JP3096692B2

JP3096692B2 - 細骨材

Info

Publication number: JP3096692B2
Application number: JP3125098A
Authority: JP
Inventors: 寛金澤; 宜典平井; 順行坂井; 昭宏堀井
Original assignee: 運輸省第二港湾建設局長; 株式会社沿岸環境開発資源利用センター
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH10287454A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート又は
モルタル等に使用する細骨材に関し、詳しくは、従来廃
棄処分されていた製鋼スラグの有効活用を可能にし、且
つクラックの発生を抑えて高強度の構造物を与え得る細
骨材に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】コンク
リートは、セメント、粗骨材、細骨材等からなり、該細
骨材としては、河川や砂山等から採取された自然砂を使
用するのが従来一般的であった。しかし、最近では、砂
不足のために砕石を潰して粒度調整した砕砂や、高炉ス
ラグ、非鉄金属スラグ（ニッケル、亜鉛、銅等）等も細
骨材として使用されるようになっている。製鋼スラグ
は、上記高炉スラグと同じく製鉄過程において生じるス
ラグであるが、高炉スラグは銑鉄製造工程にて発生する
のに対し、製鋼スラグは製鋼工程にて発生するものであ
り、両者の物理的特性は大きく相違する。

【０００３】そして、製鋼スラグは、遊離石炭（Ｃａ
Ｏ）と水とが反応し消石灰に変化すると体積膨脹を起こ
して崩壊し、その崩壊が継続する性質があるため、その
ままの状態ではコンクリート用の骨材等として利用する
ことは不可能である。従って、製鋼スラグの殆どが産業
廃棄物として埋め立て処分されているのが現状である。

【０００４】しかし、近年における処分地確保の困難性
や処分コストの増大等により、資源の有効利用の必要性
が増大し、製鋼スラグについても有効な利用法の開発が
望まれていた。本発明は、かかる事情に基づいてなされ
た。従って、本発明の目的は、従来廃棄処分されていた
製鋼スラグの有効活用を可能にし、且つクラックの発生
を抑えて高強度の構造物を与え得る細骨材を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々検討した結果、特定の粒度及び膨張率
を有する製鋼スラグに特定の割合で石炭灰を混合するこ
とにより製鋼スラグの膨脹崩壊を抑制することができる
ことを知見した。

【０００６】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のである。即ち、請求項１に記載の発明は、製鋼スラグ
１００容量部と、石炭灰１４〜４００容量部とからなる
コンクリート用の細骨材であって、上記製鋼スラグは、
粒度が０．１５〜５ｍｍで、JIS A 5015:1992 附属書２
に規定される鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法に準拠して
測定した膨張率が０〜０．６％であることを特徴とする
細骨材を提供することにより、上記目的を達成したもの
である。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、製鋼スラ
グ１００容量部と、高炉スラグ細骨材１０〜４００容量
部と、石炭灰１０〜６００容量部とからなるコンクリー
ト用の細骨材であって、上記製鋼スラグは、粒度が０．
１５〜５ｍｍで、JIS A 5015:1992 附属書２に規定され
る鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法に準拠して測定した膨
張率が０〜０．６％であることを特徴とする細骨材を提
供することにより、上記目的を達成したものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の細骨材について詳
細に説明する。本発明の細骨材は、製鋼スラグと石炭
灰、又は製鋼スラグと高炉スラグ細骨材と石炭灰とから
なる。

【０００９】上記製鋼スラグとしては、製鋼工程で生じ
るスラグであれば特に制限なく使用することができ、転
炉スラグ及び電気炉スラグの何れでも良い。但し、転炉
スラグが好ましく用いられる。転炉スラグを用いると、
より諸特性に優れた細骨材を得ることができる。

【００１０】上記製鋼スラグは、その粒度が０．１５ｍ
ｍ〜５ｍｍのものを用いる。製鋼スラグの粒度が０．１
５ｍｍ未満であるとシルト分が多くなりコンクリートの
練り上がりが難しくなり、逆に５ｍｍを越えると製鋼ス
ラグの膨張崩壊が発生し問題となることから好ましくな
い。

