JPH11292578A - ビーライトスラグ - Google Patents

ビーライトスラグ

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JPH11292578A
JPH11292578A JP15048998A JP15048998A JPH11292578A JP H11292578 A JPH11292578 A JP H11292578A JP 15048998 A JP15048998 A JP 15048998A JP 15048998 A JP15048998 A JP 15048998A JP H11292578 A JPH11292578 A JP H11292578A
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JP
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slag
belite
cement
opc
portland cement
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JP15048998A
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Hisamitsu Tsuyuki
尚光 露木
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling
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  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有効活用されていない製鋼脱リンスラグか
ら、大型構造物向けのβ−CSを多量に含有する低発
熱型コンクリート混和材の製造。 【構成】 製鋼脱リンスラグの遊離石灰分(CaO)に
S組成になるようにケイ石(SiO)を加え、さ
らにCaO:SiOを2:1のモル比となるように石
灰とケイ石を追加配合して950℃ないし1200℃の
温度範囲で1ないし3時間焼成すると β−CSを5
5wt%以上含有する本発明のビーライトスラグを得る
ことができる。このように合成したビーライトスラグを
普通ポルトランドセメント(OPC)などに配合し、目
的によってはさらに石こうを混和して低熱用セメントと
して活用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明はコンクリート混和材に
関するものである。すなわち未だ決定的利用が確立され
ていない製鋼脱リンスラグをベースとして、これにビー
ライトが優勢に含有されるように石灰分及びシリカ分を
配合添加し焼成することによって得られる低発熱性のコ
ンクリート混和材に関する提案である。
【0002】
【従来の技術】 コンクリート構造物の大型化に伴い、
コンクリートの温度上昇によるひび割れの抑制が要望さ
れるようになり、セメントの水和熱を小さくするための
対策がとられている。一つはポルトランドセメントに高
炉水砕スラグ、さらにはフライアッシュを混合して水和
発熱を抑制する方法であり、他はビーライトの含有量の
多いセメント、つまり各種のビーライトセメントを新た
に製造することで対応してきた。
【0003】高炉水砕スラグの混合はごく初期の発熱の
抑制には効果があるが、中期的には完全といえず、又各
種のビーライトセメントはその安定化や初期強度発現の
ためにクリンカー製造時に急冷操作を加えたり、安定化
剤としてP,K,Na,Fe等の含有化合物を添加した
り、ボーキサイト、石こう、蛍石などを配合したりする
のでコスト的には不利となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 ビーライトの安定化
のための工程操作や特殊な配合物の添加などのコスト上
昇要因を伴うビーライトセメントを別途製造することな
く、高炉水砕スラグよりも低い水和発熱性を示す新たな
低発熱性のコンクリート混和材の開発に本発明は応えよ
うとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】 本発明者は、現時点で
は高炉水砕スラグのように決定的な利用活用の途が確立
されてはいない製鋼脱リンスラグをベースとして、その
中に含まれる遊離石灰をビーライトにするために必要な
ケイ石と、さらに全体としてビーライトが55wt%以
上含有されるようにCaOとSiOを2:1のモル比
を目標に石灰とケイ石とを配合したものを製鋼脱リンス
ラグに混合し、これを950℃ないし1200℃の温度
で1ないし3時間加熱焼成することによって、低コスト
で安定されたビーライトスラグを合成することができる
ことを見出した。このビーライトスラグは高炉水砕スラ
グよりも低い水和発熱性を示し、且つビーライトセメン
トと同程度の初期強度発現を示した。
【0006】
【作用】 本発明のビーライトスラグ製造の出発原料は
