JP7205674B1 - 遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体及び硬化体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
製鋼スラグなどの遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体であって、遊離ＭｇＯによる水和反応による体積膨張を抑えた上で、硬化体の強度不足を解決することのできる硬化体を提供する。本発明に係る遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体は、遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として含む混合物に水が加えられて混練され、その後、混練された前記混合物が固化することで製造される硬化体であって、前記硬化体において、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量が３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量がＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下である。
Description
本発明は、製鋼スラグなどの遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として利用して製造される硬化体及びこの硬化体の製造方法に関する。
製鋼工程では、耐火物に含まれるＭｇＯが精錬中にスラグに溶解して、耐火物が溶損することを防ぐために、スラグに飽和溶解度以上のＭｇＯを添加する操業が行われることがある。このような精錬で発生するスラグ中には、精錬中に未反応のまま残留したＭｇＯ、及び、スラグが冷却される過程で晶出したＭｇＯが存在する。このような未反応のＭｇＯ及び晶出したＭｇＯを遊離ＭｇＯという。
製鋼スラグを活用する試みとして、例えば、特許文献１に開示されているような、製鋼スラグを利用した水和硬化体がある。特許文献１に記載の水和硬化体は、水和反応を生ずる未反応のＣａＯを含有した製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質を５０重量％以上含有した、水和反応によって硬化する結合材と、を有しており、水を加えて混練した後に硬化されている。
しかし、遊離ＭｇＯを含む製鋼スラグは、長期にわたって遊離ＭｇＯの水和反応が進行し、膨張する性質があるため、硬化体の膨張ひび割れの懸念があり、水和硬化体の材料としての活用は困難である。ここで、遊離ＭｇＯの水和反応とは、製鋼スラグ中の遊離ＭｇＯが雨水や海水などの水分と接触してＭｇ（ＯＨ）２を生成する反応（ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２）であり、この反応によって体積が膨張する。
耐火物の分野では、例えば、特許文献２に開示されているような、耐火物表面にホウ酸などの結晶被膜を形成するＭｇＯの水和抑制方法が周知である。特許文献２には、塩基性耐火煉瓦の表面に硫酸塩、ホウ酸、ホウ酸塩の中の１種または２種以上の結晶被膜を形成する塩基性耐火煉瓦の消化防止方法において、塩基性耐火煉瓦を、水の重量をａ（ｇ）、飽和溶解度をｂ（ｇ）、溶質の重量をｃ（ｇ）とした場合、１００ｃ／（ａ×ｂ）によって示される式の値が０．２以上１．０以下の値を有する水溶液に含浸するか、もしくは、塩基性耐火煉瓦に上記水溶液を塗布したのち、この水溶液を乾燥させてなる、塩基性耐火煉瓦の消化防止方法が開示されている。
しかしながら、上記の従来技術に基づき、遊離ＭｇＯを含む製鋼スラグを材料として、遊離ＭｇＯの水和膨張を抑えるために、Ｂ２Ｏ３を含有させたスラグ硬化体を試作したところ、得られた硬化体の２８日後の圧縮強度は２０Ｎ／ｍｍ２に満たず、セメント・コンクリートの代替としての使用に耐えられるものではなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製鋼スラグなどの遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体であって、遊離ＭｇＯによる水和反応による体積膨張を抑えた上で、硬化体の強度不足を解決することのできる硬化体を提供することであり、また、この硬化体の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体であって、前記硬化体において、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量が３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量がＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下であることを特徴とする、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体。
［２］遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として利用した硬化体の製造方法であって、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成し、形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させることを特徴とする、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体の製造方法。
