TWI639578B - 水合硬化體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種疲勞耐久性優異的水合硬化體及其製造方法。所述水合硬化體是使混煉物硬化而成，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水，所述骨材的最大尺寸為5 mm以上且60 mm以下，所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。

Description

水合硬化體及其製造方法
本發明是有關於一種水合硬化體及其製造方法。
先前，已知混凝土(concrete)或灰泥(mortar)等水合硬化體。一般而言，水合硬化體是使混煉物硬化而獲得，所述混煉物含有天然碎石或山砂等粒度不同的骨材(細骨材及粗骨材)、水泥等藉由水合反應而硬化的黏合材、及水。
作為此種水合硬化體，已知使用含製鋼熔渣的骨材的水合硬化體(以下亦稱為「製鋼熔渣水合硬化體」)(例如參照專利文獻1)，被用於港灣土木材料、路基材料等中。
製鋼熔渣是含鐵多且比重高的硬質的物質，而且具有各種粒度，因而可用作細骨材或粗骨材。於將製鋼熔渣水合硬化體用於港灣土木材料(例如消波塊或魚礁塊)的情況下，可提高其比重，因此製鋼熔渣水合硬化體可謂之適於港灣土木材料的材料。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-264045號公報
於將水合硬化體用作例如港灣土木材料或路基材料的情況下，對水合硬化體持續且反覆施加力學應力，水合硬化體變疲勞。因此，作為重要的特性而對水合硬化體要求強度或比重等物性，並且亦要求優異的疲勞耐久性。
本發明是鑒於以上方面而成，目的在於提供一種疲勞耐久性優異的水合硬化體及其製造方法。
本發明者等人為了達成所述目的而進行了努力研究，結果發現，藉由使用滿足特定條件的骨材作為含製鋼熔渣的骨材，所獲得的水合硬化體的疲勞耐久性變得良好，從而完成了本發明。
即，本發明提供以下的[1]~[6]。
[1]一種水合硬化體，其是使混煉物硬化而成，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水，所述骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下，所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。
[2]如所述[1]所記載的水合硬化體，其中所述黏合材包含選自由高爐熔渣微粉末及波特蘭水泥(portland cement)所組成的群組中的至少一種。
[3]如所述[1]或[2]所記載的水合硬化體，其中所述黏合材包 含選自由矽灰(silica fume)及飛灰(fly ash)所組成的群組中的至少一種。
[4]一種水合硬化體的製造方法，其是使混煉物硬化而獲得水合硬化體，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水，所述骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下，所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。
[5]如所述[4]所記載的水合硬化體的製造方法，其中所述黏合材包含選自由高爐熔渣微粉末及波特蘭水泥所組成的群組中的至少一種。
[6]如所述[4]或[5]所記載的水合硬化體的製造方法，其中所述黏合材包含選自由矽灰及飛灰所組成的群組中的至少一種。
根據本發明，可提供一種疲勞耐久性優異的水合硬化體及其製造方法。
[水合硬化體]
本發明的水合硬化體是一種如下的水合硬化體，其是使混煉 物硬化而成，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水，所述骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下，所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。
本發明的水合硬化體的疲勞耐久性優異。關於其理由，如下所述般來考量。
