JP4350967B2

JP4350967B2 - スラグ硬化体の製造方法

Info

Publication number: JP4350967B2
Application number: JP2003090733A
Authority: JP
Inventors: 史男小菊; 久宏松永; 正人高木; 英滋木曽; 雅夫中川; 良広高野
Original assignee: JFE Steel Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004292296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートのような性質をもつスラグ硬化体を製造する方法に関し、とくに結合材として高炉スラグ微粉末と石こうとの混合物を用いることを特徴とする方法についての提案である。
【０００２】
【従来技術】
コンクリートのようなスラグ硬化体を製造する方法にはいろいろの提案がある。そのうち、代表的な方法は、鉄鋼スラグを使ってコンクリートそのものを製造する方法である。この方法は、セメントを結合材として、砂利や砂等の骨材と水と、混合、混練して型枠に流し込んで成形し、水和反応により硬化させて硬化体とする方法である。この場合において、結合材は、通常、セメントクリンカーを微粉砕して得られる普通ポルトランドセメントなどが用いられている。
【０００３】
ところで、非特許文献１の記載によると、普通ポルトランドセメントというのは、色々な化合物が存在しており、中でも、アルミン酸三カルシウム（以下、単に「Ｃ３Ａ」と略記する）と呼ばれる化合物は、水との反応性が非常に激しく、水と混合したとたんに反応するために、練り混ぜが不能になるほどである。一方で、そのＣ３Ａに石こうを加えると、石こうとＣ３Ａとが反応して、複塩を形成し、Ｃ３Ａの急激な反応にブレーキをかけることができることが判っている。
たとえば、ポルトランドセメントについて規定するJIS R 5210によると、クリンカーは、「クリンカーに適量の石こうを加え、粉砕してつくる。」と規定している。
【０００４】
前記結合材としては、その他に、普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を５〜７０mass％加えた高炉セメント（JIS R 5112）を用いることもある。
【０００５】
非特許文献２には、省資源・省エネルギーに資する技術として、高炉水砕スラグと回収石こうとからなるスラグ石こうセメントを利用する方法が開示されている。上記のスラグ石こうセメントとは、高炉スラグ微粉末：８０〜８５mass％、排煙脱硫石こう：１２〜１８mass％、普通ポルトランドセメント：２〜３mass％の割合で配合したものである。
【０００６】
特許文献１には、製鋼スラグを骨材とする製鋼スラグ硬化体の製造方法が開示されている。この技術は、製鋼スラグに対し、結合材として高炉スラグ微粉末ならびに潜在水硬性を有する物質を添加することにより、製鋼スラグ硬化体を得る方法である。この方法は、製鋼スラグを省資源・省エネルギー、リサイクル材として利用するという観点から、循環型社会の構築に向けた技術として高く評価されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１１４５５０号公報
【非特許文献１】
「わかりやすいセメントとコンクリートの知識」
（鹿島出版会、昭和５９年発行、３０頁）
【非特許文献２】
「生産研究」第３３巻６号、第２２８〜２３１頁
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発明者らの研究によると、省資源・省エネルギーに資する上記従来技術を用いてスラグ硬化体を試作したところ、下記のような問題点があることが判明した。まず、非特許文献２に開示のスラグ石こうセメントを用いて、製造されたコンクリート状のスラグ硬化体は、表面劣化が著しく、十分な耐久性を持ったコンクリート状のスラグ硬化体とするのは困難であった。
【０００９】
一方、特許文献１の方法に従い製鋼スラグを原料としてスラグ硬化体を製造する技術については、耐久性に問題はないものの、大気温あるいは材料の温度そのものが高いか、練り上り温度が２０℃を超える場合には、混練物の流動性が急速に低下し、ときとして成形が困難になることがあることがわかった。
【００１０】
本発明の目的は、温度・気温が高い状態の下で硬化体を製造する場合であっても、耐久性に優れると共に成形性（流動性）にも優れるコンクリートのような性質をもつスラグ硬化体の有利な製造方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来技術が抱えている上記課題の克服につき鋭意研究した結果、上記目的を達成するためには、結合材として、石こうを含む高炉スラグ微粉末を用いることが有効であるとの知見を得て、本発明を開発した。即ち、本発明は、骨材と水に、主として高炉スラグ微粉末からなる結合材を添加して混錬しスラグ硬化体を製造する方法において、骨材として製鋼スラグを用い、外気温または混練物の練り上がり温度が２０℃を超える時に用いられる前記結合材として、全固形分の質量割合で１０〜３５ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末、ただし重量比内割りで１〜１０mass％の石こうを含むものを用いることを特徴とする硬化体の製造方法である。
