(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを含有する骨材と、水和反応によって硬化する結合材と、水と、を含有する混練物を硬化させてなる水和硬化体であって、
前記骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、
前記骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、
前記水和硬化体の容積全体に占める前記骨材の容積率が５５体積％以上である、水和硬化体。
【請求項２】
前記結合材が、高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１に記載の水和硬化体。
【請求項３】
前記結合材が、シリカフュームおよびフライアッシュからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１または２に記載の水和硬化体。
【請求項４】
製鋼スラグを含有する骨材と、水和反応によって硬化する結合材と、水と、を含有する混練物を硬化させて水和硬化体を得る、水和硬化体の製造方法であって、
前記骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、
前記骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、
前記水和硬化体の容積全体に占める前記骨材の容積率が５５体積％以上である、水和硬化体の製造方法。
【請求項５】
前記結合材が、高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項４に記載の水和硬化体の製造方法。
【請求項６】
前記結合材が、シリカフュームおよびフライアッシュからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項４または５に記載の水和硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和硬化体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートやモルタルなどの水和硬化体が知られている。水和硬化体は、一般的には、天然砕石や山砂などの粒度の異なる骨材（細骨材および粗骨材）と、セメントなどの水和反応によって硬化する結合材と、水とを含有する混練物を硬化させて得られる。
【０００３】
このような水和硬化体として、製鋼スラグを含有する骨材を用いた水和硬化体（以下、「製鋼スラグ水和硬化体」ともいう。）が知られており（例えば、特許文献１を参照）、港湾土木材料、路盤材などに使用されている。
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、細骨材や粗骨材として使用できる。また、製鋼スラグ水和硬化体を港湾土木材料（例えば、消波ブロックや漁礁ブロック）に使用する場合は、その比重をアップできることから、好適な材料といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６４０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水和硬化体を、例えば港湾土木材料や路盤材として使用する場合、水和硬化体に対しては、力学的な応力が継続的かつ繰り返し加えられ、水和硬化体が疲労する。このため、水和硬化体には、強度や比重等の物性とともに、優れた疲労耐久性も、重要な特性として要求される。
【０００６】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、疲労耐久性に優れる水和硬化体およびその製造方法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】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、製鋼スラグを含有する骨材として特定条件を満たす骨材を用いることで、得られる水和硬化体の疲労耐久性が良好になることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供する。
［１］製鋼スラグを含有する骨材と、水和反応によって硬化する結合材と、水と、を含有する混練物を硬化させてなる水和硬化体であって、上記骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、上記骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、上記水和硬化体の容積全体に占める上記骨材の容積率が５５体積％以上である、水和硬化体。
［２］上記結合材が、高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、上記［１］に記載の水和硬化体。
［３］上記結合材が、シリカフュームおよびフライアッシュからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、上記［１］または［２］に記載の水和硬化体。
［４］製鋼スラグを含有する骨材と、水和反応によって硬化する結合材と、水と、を含有する混練物を硬化させて水和硬化体を得る、水和硬化体の製造方法であって、上記骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、上記骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、上記水和硬化体の容積全体に占める上記骨材の容積率が５５体積％以上である、水和硬化体の製造方法。
