JP6218369B2 - Method for producing concrete and method for preparing fine aggregate for concrete production - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートの製造方法、並びにコンクリート製造用銅スラグ細骨材の調製方法に関し、より詳しくは、細骨材の一部として銅スラグを用い、所望とする程度にまで乾燥収縮率を低減させたコンクリートの製造方法、並びにコンクリート製造用細骨材の調製方法に関する。 The present invention relates to a method for producing concrete and a method for preparing a copper slag fine aggregate for concrete production. More specifically, copper slag is used as a part of the fine aggregate, and the drying shrinkage is reduced to a desired level. The present invention relates to a method for producing a concrete and a method for preparing a fine aggregate for concrete production.
近年、コンクリートの過大な収縮が一因となって、その構造物に不具合が生じた事例が報告されており、また建築物においても住宅の品質確保法の施行以来、コンクリートの収縮を抑制する動きが促進されている。 In recent years, there have been reports of cases where defects have occurred in the structure due to excessive shrinkage of concrete, and since the enforcement of the Housing Quality Assurance Act in buildings, there has been a movement to suppress the shrinkage of concrete. Has been promoted.
コンクリートの過大な収縮に起因するひび割れは、構造物の耐久性を低下させるのみならず、雨漏れ等の漏水の原因にもなる。これを受けて、日本建築学会や土木学会では、コンクリートの乾燥収縮の規定値を見直すこととなった。 Cracks resulting from excessive shrinkage of concrete not only reduce the durability of the structure, but also cause water leakage such as rain leakage. In response to this, the Architectural Institute of Japan and the Japan Society of Civil Engineers have reviewed the specified drying shrinkage of concrete.
具体的には、日本建築学会では乾燥収縮の規定値を８００×１０−６以下とし（ＪＡＳＳ５を参照。）、一方土木学会では乾燥収縮の規定値を１２００×１０−６以下としており（コンクリート標準示方書を参照。）、これらの規定値を満足することによって、一般的な建築物においては有害なひび割れが発生しないレベルにほぼ制御できるとしている。 Specifically, the Architectural Institute of Japan sets the specified value of drying shrinkage to 800 × 10 −6 or less (see JASS5), while the Japan Society of Civil Engineers sets the specified value of drying shrinkage to 1200 × 10 −6 or less (concrete standard). (Refer to the specification.) By satisfying these specified values, it is said that it can be controlled to a level that does not cause harmful cracks in general buildings.
ところで、コンクリートの構成材料としては、主として、水とセメントからなるセメントペーストと、細骨材と、粗骨材である。従来より、その細骨材の一部として、高炉水砕スラグや精鋼スラグ等が使用されており（例えば特許文献１を参照。）、また銅スラグに関してもコンクリート用細骨材としてその使用がＪＩＳに規定されている。 By the way, the constituent materials of concrete are mainly cement paste made of water and cement, fine aggregate, and coarse aggregate. Conventionally, blast furnace granulated slag, refined steel slag, etc. have been used as a part of the fine aggregate (see, for example, Patent Document 1), and the use of copper slag as a fine aggregate for concrete is JIS. It is stipulated in.
また、その銅スラグに関しては、細骨材の一部として置換したコンクリートの性状について種々の検討がなされており、乾燥収縮率もその性状の一つとして評価されている（例えば、非特許文献１を参照。）。 Moreover, regarding the copper slag, various studies have been made on the properties of concrete replaced as a part of fine aggregate, and the drying shrinkage rate is also evaluated as one of the properties (for example, Non-Patent Document 1). See).
しかしながら、細骨材の一部として銅スラグを混入させる場合において、製造するコンクリートの乾燥収縮率が所定の基準値（基準上限値）以下となるようにするために、細骨材中に具体的にどの程度の割合で銅スラグを混入させてコンクリートを製造すべきかについての検討はなされていない。また、銅スラグと共に細骨材を構成させる天然細骨材についても、その種類や産地によって乾燥収縮率が相違することが分かっており、そのような性状の異なる何れの天然細骨材を使用した場合でも適切に且つ簡易な方法で乾燥収縮率を制御することができるコンクリートの製造方法が望まれている。 However, when copper slag is mixed as a part of the fine aggregate, in order to make the drying shrinkage rate of the concrete to be produced not more than a predetermined reference value (reference upper limit value), concrete There is no investigation as to what proportion of copper slag should be mixed to produce concrete. In addition, it is known that the dry shrinkage rate differs depending on the type and production area of the natural fine aggregate that constitutes the fine aggregate together with the copper slag, and any natural fine aggregate with different properties was used. Even in such a case, a concrete production method capable of controlling the drying shrinkage rate in an appropriate and simple manner is desired.
そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、銅スラグを細骨材の一部として混入させたコンクリートを製造するにあたって、細骨材に使用する天然細骨材の種類に依存することなく、所定の基準上限値以下の乾燥収縮率となるコンクリートを適切に且つ簡易な方法で製造することができるコンクリートの製造方法、並びにコンクリート製造用細骨材の調製方法を提供する。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such circumstances, and in the production of concrete mixed with copper slag as a part of fine aggregate, natural fine aggregate used for fine aggregate Provided is a concrete production method capable of producing concrete having a drying shrinkage rate equal to or lower than a predetermined reference upper limit without depending on the type, and a method for preparing a fine aggregate for concrete production. To do.
本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、細骨材の一部に銅スラグを用いて製造するコンクリートの乾燥収縮は、銅スラグの乾燥収縮率とその銅スラグを除いた細骨材である天然細骨材の乾燥収縮率との差、全細骨材中における銅スラグの混入率、及び全骨材中の天然細骨材の体積比に依存することを見出した。そして、その知見から、所望とする条件とするための銅スラグの混入率（添加量）を適切に且つ簡易に算出することができる所定の関係式を導出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have determined that the dry shrinkage of concrete produced using copper slag as a part of the fine aggregate is the dry shrinkage rate of copper slag and its copper Depends on the difference from the dry shrinkage rate of natural fine aggregates excluding slag, the mixing rate of copper slag in all fine aggregates, and the volume ratio of natural fine aggregates in all aggregates I found. And from the knowledge, the predetermined relational expression which can calculate appropriately and simply the mixing rate (addition amount) of copper slag for setting it as desired conditions was derived, and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、細骨材の一部として銅スラグを混入させたコンクリートの製造方法であって、混入させる銅スラグの混入割合を算出し、該銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調製する細骨材調製工程と、上記細骨材調製工程にて調製した細骨材と、水、セメント、粗骨材とを混練して混練物を得る混練工程と、上記混練物を養生硬化する硬化工程とを有し、上記細骨材調製工程では、製造するコンクリートの乾燥収縮率（μ）をεｃ、銅スラグの乾燥収縮率をεｃｕｓ、天然細骨材の乾燥収縮率をεｓ１、全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率をα、全骨材の体積に対する天然細骨材の体積比をＶａ１としたときに、下記関係式に基づいて該銅スラグの混入率を算出することを特徴とする。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ
（なお、上記式中のＡ及びＢは、それぞれ係数である。）
That is, the present invention is a method for producing concrete in which copper slag is mixed as a part of fine aggregate, the mixing ratio of copper slag to be mixed is calculated, and the fine composition comprising the copper slag and natural fine aggregate is calculated. Fine aggregate preparation step for preparing an aggregate, a kneading step for kneading a fine aggregate prepared in the fine aggregate preparation step with water, cement, and coarse aggregate to obtain a kneaded product, and the kneaded product In the above-mentioned fine aggregate preparation step, the drying shrinkage rate (μ) of the concrete to be produced is εc, the dry shrinkage rate of copper slag is εcus, and the dry shrinkage rate of natural fine aggregate is When εs1, the amount of copper slag mixing when the total amount of fine aggregate is 1, α and the volume ratio of natural fine aggregate to the volume of total aggregate as Va1, the copper slag The mixing rate is calculated.
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B
(Note that A and B in the above formula are coefficients, respectively.)