【００１２】
本発明において、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、酸化物、水酸化物、硫酸塩および塩化物から選ばれる石こう以外の１種または２種以上を、前記結合材（高炉スラグ微粉末＋石こう）に対する質量比で０．２〜２０mass％含むことが、好ましいと言える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。本発明の特徴の一つは、結合材として、基本的に高炉スラグ微粉末を用いることにある。その理由は、高炉スラグ微粉末というのは、高炉セメントとは異なり、ＣａＯ／ＳｉＯ_２（質量比）で１．２前後とアルカリ性が低く、ＣａＯ／ＳｉＯ_２で２前後あるいは２以上である製鋼スラグと混合して用いると、製鋼スラグ中に存在する遊離石灰と結合し硬化組織を作るという性質を有し、このことが製鋼スラグの如きを骨材として用いるときに有効に働くのである。なお、この高炉スラグ微粉末は、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」を用いる。
【００１４】
このように本発明では、コンクリートのような性質をもつスラグ硬化体を製造するに当り、結合材として通常のセメントを用いず、上述したように安価な高炉スラグ微粉末を用いることにしたので、セメントを製造するのに必要な、原材料、エネルギーが節約でき、それだけ二酸化炭素の発生も抑制でき、環境に優しいという利点がある。
【００１５】
本発明ではこのような高炉スラグ微粉末を結合材として使用するにあたっては、水和反応を制御するために、石こうを添加した状態で用いる。石こうを添加する理由は、混錬物の練り上がり温度が２０℃を越える時や気温が２０℃以上の時に、石こうを添加していないと、流動性を表わすスランプ値の経時低下が大きく、施工に問題を生じるからである
【００１６】
前記高炉スラグ微粉末への石こうの添加量は、内割り量で１〜１０mass％とする。この範囲に限定する理由は、石こうの量が１mass％未満では、２０℃を越える高温時にスランプ値の経時低下が大であり、一方、１０mass％超では、硬化体の耐久性、特に気中養生した材齢９１日の圧縮強度が小さいからである。
本発明において、石こうの量を高炉スラグ微粉末の内割り量で表示する理由は、硬化体の特徴を示すのに高炉スラグ微粉末と石こうとの比率が重要で、原料品質の評価、管理に有効だからである。
【００１７】
しかも、石こうを内割りで１〜１０mass％含む高炉スラグ微粉末系結合材は、大気温や材料の温度が２０℃を超えるような高温時においても、成形に十分な時間、十分な流動性を確保することができ、十分な成形性と耐久性とを有するコンクリート状スラグ硬化体を得る上で有効である。
【００１８】
なお、かかる高炉スラグ微粉末系結合材は、２０℃以下の温度において混練するときは、石こうを添加しなくても、必要な成形性を確保するのに十分である。
即ち、本発明においては、結合材として主に石こう含有高炉スラグ微粉末からなるものを用いたものでは、コンクリート状硬化体を２０℃を超えるような温度で製造する場合でも、混練物の流動性の急激な低下はなく、Ｃ３Ａによる水との急激な反応を招く、普通ポルトランドセメントを結合材とする技術とは明らかに違う方法であると言える。
【００１９】
所定量の石こうを含む上記高炉スラグ微粉末系結合材は、全固形分の質量割合（mass％）で、１０〜３５％程度、好ましくは１７〜２７％程度添加する。その理由は、１０％未満では、十分耐久性を備えた硬化体を得ることが困難であり、一方、３５％超では、微粉分が多くなり過ぎ、混錬物の粘性が大きくなり施工が困難でコスト高だからである。
【００２０】
本発明において、スラグ硬化体を得るためには、上述した結合材の他、少なくとも骨材、例えば平均粒径５ｍｍ以下の製鋼スラグの粉を骨材として用いる他、ＳｉＯ_２含有鉄鋼スラグ（高炉スラグ、溶鉄予備スラグ等）の添加材や水を添加して配合物とする。これらを配合することによって、２０℃を超えるような温度域でも、成形性を阻害することなく耐久性に優れたスラグ硬化体を製造することができるが、とくに製造時に生じる、配合物（混練物）の流動性の急激な低下を抑える効果に優れていることが特徴である。
【００２１】
本発明では、上記の配合成分に加えてさらに、アルカリ刺激材として、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、酸化物、水酸化物、硫酸塩、塩化物、から選ばれる石こう以外の１種または２種以上の化合物を、高炉スラグ微粉末量に対して、質量比外掛け量で０．２〜２０mass％添加してもよい。好ましくは、１〜１０mass％程度添加してもよい。
