明の高炉スラグ粉末のｎ値は１．００〜１．２０なので、従来品よりブロードな分布を有し、粗粉と微粉を同時に多く併せ持つものとなっている。

ｎ値が１．００未満になると、粒度分布が広がりすぎて粒子径が大きい高炉スラグが含まれ易くなるとともに、粒度の粗い高炉スラグ粉末の割合が増加するため、強度発現性が悪くなる。また、ｎ値が１．２０を超えると前記ダイラタンシー現象の発生を抑制し難くなり、ブリージングが発生し易くなる。

本願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の高炉スラグ粉末であって、９０μｍ篩残分が０．５重量％以上、かつ、４５μｍ篩残分が５〜１５重量％、かつ、１０μｍ篩通過分が４０〜８０重量％であることを特徴とする高炉スラグ粉末である。

本発明の請求項２に係る高炉スラグ粉末は、粗粉と微粉を同時に合せ持ち、従来品に比べてｎ値が小さい、すなわち、幅広い粒度分布を有するもので、ダイラタンシー現象の発生の抑制であればｎ値で管理できるが、短期材齢〜長期材齢に渡っての良好な強度発現性、ブリージングの抑制、発熱、収縮低減、低水／結合材比での良好な流動性といった他特性をも良好なものにするには、上記のようなより厳密な粒度管理を行うことが好ましい。

従来品であれば、例えば、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ程度のものでは、粒径は１〜１００μｍの正規分布で本発明の高炉スラグ粉末のように１０μｍ篩通過分を多く有するものではない。また、ブレーン値６０００ｃｍ^２／ｇ程度のものでは粒径は１〜５０μｍの正規分布で本発明の高炉スラグ粉末のように９０μｍ篩通残分を有するものではない。また、ブレーン値８０００ｃｍ^２／ｇ程度のものでは粒径は０．５〜３０μｍの正規分布で本発明の高炉スラグ粉末のように４５μｍ残分と９０μｍ篩通残分を有するものではない。このように、本発明の請求項２に係る高炉スラグ粉末は、従来品にはないｎ値であって独特の粒度分布を有するものである。

本発明の請求項２に係る高炉スラグ粉末は、９０μｍ篩残分が０．５重量％以上である。０．５重量％未満でもｎ値が所定の範囲にあれば前記ダイラタンシー現象の発生は抑制できるものの、発熱および自己収縮が抑制できない場合が生じることがある。

また、４５μｍ篩残分が５〜１５重量％である。この範囲をはずれてもｎ値が所定の範囲にあれば前記ダイラタンシー現象の発生は抑制できるものの、４５μｍ篩残分が５重量％に満たないときは、高炉スラグの微粉が多くなり自己収縮が抑制できない場合が生じる。また、４５μｍ篩残分が１５重量％を超えると、高炉スラグの粗粉が多くなり強度発現性が悪くなることがある。

また、１０μｍ篩通過分が４０〜８０重量％である。この範囲をはずれてもｎ値が所定の範囲にあれば前記ダイラタンシー現象の発生は抑制できるものの、施工条件や環境条件によっては４０重量％未満ではブリージングが起り易くなるとともに良好な強度発現を確保し難くなり、８０重量％を超えると乾燥収縮が大きくなり易くなったりする。

本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の高炉スラグ粉末に無水石膏もしくは無水石膏とシリカフュームを配合してなるセメント混和材である。

上記本発明の高炉スラグ粉末はセメント混和用であり単独でセメント、モルタル、コンクリート、セメント系固化材等に直接添加して用いることができるが、これに無水石膏もしくは無水石膏とシリカフュームを配合してセメント混和材にすることもできる。

これらのセメント混和材を用いれば、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートであってもダイラタンシー現象が発生し難い高強度のものが得られる。

無水石膏とシリカフュームは、従来からセメント、コンクリート分野で使用されているものであれば特に限定されない。また、これらの配合割合は、前記ダイラタンシー現象の発生の抑制効果を阻害する割合でなければ特に限定されない。

