JP3377582B2 - 凝結促進型高炉水砕スラグ粉末及びその製造方法 - Google Patents

凝結促進型高炉水砕スラグ粉末及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製鉄工程で発生する高
炉水砕スラグを粉砕したものを出発原料とし、セメント
混和材として用いられる凝結促進型高炉水砕スラグ粉末
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉水砕スラグはガラス構造であり、そ
れの持つ潜在水硬性を利用するために、粉末度4,50
0cm2 /g程度に粉砕され、セメント混和材として用
いられている。この水砕スラグ粉末が水硬性を示すに
は、アルカリ性物質による刺激が必要とされ、刺激剤と
しては例えば、水酸化カルシウム(Ca(OH)2 )、
水酸化ナトリウム(NaOH)が一般的に用いられてい
る。また、ポルトランドセメント等は水和する過程でカ
ルシウムイオンを溶出するので、水砕スラグ粉末のアル
カリ刺激として働くことが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した水砕
スラグ粉末においては以下のような問題がある。
【0004】(1)ポルトランドセメント等に高炉水砕
スラグ粉末を混合したセメントは、ポルトランドセメン
ト等より溶出されるカルシウムイオンの溶出速度が少し
抑制されるため、ポルトランドセメント等単身で水和さ
せた時と比較して凝結が遅延する。
【0005】(2)この時の凝結速度を促進させる方法
としては、水砕スラグの粉末度(比表面積)で10,0
00〜20,000cm2 /g程度の超微粉末として反
応性を高める方法が取られている例があるが、このよう
な超微粉末は直接粉砕では得られず、分級によって製造
するため、歩留まりが悪くコスト高になる。
【0006】(3)凝結遅延作用のある有機物を混合し
たセメントに対して、高炉水砕スラグ粉末は凝結促進効
果が無く、凝結時間はポルトランドセメント等にその有
機物を添加した時よりもさらに長時間となってしまう。
【0007】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、粉末度が比表面積で2,000〜6,00
0cm2 /g程度の高炉水砕スラグ粉末を出発原料と
し、セメントの凝結を有効に促進し、しかも低コストの
凝結促進型高炉水砕スラグ粉末及びその製造方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1に比表面
積で2,000〜6,000cm2 /g程度の粉末度を
有しかつその表面にアルカリ処理することでアルミナ成
分が除去されて形成されたくぼみを有する高炉水砕スラ
グ粉末に対し、そのくぼみを補填するカルシウムアルミ
ネート系化合物を加え、さらに石膏を配合してなり、カ
ルシウムイオンを溶出しながら凝結するセメントと共に
用いた場合に凝結促進性を有することを特徴とする凝結
促進型高炉水砕スラグ粉末を提供するものである。
【0009】第2に、粉末度が比表面積で2,000〜
6,000cm2 /g程度の高炉水砕スラグ粉末をアル
カリ水溶液に装入してかくはんし、前記高炉水砕スラグ
粉末中に含まれるアルミナ成分を溶出させる工程と、カ
ルシウムアルミネート系化合物を溶解させた水溶液中に
このアルミナ溶出後のスラグを分散させ、このスラグを
乾燥させることで、先の工程においてアルミナ成分が溶
出した時にできた水砕スラグ粉末表面のくぼみにカルシ
ウムアルミネート系化合物を補填させる工程と、このカ
ルシウムアルミネート系化合物が補填された水砕スラグ
粉末に石膏を配合する工程とを具備し、カルシウムイオ
ンを溶出しながら凝結するセメントと共に用いた場合に
凝結促進性を有することを特徴とする凝結促進型高炉水
砕スラグ微粉末の製造方法を提供するものである。
【0010】上記出発原料としての高炉水砕スラグ粉末
の粉末度を比表面積で2,000〜6,000cm2
g程度としたのは、これを超えると次工程でアルカリ処
理された水砕スラグの比表面積が高くなり過ぎ、その処
理スラグをポルトランドセメント等のカルシウムイオン
を溶出しながら凝結するセメントに混合し、水で混練し
た場合、ポルトランドセメント等単身で混練した場合に
比べ、同一の軟度に合わせるために混練水が1.5倍以
上必要となるからである。この場合には、水結合材比が
大きくなっているので凝結遅延、強度低下等の問題が生
じる。
【0011】また、この程度の粉末度であれば製造コス
トを抑えることができる。
【0012】この高炉水砕スラグ粉末はアルカリ水溶液
によって処理されるが、このアルカリ水溶液の濃度は、
常温においてpH12〜13程度が適当である。この程
度のpHにおいて、水砕スラグのガラス構造を形成する
シリカネットワークを切断し、アルミナ成分を溶出させ
るという作用が有効に発揮される。この際のアルカリ濃
度が高すぎると、水砕スラグ中のシリカ成分の溶液への
溶出が増え、同時に水和が進み、混和材として用いた場
合、凝結遅延、強度低下等の問題が生じる。
【0013】上記アルカリ水溶液による処理時間は、長
くとも48時間が適当である。この時間が長くなりすぎ
るとポルトランドセメント等のカルシウムイオンを溶出
