JP5828999B2 - concrete - Google Patents

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Description

本発明は、産業副産物を有効利用したコンクリートに係り、特に強度発現性に優れたものに関する。   The present invention relates to concrete that effectively uses industrial by-products, and particularly relates to concrete that is excellent in strength development.

従来より、例えば、特許文献１には、産業副産物である高炉スラグ、高炉水砕スラグ、転炉スラグ、銅スラグ等の材料のうち少なくとも何れか１種類の骨材と、ポルトランドセメントとを混合したコンクリート組成物が開示されている。
特開２００４−９９４２５号公報 Conventionally, for example, in Patent Document 1, at least one kind of aggregate among materials such as blast furnace slag, granulated blast furnace slag, converter slag, and copper slag, which are industrial byproducts, and Portland cement are mixed. A concrete composition is disclosed.
JP 2004-99425 A

しかしながら、発明者らは、コンクリートの骨材として転炉スラグ又は銅スラグを単体で使用する場合、通常、骨材に使用される砕石を使用する場合と比べて充分な曲げ引張強度を得ることができないことを実験により見出した。   However, the inventors can obtain sufficient bending tensile strength when using converter slag or copper slag alone as a concrete aggregate, compared with the case of using crushed stone normally used for aggregate. It was found by experiment that it was not possible.

本発明は、上記の点に鑑みてなされてものであり、産業副産物を有効利用しつつ、強度発現性に優れたコンクリートを提供することを目的とする。   This invention is made in view of said point, and it aims at providing the concrete excellent in intensity | strength expression property, utilizing an industrial byproduct effectively.

上記の目的を達成するため、本発明は、転炉スラグと銅スラグの両方が骨材として混合されたことを特徴とするコンクリートである。
本発明のコンクリートによれば、転炉スラグと銅スラグとを混合して骨材として用いることにより、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりもコンクリートの強度を向上させることができる。 In order to achieve the above object, the present invention is a concrete characterized in that both converter slag and copper slag are mixed as an aggregate.
According to the concrete of the present invention, by mixing converter slag and copper slag and using it as an aggregate, it is possible to improve the strength of the concrete than when using converter slag or copper slag alone as an aggregate. Can do.

本発明において、前記転炉スラグと前記銅スラグとを、前記骨材が混合されたコンクリートの曲げ引張強度が最大となるような混合比率で調合することとしてもよい。   In the present invention, the converter slag and the copper slag may be blended at a mixing ratio that maximizes the bending tensile strength of the concrete mixed with the aggregate.

本発明において、前記骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることしてもよい。
本構成によれば、骨材に占める銅スラグの混合比率を５０〜７０重量％とすることで、コンクリートの強度を最適に高めることができる。 In the present invention, the mixing ratio of copper slag in the aggregate may be 50 to 70% by weight.
According to this structure, the intensity | strength of concrete can be raised optimally by making the mixing ratio of the copper slag occupied to an aggregate into 50 to 70 weight%.

本発明において、前記骨材とともに、石炭灰が混合されることとしてもよい。
本構成によれば、石炭灰が、セメントの水和反応により生成されるアルカリ物質に反応して徐々に硬化体となり、作製されるコンクリートの長期的で安定的な強度発現に寄与する。また、石炭灰は、骨材として用いる転炉スラグや銅スラグと比べて比重が軽いので、骨材との配合比率を調整することにより構築されるコンクリートの比重を調整することができる。 In the present invention, coal ash may be mixed together with the aggregate.
According to this structure, coal ash reacts with the alkaline substance produced | generated by the hydration reaction of cement, and becomes a hardening body gradually, and contributes to the long-term and stable strength expression of the produced concrete. Moreover, since the specific gravity is light compared with the converter slag and copper slag used as an aggregate, coal ash can adjust the specific gravity of the concrete constructed | assembled by adjusting a compounding ratio with an aggregate.

本発明において、前記骨材とともに、塩水が混合されることとしてもよい。
本構成によれば、塩水を用いることにより、塩水中のイオンによってセメントの硬化反応が活性化され、少ないセメント量でもコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。また、コンクリート材料に石炭灰を配合した場合には、石炭灰によるポゾラン硬化反応が塩分により活性化されるので、長期材齢においてもコンクリートの強度増進を図ることができる。 In the present invention, salt water may be mixed together with the aggregate.
According to this configuration, by using salt water, the hardening reaction of the cement is activated by ions in the salt water, and high initial strength can be expressed in the concrete even with a small amount of cement. In addition, when coal ash is blended in the concrete material, the pozzolanic hardening reaction by the coal ash is activated by the salt, so that the strength of the concrete can be enhanced even in a long-term age.