また、本発明は、細骨材の一部として銅スラグを混入させたコンクリート製造用細骨材の調製方法であって、製造するコンクリートの乾燥収縮率（μ）をεｃ、銅スラグの乾燥収縮率をεｃｕｓ、天然細骨材の乾燥収縮率をεｓ１、全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率をα、全骨材の体積に対する天然細骨材の体積比をＶａ１としたときに、下記関係式に基づいて該銅スラグの混入率を算出し、該銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調整することを特徴とする。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ
（なお、上記式中のＡ及びＢは、それぞれ係数である。）
The present invention is also a method for preparing a fine aggregate for concrete production in which copper slag is mixed as a part of the fine aggregate, wherein the drying shrinkage rate (μ) of the concrete to be produced is εc, and the dry shrinkage of the copper slag. The rate is εcus, the dry shrinkage of natural fine aggregate is εs1, the total fine aggregate amount is 1, and the copper slag mixing rate is α, and the volume ratio of natural fine aggregate to the total aggregate volume is Va1. In some cases, the mixing ratio of the copper slag is calculated based on the following relational expression, and a fine aggregate composed of the copper slag and natural fine aggregate is adjusted.
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B
(Note that A and B in the above formula are coefficients, respectively.)
本発明によれば、一部に銅スラグを混入させた細骨材を用いたコンクリートの製造において、銅スラグ以外の細骨材として使用する天然細骨材の種類にかかわらず、所望とする乾燥収縮率となるコンクリートを適切に且つ簡易に製造することができる。 According to the present invention, in the production of concrete using a fine aggregate in which copper slag is partially mixed, the desired drying is performed regardless of the type of natural fine aggregate used as a fine aggregate other than copper slag. The concrete which becomes a shrinkage rate can be manufactured appropriately and simply.
以下、本発明に係るコンクリートの製造方法の具体的な実施の形態（以下、本実施の形態という。）について、図面を参照しながら以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で変更が可能である。
１．銅スラグ細骨材について
１−１．銅スラグ細骨材による乾燥収縮率の低減作用
１−２．コンクリート製造用細骨材の調製方法
２．コンクリートの製造方法
Hereinafter, a concrete embodiment (hereinafter referred to as this embodiment) of a concrete manufacturing method according to the present invention will be described in detail in the following order with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A change is possible in the range which does not change the summary of this invention.
1. About copper slag fine aggregate 1-1. Reduction effect of drying shrinkage by copper slag fine aggregate 1-2. 1. Preparation method of fine aggregate for concrete production Concrete production method
＜１．銅スラグ細骨材について＞
本実施の形態に係るコンクリートの製造方法は、そのコンクリートの構成材料として、銅スラグ（ＣＵＳ）を細骨材の一部として所定の割合で混入させて製造するものである。このように、細骨材の一部に銅スラグを混入させることによって、コンクリートの乾燥収縮率を低減させることができる。
<1. About copper slag fine aggregate ＞
The concrete manufacturing method according to the present embodiment is manufactured by mixing copper slag (CUS) as a part of fine aggregate as a constituent material of the concrete at a predetermined ratio. Thus, by mixing copper slag into a part of fine aggregate, the drying shrinkage rate of concrete can be reduced.
先ず、このコンクリートの製造方法についての詳細な説明に先立ち、銅スラグ細骨材によるコンクリートの乾燥収縮率の低減作用、並びにそのコンクリート製造用細骨材の調製方法について説明する。 First, prior to a detailed description of the concrete manufacturing method, the effect of reducing the drying shrinkage of concrete by the copper slag fine aggregate and the method of preparing the concrete fine aggregate will be described.
＜１−１．銅スラグ細骨材による乾燥収縮率の低減作用＞
図１は、コンクリートの乾燥収縮のメカニズムについて説明するための図である。コンクリートの構成材料は、主として、水とセメントからなるセメントペーストと、細骨材、粗骨材の骨材とからなる。
<1-1. Reduction of drying shrinkage by copper slag fine aggregate>
FIG. 1 is a diagram for explaining the mechanism of drying shrinkage of concrete. The constituent material of concrete mainly consists of cement paste made of water and cement, and aggregates of fine aggregate and coarse aggregate.
コンクリートの製造過程においては、これらの材料を混練して硬化させると、そのセメントペーストに含まれている水分を用いた水和反応が生じる。このとき、水和反応に使用された水分以外の水分（水和反応に使用されなかった余剰水分）は、乾燥環境下でコンクリート中から逸散し、その結果、逸散した水分が存在していた箇所が空隙となる。図１に示すように、元々コンクリートは、その物性上、セメントペーストに基づいて収縮する力が大きい。そのため、コンクリート中から水分が逸散することで空隙が生じると、その空隙を埋めようとする力が働き、その結果としてコンクリートの収縮作用が進行する。 In the manufacturing process of concrete, when these materials are kneaded and cured, a hydration reaction using moisture contained in the cement paste occurs. At this time, water other than the water used for the hydration reaction (excess water not used for the hydration reaction) is dissipated from the concrete in a dry environment, and as a result, the dissipated water exists. The gaps become voids. As shown in FIG. 1, concrete originally has a large shrinkage force based on cement paste due to its physical properties. For this reason, when a void is generated due to the diffusion of moisture from the concrete, a force to fill the void works, and as a result, the shrinking action of the concrete proceeds.
このことから、コンクリートの乾燥収縮は、コンクリートを製造するための構成材料から持ち込まれる水分量に比例して大きくなると考えられる。 From this, it is considered that the drying shrinkage of concrete increases in proportion to the amount of moisture brought in from the constituent materials for producing concrete.
ここで、表１に、従来細骨材として用いられている砂岩砕砂と、細骨材としての使用がＪＩＳに規定されている銅スラグ（ＣＵＳ２．５）の吸水率を測定した結果を示す。この表１に示すように、銅スラグ細骨材の吸水率は、従来の骨材に比して約１／４以下と非常に少ない。なお、銅スラグの粒度による吸水率の補足検討を実施したところ、どの粒度範囲でも吸水率は略一定であることが確認されている。 Here, Table 1 shows the results of measuring the water absorption rate of sandstone crushed sand conventionally used as fine aggregates and copper slag (CUS2.5) defined in JIS for use as fine aggregates. As shown in Table 1, the water absorption rate of the copper slag fine aggregate is very small, about 1/4 or less, as compared with the conventional aggregate. In addition, when supplementary examination of the water absorption rate by the particle size of copper slag was carried out, it was confirmed that the water absorption rate was substantially constant in any particle size range.
このような骨材の種類による吸水率の相違は、その粒子の表面形状に基づくものと推測される。図２は、銅スラグ（ＣＵＳ２．５（２．５ｍｍ〜１．２ｍｍ））の粒子表面のＳＥＭ像（図２（Ａ））と、砂岩砕砂の粒子表面のＳＥＭ像（図２（Ｂ））である。図２のそれぞれのＳＥＭ像に示されるように、砂岩砕砂の表面形状には凹凸があり、その凹凸を介して水分が保持され易くなっているのに対して、銅スラグの表面形状は非常に平滑であって、水分が保持され難いことが分かる。 The difference in water absorption rate depending on the type of aggregate is presumed to be based on the surface shape of the particles. FIG. 2 shows an SEM image (FIG. 2 (A)) of the particle surface of copper slag (CUS2.5 (2.5 mm to 1.2 mm)) and an SEM image (FIG. 2 (B)) of the particle surface of sandstone crushed sand. It is. As shown in each SEM image in FIG. 2, the surface shape of the sandstone crushed sand has irregularities, and moisture is easily retained through the irregularities, whereas the surface shape of copper slag is very It can be seen that the water is smooth and difficult to retain moisture.
したがって、これらのことから、細骨材の一部として銅スラグを混入（あるいは一部を銅スラグに置換）させた場合には、コンクリート中に持ち込まれる水分量を低下させることができ、それによりコンクリート中の余剰水分が減少するため、その余剰水分の逸散により発生する空隙形成が抑制され、コンクリートの乾燥収縮を低減させることができると考えられる。 Therefore, when copper slag is mixed as a part of fine aggregate (or a part is replaced with copper slag), the amount of moisture brought into the concrete can be reduced. Since surplus moisture in the concrete is reduced, it is considered that void formation caused by the dissipation of the surplus moisture is suppressed, and drying shrinkage of the concrete can be reduced.
図３は、実際に、細骨材の一部として銅スラグ（ＣＵＳ２．５）を、その混入率が０％、２０％、３０％、４０％となるように混入させて作製した４つのコンクリートサンプルを用意し、その各サンプルについて、材齢（乾燥期間）に対する乾燥収縮率の関係について具体的に実験した結果のグラフである。 FIG. 3 shows four concrete pieces produced by actually mixing copper slag (CUS2.5) as a part of fine aggregate so that the mixing rate is 0%, 20%, 30%, and 40%. It is a graph of the result of having prepared the sample and having concretely experimented about the relationship of the drying shrinkage rate with respect to material age (drying period) about each sample.
