JPH04260645A - 水硬性組成物及び硬化体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は土木、建築用に使用する
ガラス質の高炉スラグ粉末を含む水硬性組成物およびそ
の硬化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス質の高炉スラグ粉末は、本来潜在
的に水硬性を有し、従来からセメント、石こう等と混和
して高炉セメントとして製造、市販されている。またセ
メント、ガラス質の高炉スラグ粉末、その他混和材、骨
材等をそれぞれバッチャープラントにて計量し混合、混
練して目的に合わせた特別なコンクリートを製造する場
合もある。これらに使用されるガラス質の高炉スラグ粉
末は、一般にブレーン比表面積で４，０００〜４，５０
０ｃｍ２／ｇ程度のものが使われている。さらに最近、
水砕スラグ粉末を分級手段等により微粒化してブレーン
比表面積で８，０００ｃｍ２／ｇ程度の微粉末とし、こ
れを高強度等を得る目的で従来のスラグ粉末の代わりに
使われる場合がある（「第８回コンクリート工学年次講
演会論文集」、１９８６、ｐｐ２８９〜２９２）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常のブレーン値４，
５００ｃｍ２／ｇ程度のスラグ粉末は、水硬性があると
はいえ普通ポルトランドセメントに対し高強度が得にく
いという欠点があった。一方、上記のガラス質の高炉ス
ラグ粉末を分級して得られる微粉末は高強度が得られる
ものの分級の手間に加えて分級した粗粒を別途処分しな
ければならず、その結果コストが高くなるという欠点が
あった。

【０００４】本発明は、かかる問題点を解決して通常の
ガラス質の高炉スラグ粉末を使用して高強度の硬化体が
得られる手段を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、通常の高炉
スラグ粉末にそれより粗粒のスラグ粉末及びそれより微
粒のスラグ粉末を一定割合で混合して、微小粒子から粗
大粒子までを巾広く含む特定の粒度分布になるように配
合したガラス質の高炉スラグを用いることによって解決
される。

【０００６】すなわち、本発明は粒径が５０μｍ以上の
ものが高炉スラグ粉末の１５〜５０重量％、５μｍ未満
のものが１０〜２０重量％、そして残余の粒径が５０μ
ｍ未満５μｍ以上であるガラス質の高炉スラグ粉末とセ
メントからなる水硬性組成物及び該組成物を硬化させて
硬化体を製造する方法に関するものである。

【０００７】本発明の水硬性組成物は、主成分であるガ
ラス質の高炉スラグ粉末の粒度分布に最大の特徴がある
。これは、粗粒と中粒と微粒を適当な割合になるように
組合せるのである。具体的には、粒径が５０μｍ以上の
粗粒が１５〜５０重量％、好ましくは２５〜４０重量％
、粒径が５μｍ未満の微粒が１０〜２０重量％、そして
残余を粒径が５μｍ以上５０μｍ未満の中粒とするので
ある。好ましい粒度分布は、最大粒径が５００μｍ以下
であって粒径が１００μｍ以上５００μｍ以下のものが
０〜３０重量％、好ましくは１０〜２５重量％、粒径が
５０μｍ以上のものが１５〜５０重量％、好ましくは２
５〜４０重量％、１０μｍ以上のものが６５〜８５重量
％、好ましくは７０〜８０重量％、５μｍ以上のものが
８０〜９０重量％、そして１μｍ以上のものが９０〜９
９重量％である。この好ましい粒度分布を図１に斜線で
示す。 最大粒径が１００μｍで最密充填を達成させる粒度分布
の理論値（４種の粒径のものを使用した場合）を図１に
２点鎖線で示す。また、ブレーン値が４，５００ｃｍ２
／ｇの通常のガラス質の高炉スラグ粉末の粒度分布を実
線で、そしてブレーン値が８，０００ｃｍ２／ｇものを
１点鎖線でそれぞれ図１に示す。同図に示すように、本
発明のガラス質の高炉スラグの粒度分布は、粒径５μｍ
以上のものの割合を最密充填と通常のガラス質の高炉ス
ラグ粉末の中間に位置させ、５μｍ未満の微粒の割合を
最密充填及び通常のスラグ粉末のいずれよりも多くして
いる。このような粒度分布のものは、粉砕度の異なる２
種以上のガラス質の高炉スラグ粉末を配合することによ
って取得することができる。セメント用として使用され
ているガラス質の高炉スラグ粉末は、ブレーン比面積で
４，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇ（平均粒径１０〜２
０μｍ）であり、これを原料として用いる場合にはそれ
より粗粒品、平均粒径で３０〜２００μｍ程度、好まし
くは５０〜１５０μｍ程度のものと、微粒品、平均粒径
で１〜５μｍ程度のものを組合せた３種を適当な割合で
配合することによって取得することができる。そのほか
、平均粒径３０〜７０μｍ、好ましくは４０〜６０μｍ
のものと１〜５μｍのものの２種の配合でも本発明の粒
度分布品を取得できる場合がある。上記粒径のガラス質
の高炉スラグ粉末は必要によりスラグ製造条件を適宜調
整し、さらに公知の粉砕機を用いることによって取得す
ることができる。

