JP2017222534A - セメント混和材、セメント組成物及びセメント硬化体 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、中性化及び自己収縮を抑制し且つ強度を高めることが可能なセメント組成物及びセメント硬化体を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、セメント組成物の硬化物であることを特徴とするセメント硬化体である。
また、本発明によれば、中性化及び自己収縮を抑制し且つ強度を高めることが可能なセメント組成物及びセメント硬化体を提供することができる。
また、本明細書において「製鋼スラグ」とは、製鋼プロセスで生じるスラグのことを意味する。例えば、ステンレス鋼の製鋼プロセスでは、ステンレス鋼を溶製する際に発生するスラグを指す。このスラグには、電気炉で原料を溶解してステンレス鋼の溶銑を生成する溶解工程で生成した溶製スラグと、生成した溶銑から含有される硫黄を除去する脱硫処理工程で生成した脱硫スラグと、脱硫処理後の溶銑に対して転炉及び真空脱ガス処理装置で溶銑に含有される炭素を除去する精錬工程で生成した精錬スラグとが含まれる。また、このスラグには、原料内の不純物、製鋼プロセスにおける生成物、有用金属の地金も含まれる。
製鋼スラグにおけるFの含有量は、土壌環境基準に規定される水に対するFの溶出量の基準を満足するため、2.0質量%未満、好ましくは0質量%超過1.5質量%以下、より好ましくは0質量%超過0.4質量%以下とする必要がある。本発明では、脱硫処理に蛍石を使用しなくてもよいため、製鋼スラグにおけるFの含有量を低減することができる。したがって、製鋼スラグから製造されるスラグ微粉末におけるFの含有量も低減することができ、スラグ微粉末からなるコンクリート混和材が使用される各種用途においても土壌環境基準を満たすことが可能となる。
製鋼スラグの塩基度(CaO/SiO2)は、溶銑の脱硫反応に大きな影響を及ぼす。特に、脱硫処理方法を機械攪拌式のKR法とし、スラグの流動性を向上させるために用いられてきた蛍石を使用しない場合には、製鋼スラグの塩基度を調節して製鋼スラグの流動性を確保しなければならない。そのため、製鋼スラグの塩基度は、1.0〜2.1、好ましくは1.3〜1.6とする必要がある。製鋼スラグの塩基度が1.0未満であると、脱硫処理時に製鋼スラグに含まれるCaOと溶銑に含まれるSとの間で十分な脱硫反応が起こらない。一方、製鋼スラグの塩基度が2.1を超えると、脱硫処理時に製鋼スラグの流動性が低くなり、溶銑と製鋼スラグとの接触界面が減少して脱硫反応を促進させることができない。
ジョークラッシャー破砕処理では、製鋼スラグは、気中にある状態で、ジョークラッシャーにおける固定歯と固定歯に対して接近及び離脱するように可動な可動歯との間に挟まれて押圧されることによって圧縮破砕される。製鋼スラグは、この処理によって、大まかに乾式破砕される。このとき、製鋼スラグでは、硬質な鉱物相の間にある軟質な部分が崩壊することにより、硬質な鉱物相が多数の塊状に分離する。
篩い分級処理では、比重選別機から取り出されて処理水中に含まれた状態の低比重の製鋼スラグが、振動篩い機の振動するスクリーン(篩い)上に供給され、そのうちのスクリーンの目開きの大きさ(例えば、5mm)以下のものが選別される。スクリーンを通過しなかった粒径5mmを超える製鋼スラグについては、処理水と共にロッドミル破砕処理32に再び戻され、湿式破砕処理が行われる。
粒状分の粉砕は、セメント混和材としての使用を考慮し、比表面積が4800cm2/g〜8000cm2/g、好ましくは4800cm2/g〜5800cm2/gとなるまで行う。比表面積が4800cm2/g未満であると、セメント硬化体の緻密化が不十分となり、中性化抑制効果が十分に得られない。一方、比表面積が8000cm2/gを超えると、粉砕コストが著しく上昇してしまう。
また、スラグ微粉末は、微小粉状分から分離させた粒状分から形成されているため、γ−2CaO・SiO2を含まない。ここで、本明細書において「γ−2CaO・SiO2を含まない」とは、γ−2CaO・SiO2が全く含まれないことを意味するわけではなく、不純物として混入する程度のγ−2CaO・SiO2が含まれていてもよいことを意味する。
本発明のセメント混和材は、スラグ微粉末からなるため、粒状スラグの再資源化を高めることができ、しかも優れた中性化抑制効果を有する。
セメント組成物は、セメント混和材とセメントと水とを一般に含む。
セメントとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。セメントの例としては、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱などの各種ポルトランドセメント、混合セメント、エコセメントなどを用いることができる。
また、セメント混和材及びセメントの総量に対するセメントの割合は、特に限定されないが、一般的には45質量%〜95質量%、好ましくは60質量%〜75質量%である。