本願の請求項４に係る発明は、ポルトランドセメントに請求項１又は２に記載の高炉スラグ粉末もしくは請求項３に記載のセメント混和材を配合してなるセメント組成物であって、該セメント組成物中の前記ポルトランドセメントの割合が、３０〜９０重量％であることを特徴とするセメント組成物である。

上記本発明の高炉スラグ微粉末とセメント混和材は、予めポルトランドセメントに配合しセメント組成物として用いることもできる。ポルトランドセメントに高炉スラグ粉末を単独で配合すれば高炉セメントとなる。

これらの配合割合は特に限定されないが、前述の通り、本発明におけるダイラタンシー現象の抑制効果は、低水／結合材比で結合材中のセメントが富配合の結合材を用いたフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートにおいて顕著となるので、セメントが富配合の結合材、すなわちセメント組成物とするのが好ましい。

ここで言う結合材とは、高炉スラグ粉末を配合してなるセメントもしくはセメントに高炉スラグ粉末を含む無機粉体等からなるセメント混和材を配合してなるセメント組成物である。

本発明のセメント組成物（結合材）中におけるポルトランドセメントの割合は、３０〜９０重量％が好ましい。より好ましくは４０重量％以上、さらに好ましくは４５％重量％以上である。３０重量％未満では十分な強度が得られ難くなる場合がある。また、９０重量％を超えると前記高炉スラグ粉末や前記セメント混和材の十分な添加効果が得られ難くなる。

上記本発明のセメント組成物を用いれば、Ｗ／Ｃが３０％以下、好ましくは２５％以下の低水／結合材比のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートであってもダイラタンシー現象が発生し難くなる。

本発明の高炉スラグ粉末、もしくは該高炉スラグ粉末に無水石膏または無水石膏とシリカフュームを配合してなるセメント混和材、もしくはポルトランドセメントに前記高炉スラグ粉末または前記セメント混和材を配合してなるセメント組成物を用いれば、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比で結合材（セメント組成物）中のセメント含有量が４０重量％以上のセメントが富配合の結合材を用いたフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートにおいてダイラタンシー現象が発生し難くなる。

小型Ｌ型フロー試験器を示す図である。（ａ）は測定試料が鉛直部に充填された状態での模式斜視図、（ｂ）はＬ型フロー試験器の平面図、（ｃ）はＬ型フロー試験器の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例等に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

[高炉スラグ粉末]
本発明の高炉スラグ粉末は特定の粉末度と粒度分布を有するものであり、具体的には、ブレーン値が４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇであり、かつ、ロジン・ラムラー式におけるｎ値が１．００〜１．２０のものである。この高炉スラグ粉末は、従来のセメント混和用高炉スラグ粉末と同様にして使うことができる。

この高炉スラグ粉末を用いてフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートを製造すると、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比で結合材中のセメント含有量が４０重量％以上のセメントが富配合の結合材であってもダイラタンシー現象が発生し難くなるといった効果が得られる。

本発明の高炉スラグ粉末のｎ値は１．００〜１．２０なので、従来品よりブロードな分布を有し、粗粉と微粉を同時に多く併せ持つものとなっている。粗粉と微粉を同時に多く併せ持つものとするためには、粉砕と分級の組み合わせにより得られる粒度の異なる複数の粗粉と粒度の異なる複数の微粉との混合、従来品への粗粉と微粉の添加などで得られる。

ここで言う「粗粉」とは粒度が４５μｍ以上のものであり、「微粉」とは粒度が１０μｍ未満のものである。必要に応じて、これらの中間粒度である「中粉」を使用する。なお、分級は製造の必須要件ではなく、セパレータなどで分級しない開回路型のボールミルで直接粉砕して製造することもできる。