［３］遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として利用した硬化体の製造方法であって、遊離ＭｇＯを含有するスラグをホウ素含有物質が溶解した溶液に浸漬させる、または、遊離ＭｇＯを含有するスラグにホウ素含有物質が溶解した溶液を吹き付けて、遊離ＭｇＯを含有するスラグの表面にＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％以上のホウ素含有物質を予め付着させ、予めホウ素含有物質を付着させた、前記遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を２０００ｋｇ／ｍ３以下、且つ、当該スラグの表面に付着したホウ素含有物質の単位量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成し、形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させることを特徴とする、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体の製造方法。
本発明によれば、硬化体を製造する際に、製鋼スラグなどの遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として使用した場合であっても、遊離ＭｇＯによる水和膨張に起因する膨張ひび割れが発生せず、且つ、セメント・コンクリートの代替として十分な強度を有する硬化体が得られる。
以下、本実施形態の一例を説明する。
本実施形態に係る、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体（以下、「スラグ硬化体」とも記す）は、遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として含む混合物に水が加えられて混練され、その後、混練された混合物が固化することで製造される硬化体である。当該硬化体において、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量が３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量がＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下である。必要に応じて、遊離ＭｇＯを含有しないスラグや天然骨材を材料として用いることができる。天然骨材とは、例えば、「砂利や砂」である。
本実施形態に係るスラグ硬化体の特徴は、硬化体１ｍ３あたりＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下のホウ素含有物質を含有することである。ホウ素含有物質を、遊離ＭｇＯを含有するスラグに添加することで、スラグ中の遊離ＭｇＯの表面に硼酸または硼酸塩の結晶被膜が形成される。この結晶被膜により、遊離ＭｇＯの表面と、空気中などの雰囲気中の水分との接触が遮断される。つまり、硼酸または硼酸塩の結晶被膜が水分吸着防止材として機能し、遊離ＭｇＯの水和が抑制され、遊離ＭｇＯによる水和膨張に起因する、スラグ硬化体の膨張ひび割れが防止される。
本実施形態に係るスラグ硬化体では、遊離ＭｇＯの水和膨張を抑制するための単位ホウ素含有物質量を、Ｂ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下とする。これは、単位ホウ素含有物質量が、Ｂ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３未満では水和膨張抑制効果が小さく、一方、Ｂ２Ｏ３換算で４．０ｋｇ／ｍ３より大きいと、硬化体が固化しないことを、本発明者らが見出したからである。
ホウ素含有物質としては、ホウ素が水に溶解するものであればよく、特に限定しないが、例えば、酸性酸化物である三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）やホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ）などの酸化ホウ素及びホウ素化合物を使用することができる。
本実施形態に係るスラグ硬化体の特徴の他の一つは、結合材としてアルミナセメントを用いることである。アルミナセメントを用いる理由は、（１）ホウ素含有物質によって形成される遊離ＭｇＯの表面の硼酸または硼酸塩の結晶被膜を破壊せず、スラグ硬化体中の遊離ＭｇＯの膨張を抑制できること、（２）ホウ素含有物質を含むスラグ硬化体においても、セメント・コンクリートの代替として十分な強度を得ることができることによる。
ホウ素含有物質を添加したスラグ硬化体においては、遊離ＭｇＯの表面にホウ酸マグネシウムによる結晶被膜が形成されると考えられる。
一般的にスラグ硬化体に用いられる結合材である高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントとの組み合わせでは、普通ポルトランドセメントのｐＨ（水素イオン濃度指数）が約１２．７と高いことから、ホウ酸マグネシウムの結晶被膜が溶解し、遊離ＭｇＯの膨張抑制効果が小さくなる。加えて、ホウ素含有物質中のＢ２Ｏ３はセメントの凝結遅延剤であり、且つ酸性を示すために、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性の発現に必要なアルカリの供給を妨げ、スラグ硬化体の硬化遅延や強度の低下を引き起こす。
このために、本実施形態に係るスラグ硬化体では、結合材として、ｐＨが普通ポルトランドセメントに比べて低く、水和速度が速いことから凝結遅延を抑えることができるアルミナセメントを使用する。
本実施形態に係るスラグ硬化体では、スラグ硬化体中のアルミナセメントを、スラグ硬化体１ｍ３あたり７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下とする。これは、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３未満では、材齢２８日の圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２以下となり、セメント・コンクリートの代替としての利用が困難となるからである。ここで、材齢とは、スラグ硬化体を打設してからの経過日数である。一方、アルミナセメントはコストが高いことから、２００ｋｇ／ｍ３を超えて配合すると、経済性が低下する。したがって、単位アルミナセメント量は２００ｋｇ／ｍ３以下とする。
