(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和反応を生ずる未反応のＣａＯを含有した製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質を５０重量％以上含有した、水和反応によって硬化する結合材と、を有してなり、水を加えて混練した後に硬化させたものであることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項２】
水和反応を生ずる未反応のＣａＯを含有した製鋼スラグを含有する骨材と、フライアッシュ以外のポゾラン反応性を有するシリカ含有物質を５０重量％以上含有した、水和反応によって硬化する結合材と、を有してなり、水を加えて混練した後に硬化させたものであることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項３】
水和反応を生ずる未反応のＣａＯを含有した製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質とフライアッシュ以外のポゾラン反応性を有するシリカ含有物質の２種を５０重量％以上含有した、水和反応によって硬化する結合材と、を有してなり、水を加えて混練した後に硬化させたものであることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項４】
前記水和反応によって硬化する結合材に含有される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質が高炉水砕スラグであり、かつその含有量が５５重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項５】
前記水和反応によって硬化する結合材に含有される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質が高炉水砕スラグであり、かつその含有量が５５重量％以上であることを特徴とする請求項３に記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項６】
前記水和反応によって硬化する結合材に含有される、フライアッシュ以外のポゾラン反応性を有するシリカ含有物質がシリカフュームであり、かつその含有量が２０重量％以下であることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項７】
前記水和反応によって硬化する結合材に製鋼スラグが２０重量％以下含有されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【請求項８】
骨材或いは結合材に含有させる製鋼スラグがエージング処理された製鋼スラグであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所の副産物の一つである製鋼スラグの有効利用法、詳しくは製鋼スラグを利用したコンクリートやモルタルのような水和硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼スラグは、鉄分を多く含む高比重で硬質な物質であるため土木建築材料への有効利用が期待されているが、下記のような問題があるためその利用範囲は制限されている。
【０００３】
すなわち、製鋼スラグ中には精錬時に使用した酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が未反応の状態で残存しており、このＣａＯが雨水や海水などの水分と接触すると水和反応を起こしてＣａ（ＯＨ）２  を形成するが、この反応に伴って生じる著しい体積膨張によりそれを利用した構造物などが破壊する。
【０００４】
現状では、大気中に長期間放置して未反応のＣａＯの水和反応を進行させる自然エージング処理や、蒸気や温水を用いて短期間で水和反応を進行させる蒸気あるいは温水エージング処理によって、その水浸膨張比（ＪＩＳ  Ａ  ５０１５）が１．５％以下に低減されてから、埋立用材料、道路路盤材、ケーソン中詰め材などの用途に利用されている。
【０００５】
一方、未反応のＣａＯを完全に除去する方法として、溶融状態の製鋼スラグを高速気流中で急冷凝固させる風砕処理がある。風砕処理された製鋼スラグはコンクリートなどの水和硬化体に用いられているが、その粒径が細かいために細骨材にしか用いることができず、また、エージング処理に比べ著しくコストがかかるため、その使用量は僅かである。
【０００６】