【０００８】セメントはそれ自身が水和組織を形成する
とともに、スラグ粉に対するアルカリ刺激作用をするも
のであり、具体的にはポルトランドセメント又は少なく
ともポルトランドセメントを３０％以上含む混合セメン
トである。

【０００９】ガラス質の高炉スラグ粉末とセメントとの
割合は、ガラス質の高炉スラグ粉末が３０〜９０重量％
、好ましくは５０〜７０重量％、従ってセメントが７０
〜１０重量％、好ましくは５０〜３０重量％である。１
０重量％より少なければスラグの反応刺激材としての役
目が果たせないし、７０重量％を越えるとスラグの最適
密充填の役割が減ってしまうためである。割合は対象物
により適宜変化させうるべきで、そのたびごとに粒度を
変える煩雑さをさけるためである。なお、この水硬性組
成物には粉末の無水、半水、二水等の石膏を１５重量％
以下の量で添加してもよいし、他のフライアッシュ等の
混和材を高炉スラグ粉末の残部にセメントとともに添加
してもよい。

【００１０】本発明の水硬性組成物は密実な押出成形品
を製造することでその特徴を最大限に発揮することがで
きる。押出成形をするためには適度な粘度と押出された
製品の保形性が必要である。そのため、この押出成形用
組成物としては前述の水硬性組成物に加えて水と有機質
増粘剤が必須である。有機質増粘剤としてはメチルセル
ロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロ
ピルセルロース及びそれらの変成品、ポリビニルアルコ
ール及びそれらの変成品などが使用できる。配合割合と
しては水硬性組成物１００重量部に対し、有機質増粘剤
０．１〜５重量部程度、好ましくは０．５〜２重量部程
度、そして水１５〜４０重量部程度、好ましくは２０〜
３０重量部程度である。さらにこの押出成形用組成物に
は骨材として川砂、砕砂、シャモット粉末、タイル粉末
等を加えることもできる。骨材の配合割合は水硬性組成
物１００重量部に対して０〜１００重量部程度が適当で
ある。

【００１１】上記の押出成形組成物の曲げ強度の向上や
耐衝撃性、靭性向上のために無機あるいは有機の短繊維
、もしくはその両方の短繊維を混入することができる。 ここで無機繊維としては石綿が代表的ではあるが、石綿
がじん肺症などとの関連から段々と使われなくなってい
る現状では無石綿建材としてガラス繊維、ワラストナイ
ト等も有効である。ガラス繊維は、アルカリ性の混練物
の中で使用するため耐アルカリガラス繊維が適し、径１
〜１００μｍ、長さ１〜２０ｍｍ、添加量は水硬性組成
物に対して０．１〜５．０重量％が適する。有機繊維と
してはビニロン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化
ビニル、塩化ビニリデン、ポリエチレン、ナイロン等が
用いられ、形状は長さ１〜２０ｍｍ、径１〜１００μｍ
、添加量は粉体混合物に対して０．１〜３．０重量％が
適する。