［５］上記結合材が、高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、上記［４］に記載の水和硬化体の製造方法。
［６］上記結合材が、シリカフュームおよびフライアッシュからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、上記［４］または［５］に記載の水和硬化体の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、疲労耐久性に優れる水和硬化体およびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［水和硬化体］
本発明の水和硬化体は、製鋼スラグを含有する骨材と、水和反応によって硬化する結合材と、水と、を含有する混練物を硬化させてなる水和硬化体であって、上記骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、上記骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、上記水和硬化体の容積全体に占める上記骨材の容積率が５５体積％以上である、水和硬化体である。
【００１１】
本発明の水和硬化体は、疲労耐久性に優れる。その理由は、次のように考えられる。
すなわち、水和硬化体は、力学的な応力が繰り返し加えられることで「疲労」して、亀裂等が発生し得るが、本発明の水和硬化体においては、骨材が適切に充填され、これが亀裂の発生および進行を止める役割を果たすことから、疲労耐久性に優れると推測される。
本発明の水和硬化体は疲労耐久性に優れるから、例えば、港湾土木材料や路盤材として好適に使用できる。
【００１２】
以下では、本発明の水和硬化体を説明しつつ、本発明の水和硬化体の製造方法についても、併せて説明を行なう。
【００１３】
〔骨材〕
本発明に使用する骨材（以下、便宜的に「本発明における骨材」という。）は、製鋼スラグを含有する。本発明における骨材は、製鋼スラグのほかに、従来公知の天然砕石、山砂；高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ細骨材（例えば、ＪＩＳ Ａ ５０１１−１「コンクリート用スラグ骨材−第１部：高炉スラグ骨材」で規定されるもの等。ただし、ＪＩＳ外品でもよい。）；コンクリート用再生骨材（例えば、ＪＩＳ Ａ ５０２１「コンクリート用再生骨材Ｈ」、ＪＩＳ Ａ ５０２２「再生骨材Ｍを用いたコンクリート」、ＪＩＳ Ａ ５０２３「再生骨材Ｌを用いたコンクリート」で規定されるもの等。ただし、ＪＩＳ外品でもよい。）；等の骨材を含有していてもよい。
なお、製鋼スラグを有効利用する観点から、本発明における骨材中、製鋼スラグが占める体積割合（容積比率）は、５０体積％以上が好ましく、７５体積％以上がより好ましく、１００体積％が更に好ましい。
【００１４】
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やステンレス精錬時に発生するＴ．Ｃｒ≧０．５質量％含有スラグ等も用いることができる。また、エージング処理された製鋼スラグを用いることもでき、そのエージング方法は問わないが、水浸膨張比が０．５％以下のものが好ましい。なお、コスト高にはなるが、製鋼スラグの一部として、風砕処理された製鋼スラグを用いることもできる。
【００１５】
なお、骨材は、細骨材と粗骨材とに分類される。ＪＩＳ Ａ ０２０３：２０１４に記載されるとおり、細骨材は、１０ｍｍ網ふるいを全部通り、５ｍｍ網ふるいを質量で８５％以上通る骨材（概略的には、５ｍｍ未満の骨材）である。一方、粗骨材は、５ｍｍ網ふるいに質量で８５％以上とどまる骨材（概略的には、５ｍｍ以上の骨材）である。
【００１６】
＜最大寸法＞
本発明における骨材の最大寸法は、５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。したがって、本発明における骨材は、少なくとも粗骨材を含む。
【００１７】
ここで、骨材の最大寸法とは、ＪＩＳ Ａ ０２０３：２０１４に記載されるとおり、質量で骨材の９０％以上が通るふるいのうち、最小寸法のふるいの呼び寸法で示される寸法である。
なお、呼び寸法とふるい目の開きとの関係は、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４、ならびに、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１：２００６、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−２：２０００、および、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−３：２０００に記載されており、例えば、呼び寸法４０ｍｍはふるい目の開き３７．５ｍｍに対応する。したがって、例えば、最大寸法４０ｍｍの製鋼スラグとは、ふるい目の開き３７．５ｍｍを９０質量％以上通り、かつ、ふるい目の開き３１．５ｍｍを通るのが９０質量％未満の製鋼スラグのことである。
【００１８】
本発明における骨材の最大寸法は、本発明の水和硬化体の疲労耐久性がより優れるという理由から、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。
【００１９】