なお、この実験例においては、細骨材として、愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂（表乾密度：２．５８ｇ／ｃｍ３、吸水率：１．７７％、粗粒率：２．７３、乾燥収縮率：４０３μ）に、銅精錬工場で発生した銅スラグ細骨材（細骨材寸法２．５ｍｍ以下、表乾密度：３．５４ｇ／ｃｍ３、吸水率：０．４１％、粗粒率：２．６１、乾燥収縮率：６４μ）を、上述の４パターンの混入率で混入させたものを用いた。また、コンクリートは、普通ポルトランドセメントを用い、水セメント比を５０％として、建築用配合（普通−３０−１８−２０−Ｎ）で製造した。また、全骨材体積に対する細骨材体積の比率である細骨材率（ｓ／ａ）は４８．５％とした。
In this experimental example, sandstone crushed sand (surface dry density: 2.58 g / cm 3 , water absorption rate: 1.77%, coarse particle rate: 2) produced in the western region of Toyo District, Ehime Prefecture as fine aggregates. Copper slag fine aggregate (fine aggregate size 2.5 mm or less, surface dry density: 3.54 g / cm 3 ) generated in a copper smelting factory, water absorption rate: 0.41 %, Coarse grain ratio: 2.61, drying shrinkage ratio: 64 μ) were mixed at the above-mentioned four patterns of mixing ratio. Moreover, the concrete was manufactured with a blend for construction (ordinary -30-18-20-N) using ordinary Portland cement and a water cement ratio of 50%. The fine aggregate rate (s / a), which is the ratio of the fine aggregate volume to the total aggregate volume, was 48.5%.
この図３から分かるように、何れのサンプルにおいても、乾燥期間が長くなるほど乾燥収縮は大きくなるが、銅スラグを混入させることによって、乾燥収縮率の規定値をほぼ維持できるようになることが分かる。 As can be seen from FIG. 3, in any sample, the drying shrinkage increases as the drying period becomes longer, but it is understood that the specified value of the drying shrinkage rate can be substantially maintained by mixing copper slag. .
また、図４は、細骨材中における銅スラグ（ＣＵＳ２．５）の混入率を０％、２０％、３０％、４０％とした４つのコンクリートサンプルについて、材齢（乾燥期間）に対する質量減少率の関係について実験した結果のグラフである。なお、この具体的な実験における条件は、図３に結果を示した実験条件と同じである。 Moreover, FIG. 4 is the mass reduction with respect to age (drying period) about four concrete samples which made the mixing rate of copper slag (CUS2.5) in a fine aggregate 0%, 20%, 30%, and 40%. It is a graph of the result of having experimented about the relationship of a rate. The conditions in this specific experiment are the same as the experimental conditions whose results are shown in FIG.
この図４から分かるように、何れのサンプルにおいても、乾燥期間が長くなるほど質量は減少していくが、銅スラグを混入させることによって、その質量減少率が低下することが分かる。このことは、つまり、吸水率の少ない銅スラグを細骨材中に混入させることによって水分の持ち込み量を低減させることができ、逸散する余剰水分が少なくなったため、質量の減少も少なくなったと言える。 As can be seen from FIG. 4, in any sample, the mass decreases as the drying period becomes longer, but it can be seen that the mass reduction rate decreases by mixing copper slag. This means that the amount of moisture brought in can be reduced by mixing copper slag with a low water absorption rate into the fine aggregate, and the reduction in mass is reduced because there is less excess water to dissipate. I can say that.
このように、細骨材の一部として銅スラグを混入させ、またその混入率を高めていくことによって、コンクリートの乾燥収縮率と質量変化率は小さくなることが分かる。 Thus, it can be seen that the drying shrinkage rate and mass change rate of concrete are reduced by mixing copper slag as a part of the fine aggregate and increasing the mixing rate.
そこで、コンクリート中の水分量に着目し、砕石（粗骨材）、砕砂（細骨材）、銅スラグ細骨材の骨材全体の吸水率を「平均吸収率（ρａｖｅ）」とし、図３及び図４で示した実験における材齢（乾燥期間）２６週での結果をまとめると、下記表２に示すようになる。また、図５は、これらの結果に基づいて作成した、平均吸水率に対する乾燥収縮率の関係を示すグラフである。 Therefore, paying attention to the amount of water in the concrete, the water absorption rate of the aggregate of crushed stone (coarse aggregate), crushed sand (fine aggregate), and copper slag fine aggregate is set as “average absorption rate (ρ ave )”. 3 and the results at the age of 26 weeks (drying period) in the experiment shown in FIG. 4 are summarized in Table 2 below. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the drying shrinkage rate and the average water absorption rate created based on these results.
なお、平均吸収率（ρａｖｅ）は、下記式（Ｉ）で算出される。なお、式（Ｉ）において、「ρａｖｅ」は平均吸水率、「ρｎ」は各骨材の吸水率、「Ｖｎ」は各骨材の容積、「Ｖ」は全骨材の容積であり、各骨材の吸水率（ρｎ）、各骨材の容積（Ｖｎ）、全骨材の容積（Ｖ）は、既知の値である。
ρａｖｅ＝Σρｎ（Ｖｎ／Ｖ） ・・・（Ｉ）
The average absorption rate (ρ ave ) is calculated by the following formula (I). In the formula (I), “ρ ave ” is the average water absorption rate, “ρ n ” is the water absorption rate of each aggregate, “V n ” is the volume of each aggregate, and “V” is the volume of all aggregates. Yes, the water absorption rate (ρ n ) of each aggregate, the volume (V n ) of each aggregate, and the volume (V) of all aggregates are known values.
ρ ave = Σρ n (V n / V) (I)
表２及び図５に示されるように、骨材全体の吸水率である平均吸水率が減少するにつれてコンクリートの乾燥収縮率が低下することが分かる。そして、これは、コンクリート中における銅スラグの混入率に相関があり、混入率を多くするとコンクリートの平均吸水率は小さくなり、乾燥収縮率も小さくなることが分かる。 As shown in Table 2 and FIG. 5, it can be seen that the drying shrinkage rate of the concrete decreases as the average water absorption rate, which is the water absorption rate of the aggregate as a whole, decreases. This correlates with the mixing rate of copper slag in the concrete, and it can be seen that increasing the mixing rate decreases the average water absorption rate of the concrete and decreases the drying shrinkage rate.
以上のように、銅スラグはその吸水率が低く、この銅スラグを細骨材の一部として用いた場合、コンクリートの硬化反応に必要な水分以上の余剰な水分を持ち込まないという性質を有する。そのため、硬化したコンクリート中の余剰水分が少ないことにより、逸散する水分量が低減し、従来用いられてきた天然細骨材（砂岩砕砂等）のみを細骨材として構成させたコンクリートとは異なり、その乾燥収縮が極めて小さくなる。そしてまた、細骨材の一部として混入させる銅スラグの混入率を多くするほど、コンクリート中の天然細骨材の量が銅スラグに置き換わって少なくなり、その結果、コンクリート中の持ち込み水分量がさらに減少して骨材の乾燥収縮量がより少なくなるため、総合的にコンクリートの乾燥収縮率をより一層に低減させることができる。 As described above, copper slag has a low water absorption rate, and when this copper slag is used as a part of fine aggregate, it has a property that it does not bring in excess water more than water necessary for concrete hardening reaction. For this reason, the amount of water that escapes is reduced due to less excess water in the hardened concrete, unlike concrete that is composed of only natural fine aggregates (sandstone crushed sand, etc.) that have been used in the past as fine aggregates. , The drying shrinkage becomes extremely small. And the more copper slag mixed as part of the fine aggregate, the less the amount of natural fine aggregate in the concrete is replaced by copper slag, and as a result, the amount of moisture brought into the concrete is reduced. Further, since the amount of drying shrinkage of the aggregate is further reduced, the drying shrinkage rate of concrete can be further reduced overall.