本発明によれば、産業副産物を有効利用しつつ、強度発現性に優れたコンクリートを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the concrete excellent in intensity | strength expression can be provided, utilizing an industrial by-product effectively.

以下、本発明における好ましい一実施形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係るコンクリートの組成の概念を図示したものである。   FIG. 1 illustrates the concept of the composition of concrete according to this embodiment.

図１に示すように、本実施形態に係るコンクリートは、結合材としてのセメントと、骨材としての転炉スラグ及び銅スラグと、水とを含む。   As shown in FIG. 1, the concrete according to the present embodiment includes cement as a binder, converter slag and copper slag as aggregates, and water.

セメントとしては、普通ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、耐酸セメント、耐硫酸塩セメント、油井セメント、白色セメント、カラーセメント、コロイドセメント等、種々のものを用いることができる。   As the cement, various materials such as ordinary Portland cement, alumina cement, ultrafast cement, acid resistant cement, sulfate resistant cement, oil well cement, white cement, color cement, colloidal cement, and the like can be used.

なお、セメントの一部に石炭灰を用いてもよい。石炭灰とは、石炭火力発電所において微粉砕した石炭をボイラーで燃焼させる過程で発生する微粒子である。石炭灰には、高温の燃焼ガス中を浮遊し、球形粒子となった後に電気集塵機で回収されるフライアッシュと、ボイラー内で燃焼によって生じた石炭灰の粒子が溶解して相互に凝集し、ボイラー底部の水槽に落下堆積したクリカアッシュとがある。本実施形態に係る石炭灰には、フライアッシュを用いる。   In addition, you may use coal ash for a part of cement. Coal ash is fine particles generated in the process of burning finely pulverized coal in a boiler at a coal-fired power plant. In coal ash, fly ash that floats in high-temperature combustion gas, becomes spherical particles, and is collected by an electric dust collector, and coal ash particles generated by combustion in the boiler are dissolved and aggregated together. There is clear ash that has fallen and accumulated in the tank at the bottom of the boiler. Fly ash is used for the coal ash according to the present embodiment.

石炭灰は、ポゾラン反応により潜在水硬性を有する。ポゾラン反応とは、石炭灰のような可溶性シリカ（ＳｉＯ２）分を多く含んだ粉体（ポゾラン物質）が、水和反応で生じた水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）と常温で徐々に反応し、不溶性のゲル、ゼリー状の化合物となる反応である。すなわち、セメントの水和反応により生成されるアルカリ物質に石炭灰が反応して徐々に硬化体となる反応であって、長期的で安定的な強度発現に寄与する。 Coal ash has latent hydraulic properties due to the pozzolanic reaction. Pozzolanic reaction means that powder (pozzolanic material) containing a large amount of soluble silica (SiO 2 ) such as coal ash is gradually mixed with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) generated by hydration reaction at room temperature. It is a reaction that reacts to form an insoluble gel or jelly-like compound. That is, it is a reaction in which coal ash reacts with an alkaline substance produced by a cement hydration reaction to gradually become a hardened body, which contributes to long-term and stable strength development.

また、石炭灰は、骨材として用いる転炉スラグや銅スラグと比べて比重が軽いので、骨材との配合比率を調整することにより構築されるコンクリートの比重の調整することができる。   Moreover, since the specific gravity is light compared with the converter slag and copper slag used as an aggregate, coal ash can adjust the specific gravity of the concrete constructed | assembled by adjusting a compounding ratio with an aggregate.

転炉スラグとは、鋼の製造において不純物除去の精錬を行うにあたり転炉工程で発生したスラグである。   The converter slag is slag generated in the converter process when refining impurities in the production of steel.

銅スラグとは、銅製錬工程の溶錬炉から分離排出される、酸化鉄及び二酸化珪素もしくは酸化カルシウムを主成分とするものであり、酸化鉄の含有率が高くガラス質を有する。銅スラグは、一般的にスラグ保持炉から溶湯の状態で排出され、高圧水により粉砕され、セメント原料や土木・建築用骨材、ショット・ブラスト用材料、埋め立て用資材、製鉄用原料に用いられている。   Copper slag is composed mainly of iron oxide and silicon dioxide or calcium oxide separated and discharged from the smelting furnace in the copper smelting process, and has a high iron oxide content and glassy properties. Copper slag is generally discharged from a slag holding furnace in a molten state, crushed with high-pressure water, and used for cement raw materials, civil engineering / architectural aggregates, shot blasting materials, landfill materials, and iron making raw materials. ing.