セメント混和材の割合が5質量%未満及びセメントの割合が95質量%超過であると、セメント混和材の量が少なすぎてしまい、セメント混和材による効果が十分に得られないことがある。一方、セメント混和材の割合が55質量%超過及びセメントの割合が45質量%未満であると、セメント組成物から得られるセメント硬化体の強度が十分に確保されないことがある。
細骨材の配合量が100質量部未満であると、細骨材を配合することによる効果が十分に得られないことがある。また、水和熱が高くなり、乾燥収縮ひずみが大きくなって経済性が低下することもある。一方、細骨材の配合量が500質量部を超えると、セメント組成物から得られるセメント硬化体の強度が低下することがある。
セメント組成物における粗骨材の配合量は、特に限定されず、細骨材の使用量に応じて適宜設定すればよい。
(実施例1:セメント混和材)
ステンレス鋼の製鋼プロセスにおいて、CaOを主成分とした脱硫剤を用いたKR法により、溶銑の脱硫処理を行った。この製鋼プロセスにおいて発生した溶融状態の製鋼スラグをスラグ鍋に収集した。溶融状態の製鋼スラグは、1.1質量%のF、38.7質量%のCaO、25.8質量%のSiO2、8.7質量%のAl2O3及び9.4質量%%のMgO、3.4質量%のFe2O3、2.3質量%のMnO、3.3質量%のCr2O3を含み、塩基度(CaO/SiO2)が1.5であった。次に、スラグ鍋に入れられた溶融状態の製鋼スラグを、大気中での自然冷却による空冷と、スラグ鍋に散水して冷却する散水冷却とを組み合わせた冷却方法により、約1100℃〜約700℃の間を0.8℃/分以下の速度で7.8時間かけて冷却した。
普通ポルトランドセメントに実施例1で得られたセメント混和材A又はBを加え、これに水、粗骨材及び細骨材を加えて混合することにより、サンプルNo.1及び2のセメント組成物を作製した。粗骨材としては砕石を用い、細骨材としては砕砂を用いた。また、サンプルNo.2のセメント組成物では、砕砂の一部を、実施例1のセメント混和材の製造において途中で得られた粒状分(粗粒スラグ)に代えた。各成分の配合量及び割合、水セメント比については表1に示す。
普通ポルトランドセメントに石灰石微粉末(比表面積4850cm2/g)を加え、これに水、粗骨材及び細骨材を加えて混合することにより、サンプルNo.3のセメント組成物を作製した。粗骨材としては砕石を用い、細骨材としては砕砂を用いた。各成分の配合量及び割合、水セメント比については表1に示す。
普通ポルトランドセメントに水、粗骨材及び細骨材を加えて混合することにより、サンプルNo.4のセメント組成物を作製した。粗骨材としては砕石を用い、細骨材としては砕砂を用いた。各成分の配合量及び割合、水セメント比については表1に示す。
促進中性化試験を行った。試験方法は、JIS A1153に準じて行った。具体的には、各セメント組成物について、10cm×10cm×40cmの角柱供試体を3本ずつ作製し、材齢1日で脱型後、材齢28日(4週)まで水中養生を行い、材齢56日(8週)まで室温20℃、湿度60%の恒温高湿室にて静置した後、促進中性化試験機にて促進中性化を行った。試験機内温度は20℃±2度、湿度60℃±5%、二酸化炭素濃度は5±0.2%とした。中性化深さの測定日に供試体を切断し、その断面にフェノールフタレイン溶液を塗布した後、断面の端面から赤紫色に呈色している部分までの距離を中性化深さとして測定した。測定日は、促進中性化試験機に供試体を静置した後、1週、4週、8週、13週、26週とした。中性化深さは、1.0mm以下を合格とした。
乾燥収縮ひずみは、JIS A1129に準じて測定した。乾燥収縮ひずみは、800×10−6以下を合格とした。
上記の各評価結果を表2に示す。なお、表2では、促進中性化試験、材齢28日の圧縮強度試験、及び乾燥収縮ひずみの結果が全て合格であったものを○、促進中性化試験、材齢28日の圧縮強度試験、及び乾燥収縮ひずみのいずれかの結果が不合格であったものを×とした総合評価も示す。
Claims (7)
- 製鋼スラグ由来のスラグ微粉末からなるセメント混和材であって、
2.0質量%未満のF、33〜53質量%のCaO、20〜35質量%のSiO2、3〜16質量%のAl2O3及び5〜10質量%のMgOを含み、塩基度(CaO/SiO2)が1.0〜2.1であり、比表面積が4800〜8000cm2/gであることを特徴とするセメント混和材。 - γ−2CaO・SiO2を含まないことを特徴とする、請求項1に記載のセメント混和材。
- 請求項1又は2に記載のセメント混和材とセメントとを含むセメント組成物。
- 前記セメント混和材及び前記セメントの総量に対して、前記セメント混和材の割合が5〜55質量%、前記セメントの割合が45〜95質量%であることを特徴とする請求項3に記載のセメント組成物。
- 前記セメント混和材及び前記セメントの総量に対する割合が25〜65質量%の水を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載のセメント組成物。
- 細骨材及び粗骨材の少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のセメント組成物。
- 請求項3〜6のいずれか一項に記載のセメント組成物の硬化物であることを特徴とするセメント硬化体。
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