(57)【要約】【課題】本発明は、高流動性の細骨材に関する技術であり、また、高流動性のモルタルやセメントコンクリートにも関する。また、低品質の細骨材の物性を改善する技術も提供する。【解決手段】主として、カルシウムフェライト鉱物相類、および、トリカルシウムシリケート鉱物相類から構成されており、かつ、平均粒径が１〜２．５ミリメートルである、ほぼ球形の酸化物粒子からなる細骨材である。また、この細骨材を他の低品質細骨材に混合して品質を改善する。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムフェライト鉱物相、ダイカルシウムフェライト鉱物相などのカルシウムフェライト類と、カルシウムシリケート鉱物相、及び、ダイカルシウムシリケート鉱物相、トリカルシウムシリケート鉱物相などのカルシウムシリケート類の質量の合計比率が７５％以上であり、かつ、平均粒径が０．５〜２ミリメートルの球形の酸化物粒子であることを特徴とする細骨材。
【請求項２】
酸化物粒子のうち、平均粒径よりも１／２以下の大きさの粒子が１０％以上、かつ、平均粒径よりも２倍以上の大きさの粒子が５％以上の比率で存在していることを特徴とする請求項１に記載の細骨材。
【請求項３】
平均扁平率が１０％以下の粒子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の細骨材。
【請求項４】
フリーライムの比率が１．５質量％以下であって、カルシウムシリケート類の粒子の周囲を、カルシウムフェライト類が囲んでいる組織の粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の細骨材。
【請求項５】
粒子中のカルシウムフェライト類の質量比率が３０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の細骨材。
【請求項６】
酸化第二鉄と酸化カルシウムを含む融体中に、カルシウムシリケート、ダイカルシウムシリケート、および、トリカルシウムシリケートの鉱物相の粒子が懸濁している状態である、流動性がある酸化物に気流を当てて凝固させて製造したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の細骨材。
【請求項７】
製鋼用転炉で生成した、少なくとも一部が溶融しているスラグに気流を当てて凝固させることにより製造した球形粒子であることを特徴とする請求項６に記載の細骨材。
【請求項８】
天然砂、砕砂、粒状スラグなどの無機酸化物粒子の混合物である細骨材であって、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の球形の酸化物粒子を１５質量％以上含むことを特徴とする細骨材。
【請求項９】
主にセメント粉と細骨材から構成されるモルタルであって、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の細骨材を用いていることを特徴とするモルタル。
【請求項１０】
セメント粉中に、ブレーン値４０００以上の高炉スラグ微粉末が３５質量％以上の比率で混合していることを特徴とする請求項９に記載のモルタル。
【請求項１１】
主に、セメント粉、細骨材、および、粗骨材から構成されるセメントコンクリートであって、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の細骨材を用いていることを特徴とするセメントコンクリート。
【請求項１２】
セメント粉中に、ブレーン値４０００以上の高炉スラグ微粉末が３５質量％以上の比率で混合していることを特徴とする請求項１１に記載のセメントコンクリート。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の細骨材であって、トータル鉄濃度が１２質量％以上である細骨材と、鉄鉱石、製鋼スラグ、銅ガラミ、ニッケルスラグの少なくとも１種類を含む粗骨材を含むことを特徴とするセメントコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施工時の流動性の良い土木や建築に用いられるモルタルおよびセメントコンクリートに関する。また、モルタルおよびセメントコンクリート用の細骨材にも関する。また、高比重のモルタルやセメントコンクリートの製造用の細骨材にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木および建築には、セメントコンクリートやモルタルが広く利用されている。現在の土木建築工事には、良質のセメントコンクリートやモルタルが必須である。以下，簡略のため、セメントコンクリートをコンクリートと称す。
モルタル製造では、まず、セメント粉と細骨材の混合物に水を添加して、これを練った生モルタルを製造する。この生モルタルを施工場所に流し込んで、１週間程度の期間、養生して固化モルタルを製造する。セメント粉としては、石灰石や粘土等を原料として、キルンで焼成した後に、粉砕したポルトランドセメントや、ガラス化した高炉スラグ粒を粉砕した高炉スラグ微粉末を用いることが多い。細骨材は、５ミリメートル以下の粒子であり、モルタルの構造をなす物質である。セメントは、細骨材の間に入り、水和反応で生ずるカルシウム化合物を主体とする物質が粒子間を結合させる。こうして、モルタルは強度を発現する。
