(57)【要約】【課題】  本発明は、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグを、高炉スラグのように焼成して製造する事なく、スラグをそのまま水硬性組成物として有効に利用する。【解決手段】  本発明は、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグの組成が質量％でAl2O3 20〜40％、CaO 30〜60％、SiO2 ３〜15％を含有する水硬性組成物である。更に、CaO/ Al2O3 1〜2、及びCaO／SiO2 10以下とする事により高い水硬性特性を有する組成物を得る事ができる。これにより、高炉セメントのようにスラグを原料として焼成して製造する必要がなく、スラグをそのまま利用する事ができ、従来の普通ポルトランドセメントと同等以上の水硬性特性を持つ材料を提供する事ができる。また、鉄鋼スラグをそのまま利用することができるため安価な利用ができる利点がある。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグからなり、その組成が質量％でＡｌ2Ｏ3  ２０〜４０％、ＣａＯ  ３０〜６０％、ＳｉＯ2  ３〜１５％を含有することを特徴とする水硬性組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のカルシウムアルミネート系鉄鋼スラグからなり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3  １〜２、及びＣａＯ／ＳｉＯ2  １０以下であることを特徴とする水硬性組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグからなるセメントなどの水硬性組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用に使用されるセメントには普通ポルトランドセメント、シリカセメント、アルミナセメントなどがある。これらのセメントは原料に石灰石、珪酸質原料、アルミナ質原料などと粘土を使用し補助原料に石膏を加えて製造する。また近年、製鉄所の高炉から発生するスラグが石灰、珪酸、アルミナを含有する事から、高炉スラグを原料として焼成し、生石膏を加えて製造した高炉セメントがあり、スラグを資源として有効利用されている。
【０００３】
これらのセメントの中で、アルミナセメントは普通ポルトランドセメントなどと比べて速強性に優れており、硬化速度も大きいので建設材料として緊急工事に使われる。
【０００４】
例えば、非特許文献１に各種セメントの種類と特性値、製造方法が記載されており、アルミナセメントの特性も含まれる。また、特許文献１では、アルミナ分１５％以上、アルカリ１．５％以下の製鋼スラグからなるセメント用アルミナ原料として、高炉スラグと同等に使用できるとして公開している。
【０００５】
しかしながら、製鋼スラグの水硬性を利用したアルミナセメントを製造する方法は言及されていない。また、特許文献１などのように原料の一部としてアルミナ原料の代替として利用する方法は見られるが製鋼スラグをそのまま使用する事例はない。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１９９５４８号公報
【非特許文献１】化学便覧  応用化学偏  II  材料偏  １２．５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグを用いたセメントなどの水硬性組成物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、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグに強い水硬性を持ち、かつ従来の普通ポルトランドセメントに比較して同程度以上の水硬性を持つ成分系が存在する事を見出た。すなわち、本発明は、
（１）カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグからなり、その組成が質量％でＡｌ2Ｏ3  ２０〜４０％、ＣａＯ  ３０〜６０％、ＳｉＯ2  ３〜１５％を含有することを特徴とする水硬性組成物。
（２）  請求項１に記載のカルシウムアルミネート系鉄鋼スラグからなり、その組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3  １〜２、及びＣａＯ／ＳｉＯ2  １０以下であることを特徴とする水硬性組成物。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、鉄鋼の製造工程から発生するスラグを有効利用する手段の一つとしてセメント原料或いは材料として利用する方法であり、高炉セメントのようにスラグを原料として焼成して製造する必要がなく、スラグをそのまま利用する事ができ、従来の普通ポルトランドセメントと同等以上の水硬性特性を持つ材料を提供する事ができる。また、鉄鋼スラグをそのまま利用することができるため安価な利用ができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明は、例えばステンレス鋼の製鋼工程のように、溶鋼の脱酸剤にアルミニウムを使用して脱酸する際に、スラグ中のＳｉＯ2が還元され、生成されるＡｌ2Ｏ3を利用する。そのＡｌ2Ｏ3を含め本発明に用いられる鉄鋼スラグの主なスラグ組成はＣａＯ：４５％、ＳｉＯ2：４％、Ａｌ2Ｏ3：３０％  の他にＭｇＯ：１０％程度である。これらのスラグ組成は、製鋼方法などの操業条件により大きく変化する。また、条件によっては、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）を多量に含有するホタル石を使用する場合もある。
