WO2009096359A1 - 重量コンクリート - Google Patents

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WO2009096359A1
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concrete
cement
heavy concrete
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Yasuhide Higo
Minoru Yoshimoto
Takeshi Hamada
Eichi Manabe
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Taiheiyo Cement Corporation
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/04—Concretes; Other hydraulic hardening materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/0031—Heavy materials, e.g. concrete used as ballast material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to heavy concrete used for wave-dissipating blocks, radiation blocking walls, and the like, and particularly to heavy concrete that exhibits high fluidity without separation of heavy aggregate and cement paste.
  • ⁇ Heavy concrete is concrete with larger unit volume mass than usual, and is used for wave-dissipating blocks, concrete for revetments, radiation shielding walls, bridge weights, etc.
  • heavy aggregates used for heavy concrete iron ores such as magnetite and hematite have been used in many cases, but it has become difficult to obtain high quality heavy aggregates. It is not preferable from the viewpoint of economy and environmental consideration.
  • iron ore aggregates for example, heavy concrete has been proposed in which coarse particles obtained by separating steelmaking converter dust with a sieve are used as fine aggregates (see Patent Document 1).
  • the present invention provides a heavyweight concrete that does not require the addition of a thickener such as methylcellulose, has little separation of heavy aggregate and cement paste, has high fluidity and good workability.
  • the present invention is heavy concrete obtained by mixing at least cement, heavy aggregate, and water, wherein the heavy fine aggregate includes a hot scarf that is generated in a thermal cutting process of a steel slab surface. It provides heavy concrete.
  • fine aggregates passing through a sieve having a nominal size of 0.15 mm have a mass percentage of 10% to 20%, and a spherical shape having a degree of distortion as described below of 3.3 or less.
  • the above-mentioned heavy concrete is provided in which the particles are 20% or more of all particles having a particle size of 50 ⁇ m or more and 5 mm or less.
  • strain unevenness] [Perimeter of particle outline] / [Diameter of a perfect circle having the same area as the particle outline area]
  • the present invention also provides the above-described heavy concrete, wherein the coarse coarse aggregate includes artificial stone produced by melting waste containing dust generated in the steelmaking process.
  • the present invention provides a heavy concrete hardened body characterized by curing the heavy concrete described in any of the above.
  • the heavy concrete of the present invention can provide high fluidity while suppressing the separation of cement paste and aggregate, which was conventionally considered difficult without adding a large amount of thickener.
  • material separation does not occur, and therefore no clogging occurs in the pipe, and a large amount of thickener is not required, so a high pumping pressure is required. Therefore, the workability is improved and the labor and cost for construction can be reduced.
  • the filling property to a formwork etc. improves, since it becomes higher density and material separation is suppressed, more uniform heavy concrete can be provided.
  • the “heavy concrete” in the present invention may or may not include coarse aggregate. That is, in the present invention, “heavy concrete” is used in a broad concept including “heavy mortar” that does not include coarse aggregate unless otherwise specified. Further, in the present invention, “heavy aggregate” is used in a concept including heavy fine aggregate and heavy coarse aggregate, but when heavy concrete means heavy mortar, it indicates heavy fine aggregate.
  • Weight aggregate is aggregate dense than normal bone material, the present invention Omoteinui density and 4.0 g / cm 3 or more aggregates. However, even if an aggregate having a surface dry density of less than 4.0 g / cm 3 is mixed, if the surface dry density of the aggregate is 4.0 g / cm 3 or more, the aggregate is called a heavy aggregate.
  • the heavy concrete of the present invention is characterized in that it includes a hot scarf that is generated in the process of cutting a steel slab surface as a heavy fine aggregate.
  • Hot scarf is generated in the process of melting and removing inclusions such as Al continuously deposited on the longitudinal surface layer of the steel slab by the molten steel injection flow into the mold when casting the steel slab by the continuous casting slab Since it is a recycled material and iron oxide is a main constituent, it has a surface dry density of 4.8 g / cm 3 or more sufficient for use as a heavy aggregate.
  • it is composed of particles of nearly spherical shape or a crushed material or agglomerate thereof having a minimum surface area per volume by melting in a liquid state once in the cutting process and then cooling and solidifying in the air. It accounts for the above. Furthermore, there is no bias in the particle size distribution, and by using a hot scarf as a heavy aggregate, heavy concrete with high fluidity can be obtained while suppressing material separation.
  • a hot scarf does not generate much as a recycled material, it is preferable to use it by mixing with other recycled materials.
  • the materials used in combination with the hot scarf include coarse particles separated from the steelmaking converter dust by a 50 ⁇ m sieve, granular pig iron separated from the granulated blast furnace slag in the grinding process, mill scale generated in the steelmaking rolling process, etc.
  • fine aggregates that pass through a sieve having a nominal size of 0.15 mm are preferably 10% to 20%, particularly preferably 12% to 18% by mass percentage, and spherical particles are present.
  • the total particles having a particle size of 50 ⁇ m or more and 5 mm or less in the heavy fine aggregate it is preferably 20% by number or more, more preferably 25% by number or more, and particularly preferably 30% by number or more.