＜１−２．コンクリート製造用細骨材の調製方法＞
［コンクリートの乾燥収縮率と銅スラグ混入率との関係式の導出］
ところで、上述したように、銅スラグ以外の細骨材としては、従来より砂岩砕砂等の天然骨材（天然細骨材）が使用されている。しかしながら、その天然細骨材は、その使用する天然細骨材の種類や産出される地域によって、その性質が異なり、またその天然細骨材自体の乾燥収縮率も異なる。したがって、細骨材の一部として一定量の銅スラグを混入させてコンクリートの乾燥収縮率を低減させようとした場合でも、銅スラグと共に用いる天然細骨材の種類によって、発現する乾燥収縮効果も異なる。そのため、コンクリートの製造にあたり、所望とする乾燥収縮効果（乾燥収縮率）を実現するためには、使用する天然細骨材の種類等に応じて、細骨材の一部として用いる銅スラグの添加量を適切に且つ簡易に調整することが求められる。
<1-2. Preparation of fine aggregate for concrete production>
[Derivation of Relation between Drying Shrinkage of Concrete and Copper Slag Inclusion Rate]
By the way, as above-mentioned, natural aggregates (natural fine aggregate), such as sandstone crushed sand, are conventionally used as fine aggregates other than copper slag. However, the nature of the natural fine aggregate differs depending on the type of natural fine aggregate used and the region where it is produced, and the dry shrinkage of the natural fine aggregate itself also differs. Therefore, even when a certain amount of copper slag is mixed as part of the fine aggregate to reduce the drying shrinkage rate of the concrete, the dry shrinkage effect that is manifested depends on the type of natural fine aggregate used with the copper slag. Different. Therefore, in order to achieve the desired drying shrinkage effect (dry shrinkage rate) in the production of concrete, depending on the type of natural fine aggregate used, etc., addition of copper slag used as part of the fine aggregate It is required to adjust the amount appropriately and simply.
また、一般的な構造物に関する乾燥収縮率の基準値（基準上限値）は規定されているものの、例えば、より高い強度や耐久性が求められる構造物に関しては、その高強度性、高耐久性を満足するための乾燥収縮率の値以下となるように、細骨材における銅スラグの混入率を調整してコンクリートを製造することが求められる。 In addition, although the standard value (standard upper limit value) of the drying shrinkage rate for general structures is specified, for example, for structures that require higher strength and durability, their high strength and high durability. It is required to produce concrete by adjusting the mixing rate of copper slag in the fine aggregate so as to be equal to or less than the value of the drying shrinkage rate to satisfy the above.
さらに、従来では、乾燥収縮率を低減させるためにコンクリート中の水分を減らす減水剤等の薬剤を添加していたが、その薬剤は非常に高価なものである。そのため、減水剤等の薬剤の使用を必要最低限度に抑えるようにするためにも、添加する銅スラグの量を適切に調整することによって、コンクリートの製造コストを低減させることが求められる。 Furthermore, conventionally, a chemical such as a water reducing agent that reduces the moisture in the concrete has been added in order to reduce the drying shrinkage rate, but the chemical is very expensive. Therefore, in order to suppress the use of chemicals such as water reducing agents to the minimum necessary level, it is required to reduce the production cost of concrete by appropriately adjusting the amount of copper slag to be added.
そこで、何れの種類の天然細骨材を細骨材として使用する場合であっても、乾燥収縮率が所定の基準上限値以下となるコンクリートを容易に製造することを可能にするために、細骨材の一部として混入させる銅スラグの割合を適切に且つ容易に算出できるようにし、その混入率から銅スラグの添加量を決定することが望まれる。また、その銅スラグの適切な混入率から、使用する天然細骨材の使用量を的確に把握し、無駄のない効率的なコンクリート製造を実現することが望まれる。 Therefore, in order to make it possible to easily produce a concrete having a drying shrinkage rate equal to or less than a predetermined reference upper limit value, no matter what kind of natural fine aggregate is used as a fine aggregate, It is desired to appropriately and easily calculate the ratio of copper slag to be mixed as a part of the aggregate, and to determine the amount of copper slag added from the mixing ratio. In addition, it is desirable to accurately grasp the amount of natural fine aggregate to be used from the appropriate mixing ratio of the copper slag and realize efficient concrete production without waste.
ここで、上記表２でまとめたように、細骨材の一部として銅スラグを混入させたコンクリートでは、その銅スラグ混入率を高めるにつれて乾燥収縮率が低減する。そして、この表２に基づいて、銅スラグ混入率に対するコンクリートの乾燥収縮率の関係をグラフにすると、図６に示す関係が導き出される。なお、この表２及び図６に示す内容は、上述したように、天然細骨材として愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂を用いた場合を一具体的実験例としたときの結果を示すものである。 Here, as summarized in Table 2 above, in the concrete in which copper slag is mixed as a part of the fine aggregate, the drying shrinkage rate decreases as the copper slag mixing rate increases. And if the relationship of the drying shrinkage rate of concrete with respect to copper slag mixing rate is graphed based on this Table 2, the relationship shown in FIG. 6 will be derived. In addition, the contents shown in Table 2 and FIG. 6 are the results obtained when the concrete sandstone produced in the western district of Toyo district in Ehime Prefecture is used as a natural fine aggregate as described above. Is shown.
すなわち、実験値から得られたグラフである図６に示すように、銅スラグの混入率（％）とコンクリートの乾燥収縮率（μ）とは相間がある。本発明者は、製造するコンクリートの乾燥収縮に関しては、“銅スラグの乾燥収縮率とその銅スラグを除いた細骨材である天然細骨材の乾燥収縮率との差、全細骨材中における銅スラグの混入率、及び細骨材を構成する天然細骨材の体積比に依存する”という知見を見出した。 That is, as shown in FIG. 6 is a graph obtained from experimental values, the incorporation of copper slag (%) Drying shrinkage of concrete and (mu) is between the phases. As for the drying shrinkage of the concrete to be manufactured, the present inventor stated that “the difference between the drying shrinkage rate of copper slag and the dry shrinkage rate of natural fine aggregates excluding the copper slag, "It depends on the mixing ratio of copper slag and the volume ratio of natural fine aggregate constituting the fine aggregate".
そして、本発明者は、上述した実験や知見に基づき、下記関係式（ＩＩ）を導き出した。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ ・・・（ＩＩ）
Then, the present inventors have,-out based on the experiments and knowledge were above mentioned, was out lead following relationship formula (II).
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B (II)
この関係式（II）中において、「εｃ」はコンクリートの乾燥収縮率、「εｃｕｓ」は細骨材中に混入させた銅スラグの乾燥収縮率、「εｓ１」は銅スラグを除いた細骨材である天然細骨材の乾燥収縮率、「α」は全細骨材量を１としたときの銅スラグの混入率、「Ｖａ１」は全骨材（粗骨材＋細骨材）の体積に対する天然細骨材の体積比を示し、「Ａ」及び「Ｂ」はそれぞれ使用する天然細骨材の種類に応じて異なる係数である。 In this relational expression (II), “εc” is the drying shrinkage rate of the concrete, “εcus” is the drying shrinkage rate of the copper slag mixed in the fine aggregate, and “εs1” is the fine aggregate excluding the copper slag. The dry shrinkage rate of natural fine aggregate, “α” is the copper slag mixing rate when the total fine aggregate amount is 1, and “Va1” is the volume of the total aggregate (coarse aggregate + fine aggregate). The volume ratio of natural fine aggregate to the above is shown, and “A” and “B” are different coefficients depending on the type of natural fine aggregate used.
したがって、上記関係式（II）を用いることにより、所望とするコンクリートの乾燥収縮率に対して、細骨材の一部として添加させるべき銅スラグの量を適切に且つ簡易に求めることができる。つまり、所望とする乾燥収縮率となるコンクリートを製造するにあたって、銅スラグの添加量、並びに天然細骨材の量を的確に算出することができる。 Therefore, by using the relational expression (II), the amount of copper slag to be added as a part of the fine aggregate can be obtained appropriately and easily with respect to the desired drying shrinkage of the concrete. That is, when producing concrete having a desired drying shrinkage rate, the amount of copper slag added and the amount of natural fine aggregate can be accurately calculated.
