(57)【要約】【課題】  本発明は、鉄鋼の製造工程から発生する製鋼スラグと微粉炭を燃焼する火力発電所から発生するフライアッシュを有効に利用し、インターロッキングなどに発生していた白華を防止する建材を提供する。  【解決手段】  本発明は、製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型したことを特徴とする建材及びその製造方法である。更に、製鋼スラグがカルシウムシリケート系スラグであり、その組成がＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲、あるいはカルシウムアルミネート系スラグであり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3で１．７以下の範囲で、白華の発生を防止した建材を得ることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型したことを特徴とする建材。
【請求項２】
製鋼スラグがカルシウムシリケート系スラグであり、その組成がＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の建材。
【請求項３】
製鋼スラグがカルシウムアルミネート系スラグであり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3で１．７以下の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の建材。
【請求項４】
前記水硬性組成物に骨材を添加し、水硬性組成物を１００質量％としたときに該骨材の添加割合は１５０質量％以下の範囲であることを特徴とする請求項２又は３に記載の建材。
【請求項５】
製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型することを特徴とする建材の製造方法。
【請求項６】
製鋼スラグがカルシウムシリケート系スラグであり、その組成がＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲にあることを特徴とする請求項５記載の建材の製造方法。
【請求項７】
製鋼スラグがカルシウムアルミネート系スラグであり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3で１．７以下の範囲にあることを特徴とする請求項５記載の建材の製造方法。
【請求項８】
前記水硬性組成物に骨材を添加し、水硬性組成物を１００質量％としたときに該骨材の添加割合は１５０質量％以下の範囲であることを特徴とする請求項６又は７に記載の建材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼の製造工程から発生する製鋼スラグと微粉炭を燃焼する火力発電所から発生するフライアッシュを利用し、必要に応じてセメントと所定の顔料と水を加えて混練した後、所定の形状に成型した建材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターロッキングブロックなどのコンクリート製品では、表面に白華（エフロレッセンス）が発生する場合があり、特に顔料を加えて化粧性を重視したカラーコンクリート製品では、表面に白い綿状の吹出し物や斑点が発生して着色面を汚し美観を極端に損ねている。これは、セメントと砂などの骨材とを混練して製造したコンクリート製品等の表面から雨水や散水などの水分が染み込むと、その水に可溶性のカルシウム成分が水和して水酸化カルシウムとなって表面に染み出し、空気中の炭酸ガス（二酸化炭素）と反応して炭酸カルシウムの白い綿状の結晶を形成したものである。
【０００３】
コンクリート製の製品や構造物等に白華が発生すると、強固な不溶性の化合物を形成するため、水洗等では全く除去できず、希塩酸などでも簡単に分解消滅できずに酸により表面を傷める結果となる。そこで白華を防止する方法が多く提案されてきている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、セメント成形品の表面に釉薬を塗付した後、焼成固化することにより水の浸透を抑えエフロを防止する方法を公開し、特許文献２では、セメントにラリウル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムを添加して防水性を持たせ水の浸透量を低減させて白華を防止する処理方法を公開している。特許文献３では、セメント硬化体に適量のゼオライトを混入させ、浸透した水の吸水と不溶性炭酸カルシウム等の吸着作用を利用して白華を防止する処理方法を公開している。また、特許文献４では、コンクリートに陽イオン吸着性を有するアルカリ処理無機粉体を混入させ、白華の原因となるＮａやＫ等のアルカリ陽イオンをイオン吸着して、コンクリート中のこれらのイオン量を低減させて白華を防止する処理方法を公開している。
【０００５】
しかしながら、表面に塗膜を形成する工法では、施行作業に労を有する上、表面の劣化や割れにより塗膜が壊れた場合、そこから水が浸透するため白華を完全に防止できない。防水性を持たせて水の浸透量を低減する方法は効果が薄く白華防止効果は期待できない。また、セメントにゼオライトやアルカリ処理無機粉体を混入させる工法は、骨材との適切な配合が難しく、セメント成形品の強度が低下するなどの問題を抱えている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１７２７４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２１９７４７号公報
【特許文献３】特開平７−２３２９５３号公報