従来の一般的な高炉スラグ微粉末は、ボールミルまたはローラーミルで粉砕後にセパレータで分級して製造する。このとき発生する粗粉はミルに戻して粉砕する。さらに、得られた高炉スラグ微粉末をミクロンセパレータなどで分級することによりブレーン値６０００ｃｍ^２／ｇ、８０００ｃｍ^２／ｇ、１２０００ｃｍ^２／ｇといった所定の高炉スラグ微粉末にする。

これに対し、本発明の高炉スラグ粉末では、例えば、セパレータまたはミクロンセパレータで分級する際に発生する粗粉の一部をミルに戻さず取り出して、必要に応じて分級し、微粉と混合することにより製造する。混合する粗粉と微粉の粒度分布、篩残分および配合割合を調整することにより目的とするブレーン、ｎ値、粒度となる高炉スラグ粉末ができる。このように、本発明の高炉スラグ粉末の製造方法では、従来は全量をミルに戻して再粉砕していた粗粉の少なくとも一部を取り出して利用する点に特徴がある。

また、セパレータまたはミクロンセパレータのブレードの回転数の制御などにより分級した高炉スラグ粉末の複数の分級品を用いて、ブレーン、粒度分布（ｎ値）、篩残分を調整することもできる。たとえば、高炉スラグ粉末をボールミルまたはローラーミルで製造後にセパレータ、ミクロンセパレータなどで９０μｍ、４５μｍおよび１０μｍでそれぞれ分級した高炉スラグ粉末の分級品を製造し、それぞれ目的の割合で混合してもよい。

また、本発明の高炉スラグ粉末は、９０μｍ篩残分が０．５重量％以上、かつ、４５μｍ篩残分が５〜１５重量％、かつ、１０μｍ篩通過分が４０〜８０重量％であるのが好ましい。この粒度の範囲であれば、粗粉と微粉を同時に多く併せ持つ（粒度分布がブロードで従来よりｎ値の小さい）高炉スラグ粉末が得られる。

このような粒度構成にすることによって、ダイラタンシー現象の抑制だけでなく、短期材齢〜長期材齢に渡っての良好な強度発現性、ブリージングの抑制、収縮低減、低水／結合材比での良好な流動性といった他特性をも良好なものにすることができる。

例えば、ブレーン値が３２００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．２１、９０μｍ残分が４．２％、４５μｍ残分が１６．８％、１０μｍ通過分が２６．４％の高炉スラグ粉末とブレーン値が８２００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．８６、９０μｍ残分が０．０％、４５μｍ残分が０．０％、１０μｍ通過分が９１．７％の高炉スラグ微粉末を６０：４０に混合することにより、ブレーン値が５２００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．２０、９０μｍ残分が２．５％、４５μｍ残分が１０．１％、１０μｍ通過分が５２．５％の高炉スラグ粉末が得られる。ｎ値の管理は前述のロジン・ラムラー式により行う。狭い粒度分布の高炉スラグ粉末（ｎ値の高い高炉スラグ粉末）を２つ組み合わせても、平均粒径を異なるものとすることにより、粗粉部分と微粉部分の高炉スラグ粉末の粒子がそれぞれ増加するため、ひとつの広い粒度分布、つまりｎ値の小さい高炉スラグ粉末とすることができる。

また、ブレーン値が３３００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．２１、９０μｍ残分が１．１％、４５μｍ残分が１５．８％、１０μｍ通過分が２７．４％の高炉スラグ粉末とブレーン値が１２０００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が２．９４、９０μｍ残分が０．０％、４５μｍ残分が０．０％、１０μｍ通過分が１００％の高炉スラグ超微粉末を７０：３０に混合することにより、ブレーン値が５９１０ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．１６、９０μｍ残分が０．８％、４５μｍ残分が１１．１％、１０μｍ通過分が４９．２％の高炉スラグ粉末が得られる。