本実施形態に係るスラグ硬化体を製造する際に使用するアルミナセメントとしては、例えば、デンカ株式会社製ハイアルミナセントＨなどがある。
本実施形態に係るスラグ硬化体では、高炉スラグ微粉末をスラグ硬化体１ｍ３あたり３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下配合する。これは、単位高炉スラグ微粉末量を、この範囲に限定することによって、アルミナセメントから供給されるアルカリイオンの量と、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末中の反応性ＳｉＯ２の量との量的バランスが適正となり、十分な強度を持つ硬化体が得られるためである。
本実施形態に係るスラグ硬化体を製造する際に使用する高炉スラグ微粉末は、高炉水砕スラグを粉砕したものである。高炉スラグ微粉末は、その粒径が約０．１ｍｍ以下で、ブレーン法による比表面積が約３０００ｃｍ２／ｇ以上のものが好ましい。また、ブレーン法による比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を用いると、活性がより高くなり、より一層好ましい。
本実施形態に係るスラグ硬化体を製造する際に使用する、遊離ＭｇＯを含有するスラグとは、Ｘ線回折でペリクレースのピークが確認されるスラグのことである。このようなスラグとしては、特に、高クロム溶融鉄合金を溶製する際に発生するスラグを用いることが好ましい。ここで、高クロム溶融鉄合金とは、クロム含有溶銑や、ステンレス鋼に代表される高クロム溶鋼（通常、クロム含有量５質量％以上）、及び、この高クロム溶鋼を製造するためのクロム含有母溶湯（例えば、電気炉などで溶製される、クロム濃度が５質量％以上、炭素濃度が１質量％以上２質量％以下の溶融鉄合金）などが挙げられる。
クロム含有溶銑は、通常、電気炉や鉄浴式溶融還元炉、シャフト炉式の溶融還元炉などにおいて、クロム鉱石の溶融還元によって溶製される。高クロム溶鋼は、電気炉、転炉、ＡＯＤ炉などの一次精錬炉と、ＶＯＤ炉、ＲＨ真空脱ガス装置、取鍋精錬炉などの二次精錬炉とを経て溶製される。また、高クロム溶鋼を製造するためのクロム含有母溶湯は、主として電気炉や転炉で溶製される。
これらの製錬炉及精錬炉のうち、クロム鉱石を溶融還元する溶融還元炉では、炉体耐火物の保護のために、スラグの飽和溶解度以上にＭｇＯをスラグに添加する操業が行われているので、発生するスラグ（クロム製錬スラグ）には遊離ＭｇＯが含まれている。このようなスラグは本実施形態に係るスラグ硬化体を製造する際に好適である。
転炉にて上吹きランスなどから炉内の溶銑に純酸素を供給し、通常溶銑の脱炭精錬を行う際に発生するスラグ（「転炉脱炭スラグ」という）も、遊離ＭｇＯの含有量はクロム製錬スラグに比較して低いものの、本実施形態に係るスラグ硬化体を製造する際に、遊離ＭｇＯを含有するスラグとして使用することができる。
ところで、スラグ硬化体は、高炉スラグ微粉末、アルミナセメント、水からなるペースト分が、スラグなどの骨材の間隙を埋め、接着することで強度が発現する。本実施形態に係るスラグ硬化体では、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量をスラグ硬化体１ｍ３あたり２０００ｋｇ／ｍ３以下に規定する。これは、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３を超えると、スラグ硬化体中の単位高炉スラグ微粉末量、単位アルミナセメント量、単位水量が少なくなるため、骨材の接着力が低下し、スラグ硬化体の強度が低くなるからである。
一方、本実施形態に係るスラグ硬化体では、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量の下限値を規定していない。これは、遊離ＭｇＯを含有するスラグは、スラグ硬化体において骨材として機能しているが、必要に応じて、遊離ＭｇＯを含有しないスラグや天然骨材も材料として用いることができるので、技術的に遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量の下限値を規定する必要がないからである。しかしながら、あまりにも少ないスラグの単位量では、スラグの有効活用が促進されないことから、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量をスラグ硬化体１ｍ３あたり３００ｋｇ／ｍ３以上とすることが好ましく、これにより遊離ＭｇＯを含有するスラグを有効活用できる。
また、本実施形態に係るスラグ硬化体では、高性能減水剤を配合することが好ましい。スラグ硬化体を製造する際に、混練時の水分添加量を少なくすることで、スラグ硬化体の強度を上昇させることができる。しかし、混練時の水分添加量を少なくすると、材料を分散できなくなる。高性能減水剤は、水分添加量を少なくしつつ材料を分散させるために用いるものである。高性能減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を利用することができる。一般的に、高性能減水剤の使用量は、単位高炉スラグ微粉末量と単位アルミナセメント量との合計の０．３質量％以上０．５質量％以下が好ましい。
次いで、本実施形態に係るスラグ硬化体の製造方法について説明する。本実施形態に係るスラグ硬化体の製造方法には、２つの製造方法がある。
スラグ硬化体の製造方法の１つは、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成し、形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させる方法である。
