(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から排出される溶融スラグを、該溶融スラグの８倍以上の水量でかつ毎秒８〜１７ｍの速度の水流にあてて吹製した水砕の水分を１２％以下とした後、インパクトクラッシャー又はハンマークラッシャーで破砕し、１．２ｍｍのふるいを通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい上に残る粒子の実積率が４８％以上で、かつ絶乾比重が２．５以上２．８以下としたことを特徴とする高炉スラグ細骨材。
【請求項２】
実積率が５８％以上となるように請求項１記載の高炉スラグ細骨材と他の細骨材とを混合したことを特徴とするコンクリート又はモルタル用細骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉から排出される溶融スラグを吹製して製造した水砕を破砕して高炉スラグ細骨材を製造する方法、その高炉スラグ細骨材、並びにコンクリート又はモルタル用細骨材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から排出される溶融スラグの処理方法としては、溶融状態のままヤードやドライピットに流して徐冷する方法と、溶融スラグを落下させたところに加圧水を当てて粉砕、急速冷却、いわゆる吹製する方法とがある。このうち、吹製された溶融スラグは約５ｍｍ以下の粒径のガラス質となり、水砕と呼ばれる。水砕は、非常に細かく破砕して高炉セメント原料とする用途があるとともに、無加工若しくは破砕して、天然砂代替の土木建築用の原料としても利用されている。この土木建築用の用途の一つにコンクリート又はモルタル用細骨材がある。特に、近年は海砂の採取規制や陸砂開発に伴う環境破壊の問題も発生しており、天然資源の保全が重要な社会問題となっている。この問題を解決するために、工業製造工程の副産物を使用するリサイクルの推進が求められており、高炉スラグの細骨材は重要なリサイクル材料としての需要が高まっている。
【０００３】
高炉スラグ細骨材は、高炉セメントの原料に用いられる水砕とは異なり、ＪＩＳ  Ａ５０１１に規定されているように、比較的比重が大きく、吸水率の少ないことが要求されている。従来、例えば特開昭５５−１３６１５１号公報や特公昭５９−１２１１４０号公報に記載の方法のように、比較的冷却の強い条件で製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、例えば特開昭５５−１３６１５１号公報や特公昭５９−１２１１４０号公報に記載されているような冷却方法の改善で、ＪＩＳ  Ａ５０１１に規定の絶乾比重や単位容積質量、吸水率等の性能を満足させる細骨材を製造することは可能であった。しかしながら、絶乾比重や単位容積質量、吸水率等の性能がＪＩＳ  Ａ５０１１に規定の範囲に入っていても、細骨材として必ずしも良い性能が発揮できるわけではないという課題があった。
【０００５】
具体的には、水砕は形状が角張っており、また、針状のものが混入しているので、粒子形状が悪いことに起因して集合体としての流動性が悪いという問題があった。つまり、このまま細骨材として用いた場合、生コンクリートの流動性に悪影響を与えるという問題があったことから、高炉スラグ細骨材の普及が遅れていた。
【０００６】
さらに、天然砂と混合する場合でも、天然砂と均一に混合することが困難で、全体に不均一なコンクリートとなってしまい、生コンクリートの流動性が悪化し、また発現強度が不均一になるという問題があった。
【０００７】
このように、従来法によって製造された高炉スラグを原料とする細骨材は、生コンクリートの流動性を確保するための性能が不十分で、これを使用した生コンクリートでは、生コンクリート施工用のポンプ詰まりを起こしやすいといった問題や、生コンクリートの流動性を確保するために、セメントと水の使用量が増加して、コンクリート製造費用が増加するといった問題が生じていた。したがって、流動性の高い生コンクリートを製造できる高炉スラグ細骨材が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の（１）及び（２）の通りである。
【０００９】
（１）高炉から排出される溶融スラグを、該溶融スラグの８倍以上の水量でかつ毎秒８〜１７ｍの速度の水流にあてて吹製した水砕の水分を１２％以下とした後、インパクトクラッシャー又はハンマークラッシャーで破砕し、１．２ｍｍのふるいを通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい上に残る粒子の実積率が４８％以上で、かつ絶乾比重が２．５以上２．８以下としたことを特徴とする高炉スラグ細骨材。
【００１１】
（２）実積率が５８％以上となるように請求項１記載の高炉スラグ細骨材と他の細骨材とを混合したことを特徴とするコンクリート又はモルタル用細骨材。
【００１３】
【発明の実施の形態】
水砕の細骨材としての性能を向上させるために、従来から、吹製後の水砕を破砕することが行われていたが、従来は、水砕形状と細骨材としての性能の関係が未解明であった。そこで、水砕の形状と、それを細骨材に用いたコンクリートの性状について詳細に調査した。その結果、生コンクリートの流動性に大きな影響を与えているのは、水砕の角張った形状と水砕中に含まれる針状の水砕であることが判明した。さらに粒度別に調査した結果、１．２ｍｍのふるい（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に規定の呼び寸法１．１８ｍｍの網ふるい）を通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に規定の呼び寸法２９７ｍｍの網ふるい）上に残る粒子の形状が生コンクリートの流動性に大きく寄与しており、特に、この粒度範囲に針状の形状のものが多く存在すると、生コンクリートの流動性を著しく阻害することを知見した。また、この範囲の粒度の実積率が４８％以上あることが、コンクリート細骨材として用いるために重要な条件であることが明らかとなった。ここで、実積率はＪＩＳ  Ａ  １１０４に規定された方法で測定したものである。