關於水合硬化體，藉由反覆施加力學應力而變「疲勞」，會產生裂紋等。本發明的水合硬化體中，適當地填充有骨材，其發揮阻止裂紋的產生及發展的作用，因此推測疲勞耐久性優異。
本發明的水合硬化體由於疲勞耐久性優異，因此可較佳地用作例如港灣土木材料或路基材料。
以下，對本發明的水合硬化體加以說明，同時亦一併對本發明的水合硬化體的製造方法進行說明。
〔骨材〕
本發明中使用的骨材(以下適宜稱為「本發明的骨材」)含有製鋼熔渣。除製鋼熔渣以外，本發明的骨材亦可含有：現有公知的天然碎石、山砂；高爐緩冷熔渣、高爐水碎熔渣細骨材(例如日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)A 5011-1「混凝土用熔渣骨材-第1部：高爐熔渣骨材」中所規定者等。其中，亦可為JIS之外的物品)；混凝土用再生骨材(例如JIS A 5021「混凝土用再生骨材H」、JIS A 5022「使用再生骨材M的混凝土」、JIS A 5023「使用再生骨材L的混凝土」中所規定者等。其中，亦可為JIS之外的物品)等骨材。
就有效利用製鋼熔渣的觀點而言，本發明的骨材中，製鋼熔渣所佔的體積比例(容積比率)較佳為50體積%以上，更佳為75體積%以上，進而佳為100體積%。
作為製鋼熔渣，不僅可使用轉化爐、電爐、混鐵車等中產生的熔渣，亦可使用鐵水預處理熔渣或不鏽鋼精煉時產生的含有T.Cr≧0.5質量%的熔渣等。亦可使用經蝕刻處理的製鋼熔渣，無論其蝕刻方法如何，較佳為水浸膨脹比為0.5%以下者。雖然成本變高，但亦可使用經風碎處理的製鋼熔渣作為製鋼熔渣的一部分。
骨材被分為細骨材與粗骨材。如JIS A 0203：2014所記載般，細骨材是全部通過10mm的網篩，且以質量計、85%以上通過5mm的網篩的骨材(大致為小於5mm的骨材)。另一方面，粗骨材是以質量計、85%以上滯留於5mm的網篩的骨材(大致為5mm以上的骨材)。
<最大尺寸>
本發明的骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下。因此，本發明的骨材至少包含粗骨材。
此處，所謂骨材的最大尺寸，如JIS A 0203：2014所記載般，是指以質量計、骨材的90%以上通過的篩中，尺寸最小的篩的標稱尺寸所表示的尺寸。
標稱尺寸與篩孔的孔徑的關係記載於JIS A 1102：2014、以及JIS Z 8801-1：2006、JIS Z 8801-2：2000及JIS Z 8801-3：2000中，例如，標稱尺寸40mm對應於篩孔的孔徑37.5mm。因此，例如，所謂最大尺寸40mm的製鋼熔渣，是指90質量%以上通過篩孔的孔徑37.5mm，且通過篩孔的孔徑31.5mm者小於90質量%的製鋼熔渣。
就本發明的水合硬化體的疲勞耐久性更優異的理由而言，本發明的骨材的最大尺寸較佳為10mm以上且60mm以下。
本發明的水合硬化體亦可含有不同於本發明的骨材而最大尺寸超過60mm的骨材。
<實積率>
本發明的骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上。藉此，本發明的水合硬化體的疲勞耐久性優異。此處所規定的實積率為本發明的骨材的「粗骨材」的實積率，本發明的骨材的「細骨材」的實積率並無特別限定。
實積率記載於JIS A 1104：2006中，大致是指骨材淨重於單位容積中所佔的容積比例。
就本發明的水合硬化體的疲勞耐久性更優異的理由而言，本發明的骨材的粗骨材的實積率較佳為55體積%以上。
關於本發明的骨材的粗骨材的實積率，其上限並無特別限定，例如為75體積%以下，較佳為70體積%以下。
<容積率>
本發明的骨材於本發明的水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。藉此，本發明的水合硬化體的疲勞耐久性優異。此處所規定的容積率是不僅包含粗骨材且亦包含細骨材的概念。
骨材的容積率是以如下方式算出。首先，確定構成水合硬化體的水、骨材(粗骨材及細骨材)、黏合材及空氣等材料各自的容積率。其次，藉由基於各材料的容積率及密度所計算出的調配來進行提煉試驗。於提煉後，實測水合硬化體中的空氣量(單位：體積%)，算出包含骨材在內的各材料的實際的容積率。
就本發明的水合硬化體的疲勞耐久性更優異的理由而言，本發明的骨材的容積率較佳為超過55體積%，更佳為57體積%以上。