この場合に、必要に応じて遊離ＭｇＯを含有しないスラグや天然骨材を材料として用いることができる。また、適宜の量の高性能減水剤を使用することができる。
スラグ硬化体の製造方法の他の１つは、遊離ＭｇＯを含有するスラグをホウ素含有物質が溶解した溶液に浸漬させる。または、遊離ＭｇＯを含有するスラグにホウ素含有物質が溶解した霧状の溶液を吹き付けて、遊離ＭｇＯを含有するスラグの表面にＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％以上のホウ素含有物質を予め付着させる。次いで、予めホウ素含有物質を付着させた、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を２０００ｋｇ／ｍ３以下、且つ、当該スラグの表面に付着したホウ素含有物質の単位量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成する。こうして形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させる方法である。遊離ＭｇＯを含有するスラグの表面にＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％以上のホウ素含有物質を予め付着させる理由は、ホウ素含有物質の含有量がＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％未満では、水和膨張抑制効果が不十分であるからである。
この場合に、必要に応じて遊離ＭｇＯを含有しないスラグや天然骨材を材料として用いることができる。また、適宜の量の高性能減水剤を使用することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、スラグ硬化体を製造する際に、製鋼スラグなどの遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として使用した場合であっても、遊離ＭｇＯによる水和膨張に起因する膨張ひび割れが発生せず、且つ、セメント・コンクリートの代替として十分な強度を有するスラグ硬化体が得られる。
以下、本実施例について説明する。本実施例では、表１に示す組成の３種類のスラグ（スラグＡ～Ｃ）を用いて、スラグ硬化体を作製した。尚、表１において、「ＣａＯ／ＳｉＯ２」は、スラグ中のＳｉＯ２濃度（質量％）に対するＣａＯ濃度（質量％）の比（「塩基度」という）を表し、「ＭｇＯ」及び「遊離ＭｇＯ」は、スラグ中のＭｇＯ濃度（質量％）及び遊離ＭｇＯ濃度（質量％）をそれぞれ表す。
表１に示すスラグに、アルミナセメント、高炉スラグ微粉末、天然骨材（粗骨材）、ホウ素含有物質、高性能減水剤及び水を、それぞれ上述した本発明の範囲内の単位量で配合し、硬化体を製造した（本発明例）。本発明例では、Ｂ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量を０．５ｋｇ／ｍ３、１．５ｋｇ／ｍ３、３．５ｋｇ／ｍ３、４．０ｋｇ／ｍ３とし、それぞれに対して単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３、８３ｋｇ／ｍ３、９０ｋｇ／ｍ３、１００ｋｇ／ｍ３、１１０ｋｇ／ｍ３、１８０ｋｇ／ｍ３、２００ｋｇ／ｍ３とした。また、比較のために、単位アルミナセメント量が本発明の範囲を外れる硬化体、ホウ素含有物質を配合しない硬化体、及び、Ｂ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量を４．５ｋｇ／ｍ３とする硬化体も製造（比較例）した。本実施例では、ホウ素含有物質として試薬の三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を使用し、スラグ硬化体の製造に使用する水に溶解させた。
硬化体は強度測定用と膨張判定用との二種類を製造した。強度測定用の硬化体は、硬化後に脱枠し、材齢２８日まで２０℃で水中養生した時点で、JIS A1108に準じて圧縮強度を測定した。膨張判定用の硬化体は、硬化後に脱枠し、材齢１４日まで２０℃で水中養生した。養生後、８０℃の水に浸漬させた。浸漬してから４５日後に硬化体を観察し、大きな割れの有無を確認した。圧縮強度は２０Ｎ／ｍｍ２以上を合格とした。膨張判定は、割れが確認されなかったものを「合格」、割れが確認されたものを「不合格」とした。圧縮強度及び膨張判定の欄が「測定不可」とは、固化しない、または、水和膨張して硬化体が形成されないことを示す。
スラグＡを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表２に示す。
ホウ素を添加していない比較例１～８では、４５日経過後に割れが確認され、遊離ＭｇＯが膨張していることが確認された。単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で４．５ｋｇ／ｍ３とした比較例９～１５では、供試体は硬化せず、圧縮強度の測定及び膨張判定は行うことができなかった。
これに対し、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内とした本発明例１～２８では、割れはなく、健全な状態であることが確認された。
また、単位アルミナセメント量が４４ｋｇ／ｍ３の比較例１では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２に満たなかったが、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３以上である本発明例１～２８では圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２を超え、通常のコンクリートと同等以上の強度が得られることが確認できた。
スラグＢを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表３に示す。