【００１１】上記製鋼スラグは、膨張率が０〜０．６％
のものを用いる。特に膨張率が０〜０．５％のものが好
ましい。上記膨張率０．６％以下であると、クラックの
発生が防止され、圧縮強度に優れたコンクリート等を得
ることができる。上記膨張率が０．５以下であると、更
に取り扱い性や構造物の強度等に優れたコンクリート等
を得ることができる。一方、上記膨張率が０．６％を越
えると、クラックの発生を十分に防止するために、更に
蒸気エージング等の処理が必要となる。ここで、上記膨
張率は、JIS A 5015:1992 附属書２に規定された鉄鋼ス
ラグの水浸膨張試験方法に準拠して測定した値であり、
該膨張率が０．５％を越える製鋼スラグについては、予
め蒸気エージングを行い膨張率を０．６％以下、より好
ましくは０．５％以下に抑えて使用することが好まし
い。尚、上記蒸気エージングの方法としては、製鋼スラ
グを常圧又は加圧下において水蒸気に曝す方法がある。

【００１２】上記石炭灰としては、クリンカーアッシュ
（ボトムアッシュ）、フライアッシュ及びシンダーアッ
シュの何れも使用することができ、国内外の産地の各種
のものを使用することができる。これらの中でも、フラ
イアッシュが好ましい。フライアッシュは、特にクラッ
クの発生防止効果に優れ、高強度のコンクリートを得る
ことができる。尚、石炭灰は、その一種を単独で使用し
ても良いし二種以上の石炭灰を組み合わせて使用しても
良い。また、石炭灰は、予めセメントに混合しておいて
も良い。

【００１３】石炭灰は、シリカ（ＳｉＯ₂）及びアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とするが、これらのポゾラン
物質の含有率（SiO₂，Al₂O₃の合計，重量百分率）が８
０％以上のものが好ましく、特に８５％以上のものが特
に好ましい。ポゾラン物質の含有率が８０％以上である
と、特に強度に優れたコンクリート等を得ることがで
き、また必要な強度が十分に確保される場合には、使用
するセメント量を減らすことも可能であるため、各種構
造物の施工コストを低減させ得るという観点からも好ま
しい。

【００１４】石炭灰の細骨材中の配合割合は、上記高炉
スラグ細骨材を配合しない場合、製鋼スラグ１００容量
部に対して、通常１４〜４００容量部であり、好ましく
は２０〜１５０容量部であり、特に好ましくは２５〜７
０容量部である。上記石炭灰の細骨材中の配合比が、１
４容量部未満であると石炭灰によるクラック発生防止効
果を期待し難くなり、逆に４００容量部を超えると適正
なウォーカビリティを得ることが困難になる。例えば水
が少な目であるとコンクリート自体がぱさつき、少量の
水を加えただけで逆にトロトロになり、添加水量の管理
が極めて困難である。

【００１５】同様に、高炉スラグ細骨材を配合する場合
における上記石炭灰の細骨材中の配合割合は、製鋼スラ
グ１００容量部に対して、通常１０〜６００容量部であ
り、好ましくは１４〜６００容量部、より好ましくは３
０〜２００容量部、特に好ましくは３５〜８４容量部で
ある。上記石炭灰の細骨材中の配合比が、１０容量部未
満であると石炭灰によるクラック発生防止効果を期待し
難くなり、逆に６００容量部を超えると適正なウォーカ
ビリティを得ることが困難になる。

【００１６】上記高炉スラグ細骨材としては、ＪＩＳ規
格品の標準的な水砕スラグ（JIS A5011-1:1977 ）等を
使用することができる。高炉スラグ細骨材の細骨材中の
配合割合（容積比）は、上記製鋼スラグ１００容量部に
対して、通常１０〜４００容量部であり、好ましくは２
８〜３００容量部であり、特に好ましくは４２〜２３４
容量部である。高炉スラグ細骨材の配合割合が、上記製
鋼スラグ１００容量部に対して１０〜４００容量部の範
囲内であると、高炉スラグの有効活用を図りつつ構造物
に優れた圧縮強度を確保することができる。但し、港湾
海岸構造物等の重量コンクリート用材として用いる場合
には、高炉スラグ細骨材の使用量を抑制した方が、より
重量のある構造物が得られるので好ましい。尚、上記範
囲を越えるのは、相対的に製鋼スラグの使用量が減少す
るので、製鋼スラグの有効活用という観点から好ましく
ない。

【００１７】本発明の細骨材は、モルタル又はコンクリ
ート用の細骨材として使用でき、いずれの場合にもその
使用方法には特に制限はなく、従来公知の各種の細骨材
と同様に使用することができる。例えば、コンクリート
用細骨材として、水、セメント及び粗骨材と混合されて
各種構造物の製造用に用いられる。この場合における混
合の順序等には特に制限はなく、ドラムミキサー、可傾
式ミキサー、強制練りミキサー等従来公知の装置を用い
て適宜の方法で混練してコンクリート組成物とすること
ができる。