さらに、ブレーン値が３０００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．２１、９０μｍ残分が４．２％、４５μｍ残分が１６．８％、１０μｍ通過分が３３．０％の高炉スラグ粉末と、ブレーン値が６２００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．８７、９０μｍ残分が０．０％、４５μｍ残分が０．４％、１０μｍ通過分が６０．５％の高炉スラグ粉末とブレーン値が１２０００ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が２．９４、９０μｍ残分が０．０％、４５μｍ残分が０．０％、１０μｍ通過分が１００％の高炉スラグ超微粉末の３種類を３３：３３：３４に組み合わせることにより、ブレーン値が７１８０ｃｍ^２／ｇ、ｎ値が１．２０、９０μｍ残分が１．４％、４５μｍ残分が５．７％、１０μｍ通過分が６４．８％の高炉スラグ粉末が得られる。

なお、粉末度はブレーン測定により、ｎ値はマイクロトラックなどレーザー散乱を用いて測定した粒度分布（前述のロジン・ラムラー式）から求めて管理・評価される。９０μｍ篩残分、４５μｍ篩残分の測定は、たとえばＪＩＳ Ｚ ８８０１−１「試験用ふるい」で規定されるふるいを用いて評価される。また、１０μｍ篩通過分の測定は、たとえばセメント協会試験方法ＪＣＡＳ Ｋ−０３−２００５「エア・ジェット式ふるい装置によるセメントの粉末度試験方法」に準拠した方法で評価される。また、マイクロトラックなどレーザー散乱を用いて測定した粒度分布から求めてよい。

上記のようにして得られた高炉スラグ粉末は、低水／結合材比であってもフレッシュコンクリートの混練時に練混ぜ用のスコップがコンクリートに刺さらないといった障害を生ずることなくスムーズな混練ができるので、低水／結合材比の高強度コンクリート、高強度モルタル、転圧コンクリート、セメント系プレキャスト即脱品等に効果的に使用できる。

[セメント混和材]
上記本発明の高炉スラグ粉末は、これに無水石膏もしくは無水石膏とシリカフュームを配合してセメント混和材にすることもできる。これらのセメント混和材を用いれば、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートであってもダイラタンシー現象が発生し難い高強度のものが得られる。セメント混和材中における上記本発明の高炉スラグ粉末の含有量は、８０〜９５重量％が好ましい。

無水石膏は、従来からセメント系材料に用いられているものであれば特に限定されないが、ブレーン値３０００〜８０００ｃｍ^２／ｇ程度のものを用いるのが好ましい。

無水石膏は、セメントと高炉スラグ粉末による前記ダイラタンシー現象を緩和する方向に作用するので、併用することは好ましい。セメント混和材中における無水石膏の含有量は、５〜２０重量％が好ましい。

シリカフュームも、従来からセメント系材料に用いられているものであれば特に限定されない。シリカフュームは粒径が０．１〜１μｍ程度とセメント粒子や一般的に用いられている高炉スラグ粉末に比べて著しく粒径が小さいので、適量添加することによって、セメント及び高炉スラグ粉末等によって形成される粒子間空隙、内部空隙等の空隙が充填でき、粉体の充填率が高くなるため、ダイラタンシー現象を緩和する方向に作用する。

また、シリカフュームはポゾラン活性を有するので、強度増進も図れる。したがって、シリカフュームを前記高炉スラグ粉末と併用することは好ましく、シリカフュームと前記無水石膏と前記高炉スラグ粉末の併用は更に好ましい。セメント混和材中におけるシリカフュームの含有量は、５〜１５％が好ましく、より好ましくは１０％程度である。

シリカフューム量は前記高炉スラグ粉末のブレーン値、ｎ値によって調整され、ブレーン値が小さいほど、ｎ値が大きいほど、多めに配合する。上記セメント混和材の製造は、上記各材料を従来方法により混合して行えばよい。

[セメント組成物]
前記本発明の高炉スラグ粉末や前記本発明のセメント混和材は、予め、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、本発明者らが開発した高活性セメント等に配合して、セメント組成物として用いることができる。

