JP5095430B2

JP5095430B2 - 重量骨材

Info

Publication number: JP5095430B2
Application number: JP2008017999A
Authority: JP
Inventors: 康秀肥後; 稔吉本; 武濱田; 永地真部
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP2009179490A

Description

本発明は、消波ブロック、放射線遮断壁等の重量コンクリート、重量モルタル等に用いられる重量骨材に関するものである。

重量コンクリートとは、通常より単位容積重量を大きくしたコンクリートであり、消波ブロック、護岸堤用コンクリート、放射線遮断壁、橋梁ウェイト等に用いられている。重量コンクリートに用いる重量骨材としては、磁鉄鉱や赤鉄鉱などの鉄鉱石が多く用いられてきたが、重量骨材として良質なものの入手が困難になってきており、高価な天然資源の使用は、経済的にも、環境配慮の観点からも好ましくない。鉄鉱石骨材に代わるものとして、電気炉酸化スラグ等の鉄含有量の多いスラグも用いられるが、密度が４ｇ／ｃｍ^３未満のものが多く、重量骨材として十分な密度のものの入手は困難である。他には、製鋼用転炉ダストを篩で分けた粗粒分にセメントを配合する重量コンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、製鋼用転炉ダストの粗粒分は、リサイクル材としての発生量が少なく、重量骨材の原料として十分な供給量が確保できない。
特開平５−３１９８８０号公報

製鋼過程で発生する表乾密度の高いリサイクル材の中で、特に発生量の多いリサイクル材は、圧延工程で発生するミルスケールであるが、扁平な形状であるため流動性が極めて低く、骨材として用いることができなかった。発明者らは、ミルスケールと、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフ、製鋼用転炉ダストの粗粒分、及び高炉水砕スラグから分離された粒状銑鉄などとを適切な混合比で混合することにより、表乾密度が高く、セメントペーストと分離し難く、重量コンクリートや重量モルタルに高い流動性を付与できる良好な重量骨材が得られることを見出し、別途特許出願を行った。しかし、ホットスカーフ、転炉ダストの粗粒分、及び粒状銑鉄は、いずれもリサイクル材としての発生量が多くない。したがって、発生量の多いリサイクル資源を材料として製造でき、セメントペーストと分離し難く、高い流動性が得られる重量骨材が求められていた。

本発明は、重量コンクリートや重量モルタルの細骨材として適切な粒径と密度を備えた重量骨材を安価に提供するものである。特に、十分な供給量が確保できるリサイクル資源を材料として製造でき、セメントペーストと分離し難く、高い流動性が得られる重量骨材を提供するものである。

本発明者らは、製鋼の圧延工程で発生するリサイクル材料のミルスケールが、酸化鉄を主要構成成分とし、５ｇ／ｃｍ^３前後の高い表乾密度を有することに着目し、表乾密度は４ｇ／ｃｍ^３以下であっても、球状粒子を５０％以上含み、発生量の多いリサイクル材をミルスケールに混合し、粒度分布を適切に調整することにより、重量コンクリートや重量モルタルの細骨材として用いたときに、セメントペーストと分離し難く、高い流動性を付与できる重量骨材が製造できることを見出した。

したがって、本発明は、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が２０％以上であり、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％ないし２０％である重量骨材であって、製鋼の圧延工程で発生するミルスケールと、表乾密度が４ｇ／ｃｍ^３以下であって、歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち５０％以上である無機材料とを含むことを特徴とする重量骨材を提供するものである。
［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］

また、本発明の重量骨材は、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が２０％以上であり、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％ないし２０％である重量骨材であって、製鋼の圧延工程で発生するミルスケールと、電気炉酸化スラグとを含むことも特徴とする。

本発明の重量骨材は、球状粒子を適度に含有するとともに、通常の細骨材に比して適度に細粒側にシフトした粒度分布を備えることにより、重量コンクリートや重量モルタルの細骨材として用いたときに、従来は増粘剤の大量添加なしには困難であると考えられていたセメントペーストと骨材の分離を抑えながら高い流動性を提供できる。さらに、発生量が豊富なリサイクル材料を混合して得られるため、資源の枯渇が懸念される高価な天然資源である鉄鉱石骨材の代替として有効である。

以下、本発明の重量骨材についてさらに詳細に説明する。本発明において重量骨材とは、表乾密度が４ｇ／ｃｍ^３以上の骨材を指す。また、特に言及しない場合は、粒径が５ｍｍ以下の重量細骨材を指す。

本発明の重量骨材は、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が２０％以上であり、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％ないし２０％であることを特徴とする。球状粒子が２０％に満たないときは、細骨材として利用した場合のコンクリートやモルタルの流動性が十分に得られず、また骨材とセメントペーストが分離する場合があり、好ましくない。呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が質量百分率で１０％に満たないとき、または２０％を超えるときも、細骨材として利用した場合のコンクリートやモルタルの流動性が十分に得られず、骨材とセメントペーストが分離する場合があり、好ましくない。

ここで、「球状粒子」とは、以下の式で定義される歪凹凸度が３．３以下の粒子をいう。
［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］
すなわち、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の目視によって、その陰影から円板状や半球状と判断できる粒子を除き、明らかに球形に近い粒子を画像処理して解析する。画像処理は、一般的な画像処理ソフト（例えばAdobe Photoshop）を用いて行えばよい。まず、球形に近い粒子の画像から陰影を消して輪郭のみの図形を作成し、該図形の面積と、輪郭の周の長さを求める。該図形を円に近似して（該図形と同面積の円を想定して）、その円の面積πｒ^２から半径ｒを求め、その２倍として直径を求める。直径に対する周の長さの比は、輪郭が円に近いほど、すなわち粒子が球形に近いほど、小さくなり、円周率πに近い値になる。

