TW201512408A - 水泥原料用粒狀高爐礦渣及其篩選方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種適用於在年平均氣溫為22℃以上的高溫地域使用的水泥原料的粒狀高爐礦渣及其篩選方法。篩選出具有CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式的化學組成的粒狀高爐礦渣，作為適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣：1.17≦BM≦1.35...(1) 其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。

Description

水泥原料用粒狀高爐礦渣及其篩選方法
本發明是有關於一種適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣(granulated blast furnace slag for cement raw material)及其篩選方法。
粒狀高爐礦渣為鋼鐵製造過程中產生的副產物(by-product)，主成分為CaO、Al2O3、MgO、SiO2，且作為水泥原料而得到廣泛利用。粒狀高爐礦渣粉碎後所得的粒狀高爐礦渣微粉末(ground granulated blast furnace slag)亦可用作普通波特蘭水泥(ordinary portland cement，OPC)的混和材料(mixture material)，但尤其是作為高爐水泥(portland blast furnace cement)的原料的需求度高。此處，所謂高爐水泥，是指普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末混合而成的一種混合水泥(blended cement)，在日本國內，粒狀高爐礦渣微粉末的含量一般為40質量%左右。本說明書中，亦包含混合比率範圍廣泛的情況(如粒狀高爐礦渣微粉末的含量為20質量%等)，其等全部稱為高爐水泥、普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末的混合水泥、或者簡稱為 粒狀高爐礦渣微粉末的混合水泥。
水泥的強度藉由水合反應(hydration reaction)生成水合生成物(hydration product)而提高，但若水合反應過快，則存在混凝土(concrete)等水泥硬化體(cement hardened body)產生裂紋的問題。其原因在於，若水合反應過快，則水合反應的單位時間的放熱量(exotherm amount)會增大，從而混凝土內部的溫度會上升。尤其於體積大的混凝土中，因單位體積的散熱面積(heat dissipation area)小，故而混凝土內部的溫度上升程度變得過大，從而混凝土的裂紋變得顯著。
因此，於大型混凝土構造物中，廣泛使用高爐水泥而非普通波特蘭水泥。高爐水泥是將經微粉碎的粒狀高爐礦渣混合於波特蘭水泥中製造而成的水泥。高爐水泥中，因大量含有具有因鹼性刺激(alkaline stimulation)而顯現水硬性(hydraulicity)的潛在水硬性(latent hydraulicity)的粒狀高爐礦渣微粉末，故而，與普通波特蘭水泥相比，水合反應緩慢，放熱量少。即，就高爐水泥而言，較之普通波特蘭水泥，強度顯現的速度緩慢，於材齡(material age)為3天~7天的早期，強度低於普通波特蘭水泥。而且，材齡為7天時活性度為60%~80%左右，單位時間的放熱量小。進而，亦存在如下情況，即，材齡為28天時強度與普通波特蘭水泥大致等同，高爐水泥的長期強度超過普通波特蘭。因此，藉由利用高爐水泥，可有效地抑制大型混凝土構造物的裂紋。此處，所謂高爐水泥的活性度，是指將使用質量比率與 高爐水泥相同的普通波特蘭水泥的砂漿(mortar)試樣的壓縮強度作為基準，而將使用高爐水泥的砂漿試樣的壓縮強度指標化的指數。
粒狀高爐礦渣的水合特性或強度顯現特性多受其化學組成的影響。因此，先前，在日本國內，關於用於水泥原料的粒狀高爐礦渣，在水泥的品質管理方面，其鹼度(basicity)必須為某固定值以上，適於水泥的粒狀高爐礦渣的篩選是將日本工業規格(Japanese Industrial Standards，JIS)所規定的礦渣的鹼度[(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2](以下，簡稱為「鹼度」或「JIS鹼度」)作為指標而進行。此處，CaO、Al2O3、MgO、SiO2是粒狀高爐礦渣中各個氧化物的含量(質量%)。