【００１８】上記粗骨材としては、天然の砂利や高炉ス
ラグ粗骨材等通常公知の各種の粗骨材を特に制限なく使
用することができるが、好ましくは高炉スラグを使用す
る。高炉スラグも製鋼スラグと同様に、その殆どが産業
廃棄物として処分されているものであり、該高炉スラグ
を使用することはリサイクル材の有効活用を主目的とす
る本発明の趣旨に合致する。また、高炉スラグを粗骨材
として使用すると、天然砂利を用いた場合と同等、ある
いは、それ以上の圧縮強度が得られるので好ましい。高
炉スラグ粗骨材は、そのサイズが５〜２０ｍｍのものが
好ましい。

【００１９】上記粗骨材の配合割合は、高炉スラグ細骨
材非配合の上記細骨材を使用する場合には、該細骨材１
００重量部に対して、通常８０〜３００重量部、好まし
くは９０〜２１０重量部である。高炉スラグ細骨材配合
の上記細骨材を使用する場合には、該細骨材１００重量
部に対して、通常８０〜２００重量部、好ましくは９０
〜１７０重量部である。粗骨材の配合割合が細骨材１０
０重量部に対して８０重量部未満、又は上記３００重量
部（又は上記２００重量部）を越えると、コンクリート
の練り上がりが難しくなるので好ましくない。

【００２０】上記セメントとしては、土木建築分野で使
用される通常公知の各種のセメントを使用することがで
きるが、高炉スラグ及びフライアッシュで置換した高炉
スラグセメント及びフライアッシュセメントを好ましく
使用することができる。特に、高炉セメントでは置換率
３０〜６０％のＢ種、フライアッシュセメントでは置換
率１０〜２０％のＢ種のセメントを好適に使用すること
ができる。上記セメントの配合割合は、目的とする強度
に応じて適宜に決定することができる。

【００２１】本発明の細骨材をコンクリート用細骨材と
して使用する際には、上記粗骨材及びセメントの他に、
必要に応じて各種の混和剤を含有させて使用しても良
い。上記混和剤としては、界面活性剤（ＡＥ剤，拡散
剤）や、珪酸白土、けいそう土、火山灰等の可溶性珪酸
を含む耐海水性剤、炭酸ソーダ、水ガラス、明ばん、塩
化石灰等の急結剤等を挙げることができる。尚、これら
の混和剤は、一種を単独で配合しても二種以上を組合せ
て配合しても良い。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の細骨材の有用性について実施
例（及び比較例）により例証する。＜配合試験＞（実施例１〜１２）表１及び表２に示す配合割合で、製
鋼スラグ（及び高炉スラグ細骨材）に石炭灰を混合し、
これらをコンクリート用細骨材として使用して配合試験
を行った。上記製鋼スラグは、蒸気エージングにより膨
張率を平均０．４９％（０．４７％〜０．５１％）に抑
えた転炉スラグを、粒度５mm以下に粒度調整したもの
（表乾比重2.97）を使用し、上記高炉スラグ細骨材は、
ＪＩＳ規格品の標準的な水砕スラグ（JIS A 5011, 2.5m
m, 表乾比重2.65）を使用した。上記石炭灰は、電源開
発（株）竹原火力発電所で得られたフライアッシュ（非
ＪＩＳ灰，粗粉，比重2.07）を使用した。今回使用した
石炭灰は一般の石炭灰よりポゾラン物質を多く含む（含
有率約９０％）。

