JP6292257B2 - 脱硫スラグを用いた水和固化体 - Google Patents
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Description
この種の水和固化体は、結合材として高炉スラグ微粉末やポゾラン反応物質を用い、この結合材がアルカリ性の刺激を受けて水和固化する性質を利用している。アルカリ刺激としては、セメントや消石灰がよく用いられる。
これに対して、アルカリ刺激剤に製鋼スラグの微粉末や脱硫スラグを用いる技術が知られている。
特許文献1には、脱硫スラグをアルカリ刺激剤代替として潜在水硬性物質やポゾラン反応性物質に配合したり、骨材代替として多量に配合することが記載されている。また、特許文献2には、脱硫スラグや他の製鋼スラグを最大粒径400μm以下にして、アルカリ刺激材的に配合することが記載されている。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料と、粒径が1mm以下であって、且つ粒径400μm以上の粒子の割合が25質量%以上である脱硫スラグを結合材とし、
脱硫スラグ/(高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料)の質量比が0.02〜0.75であることを特徴とする水和固化体。
[2]上記[1]の水和固化体において、脱硫スラグが破砕後、磁選により鉄分を回収した後のスラグであることを特徴とする水和固化体。
[3]上記[1]又は[2]の水和固化体において、脱硫スラグ/(高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料)の質量比が0.25〜0.75であることを特徴とする水和固化体。
製鋼スラグとしては、転炉脱炭スラグ、溶銑予備処理スラグ(例えば、脱燐スラグ、脱珪スラグ)、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグなどが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。また、製鋼スラグのなかでも溶銑予備処理スラグは、遊離CaOが少ないために大気エージングの終了が早いだけでなく、遊離MgO相が少ないため水和膨張による割れなどが生じにくいので、特に好ましい。また、そのなかでも、脱燐スラグは比重が適度にあるため水和固化体の比重を高めることができ、例えば海中用途に用いる場合に波濤を受けても移動、転倒しにくいという優位性が得られるので、特に好ましい。また、製鋼スラグは、事前に大気エージングや蒸気エージングを施したものや、炭酸化処理などの各種処理を施したものを用いてもよい。製鋼スラグは、スラグ粒子の粒径が大きいほど、内部に遊離CaOや遊離MgOの粒を含む可能性が高くなり、水和固化体の膨張安定性にとって問題が生じる可能性が高くなるので、粒径25mm以下のものが好ましい。
なお、骨材として吸水率が異なる2種以上の製鋼スラグを用いる場合(吸水率が異なる細粒(細骨材)と粗粒(粗骨材)からなる製鋼スラグの場合を含む。)には、上記吸水率は、それらの質量基準での配合比に基づいた重み付き平均値とする。
製鋼スラグは、溶融した状態で排滓場に流し出した後に、表面に散水して強制的に冷却すると、組織内に亀裂等ができて水分が入り込めるようになり、吸水率を高めることができる。この手法は過剰に行うと粒子の脆弱化をも招くので、適正に調整して行う。
なお、原料中には、さらに、ワーカビリティ(打設作業のしやすさ)改善や強度・耐久性の向上、凝結速度の調整などを目的として使用される混和剤を配合してもよい。
骨材としては、以下のスラグ骨材の1種以上を用いた。カッコ内はスラグ粒度を示す。スラグの吸水率は、JIS A1110(2006)、JIS A1109(2006)に準拠して測定した。具体的には、使用した下記の各スラグについて、粒度5mm以下を細骨材、粒度5mm超を粗骨材として、それぞれJIS A1109(2006)、JIS A1110(2006)で規定される吸水率試験方法により吸水率を測定した後、細骨材と粗骨材の質量比に基づいた重み付き平均値を求め、この平均値を各スラグの吸水率とした。また、吸水率が異なる2種以上の製鋼スラグを用いた場合の吸水率は、それらの質量基準での配合比に基づいた重み付き平均値とした。なお、転炉脱炭スラグ(3)は、排滓後に散水せずに12時間以上放置して徐冷し、緻密化させたものであり、転炉脱炭スラグ(1),(2)に較べて吸水率が低くなっている。
・転炉脱炭スラグ(2)(0−10mm)、蒸気エージング(100℃で3日間保持)、吸水率3.5%
・転炉脱炭スラグ(3)(0−10mm)、大気エージング10ヶ月、吸水率3.2%
・脱燐スラグ(0−25mm)、大気エージング3ヶ月、吸水率4.1%
・脱珪スラグ(0−25mm)、大気エージング3ヶ月、吸水率3.8%
・高炉徐冷スラグ(0−25mm)、吸水率2.0%