骨材として、転炉スラグと銅スラグとの両スラグを用いるのは、転炉スラグ又は銅スラグの単体からなる骨材が混合されたコンクリートが、コンクリート構造物やコンクリート製品として十分な圧縮強度や曲げ引張強度を発現しないことがあるからである。一方、転炉スラグと銅スラグとの量スラグを混合した骨材を用いたコンクリートは、転炉スラグのみ又は銅スラグのみからなる骨材を用いたコンクリートと比べて、圧縮強度や曲げ引張強度が向上する。   As the aggregate, both slag of converter slag and copper slag is used because concrete mixed with converter slag or aggregate of copper slag alone has sufficient compressive strength as a concrete structure or concrete product. This is because the bending tensile strength may not be exhibited. On the other hand, concrete using aggregate mixed with the amount of converter slag and copper slag has compressive strength and bending tensile strength compared to concrete using aggregate consisting only of converter slag or copper slag. improves.

転炉スラグと銅スラグとの混合比率は、これらスラグが混合された骨材を用いて作製されたコンクリートの圧縮強度又は曲げ引張強度が最大となるように設定することが好ましい。   The mixing ratio of converter slag and copper slag is preferably set so that the compressive strength or bending tensile strength of the concrete produced using the aggregate in which these slags are mixed is maximized.

水には、例えば、水道水、蒸留水等を用いることができる。なお、塩水を用いてもよい。塩水を用いることにより、塩水中のイオンによってセメントの硬化反応が活性化され、少ないセメント量でもコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。また、コンクリート材料に石炭灰を配合した場合には、石炭灰によるポゾラン硬化反応が塩分により活性化されるので、長期材齢においてもコンクリートの強度増進を図ることができる。   For example, tap water or distilled water can be used as the water. Note that salt water may be used. By using the salt water, the hardening reaction of the cement is activated by the ions in the salt water, and a high initial strength can be expressed in the concrete even with a small amount of cement. In addition, when coal ash is blended in the concrete material, the pozzolanic hardening reaction by the coal ash is activated by the salt, so that the strength of the concrete can be enhanced even in a long-term age.

以上の構成からなるコンクリートは、通常のコンクリートと同様に、結合材と骨材とを空練した後、水を加えて練り混ぜることによりフレッシュコンクリートを作製することができ、その後、用途に応じてフレッシュコンクリートを型枠等に打設し養生することによりコンクリート構造物又はコンクリート製品を構築することができる。   Concrete made of the above composition can be made into fresh concrete by kneading the binder and aggregate, and then adding water and kneading, as with normal concrete. A concrete structure or a concrete product can be constructed by placing fresh concrete on a mold or the like and curing it.

なお、転炉スラグと銅スラグとの適正な混合比率は、例えば、混合比率がそれぞれ異なる骨材からなるコンクリート試料を複数作製し、各試料について圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８）又は曲げ引張強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０６）を測定し、各試料の測定結果から、圧縮強度又は曲げ引張強度の最大となる混合比率をもとめることにより設定する。以下に転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定について、具体例に基づいて説明する。   The appropriate mixing ratio of converter slag and copper slag is, for example, preparing a plurality of concrete samples made of aggregates having different mixing ratios, and compressing strength test (JIS A 1108) or bending tensile strength test for each sample. (JIS A 1106) is measured, and is set by determining the mixing ratio that gives the maximum compressive strength or bending tensile strength from the measurement results of each sample. Below, the setting of the mixing ratio of converter slag and copper slag is demonstrated based on a specific example.

図２は、転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定のために強度試験を実施したコンクリートの組成を表にまとめたものである。   FIG. 2 is a table summarizing the composition of concrete subjected to a strength test for setting the mixing ratio of converter slag and copper slag.

図２に示すように、転炉スラグを４種類、銅スラグを１種類用いて、これらスラグの混合比率を変化させた試料について強度試験を実施した。なお、これら４種類の転炉スラグは、異なる製鉄所で採取されたものである。   As shown in FIG. 2, a strength test was performed on a sample in which four types of converter slag and one type of copper slag were used and the mixing ratio of these slags was changed. These four types of converter slag were collected at different steelworks.

各転炉スラグと銅スラグとの混合比率は、転炉スラグと銅スラグとの重量比率が、例えば、１００：０，７０：３０，５０：５０，３０：７０，０：１００の５種類になるように設定した。なお、転炉スラグと銅スラグとの重量比率として、さらに多くの種類に設定してもよい。混合比率の種類の増加にともない、より詳細に最適な混合比率を導出することができる。   As for the mixing ratio of each converter slag and copper slag, the weight ratio of converter slag and copper slag is, for example, five types of 100: 0, 70:30, 50:50, 30:70, 0: 100 Was set to be. In addition, you may set to many types as a weight ratio of converter slag and copper slag. As the type of mixing ratio increases, the optimal mixing ratio can be derived in more detail.