鋼材の圧延工程で発生する酸化鉄皮膜のミルスケールは、製鋼過程で発生する表乾密度の高いリサイクル材の中で、特に発生量の多いリサイクル材であるが、扁平な形状であるため流動性が極めて低く、ミルスケールを単独で骨材として用いることができない。本発明の重量骨材は、ミルスケールに、表乾密度が４ｇ／ｃｍ^３以下であって、歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち５０％以上である無機材料を混合することにより得られる。

ミルスケールの表乾密度がおよそ５ｇ／ｃｍ^３であることを考慮すると、ミルスケールと前記無機材料との混合比は、容積比で３０：７０ないし７０：３０であることが好ましく、４０：６０ないし６０：４０であることがより好ましい。また、前記無機材料の表乾密度が３．５ｇ／ｃｍ^３ないし４ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。ミルスケールの混合容積比が３０％に満たないときは、重量骨材の表乾密度が４ｇ／ｃｍ^３に満たない場合が生じ、ミルスケールの混合容積比が６０％を超えるときは、球状粒子が２０％に満たない場合が生じるので好ましくない。ただし、無機材料中の球状粒子の割合が６７％以上である場合には、ミルスケールの容積比を７０％まで混合することができる。また、混合容積比が３０：７０ないし７０：３０であっても、混合する無機材料の粒度分布に偏りがあり、混合後の重量骨材のうち、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が質量百分率で１０％ないし２０％の条件を満たさない場合には、コンクリートやモルタルの流動性が十分に得られず、または材料分離する場合があり、好ましくない。

発生量が豊富なリサイクル材料であって、本発明に用いることが可能な、歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち５０％以上である無機材料としては、電気炉酸化スラグを挙げることができる。特に、風砕粒化スラグが球状粒子の含有比率が高く、好ましい。電気炉酸化スラグはカルシウム分の含有量が多いため、製鋼過程で発生するリサイクル材の中では表乾密度が低いが、主要構成成分は酸化鉄であるので、３．５〜４ｇ／ｃｍ^３の表乾密度が確保できる。しかし、ミルスケールと電気炉酸化スラグを混合した場合には、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が不足する場合がある。その場合には、製鋼用転炉ダストなどを混合し、細粒分を補うことが好ましい。ミルスケール、電気炉酸化スラグ、及び転炉ダストを５０μｍふるいで分けた粗粒分を混合する場合は、各々質量百分率で５０〜７０％、２０〜３０％、及び１０〜２０％とすることが好ましい。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
（試験方法）
（１）表乾密度、球形比率（球状粒子の割合）、粒度分布（ふるい通過率）を表１に示すミルスケールと、電気炉酸化スラグ（風砕粒化スラグ）、転炉ダスト（５０μｍふるいで分けた粗粉分）とを表２に示す混合割合で混合し、混合砂１〜６を調整した。各混合砂の表乾密度、球形比率、及び０．１５ｍｍふるい通過率を併せて表２に示す。
（２）（１）で調整した混合砂に普通ポルトランドセメントを砂セメント容積比２．９７で混合し、セメント５７０ｋｇ／ｍ^３あたり、６．２７ｋｇ／ｍ^３のポリカルボン酸エーテル系高性能ＡＥ減水剤と、０．２３ｋｇ／ｍ^３の消泡剤を含んだ２５６ｋｇ／ｍ^３の水（水セメント比４５．０％）を加えて、混練りした。
（３）ＪＩＳＲ５２０１セメントの物理試験方法のフローコーンを用い、直径１００ｍｍ、高さ４０ｍｍのフローコーンに（２）で調整したモルタルを充填し、コーンを引き抜いて、モルタルフローを測定した。また、セメントペーストと骨材との分離状態は、目視判断した。

（試験結果）
モルタルフローの測定結果及び材料分離状態の判定結果を表３に示した。モルタルフローの判定は、１３０ｍｍ以上で良好とした。

表２及び表３に示したとおり、０．１５ｍｍふるい通過率が１０％に満たない混合砂１及び混合砂２では、セメントペーストと骨材の分離が顕著であった。球状粒子の割合が２０％に満たない混合砂３では、モルタルフローが１０５ｍｍと、ほとんど流動しなかった。一方、球状粒子の割合が２０％以上で、０．１５ｍｍふるい通過率が１０％ないし２０％の混合砂４〜６では、セメントペーストと骨材が分離することなく、高いモルタルフローが得られた。したがって、ミルスケールに流動性を与える材料として電気炉酸化スラグを混合し、さらに粒度調整を行うことにより、セメントペーストと分離し難く、高い流動性が得られる重量骨材が得られることが示された。また、粒度調整のためには、転炉ダストの粗粒分の混合が有効であり、ミルスケール、電気炉酸化スラグ、及び転炉ダスト粗粒分の混合比率は、各々質量百分率で５０〜７０％、２０〜３０％、及び１０〜２０％とすることが好ましいことが示された。

本発明の重量骨材は、通常のコンクリートより高い単位容積質量を必要とする重量コンクリート用細骨材として広く利用でき、特にポンプ圧送などの高い施工性を必要とする用途で有用である。

Claims

粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が２０％以上であり、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％ないし２０％である重量骨材であって、製鋼の圧延工程で発生するミルスケールと、表乾密度が４ｇ／ｃｍ^３以下であって、歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち５０％以上である無機材料とを含むことを特徴とする重量骨材。
［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］
粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が２０％以上であり、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％ないし２０％である重量骨材であって、製鋼の圧延工程で発生するミルスケールと、電気炉酸化スラグとを含むことを特徴とする重量骨材。