  • number% means that 100 particles having an average particle diameter of 50 ⁇ m or more and 5 mm or less are arbitrarily selected by visual observation of a scanning electron microscope (SEM) image, and the number of spherical particles is counted from among them. Find by dividing by the number.
  • the “average particle diameter” of the particles, particularly particles that are not spherical particles, is the average value obtained by measuring the passing length of the particles in the SEM image arbitrarily at three points.
  • the “spherical particle” refers to a particle having a strain irregularity defined by the following formula of 3.3 or less.
  • [Strain unevenness] [Perimeter of particle outline] / [Diameter of a perfect circle having the same area as the particle outline area] That is, by visually observing a scanning electron microscope (SEM) image, particles that can be judged to be discoid or hemispherical from the shadow are excluded, and particles that are clearly close to a sphere are image-processed and analyzed. Image processing may be performed using general image processing software (for example, Adobe Photoshop). First, a contour-only figure is created by removing shadows from an image of particles close to a sphere, and the area of the figure and the perimeter of the outline are obtained.
  • SEM scanning electron microscope
  • the figure is approximated to a circle (assuming a circle having the same area as the figure), the radius r is obtained from the area ⁇ r 2 of the circle, and the diameter is obtained by doubling the radius r.
  • the ratio of the circumference length to the diameter becomes smaller as the contour is closer to a circle, that is, as the particle is closer to a sphere, and becomes a value closer to the circumference ratio ⁇ .
  • the weight fine aggregate passing through a sieve having a nominal size of 1.2 mm is preferably 70% to 90% in terms of mass percentage from the viewpoint of exhibiting the above-described effect.
  • An example of the optimum particle size distribution of the heavy fine aggregate is shown in Table 1.
  • the coarse powder is sieved at 50 ⁇ m, it is preferable to mix up to the volume ratio of the coarse powder converter dust 30 to the hot scarf 70. If more coarse converter dust is mixed, particles passing through a sieve having a nominal size of 0.15 mm may exceed 20% in terms of mass percentage of the total particles, so that sufficient mortar flow may not be obtained. is there.
  • the granular pig iron separated from the granulated blast furnace slag in the pulverization process also has a surface dry density of 4.8 g / cm 3 or more, the main component of which is metallic iron, and contains approximately 50% of particles having a nearly spherical shape. Recycled material that can be mixed with scarves. It is preferable to mix up to the volume ratio of the granular pig iron 30 to the hot scarf 70. When more granular pig iron is mixed, particles passing through a sieve having a nominal size of 0.15 mm may not be 10% in terms of mass percentage of all particles, so that a sufficient mortar flow may not be obtained.
  • the mill scale 70 it is preferable to mix up to the volume ratio of the mill scale 70 to the hot scarf 30 if the mill scale is a recycled material generated in the steelmaking rolling process.
  • the mill scale is mixed more than that, the proportion of spherical particles is less than 20% by number, the fluidity cannot be ensured, and a sufficient mortar flow may not be obtained.
  • the heavy coarse aggregate used in the heavy concrete of the present invention conventional iron ore can be used, but the use of expensive natural resources is not preferable from the viewpoint of economy and environmental consideration.
  • an electric furnace oxidation slag coarse aggregate can also be used.
  • one of the purposes is to use resources that are not sufficiently utilized industrially, and it is preferable to use an artificial stone produced by melting waste containing dust generated in the steelmaking process.
  • artificial stone produced by mixing dust generated during steelmaking and powdered reduced slag, heat-melting, cooling and solidifying, free lime and low-boiling-point metal oxides are removed during the melting process.
  • a coarse aggregate having a low density such as crushed stone may be mixed with the coarse coarse aggregate.
  • various portland cements such as ordinary portland cement, early-strength portland cement, medium heat portland cement, low heat portland cement, various mixed cements such as blast furnace cement and fly ash cement, and eco-cement Etc.
  • the heavy concrete of the present invention can be produced by the same method as ordinary concrete. That is, the heavy fine aggregate, the heavy coarse aggregate, and the cement may be mixed, and water may be added and kneaded. If necessary, an admixture such as a water reducing agent or an antifoaming agent may be added. In order to ensure a high density of heavy concrete, it is preferable to reduce the unit water amount, and it is preferable to add a water reducing agent.
  • a lignin-based, naphthalenesulfonic acid-based, melamine-based, or polycarboxylic acid-based water reducing agent As the water reducing agent, a lignin-based, naphthalenesulfonic acid-based, melamine-based, or polycarboxylic acid-based water reducing agent, an AE water reducing agent, a high-performance water reducing agent, or a high-performance AE water reducing agent can be used.
  • an antifoaming agent may be added.
  • the fine aggregate coarse aggregate volume ratio, unit water amount, and water cement ratio can be appropriately selected according to the application.
  • blending is performed so that the slump flow becomes 50 to 60 cm and the slump flow becomes 50 cm or more when slumping is 18 cm or more.
  • the fine aggregate coarse aggregate volume ratio is 0.4 to 0.8
  • the unit water amount is 160 to 200 kg / m 3
  • the water cement ratio is 30 to 55%.