また、所望とする乾燥収縮率となるように銅スラグの添加量を的確に算出することができるので、例えば減水剤等の薬剤を使用する場合においても、経験等による勘に頼ることなく、必要最小限の薬剤を的確に使用することができるようになり、製造コスト等を効果的に減少させることができる。 In addition, since the amount of copper slag added can be accurately calculated to achieve the desired drying shrinkage, it is necessary without relying on intuition based on experience etc., even when using a chemical such as a water reducing agent. A minimum amount of medicine can be used accurately, and manufacturing costs and the like can be effectively reduced.
［関係式における係数の決定（天然細骨材として砂岩砕砂を用いた場合を例として）］
ここで、上記関係式（II）において、「Ａ」及び「Ｂ」は、使用する天然細骨材の種類によって異なる係数である。したがって、使用する天然細骨材毎に、予め係数「Ａ」及び「Ｂ」をそれぞれ算出しておくことで、その他の既知の値である乾燥収縮率等を当該式（II）に代入することにより、容易に銅スラグの混入率を算出することができる。
[Determining the coefficient in the relational expression (example of using sandstone crushed sand as natural fine aggregate)]
Here, in the relational expression (II), “A” and “B” are different coefficients depending on the type of natural fine aggregate used. Therefore, by calculating the coefficients “A” and “B” in advance for each natural fine aggregate to be used, substitute other known values such as the drying shrinkage rate into the formula (II). Thus, the mixing rate of copper slag can be easily calculated.
具体的に、上述した一具体的実験例においても使用した、愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂を天然細骨材として用いた場合を例に挙げる。上述したように、この砂岩砕砂を天然細骨材として用いた場合において、その銅スラグの混入率に対するコンクリートの乾燥収縮率の関係は、上記表２に示す結果となり、この結果に基づく回帰グラフが図６に示すグラフになる。ここで、先ず、銅スラグ混入率が０（百分率で０％）の場合（ｘ＝０）について、回帰式（ｙ＝−５８１．４３ｘ＋９８０．５７）に代入すると、コンクリートの乾燥収縮率は９８１となる。このことから、上記関係式（ＩＩ）において、銅スラグ混入率が０であることからα＝０となり、係数「Ｂ」はＢ＝９８１となり、以下の関係式（ＩＩ’）が導き出される。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋９８１ ・・・（ＩＩ’）
Specifically, the case where sandstone crushed sand produced in the western district of Toyo district in Ehime Prefecture, which was also used in the above-described specific experimental example, is used as a natural fine aggregate. As described above, when this sandstone crushed sand is used as a natural fine aggregate, the relationship of the drying shrinkage rate of concrete to the copper slag mixing rate is the result shown in Table 2 above, and the regression graph based on this result is The graph is shown in FIG. Here, first, when the copper slag mixing rate is 0 ( 0% in percentage ) (x = 0), when substituting into the regression equation (y = −581.43x + 980.57), the drying shrinkage rate of concrete is 981. Become. From this, in the above relational expression (II), since the copper slag mixing rate is 0, α = 0, the coefficient “B ” becomes B = 981, and the following relational expression (II ′) is derived.
εc = A (εcus-εs1) · α · Va1 + 981 (II ′)
次に、銅スラグ混入率が０．４（百分率で４０％）の場合（ｘ＝０．４）について、回帰式（ｙ＝−５８１．４３ｘ＋９８０．５７）に代入すると、コンクリートの乾燥収縮率は７４８となる。上記関係式（ＩＩ’）において、「α」は全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率であることから、α＝０．４の場合のコンクリートの乾燥収縮率７４８を代入すると、７４８＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・Ｖａ１・０．４＋９８１となる。このことから、Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・Ｖａ１＝−５８２．５が導き出される。 Next, when the copper slag mixing rate is 0.4 ( 40% as a percentage ) (x = 0.4), when substituting into the regression equation (y = −581.43x + 980.57), the drying shrinkage rate of the concrete is 748. In the above relational expression (II ′), since “α” is the copper slag mixing rate when the total fine aggregate amount is 1, substituting the drying shrinkage rate 748 of concrete when α = 0.4. 748 = A (εcus−εs1) · Va1 · 0.4 + 981. From this, A (εcus−εs1) · Va1 = −582.5 is derived.
ここで、上述の実験において使用した銅スラグの乾燥収縮率（εｃｕｓ）は６４μであり、天然細骨材（砂岩砕砂）の乾燥収縮率（εｓ１）は４０３μである。また、「Ｖａ１」は全骨材（粗骨材＋細骨材）中の天然細骨材の体積比を表し、このコンクリートの製造においては細骨材率（ｓ／ａ）を４８．５％と設定している。このことから、銅スラグ混入率が０．４の場合においては、全骨材中の天然細骨材の体積比はＶａ１＝０．２２３となる。そして、これらの既知の値をＡ（εｃｕｓ−εｓ１）・Ｖａ１＝−５８２．５に代入すると、係数Ａ＝７．７を得ることができる。 Here, the drying shrinkage rate (εcus) of the copper slag used in the above-mentioned experiment is 64 μ, and the drying shrinkage rate (εs1) of the natural fine aggregate (sandstone crushed sand) is 403 μm. "Va1" represents the volume ratio of natural fine aggregate in the total aggregate (coarse aggregate + fine aggregate). In the production of this concrete, the fine aggregate ratio (s / a) is 48.5%. Is set. From this, when the copper slag mixing ratio is 0.4 , the volume ratio of the natural fine aggregate in the total aggregate is Va1 = 0.223. Then, if these known values are substituted into A (εcus−εs1) · Va1 = −582.5, a coefficient A = 7.7 can be obtained.
したがって、以上のことから、例えば、天然細骨材として愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂を用い、その全細骨材の一部に銅スラグを混入させて得られるコンクリートの乾燥収縮率に関しては、下記の関係式（ＩＩＩ）を導き出すことができる。
εｃ＝７．７（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋９８１ ・・・（ＩＩＩ）
Therefore, for example, dry shrinkage of concrete obtained by using sandstone crushed sand produced in the western district of Toyo district, Ehime Prefecture as natural fine aggregate, and mixing copper slag into a part of the total fine aggregate. Regarding the rate, the following relational expression (III) can be derived.
εc = 7.7 (εcus−εs1) · α · Va1 + 981 (III)
なお、上記関係式（III）において、天然細骨材である砂岩砕砂の乾燥収縮率や銅スラグの乾燥収縮率は、それぞれ既知の値である。 In the relational expression (III), the drying shrinkage rate of sandstone crushed sand, which is a natural fine aggregate, and the drying shrinkage rate of copper slag are known values.
また、全骨材（粗骨材＋細骨材）中における天然細骨材の体積比「Ｖａ１」についても、コンクリート製造に際して決定する細骨材率（ｓ／ａ）に基づいて銅スラグ混入率αとの関係で導くことができる。すなわち、細骨材率（ｓ／ａ）とは、全骨材（細骨材＋粗骨材）体積（ａ）に対する細骨材体積（ｓ）の割合の百分率であり、粗骨材の体積を「ｇ」とすると細骨材率（ｓ／ａ）＝［ｓ／ｓ＋ｇ］×１００となる。この細骨材率（ｓ／ａ）は、一般的には４０〜５０％の範囲となる。そして、細骨材を構成する天然細骨材の全骨材中における体積比を「Ｖａ１」としたとき、銅スラグ混入率αとの関係では、以下の式が導かれる。
Ｖａ１＝（１−α）×｛（ｓ／ａ）／１００｝×全骨材体積比率（定数）
したがって、全骨材中における天然細骨材の体積比「Ｖａ１」は、コンクリートの製造にあたって適宜設定する細骨材率（ｓ／ａ）の値と銅スラグ混入率αに基づく式に変換することができる。なお、全骨材体積比率は、製造するコンクリートの条件に基づいて決定する既知の値であり、周知のように全骨材体積比率＝１−（水容積＋セメント容積＋空気量）により算出される。
In addition, the volume ratio “Va1” of natural fine aggregate in the total aggregate (coarse aggregate + fine aggregate) is also based on the fine aggregate ratio (s / a) determined at the time of concrete production. It can be derived in relation to α. That is, the fine aggregate rate (s / a) is a percentage of the ratio of the fine aggregate volume (s) to the total aggregate (fine aggregate + coarse aggregate) volume (a), and the volume of the coarse aggregate. Is “g”, the fine aggregate rate (s / a) = [ s / s + g ] × 100 . This fine aggregate rate (s / a) is generally in the range of 40-50%. And when the volume ratio in the total aggregate of the natural fine aggregate which comprises a fine aggregate is set to "Va1," the following formula | equation is derived | led-out by relationship with copper slag mixing rate (alpha).