そして、このような混合比率で混合した骨材を用いてコンクリート試料を作製し、各試料の圧縮強度及び曲げ引張強度を測定した。
なお、図２に示す各試料の材料構成として、スラグ量を５００Ｌ／ｍ３、水結合材比を３５．０〜４２．０％、結合材に占めるセメントの重量％を３０．２〜３９．７％に設定した。また、水を塩水にするためにＮａＣｌを添加した。 And the concrete sample was produced using the aggregate mixed with such a mixture ratio, and the compressive strength and bending tensile strength of each sample were measured.
2, the slag amount is 500 L / m 3 , the water binder ratio is 35.0 to 42.0%, and the weight percentage of cement in the binder is 30.2 to 39. Set to 7%. Also, NaCl was added to make the water brine.

図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に示す各試料の圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の結果を表にまとめたものである。なお、圧縮曲げ引張強度比とは、同試料において測定された曲げ引張強度を圧縮強度で除した値（百分率）である。また、図３の表では、圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の夫々について、列方向に転炉スラグと銅スラグとの混合比率が変化し、行方向に試料に用いた転炉スラグの種類が変化するようにまとめている。   3A to 3C summarize the results of the compression strength, bending tensile strength, and compression bending tensile strength ratio of each sample shown in FIG. 2 in a table. The compression bending tensile strength ratio is a value (percentage) obtained by dividing the bending tensile strength measured in the same sample by the compressive strength. In the table of FIG. 3, the mixing ratio of the converter slag and the copper slag changes in the column direction for each of the compressive strength, bending tensile strength, and compression bending tensile strength ratio, and the rolling ratio used for the sample in the row direction. The types of furnace slag are summarized so as to change.

図３（ａ）に示す圧縮強度の結果によれば、いずれの転炉スラグを用いた試料も、骨材として転炉スラグ単体（転炉スラグ１００％、銅スラグ０％）又は銅スラグ単体（転炉スラグ０％、銅スラグ１００％）を用いた試料よりも、転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた試料の方が、圧縮強度が向上しており、特に銅スラグの添加率が５０〜７０％程度（転炉スラグの添加率が５０〜３０％程度）で圧縮強度が最大となる。   According to the result of the compressive strength shown in FIG. 3 (a), the sample using any converter slag is the aggregate of converter slag alone (converter slag 100%, copper slag 0%) or copper slag alone ( Compared to the sample using converter slag 0%, copper slag 100%), the sample using a mixture of converter slag and copper slag has improved compressive strength, especially the addition rate of copper slag Is about 50 to 70% (addition ratio of converter slag is about 50 to 30%), and the compressive strength becomes maximum.

図３（ｂ）に示す曲げ引張強度の結果を、図４の転炉スラグと銅スラグとの混合比率と曲げ引張強度との関係のグラフとして示す。なお、図４の各グラフは、試料に用いた転炉スラグの種類によるものである。   The result of the bending tensile strength shown in FIG.3 (b) is shown as a graph of the relationship between the mixing ratio of the converter slag and copper slag of FIG. 4, and bending tensile strength. In addition, each graph of FIG. 4 is based on the kind of converter slag used for the sample.

図４に示すように、曲げ引張強度は、骨材として転炉スラグ単体（転炉スラグ１００％、銅スラグ０％）を用いた場合に３．０７〜３．６９Ｎ／ｍｍ２、また、骨材として銅スラグ単体（転炉スラグ０％、銅スラグ１００％）を用いた場合に２．１２Ｎ／ｍｍ２となる。これに対し、骨材として転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた場合の試料は、曲げ引張強度が向上しており、特に銅スラグの添加率が５０〜７０％程度（転炉スラグの添加率が５０〜３０％程度）で曲げ引張強度が３．４４〜４．６０Ｎ／ｍｍ２と最大となる。 As shown in FIG. 4, the bending tensile strength is 3.07 to 3.69 N / mm 2 when the converter slag alone (converter slag 100%, copper slag 0%) is used as the aggregate. When copper slag simple substance (converter slag 0%, copper slag 100%) is used as a material, it becomes 2.12 N / mm 2 . On the other hand, the sample in the case of using a mixture of converter slag and copper slag as an aggregate has improved bending tensile strength, and the addition rate of copper slag is about 50 to 70% (converter slag). The bending tensile strength becomes maximum at 3.44 to 4.60 N / mm 2 at a rate of about 50 to 30%).