【００１４】
ところで、水砕はそのブリージング特性等から、通常天然の砂などの他の細骨材と混合して使用される。生コンクリートの流動性は、セメントや骨材が均一に混ざりあうことで実現する。一般のコンクリートに使用されている天然の骨材の比重は２．６５程度である。水砕を細骨材に使用したコンクリート中の水砕の分布を調査した結果、天然の骨材との比重差が０．１５超であるとコンクリート中の水砕の分布に偏りがみられ、生コンクリートの流動性を著しく悪化させることがわかった。したがって、１．２ｍｍのふるいを通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい上に残る粒子の実積率が４８％以上で、かつ絶乾比重を２．５以上２．８以下とした水砕は、従来の水砕を用いた場合に比較し、コンクリートの流動性を著しく向上させることができる。
【００１５】
一方、最近は単独で細骨材に適した粒度分布をもつ天然砂が減少し、異なった産地の砂やフェロニッケルスラグ等のリサイクル材を混合して使用されることが一般的となった。水砕は製造条件で粒度をある程度制御できるため、単独では使用に耐えない天然砂の粒度補完用として最適である。また、水砕は元来水硬性をもっているため、細骨材として用いると強度が向上するという利点がある。そこで、さまざまな粒度分布をもった天然砂と水砕を混合した場合のコンクリート練り試験を行った。その結果、他の細骨材と混合使用する場合、実積率５８％以上となるように前述の条件を満たす水砕と混合すれば、理想的粒度分布をもった天然砂を細骨材に用いた生コンクリートと同等の流動性をもつコンクリートを製造することができた。
【００１７】
図１に、本発明により水砕を安定的にかつ低コストで製造する過程の一例を示す。
【００１８】
細骨材用の水砕スラグとしては、前述したように、１．２ｍｍのふるいを通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい上に残る粒子の実積率を４８％以上とする必要がある。このため吹製した水砕を機械的に破砕する必要があり、破砕前の水砕は、極力大きな粒子とすることが必要である。当然、針状の粒子の少ないものを吹製することも重要である。また、同時に絶乾比重が２．５以上２．８以下となるようにする必要がある。
【００１９】
まず吹製の条件であるが、水砕の絶乾比重は、溶融スラグが冷却される過程で発生し、水砕粒子の中に残存する気泡の量で決まる。したがって、吹製水の量と速度を最適にすることが重要である。具体的には、吹製水の水量が少ないと水砕粒子は大きくなるが、冷却が遅くなり、気泡を多く含み吸水率の大きなコンクリート細骨材には適さない軽質な水砕となる。実験の結果、吹製水の量は、吹製するスラグの量の少なくとも８倍以上、できれば１０〜１５倍に制御することが好ましいことが判明した。このとき、吹製水の流速（吹製水量／吹製ノズル断面積）は、毎秒８ｍ以上１７ｍ以下とする必要がある。毎秒８ｍ未満では、十分に溶融スラグを微細化することはできず、大きな気泡を多く含む塊となる。また毎秒１７ｍ超となると、絶乾比重が大きくなりすぎるだけでなく、針状の水砕が多く発生し、コンクリート細骨材として適さないものとなる。好ましくは毎秒８〜１０ｍに制御する。
【００２０】
このようにして吹製した水砕を例えば３日間程度ヤードに山積みすることで、含水率を１２％以下にする。この水切りが不十分であると、次の破砕工程で０．３〜１．２ｍｍの針状の水砕を十分破砕できない。次に、インパクトクラッシャーやハンマークラッシャーで水砕を破砕する。クラッシャーの回転ハンマーの周速を遅くし、何度もクラッシャーにかけた方が０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの粒子の実積率の増加は大きい。特に、粗粒率２．６以上の大きな粒子の水砕を製造しようとする場合は、回転ハンマーの周速を毎秒１５ｍ以下とし、数回程度破砕することが好ましい。一方、粗粒率２．３程度の小さな粒子の水砕を製造する場合は、回転ハンマーの周速を毎秒４０ｍ程度として１回で破砕することが経済的である。
【００２１】
【実施例】
表１に、吹製水量をスラグ量の１５倍、吹製水速度を毎秒１０ｍに制御し、吹製した水砕を３日間ヤードで山積みし、含水率を８％とした後、インパクトクラッシャーで破砕した水砕のコンクリート試験結果を示す。
【００２２】
【表１】
0003583323.tif 000002
【００２３】
比較例１は、天然砂のみでコンクリート試験したものであり、実施例１は、コンクリートの流動性の指標であるスランプ値においてこの比較例１とほとんど差はない。
【００２４】
実施例２はハンマークラッシャーを用いて粗粒率２．３まで破砕した水砕の例を示す。実施例１と同様に天然砂と同等の流動性を示している。
【００２５】
実施例３は実施例１の水砕に、実施例４は実施例２の水砕に天然砂を５０％混合したもので、コンクリート流動性は天然砂と同一の流動性を示している。
【００２６】
比較例２、３、実施例５は、１．２ｍｍのふるいを通過し、かつ、０．３ｍｍのふるい上に残る粒子の形状の指針である実積率を変化させてコンクリート流動性の指標であるスランプ値を示したものである。比較例２、３では、水砕の実積率が４８％未満であり、スランプ値が低くなっている。
【００２７】
比較例４、５、実施例６、７は、絶乾比重を変化させたもので、比較例４、５は絶乾比重が過小あるいは過大で、やはりスランプ値が小さい。
【００２８】
比較例６、７は天然砂と水砕スラグとの混合物であり、実積率が５８％未満なので、スランプ値が小さい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の細骨材を用いたコンクリートは、天然砂を細骨材として用いた場合と同等な流動性もつ。また、天然砂の粒度補間用の細骨材として最適であるばかりか、長期強度に優れるコンクリートを製造することが可能となり、その経済的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高炉スラグ細骨材の製造過程を示す図である。
【図１】
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