另一方面，上限並無特別限定，例如為80體積%以下，較佳為75體積%以下。
<細骨材率(s/a)>
本發明的骨材的細骨材率並無特別限定，以體積%計，例如為30%~60%，較佳為35%~55%。
所謂細骨材率是指細骨材相對於骨材的比例，亦表記為「s/a」。
本發明的骨材的調配量並無特別限定，與通常的混凝土或灰泥相同即可，例如為1200kg/m3~3000kg/m3，較佳為1400kg/m3~2500kg/m3。
本說明書中，「調配量」為相對於水合硬化體的單位體積(1m3)的調配量(kg)(以下相同)。
〔黏合材〕
作為本發明中使用的藉由水合反應而硬化的黏合材(以下亦適宜稱為「本發明的黏合材」)，並無特別限定，可使用現有公知的黏合材。
本發明的黏合材的調配量以合計來計，例如為300kg/m3~800kg/m3，較佳為350kg/m3~700kg/m3。
作為本發明的黏合材，例如可較佳地列舉包含選自由高爐熔渣微粉末及波特蘭水泥所組成的群組中的至少一種的黏合材。其調配量以合計來計，例如為200kg/m3~700kg/m3，較佳為300kg/m3~680kg/m3。
作為高爐熔渣微粉末，例如可列舉JIS A 6206：2013中所規定的混凝土用高爐熔渣微粉末。
作為波特蘭水泥，例如可列舉JIS R 5210：2009中所規定的波特蘭水泥。
關於本發明的黏合材，可與所述高爐熔渣微粉末等併用、或者不同於所述高爐熔渣微粉末等，而包含選自由矽灰及飛灰所組成的群組中的至少一種。其調配量以合計來計，例如為0kg/m3~300kg/m3，較佳為0kg/m3~250kg/m3。
作為矽灰，例如可列舉JIS A 6207：2011中所規定的混凝土用矽灰。
作為飛灰，例如可列舉煤炭火力發電中生成的飛灰，較佳為JIS A 6201：2015中所規定的混凝土用飛灰、或飛灰原粉。
〔水〕
本發明中使用的水並無特別限定。水的調配量例如為100kg/m3~350kg/m3，較佳為120kg/m3~300kg/m3。
〔其他成分〕
本發明中亦可進而使用其他成分。
例如，為了確保尚未凝固的水合硬化體的可加工性(workability)，亦可使用混凝土中通常所使用的減水劑等摻合劑。
於使用摻合劑的情況下，其調配量例如為0g/m3~10000g/m3，較佳為0g/m3~7000g/m3。
〔空氣量〕
本發明中，空氣量並無特別限定，例如以體積%計為0.5%~10%，較佳為1%~8%。
〔混煉及硬化〕
本發明中，將調配所述成分所得的組成物混煉而製備混煉物，使該混煉物硬化而獲得本發明的水合硬化體。
關於獲得本發明的水合硬化體時的混煉、澆注、成形、養護等，與通常的混凝土或灰泥的情況相同即可。關於硬化亦無特別限定，於提前使其硬化的情況下，與混凝土的情況同樣地進行利用蒸氣或高壓釜的處理即可。
[實施例]
以下，列舉實施例對本發明進行具體說明。但是，本發明並不限定於該些。
<比較例1~比較例5及發明例1~發明例15>
藉由下述表1的調配，使用混合機進行混煉，將混煉物成形為10cm×10cm×40cm的模框。於2日後將成形物脫框，於20℃的水中養護28日，從而獲得水合硬化體。
作為骨材，使用的是製鋼熔渣。更詳細而言，於比較例1~比較例5及發明例1~發明例8中使用的是鐵水預處理熔渣，於發明例9~發明例15中使用的是轉化爐熔渣。
作為高爐熔渣微粉末，使用的是JIS A 6206：2013中所規定的混凝土用高爐熔渣微粉末。作為波特蘭水泥，使用的是JIS R 5210：2009中所規定的普通波特蘭水泥。作為矽灰，使用的是JIS A 6207：2011中所規定的混凝土用矽灰。作為飛灰，使用的是JIS A 6201：2015中所規定的混凝土用飛灰。
<疲勞耐久性的評價>
對於所獲得的水合硬化體，進行彎曲疲勞試驗。荷載方法設為三等分點荷載。關於荷載條件，將上限應力(應力強度比)設為藉由JIS A 1106：2006的彎曲強度試驗方法所測定出的彎曲強度的60%，將下限應力設為上限應力的5%。反覆荷載速度設為頻率7Hz。
於此種條件下對水合硬化體進行反覆荷載，求出直至產生破壞的次數，將其設為彎曲疲勞壽命。於該次數超過1×104次的情況 下，可評價為疲勞耐久性優異。
[表1]