したがって、風砕処理を行わずに製鋼スラグをテトラポットや漁礁などの構造物に用いられるコンクリートやモルタルのような水和硬化体に利用できれば、製鋼スラグの有効利用が著しく促進すると期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、風砕処理の施されてない製鋼スラグをコンクリートやモルタルのような水和硬化体に利用した例は、未だ開示されていない。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、風砕処理の施されてない製鋼スラグを用い、しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起こらないコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、水和反応を生ずる未反応のＣａＯを含有した製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含有し、水和反応によって硬化する結合材と、を有してなることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体により解決される。
【００１０】
コンクリートやモルタルのような水和硬化体は、天然砕石や山砂などからなる粒度の異なる骨材（細骨材と粗骨材）とセメントのような水和反応によって硬化する結合材とを有する混合物に水が添加されたものである。
【００１１】
上述のように、製鋼スラグは鉄分を多く含む高比重で硬質な物質であり、しかも種々の粒度を有しているため、コンクリートやモルタルのような水和硬化体の細骨材や粗骨材に利用できる。また、テトラポットや漁礁などに使用される場合は、その比重をアップできるのでより好ましい材料といえる。しかし、風砕処理の施されてない製鋼スラグを用いると、テトラポットや漁礁などに成形後ＣａＯの水和反応が起こりテトラポットや漁礁などが使用中に破壊する。
【００１２】
本発明者らが水和硬化体の骨材（細骨材および粗骨材）に風砕処理の施されてない製鋼スラグを適用できるかどうかを検討したところ、セメントなどの結合材に潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含有させれば、破壊に至るようなＣａＯの水和反応が起こらないことが明らかになった。
【００１３】
潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質が有効な理由は、製鋼スラグ中の未反応のＣａＯが水の存在下でこうしたシリカ含有物質と反応して不溶性のｌ・ＣａＯ−ｍ・ＳｉＯ２  −ｎ・Ｈ２  Ｏゲルを形成するので、著しい体積膨張を伴うＣａＯの水和反応が抑制されるためである。また、ｌ・ＣａＯ−ｍ・ＳｉＯ２  −ｎ・Ｈ２  Ｏゲルの形成により水和硬化体の高強度化も図れる。
【００１４】
製鋼スラグの有効利用の観点からは、水和硬化体の骨材に１００％製鋼スラグを用いることが好ましいが、従来から用いられている天然砕石や山砂など骨材の一部を製鋼スラグで置換しても、水和硬化体として問題のないものが得られる。
【００１５】
潜在水硬性を有するシリカ含有物質に高炉水砕スラグを用い、かつその結合材中の含有量を５５重量％以上にすれば、オートクレーブ処理しても大幅な強度低下が起こらない。
【００１６】
ポゾラン反応性を有するシリカ含有物質として、シリカフュームを用いることは、ＣａＯの水和反応を抑制する上でより効果的である。しかし、その結合材中の含有量が２０重量％を超えると、水和硬化体のワーカビリティーが低下するばかりでなく、強度低下も起こるので、その含有量を２０重量％以下にすることが好ましい。
【００１７】
製鋼スラグの有効利用を促進する上では、結合材にも用いられることが好ましい。しかし、その含有量が２０重量％を超えると、骨材に含有された製鋼スラグのＣａＯの水和反応を抑制するために添加された潜在水硬性またはポゾラン反応性を有するシリカ含有物質の効果が減少し、ＣａＯの水和反応が起こり易くなるので、２０重量％以下にする必要がある。
【００１８】
骨材あるいは結合材に含有させる製鋼スラグが事前にエージング処理された製鋼スラグである方が、より完全に未反応のＣａＯの水和反応を抑制する上で好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明である製鋼スラグを用いた水和硬化体の骨材と結合材と水の割合は、通常のコンクリートやモルタルの場合と同様でよい。
【００２０】
製鋼スラグとしては、転炉、電気炉、混銑車などで発生したスラグのみならず溶銑予備処理スラグも用いることができる。
【００２１】
エージング処理された製鋼スラグを用いる場合、そのエージング方法は問わないが、その水浸膨張比が０．５％以下のものが望ましい。
【００２２】
ポゾラン反応性を有するシリカ含有物質としては、フライアッシュやシリカフュームの他に、シリカゲルやガラスカレットなどを用いることができる。
【００２３】
まだ固まってない水和硬化体のワーカビリティーを確保するため、コンクリートに通常用いられている減衰剤などの混和剤を添加してもよい。
【００２４】
水和硬化体の混練方法、打設・成形方法、養生は通常のコンクリートやモルタルの場合と同様でよい。また、早期に硬化させる場合、コンクリートの場合と同様な蒸気やオートクレーブによる処理を行えばよい。