例如，專利文獻1中，提出如下技術：將以粒狀礦渣製造設備(water granulation equipment)進行製造過程中的粒狀高爐礦渣作為樣本(sampling)，對CaO、Al2O3、MgO、SiO2進行定量分析，基於鹼度等來決定粒狀高爐礦渣的品質等級(rank)。而且，專利文獻2中提出如下技術：將用作低放熱礦渣水泥的原料的高爐礦渣粉末(粒狀高爐礦渣、與將高爐礦渣作為起始原料的岩綿(rock wool)或岩綿廢渣的混合體)的鹼度調整為1.4~1.8。
另一方面，作為對作為高爐水泥原料的粒狀高爐礦渣的品質進行測評的指標，可使用活性度指數，而粒狀高爐礦渣的水合特性或強度顯現特性可根據活性度指數進行評估。所謂活性度指數是指，利用砂漿試驗，分別對高爐水泥的強度A(N/mm2)、 及普通波特蘭水泥的強度B(N/mm2)進行測定，且基於該測定值而由下式算出的指數，所述高爐水泥是以規定的比表面積(specific surface area)使粒狀高爐礦渣粉碎而得的粒狀高爐礦渣微粉末與普通波特蘭水泥以1：1(50%：50%(質量%比))調配(混合)而成。
活性度指數(%)=(A/B)×100
此處，所謂高爐水泥的強度及普通波特蘭水泥的強度是指如下試樣的壓縮強度(compressive strength)，該試樣是如JIS A 6206所規定般將使各個水泥、細骨材(fine aggregate)、水以規定的比率(水泥：細骨材：水=450g：1350g：225g)混練(mix)而成的砂漿成形為規定的形狀後，進行規定的熟化(cure)所得。以下，提及「水泥的強度」時表示同樣的含義，關於未記載的試驗條件，則遵循JIS A 6206中規定的高爐礦渣微粉末的砂漿的活性度指數的試驗方法。
用於測定活性度指數的日本的試驗是如JIS A 6206所規定般，水泥的混練及熟化兩者均於20℃的溫度條件下實施。而且，高爐水泥或普通波特蘭水泥的強度試驗亦同樣以20℃進行混練及熟化後，測定彎曲強度或壓縮強度。再者，自抑制大型混凝土構造物的裂紋的觀點出發，通常，較佳為，將高爐水泥的材齡3天~7天的活性度設為60%~80%左右，將材齡28天的活性度設為90%~110%左右。
此處，活性度指數與粒狀高爐礦渣的鹼度存在密切的關 係，粒狀高爐礦渣的鹼度越高則活性度指數亦越高。因此，先前，當以鹼度為指標來篩選高爐水泥原料用粒狀高爐礦渣時，提前求出鹼度與活性度指數的相關關係，設定作為指標的鹼度的數值範圍。
具體而言，首先，針對具有各種化學組成的粒狀高爐礦渣，測定出以規定的比表面積粉碎後的粒狀高爐礦渣微粉末的活性度指數，求出粒狀高爐礦渣的鹼度與活性度指數的相關關係。繼而，基於所述相關關係，來決定作為用於獲得所需的活性度指數的粒狀高爐礦渣、即適於高爐水泥的原料的粒狀高爐礦渣的鹼度的規格的數值範圍。而且，篩選出滿足如此決定的鹼度規格的粒狀高爐礦渣，來作為適於高爐水泥的粒狀高爐礦渣。
另一方面，專利文獻3中，提出如下技術：使用與所述鹼度不同的指標來評估高爐礦渣的品質。該技術是基於高爐礦渣中的MnO及TiO2會大大影響活性度指數的見解而形成，使用不僅考慮到現有的鹼度還考慮到MnO、TiO2的含量的指標((CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-1.0×MnO)來評估高爐礦渣的品質。
現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平8-81243號公報
專利文獻2：日本專利特開平10-87352號公報
專利文獻3：日本專利特開2008-291301號公報
此處，亦如專利文獻2的記載所述，於有效利用高爐水泥的優點即低放熱性方面而言，較佳為，使用水合反應速度及水合放熱速度(hydration exothermic rate)低的粒狀高爐礦渣作為原料。
然而，所述現有技術中，無法篩選出適於氣溫高於日本的高溫地域的水泥原料所適用的粒狀高爐礦渣。因此，根據現有技術，雖於日本國內可獲得體現出所需的特性(強度特性、低放熱性)的高爐水泥，但於氣溫高於日本的高溫地域內的國家，未必能獲得體現出所需特性的高爐水泥。