【００２３】（比較例１〜１５，参考例）比較のために
石炭灰のみ（比較例3,4,12,13 ）、石炭灰を配合しない
細骨材（比較例1,2,5,6,10,11,14,15 ）、及び石炭灰を
少量添加した細骨材（比較例7,8,9)をコンクリート用細
骨材として使用して同様に配合試験を行った。表１及び
表２に、細骨材の組成及び細骨材中の各成分の配合割合
（容積百分率％）を示した。尚、比較例において、天然
砂は、千葉県君津産の天然砂（表乾比重2.60）を使用
し、クリンカーアッシュは、電源開発（株）竹原火力発
電所で得られたもの（比重2.57）を使用した。製鋼スラ
グ、高炉スラグ細骨材及びフライアッシュは上記実施例
におけるのと同じものを使用した。また、参考例とし
て、高炉スラグ細骨材と石炭灰とを組み合わせたもの
（それぞれ上記実施例におけるのと同じものを使用）を
コンクリート用細骨材として同様に配合試験を行った。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例及び比較例における細骨材以外の各
種材料及びその配合割合は、表３及び以下に示す通りで
ある。尚、表３において、細骨材中の各成分の配合割合
は、製鋼スラグの容積を１００とした場合における各成
分の相対値を示した。１）粗骨材５〜２０mmの高炉スラグ（徐冷スラグ）粗骨材のＪＩＳ
規格品（JIS A 5011:1997 ，表乾比重2.4 ）を使用し
た。２）セメント高炉セメントＢ種（JIS R 5211）及びフライアッシュセ
メントＢ種の２種類を使用した（いずれも第一セメント
（株）製）。尚、実施例１〜10及び比較例１〜９並びに
参考例においては、高炉セメントＢ種を使用し、実施例
11及び12並びに比較例10〜15においては、フライアッシ
ュセメントＢ種を使用した。３）混和剤ＡＥ減水剤（ポゾリスNo.7，（株）エヌエムビー製）を
使用した。４）配合割合水セメント比（Ｗ／Ｃ(%) ）６３．５％、細骨材率（Ｓ
／ａ(%) ）４６．８％を基準配合とした。具体的な配合
割合は、表３に示す通りである。

【００２７】

【表３】

【００２８】＜評価＞（１）フレッシュコンクリートの性状上記配合の結果得られた各フレッシュコンクリートにつ
いて、スランプ試験（JIS A 1101に準拠）、空気量測定
（JIS A 1128に準拠）、単位体積重量〔単位容積質量
（単容），JIS A 1128に準拠〕測定、ブリージング量
（JIS A 1123に準拠）測定を行い、その結果を表４に示
した。尚、比較例３、４では、適正なウォーカビリティ
が得られず、また、この結果より比較例12及び13につい
ては試験練りが不可能と判断されたため、評価の対象か
ら除外した。

【００２９】

【表４】

【００３０】（２）圧縮強度硬化したコンクリートについて圧縮強度の評価を行い、
その結果を同様に表４に示した。圧縮強度の評価は、JI
S A 1132に準拠して製造した強度試験用供試体を標準水
中養生し、材令７日（σ₇）及び２８日（σ₂₈）におけ
る各供試体について圧縮強度を測定して行った。圧縮強
度の測定は、JIS A 1108に規定される「コンクリートの
圧縮強度試験方法」に準拠して行った。普通養生におけ
る圧縮強度試験の結果は、表４に示されるように、細骨
材として製鋼スラグ単独の配合（比較例２及び11）、又
は製鋼スラグと高炉スラグ細骨材とを混合した配合（比
較例５，６，14及び15）は天然砂を細骨材に用いたコン
クリート（比較例１及び10）に比べ１〜２割程度圧縮強
度が低くなった。これに対し、石炭灰を所定の濃度で配
合したコンクリート（実施例１〜12）は、天然砂を細骨
材とした場合よりも高い圧縮強度を示した。

【００３１】更に、実施例のコンクリートについては、
フライアッシュを細骨材として含有し、フライアッシュ
セメントと同様に長期的に強度が増加すると考えられた
ため、実施例のいくつかについて、材令９１日における
圧縮強度を測定した。表４に、その結果を示した
（σ₉₁）。結果は、表４に示されるように、材令９１日
における圧縮強度が４２６〜５４４kgf/cm²となり、か
なり大きな発現強度が得られた。また、実施例5,6,11,1
2 の場合を例として、材令と圧縮強度の関係を図１に示
した。実施例の場合、図１に示されるように、材令２８
日から９１日の間で約１００〜１５０kgf/cm²の伸びを
示しており、更に、長期的に圧縮強度の増加が予想され
る。

【００３２】（３）崩壊試験製鋼スラグの膨脹崩壊によるコンクリートの崩壊の有無
を調べるために、成形後のコンクリートを１８０℃，１
０気圧の高温高圧の蒸気中に２４時間放置してオートク
レーブ崩壊試験を行った。評価は、オートクレーブ処理
後の供試体について上記と同様に圧縮強度を測定して行
った。その結果を表４に示した。尚、表４中、「測定不
能」は、供試体が所定値未満で崩壊したため、正確な値
が測定不可能であったことを示す。