【００２５】
なお、コスト高にはなるが、本発明の製鋼スラグの一部に風砕処理された製鋼スラグを用いることも可能であり、水和硬化体としての特性が損なわれることはない。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
まず、蒸気エージング処理され、水浸膨張比が０．５％の転炉スラグからなる骨材（細骨材と粗骨材）に、セメントからなる結合材と水を表１に示す割合で配合した基準試料Ｎｏ．１を作製した。そして、試料Ｎｏ．１の結合材をブレーン比表面積４０００ｃｍ２  ／ｇの高炉水砕スラグ微粉末で２５〜１００重量％置換させたり、シリカフュームで５０重量％置換させて試料２〜９を作製した。
【００２７】
そして、作製後２８日が経過した時点で、ＪＩＳ  Ａ  １１０８にしたがって圧縮強度を測定した。また、作製後２８日が経過した試料を１８０℃で５時間のオートクレーブ処理した後の圧縮強度も測定した。
【００２８】
オートクレーブ処理後の測定を行った理由は、作製後２８日が経過した試料中にまだ未反応のＣａＯが残っていれば、オートクレーブ処理により水和反応が促進され圧縮強度がオートクレーブ処理を行わない場合より低下するので、未反応のＣａＯの残存程度を予測できるためである。
【００２９】
結果を表２に示す。
結合材を高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームなどのシリカ含有物質で５０重量％未満しか置換してない試料には、作製後２８日経過すると亀裂が認められた。また、これらの試料はオートクレーブ処理により破壊し、圧縮強度の測定が不可能であった。
【００３０】
一方、シリカ含有物質で５０重量％以上置換した試料では、亀裂やオートクレーブ処理による破壊は認められず、強度的にも水和硬化体として問題ないもの得られている。
【００３１】
なお、高炉水砕スラグ微粉末が５０重量％のときは、オートクレーブ処理によって強度が低下するが、破壊が起こることがないので水和硬化体としては利用可能である。オートクレーブ処理によって圧縮強度を低下させないためには、高炉水砕スラグ微粉末を５５重量％以上含有させる必要がある。
【００３２】
【表１】
0003582263.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003582263.tif 000003
【００３４】
（実施例２）
表１に示す基準試料Ｎｏ．１の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュとシリカフュームが種々の割合で配合された混合物で置換した試料Ｎｏ．１１〜１７を作製し、実施例１と同様な試験を行った。なお、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームはいずれも実施例１で用いたものと同じものである。
【００３５】
結果を表３に示す。
高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュとシリカフュームが種々の割合で配合された混合物の置換量が５０重量％以上であれば、作製後２８日経過しても亀裂が発生することなく、また、オートクレーブ処理により破壊することもないことがわかる。強度的にも水和硬化体として問題ない。
【００３６】
【表３】
0003582263.tif 000004
【００３７】
（実施例３）
表１に示す基準となる試料Ｎｏ．１の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュとシリカフュームと転炉スラグが種々の割合で配合された混合物で置換した試料Ｎｏ．２０〜３１を作製し、実施例１と同様な試験を行った。なお、高炉水砕スラグ微粉末、転炉スラグ、フライアッシュ、シリカフュームはいずれも実施例１で用いたものと同じものである。
【００３８】
結果を表４に示す。
結合材を転炉スラグで２０重量％以下の範囲内で置換しても、亀裂やオートクレーブ処理による破壊が生じることはない。しかし、２０重量％を超えるとオートクレーブ処理により亀裂が発生し、水和硬化体として使用できない。
【００３９】
【表４】
0003582263.tif 000005
【００４０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、風砕処理の行われてない製鋼スラグを用い、しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起こらないコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供できる。
【００４１】
したがって、製鋼スラグの有効利用が促進され、省資源や環境保全に大いに貢献できる。
【００４２】
本発明の水和硬化体は従来のコンクリートよりも強度が高く、しかも高比重であるため、テトラポットや漁礁用として好適である。