JPH05339039A - セメント・コンクリートの耐久性向上混合材 - Google Patents

セメント・コンクリートの耐久性向上混合材

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JPH05339039A
JPH05339039A JP18562892A JP18562892A JPH05339039A JP H05339039 A JPH05339039 A JP H05339039A JP 18562892 A JP18562892 A JP 18562892A JP 18562892 A JP18562892 A JP 18562892A JP H05339039 A JPH05339039 A JP H05339039A
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Hisamitsu Tsuyuki
尚光 露木
Takeshi Mochinaga
毅 持永
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    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/14Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141Slags
    • C04B18/142Steelmaking slags, converter slags
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は鉄鋼業において大量に発生し、且つ
未だその活用の途が確定していない転炉滓の有効利用に
関するものである。 【構成】 転炉滓を400℃乃至900℃において、1
5分乃至180分間加熱処理をするか又は溶融状態から
冷却する過程で400℃乃至900℃の間を1時間乃至
3時間かけて徐冷することにより、転炉滓中に含まれる
遊離石灰分(フランク法による測定)を1%以下に減少
させることができるので、これをセメント・コンクリー
トの混合材として使用することが可能となる。 【効果】 この様な熱処理した転炉滓は、セメント・コ
ンクリートの炭酸化の速度を通常の50%に抑制する効
果をもち、また、さらに耐塩害作用としてCl、SO
−−を取り込む作用をもつ。さらに転炉滓に含有され
ているβ−CSの働きにより、長期圧縮強度が向上
し、また同時に低発熱型向の混合材としても役立つので
結局、セメント・コンクリートの耐久性を向上させる素
材として活用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセメント・コンクリート
混合材に関するもので、鉄鋼業において大量に発生し、
且つ未だ決定的な活用の途が確定されていない転炉滓を
加熱処理することによって、その化学的性質を変化させ
て、セメント・コンクリートの炭酸化速度を抑制すると
ともに、耐塩性、耐酸性を改善することによって長期強
度の向上と低発熱性に寄与して、その耐久性の改善に役
立つセメント・コンクリート混合材の製造についての提
案である。
【0002】
【従来の技術】ポルトランドセメント中の遊離石灰分
(フランク法による測定)は通常1%以下にすることを
目標としているので、すべてのセメント・コンクリート
混合材もまた当然遊離石灰分が1%以下であることが要
求される。従来使用されている高炉スラグ、フライアッ
シュ、シリカフューム、天然ポゾラン等は何れもその遊
離石灰含有量は、ほとんど無視できるものばかりであ
り、また、そうでなければ混合材としての適性がないこ
とになる。
【0003】転炉滓の遊離石灰分は通常3%前後あり、
このまゝではセメント・コンクリート混合材としては勿
論、道路の路盤材としても不適正であるため、その利
用、活用の途が開けなかった。転炉滓を水滓処理したり
或いは放冷後、粉砕して水洗処理等を行えば或る程度遊
離石灰分を減少させることはできるが、水滓処理は危険
であり、また後者は経済的な方法でないことは明らかで
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】鉄鋼業において発生す
る転炉滓を有効且大量に消費する分野としては、セメン
ト・コンクリート混合材としての活用を容易に思い付く
のであるが、前述の通り遊離石灰の含有量が高く、その
まゝでは混合は不適である。従って、転炉滓中の遊離石
灰分を直接除去するか、又は他の成分と結合させて遊離
石灰としての活性を減殺させることができれば、混合材
としての適性が達成せられるのであるが、現在のとこ
ろ、経済的に有効な方法の提案はなされていない。転炉
滓中の遊離石灰分の除去又は減少が転炉滓の活用の鍵で
あり、本発明は、この課題を解決しようとしてなされた
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は転炉滓の特性