為了有利地解決所述的現有技術所存在的問題，本發明的目的在於提供一種適於氣溫高於日本的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣、及其篩選方法。具體而言，目的在於提供一種粒狀高爐礦渣、及其篩選方法，所述粒狀高爐礦渣為適於在年平均氣溫為22℃以上的高溫地域使用的水泥原料用粒狀高爐礦渣，且為可獲得早期強度的增加速度並不快於普通波特蘭水泥的高爐水泥、即普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末的混合水泥且水合反應速度及水合放熱速度低的粒狀高爐礦渣。
本發明者等人首先關於現有技術中無法篩選出對於適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料而言所適用的粒 狀高爐礦渣的理由進行研究，結果查明，主要原因在於，現有技術中，實施用於測定活性度指數的試驗時的溫度不適宜。
活性度指數(粒狀高爐礦渣微粉末的強度特性)大大依存於對砂漿試樣進行混練及熟化的溫度。尤其是，已知，水泥的水合反應會受溫度影響，溫度越高則水合反應進行得越慢。
此處，日本的用於測定活性度指數的試驗是如JIS A 6206所規定般，使水泥的混練及熟化兩者均於20℃的溫度條件下實施。而且，高爐水泥或普通波特蘭水泥的強度試驗亦同樣以20℃進行混練及熟化，之後，測定彎曲強度或壓縮強度。而且，現有技術中，基於如以上所述般將試驗溫度設為20℃時獲得的活性度指數，求出粒狀高爐礦渣的化學組成(或者鹼度)與活性度指數的相關關係。
另一方面，當於氣溫高於日本的地域內的國家使用水泥時，以高於日本的用於測定活性度指數的試驗中所規定的溫度(20℃)的溫度，實施水泥的混練及熟化。因此，即便為於日本國內表現出所需的活性度指數(強度特性)的粒狀高爐礦渣，於氣溫高於日本的地域內的國家，亦未必能獲得所需的活性度指數(強度特性)。因此，於將實施用於測定活性度指數的試驗時的溫度設為20℃的現有技術中，無法篩選出對於適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料而言所適用的粒狀高爐礦渣。即，與一般的化學反應同樣，亦是氣溫越高則粒狀高爐礦渣微粉末的水合硬化反應越得到促進，同樣，氣溫越高則普通波特蘭水 泥的水合硬化反應亦越得到促進，故而並不知悉根據兩者的相對關係而確定的活性度指數具有怎樣的溫度依存性。
因此，本發明者等人，首先於將鹼度為1.86的粒狀高爐礦渣微粉末作為原料的情況下，以高於20℃的溫度對試樣進行混練、熟化，而調查混合水泥(高爐水泥)的強度特性。而且，為了進行比較，對於未混合有粒狀高爐礦渣微粉末的普通波特蘭水泥，亦以高於20℃的溫度進行混練、熟化而調查強度特性。
再者，所述的鹼度1.86是日本國內廣泛用作高爐水泥原料的粒狀高爐礦渣微粉末的鹼度的範圍內所含的典型的值。而且，將鹼度為1.86的粒狀高爐礦渣微粉末作為原料、且以20℃進行混練、熟化時，高爐水泥的強度會根據粒狀高爐礦渣微粉末的置換率(混合水泥中的調配比例)而有所不同，但通常，材齡3天~7天時，強度為普通波特蘭水泥(與調配於混合水泥中的普通波特蘭水泥相同，以下相同)的60%~80%左右，材齡28天時強度為普通波特蘭水泥的90%~110%左右，材齡91天時強度為普通波特蘭水泥的100%~120%左右(均是以20℃實施強度試驗)。
經過調查可確認，就混合水泥(高爐水泥)的強度而言，若熟化溫度為27℃左右，則材齡3天時表現出與普通波特蘭水泥大致等同的強度顯現。
而且可確認，就在普通波特蘭水泥中調配有20質量%左右的鹼度為1.86的粒狀高爐礦渣微粉末的混合水泥而言，即便為材齡7天的早期材齡，強度亦高於未混合的水泥(普通波特蘭 水泥)。
早期強度高意味著水合反應快、放熱量大，且意味著當利用於體積大的混凝土中時，無法有效利用粒狀高爐礦渣的低放熱性這一優點。即，於東南亞或非洲(Africa)、中南美等氣溫高於日本的地域，對以日本國內適宜作為高爐水泥用原料的高鹼度的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥進行混練、熟化時，因是高溫環境，故而，水合反應會快速進行，該反應所產生的放熱量增多。結果，混凝土內部的溫度會升高，表面容易產生裂紋。
本發明者等人進一步根據該等調查結果進行研究，對於粒狀高爐礦渣的化學組成、與以22℃以上的高溫對原料中使用有各粒狀高爐礦渣的混合水泥進行混練、熟化後的強度及活性度指數的關係進行調查、研究。而且，摸索出可於氣溫高於日本的地域、即年平均氣溫為22℃以上的高溫地域製造低放熱性的高爐水泥的粒狀高爐礦渣的篩選方法。