ホウ素を添加していない比較例１６～２３では、４５日経過後に割れが確認され、遊離ＭｇＯが膨張していることが確認された。単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で４．５ｋｇ／ｍ３とした比較例２４～３０では、供試体は硬化せず、圧縮強度の測定及び膨張判定は行うことができなかった。
これに対し、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内とした本発明例２９～５６では、割れはなく、健全な状態であることが確認された。
また、単位アルミナセメント量が４４ｋｇ／ｍ３の比較例１６では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２に満たなかったが、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上とした本発明例２９～５６では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２を超え、通常のコンクリートと同等以上の強度が得られることが確認できた。
スラグＣを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表４に示す。
スラグＣの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３以下であるものの、ホウ素を添加していない比較例３１～３８では、４５日経過後に割れが確認され、遊離ＭｇＯが膨張していることが確認された。スラグＣの単位量が２０００ｋｇ／ｍ３以下であるものの、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で４．５ｋｇ／ｍ３とした比較例３９～４４では、供試体は硬化せず、圧縮強度の測定及び膨張判定は行うことができなかった。
スラグＣの単位量を２３７９ｋｇ／ｍ３とした比較例４５では、水、高炉スラグ微粉末、アルミナセメントからなるペースト分が不足していたため供試体の強度が小さく、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２に満たなかった。
これに対して、スラグＣの単位量を２０００ｋｇ／ｍ３以下とし、且つ、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下の範囲とした本発明例５７～８０では、割れはなく、健全な状態であることが確認された。
また、単位アルミナセメント量が４４ｋｇ／ｍ３の比較例３１、３５では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２に満たなかったが、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上とした本発明例５７～８０では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２を超え、通常のコンクリートと同等以上の強度が得られることが確認できた。
表１に示す３種類のスラグ（スラグＡ～Ｃ）とホウ素含有物質とを接触させ、スラグ表面にホウ素含有物質を予め付着させたスラグを用いて硬化体を製造する試験を行った。ホウ素含有物質としては、試薬の三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を使用し、この三酸化二ホウ素の試薬を５０倍の質量の水に溶解させて水溶液（ホウ酸水溶液）とし、この水溶液を霧状にしてスラグに吹き付け、スラグ表面にホウ素含有物質（ホウ酸）を付着させた。その後、スラグを乾燥させて、硬化体の材料として使用した。
予めＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％以上のホウ素含有物質を付着させたスラグに、アルミナセメント、高炉スラグ微粉末、天然骨材（粗骨材）、高性能減水剤及び水を、それぞれ上述した本発明の範囲内の単位量で配合し、硬化体を製造した（本発明例）。また、比較のために、スラグ表面のホウ素含有物質の付着量が本発明の範囲外の硬化体も製造した（比較例）。
また、硬化体は強度測定用と膨張判定用との二種類を製造し、製造した硬化体について、上述の実施例１と同一の条件で圧縮強度測定及び膨張判定を行った。
スラグＡを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表５に示す。
単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下とし、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質をＢ２Ｏ３換算でスラグの０．１０質量％以上とし、且つ、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量（硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量（ｋｇ／ｍ３）＝単位スラグ量（ｋｇ／ｍ３）×ホウ素含有物質付着量のＢ２Ｏ３換算の質量割合（質量％）／１００）を０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下とした本発明例８１～１０１では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２以上であり、８０℃の水に浸漬して４５日後にも、硬化体は健全な状態を保ったままであることが確認された。
一方、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質をＢ２Ｏ３換算でスラグの０．０５質量％とした比較例４５～５１では、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量が０．５ｋｇ／ｍ３以上にならず、膨張判定において、４５日経過後に割れが確認され、遊離ＭｇＯが膨張していることが確認された。