・脱硫スラグ(1):粒径が1mm以下であって、粒径400μm以上の粒子の割合が30質量%、磁選のみでエージング無し
・脱硫スラグ(2):粒径が5mm以下であって、粒径1mm以下の粒子の割合が20質量%、磁選のみでエージング無し
・脱硫スラグ(3):粒径が1mm以下であって、粒径400μm以上の粒子の割合が26質量%、磁選のみでエージング無し
・脱硫スラグ(4):粒径が5mm以下であって、粒径400μm〜1mmの粒子の割合が10質量%、磁選のみでエージング無し
・脱硫スラグ(5):粒径が1mm以下であって、粒径400μm以上の粒子の割合が14質量%、磁選のみでエージング無し
・脱硫スラグ(6):粒径が75μm以下、磁選のみでエージング無し
原料の配合では水量を一定とし(但し、脱硫スラグ(5)、(6)を用いた比較例は水量を増量させた)、高性能減水剤添加量を加減して混練物のスランプを10〜15cmに調整した。混練物をφ100×200mmの型枠に打設して供試体を作製し、2日後に脱型した。この供試体について、以下のようにして強度の測定と膨張安定性試験を行った。
な試験を行った。
(1)強度の測定
供試体を20℃に保持した水槽に浸漬して養生し、7日後、28日後の圧縮強度を、JIS A1108(2006)に規定されたコンクリートの圧縮強度試験方法に準拠して測定した。
膨張安定性試験は、「鐵鋼スラグ水和固化体技術マニュアル−製鋼スラグの有効利用技術−(改訂版)」(平成20年2月)の附属書2に記載された膨張性評価試験法に準拠して、以下のような試験を実施した。
・試験1:φ100×200mmの型枠に打設した供試体を、打設7日後から80℃に保持した水槽に水浸させて膨張挙動を観察し、試験後の供試体外観から膨張安定性を以下のように評価した。
〇:有害なひび割れは確認されず、ポップアウトも少ない。(合格)
×:有害なひび割れが確認される。若しくは、有害なひび割れは確認されないが、ポップアウトは多い。(不合格)
〇:有害なひび割れは確認されず、ポップアウトも少ない。(合格)
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発明例1、8は、結合材である脱硫スラグ(A)(粒径1mm以下)と高炉スラグ微粉末(B)の質量比A/Bを0.02としたものであり、7日強度が10N/mm2に達し、型枠を外せるレベルに達した。発明例2〜4、9〜11は、結合材の質量比A/Bを、それぞれ0.26、0.50、0.75としたものであり、骨材である脱燐スラグをそれに合わせて低減した。これらは強度発現も問題なく、膨張安定性も試験1,2ともに問題なかった。また、発明例1、8に較べて強度レベルが高くなっている。発明例5、12は、発明例1、8の骨材の20容積%を転炉脱炭スラグ(1)で置換したものであり、強度がやや向上した。ただし、膨張安定性試験でわずかに表面に剥離(ポップアウト)が見られた。発明例6、13は、発明例1、8の脱燐スラグを脱珪スラグで置換したものであり、骨材の吸水率が上述した発明例より若干低い3.8%であるが、強度、膨張安定性ともに問題はなかった。発明例7、14は、冷却過程をやや徐冷傾向とした転炉脱炭スラグであって、蒸気エージング(100℃で3日間保持)した転炉脱炭スラグ(2)を骨材として用いたものであり、骨材の吸水率は3.5%である。膨張安定性試験で若干のポップアウトが見られ、強度も若干低下気味ではあるが、致命的なものはなく、人工石材としては使用可能なものであった。
Claims (4)
- 吸水率が3.5%以上の製鋼スラグを骨材とし、
高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料と、粒径が1mm以下であって、且つ粒径400μm以上の粒子の割合が25質量%以上である脱硫スラグを結合材とし、
脱硫スラグ/(高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料)の質量比が0.02〜0.75であることを特徴とする水和固化体。 - 骨材である製鋼スラグが、転炉脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱珪スラグ、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグの中から選ばれる1種以上からなることを特徴とする請求項1に記載の水和固化体。
- 脱硫スラグが破砕後、磁選により鉄分を回収した後のスラグであることを特徴とする請求項1又は2に記載の水和固化体。
- 脱硫スラグ/(高炉スラグ微粉末または高炉スラグ微粉末およびポゾラン硬化性材料)の質量比が0.25〜0.75であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水和固化体。
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