結果可知，藉由使用不僅考慮到現有的鹼度、還考慮到粒狀高爐礦渣中的MnO、TiO2的含量的指標，篩選出具有按照「(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(其中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))」算出的值為1.17以上、1.35以下的化學組成的粒狀高爐礦渣，從而可獲得於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域為低放熱性、早期強度低且長期強度高的高爐水泥(混合水泥)。
本發明是基於所述觀點而完成，其宗旨如下所述。
[1]一種水泥原料用粒狀高爐礦渣，適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域，且具有CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式的化學組成：1.17≦BM≦1.35...(1)
其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。
[2]如所述[1]所記載的水泥原料用粒狀高爐礦渣，其中，所述MnO的含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下，所述TiO2的含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下。
[3]一種水泥原料用粒狀高爐礦渣的篩選方法，對粒狀高爐礦渣的化學組成進行分析，將具有如下化學組成的粒狀高爐礦渣作為適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣，該化學組成中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式，且所述MnO的含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下，所述TiO2的含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下， 1.17≦BM≦1.35...(1)
其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。
根據本發明的水泥原料用粒狀高爐礦渣，即便於氣溫高於日本的地域，亦能有效利用粒狀高爐礦渣的水合反應速度及水合放熱速度低這一優點。因此，根據本發明，可獲得具有低放熱性、早期強度低、長期強度高的所需特性的高爐水泥或混凝土等。而且，根據本發明的水泥原料用粒狀高爐礦渣的篩選方法，可獲得適於氣溫高於日本的地域且可用於包含高爐水泥、粒狀高爐礦渣微粉末或高爐礦渣微粉末的混合水泥中的粒狀高爐礦渣。
圖1是表示針對於普通波特蘭水泥(OPC)中混合有粒狀高爐礦渣微粉末(Ground Granulated Blast Furnace Slag，GGBFS)而成的高爐水泥(混合水泥)，以27℃進行混練、熟化所得的砂漿試樣的強度試驗結果的圖。
圖2是表示混練、熟化溫度27℃下的粒狀高爐礦渣的活性度指數與粒狀高爐礦渣的化學組成(BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO)的關係的圖。
以下，對於本發明具體地進行說明。
本發明的水泥原料用粒狀高爐礦渣為適於年平均氣溫22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣，且須具有CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式的化學組成。
1.17≦BM≦1.35...(1)
其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。
本發明中，根據高氣溫地域的實際情況，篩選出具有適宜的化學組成的粒狀高爐礦渣來作為適於高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣。