根據所述表1所示的結果可知，(1)骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下、(2)骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上、(3)骨材的容積率為55體積%以上的發明例1~發明例15的疲勞耐久性良好。
若將發明例1~發明例15進行對比，則與粗骨材的實積率並非55體積%以上的發明例1~發明例4及發明例6~發明例8相比，粗骨材的實積率為55體積%以上的發明例5及發明例9~發明例15的疲勞耐久性更良好。
與此相對，不滿足所述(1)~(3)的一個以上的比較例1~比較例5的疲勞耐久性差。
<比較例6~比較例11及發明例16~發明例21>
藉由下述表2的調配，使用混合機進行混煉，將混煉物成形為10cm×10cm×40cm的模框。於2日後將成形物脫框，於20℃的水中養護28日，從而獲得水合硬化體。
作為骨材，除使用製鋼熔渣以外，還使用天然碎石、山砂、高爐緩冷熔渣、高爐水碎熔渣細骨材及混凝土用再生骨材(以下亦僅表記為「再生骨材」)。
作為製鋼熔渣以外的骨材，更詳細而言，比較例6~比較例7及發明例16~發明例17中使用的是天然碎石及山砂，比較例8~比較例9及發明例18~發明例19中使用的是高爐緩冷熔渣及高爐水碎熔渣細骨材，比較例10~比較例11及發明例20~發明例21中使用的是混凝土用再生骨材。作為製鋼熔渣，使用的是鐵水預 處理熔渣。
作為高爐熔渣微粉末，使用的是JIS A 6206：2013中所規定的混凝土用高爐熔渣微粉末。作為波特蘭水泥，使用的是JIS R 5210：2009中所規定的普通波特蘭水泥。作為飛灰，使用的是JIS A 6201：2015中所規定的混凝土用飛灰。
<疲勞耐久性的評價>
對於所獲得的水合硬化體，進行彎曲疲勞試驗。荷載方法設為三等分點荷載。關於荷載條件，將上限應力(應力強度比)設為藉由JIS A 1106：2006的彎曲強度試驗方法所測定出的彎曲強度的60%，將下限應力設為上限應力的5%。反覆荷載速度設為頻率7Hz。
於此種條件下對水合硬化體進行反覆荷載，求出直至產生破壞的次數，將其設為彎曲疲勞壽命。於該次數超過1×104次的情況下，可評價為疲勞耐久性優異。
[表2]
根據所述表2所示的結果可知，(1)骨材的最大尺寸為5mm以上且60mm以下、(2)骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上、(3)骨材的容積率為55體積%以上的發明例16~發明例21的疲勞耐久性良好。
與此相對，不滿足所述(1)~(3)的一個以上的比較例6~比較例11的疲勞耐久性差。

Claims (6)

  1. 一種水合硬化體，其是使混煉物硬化而成，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水， 所述骨材的最大尺寸為5 mm以上且60 mm以下， 所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且 所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的水合硬化體，其中所述黏合材包含選自由高爐熔渣微粉末及波特蘭水泥所組成的群組中的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的水合硬化體，其中所述黏合材包含選自由矽灰及飛灰所組成的群組中的至少一種。
  4. 一種水合硬化體的製造方法，其是使混煉物硬化而獲得水合硬化體，且所述混煉物含有含製鋼熔渣的骨材、藉由水合反應而硬化的黏合材、及水， 所述骨材的最大尺寸為5 mm以上且60 mm以下， 所述骨材的粗骨材的實積率為50體積%以上，並且 所述骨材於所述水合硬化體的總容積中所佔的容積率為55體積%以上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的水合硬化體的製造方法，其中所述黏合材包含選自由高爐熔渣微粉末及波特蘭水泥所組成的群組中的至少一種。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的水合硬化體的製造方法，其中所述黏合材包含選自由矽灰及飛灰所組成的群組中的至少一種。
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