  • 18 cm or more or a slump flow of 50 to 60 cm can be obtained.
  • a high filling property can be obtained by setting the slump to about 8 to 18 cm.
  • the fine aggregate coarse aggregate volume ratio is 0.4 to 0.7
  • the unit water amount is 140 to 200 kg / m 3
  • the water cement ratio is 30 to 55%. 8 to 18 cm can be obtained.
  • the heavy concrete of the present invention is heavy mortar, it can be produced by the same method as the heavy concrete containing heavy coarse aggregate described above, except that the heavy coarse aggregate is not mixed. Can be appropriately selected according to the application.
  • the unit water amount and the water cement ratio may be increased.
  • the unit water amount and the water cement ratio need to be decreased.
  • a sufficiently high fluidity and material separation resistance can be obtained with a unit water amount of 220 to 300 kg / m 3 and a water cement ratio of 30 to 60%.
  • the heavy concrete filled in the construction site or on the formwork can be cured to obtain a hardened concrete by a curing method such as air curing, wet curing, steam curing and the like, as with normal concrete.
  • the heavy concrete of the present invention can be filled without any gaps to the details of the formwork due to its high fluidity, and material separation can be suppressed, so that a high-quality heavy concrete hardened body free from voids and aggregates can be obtained.
  • Test material As the cement (hereinafter abbreviated as “C”), ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement was used. As the fine aggregate (hereinafter abbreviated as “S”), those shown in Table 2 were used. As the coarse aggregate (hereinafter abbreviated as “G”), DSM2005 (surface dry density 4.13 g / cm 3 ) manufactured by Daido Technica (sold by Taiheiyo Cement) is used. It was. Further, as an admixture, an AE water reducing agent (BASF Pozzolith Co., Ltd .; Pozoris No.
  • AD a high-performance AE water reducing agent
  • BASF Pozoris Co., Ltd. is used in the slump flow formulation.
  • Rheobuild SP-8SV was used.
  • ratio of spherical particles (%) is the above-mentioned “ratio of spherical particles”. That is, it indicates the number% of spherical particles among all particles having a particle diameter of 50 ⁇ m or more and 5 mm or less in the fine aggregate.
  • Test 1 (Test method) (1) Each material was mixed by the slump compounding shown in Table 3, and concrete was kneaded. Here, “W” indicates water, and “W / C” indicates “water cement ratio”. “W / C” was 50% by mass ratio. (2) The concrete slump test is based on JIS A 1101, placing a slump cone (upper end inner diameter 100 mm, lower end inner diameter 200 mm, height 300 mm) on a flat flat plate installed horizontally, and filling the slump cone with concrete, Immediately after leveling the upper end, the slump cone was gently lifted vertically, and the drop (decrease in height) was measured in 0.5 cm increments at the center of the concrete to give “slump”.
  • Example 1 As shown in Table 3, in the heavy concrete of the present invention (Example 1), a slump of 13.0 cm was obtained, whereas in the heavy concrete manufactured using a conventional heavy fine aggregate with the same composition, magnetite. In Comparative Example 1 using No. 4, the slump was 0.5 cm, and in Comparative Example 2 using the converter dust coarse particles, the slump was 1.0 cm and the fluidity was extremely low. As a result, it was shown that the heavy concrete of the present invention has extremely high fluidity as compared with the conventional heavy concrete.
  • Test 2 (Test method) (1) Each material was mixed by the slump flow composition shown in Table 4, and concrete was kneaded. W / C (water cement ratio) was 37% by mass ratio. (2) The concrete slump flow test is based on JIS A 1150. Like the slump test, the concrete is filled in the slump cone, the slump cone is pulled up vertically, and after the concrete stops moving, the diameter that seems to have the largest spread And the diameter of the orthogonal direction was measured. Moreover, the state of material separation at this time was visually observed.
  • Table 4 shows the slump flow measurement results and the presence or absence of material separation.
  • both the examples and the comparative examples were blended and adjusted so that the slump flow was about 50 cm.
  • the unit water amount is 10 kg / m 3
  • the paste content (cement) is 27 kg / m 3
  • the high-functional AE water reducing agent is 1.4 kg / m 3 in the comparative example 3 compared to the examples.
  • Comparative Example 4 0.9 kg / m 3 of much was mixed.
  • the aggregate and the cement paste spread without being separated, but in the comparative example, the material was significantly separated, the aggregate remained in the center, and only the cement paste spread.
  • Test 3 The concrete kneaded in the slump flow test of test 2 is put into a cylindrical container having an inner diameter of 15 cm and a height of 30 cm, subjected to vibration compaction for 20 seconds with a table vibrator, and cured for 14 days with air curing, and then each specimen is tested. By cutting vertically, the distribution of aggregates in the cured body was observed, and the presence or absence of material separation was confirmed.
  • Test results As a representative example, the longitudinal cross-sectional photograph of the test body of Example 2 and the comparative example 3 was shown in FIG.
  • the aggregate was uniformly distributed throughout the test body, but in the comparative example, the aggregate was biased to the bottom and the paste was separated to the top.