セメント組成物中におけるセメントの割合は、３０〜９０重量％が好ましい。３０重量％未満では十分な強度が得られ難くなる。また、９０重量％を超えると前記高炉スラグ粉末や前記セメント混和材の十分な添加効果が得られ難くなる。また、セメントとしては品質の安定したポルトランドセメントが好ましく、中でも安価で汎用性のある普通ポルトランドセメントがより好ましい。

上記本発明のセメント組成物を用いれば、Ｗ／Ｃが３０％以下の低水／結合材比のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートであってもダイラタンシー現象が発生し難くなる。上記本発明のセメント組成物の製造は、セメントに本発明の高炉スラグ粉末もしくは本発明のセメント混和材を所定量配合し、従来通りの方法で混合して行えばよい。

[試験例]
＜フレッシュモルタルによるダイラタンシー現象の抑制性能確認試験＞
粒度分布の異なる高炉スラグ粉末を製造し、これらを配合したフレッシュモルタルにつき、練混ぜ時間測定とコーンフロー測定と小型Ｌ型フロー試験器によるフロー試験を行い、練混ぜ性能と流動性能の両面からの総合評価によりダイラタンシー現象の抑制性能確認試験を行った。測定試料における結合材（セメント組成物）は、１）普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末、２）普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏、３）普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏−シリカフュームの３つの系のものを用いた。

（１）使用材料
・高炉スラグ（ＪＦＥスチール社製）
・無水石膏（市販品；デイ・シイ社製）
・シリカフューム（市販品；エルケム社製）
・普通ポルトランドセメント（市販品；太平洋セメント社製）
・砂（セメント協会標準砂）
・高性能ＡＥ減水剤（市販品；竹本油脂社製）

（２）高炉スラグ粉末の製造
ボールミルにより高炉スラグを粉砕し、基準となるブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ、ブレーン値６０００ｃｍ^２／ｇ、ブレーン値８０００ｃｍ^２／ｇの３種類の高炉スラグ粉末を用意する。ただし、ブレーン値６０００ｃｍ^２／ｇおよびブレーン値８０００ｃｍ^２／ｇの２種類の高炉スラグ粉末は、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ粉末からＪＩＳ Ｚ ８８０１「試験用ふるい」の４５μｍ、２０μｍを通過させて用意した。次に、ｎ値及び９０μｍ残分、４５μｍ残分、１０μｍ通過分の各調整用のものとして、前記用意した高炉スラグ粉末をそれぞれ９０μｍふるいと４５μｍふるいで９０μｍ以上の高炉スラグ粉末、９０〜４５μｍの高炉スラグ粉末を作製した。また、１０μｍ通過分の高炉スラグ粉末は、ＪＣＡＳ Ｋ−０３−２００５「エア・ジェット式ふるい装置によるセメントの粉末度試験方法」に準拠した１０μｍ篩通過分を回収した。

次に、上記各基準および各調整用となる高炉スラグ粉末につき、マイクロトラックにより粒度分布を測定して、ロジン・ラムラー式によりｎ値を求めた。各基準となる高炉スラグ粉末をＪＩＳ Ｚ ８８０１「試験用ふるい」により各々９０μｍ残分、４５μｍ残分を求め、１０μｍ通過分については、ＪＣＡＳ Ｋ−０３−２００５「エア・ジェット式ふるい装置によるセメントの粉末度試験方法」に準拠して求めた。ｎ値、９０μｍ残分、４５μｍ残分、１０μｍ通過分が目標とする範囲となるように、各基準および各調整用となる高炉スラグ粉末を混合して、表１に示す粒度分布形態の高炉スラグ粉末を得た。Ａ〜Ｉは本発明の範囲に属するものである。比較例となるＫ、Ｌ、Ｍは、工場の実機で製造したブレーン値がそれぞれ８４３０ｃｍ^２／ｇ、４４７０ｃｍ^２／ｇ、３２１０ｃｍ^２／ｇの従来の高炉スラグ粉末である。高炉スラグ粉末ＧとＫは、ブレーン値は本発明の範囲に入って同じだが、ｎ値が本発明の範囲に入る実施例とｎ値が外れる比較例である。高炉スラグ粉末ＤとＪは、ｎ値は本発明の範囲に入って同じだが、ブレーン値が本発明の範囲に入る実施例と外れる比較例である。