【００１２】
発明者は、これらのカルシウムアルミネート系鉄鋼スラグには、強い水硬性を持ち、かつ従来の普通ポルトランドセメントに比較して同程度以上の水硬性を持つ成分系が存在する事を見出た。その特性を有するカルシウムアルミネート系鉄鋼スラグの組成は、Ａｌ2Ｏ3が２０〜４０％、ＣａＯが  ３０〜６０％、ＳｉＯ2が３〜１５％である。これらの範囲では、鉄鋼スラグの鉱物組成が、３ＣａＯ・ＳｉＯ2  と１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3が生成する。これらが水と混練された場合、水和反応が促進され、速い反応速度でかつ強い水硬が生じる。
【００１３】
これらのスラグ組成においてＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１〜２、及びＣａＯ／ＳｉＯ2が  １０以下の領域で特に強い水硬特性を示す。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１より小さい領域ではＣａＯ／ＳｉＯ2に関わらず３ＣａＯ・ＳｉＯ2  が全く発生せず、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が２より大きい領域ではＣａＯ／ＳｉＯ2に関わらず１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3が生成しない。ＣａＯ／ＳｉＯ2が  １０以上の領域では、３ＣａＯ・ＳｉＯ2  が全く発生しない。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１〜２、及びＣａＯ／ＳｉＯ2が  １０以下の領域で３ＣａＯ・ＳｉＯ2  と１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3が最も多く生成する。スラグ中に３ＣａＯ・ＳｉＯ2が生成すると、スラグの冷却中に３ＣａＯ・ＳｉＯ2が変態しＣａＯ  と  ２ＣａＯ・ＳｉＯ2となり、変態中にスラグが崩壊して微細粉まで粉化する。この粉化スラグが普通ポルトランドセメントと同等以上の水硬性を有している為、スラグの粉砕工程など必要とせず、そのままセメント材料などの水硬性組成物として使用できる。
【００１４】
製鋼方法などの操業条件によりスラグ組成中のＭｇＯ濃度が変化するが、Ａｌ2Ｏ3が２０％以上含まれる本発明範囲内ではＭｇＯ濃度によるカルシウムアルミネート系鉱物組成に大きな変化が無く、水硬性組成物の生成に与える影響はない。スラグ中にフッ化カルシウムが含まれる場合は水硬性を抑制する方向に働くので少なくする方が望ましい。
【００１５】
本発明の水硬性組成物をセメントとして用いることができる。
【実施例】
【００１６】
本発明に従い、カルシウムアルミネート系鉄鋼スラグから水硬性組成物を製造した。
【００１７】
精錬炉にて還元期に溶鋼をアルミニウムを使用して脱酸したスラグを回収し、同時にスラグの成分分析を行ない、本発明範囲に合格したスラグを分別保管した。合格したスラグは冷却した後に完全な微細粉に崩壊しており、該スラグを０．３ｍｍの篩いに通してスラグ中に混在したメタル分などの混入物を除去し、水硬性組成物とした。
【００１８】
水硬性組成物の水硬性を調査する為に、水硬性組成物に水を２５％加えて混練し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に従って圧縮強度試験を行なった。水硬性組成物の本来の強度を把握する為、骨材、混和材などを配合しないで評価した。
【００１９】
表１に本発明の実施例をまとめて示す。
【００２０】
比較例１〜３は、従来の一般的な鉄鋼スラグに水のみを加えて強度試験用供試体を製造し、材令７日後の圧縮強度を測定した。比較例では、圧縮試験をする為の取り扱い中に破壊するほど強度が無いものもあり、圧縮強度で５Ｎ／ｍｍ2以下であった。
【００２１】
表１の本発明例１〜５に、本発明の水硬性組成物の材令７日後の圧縮強度を示す。比較例に比べて高い圧縮強度が得られている事が分かる。該圧縮強度は骨材、混和材を配合しない時の試験値である。本発明の水硬性組成物は従来の普通ポルトランドセメントを使用する時と同様に、用途に応じて骨材のサイズを選択して必要量配合することにより圧縮硬度が更に増加し、また混和剤を添加する事によりコンクリートの特性を改善できる。
【００２２】
図１は本発明の水硬性組成物の圧縮強度の経時変化を普通ポルトランドセメントと比較して示す。本発明の水硬性組成物は３日の初期強度が高く、普通ポルトランドセメントを凌ぐ。初期強度が必要とされる用途に適する。
【００２３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】の水硬性組成物の圧縮強度の経時変化を普通ポルトランドセメントと比較して示す図である。
【図１】
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