  • Test 4 (Test method) (1) Table dry density of 5.08 g / cm 3, and about 75% by number of the hot scarf spherical particles density in saturated surface-dry 5.84 g / cm 3, suitably mixed coarse powder converter dust to about 73% by number of spherical particles
  • the mixed sands 1 to 4 having the particle size distribution shown in Table 5 were prepared.
  • the mixing volume ratio of the mixed sand 2 is “hot scarf 70: coarse powder converter dust 30”.
  • “mixed sand” is “heavy fine aggregate”.
  • Test 5 (Test method) (1) A hot scarf with a surface dry density of 5.08 g / cm 3 and spherical particles of about 75% by weight, and a granular pig iron with a surface dry density of 5.60 g / cm 3 and spherical particles of about 54% by weight (pulverized from blast furnace granulated slag In the process, magnetic sand separated) was mixed as appropriate, and mixed sands 5 to 10 having a particle size distribution shown in Table 6 were prepared. For example, the mixing volume ratio of the mixed sand 7 is “hot scarf 70: granular pig iron 30”.
  • Test 6 (Test method) (1) A hot scarf having a surface dry density of 5.08 g / cm 3 and spherical particles of about 75%, a mill scale composed of a surface dry density of 4.95 g / cm 3 and flat particles are mixed in various volume ratios. A mixed sand was prepared. (2) Ordinary Portland cement is mixed with the mixed sand prepared in (1) at a sand cement volume ratio of 2.68, and 5.84 kg / m 3 of polycarboxylic acid ether-based high-performance AE water reduction per 584 kg / m 3 of cement. agent and, in addition a defoaming agent 0.23 kg / m 3, of 292kg / m 3 water (water-cement ratio 50.0%), and kneaded. (3) Similar to Test 4, the mortar flow was measured.
  • the heavy concrete of the present invention can be widely used for heavy concrete applications that require a higher unit volume mass than ordinary concrete, and is particularly useful for applications that require high workability such as pumping.

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Abstract

　メチルセルロースなどの増粘剤の添加を必要とせず、重量骨材とセメントペーストの分離が少なく、流動性が高くて施工性の良い重量コンクリートを提供することを課題とし、少なくとも、セメント、重量骨材および水を混合してなる重量コンクリートであって、重量細骨材が、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする重量コンクリートを提供する。また、重量細骨材のうち、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する細骨材が、質量百分率で１０％ないし２０％であって、下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち２０％以上であることも特徴とする上記重量コンクリートを提供する。 　［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］

Description

重量コンクリート
　本発明は、消波ブロック、放射線遮断壁等に用いられる重量コンクリートに関するものであり、特に重量骨材とセメントペーストが分離することなく、高い流動性を発現する重量コンクリートに関するものである。