具體而言，篩選出可獲得如下混合水泥的粒狀高爐礦渣，將該粒狀高爐礦渣作為適於高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣，就該混合水泥而言，其以27℃進行混練、熟化後的混合水泥(普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末以質量比80：20混合而成的高爐水泥)的強度，與以27℃進行混練、熟化後的普通波特蘭水泥的強度相比時，材齡7天的早期強度為普通波特蘭水泥的80%~100%，材齡28天的強度為普通波特蘭水泥的90%~105%，材齡91天的長期強度為普通波特蘭水泥的100%~110%。若將具有如此特性的粒狀高爐礦渣用作原料，則於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域中，可獲得具有低放熱性、早期強度低、長 期強度高的所需特性的高爐水泥。所調配的粒狀高爐礦渣微粉末的布萊恩值(Blaine value)與通常情況相同，可於3000cm2/g~4500cm2/g左右的範圍內根據水泥製品的製造者的規格而篩選。
本說明書中，主要對於將普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末以80：20的質量比混合而成的高爐水泥的情況進行說明，但以本發明的水泥原料用粒狀高爐礦渣為對象的混合水泥的調配並不限於此。例如，當以40%~50%或者其以上的質量比而調配有粒狀高爐礦渣微粉末時，粒狀高爐礦渣微粉末的水合反應速度及水合放熱速度低、長期強度高的特徵會變得更顯著。因此，普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末的調配比率可根據預期的強度特性而適當變更，進而亦可併用飛灰(fly ash)等其他水泥混和材料。若使用本發明的水泥原料用粒狀高爐礦渣，則所述任意情況下，均具有防止粒狀高爐礦渣微粉末的水合反應因高溫環境而於早期過度地進行的效果。
粒狀高爐礦渣含有CaO、Al2O3、MgO、SiO2作為主成分。而且，如上所述，高爐水泥的活性度(強度特性)與由「(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2」算出的粒狀高爐礦渣的鹼度存在密切的關係，粒狀高爐礦渣的鹼度的值越高，則尤其是早期的活性度越會增加。因此亦可推測，藉由將鹼度高的粒狀高爐礦渣除外，篩選出鹼度低的粒狀高爐礦渣，而能獲得早期強度低且長期強度高的高爐水泥。
然而，粒狀高爐礦渣中，除了所述主成分之外，還含有 作為不可避免的雜質的源自原料礦石或副原料的MnO、TiO2，該等雜質亦對高爐水泥的強度特性(活性度)具有巨大的影響。
再者，粒狀高爐礦渣中的所述雜質的含量通常為，MnO：0.2質量%~0.6質量%左右、TiO2：0.5質量%~0.8質量%左右，且有若該等雜質的含量增高則高爐水泥的活性度(強度特性)降低的傾向。
因此，本發明中，使用不僅考慮到由「(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2」算出的鹼度、還考慮到MnO、TiO2的含量的指標BM(BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO)，來篩選粒狀高爐礦渣。
本發明者等人針對原料中使用有具有各種化學成分的粒狀高爐礦渣的混合水泥，對以27℃的溫度進行混練、熟化後的混合水泥的強度特性進行調查，結果可知，若指標BM(BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(其中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))超過1.35，則於氣溫高於日本的年平均氣溫22℃以上的地域，有時無法提高高爐水泥的長期的強度。
另一方面，若指標BM小於1.17，則可確認，即便於氣溫高於日本的年平均氣溫22℃以上的地域，有時，混合水泥的早期強度或長期強度亦會大幅降低。若將長期強度極其低的高爐水泥用於混凝土構造物中，則擔心存在構造物的耐久性降低等問題。
因以上理由，本發明中，將具有指標BM(BM= (CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(其中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))為1.17以上、1.35以下的化學組成的粒狀高爐礦渣，作為適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣。較佳為，指標BM為1.20以上、1.30以下的粒狀高爐礦渣較為適宜。