（３）結合材の配合
表１に示す各高炉スラグ粉末を用い、各試験に供する表２に示す配合の結合材を作製した。普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末の系では、これらの材料を混合して結合材（セメント組成物）を作製した。

また、普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏の系では、予め高炉スラグ粉末と無水石膏とを混合してセメント混和材を作製しておき、該セメント混和材を普通ポルトランドセメントに混和して結合材（セメント組成物）を作製した。

また、普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏−シリカフュームの系では、予め高炉スラグ粉末と無水石膏とシリカフュームとを混合してセメント混和材を作製しておき、該セメント混和材を普通ポルトランドセメントに混和して結合材（セメント組成物）を作製した。配合Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７が実施例である。配合Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．１９が比較例である。

（４）フレッシュモルタルによるダイラタンシー現象の抑制性能確認試験
(a) 試験項目及び試験方法
1) 練混ぜ時間測定
測定試料は、ミキサーの羽根の撹拌による外力が作用してダイラタンシー現象が発
生しフレッシュモルタルが硬くなって流動し難くなるものとダイラタンシー現象が発
生していないものとでは、フレッシュモルタルになるまでの練混ぜ時間が異なる。

そこで、練混ぜ開始から３分間混練した後一時的に混練を止めてコーンフロー値を
測定し、以後、３０秒ごとに同様にしてコーンフロー値を測定し、コーンフロー値が
３００ｍｍ以上（良好な流動性）となるまでの練混ぜ時間を測定した。そして、練混
ぜ時間が４分を経過してもコーンフロー値が３００ｍｍ以上に達しないものは、混練
過程でダイラタンシー現象が発生するため混練性能が悪くなっていると判断した。

2) コーンフロー測定
上記コーンフロー値の測定をＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」の
０打フローに準じて行った。ダイラタンシー現象の影響を受けないでモルタルが良好
に流動であると判断できる数値として、コーンフロー値３００ｍｍ以上を良好な流動
性とした。

3) 小型Ｌ型フロー試験器によるフロー試験
縦長の容器に入れた測定試料の下方部では、測定試料の自重による重力が外力とな
ってダイラタンシー現象が発生し、フレッシュモルタルが硬くなって流動性が悪くな
り、容器の下方部を開放しても容器から流出し難くなる。

そこで、図１に示す小型Ｌ型フロー試験器を用い、仕切板２を手で上方に引上げ、
水平部のゲートを開いてからの（鉛直部Ａと水平部Ｂとの間を開放状態にしてから
の）、測定試料のゲート（水平部Ｂにおける鉛直部Ａと水平部Ｂとの間の開口部）か
ら水平部Ｂ内をそれぞれ１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍまで流動するのに要し
た時間（Ｌ型フロー到達時間）を測定した。そして、１００ｍｍＬ型フロー到達時間
が４．０秒以上、２００ｍｍＬ型フロー到達時間が８．０秒以上、３００ｍｍＬ型フ
ロー到達時間が２５秒以上となるものは、いずれも測定試料の材料構成に上記ダイラ
タンシー現象の発生が加わって流動性が悪くなっていると判断した。

図１は、上記Ｌ型フロー到達時間の測定に用いた小型Ｌ型フロー試験器１で、鉛直
部Ａと水平部ＢがＬ型に連結した函体であり、測定開始時には縦長の鉛直部Ａと横長
の水平部Ｂとが仕切板２により遮断された状態となっている。そして、仕切板２は、
上方に引き抜けるようになっている。また、水平部Ｂの上部は開口されており、測定
試料４の流動状況を観察できるようになっている。小型Ｌ型試験器１の各寸法は図１
に示す通りである（単位；ｍｍ）。材質はアクリル樹脂製である。