スラグＢを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表６に示す。
単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下とし、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質をＢ２Ｏ３換算でスラグの０．１０質量％以上とし、且つ、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量を０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下とした本発明例１０２～１２２では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２以上であり、且つ、８０℃の水に浸漬して４５日後にも、硬化体は健全な状態を保ったままであることが確認された。
一方、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質をＢ２Ｏ３換算でスラグの０．０５質量％とした比較例５２～５８では、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量が０．５ｋｇ／ｍ３以上にならず、膨張判定において、４５日経過後に割れが確認され、遊離ＭｇＯが膨張していることが確認された。
スラグＣを用いて製造した供試体の配合表並びに圧縮強度及び膨張判定の結果を表７に示す。
単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下とし、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質をＢ２Ｏ３換算でスラグの０．１０質量％以上とし、且つ、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量を０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下とした本発明例１２３～１３１では、圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２以上であり、８０℃の水に浸漬して４５日後にも硬化体は健全な状態を保ったままであることが確認された。
一方、スラグ表面に付着させるホウ素含有物質がＢ２Ｏ３換算でスラグの０．１０質量％以上であるものの、単位スラグ量と付着したホウ素含有物質のＢ２Ｏ３換算の質量割合との積から計算される硬化体中のＢ２Ｏ３換算の単位ホウ素含有物質量が、４．０ｋｇ／ｍ３を超える比較例５９～６１では、供試体は固化しなかった。また、スラグＣの単位量を２３７９ｋｇ／ｍ３とした比較例６２は、ペースト分の不足から硬化体の圧縮強度が小さく、２０Ｎ／ｍｍ２に満たなかった。
Claims (3)
- 遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体であって、
前記硬化体において、遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量が３００ｋｇ／ｍ ３ 以上２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量が７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量が３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量がＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下であることを特徴とする、
遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体。 - 遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として利用した硬化体の製造方法であって、
遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を３００ｋｇ／ｍ ３ 以上２０００ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下、単位ホウ素含有物質量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成し、
形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させることを特徴とする、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体の製造方法。 - 遊離ＭｇＯを含有するスラグを材料として利用した硬化体の製造方法であって、
遊離ＭｇＯを含有するスラグをホウ素含有物質が溶解した溶液に浸漬させる、または、遊離ＭｇＯを含有するスラグにホウ素含有物質が溶解した溶液を吹き付けて、遊離ＭｇＯを含有するスラグの表面にＢ２Ｏ３換算で０．１０質量％以上のホウ素含有物質を予め付着させ、
予めホウ素含有物質を付着させた、前記遊離ＭｇＯを含有するスラグの単位量を３００ｋｇ／ｍ ３ 以上２０００ｋｇ／ｍ３以下、且つ、当該スラグの表面に付着したホウ素含有物質の単位量をＢ２Ｏ３換算で０．５ｋｇ／ｍ３以上４．０ｋｇ／ｍ３以下、単位アルミナセメント量を７５ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３以下、単位高炉スラグ微粉末量を３３０ｋｇ／ｍ３以上５３０ｋｇ／ｍ３以下として混合物を形成し、
形成した混合物に水を加えて混練し、その後、混練した混合物を固化させることを特徴とする、遊離ＭｇＯを含有するスラグを利用した硬化体の製造方法。
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