　重量コンクリートとは、通常より単位容積質量を大きくしたコンクリートであり、消波ブロック、護岸堤用コンクリート、放射線遮断壁、橋梁ウェイト等に用いられている。重量コンクリートに用いる重量骨材としては、磁鉄鉱や赤鉄鉱などの鉄鉱石が多く用いられてきたが、重量骨材として良質なものの入手が困難になってきており、高価な天然資源の使用は、経済的にも、環境配慮の観点からも好ましくない。鉄鉱石骨材に代わるものとしては、例えば、製鋼用転炉ダストを篩で分けた粗粒分を細骨材として活用する重量コンクリートが提案されている（特許文献１参照）。
　しかし、重量骨材として鉄鉱石を用いた場合にも、製鋼用転炉ダストの粗粒分などの代替物を用いた場合にも、重量骨材とセメントペーストとに大きな比重差があるため、分離が起こりやすいという課題があった。そこで従来から、重量骨材とセメントペーストの分離を抑制するため、重量コンクリートにメチルセルロースなどの増粘剤の添加が行われている（例えば、特許文献２の３頁左上欄参照）。しかし、増粘剤の添加はセメントの水和反応を遅延させるため、大量に添加することは好ましくない。そのため、メチルセルロースなどの増粘剤の添加を必要とせず、重量骨材とセメントペーストの分離が少なく、流動性が高くて施工性の良い重量コンクリートが望まれていた。
特開平５－３１９８８０号公報 特開昭６２－１５８１８１号公報
　本発明は、メチルセルロースなどの増粘剤の添加を必要とせず、重量骨材とセメントペーストの分離が少なく、流動性が高くて施工性の良い重量コンクリートを提供するものである。
　本発明は、少なくとも、セメント、重量骨材および水を混合してなる重量コンクリートであって、重量細骨材が、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする重量コンクリートを提供するものである。
　また、本発明は、重量細骨材のうち呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する細骨材が質量百分率で１０％ないし２０％であって、下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち２０％以上であることを特徴とする上記の重量コンクリートを提供するものである。
　［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］
　また、本発明は、重量粗骨材が、製鋼過程で発生するダストを含む廃棄物を溶融して製造された人工石材を含むことを特徴とする上記の重量コンクリートを提供するものである。
　また、本発明は、上記のいずれかに記載の重量コンクリートを硬化させてなることを特徴とする重量コンクリート硬化体を提供するものである。
　本発明の重量コンクリートは、従来は増粘剤の大量添加なしには困難であると考えられていたセメントペーストと骨材の分離を抑えながら高い流動性を提供できる。これにより、例えば、重量コンクリートをポンプ圧送する場合に、材料分離を起こさず、したがって、管内の閉塞を生じさせず、さらに、増粘剤の大量添加を必要としないので、高い圧送圧を必要とせず、施工性が高まり、施工のための労力、コストが低減できる。また、型枠等への充填性が高まるため、より高密度となるほか、材料分離が抑えられるため、より一様な重量コンクリートが提供できる。
重量コンクリート試験体の縦断面を示した写真である。左が実施例２、右が比較例３の試験体である（試験３）。 ホットスカーフ（ＨＳ）とミルスケール（ＭＳ）の質量混合比率とモルタルフローの関係を示した図である（試験６）。
　以下、本発明の重量コンクリートについて詳細に説明する。本発明における「重量コンクリート」は、粗骨材を含んでいても含んでいなくてもよい。すなわち、本発明において「重量コンクリート」とは、特に言及しない場合は、粗骨材を含まない「重量モルタル」をも包含する広い概念で使用する。また、本発明において「重量骨材」とは、重量細骨材と重量粗骨材を包含する概念で使用するが、重量コンクリートが重量モルタルを意味するときは、重量細骨材を示す。重量骨材は、通常の骨材よりも密度の高い骨材であり、本発明では表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ３以上の骨材とする。ただし、表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ３未満の骨材が混合されていても、骨材全体で表乾密度が４．０ｇ／ｃｍ３以上であれば重量骨材という。
　本発明の重量コンクリートは、重量細骨材として、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする。ホットスカーフは、連続鋳造スラブにより鋼スラブを鋳造する際、鋳型への溶鋼注入流によって、鋼スラブの長手方向表層部に連続的に析出するＡｌ等の介在物を溶削除去する工程で発生するリサイクル材料であり、酸化鉄を主要構成成分とするため、重量骨材として使用するのに十分な４．８ｇ／ｃｍ３以上の表乾密度を有する。また、溶削工程で一旦液状に溶融した後、空中で冷え固まることにより、体積あたりの表面積が最小となる球形に近い形状の粒子またはその破砕物や凝集物で構成され、球状粒子が７０％以上を占めている。さらには、粒度分布に偏りがなく、ホットスカーフを重量細骨材として用いることにより、材料分離を抑えながら高い流動性のある重量コンクリートが得られる。
　しかし、ホットスカーフはリサイクル材としての発生量が多くないので、他のリサイクル材等と混合して用いることが好ましい。ホットスカーフと混合して用いる材としては、製鋼用転炉ダストを５０μｍふるいで分離した粗粒分や高炉水砕スラグから粉砕過程で分離される粒状銑鉄、製鋼の圧延工程で発生するミルスケールなどの製鋼リサイクル材が高い表乾密度を有するので好ましいが、電気炉酸化スラグや砕砂などの表乾密度が４ｇ／ｃｍ３以下の材であっても、混合後に重量細骨材としての前記要件を満たして重量細骨材となればよい。