フロー試験は、鉛直部Ａの上方の開口（測定試料投入口３）より所定量の測定試料
を自然落下させて鉛直部Ａに充填した後、仕切板２を手で上方に引上げ、鉛直部Ａと
水平部Ｂとの間を開放状態にする。すると、鉛直部Ａに充填されていた測定試料は、
ダイラタンシー現象を起さないものであれば、自重により水平部Ｂに流れ出し水平部
Ｂを測定試料の流動性に応じて水平部Ｂを流動するが、ダイラタンシー現象を起して
いるものは、流動し難くなって水平部Ｂをスムーズに流動しなくなる。

したがって、上記の通り、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍでのＬ型フロー到
達時間を測定することにより、ダイラタンシー現象の発生の有無を含む流動性の良否
を評価できる。

(b) フレッシュモルタルの作製
上記表２に示す結合材（セメント組成物）と砂とを１：１の割合で配合し、高性能
ＡＥ減水剤を結合材に対して２．０重量％添加し、水／結合材比０．２でホバートミ
キサーにより混練してフレッシュモルタルを作製した。ただし、シリカフュームを添
加した配合Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．１９については、流動性を向上させるシリカフューム
を使用したため流動性を水／結合材比０．２のものと同程度にすべく、水／結合材比
０．１７でフレッシュモルタルを作製した。

(c) 試験結果
表３に、練混ぜ時間、練混ぜ終了時のコーンフロー値、小型Ｌ型フロー試験器での
Ｌ型フロー到達時間の各測定結果を示す。なお、コーンフロー測定においてコーンフ
ロー値が３００ｍｍ以上に達せず練混ぜが未終了のものについては、練混ぜ時間１０
分でのコーンフロー値を示した。また、各測定結果の評価を○、△、×で示した。

上表によれば、比較例である従来の高炉スラグ粉末（記号；Ｌ）を使用した配合Ｎｏ．１５は、モルタル練り混ぜ時間が長くフロー値が小さく、また各Ｌ型フロー到達時間が長いため、練り混ぜ性能および流動性能が劣る結果となった。これはダイランシー現象が発生したことによると推察される。

これに対し、実施例である本発明の高炉スラグ粉末を同一の割合で使用した配合Ｎｏ．１３は、練り混ぜ性能、流動性能のいずれも良好な結果となった。

また、ｎ値が本発明の高炉スラグ粉末（記号；Ｄ）と同じだがブレーン値が本発明のものより細かい高炉スラグ超微粉末（記号；Ｊ）を使用した比較例である配合Ｎｏ．１４は、ブレーン値が１００５０ｃｍ^２／ｇと細かい高炉スラグ超微粉末を使用しているため、モルタル練り混ぜ時間が長くフロー値が小さく、また各Ｌ型フロー到達時間が長い結果となった。このように、ｎ値が本発明の範囲にあってもブレーン値が高くなりすぎるとダイラタンシー現象が発生すると見られる。実施例である配合Ｎｏ．１３のように、ブレーン値が本発明の範囲にあれば練り混ぜ性能、流動性能のいずれも良くなることから、ダイラタンシー現象の発生は抑制されると見られる。

従来の高炉スラグ粉末（記号；Ｋ）を使用した比較例である配合Ｎｏ．１２は、無水石膏を添加しているにもかかわらず、モルタル練り混ぜ時間が長くフロー値が小さく、また各Ｌ型フロー到達時間が長いため、練り混ぜ性能および流動性能が劣る結果となった。これもダイラタンシー現象発生の影響と考える。これに対し、本発明の高炉スラグ粉末を同一の割合で使用した実施例である配合Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１１は、練り混ぜ性能、流動性能のいずれもほぼ良好であった。