についての基礎的な研究を行ってきたが、その中で、転
炉滓を400℃乃至900℃で15分乃至180分間加
熱すると、転炉滓中の遊離石灰分が確実に減少すること
を偶然に発見した。即ち、上記範囲條件において、転炉
滓の遊離石灰分は最初の2.8%から最低0.52%ま
で減少した。この現象に関する化学反応機構については
未だ不明の点が多いので、解明のための研究を現在続け
ている所であるが、加熱処理によって転炉滓中のガラス
組成物質の中へ、遊離石灰分が取り込まれるものと解釈
している。
【0006】加熱温度の最低限は400℃で、これより
低い温度ではCa(OH)が分解せず、数時間加熱し
ても転炉滓の遊離石灰分は殆んど減少しない。また加熱
温度を高くすると処理時間を短縮することができるが,
1,050℃を越えると転炉滓同志或いは転炉滓と耐熱
容器との融着が激しくなるので、実際上は加熱温度の上
限を900℃とするのが望ましい。加熱温度に応じて1
80分から15分の間の処理時間を選択すればよい。
【0007】上記の通り、比較的低温度において他の物
質を添加、配合することなく、破砕して単に加熱処理を
するだけで転炉滓中の遊離石灰分を確実に減少させるこ
とができるので、工業的にもロータリーキルンやシャフ
トキルンを用いて簡単に加熱処理をすることができる。
この低温度操作は、転炉滓同志の融着や炉のライニング
への融着、付着等のトラブルを発生する心配はほとんど
ない。
【0008】しかし、転炉滓を粉末にまで粉砕してしま
うと、シャフト炉への装入は不可となり、またロータリ
ーキルンにおいても、飛散、伝熱不良、ライニングとの
反応等のトラブルの原因となるので、加熱する場合は粒
状から小魂状に粉砕することが望ましい。
【0009】一方、溶融状態の転炉滓を冷却の過程にお
いて、その遊離石灰分の減少反応を進行させることも当
然可能である。化学反応上からは、本来は溶融状態にで
きるだけ長く維持することが望ましいが、そのための加
熱や保温操作は容易なことではない。そこで、例えば出
鋼時の溶融転炉滓をスラグピット等に流し込んで、凝固
が進み表面が1,000℃程度以下になった時点で、破
砕した転炉滓又は他の鉱滓の破砕品等を断熱材として、
これで凝固した転炉滓の表面を厚く覆い徐冷する。この
操作によって転炉滓は400℃乃至900℃の温度の間
を1時間乃至3時間保持できるので転炉滓に含有される
遊離石灰分は、その分布が偏在していてもまた、その存
在形体が多少大きくても、更に固相における反応であっ
ても、転炉滓中のガラス組成中にとり込まれ、所謂遊離
石灰分を減少させることができる。
【0010】この排出時溶融転炉滓の冷却過程を利用す
る方法は、一旦放冷したものを破砕して再加熱するより
も熱経済的に遥かに有利であり、従って、従来未利用の
まゝ放置されている転炉滓は再加熱法により、また今後
排出されるものは溶融物徐冷法によって、セメント・コ
ンクリート混合材への途が開ける。
【0011】
【作用】転炉滓中の遊離石灰分は長い間放置されると、
空気中の湿分を吸収して次第にCa(OH)となる。
通常の遊離のCa(OH)は適当な水分の存在の下で
通常、空気中に0.03%存在するCOを吸収してC
aCOとなる。即ち炭酸塩となる。セメント・コンク
リートの場合には炭酸化によって所謂中性化が進展し、
これはセメント・コンクリートにとって好ましくない現
象である。転炉滓には前記の通り通常3%前後の遊離石
灰分が存在し、空気中に長く放置されるとCa(OH)
となる。しかしこの転炉滓中のCa(OH)は通常
の単独に存在するCa(OH)と比べると、CO
吸収、即ち、CaCOへの転換速度が非常に遅いこと
を見出した。この現象の機構もまた今の所明確には把握
していないが、転炉滓中に存在するCaF(PO
等アパタイト群化合物を構成する成分が炭酸イオンC
−−や塩素イオンCl,SO −−をとりこむ一
種の置換作用によるものではないかと考えられている。
従って、本発明による加熱処理によっても尚、残留した
遊離石灰分は容易には炭酸化しない性質をもっている。
また上述の通りアパタイト群化合物中にCl、SO
−−、OHイオン等も取込み固定化するので、セメン
ト・コンクリートの耐塩性、耐酸性も同時に向上する。
【0012】一方、転炉滓を400℃乃至900℃の温
度範囲で加熱すると、遊離石灰分は上記アパタイト群化
合物の中へ拡散し、取りこまれ、安定な構成成分となる
と考えられる。この際、加熱の雰囲気は酸化性、還元性
の何れでも関係はなく、また溶融状態から凝固して徐冷
する場合には固相反応であることと遊離石灰分の偏在、
大きさを考慮して前記温度範囲に1時間以上3時間程度
維持するようにしなければならない。
【0013】上述の通り、転炉滓中の遊離石灰分の炭酸
ガス吸収速度の抑制機構、また加熱処理による遊離石灰
分の減少機構は未だ明らかではないが、炭酸化抑制の効
果は明確に把握できたので、転炉滓を加熱処理し、遊離
石灰分を1%以下に減少させたものは、ポルトランドセ