而且，本發明的適於高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣中，MnO的含量較佳為0.3質量%以上、0.8質量%以下，且，TiO2的含量較佳為0.5質量%以上、2.0質量%以下。
如上所述，粒狀高爐礦渣中，通常，不可避免地含有源自原料礦石或副原料的MnO或TiO2。該等MnO或TiO2的抑制水泥的水合反應的效果、即令水合反應速度減慢的效果大。因此，若將MnO或TiO2的含量多的粒狀高爐礦渣作為高爐水泥的原料，則於日本，有時會導致高爐水泥的早期強度降低。因所述理由，通常，日本的水泥原料用粒狀高爐礦渣的MnO或TiO2的含量分別下降為MnO：0.6質量%以下、TiO2：0.8質量%以下。
然而，因高氣溫地域的水泥的水合反應會快速進行，故而水泥的早期強度容易增高。因此，就適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣而言，粒狀高爐礦渣中的MnO或TiO2倒成為有助於抑制高爐水泥的早期材齡的水合反應、提高長期強度的有效成分。而且，粒狀高爐礦渣的MnO或TiO2的含量在被推斷為無法用於日本水泥的程度下越多則該等效 果越顯著。
為了獲得以上的效果，較佳為，將MnO及TiO2的含量分別設為MnO：0.3質量%以上、TiO2：0.5質量%以上。然而，若粒狀高爐礦渣的MnO或TiO2的含量過度地變多，即分別為MnO：超過0.8質量%尤其是超過1.0質量%、且TiO2：超過2.0質量%，則即便於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域，亦有混合水泥的早期強度明顯降低之虞。
因以上理由，本發明中，較佳為將粒狀高爐礦渣的MnO含量及TiO2含量設為，MnO：0.3質量%以上、O.8質量%以下，TiO2：0.5質量%以上、2.0質量%以下。而且，MnO亦可為1.0質量%以下。而且，若設為MnO：0.4質量%以上、0.6質量%以下，TiO2：0.5質量%以上、1.2質量%以下，則使早期強度處於適宜的範圍且提高長期強度，故而更佳。而且，即便MnO為1.0質量%以下，但若利用如上所述具有滿足所述(1)式的化學組成的粒狀高爐礦渣、更較佳為利用具有不僅滿足所述(1)式而且MnO含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下，TiO2含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下的化學組成的粒狀高爐礦渣，亦可獲得於氣溫高於日本的地域表現出低放熱性、早期強度相對低、長期強度高的高爐水泥。因此，藉由篩選出具有如上所述的化學組成的粒狀高爐礦渣，而可篩選出適用於在年平均氣溫為22℃以上的高溫地域使用的水泥原料的粒狀高爐礦渣。
年平均氣溫為22℃以上的高溫地域是全球中月平均氣 溫處於15℃~35℃左右的範圍內的地域，使用混合水泥的混凝土可於該溫度範圍內施工。所述說明中，已對於以27℃進行混練、熟化後的混合水泥的強度特性進行了說明，但於使用有本發明的適於高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣的混合水泥中，在15℃~35℃的溫度範圍內，可實現所需的強度特性，即，相對於普通波特蘭水泥，材齡7天以下的早期強度與其等同或為其以下，材齡91天以上的長期強度與其等同或為其以上，實際上，亦可於該溫度範圍內獲得良好的強度特性。
實施例
使用微粉末製造工場中製造的粒狀高爐礦渣微粉末(GGBFS)，按以下的方法對本發明的效果進行確認。
選取每次自高爐出鐵時產生的粒狀高爐礦渣且根據化學成分來進行品質管理，對於表1所示的各種化學成分的粒狀高爐礦渣，利用微粉末製造工場的研磨機(mill)進行粉碎而使其成為粒狀高爐礦渣微粉末，測定所得的粒狀高爐礦渣微粉末的砂漿的活性度指數。
再者，所選取的粒狀高爐礦渣是按以下的高爐操作條件及粒化條件而獲得。
生鐵製造量：10000ton/天~11000ton/天
礦渣比：290kg~300kg/熔鐵-ton
熔鐵溫度：1480℃~1515℃
粒狀處理時水的溫度：60℃~80℃
(粒狀處理時水的質量)/(礦渣的質量)：10~25
將每次出鐵時產生的400噸~500噸的粒狀高爐礦渣，於每次 出鐵時揀出後進行管理，且搬運至粒狀高爐礦渣的微粉末製造工場。於微粉末製造工場中，當使粒狀高爐礦渣粉碎而製造粒狀高爐礦渣微粉末時，使用粉碎能力為50ton/Hr的立式輥磨機(roll mill)。粒狀高爐礦渣微粉末的目標布萊恩值設為4200±100cm2/g，未添加石膏。再者，將粒狀高爐礦渣粉碎時的微粉末樣本自樣本管中抽出，該樣本管設於在進入製品儲倉(silo)之前的配管中途，藉此，選取活性度指數測定用的粒狀高爐礦渣微粉末。