なお、本発明の水和硬化体は、本発明における骨材とは別に、最大寸法が６０ｍｍを超える骨材を含有していてもよい。
【００２０】
＜実積率＞
本発明における骨材の粗骨材の実積率は、５０体積％以上である。これにより、本発明の水和硬化体は、疲労耐久性に優れる。なお、ここで規定している実積率は、本発明における骨材の「粗骨材」の実積率であり、本発明における骨材の「細骨材」の実積率は特に限定されない。
【００２１】
実積率は、ＪＩＳ Ａ １１０４：２００６に記載されており、概略的には、単位容積に占める骨材正味の容積割合を意味する。
【００２２】
本発明における骨材の粗骨材の実積率は、本発明の水和硬化体の疲労耐久性がより優れるという理由から、５５体積％以上が好ましい。
なお、本発明における骨材の粗骨材の実積率は、その上限は特に限定されないが、例えば、７５体積％以下であり、７０体積％以下が好ましい。
【００２３】
＜容積率＞
本発明の水和硬化体の容積全体に占める本発明における骨材の容積率が、５５体積％以上である。これにより、本発明の水和硬化体は、疲労耐久性に優れる。なお、ここで規定している容積率は、粗骨材だけではなく、細骨材も含む概念である。
なお、骨材の容積率は、以下のようにして算出する。すなわち、水和硬化体を構成する水、骨材（粗骨材および細骨材）、結合材および空気などの材料の各々の容積率を決める。各材料の容積率および密度をもとに計算した配合にて練り上げ試験を行なう。練り上がり後に水和硬化体中の空気量（単位：体積％）を実測して、骨材を含む各材料の実際の容積率を算出する。
【００２４】
本発明における骨材の容積率は、本発明の水和硬化体の疲労耐久性がより優れるという理由から、５５体積％超が好ましく、５７体積％以上がより好ましい。
一方、上限は特に限定されず、例えば、８０体積％以下であり、７５体積％以下が好ましい。
【００２５】
＜細骨材率（ｓ／ａ）＞
本発明における骨材の細骨材率は、特に限定されないが、体積％で、例えば、３０〜６０％であり、３５〜５５％が好ましい。
なお、細骨材率とは、骨材に対する細骨材の割合であり、「ｓ／ａ」とも表記する。
【００２６】
本発明における骨材の配合量は、特に限定されず、通常のコンクリートやモルタルと同様でよいが、例えば、１２００〜３０００ｋｇ／ｍ３であり、１４００〜２５００ｋｇ／ｍ３が好ましい。
なお、本明細書において、「配合量」は、水和硬化体の単位体積（１ｍ３）あたりの配合量（ｋｇ）である（以下、同様）。
【００２７】
〔結合材〕
本発明に使用する、水和反応によって硬化する結合材（以下、便宜的に「本発明における結合材」ともいう。）としては、特に限定されず、従来公知の結合材を使用できる。
本発明における結合材の配合量は、合計で、例えば、３００〜８００ｋｇ／ｍ３であり、３５０〜７００ｋｇ／ｍ３が好ましい。
【００２８】
本発明における結合材としては、例えば、高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む結合材が好適に挙げられる。その配合量は、合計で、例えば、２００〜７００ｋｇ／ｍ３であり、３００〜６８０ｋｇ／ｍ３が好ましい。
高炉スラグ微粉末としては、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３で規定されるコンクリート用高炉スラグ微粉末が挙げられる。
ポルトランドセメントとしては、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０：２００９で規定されるポルトランドセメントが挙げられる。
【００２９】
また、本発明における結合材は、上記高炉スラグ微粉末などと併用して、または、上記高炉スラグ微粉末などとは別に、シリカフュームおよびフライアッシュからなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでもよい。その配合量は、合計で、例えば、０〜３００ｋｇ／ｍ３であり、０〜２５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。
シリカフュームとしては、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０７：２０１１で規定されるコンクリート用シリカフュームが挙げられる。
フライアッシュとしては、例えば、石炭火力発電で生じるフライアッシュが挙げられ、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５で規定されるコンクリート用フライアッシュ、または、フライアッシュ原粉が好ましい。
【００３０】
〔水〕
本発明に使用する水は、特に限定されない。水の配合量は、例えば、１００〜３５０ｋｇ／ｍ３であり、１２０〜３００ｋｇ／ｍ３が好ましい。
【００３１】
〔その他の成分〕
本発明においては、更に、その他の成分を使用してもよい。
例えば、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水剤などの混和剤を使用してもよい。
混和剤を使用する場合、その配合量は、例えば、０〜１００００ｇ／ｍ３であり、０〜７０００ｇ／ｍ３が好ましい。
【００３２】
〔空気量〕
本発明において、空気量は特に限定されないが、例えば、体積％で、０．５〜１０％であり、１〜８％が好ましい。
【００３３】
〔混練および硬化〕
本発明においては、上述した成分を配合した組成物を混練して混練物を調製し、この混練物を硬化させて、本発明の水和硬化体を得る。