Va1 = (1-α) × {(s / a) / 100} × total aggregate volume ratio (constant)
Therefore, the volume ratio “Va1” of the natural fine aggregate in the total aggregate is converted to an expression based on the value of the fine aggregate ratio (s / a) and the copper slag mixing ratio α that are appropriately set in the production of concrete. Can do. The total aggregate volume ratio is a known value determined based on the condition of the concrete to be manufactured, and as is well known, the total aggregate volume ratio = 1− (water volume + cement volume + air amount). The
このように、例えば砂岩砕砂を天然細骨材として用いる場合においては、上記関係式（III）を用いることによって、所望とするコンクリートの乾燥収縮率に対して、細骨材の一部として添加させるべき銅スラグの量を適切に且つ簡易に求めることができる。 Thus, for example, when sandstone crushed sand is used as a natural fine aggregate, it is added as a part of the fine aggregate with respect to the desired dry shrinkage of the concrete by using the relational expression (III). The amount of power copper slag can be determined appropriately and simply.
［関係式に基づく最適な銅スラグ混入率（添加量）の決定についての検証］
具体的に、天然細骨材として砂岩砕砂を用いる場合において、上記関係式（III）に基づいた最適な銅スラグ混入率の決定について検証する。なお、この検証においては、水セメント比を５０％とし、細骨材率（ｓ／ａ）を４８．５％と設定して、コンクリートを製造する場合について考えることとする。
[Verification of determination of optimal copper slag mixing rate (addition amount) based on relational expression]
Specifically, in the case of using sandstone crushed sand as natural fine aggregate, the determination of the optimum copper slag mixing rate based on the relational expression (III) will be verified. In this verification, the case of manufacturing concrete with a water cement ratio of 50% and a fine aggregate rate (s / a) of 48.5% will be considered.
例えば、製造するコンクリートの乾燥収縮率（εｃ）（すなわち、所望とする乾燥収縮率）を規定値である８００μ以下にしようとした場合、そのεｃ＝８００μという乾燥収縮率の値と、細骨材として使用する銅スラグの乾燥収縮率（εｃｕｓ）、及び天然細骨材（砂岩砕砂）の乾燥収縮率（εｓ１）の各値を上記関係式（III）に代入する。すなわち、銅スラグの乾燥収縮率は６４μであり、砂岩砕砂の乾燥収縮率は４０３μであることから、上記関係式（III）により、α・Ｖａ１＝０．０６９が導き出される。そして、細骨材率（ｓ／ａ）４８．５％としてコンクリートを製造することから、α・Ｖａ１＝０．０６９に基づき、α≒０．３１（銅スラグの混入率（約３１％））と算出することができる。 For example, when the drying shrinkage ratio (εc) of the concrete to be manufactured (that is, the desired drying shrinkage ratio) is to be set to a predetermined value of 800 μ or less, the value of the dry shrinkage ratio of εc = 800 μ and the fine aggregate Each value of the drying shrinkage rate (εcus) of copper slag used as the above and the drying shrinkage rate (εs1) of natural fine aggregate (sandstone crushed sand) is substituted into the relational expression (III). That is, since the drying shrinkage rate of copper slag is 64μ and the drying shrinkage rate of sandstone crushed sand is 403μ, α · Va1 = 0.069 is derived from the relational expression (III). Since concrete is produced with a fine aggregate rate (s / a) of 48.5%, α≈Va1 = 0.069 based on α≈0.31 (copper slag mixing rate (about 31%)) Can be calculated.
したがって、このことから、細骨材中に銅スラグを約３１％以上の割合で添加することによって、コンクリートの乾燥収縮率を８００μ以下にすることが可能になるという結果を得ることができる。 Therefore, from this, it is possible to obtain a result that the drying shrinkage rate of concrete can be reduced to 800 μm or less by adding copper slag to the fine aggregate at a ratio of about 31% or more.
また、このようにして銅スラグの混入率を算出できることにより、乾燥収縮の低減のために減水剤等の薬剤を一部に用いる場合においても、その銅スラグの混入率を制御することによって乾燥収縮率を予測することができるので、その混入率から必要最低限の薬剤の添加量を求めることができ、高価な薬剤の無駄を防止して、効率的に高い経済性でもってコンクリートを製造することができる。 In addition, by calculating the mixing rate of copper slag in this way, even when a chemical such as a water reducing agent is used in part to reduce drying shrinkage, drying shrinkage can be controlled by controlling the mixing rate of copper slag. Since the rate can be predicted, it is possible to obtain the minimum amount of chemicals to be added based on the mixing rate, prevent the waste of expensive chemicals, and efficiently produce concrete with high economic efficiency. Can do.
［他の天然細骨材を使用する場合について］
上述の説明においては、天然細骨材として愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂を用いた場合を例に挙げて関係式を導出し、また銅スラグ混入率の算出検証を行った。上述した関係式（II） 『εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ』 は、もちろん砂岩砕砂を天然細骨材として使用する場合に限定される関係式ではなく、他の天然細骨材を使用する場合においても適用することができる。すなわち、それぞれの天然細骨材毎に上記関係式（II）における係数「Ａ」，「Ｂ」を予め求めておくことによって、天然細骨材の種類毎に銅スラグの混入率とコンクリートの乾燥収縮率との関係を示すことができ、上述した具体例のように所望とする乾燥収縮率とするために適切な銅スラグ混入率を算出することが可能となる。
[When using other natural fine aggregates]
In the above description, the relational expression was derived by taking as an example the case where sandstone crushed sand produced in the western district of Toyo district in Ehime Prefecture was used as the natural fine aggregate, and the calculation verification of the copper slag mixing rate was performed. The above-mentioned relational expression (II) “εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B” is, of course, not a relational expression limited to the case where sandstone crushed sand is used as a natural fine aggregate, but other natural fine aggregates. This can also be applied when using. That is, by obtaining in advance the coefficients “A” and “B” in the above relational expression (II) for each natural fine aggregate, the mixing ratio of copper slag and the drying of concrete for each type of natural fine aggregate The relationship with the shrinkage rate can be shown, and an appropriate copper slag mixing rate can be calculated to obtain a desired drying shrinkage rate as in the specific example described above.
それぞれの天然細骨材の種類毎の係数「Ａ」，「Ｂ」の算出においては、上述した砂岩砕砂の例のように、複数の銅スラグ混入率におけるコンクリートの乾燥収縮率を実験的に求め、図６のような回帰グラフを導出することによって算出することができる。例えば、少なくとも銅スラグ混入率０％の場合と４０％の場合におけるコンクリートの乾燥収縮率を実験的に求めて回帰グラフを導出することによって算出することができる。これにより、例えば砂岩砕砂を用いた場合における関係式（III）のような関係式を、使用する天然細骨材の種類毎に導出することができる。なお、使用する天然細骨材自体の乾燥収縮率は、既知の値である。 In the calculation of the coefficients “A” and “B” for each type of natural fine aggregate, the drying shrinkage rate of the concrete is experimentally obtained at a plurality of copper slag mixing ratios as in the example of the sandstone crushed sand described above. It can be calculated by deriving a regression graph as shown in FIG. For example, it can be calculated by deriving a regression graph by experimentally obtaining the drying shrinkage rate of the concrete at least when the copper slag mixing rate is 0% and 40%. Thereby, for example, a relational expression such as relational expression (III) when sandstone crushed sand is used can be derived for each type of natural fine aggregate to be used. The dry shrinkage of the natural fine aggregate used is a known value.
また、産出される地域によって若干の性質の違いはあるものの、天然細骨材の種類が同じであれば、ほぼ同じ関係式を使用することができる。なお、同一の種類の天然細骨材であっても、産出される地域毎に関係式を導出しておくことによって、より高い精度で所望とするコンクリートの乾燥収縮率となるようにするための銅スラグ混入率を算出することができ、より好ましい。 In addition, although there are some differences in properties depending on the region where they are produced, if the natural fine aggregates are the same, almost the same relational expression can be used. In addition, even if it is the same kind of natural fine aggregate, by deriving a relational expression for each area to be produced, it is possible to achieve the desired drying shrinkage rate of concrete with higher accuracy The copper slag mixing rate can be calculated, and is more preferable.