活性度指數的評估是依據JIS A 6206(2008年)「混凝土用高爐礦渣微粉末」的附件中記載的「高爐礦渣微粉末的砂漿的活性度指數及流值比的試驗方法」而實施。其中，JIS A 6206中，是以20℃進行混練、熟化，但本試驗中是以27℃進行混練、熟化。而且，JIS A 6206中，關於試驗砂漿的水泥的調配，以質量比計設為「普通波特蘭水泥：粒狀高爐礦渣微粉末=50：50」，但本試驗中設為「普通波特蘭水泥：粒狀高爐礦渣微粉末=80：20」，試驗砂漿的混合水泥(高爐水泥)的調配量與基準砂漿的普通波特蘭水泥調配量相等。其他砂漿的調配、混練、成形、熟化、壓縮強度的測定方法是利用依據JIS R 5201的規定的方法而實施。再者，為了參考，將本試驗中所使用的普通波特蘭水泥(OPC)的化學成分示於表1中。
將該等試驗結果示於表2、圖1及圖2中。
圖1中表示混合水泥(試驗砂漿)及普通波特蘭水泥(基準砂漿)的、以27℃進行混練、熟化的試樣的材齡與壓縮強度的關係。
於將指標BM(BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))為1.29的本發明例的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥中，材齡未滿28天時，強度低於普通波特蘭水泥(OPC)，但材齡達到91天時強度高於普通波特蘭水泥(OPC)，長期的強度提高。而且，於將指標BM為1.35的本發明例中的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥中，材 齡未滿28天時，強度低於普通波特蘭水泥(OPC)，但當材齡達到28天時強度與普通波特蘭水泥(OPC)等同，當材齡達到91天時強度高於普通波特蘭水泥(OPC)，長期的強度仍提高。
另一方面，於將指標BM為1.46的比較例的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥中，材齡小於28天時，強度高於普通波特蘭水泥(OPC)，但當材齡達到91天時，強度低於普通波特蘭水泥(OPC)，未發現長期的強度有提高。
圖2中表示粒狀高爐礦渣的指標BM與活性度指數的關係。再者，此處的活性度指數是如下兩個試樣的壓縮強度的比值(百分率)，其中一試樣是對使用將普通波特蘭水泥與粒狀高爐礦渣微粉末以80：20的質量比混合而成的混合水泥(高爐水泥)所製作的試驗砂漿以27℃進行混練、熟化後所得，另一試樣是對使用普通波特蘭水泥(OPC)所製作的基準砂漿以27℃進行混練、熟化所得。
就將本發明例、即指標BM為1.17以上、1.35以下的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥而言，材齡7天及材齡28天的活性度指數約為100%以下，而材齡91天的活性度指數超過100%，長期而言強度高於普通波特蘭水泥(OPC)。
另一方面，於將比較例的指標BM超過1.35的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥中，材齡7天及材齡28天的活性度指數超過100%，當以27℃進行混練、熟化時早期強度會變得過高。而且，材齡91天時活性度指數小於100%，當以27℃進行混練、熟 化時，長期而言強度低於普通波特蘭水泥(OPC)。
進而，於將比較例的指標BM為1.14的粒狀高爐礦渣作為原料的混合水泥中，活性度指數大幅降低，即，材齡7天的活性度指數小於80%，材齡28天的活性度指數小於90%，材齡91天的活性度指數小於100%。
如上所述，就日本國內通常用作水泥原料的鹼度高的粒狀高爐礦渣(JIS鹼度：1.80~1.90、指標BM：1.40~1.60)而言，假設在東南亞等氣溫高的地域使用，則早期強度高於普通波特蘭水泥，早期的放熱速度加快，故而，容易產生裂紋，成為水泥的長期強度降低的原因，並不合適。另一方面，若粒狀高爐礦渣的指標BM過低，則即便假設在高溫地域使用時，亦存在水泥的早期強度不充分的問題。即，可理解，於適於東南亞等氣溫高於日本的地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣中，根據化學成分而變動的指標BM存在適宜的範圍。