【００１２】本発明の水硬性組成物は、有機質増粘剤及
び水等を加えて押出成形用組成物として、あるいは単に
水等を加えて型枠等に流し込んで硬化させる。これらの
含水組成物の養生は湿空中、水中での２０℃前後の常温
養生でも強度が発現するが、より早く強度を得るために
は４０℃〜８０℃、好ましくは５０〜７０℃での水蒸気
養生が適する。この水蒸気養生は、飽和水蒸気の存在下
で前記の温度で行なうものであり、具体的には飽和水蒸
気を保つために成型された含水組成物を密室内に置くと
かビニールで包むなどして飽和水蒸気状態を養生中維持
させる。養生時間は２時間〜２４時間が適当で、最適に
は４〜１２時間程度が経済的な面から考えても適する。

【００１３】

【作用】一般に粉体の最適充填の目的は密充填、セグリ
ゲーションの防止、添加剤の低下、レオロジーの諸現象
の改善などがあるが、高強度を得るためには最密充填性
の確保が必要である。そこで単に最密充填を得るために
は、 Ｐ＝（ｘ／ｄ）１／２〜１／３　　 ここにＰ：ある粒子径ｘ以下の含有量（％）ｄ：最大粒
子径 を満足するようにすればよい。この式による粒子径と充
填密度との関係を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】しかし、スラグ粉末の場合、最密充填配合
よりも微粉の割合を一定程度増したほうが硬化体の強度
が高まることを本発明者らは見出した。その理由は次の
通りであると思われる。すなわち、表１による粒子がス
ラグ粉末と考えた場合、その反応性はその粒子表面積の
総和と考えられるが、この最密充填配合では水硬反応の
観点から表面積が不足していると思われる。一方、図１
に実線で示すような従来のガラス質の高炉スラグ粉末の
場合、粒度分布の幅が狭く最適な粒度分布にないため空
隙を生じて高強度が得られない。

【００１６】本発明のガラス質の高炉スラグ粉末におい
て粗粒を加えたのは、ガラス質の高炉スラグ粒子そのも
のに反応性があるため通常より大きい粒子でも反応が可
能である。また、大きい粒子を入れることにより密充填
に近くなることが期待でき、コスト的にも原料の水砕ス
ラグ粒子２５ｍｍからの粉砕において粉砕コストが安く
なる。５μｍ以下の細かい領域で通常のガラス質の高炉
スラグ粉末より多く粒子を存在させたのは、反応が早い
微粒分を確保させるためである。

【００１７】本水硬性組成物は、セメントを混和するこ
とが必須要件であるがこれはスラグの反応刺激材の役目
とセメント自身の水硬性を必要とするためである。

【００１８】

【実施例】実施例１ 本発明のガラス質の高炉スラグ粉末は、以下の手順によ
って作成した。平均粒径１．２ｍｍの原料の水砕スラグ
をボールミルにて平均粒径１００μｍとした粉末をｘ１
、同じく水砕スラグを粉砕し、通常使用の粒度ブレーン
値４，５００ｃｍ２／ｇ（平均粒径１０．５μｍ）とし
たものをｘ２、ｘ２を分級手段によりブレーン値１２，
０００ｃｍ２／ｇ（平均粒径２．６μｍ）としたものを
ｘ３とし、ｘ１：ｘ２：ｘ３＝１０：９：１の重量比率
で混合した。その粒度分布を図１に点線で示すが、本発
明の粒度範囲の中間程度に位置したガラス質の高炉スラ
グ粉末が得られた。

【００１９】上記のガラス質の高炉スラグ粉末１０重量
部に対し、普通ポルトランドセメント５重量部を混合し
て水硬性組成物を得た。

【００２０】この水硬性組成物に増粘剤としてメチルセ
ルロース　０．１重量部と水　２．５重量部を加えて押
出成形用組成物を得た。比較のために上記のガラス質の
高炉スラグ粉末の代わりにブレーン値が４，５００ｃｍ
２／ｇのスラグ粉末又はそれを分級して得たブレーン値
が８，０００ｃｍ２／ｇのスラグ粉末を用い、いずれも
１０重量部に対し実施例１と同じ普通ポルトランドセメ
ント５重量部、増粘剤としてメチルセルロース　０．１
重量部及び水　２．５重量部を加えて押出成形用組成物
の比較例品を得た。各実施例品及び比較例品をいずれも
押出成形して４ｃｍ×４ｃｍ×２０ｃｍの直方体とし、
２０℃で２８日間養生して硬化させた。各硬化体の曲げ
強度を測定した結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例２、３ 実施例１と同じガラス質の高炉スラグ粉末１０重量部に
、普通ポルトランドセメント５重量部、増粘剤としてメ
チルセルロース　０．１重量部、減水剤　０．１重量部
、水　２．８重量部、φ１３μｍ×６ｍｍのガラス繊維
　０．３重量部、φ６μｍ×６ｍｍのビニロン繊維　０
．１重量部及びワラストナイト　１．５重量部を混合し
て押出成形用組成物を得た。