＜２．コンクリートの製造方法＞
本実施の形態に係るコンクリートの製造方法は、銅スラグを細骨材の一部として所定量混入させて製造するものである。この製造方法では、上述した関係式（II）を用いることにより、細骨材の一部に混入させる銅スラグの量を適切に且つ簡易に算出することができ、所望とする乾燥収縮率の規定上限値以下となるコンクリートの製造を可能にする。
<2. Manufacturing method of concrete>
The concrete manufacturing method according to the present embodiment is manufactured by mixing a predetermined amount of copper slag as a part of fine aggregate. In this manufacturing method, by using the relational expression (II) described above, the amount of copper slag to be mixed into a part of the fine aggregate can be calculated appropriately and simply, and the desired drying shrinkage rate is defined. Enables the production of concrete below the upper limit.
具体的に、本実施の形態に係るコンクリートの製造方法は、図７の工程図に示すように、細骨材の一部に混入させる銅スラグの混入割合を算出し、その銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調製する細骨材調製工程Ｓ１と、コンクリートの構成材料を混錬して混練物を得る混練工程Ｓ２と、得られた混練物を養生硬化する硬化工程Ｓ３とを有する。 Specifically, the concrete manufacturing method according to the present embodiment calculates the mixing ratio of copper slag to be mixed into a part of fine aggregate as shown in the process diagram of FIG. A fine aggregate preparation step S1 for preparing a fine aggregate composed of aggregates, a kneading step S2 for kneading concrete constituent materials to obtain a kneaded product, and a curing step S3 for curing and curing the obtained kneaded product. Have
（細骨材調製工程）
細骨材調製工程Ｓ１では、細骨材の一部として混入させる銅スラグの割合を算出し、その銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調製する。この細骨材調製工程Ｓ１では、製造するコンクリートの乾燥収縮率が所定の基準上限値以下となるようにするため、すなわち所望とする乾燥収縮率のコンクリートを製造するための、細骨材中の銅スラグ混入率を算出する。
(Fine aggregate preparation process)
In the fine aggregate preparation step S1, the ratio of copper slag mixed as a part of the fine aggregate is calculated, and a fine aggregate composed of the copper slag and natural fine aggregate is prepared. In this fine aggregate preparation step S1, in order to make the drying shrinkage rate of the concrete to be produced below a predetermined reference upper limit value, that is, to produce concrete having a desired dry shrinkage rate, Calculate the copper slag contamination rate.
このとき、本実施の形態においては、コンクリートの乾燥収縮率（μ）をεｃ、銅スラグの乾燥収縮率をεｃｕｓ、銅スラグ以外の細骨材である天然細骨材の乾燥収縮率をεｓ１、全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率をα、全骨材（粗骨材＋細骨材）の体積に対する天然細骨材の体積比をＶａ１としたときに、下記関係式（II）に基づいて細骨材中の銅スラグ混入率を算出する。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ ・・・（II）
At this time, in the present embodiment, the drying shrinkage rate (μ) of concrete is εc, the drying shrinkage rate of copper slag is εcus, and the dry shrinkage rate of natural fine aggregates other than copper slag is εs1, When the total fine aggregate amount is 1, the copper slag mixing rate is α, and the volume ratio of natural fine aggregate to the total aggregate (coarse aggregate + fine aggregate) volume is Va1. Based on (II), the copper slag mixing rate in the fine aggregate is calculated.
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B (II)
ここで、細骨材の一部に用いる銅スラグとしては、特に限定されるものではなく、一般的な銅の精錬処理等によって発生するものを用いることができる。また、そのスラグ径（粒径）についても、特に限定されるものではないが、細骨材中の混入率（天然細骨材との置換率）が大きくなるほど、スラグの粒径が小さい方が抑制ひずみ量は大きくなる。そのため、扱い易さ等の点も考慮して、粒径が約２．５ｍｍ以下である銅スラグを用いることが好ましい。 Here, as copper slag used for a part of fine aggregate, it does not specifically limit and what generate | occur | produces by the general refining process etc. of copper can be used. Further, the slag diameter (particle diameter) is not particularly limited, but the larger the mixing ratio (replacement ratio with natural fine aggregate) in the fine aggregate, the smaller the slag particle diameter is. The amount of restrained strain increases. Therefore, it is preferable to use copper slag having a particle size of about 2.5 mm or less in consideration of ease of handling.
また、銅スラグと共に細骨材を構成する天然細骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、砂岩砕砂や石灰砕砂等の砕砂、軽量細骨材（メラサイト砂）、山砂、陸砂等を用いることができる。 Moreover, as a natural fine aggregate which comprises a fine aggregate with copper slag, it is not specifically limited, For example, crushed sand, such as sandstone crushed sand and lime crushed sand, lightweight fine aggregate (melasite sand), mountain sand, Land sand or the like can be used.
なお、上記関係式（II）における係数「Ａ」，「Ｂ」は、使用する天然細骨材の種類により異なる。したがって、上述したように、天然細骨材の種類毎に各係数を予め求めて関係式を導出し、それに基づいて銅スラグ混入率を算出する。具体的に、例えば天然細骨材として愛媛県東予地方西部地区で産出される砂岩砕砂を用い、その細骨材の一部に銅スラグを混入させて得られるコンクリートの乾燥収縮率に関しては、上述したように、下記の関係式（III）を導き出すことができ、これにより銅スラグ混入率（α）を算出する。
εｃ＝７．７（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋９８１ ・・・（III）
The coefficients “A” and “B” in the relational expression (II) differ depending on the type of natural fine aggregate used. Therefore, as described above, each coefficient is obtained in advance for each type of natural fine aggregate to derive a relational expression, and the copper slag mixing rate is calculated based on the relational expression. Specifically, for example, regarding the dry shrinkage rate of concrete obtained by mixing sandstone crushed sand produced in the western district of Toyo district in Ehime Prefecture as natural fine aggregate and mixing copper slag into a part of the fine aggregate, the above-mentioned As described above, the following relational expression (III) can be derived, and thereby the copper slag mixing rate (α) is calculated.
εc = 7.7 (εcus−εs1) · α · Va1 + 981 (III)
上述した細骨材を構成する銅スラグ及び天然細骨材は、それぞれ所定の乾燥収縮率を有している。そのため、使用する銅スラグ、天然細骨材の乾燥収縮率を予め測定しておき、その値を関係式（例えば天然細骨材として砂岩砕砂を用いる場合には上記関係式（III））に代入することで、製造するコンクリートの乾燥収縮率を所定の基準上限値以下（所望とする乾燥収縮率以下）となるようにするための銅スラグ混入率を、適切に且つ簡易に算出することができる。 The copper slag and the natural fine aggregate constituting the fine aggregate described above each have a predetermined drying shrinkage rate. Therefore, the drying shrinkage of copper slag and natural fine aggregate to be used is measured in advance, and the value is substituted into the relational expression (for example, the above relational expression (III) when using sandstone as natural fine aggregate) By doing so, it is possible to appropriately and easily calculate the copper slag mixing rate so that the drying shrinkage rate of the concrete to be manufactured is not more than a predetermined reference upper limit value (below the desired drying shrinkage rate). .
（混練工程）
混練工程Ｓ２では、細骨材調製工程Ｓ１にて調製した細骨材と、コンクリートの構成材料である、水、セメント、粗骨材とを混錬して混練物を得る。
(Kneading process)
In the kneading step S2, the fine aggregate prepared in the fine aggregate preparing step S1 and water, cement, and coarse aggregate, which are constituent materials of concrete, are kneaded to obtain a kneaded product.
セメントとしては、特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメントなどのポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどの混合セメント、アルミナセメントなどの特殊セメント等を用いることができる。 The cement is not particularly limited, and ordinary portland cement, early-strength portland cement, moderately hot portland cement, white portland cement and other portland cement, blast furnace cement, silica cement, fly ash cement and other mixed cement, alumina cement Special cements such as can be used.
また、水とセメントとの混合割合（水セメント比）についても、特に限定されるものではなく、コンクリートを製造するにあって適宜決定することができ、例えば５０％程度とすることができる。 Also, the mixing ratio of water and cement (water cement ratio) is not particularly limited, and can be determined as appropriate in the production of concrete, for example, about 50%.