しながら凝結するセメントに混合する以前から水和物が
生成され、実際に使用する時に強度発現が悪くなる恐れ
がある。
【0014】アルミナ成分を溶出させた後の水砕スラグ
粉末はカルシウムアルミネート系化合物を溶解させた水
溶液中に分散され、その後乾燥される。これにより、先
の工程においてアルミナ成分が溶出した時にできた水砕
スラグ粉末表面のくぼみにカルシウムアルミネート系化
合物が補填される。この際の乾燥温度は300℃以下で
あることが好ましい。300℃以下であれば上記処理後
の水砕スラグが劣化されない。この温度を超える温度で
乾燥した場合には、水砕スラグの特性が変わり、水硬性
を示さなくなる可能性がある。
【0015】上記カルシウムアルミネート系化合物の補
填を行う理由は、アルミナセメント等に含まれるカルシ
ウムアルミネート系化合物をポルトランドセメント等の
カルシウムイオンを溶出しながら凝結するセメントと共
に水和させるとポルトランドセメント等から溶出した水
酸化カルシウムによって下記(1)式に示すように、強
度発現のあるアルミナゲル(Al(OH)3 )が生成し
て瞬結することを利用するためである。
【0016】 2(CaO・Al2 3 )+Ca(OH)2 +8H2 O → 3CaO・Al2 3 ・6H2 O+2Al(OH)3 …(1) 上記カルシウムアルミネート水溶液処理の時間は、48
時間以下が適当である。この時間が長くなるとセメント
に混合する前から水和物が生成され、実際に使用する時
に強度発現が悪くなる可能性がある。
【0017】このようにしてカルシウムアルミネート系
化合物が補填された水砕スラグ粉末には石膏が配合され
るが、この際の石膏の配合は、上述した(1)式におい
て生成する強度発現の小さいトライカルシウムアルミネ
ート水和物(3CaO・Al2 3 ・6H2 O)に代わ
り、強度発現の大きいエトリンガイト(3CaO・Al
2 3 ・3CaSO4 ・32H2 O)を生成させる目的
で行われる。
【0018】
【作用】ポルトランドセメント等のカルシウムイオンを
溶出しながら凝結するセメントの水和過程では、コロイ
ド状のケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)により強
度を発現させる。また、ポルトランドセメント等に高炉
水砕スラグ粉末を混合した高炉セメントの場合、この高
炉水砕スラグ粉末はポルトランドセメント等から溶出し
たカルシウムイオンのアルカリ刺激を受け、水砕スラグ
のシリカネットワークを切断し、強度発現の小さいゲー
レナイト水和物(2CaO・Al2 3 ・SiO2 ・8
2 O)と強度発現の大きいC−S−H系の水和物を生
成し、水和、凝結する。
【0019】本発明では、アルカリ水溶液による処理工
程で水砕スラグ表面のシリカネットワークが切断されて
おり、ポルトランドセメント等のカルシウムイオンを溶
出しながら凝結するセメントに混合して用いるとゲーレ
ナイト水和物及びC−S−H系の水和物が早期に生成さ
れる。しかも、アルカリ水溶液による処理で水砕スラグ
粉末中のアルミナ成分が溶出しているので、強度発現の
小さいゲーレナイト系の水和物よりも強度発現の大きい
C−S−H系水和物を多く生成することができ強度発現
に寄与する。
【0020】一方、水砕スラグ粉末の表面にカルシウム
アルミネート系化合物が補填されているので、表面的に
カルシウムアルミネート系化合物とポルトランドセメン
ト等から溶出したカルシウムイオンとの反応が進み、凝
結時間の短縮に一層寄与する。
【0021】また、この水砕スラグをポルトランドセメ
ント等と共に水和させると、水和に伴って結晶間の空隙
が多いエトリンガイトを多く生成するので、その空隙に
凝結遅延物質、例えば木材に含まれるリグニン等の有機
物質を吸着して捕捉することが可能であり、木材チップ
やパルプ廃液を用いた、木毛セメント板等の建材を作る
上において問題となる凝結遅延に対しても効果がある。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0023】乾燥した高炉水砕スラグをボールミルで粉
末度(比表面積)2,730cm2/gに粉砕した高炉
水砕スラグ粉末を出発原料とした。この高炉水砕スラグ
粉末2kgをpH13に調整した水酸化ナトリウム水溶
液20lに分散させ24時間かくはんした後、ろ過し
た。
【0024】次にアルミナセメント(電化1号)100
gを20lの水に分散させ、3時間かくはんした後にろ
過し、アルミナセメントの主成分であるカルシウムアル
ミネート系化合物を溶出させた溶液を調製し、先の工程
で処理された高炉水砕スラグ粉末を分散させ、48時間
かくはんした後にろ過し、80℃で乾燥させた。この水
砕スラグ粉末に3%の石膏を添加混合した。
【0025】また、水酸化カルシウム飽和水溶液(pH
12.6)を用いて48時間かくはんし、以下同様の処
理を行った水砕スラグ粉末も製造した。
【0026】図1は水酸化カルシウムを用いてアルカリ
処理を行った後、カルシウムアルミネート系物質によっ
て補填処理を行った水砕スラグ表面を示す5000倍の
電子顕微鏡写真である。図1から明らかなように、処理
された水砕スラグの表面には無数のくぼみが存在し、カ
ルシウムアルミネート系物質が補填されている。
【0027】ここで製造した凝結促進型高炉水砕スラグ