　混合した後の重量細骨材が、以下の条件を満たすときに、材料分離を抑えながら特に高い流動性のある重量コンクリートが得られる。すなわち、重量細骨材のうち、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する細骨材が、質量百分率で好ましくは１０％ないし２０％、特に好ましくは１２％ないし１８％であって、球状粒子が、重量細骨材中の粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち２０個数％以上であることが好ましく、２５個数％以上であることがより好ましく、３０個数％以上であることが特に好ましい。ここで、「個数％」は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の目視によって、任意に平均粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の粒子を１００個選択し、その中から球状粒子の個数を数え、全体の個数で割り算をすることによって求める。粒子の、特に球状粒子でない粒子の「平均粒径」は、ＳＥＭ画像中の粒子の差し渡し長さを、１粒子について任意に３ヵ所測定してその平均値とする。
　ここで、「球状粒子」とは、以下の式で定義される歪凹凸度が３．３以下の粒子をいう。
　［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］
　すなわち、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の目視によって、その陰影から円板状や半球状と判断できる粒子を除き、明らかに球形に近い粒子を画像処理して解析する。画像処理は、一般的な画像処理ソフト（例えば、Adobe　Photoshop）を用いて行えばよい。まず、球形に近い粒子の画像から陰影を消して輪郭のみの図形を作成し、該図形の面積と、輪郭の周の長さを求める。該図形を円に近似して（該図形と同面積の円を想定して）、その円の面積πｒ２から半径ｒを求め、その２倍として直径を求める。直径に対する周の長さの比は、輪郭が円に近いほど、すなわち粒子が球形に近いほど、小さくなり、円周率πに近い値になる。
　さらに、本発明においては、重量細骨材のうち、呼び寸法１．２ｍｍのふるいを通過する重量細骨材が質量百分率で７０％ないし９０％であることが、前記効果を発揮する点で好ましい。重量細骨材の最適粒度分布の一例を示すと表１の通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　製鋼用転炉ダストのうち、５０μｍで篩い分けられた粗粉分であれば、ホットスカーフ７０に対し、粗粉転炉ダスト３０の容積比までを混合することが好ましい。それより多く粗粉転炉ダストを混合すると、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で２０％を超える場合があるため、十分なモルタルフローが得られない場合がある。
　高炉水砕スラグから粉砕過程で分離される粒状銑鉄も、金属鉄が主成分で４．８ｇ／ｃｍ３以上の表乾密度を示すとともに、球形に近い形状の粒子が５０％程度含まれ、ホットスカーフと混合使用できるリサイクル材である。ホットスカーフ７０に対し、粒状銑鉄３０の容積比までを混合することが好ましい。それより多く粒状銑鉄を混合すると、呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％に満たない場合があるため、十分なモルタルフローが得られない場合がある。
　製鋼の圧延工程で発生するリサイクル材料のミルスケールであれば、ホットスカーフ３０に対し、ミルスケール７０の容積比までを混合することが好ましい。それより多くミルスケールを混合すると、球状粒子の割合が２０個数％を下回り、流動性が確保できず、十分なモルタルフローが得られない場合がある。
　本発明の重量コンクリートに用いる重量粗骨材としては、従来の鉄鉱石を用いることもできるが、高価な天然資源の使用は、経済的にも、環境配慮の観点からも好ましくない。また、電気炉酸化スラグ粗骨材を用いることもできる。本発明では、産業的な利用が十分になされていない資源の活用を目的のひとつにしており、製鋼過程で発生するダストを含む廃棄物を溶融して製造された人工石材を用いることが好ましい。特に、製鋼過程で発生するダストと、粉末状にした還元スラグとを混合して加熱溶融させ、冷却固化させて製造される人工石材は、溶融過程で遊離石灰や低沸点金属酸化物が除かれており、また重量粗骨材として十分な密度も有することから、本発明の重量コンクリートに用いる粗骨材として特に有効である。また、重量コンクリートの単位容積質量が、あまり高くなくてもよい用途の場合には、重量粗骨材に砕石等の密度の低い粗骨材を混合して使ってもよい。
　本発明の重量コンクリートに用いるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の各種混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。
　本発明の重量コンクリートは、通常のコンクリートと同様の方法で製造することができる。すなわち、前記重量細骨材、前記重量粗骨材、前記セメントを混合し、水を加えて混練りすればよい。必要に応じて、減水剤や消泡剤などの混和剤を添加してもよい。重量コンクリートは高い密度を確保するため、単位水量を低くすることが好ましく、減水剤を添加することが好ましい。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。これらのうち、減水効果の大きな高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。また、高い密度を確保するために、空気の持込みを抑える必要がある場合には、消泡剤を添加してもよい。
　細骨材粗骨材容積比、単位水量、水セメント比は、用途に合わせて適宜選択できる。現場施工でポンプ圧送を行う場合には、練り上がり時にスランプ１８ｃｍ以上となる軟練りの配合やスランプフローが５０～６０ｃｍとなるような配合を行う。本発明では、例えば細骨材粗骨材容積比０．４～０．８、単位水量１６０～２００ｋｇ／ｍ３、水セメント比３０～５５％の範囲で適宜調整し、材料分離を抑えながらスランプ１８ｃｍ以上またはスランプフロー５０～６０ｃｍを得ることができる。コンクリート製品工場で、流し込み振動成形する場合には、スランプ８～１８ｃｍ程度とすることで、高い充填性が得られる。本発明では、例えば細骨材粗骨材容積比０．４～０．７、単位水量１４０～２００ｋｇ／ｍ３、水セメント比３０～５５％の範囲で適宜調整し、材料分離を抑えながらスランプ８～１８ｃｍを得ることができる。なお、「水セメント比」は以下で定義される。