本発明の水和硬化体を得るに際しての混練、打設、成形、養生などは、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、硬化に関しても特に限定されないが、早期に硬化させる場合には、コンクリートの場合と同様に、蒸気やオートクレーブによる処理を行なえばよい。
【実施例】
【００３４】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
＜比較例１〜５および発明例１〜１５＞
下記表１の配合でミキサーを用いて混練し、混練物を、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に成形した。成形物を２日後に脱枠し、２０℃水中で２８日養生して、水和硬化体を得た。
【００３６】
なお、骨材としては、製鋼スラグを使用した。より詳細には、比較例１〜５および発明例１〜８では溶銑予備処理スラグを使用し、発明例９〜１５では転炉スラグを使用した。
また、高炉スラグ微粉末としては、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３で規定されるコンクリート用高炉スラグ微粉末を使用した。ポルトランドセメントとしては、ＪＩＳ Ｒ ５２１０：２００９で規定される普通ポルトランドセメントを使用した。シリカフュームとしては、ＪＩＳ Ａ ６２０７：２０１１で規定されるコンクリート用シリカフュームを使用した。フライアッシュとしては、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５で規定されるコンクリート用フライアッシュを使用した。
【００３７】
＜疲労耐久性の評価＞
得られた水和硬化体について、曲げ疲労試験を行なった。載荷方法は、３等分点載荷とした。また、載荷条件は、上限応力（応力強度比）をＪＩＳ Ａ １１０６：２００６の曲げ強度試験方法で測定した曲げ強度の６０％とし、下限応力を上限応力の５％とした。繰返し載荷速度は、周波数７Ｈｚとした。
このような条件で水和硬化体に繰り返し載荷して、破壊が起こるまでの回数を求め、これを曲げ疲労寿命とした。この回数が１×１０４回を超える場合には、疲労耐久性に優れるものとして評価できる。
【００３８】
【表１】
0006593358.tif 000002
【００３９】
上記表１および図１に示す結果から明らかなように、１）骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、２）骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、３）骨材の容積率が５５体積％以上である発明例１〜１５は、疲労耐久性が良好であった。
なお、発明例１〜１５を対比すると、粗骨材の実積率が５５体積％以上である発明例５および９〜１５は、粗骨材の実積率が５５体積％以上ではない発明例１〜４および６〜８と比べて、疲労耐久性がより良好であった。
これに対して、上記１）〜３）の１つ以上を満たさない比較例１〜５は、疲労耐久性が劣っていた。
【００４０】
＜比較例６〜１１および発明例１６〜２１＞
下記表２の配合でミキサーを用いて混練し、混練物を、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に成形した。成形物を２日後に脱枠し、２０℃水中で２８日養生して、水和硬化体を得た。
【００４１】
骨材としては、製鋼スラグのほかに、天然砕石、山砂、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ細骨材、および、コンクリート用再生骨材（以下、単に「再生骨材」とも表記する）を使用した。
製鋼スラグ以外の骨材としてより詳細には、比較例６〜７および発明例１６〜１７では天然砕石および山砂を使用し、比較例８〜９および発明例１８〜１９では高炉徐冷スラグおよび高炉水砕スラグ細骨材を使用し、比較例１０〜１１および発明例２０〜２１ではコンクリート用再生骨材を使用した。なお、製鋼スラグとしては溶銑予備処理スラグを使用した。
また、高炉スラグ微粉末としては、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３で規定されるコンクリート用高炉スラグ微粉末を使用した。ポルトランドセメントとしては、ＪＩＳ Ｒ ５２１０：２００９で規定される普通ポルトランドセメントを使用した。フライアッシュとしては、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５で規定されるコンクリート用フライアッシュを使用した。
【００４２】
＜疲労耐久性の評価＞
得られた水和硬化体について、曲げ疲労試験を行なった。載荷方法は、３等分点載荷とした。また、載荷条件は、上限応力（応力強度比）をＪＩＳ Ａ １１０６：２００６の曲げ強度試験方法で測定した曲げ強度の６０％とし、下限応力を上限応力の５％とした。繰返し載荷速度は、周波数７Ｈｚとした。
このような条件で水和硬化体に繰り返し載荷して、破壊が起こるまでの回数を求め、これを曲げ疲労寿命とした。この回数が１×１０４回を超える場合には、疲労耐久性に優れるものとして評価できる。
【００４３】
【表２】
0006593358.tif 000003
【００４４】
上記表２に示す結果から明らかなように、１）骨材の最大寸法が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、２）骨材の粗骨材の実積率が５０体積％以上であり、３）骨材の容積率が５５体積％以上である発明例１６〜２１は、疲労耐久性が良好であった。
これに対して、上記１）〜３）の１つ以上を満たさない比較例６〜１１は、疲労耐久性が劣っていた。