而且，若粒狀高爐礦渣中作為不可避免的雜質而含的MnO或TiO2的含量增多，則當於日本國內用作水泥原料時，水泥的早期強度會大幅降低，從而成為問題。然而，可理解，當於東南亞等高溫地域用作水泥原料時，即便為以高濃度含有所述不可避免的雜質的粒狀高爐礦渣，只要各自的含量為MnO：0.8質量%以下、Ti02：2.0質量%以下的範圍、且指標BM處於適宜的範圍，則活性度指數的降低會在適宜的範圍，水泥的早期強度的降低不會成為問題。進而，可理解，即便JIS鹼度與適於日本國內的水泥 原料用粒狀高爐礦渣為同程度，當MnO或TiO2的含量多且指標BM處於適宜的範圍時，長期強度亦會提高，於適於高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣的篩選中，亦可有效利用指標BM進行評估。
而且，可理解，根據該等結果，對粒狀高爐礦渣的化學組成進行分析，篩選出具有指標BM為1.17以上、1.35以下，且MnO的含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下，TiO2的含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下的化學組成的粒狀高爐礦渣，藉此，可獲得對於適於東南亞等年平均氣溫22℃以上的高溫地域的水泥原料而言最適合的粒狀高爐礦渣。

Claims (3)

  1. 一種水泥原料用粒狀高爐礦渣，適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域，且具有CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式的化學組成：1.17≦BM≦1.35...(1)其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的水泥原料用粒狀高爐礦渣，其中，所述MnO的含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下，所述TiO2的含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下。
  3. 一種水泥原料用粒狀高爐礦渣的篩選方法，對粒狀高爐礦渣的化學組成進行分析，將具有如下化學組成的粒狀高爐礦渣作為適於年平均氣溫為22℃以上的高溫地域的水泥原料用粒狀高爐礦渣，所述化學組成中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2及MnO的含量(質量%)滿足下述(1)式、且所述MnO的含量為0.3質量%以上、0.8質量%以下、所述TiO2的含量為0.5質量%以上、2.0質量%以下，1.17≦BM≦1.35...(1) 其中，(1)式中，BM=(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2-0.13×TiO2-MnO(CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、MnO為粒狀高爐礦渣中所含的各氧化物的含量(質量%))。
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JP6753067B2 (ja) * 2015-03-23 2020-09-09 宇部興産株式会社 高炉スラグの選別方法及び高炉セメントの製造方法
JP6690273B2 (ja) * 2015-05-18 2020-04-28 宇部興産株式会社 セメント組成物およびその製造方法
JP6672862B2 (ja) * 2016-02-12 2020-03-25 宇部興産株式会社 セメント組成物およびその製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ297883B6 (cs) * 2000-01-28 2007-04-18 Holcim Ltd. Zpusob zpracování strusek nebo jejich smesí
JP5006088B2 (ja) * 2007-03-30 2012-08-22 Ｊｆｅスチール株式会社 セメント向け高炉水砕スラグの選別方法及びセメント組成物の製造方法

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