【００３３】オートクレーブ処理の結果、石炭灰を含有
しない細骨材（比較例2,5,6,11,14,15）、又は石炭灰を
所定量未満含有する細骨材（比較例7,8,9)をコンクリー
ト用細骨材として使用したコンクリートついては、製鋼
スラグの膨張崩壊と思われる供試体の崩壊、強度の低下
が認められた。これに対し、石炭灰を所定量含有する細
骨材（実施例）は、オートクレーブ処理後においても正
常と考えられる圧縮強度を示した。これらの結果から、
石炭灰には、製鋼スラグ細骨材を用いたコンクリートの
膨張崩壊を抑制する働きがあり、コンクリート用細骨材
として本発明の細骨材を用いれば、長期間高強度を維持
可能なコンクリートを得ることができることが分かる。

【００３４】尚、このような効果が認められる理由は、
石炭灰の主成分であるシリカ（ＳｉＯ）とアルミナ（Ａ
ｌＯ）が微細粒子の状態で水とアルカリ又はアルカリ土
と反応して不溶性化合物を生成して固まり、これが高炉
スラグ粗骨材と馴染み効果的に働いているためと考えら
れる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の細骨材によれば、従来廃棄処分
されていた製鋼スラグの有効活用を図ることができ、高
強度の各種構造材を製造するために好適な細骨材を提供
することができる。

【００３６】また、一部はセメント原料や舗装用ブロッ
クに加工されたり地盤改良材などに利用されているもの
の、その殆どが産業廃棄物として埋め立て等に処分され
ている石炭灰についても有効利用を図ることができる。
更に、セメントの原料や路盤材、コンクリート用細粗骨
材等に使用されているものの、多量に発生するため一部
は埋め立て等に処分されていた高炉スラグについても、
より有効な活用方法が提供され、従って、より資源の有
効活用を図ることができる。

【００３７】また、本発明の細骨材は、特にコンクリー
ト用細骨材として好適に使用することができ、本発明の
細骨材を含有するコンクリート組成物を用いることによ
り、クラックが発生せず、長期間高強度を維持しうる構
造物を築造することができる。また、波による衝撃や海
水の侵食作用に強い構造物を製造することができ、本発
明の細骨材は、防波堤の上部工、根固めブロック、消波
ブロック等の港湾・海岸構造物の築造用のコンクリート
用の細骨材として特に好適である。また、本発明の細骨
材によれば、高強度且つ単位容積質量が大きいコンクリ
ートを容易に得ることができるので、本発明の細骨材
は、この観点からも、防波堤の上部工、根固めブロッ
ク、消波ブロック等の港湾・海岸構造物の築造用のコン
クリート用細骨材として適している。

【００３８】また、特に高炉スラグ細骨材を配合した場
合には、自然材の細粗骨材を使用した普通のコンクリー
トよりも高い圧縮強度を得ることができるため、目標強
度を一定にした場合にはコンクリートの１ｍ³当たりの
セメント使用量を少なくすることも可能である。また、
本発明の細骨材によれば、ウォーカビリティの優れた品
質を確保することができ、打設中のコンクリートの分離
が少ないという効果をも奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例における材令と圧縮強度の関係
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井宜典神奈川県横浜市中区北仲通五丁目57番地運輸省第二港湾建設局横浜調査設計事務所内 (72)発明者坂井順行東京都港区海岸三丁目26番１号株式会社沿岸環境開発資源利用センター内 (72)発明者堀井昭宏東京都港区海岸三丁目26番１号株式会社沿岸環境開発資源利用センター内 (56)参考文献特開平４−187551（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 18/14 ZAB C04B 18/10 ZAB

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】製鋼スラグ１００容量部と、石炭灰１４
〜４００容量部とからなるコンクリート用の細骨材であ
って、上記製鋼スラグは、粒度が０．１５〜５ｍｍで、JIS A
5015:1992 附属書２に規定される鉄鋼スラグの水浸膨張
試験方法に準拠して測定した膨張率が０〜０．６％であ
ることを特徴とする細骨材。
【請求項２】製鋼スラグ１００容量部と、高炉スラグ
細骨材１０〜４００容量部と、石炭灰１０〜６００容量
部とからなるコンクリート用の細骨材であって、上記製鋼スラグは、粒度が０．１５〜５ｍｍで、JIS A
5015:1992 附属書２に規定される鉄鋼スラグの水浸膨張
試験方法に準拠して測定した膨張率が０〜０．６％であ
ることを特徴とする細骨材。