粉末を表1に示す割合で普通ポルトランドセメントと置
換し、JIS R 5201(セメントの物理試験方
法)に基づき、凝結速度の測定を行った。また、凝結遅
延を起こす有機物質に対しての効果についても同方法に
より行った。その時の有機物はグルコン酸ナトリウムを
用いて、結合材に対して表1に示すの割合で添加した。
これらの凝結試験結果を同表に併記する。
【0028】なお、表中には比較例として普通ポルトラ
ンドセメントのみ、及び未処理の水砕スラグ粉末を混合
した普通ポルトランドセメントの凝結試験結果を併記し
た。
【0029】
【表1】 上表から明らかなように、未処理の水砕スラグ粉末を混
合したポルトランドセメントではポルトランドセメント
のみの場合よりも凝結試験の始発、終結時間がむしろ長
くなるのに対し、本発明の凝結促進型高炉水砕スラグ微
粉末を混合したポルトランドセメントではポルトランド
セメントのみの場合に比較して凝結試験の始発、終結時
間が短縮されていることが確認された。また、凝結遅延
作用を示す有機物質が存在しても凝結遅延を抑制する効
果があることが確認された。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
製鉄工程で発生する高炉水砕スラグを比表面積で2,0
00〜6,000cm2 /g程度に粉砕した高炉水砕ス
ラグ粉末を出発原料とし、ポルトランドセメントや混合
セメント等のカルシウムイオンを溶出しながら凝結する
セメントの凝結を有効に促進し、しかも低コストの凝結
促進型高炉水砕スラグ粉末及びその製造方法が提供され
る。このような凝結促進型高炉水砕スラグ粉末はセメン
ト混和材として、建材、コンクリートプレキャスト製品
の製造等に用いられ、工業的に極めて有用である。ま
た、本発明の凝結促進型高炉水砕スラグ粉末は、凝結遅
延作用を示す有機物質が存在しても凝結遅延を抑制する
ことができるといった効果をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る凝結促進型高炉水砕スラ
グ微粉末の粒子構造の写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C04B 103:12 C04B 103:12 (72)発明者 鈴木 聡 神奈川県川崎市川崎区旭町2丁目25番4 号 フラットハウス105号室 (72)発明者 露木 尚光 千葉県船橋市金杉6丁目20番35号 (56)参考文献 特開 平4−77333(JP,A) 特開 平4−65334(JP,A) 特開 平1−252559(JP,A) 特開 昭64−37450(JP,A) 特開 昭58−223655(JP,A) 特開 昭59−26963(JP,A) 特開 平4−46047(JP,A) 特公 昭57−7093(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 7/00 - 28/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積で2,000〜6,000cm
    2 /g程度の粉末度を有しかつその表面にアルカリ処理
    することでアルミナ成分が除去されて形成されたくぼみ
    を有する高炉水砕スラグ粉末に対し、そのくぼみを補填
    するカルシウムアルミネート系化合物を加え、さらに石
    膏を配合してなり、カルシウムイオンを溶出しながら凝
    結するセメントと共に用いた場合に凝結促進性を有する
    ことを特徴とする凝結促進型高炉水砕スラグ粉末。
  2. 【請求項2】 粉末度が比表面積で2,000〜6,0
    00cm2 /g程度の高炉水砕スラグ粉末をアルカリ水
    溶液に装入してかくはんし、前記高炉水砕スラグ粉末中
    に含まれるアルミナ成分を溶出させる工程と、カルシウ
    ムアルミネート系化合物を溶解させた水溶液中にこのア
    ルミナ溶出後のスラグを分散させ、このスラグを乾燥さ
    せることで、先の工程においてアルミナ成分が溶出した
    時にできた水砕スラグ粉末表面のくぼみにカルシウムア
    ルミネート系化合物を補填させる工程と、このカルシウ
    ムアルミネート系化合物が補填された水砕スラグ粉末に
    石膏を配合する工程とを具備し、カルシウムイオンを溶
    出しながら凝結するセメントと共に用いた場合に凝結促
    進性を有することを特徴とする凝結促進型高炉水砕スラ
    グ微粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記アルミナ成分を溶出させる工程は、
    常温でpH12〜13程度のアルカリ水溶液を用いて行
    われることを特徴とする請求項2に記載の凝結促進型高
    炉水砕スラグ微粉末の製造方法。
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KR100896592B1 (ko) * 2002-12-24 2009-05-07 주식회사 포스코 스테인레스 정련로슬래그를 이용한 콘크리트 2차 제품제조용 바인더

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