【特許文献４】特開平８−２０８３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、鉄鋼の製造工程から発生する製鋼スラグと微粉炭を燃焼する火力発電所から発生するフライアッシュを有効利用し、必要に応じてセメントと所定の顔料と水を加えて混練した後、所定の形状に成型した白華の発生が全くない建材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、骨材に製鋼スラグとフライアッシュを用いて、必要に応じてセメントと混練することにより、多くのセメント製品に発生する白華を防止できる製造方法を見出た。
【０００９】
すなわち、本発明は下記のとおりである。
（１）製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型したことを特徴とする建材。
（２）製鋼スラグがカルシウムシリケート系スラグであり、その組成がＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲にあることを特徴とする上記（１）記載の建材。
（３）製鋼スラグがカルシウムアルミネート系スラグであり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3で１．７以下の範囲にあることを特徴とする上記（１）記載の建材。
（４）水硬性組成物に骨材を添加し、水硬性組成物を１００質量％としたときに該骨材の添加割合は１５０質量％以下の範囲であることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の建材。
（５）製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型することを特徴とする建材の製造方法。
（６）製鋼スラグがカルシウムシリケート系スラグであり、その組成がＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲にあることを特徴とする上記（５）記載の建材の製造方法。
（７）製鋼スラグがカルシウムアルミネート系スラグであり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3で１．７以下の範囲にあることを特徴とする上記（５）記載の建材の製造方法。
（８）水硬性組成物に骨材を添加し、水硬性組成物を１００質量％としたときに該骨材の添加割合は１５０質量％以下の範囲であることを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の建材の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、製鋼スラグ、フライアッシュとセメントにより構成した水硬性組成物を用いた建材及びその製造方法であり、雨水などにより水に濡れる環境において不可避的に発生していた白華現象を長期に亘り完全に防止できる利点がある。またセメント構造体として高い強度を有する。かつ鉄鋼の製造工程から発生するスラグおよび微粉炭を燃焼する火力発電所から発生するフライアッシュを有効利用するので、安価な原料が利用できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、発明をなすに至った経緯に沿い、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１２】
本発明は、従来法のけい砂などの骨材にセメント、水などの材料を配合し混合させて硬化させるインターロッキングなどのコンクリート製品の製造において、製鋼スラグとフライアッシュを配合し、必要に応じてセメント及び顔料と水を加えて混合し固化することにより白華の発生を防止するものである。
【００１３】
白華は、コンクリートの主成分であるカルシウムが雨水などの染み込んできた水と反応して水酸化カルシウムとなって表層ににじみ出て、空気中の炭酸ガスと反応して不溶性の炭酸カルシウムを形成するものである。白華を軽減するためには、コンクリート製品の強度が確保できる最低限までコンクリートの配合量を減量させることが必要であるが、それでも十分な効果を得ることができない。そこで、白華現象の機構と水酸化カルシウムを低減させる方法として、製鋼スラグとフライアッシュの混合による硬化特性とフライアッシュの水酸化カルシウムの吸収反応に着目した。
【００１４】
本発明はまず、製鋼スラグを４０〜８０質量％、フライアッシュを１０〜４０質量％、セメントを０〜３０質量％で１００質量％に配合した水硬性組成物を準備する。製鋼スラグとしては、カルシウムシリケート系スラグ、あるいはカルシウムアルミネート系スラグを用いることができる。本発明において、カルシウムシリケート系スラグとは、ＣａＯが３０〜６０質量％、ＳｉＯ2が２０〜４０質量％を含有するスラグであり、カルシウムアルミネート系スラグとは、ＣａＯが４０〜６０質量％、Ａｌ2Ｏ3が２０〜４０質量％を含有するスラグを意味する。この水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練した後、所定の形状に成型することにより、本発明の建材を製造することができる。以下、詳細に説明する。
【００１５】
本発明に用いられる製鋼スラグは、例えばステンレス鋼の製鋼工程において、溶鋼の脱酸剤にシリコンを使用して脱酸して生成したカルシウムシリケート系スラグではＣａＯとＳｉＯ2が主体のスラグ、あるいは溶鋼の脱酸剤にアルミニウムを使用して脱酸して生成したカルシウムアルミネート系スラグではＣａＯとＡｌ2Ｏ3が主体のスラグである。またフライアッシュは微粉炭を燃焼する火力発電所から発生するもので、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3が主体の成分を有する１５０μｍ以下の微粉である。
【００１６】