　　［水セメント比（％）］＝１００×［水の質量］／［セメントの質量］
　本発明の重量コンクリートが重量モルタルの場合には、重量粗骨材を混合しない以外は、上記した重量粗骨材を含む重量コンクリートと同様の方法で製造することができ、単位水量や水セメント比は、用途に合わせて適宜選択できる。モルタルの流動性を高めるためには、単位水量、水セメント比を高くすればよいが、重量モルタルの密度を高く保つためには、単位水量、水セメント比を低くする必要がある。本発明では、前記重量細骨材を用いることにより、例えば単位水量２２０～３００ｋｇ／ｍ３、水セメント比３０～６０％で、十分に高い流動性と材料分離抵抗性を得ることができる。
　現場施工または型枠に充填した重量コンクリートは、通常のコンクリートと同様に、気中養生、湿潤養生、蒸気養生などの養生方法により、養生してコンクリート硬化体を得ることができる。本発明の重量コンクリートは高い流動性により、型枠の細部まで隙間なく充填が可能であり、また材料分離が抑えられるので、空洞や骨材の偏りがない良質の重量コンクリート硬化体が得られる。
　以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
（試験材料）
　セメント（以下、略すときは「Ｃ」で示す）は、太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを用いた。細骨材（以下、略すときは「Ｓ」で示す）は表２に示したものを用いた。粗骨材（以下、略すときは「Ｇ」で示す）としては、大同テクニカ社製造（太平洋セメント社販売）の電気炉ダスト溶融人工石材；ＤＳＭ２００５（表乾密度４．１３ｇ／ｃｍ３）を用いた。さらに、混和剤として、スランプ配合ではＡＥ減水剤（ＢＡＳＦポゾリス社製；ポゾリスＮｏ．７０、以下、略すときは「ＡＤ」で示す）を、スランプフロー配合では高機能ＡＥ減水剤（ＢＡＳＦポゾリス社製；レオビルドＳＰ－８ＳＶ、以下、略すときは「ＳＰ」で示す）を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　表中、「球状粒子の比率（％）」は、前記した「球状粒子の比率」である。すなわち、細骨材中の粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうちの球状粒子の個数％を示す。
試験１
（試験方法）
（１）表３に示すスランプ配合にて各材料を混合し、コンクリートを混練りした。ここで、「Ｗ」は水を示し、「Ｗ／Ｃ」は「水セメント比」を示す。「Ｗ／Ｃ」は質量％比で５０％とした。
（２）コンクリートのスランプ試験は、ＪＩＳ　Ａ　１１０１に基づき、水平に設置した平滑な平板上にスランプコーン（上端内径１００ｍｍ、下端内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ）を置き、該スランプコーンにコンクリートを詰め、上端をならした後、直ちにスランプコーンを静かに鉛直に引き上げ、コンクリートの中央部において下がり（高さの減り）を０．５ｃｍ単位で測定し、「スランプ」とした。
（試験結果）
　スランプ測定結果を表３に合わせて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示したとおり、本発明の重量コンクリート（実施例１）では、スランプ１３．０ｃｍが得られた一方で、同様の配合で従来の重量細骨材を用いて製造した重量コンクリートでは、磁鉄鉱を用いた比較例１でスランプ０．５ｃｍ、転炉ダスト粗粒分を用いた比較例２でスランプ１．０ｃｍと極めて流動性が低くなった。この結果、本発明の重量コンクリートが従来の重量コンクリートに比して、極めて高い流動性を有することが示された。
試験２
（試験方法）
（１）表４に示すスランプフロー配合にて各材料を混合し、コンクリートを混練りした。Ｗ／Ｃ（水セメント比）は質量％比で３７％とした。
（２）コンクリートのスランプフロー試験は、ＪＩＳ　Ａ　１１５０に基づき、スランプ試験と同様にスランプコーンにコンクリートを詰め、スランプコーンを鉛直に引き上げ、コンクリートの動きが止まった後に、広がりが最大と思われる直径と、その直交する方向の直径を測定した。また、このときの材料分離の状態を目視観察した。
（試験結果）
　スランプフロー測定結果および材料分離の有無を表４に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すとおり、実施例、比較例とも、スランプフローが５０ｃｍ程度となるように配合調整した。比較例では流動性を高めるため、実施例に比べ、単位水量を１０ｋｇ／ｍ３、ペースト分（セメント）を２７ｋｇ／ｍ３、高機能ＡＥ減水剤を比較例３では１．４ｋｇ／ｍ３、比較例４では０．９ｋｇ／ｍ３多く混合した。実施例では骨材とセメントペーストが分離することなく広がったが、比較例では材料が顕著に分離し、中心に骨材が残り、セメントペーストだけが広がった。
試験３
（試験方法）
　試験２のスランプフロー試験で混練りしたコンクリートを内径１５ｃｍ高さ３０ｃｍの円柱容器に投入し、テーブルバイブレーターで２０秒間振動締固めを行い、気中養生にて１４日間硬化した後、各試験体を垂直方向に切断して硬化体内の骨材の分布状況を観察し、材料分離の有無を確認した。
（試験結果）
　代表例として、実施例２と比較例３の試験体の縦断面写真を図１に示した。
　図１から明らかなとおり、実施例では骨材が試験体全体に均一に分布しているが、比較例では骨材が底部に偏り、ペーストが上部に分離した。
　上記したように、ホットスカーフを含む重量コンクリートにおいて、顕著に材料分離が抑えられることが確認できたが、より好適な条件を確かめるため、粗骨材を含まない重量モルタルの流動性について以下の試験を行った。
試験４
（試験方法）