また、図３（ｃ）に示す圧縮曲げ引張強度比の結果によれば、銅スラグの添加率が０〜７０％では１３．２〜１６．８％となり、ほぼ一定の値を示す。一方、銅スラグの添加率が１００％では、圧縮曲げ引張強度比が９．８％と低下する。
これは、骨材中に、粗骨材成分である転炉スラグを含まないコンクリート（転炉スラグ０％）は、同等の圧縮強度を発現する、転炉スラグを含むコンクリートと比べて曲げ引張強度を得ることができないことを示している。 Moreover, according to the result of the compression bending tensile strength ratio shown in FIG.3 (c), it becomes 13.2-16.8% when the addition rate of copper slag is 0-70%, and shows a substantially constant value. On the other hand, when the addition rate of copper slag is 100%, the compression bending tensile strength ratio decreases to 9.8%.
This is because the concrete that does not contain the converter slag, which is a coarse aggregate component (converter slag 0%), has the same compressive strength as the aggregate, and the bending tensile strength compared to the concrete containing the converter slag. That you can't get.

このように、圧縮強度及び曲げ引張強度のいずれの強度も、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりも、転炉スラグと銅スラグとを混合して用いた方がコンクリートの強度が向上する。
したがって、これら測定結果に基づき、骨材を構成する転炉スラグと銅スラグとの混合比率を、圧縮強度又は曲げ引張強度が最大となるような比率に設定する。 As described above, both the compressive strength and the bending tensile strength of the concrete using the converter slag and the copper slag are more concrete than when using the converter slag or the copper slag alone as an aggregate. The strength of is improved.
Therefore, based on these measurement results, the mixing ratio of the converter slag and the copper slag constituting the aggregate is set to a ratio that maximizes the compressive strength or bending tensile strength.

以上説明したように、本実施形態に係るコンクリートによれば、転炉スラグと銅スラグとが骨材として混合されていることにより、産業副産物を有効利用できるとともに、転炉スラグ又は銅スラグを単体で骨材として用いたときよりもコンクリートの強度を向上させることができる。   As described above, according to the concrete according to the present embodiment, the converter slag and the copper slag are mixed as an aggregate so that the industrial by-product can be effectively used, and the converter slag or the copper slag is used alone. It is possible to improve the strength of concrete than when used as an aggregate.

また、骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることにより、コンクリートの強度を最適に高めることができる。   Moreover, the intensity | strength of concrete can be optimally raised by making the mixing ratio of the copper slag occupied to an aggregate into 50 to 70 weight%.

本実施形態に係るコンクリートの組成の概念を図示したものである。The concept of the composition of the concrete concerning this embodiment is illustrated. 転炉スラグと銅スラグとの混合比率の設定のために強度試験を実施したコンクリートの組成を表にまとめたものである。The composition of the concrete which carried out the strength test for the setting of the mixing ratio of converter slag and copper slag is summarized in the table. 図２に示す各試料の圧縮強度、曲げ引張強度、及び圧縮曲げ引張強度比の結果を表にまとめたものである。The results of compression strength, bending tensile strength, and compression bending tensile strength ratio of each sample shown in FIG. 2 are summarized in a table. 転炉スラグと銅スラグとの混合比率と曲げ引張強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mixing ratio of converter slag and copper slag, and bending tensile strength.

Claims (5)

粗骨材成分である転炉スラグ（但し、体積を安定化させた転炉スラグを除く）と、細骨材成分である銅スラグの両方が骨材として混合されたことを特徴とするコンクリート。 A concrete characterized in that both converter slag, which is a coarse aggregate component (excluding converter slag whose volume has been stabilized) and copper slag, which is a fine aggregate component, are mixed as aggregate. 前記転炉スラグと前記銅スラグとを、前記骨材が混合されたコンクリートの曲げ引張強度が最大となるような混合比率で調合することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート。   The concrete according to claim 1, wherein the converter slag and the copper slag are mixed at a mixing ratio that maximizes the bending tensile strength of the concrete mixed with the aggregate. 前記骨材に占める銅スラグの混合比率を、５０〜７０重量％とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート。   The concrete according to claim 1 or 2, wherein a mixing ratio of copper slag in the aggregate is 50 to 70% by weight. 前記骨材とともに、石炭灰が混合されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコンクリート。   The concrete according to any one of claims 1 to 3, wherein coal ash is mixed together with the aggregate. 前記骨材とともに、塩水が混合されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコンクリート。   The concrete according to any one of claims 1 to 4, wherein salt water is mixed together with the aggregate.
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