上述の通り現時点では確定的な有効利用の途が見出され
ていない製鋼脱リンスラグである。製鋼時排出されるこ
の脱リンスラグは粒鉄を巻き込んでいるので粉砕後磁選
して大部分の金属鉄を除去したものを使用する。その一
般的な化学組成と鉱物組成を(表−1)、(表−2)に
示す。
【表−1】
【表−2】
【0007】上表からわかる通り、カルシウム分とシリ
カ分の結合は主として β−CSすなわちビーライト
であるが、組成計算の上では10.4%程度の遊離石灰
が存在しているので、このままコンクリート混和材とし
て利用することは不適である。遊離石灰分をすべてシリ
カ分と結合させてβ−CSにするのに必要なケイ石を
配合し、さらにβ−CSの含有量を55wt%以上に
するためにCaO:SiOを2:1のモル比となるよ
うに石灰とケイ石を混合したものを追加配合して950
℃ないし1200℃の温度範囲で1ないし3時間焼成す
ると本発明のビーライトスラグが生成する。追加配合量
は製鋼脱リンスラグに対して20〜30wt%とするの
が適当である。焼成物についてX線回折を行った結果、
合成されたCSはすべてβ型であり、γ型は認められ
なかった。
【0008】製鋼脱リンスラグに含有されているAl
,CaF,P,FeO,MnOなどの不純
物が固溶することによってβ−CSは安定化するとと
もにγ−CSは認められず、水和反応が活性化され初
期強度発現に寄与している。これによって製鋼脱リンス
ラグをβ−CSを多量に含有する低発熱性のコンクリ
ート混和材として活用できることになり、β−CSを
主体とするビーライトセメントを別途製造するよりもコ
スト的にはるかに有利となる。
【0009】ビーライトスラグ製造において製鋼脱リン
スラグを利用することのもう一つの利点は、焼成温度の
低いことである。従来のビーライトセメントはセメント
製造における省エネルギー化と低発熱性の二つの観点か
ら注目されてきたが、本発明のビーライトスラグはビー
ライトセメントの焼成温度の1450℃に比べると更に
500℃〜250℃も低い温度で焼成できるのでエネル
ギーコストの面でも一段と有利である。1200℃以上
で焼成すると製鋼脱リンスラグの中のCaFやFe
O,MnOの一部が溶融を始め焼成工程の妨害となるこ
とがあるので焼成温度の上限を1200℃と決定した。
【0010】ビーライトセメントはβ−CS(ビーラ
イト)を主成分としているが、初期強度発現のためにC
S(エーライト)やCA,CAFなどを共存させ
ているものが多い。場合によっては20%CS,2%
A,10%CAFも含有している例があり、これ
では低発熱性のねらいはその分だけ減殺されてしまうこ
とになる。一方本発明のビーライトスラグはCSを全
く含有せず、β−CSを安定化し、水和反応の活性化
に役立つガラス相のAl,CaF(PO
やCaF,FeO,MnOなどが含有されているだけ
であるので低発熱性は維持され且つ初期強度の発現はビ
ーライトセメントと同程度である。
【0011】このことは本発明のビーライトスラグがコ
ンクリート混和材として適していることを示すもので、
普通ポルトランドセメント(OPC)をビーライトスラ
グで置換していくに従って水和発熱量が減少し、温度上
昇速度が遅くなると共に最終の温度上昇も低領域に抑制
することができる。ビーライトスラグによる置換割合の
増加に伴って初期の断熱温度上昇が小さくなることが特
徴である。
【0012】ビーライトスラグは普通ポルトランドセメ
ント(OPC)に比べると初期強度発現の点ではやや劣
るが、β−CSの特性として長期材令では普通ポルト
ランドセメント(OPC)を凌ぐ強度を発現する。初期
強度の改良方法としては高性能減水剤や石こうを添加す
る方法を提案するものである。
【0013】
【実験例】 前記製鋼脱リンスラグ1.0kgに生石灰
粉138gとケイ石粉73gを混合したものを追加配合
してアルミナルツボに装入し、電気加熱炉の中で105
0℃で2時間加熱した。その間15分に1回の割合で装
入粉の撹拌を行いつつ焼成し、ビーライトスラグを製造
した。このビーライトスラグのXRDパターン(図−
1)からCSはすべてβ型でありγ型は認められなか
った。その組成分析の結果を(表−3)に示す。
【表−3】
【0014】ビーライトスラグのもつ低発熱性の確認の
ため、普通ポルトランドセメント(OPC)にビーライ
トスラグを各種の割合で置換添加した場合の水和におけ
る水和発熱速度について比較測定した結果は(図−2)
の通りである。供試料は普通ポルトランドセメント(O
PC)に対してビーライトスラグを10,20,30w
t%置換し、これを水結合材比50%、20℃の条件で
双子型伝導微少熱量計にセットし、24時間まで測定し
た。また、断熱温度上昇値を(図−3)に示す。実験材
料は、結合材として比表面積3,240cm/g、比
重3.36のビーライトスラグおよび比表面積3,31
0cm/g、比重3.16の普通ポルトランドセメン
ト(OPC)を使用し、細骨材として粗粒率2.34、
表乾比重2.63の千葉県君津産の山砂を使用した。ま