メントに混合することが可能であり、実際、この両者の
混合物について炭酸化の速度を測定してみると、通常の
ポルトランドセメントに比べて約1/2に減少しており
(実施例参照)加熱処理した転炉滓は明らかに炭酸化の
速度を抑制する効果を示すことが判る。
【0014】転炉滓をセメント・コンクリートの混合材
として用いる時に得られるもう一つの利点は、転炉滓中
に20乃至30%含有されているβ−CSの働きであ
り、これがセメント・コンクリート製品の長期圧縮強度
発現因子であることは、既によく知られていることであ
る。更に、転炉滓は高炉スラグと同様、発熱量を減ずる
ことができるので、低発熱型セメントのための有力な混
合材となり得る。
【0015】転炉滓を加熱処理して遊離石灰を1%以下
に減少させ、これをポルトランドセメントに混合・配合
すると、炭酸化速度の抑制、長期圧縮強度の発現、低発
熱性が実現できる結果、セメント・コンクリートの耐久
性を著しく向上させることができるのである。
【0016】
【実施例】表1に日本鋼管(株)転炉滓の化学組成の一
例をあげる。これは粉砕(−100mesh)して大気
中に放置されていたもので、フランク法による遊離石灰
分を2.8%含有しており、鉱物組成はアパタイト型で
ある。
【0017】上記転炉滓粉末50.0gをアルミナるつ
ぼに秤取し、るつぼ炉内で500℃1時間、15分に1
回撹拌しつつ加熱した試料について、フランク法により
その遊離石灰分を定量して0.52%という値を得た。
即ち、加熱前2.8%含有していた遊離石灰分は、加熱
処理によって2.28%だけ減少し、目標の遊離石灰含
有量1.0%を大きく下廻ることができた。
【0018】次にこの加熱処理をした転炉滓を、ポルト
ランドセメントに配合したものの炭酸化抑制効果を確認
するための実験を行った。ポルトランドセメント単味、
及びポルトランドセメント+高炉スラグ5%、ポルトラ
ンドセメント+高炉スラグ10%の混合物を比較の対象
とし、ポルトランドセメント+加熱処理転炉滓5%、ポ
ルトランドセメント+加熱処理転炉滓10%の混合物を
調整した。之等の試験試料は20℃、湿度60%、炭酸
ガス10%volの雰囲気中に14日間保管し、炭酸化
を促進した。炭酸化の進行の判定は試料中に生成するC
aCOのX線回折強度の大小によって行った。比較測
定の結果は 図1に示すが、14日経過後のCaCO
の生成量をCaCOのX線回折強度の大小に比例する
とみると、加熱処理転炉滓を配合したものは、ポルト
ランドセメント単味に比べて炭酸化は約1/2程度であ
り、加熱転炉滓が炭酸化の抑制に作用していることが確
認された。
【0019】次に、水和発熱速度(Cal/h・g)と
水和時間(分)との関係についてコンダクションカロリ
メーターにより測定した。その結果は 図2に示すが、
水和発熱速度はポルトランドセメント単味が最も大き
く、次いで高炉スラグ、非加熱処理転炉滓、加熱処理転
炉滓の順であり、加熱処理転炉滓が低発熱型セメント・
コンクリート混合材として適していることが判る。
【図面の簡単な説明】
図1は、セメント及び各種混合材を配合、混合した試料
の炭酸化促進テストの結果で、試料中のCaCOの生
成量をそのX線回折強度におきかえて、放置時間(日)
との関係をプロットとしたものである。図2は、ポルト
ランドセメント及び各種鉱滓の水和発熱速度の変化を9
0分間に亘って測定した結果である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転炉滓を400℃乃至900℃の温度で1
    5分乃至180分間加熱することによって、遊離石灰分
    を1%以下に減少させて得られるセメント・コンクリー
    トの炭酸化抑制及び耐塩分作用、耐酸作用を目的とした
    耐久性を改善させる混合材
  2. 【請求項2】出鋼時、溶融状態で排出される高温度の転
    炉滓を大気中で放冷する際に400℃乃至900℃の間
    を1時間乃至3時間保持して徐冷する過程によって、転
    炉滓中に含有される遊離石灰分を1%以下に減少させて
    得られるセメント・コンクリートの炭酸化抑制及び耐塩
    分作用、耐酸作用を目的とした耐久性を改善させる混合
JP18562892A 1992-06-04 1992-06-04 セメント・コンクリートの耐久性向上混合材 Pending JPH05339039A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006219347A (ja) * 2005-02-10 2006-08-24 Mitsubishi Materials Corp 水硬性焼結物、セメント組成物、及び水硬性焼結物の製造方法
JP2016014186A (ja) * 2014-06-12 2016-01-28 Jfeスチール株式会社 スラグ鋳造体の製造方法

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