これらの化合物は、高炉スラグ微粉末に作用し、高炉スラブ微粉末中の各元素の溶出促進のために添加されるが、その量が、高炉スラグ微粉末量に対して外掛けで０．２mass％以上になると、硬化体の硬化を促進させる作用が向上し、養生に要する時間が短縮できる。しかし、これらの化合物を２０mass％を超えて添加してもその効果が飽和するため、上限は２０mass％とする。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
配合原料として粉砕した製鋼スラグを骨材として用い、結合材として粒径０．１ｍｍ以下に微粉砕した、石こうを４．５mass％添加したものと、石こう無添加の高炉スラグ微粉末、少量のフライアッシュおよび消石灰Ｃａ(ＯＨ)₂を水で混錬し、その混錬物についてのスランプ値の経時変化を、様々な温度で調べた。その結果を図１に示す。また、供試した配合物中の各原料の単位使用量を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
高炉スラグ微粉末に石こうを４．５mass％内割りで添加した本発明実施例では、１０℃、３０℃と、いずれの温度で試験をしても、スランプ値の低下は混練後９０分までは数ｃｍであるのに対し、せっこうを添加していない高炉スラグ微粉末を用いた比較例のものでは、１０℃、２０℃で試験したものはスランプ値の低下は９０分で数ｃｍだが、３０℃で試験をすると、急激なスランプ値の低下がみられ、６０分ではほとんど流動性を失っていた。
【００２５】
（実施例２）
配合原料として、骨材として粉砕製鋼スラグを用い、結合材として、比表面積４０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末を用い、その他にフライアッシュ、消石灰Ｃａ(ＯＨ)₂とからなるものを用い、さらにその他の添加剤を必要に応じて添加し、これらを水と共に混練し、その混錬物のスランプ値の経時変化を、様々な温度で調べた。また、その配合で圧縮試験用供試体を混練直後に作製し、材齢２日で脱型したのち、２０℃相対湿度５０％に保った気中養生を行った後、材齢９１日で圧縮強度を測定した。それらの結果を、配合物中の各原料の単位使用量とともに表２に示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２に示すとおり、実施例２（Ｎｏ．１〜１０）では石こうを、内割量で、２mass％、４．５mass％、９mass％を、高炉スラグ微粉末に内割り添加したものを用いた。また、比較例（Ｎｏ．１〜１２）として、高炉スラグ微粉末中に石こうを全く添加していないもの、０．５mass％添加したもの、１２mass％、１５．５mass％添加したもの、そして、石こうを高炉スラグ微粉末に対して４．５mass％添加しているが、Ｃａ(ＯＨ)₂等のアルカリ刺激材を添加していないもの、石こうを０．５％添加した高炉スラグ微粉末を用い、Ｃａ(ＯＨ)₂以外にもNaＯＨ等を用いた配合物についても、同様な試験を行った。その結果を、配合物中の各原料を単位使用量とともに表３に示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
表２、および表３に示す結果から明らかなように、本発明の実施例では、２０℃を超える高温でのスランプ値の低下が少なく、圧縮強度も良好である。一方、比較例では、２０℃を超える高温でのスランプ値の低下が大きいか、石こうを多量に添加した場合は、圧縮強度が低く、固化体としての性能低下を示している。なお、アルカリ刺激材が不足すると、硬化が遅くなり、材齢２日で脱型することが不可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２０℃を超えるような高温環境にあっても、成形に十分な時間、十分な成形流動性を確保することができ、それ故に強度の大きい耐久性に優れたコンクリート状のスラグ硬化体を容易に得られることができる。このスラグ硬化体は、路盤材、土木材、人工石、海洋ブロック、その他コンクリート代替品として使用可能である。したがって、本発明は資源の再利用、環境の向上等に寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】結合材中への石こう添加の有無によるスランプ値の経時変化の違いを示すグラフである。

Claims

骨材と水に、主として高炉スラグ微粉末からなる結合材を添加して混錬しスラグ硬化体を製造する方法において、骨材として製鋼スラグを用い、外気温または混練物の練り上がり温度が２０℃を超える時に用いられる前記結合材として、全固形分の質量割合で１０〜３５ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末、ただし重量比内割りで１〜１０mass％の石こうを含むものを用いることを特徴とする硬化体の製造方法。
さらに、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、酸化物、水酸化物、硫酸塩および塩化物から選ばれる石こう以外の１種または２種以上を、前記結合材に対する質量比で０．２〜２０mass％添加することを特徴とする請求項１に記載のスラグ硬化体の製造方法。