製鋼スラグはカルシウムシリケート系スラグ、カルシウムアルミネート系スラグの何れも３０％〜６０％のＣａＯを含有する。これらはＣａＯ−ＳｉＯ2，ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3を含んだ鉱物組成といくらかのＣａＯが単独で存在する。本発明は、これら製鋼スラグを配合した水硬性組成物に、水又は水と顔料を加えて混練することにより、水硬性組成物中の製鋼スラグが水と混在すると水和反応によりＣａ（ＯＨ）2が生成する。生成したＣａ（ＯＨ）2にＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3を含むフライアッシュを混合すると珪酸カルシウム水和物ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｈ2Ｏ、アルミン酸カルシウム水和物ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｈ2Ｏを形成して粒子間の強い結合が生じる。製鋼スラグとフライアッシュの水硬反応は製鋼スラグ組成とフライアッシュとの適量の配合を選択することによりセメントと同程度の強度を得ることができる。従って、コンクリート製品の材料に製鋼スラグとフライアッシュを使用することにより、セメントを全く使用しないことが可能である。
【００１７】
本発明では、セメントを全く使用しないでインターロッキングなどのコンクリート製品を製造することが可能となり、表面の化粧性を持たせるために所定の顔料を加えて混練して成型した建材の表面に発生していた白華を完全に防止できる。
【００１８】
又、製鋼スラグにフライアッシュとセメントを混合してコンクリート製品を製造する場合においても、セメントの使用量を減少させることができる。本来、製鋼スラグから発生するＣａ（ＯＨ）2の発生量は、セメントからのＣａ（ＯＨ）2の発生量に比較して少ない。アルカリ濃度指標であるｐＨの測定ではセメントが１２〜１３であるのに対し、製鋼スラグのｐＨ測定値は１０〜１１と低い。従って、製鋼スラグにフライアッシュとセメントを混合させて硬化させる方法は、セメントに比較してアルカリイオン及びｐＨ濃度を減少できる。
【００１９】
従って、製鋼スラグにフライアッシュとセメントを混合してコンクリート製品を製造する場合においても、相乗効果としてＣａ（ＯＨ）2の総量を減少させることができる。更にセメントからのＣａ（ＯＨ）2もフライアッシュが固定するために、水が浸透してもＣａ（ＯＨ）2として表面ににじみ出て白華を生じることはなく、美観を損ねることはない。
【００２０】
本発明を達成するための配合量は、製鋼スラグを４０〜８０％、フライアッシュを１０〜４０％の範囲で製鋼スラグとフライアッシュを配合することで硬化を持たせ、セメント量は必要に応じて０〜３０％で配合することによりコンクリート製品の強度が確保でき、顔料を加えて成型した建材の表面でも白華の発生はない。
【００２１】
顔料を加える場合、前記水硬性組成物に水と顔料を加えて混練する。もちろん、顔料を加えなくても良い。その場合は、前記水硬性組成物に水のみを加えて混練する。
【００２２】
また前述のとおり、本発明においてはセメントを全く使用しないことが可能である。この点を明確にするため、本発明においては水硬性組成物へのセメント配合量の下限を０％としている。
【００２３】
カルシウムシリケート系スラグではＣａＯ／ＳｉＯ2で１．１〜２．４の範囲にあることが必要である。スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2が１．１未満の範囲ではスラグの形状は塊状となり、ＣａＯが単独で存在する量が少なく、フライアッシュと混合しても硬化反応が低くセメント代替とならない。また、ＣａＯ／ＳｉＯ2が２．４を超えるスラグ成分範囲では、粉状を成しＣａＯが単独で存在する量が多くなるため、フライアッシュとの混合で硬化は促進するが、フライアッシュと未反応のＣａＯ量が残り白華を完全に防止できない。
【００２４】
カルシウムアルミネート系スラグではＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１．７以下の範囲にあることが必要である。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が低い領域程、ＣａＯは少なくＡｌ2Ｏ3量が多くなり強い硬化特性を示し、またフライアッシュの配合により白華を良く防止できる。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１．７を超える範囲では白華の発生源であるＣａＯの総量が多くなるため、フライアッシュを配合しても白華を完全に防止できない。
【００２５】
製鋼スラグを４０〜８０％、フライアッシュを１０〜４０％とセメント量は０〜３０％の範囲で１００質量％に配合して硬化を持たせた水硬性組成物に対して、砂などの骨材を配合することができる。水硬性組成物を１００質量％としたときに骨材の添加割合は１５０質量％以下の範囲とすると好ましい。砂などの骨材の配合量は、製鋼スラグとフライアッシュ、セメント量との配合でコンクリート製品の強度を勘案して決定する。
【００２６】
上記の配合にコンクリート製品の特性改善のために一般に使われている混和剤、刺激剤などを、水硬性組成物を１００質量％としたときに５％程度の量を添加することは、強度、白華の発生に影響の無いことを確認して添加することは問題ない。
【実施例】
【００２７】
本発明に従い、製鋼スラグ、フライアッシュ、セメントに少量の黒褐色の顔料と水を添加してインターロッキングを製造し、白華の防止効果を把握した。
【００２８】
白華の防止効果の評価は、インターロッキングを製造した後、屋外に３ヶ月間放置して雨天にさらし、暴露試験を行なって表面の白華現象の発生を観察した。白華の発生は、発生が全く無い（◎）、発生の兆しが認められる（○）、発生する（×）の３段階評価を行なった。
【００２９】
表１に本発明の実施例をまとめて示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１の本発明例を１〜６に、比較例１〜６と共に列記して、本発明の白華防止結果を示す。比較例に比べて本発明の範囲で白華が防止できていることが分かる。用途に応じて骨材の必要量を配合することができる。
【００３２】
本発明は、製鋼スラグとフライアッシュを利用してセメントと混合する水硬性組成物として有効に利用し、白華が発生しないインターロッキングなどの建材の用途に適する。