た混和剤はポリカルボン酸系の高性能減水剤を使用し
た。配合及び練り混ぜ後のフロー試験結果を(表−4)
に示す。
【表−4】 ここでモルタルの水結合材比は50%とした。結合材は
合成試料をOPCに10,20,30wt%置換して混
合したものおよび比較材として普通ポルトランドセメン
ト(OPC)単味のものを用いた。混和剤は結合材(C
+BS)に対し、1.0wt%添加した。練り混ぜはホ
バート型ミキサーを使用し、混和剤を溶解させた水、結
合材、細骨材の順に入れ、低速で1分間混合し、さらに
高速で2分間練り混ぜた。測定は、空気循環式の断熱温
度上昇試験装置にモルタルをセットして行った。普通ポ
ルトランドセメント(OPC)をビーライトスラグで1
0%づつ置換するのに伴って24時間までの全水和発熱
量はほぼ直線的に減少し、50%置換の場合は普通ポル
トランドセメント(OPC)単味の場合の37.8%の
発熱量に過ぎないことがわかる。また、(図−3)の結
果からも断熱温度上昇値はビーライトスラグの置換量の
増加とともに確実に低下する。これらの結果からビーラ
イトスラグをコンクリート混和材として使用するとコン
クリートの温度上昇抑制に効果的であると云える。
【0015】この合成したビーライトスラグを混和材と
して用いてモルタル強度試験を行った結果を(図−
4)、(図−5)に示す。普通ポルトランドセメント
(OPC)の10〜30wt%をビーライトスラグで置
換した結合材の強度特性を調べるために、モルタルの強
度試験を行った。試験方法は、JIS R 5201
「セメントの物理試験方法」に準じて行った。実験材料
は、結合材として比表面積3,240cm/g、比重
3.36のビーライトスラグおよび比表面積3,310
cm/g、比重3.16の普通ポルトランドセメント
(OPC)を使用し、細骨材としてJIS R 520
1に規定する標準砂を使用した。モルタルの配合を(表
−5)に示す。水結合材比は50%、結合材はビーライ
トスラグを普通ポルトランドセメント(OPC)に1
0,20,30wt%置換し、混合したものおよび比較
材として普通ポルトランドセメント(OPC)単味のも
のを用いた。成型はテーブルバイブレーターによる方法
で行った。また測定は材令14日、28日、56日、9
1日までの曲げ強度および圧縮強度について行った。
【表−5】 この試験においては初期強度補償のための方策を行って
いないので、曲げ強度については材令28日まで、又、
圧縮強度については材令56日までは普通ポルトランド
セメント(OPC)に比べて明らかに低値であるが、そ
の後は急激に強度が増し材令91日になるとほぼ普通ポ
ルトランドセメント(OPC)と同等の強度を示すよう
になった。β−CSの特性からするとこれ以後、強度
は普通ポルトランドセメント(OPC)を遥かに越えて
増加する。上述の結果から本発明のビーライトスラグは
大型構造物向の低発熱型コンクリート混和材として適切
な素材である。
【図面の簡単な説明】
【図−1】ビーライトスラグ中のCSはすべてβ型で
γ型のピークは観測されない。
【図−2】普通ポルトランドセメント(OPC)単味の
Total発熱量147.3Jに対して、ビーライト5
0%置換の場合の発熱量は55.36Jであり、これは
OPC単味の37.8%にすぎない。
【図−3】普通ポルトランドセメント(OPC)にビー
ライトスラグを10%,20%,30%置換した試料を
BS−10,20,30で示した。14日間までの断熱
温度上昇値を示す。
【図−4】OPCは普通ポルトランドセメント単味試
料、BS−10,20,30はOPCをビーライトでそ
れぞれ10%,20%,30%置換した試料の曲げ強度
を示す。材令91日になるとOPCとほぼ同等の強度に
到達した。
【図−5】同様にBS−10,20,30はOPCをビ
ーライトでそれぞれ10%,20%,30%置換した試
料の圧縮強度を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F27D 15/00 F27D 15/00 B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 製鋼脱リンスラグ中の遊離石灰分をビー
    ライトにするために必要なシリカ分と、更にビーライト
    を優勢に合成し含有させるためにCaOとSiO
    2:1のモル比になるように石灰とケイ石とを配合した
    ものを製鋼脱リンスラグに添加して950℃ないし12
    00℃の温度で1ないし3時間焼成して得られるβ−C
    Sを55重量%以上含有するビーライトスラグ。
JP15048998A 1998-04-06 1998-04-06 ビーライトスラグ Pending JPH11292578A (ja)

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Cited By (6)

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