ブレーン値は本発明の範囲に入ってほぼ同じだが、ｎ値が本発明の範囲に入る高炉スラグ粉末（記号Ｇ）を用いた実施例である配合Ｎｏ．９とｎ値が外れる高炉スラグ粉末（記号；Ｋ）を用いた比較例である配合Ｎｏ．１２を比較すると、配合Ｎｏ．９の方が配合Ｎｏ．１２よりモルタル練り混ぜ時間が短く、また各Ｌ型フロー到達時間が短いため、練り混ぜ性能および流動性能が優れる結果となった。これも、ダイラタンシー現象の発生の有無による差異と見られる。

普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末の系の実施例である配合Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．１３は、いずれもモルタル練り混ぜ時間が短く、各Ｌ型フロー到達時間も短いため、練り混ぜ性能および流動性能がともに優れる結果となった。また、普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏の系の実施例である配合Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１６も同様にいずれもモルタル練り混ぜ時間が短く、各Ｌ型フローの到達時間も短いため、練り混ぜ性能および流動性能がともに優れる結果となった。

普通ポルトランドセメント−高炉スラグ粉末−無水石膏−シリカフュームの系において、従来の高炉スラグ粉末（記号；Ｋ）を使用した配合Ｎｏ．１８は、シリカフュームを用いているにもかかわらずモルタル練り混ぜ時間が長くフロー値が小さく、また各Ｌ型フロー到達時間が長いため、練り混ぜ性能および流動性能が劣る結果となった。上記結果から、無水石膏やシリカフュームの添加だけではダイラタンシー現象の発生を抑制し難く、本発明のように高炉スラグ粉末自体の改善が必要であることがわかる。

また、従来の高炉スラグ粉末（記号；Ｋ）よりブレーン値およびｎ値が小さい従来の高炉スラグ粉末（記号；Ｍ）を用いた配合Ｎｏ．１９は、配合Ｎｏ．１８よりかは練り混ぜ性能および流動性能が改善されるものの十分とは言えない結果となった。まだ、十分ダイラタンシー現象の発生を抑制できていないと見られる。また、配合Ｎｏ．１９のものでは、ブレーン値が小さい高炉スラグ粉末（記号；Ｍ）を用いているため、強度発現が悪くなる虞がある。

一方、実施例である高炉スラグ粉末（記号；Ｈ）を用いた配合Ｎｏ．１７は、練り混ぜ性能および流動性能がともに優れる結果となり、ダイラタンシー現象の発生を十分抑制できていると言える。

以上の通りであり、上記表３の結果からわかるように、本発明の実施例である高炉スラグ粉末（記号；Ａ〜Ｉ）を用いた配合では、いずれも練り混ぜ性能および流動性能が優れる結果となり、ダイラタンシー現象の発生が十分抑制できていることがわかる。

１…小型Ｌ型フロー試験器、２…仕切板、Ａ…鉛直部、Ｂ…水平部、３…測定試料投入口、４…測定試料

Claims (4)

1. セメント混和用の高炉スラグ粉末であって、ブレーン値が４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇであり、かつ、ロジン・ラムラー式におけるｎ値が１．００〜１．２０であることを特徴とする高炉スラグ粉末。
2. 請求項１に記載の高炉スラグ粉末であって、９０μｍ篩残分が０．５重量％以上、かつ、４５μｍ篩残分が５〜１５重量％、かつ、１０μｍ篩通過分が４０〜８０重量％であることを特徴とする高炉スラグ粉末。
3. 請求項１又は２に記載の高炉スラグ粉末に無水石膏もしくは無水石膏とシリカフュームを配合してなるセメント混和材。
4. ポルトランドセメントに請求項１又は２に記載の高炉スラグ粉末もしくは請求項３に記載のセメント混和材を配合してなるセメント組成物であって、該セメント組成物中の前記ポルトランドセメントの割合が、３０〜９０重量％であることを特徴とするセメント組成物。

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