粗骨材としては、特に限定されるものではなく、一般的に使用されている、例えば砂利、砂石等を用いることができる。 The coarse aggregate is not particularly limited, and generally used, for example, gravel, sandstone and the like can be used.
また、全骨材（細骨材及び粗骨材）体積に対する細骨材体積の比率である細骨材率（ｓ／ａ）についても、特に限定されるものではなく、コンクリートを製造するにあって適宜決定することができ、一般的には４０〜５０％の範囲となる。 Further, the fine aggregate ratio (s / a), which is the ratio of the fine aggregate volume to the total aggregate (fine aggregate and coarse aggregate) volume, is not particularly limited, and is suitable for producing concrete. Can be appropriately determined, and generally ranges from 40 to 50%.
これらのコンクート構成材料を混練する方法についても、特に限定されるものではなく、周知の方法により混練することができる。具体的には、例えば、水平二軸形強制練りミキサ等のミキサ内で行うことができ、水と、セメントと、銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材と、粗骨材とを、それぞれミキサ内に投入して約３０秒間撹拌し、続いて、必要に応じて混和剤や減水剤等の薬剤を含む水をミキサ内に投入して約９０秒間撹拌する。 The method of kneading these concrete constituent materials is not particularly limited, and can be kneaded by a known method. Specifically, for example, it can be carried out in a mixer such as a horizontal biaxial forced kneading mixer, and water, cement, fine aggregate made of copper slag and natural fine aggregate, and coarse aggregate. Then, each is put into a mixer and stirred for about 30 seconds, and then water containing a chemical such as an admixture or a water reducing agent is put into the mixer as needed and stirred for about 90 seconds.
（硬化工程）
硬化工程Ｓ３では、混練工程Ｓ２にて得られた混練物を養生硬化することによってコンクリートを得る。
(Curing process)
In the curing step S3, concrete is obtained by curing and curing the kneaded material obtained in the kneading step S2.
具体的に、硬化工程Ｓ３では、混練物を目的に応じて所定の形に成形し、水和反応を進行させて養生硬化させる。ここで、養生とは、適当な温度と湿度を確保し、乾燥や凍結等の外力が加わらないように保護するこという。本実施の形態においては、細骨材の一部として適切な割合で銅スラグが混入されているので、コンクリート内への持ち込み水分量が少なく、養生硬化に際して逸散する水分が低減されている。そのため、そのコンクリートの乾燥収縮率を、所定の基準上限値以下に適切に制御することができる。 Specifically, in the curing step S3, the kneaded material is formed into a predetermined shape according to the purpose, and the hydration reaction is advanced to cure and cure. Here, the term “curing” refers to securing an appropriate temperature and humidity so that external forces such as drying and freezing are not applied. In the present embodiment, since copper slag is mixed at an appropriate ratio as a part of the fine aggregate, the amount of moisture brought into the concrete is small, and the moisture dissipated during curing is reduced. Therefore, the drying shrinkage rate of the concrete can be appropriately controlled below a predetermined reference upper limit value.
養生方法としては、成形したコンクリートを水中に浸漬する方法や、散水する方法、濡れたマット等で覆う方法が挙げられ、硬化促進のため、蒸気養生や高温高圧で養生するオートクレーブ養生等を行ってもよい。また、養生硬化の処理時間についても、特に限定されず、目的とするコンクリート強度に応じて適宜設定することができる。 Curing methods include methods of immersing molded concrete in water, watering, and covering with wet mats, etc., and steam curing and autoclave curing that is cured at high temperature and high pressure to promote curing. Also good. Also, the curing time is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the intended concrete strength.
以上のように、本実施の形態に係るコンクリートの製造方法では、製造するコンクリートの乾燥収縮率が所定の基準上限値以下となるように、細骨材の一部として混入させる銅スラグの混入率を、上述した関係式（II）に基づいて算出する。この関係式（II）によれば、使用する銅スラグや天然細骨材の既知の乾燥収縮率から、簡易に、細骨材中に混入させるべき適切な銅スラグの混入率を算出することができる。 As described above, in the concrete manufacturing method according to the present embodiment, the mixing rate of copper slag to be mixed as a part of fine aggregate so that the drying shrinkage rate of the concrete to be manufactured is equal to or lower than a predetermined reference upper limit value. Is calculated based on the relational expression (II) described above. According to this relational expression (II), it is possible to easily calculate the appropriate copper slag mixing rate to be mixed into the fine aggregate from the known dry shrinkage rate of the copper slag to be used and the natural fine aggregate. it can.
したがって、使用する天然細骨材の種類に依存することなく、適切な銅スラグ混入率を算出することができる。また、一般的な構造物だけでなく、より高い強度や耐久性が求められる構造物についても、その強度や耐久性を実現することができる乾燥収縮率となるようなコンクリートを、容易に且つ適切に製造することができる。 Therefore, an appropriate copper slag mixing rate can be calculated without depending on the type of natural fine aggregate to be used. Also, not only general structures but also structures that require higher strength and durability, concrete that has a drying shrinkage rate that can realize the strength and durability can be easily and appropriately applied. Can be manufactured.
Claims (6)
混入させる銅スラグの混入割合を算出し、該銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調製する細骨材調製工程と、
上記細骨材調製工程にて調製した細骨材と、水、セメント、粗骨材とを混練して混練物を得る混練工程と、
上記混練物を養生硬化する硬化工程とを有し、
上記細骨材調製工程では、製造するコンクリートの乾燥収縮率（μ）をεｃ、銅スラグの乾燥収縮率をεｃｕｓ、天然細骨材の乾燥収縮率をεｓ１、全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率をα、全骨材の体積に対する天然細骨材の体積比をＶａ１としたときに、下記関係式に基づいて該銅スラグの混入率を算出することを特徴とするコンクリートの製造方法。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ
（なお、上記式中のＡ及びＢは、それぞれ係数である。） A method for producing concrete mixed with copper slag as a part of fine aggregate,
Calculate the mixing ratio of copper slag to be mixed, a fine aggregate preparation step of preparing a fine aggregate composed of the copper slag and natural fine aggregate,
A kneading step of kneading the fine aggregate prepared in the fine aggregate preparation step with water, cement, and coarse aggregate to obtain a kneaded product,
A curing step for curing and curing the kneaded product,
In the fine aggregate preparation step, the drying shrinkage rate (μ) of the concrete to be produced is εc, the dry shrinkage rate of copper slag is εcus, the dry shrinkage rate of natural fine aggregate is εs1, and the total fine aggregate amount is 1. When the copper slag mixing rate is α and the volume ratio of the natural fine aggregate to the total aggregate volume is Va1, the mixing rate of the copper slag is calculated based on the following relational expression. Manufacturing method.
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B
(Note that A and B in the above formula are coefficients, respectively.)
εｃ＝７．７（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋９８１ The said natural fine aggregate is sandstone crushed sand, The mixing rate of the said copper slag is computed based on the following relational expression, The manufacturing method of the concrete in any one of the Claims 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
εc = 7.7 (εcus−εs1) · α · Va1 + 981
製造するコンクリートの乾燥収縮率（μ）をεｃ、銅スラグの乾燥収縮率をεｃｕｓ、天然細骨材の乾燥収縮率をεｓ１、全細骨材量を１としたときの銅スラグ混入率をα、全骨材の体積に対する天然細骨材の体積比をＶａ１としたときに、下記関係式に基づいて該銅スラグの混入率を算出し、該銅スラグと天然細骨材とからなる細骨材を調整することを特徴とするコンクリート製造用細骨材の調製方法。
εｃ＝Ａ（εｃｕｓ−εｓ１）・α・Ｖａ１＋Ｂ
（なお、上記式中のＡ及びＢは、それぞれ係数である。） A method for preparing a fine aggregate for concrete production in which copper slag is mixed as a part of the fine aggregate,
The dry shrinkage rate (μ) of the concrete to be produced is εc, the dry shrinkage rate of copper slag is εcus, the dry shrinkage rate of natural fine aggregate is εs1, and the total fine aggregate amount is 1, α When the volume ratio of the natural fine aggregate to the volume of the total aggregate is Va1, the mixture ratio of the copper slag is calculated based on the following relational expression, and the fine bone comprising the copper slag and the natural fine aggregate A method for preparing a fine aggregate for concrete production, comprising adjusting the material.
εc = A (εcus−εs1) · α · Va1 + B
(Note that A and B in the above formula are coefficients, respectively.)
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