【００２３】比較のために上記のガラス質の高炉スラグ
粉末の代わりにブレーン値が４，５００ｃｍ２／ｇのス
ラグ粉末を用い、普通ポルトランドセメント５重量部、
増粘剤としてメチルセルロース　０．１重量部、減水剤
　０．１重量部及び水　２．３重量部を混合して押出成
形用組成物の比較例品を得た。

【００２４】実施例品及び比較例品をいずれも押出成形
して４ｃｍ×４ｃｍ×２０ｃｍの直方体とし、実施例品
は２０℃で２８日間又は６０℃の飽和水蒸気の存在下で
１２時間養生して硬化させた。６０℃の飽和水蒸気の存
在下で硬化させたものは、その後７日間放置して乾燥さ
せた。比較例品は２０℃で２８日間養生して硬化させた
。各実施例品及び比較例品の曲げ強度及び耐衝撃エネル
ギーを測定した結果を表３に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によればガラス
質の高炉スラグ粉末の粒布分布を広げたので、従来セメ
ント用等に用いられていたスラグ粉末より粗い粒径が５
０μｍ以上のものを１５〜５０重量％使用することがで
き、それにもかかわらず硬化体の強度を高めることがで
きる。 セメントの使用量を水硬性組成物の１０〜５０重量％に
節減でき、全体として安価で高強度品が得られる効果が
ある。本発明の水硬性組成物を用いて得られる硬化体は
緻密性が高い。この水硬性組成物を用いた押出成形用組
成物に繊維を配合することにより曲げ強度、耐衝撃性等
を大巾に増加させることができる。また、この水硬性組
成物を硬化させる際の養生方法として、水蒸気養生法を
用いることによりスラグ粉末の反応を効果的に進行させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水硬性組成物で使用されるガラス質の
高炉スラグ粉末の粒度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１…実施例で用いたスラグ粉末 ２…ブレーン値４，５００ｃｍ２／ｇの従来のスラグ粉
末３…ブレーン値８，０００ｃｍ２／ｇの従来のスラグ
粉末４…密充填粉末例

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　粒径が５０μｍ以上のものが高炉スラ
   グ粉末の１５〜５０重量％、５μｍ未満のものが１０〜
   ２０重量％、そして残余の粒径が５０μｍ未満５μｍ以
   上であるガラス質の高炉スラグ粉末とセメントからなる
   水硬性組成物
2. 【請求項２】　　ガラス質の高炉スラグ粉
   末の最大粒径が５００μｍ以下であって、粒径が１００
   μｍ以上５００μｍ以下のものが高炉スラグ粉末の０〜
   ３０重量％、５０μｍ以上のものが１５〜５０重量％、
   １０μｍ以上のものが６５〜８５重量％、５μｍ以上の
   ものが８０〜９０重量％、そして１μｍ以上のものが９
   ０〜９９重量％である請求項１に記載の水硬性組成物
3. 【請求項３】　　ガラス質の高炉スラグ粉末が水硬性組
   成物の３０〜９０重量％で残部がセメントである請求項
   １に記載の水硬性組成物
4. 【請求項４】　　請求項１に記載の水硬性組成物に有機
   質増粘剤と水を配合してなる水硬性の押出成形用組成物
   
5. 【請求項５】　　少なくとも無機短繊維又は有機短繊維
   を含有してなる請求項４に記載の水硬性の押出成形用組
   成物
6. 【請求項６】　　請求項１、２、３、４、５に記載の組
   成物を４０〜８０℃において飽和水蒸気下で硬化養生さ
   せる硬化体の製造方法
7. 【請求項７】　　請求項１、２、３、４、５に記載の組
   成物を１５０〜２１０℃の飽和水蒸気下でのオートクレ
   ーブ養生してなる硬化体の製造方法