（１）表乾密度５．０８ｇ／ｃｍ３、球状粒子約７５個数％のホットスカーフと、表乾密度５．８４ｇ／ｃｍ３、球状粒子約７３個数％の粗粉転炉ダストを適宜混合し、表５に粒度分布を示す混合砂１～４を調製した。例えば、混合砂２の混合容積比は、「ホットスカーフ７０：粗粉転炉ダスト３０」である。ここで、「混合砂」は「重量細骨材」である。
（２）（１）で調製した混合砂に普通ポルトランドセメントを砂セメント容積比３．１９で混合し、セメント５４７ｋｇ／ｍ３あたり、４．３７ｋｇ／ｍ３のポリカルボン酸エーテル系高性能ＡＥ減水剤と、０．２２ｋｇ／ｍ３の消泡剤と、２４６ｋｇ／ｍ３の水（水セメント比４５．０％）を加えて、混練りした。
（３）ＪＩＳ　Ｒ　５２０１セメントの物理試験方法のフローコーンを用い、直径１００ｍｍ、高さ４０ｍｍのフローコーンに（２）で調整したモルタルを充填し、コーンを引き抜いて、モルタルが広がった後の底部の直径をモルタルフローとして測定した。
（試験結果）
　モルタルフローの測定結果を表５に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に示した結果より、混合砂１と２では、良好なモルタルフローが得られた。混合砂４では、粒径の小さな粒子が密に充填するため、混練りも困難なほど硬く、モルタルの流動が見られなかった。混合砂３ではわずかながらモルタルフローが見られ、詳細は示さないが、水セメント比を５０％に増加すれば、モルタルフローは１３０ｍｍまで増加したが、骨材とセメントペーストとの分離が生じた。以上のように、重量細骨材の粒度分布を呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で２０％以下となるように限定することにより、モルタルフローにおいて格段に顕著な効果が得られることが明らかになった。
試験５
（試験方法）
（１）表乾密度５．０８ｇ／ｃｍ３、球状粒子約７５個数％のホットスカーフと、表乾密度５．６０ｇ／ｃｍ３、球状粒子約５４個数％の粒状銑鉄（高炉水砕スラグから粉砕過程で磁選分離したもの）を適宜混合し、表６に粒度分布を示す混合砂５～１０を調製した。例えば、混合砂７の混合容積比は、「ホットスカーフ７０：粒状銑鉄３０」である。
（２）（１）で調製した混合砂に普通ポルトランドセメントを砂セメント容積比３．１９で混合し、セメント５４７ｋｇ／ｍ３あたり、５．４６ｋｇ／ｍ３のポリカルボン酸エーテル系高性能ＡＥ減水剤と、０．２２ｋｇ／ｍ３の消泡剤と、２４６ｋｇ／ｍ３の水（水セメント比４５．０％）を加えて、混練りした。
（３）試験４と同様に、モルタルフローを測定した。
（試験結果）
　モルタルフローの測定結果を表６に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６に示した結果より、混合砂５、６および７では、良好なモルタルフローが得られた。これに比べ混合砂８、９および１０では、明らかにモルタルの流動性が低くなった。また、混合砂９および１０では若干、骨材とセメントペーストとの分離が生じた。以上のように、重量細骨材の粒度分布を呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する粒子が全粒子のうち質量百分率で１０％以上となるように限定することにより、モルタルフローにおいて格段に顕著な効果が得られることが明らかになった。
試験６
（試験方法）
（１）表乾密度５．０８ｇ／ｃｍ３、球状粒子約７５％のホットスカーフと、表乾密度４．９５ｇ／ｃｍ３、扁平な粒子で構成されるミルスケールを種々の容積比で混合し、混合砂を調製した。
（２）（１）で調製した混合砂に普通ポルトランドセメントを砂セメント容積比２．６８で混合し、セメント５８４ｋｇ／ｍ３あたり、５．８４ｋｇ／ｍ３のポリカルボン酸エーテル系高性能ＡＥ減水剤と、０．２３ｋｇ／ｍ３の消泡剤と、２９２ｋｇ／ｍ３の水（水セメント比５０．０％）を加えて、混練りした。
（３）試験４と同様に、モルタルフローを測定した。
（試験結果）
　モルタルフローの測定結果を図２に示した。ホットスカーフ（ＨＳ）とミルスケール（ＭＳ）の混合比率が、２０：８０ではほとんどモルタルフローが見られず、骨材とセメントペーストとの分離が見られた。３０：７０からホットスカーフの混合比率が高い場合には、良好なモルタルフローが得られた。このとき、球状粒子の比率は２０個数％以上であった。
　本発明の重量コンクリートは、通常のコンクリートより高い単位容積質量を必要とする重量コンクリートの用途に広く利用でき、特にポンプ圧送などの高い施工性を必要とする用途で有用である。
　本願は、２００８年１月２９日に出願した日本の特許出願である特願２００８－０１８１０７に基づくものであり、その出願の全ての内容はここに引用し、本発明の明細書の開示として取り込まれるものである。

Claims (4)

  1. 　少なくとも、セメント、重量骨材および水を混合してなる重量コンクリートであって、重量細骨材が、鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフを含むことを特徴とする重量コンクリート。
  2. 　重量細骨材のうち呼び寸法０．１５ｍｍのふるいを通過する細骨材が質量百分率で１０％ないし２０％であって、下記する歪凹凸度が３．３以下の球状粒子が、粒径５０μｍ以上５ｍｍ以下の全粒子のうち２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の重量コンクリート。
    　［歪凹凸度］＝［粒子輪郭の周の長さ］／［粒子輪郭面積と同じ面積の正円の直径］
  3. 　重量粗骨材が、製鋼過程で発生するダストを含む廃棄物を溶融して製造された人工石材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の重量コンクリート。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の重量コンクリートを硬化させてなる重量コンクリート硬化体。
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