【０００３】
細骨材は、モルタルの基本的な構成を成すものであり、生モルタルの流動性や固化後のモルタル強度などの重要な指標に影響を与える重要なものである。現在では、細骨材の原料は、川砂、海砂、陸砂、石灰石などの砕砂、高炉スラグ水砕などが使用されている。良好な細骨材はＪＩＳに規格化されており、０．３ミリメートル以下の細かい粒子から、２．５ミリメートル以上の粗い粒子まで含む、粒径分布の広いものが優秀な細骨材である。したがって、単一な素材で適正な粒径分布が得られない場合は、粒径分布の異なる複数の素材を混合することも行われている。
一般には、生モルタルの流動性は高いほうが良い。高流動性モルタルを製造するためには、適切な粒度分布の細骨材を用いる。また、粒子径の小さいセメントを用いることも有効な手段である。
【０００４】
また、コンクリートの製造では、まず、セメント粉、粗骨材、および、細骨材の混合物に水を添加して、これを練った生コンクリートを製造する。この生コンクリートを施工場所に流し込んで、１ヶ月程度の期間、養生して固化コンクリートを製造する。セメント粉と細骨材は、モルタルとほぼ同じものである。粗骨材は、５〜２５ミリメートルの天然石、砕石、高炉スラグ徐冷品などであり、セメントの骨格を形成するものである。細骨材は、モルタルの場合と同様に５ミリメートル以下の粒子である。
【０００５】
粗骨材と細骨材は、コンクリートの基本的な構成を成すものであり、生コンクリートの流動性や固化後のコンクリート強度などの重要な指標に影響を与える重要なものである。粗骨材は、コンクリート１立方メートルあたり約１，０００キログラム使用されるものであり、コンクリートの骨格を形成する。また、細骨材は、粗骨材の粒子間を埋める材料であり、コンクリート内の骨材充填率を高めて、コンクリート強度を高める役割があるとともに、生コンクリートの流動性を向上させる効果がある。細骨材は、コンクリート１立方メートルあたり７００〜８００キログラム使用される。
セメント粉は、練りのために混ぜられた水と水和反応を起こし、これらの骨材を結合させるバインダーとして機能する。高いセメント強度を得るためには、良い骨材とともに、良いセメントが必要であり、また、水・セメント比も重要な要素である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートやモルタル用の細骨材には、以下の問題があった。まず、細骨材となる、川砂、海砂、陸砂等の枯渇や環境問題がある。まず、河川の状態や環境規制の関係で川砂が枯渇してきており、資源的な問題があった。海砂の採取による海底の地形の変化による環境問題があり、採取規制がかかっており、将来的には資源としての問題が起きる。また、陸砂においては、良質な資源が枯渇しており、徐々に、粒径が小さく、品質の悪い砂の比率が多くなっている。
【０００７】
このような問題の対応のために、石灰石などを砕いた砕砂を使用することや、特開２０００−１９２７１３公報に記載されているように、高炉水砕スラグなどが使用されている。しかし、砕砂や高炉水砕スラグは、角張った形状をしており、濡れた状態、つまり、生コンクリートの状態での流動性は必ずしも良いものでなかった。したがって、生コンクリートや生モルタルに求められる流動性を犠牲にして、これらの砂代替物を使用していた。
一方、高流動性を要求する用途も多かった。例えば、土木工事などで、水量が少ない条件でも、生コンクリートの高流動性が求められる施工がある。生コンクリートの水分が少ない場合は、緻密で、かつ、ひび割れなどが起きない良好な固化コンクリートが製造できる。しかし、この条件では、生コンクリートの状態での流動性が良くないことから、施工が難しい問題があった。特に、ポンプ打ちの工法では、配管やポンプ内の詰まりの問題があった。このような場合には、高流動性の生コンクリートが求められていたが、良質で、球形に近い形状の川砂を用いた場合でも、施工上の要求を満たすことは難しかった。砕砂などの用いた場合は、さらに、条件は悪く、施工工法が限定されることが多かった。
【０００８】
また、モルタルの用途においても、生モルタルの流動性低下にともなう問題があった。例えば、建築工事の鉄骨やコンクリート壁の狭い隙間を充填するモルタルにおいては、流動性が低下すると、隙間の隅々までモルタルが充填されずに、隙間ができてしまう。この結果、構造体の強度不足や水漏れの問題が生じていた。
次に、モルタルの用途によっては、繰り返しの磨耗や圧縮がかかり、耐磨耗性が要求される施工条件がある。繰り返し荷重のかかる部分の隙間を埋める場合は、耐磨耗性と荷重強度が高いことが、固化モルタルに要求されていた。しかし、従来の骨材では、強度や耐磨耗性が十分でなく、このような用途に対応できない場合が多かった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、以下の（１）から（１３）の通りである。
（１）　酸化物粒子内の鉱物相が、主として、カルシウムフェライト鉱物相、ダイカルシウムフェライト鉱物相などのカルシウムフェライト類と、カルシウムシリケート鉱物相、ダイカルシウムシリケート鉱物相、および、トリカルシウムシリケート鉱物相などのカルシウムシリケート類で構成されており、これら鉱物相の質量の合計比率が７５％以上であり、平均粒径が０．５〜２ミリメートルである、ほぼ球形の酸化物粒子である流動性の高い細骨材、
（２）　酸化物粒子のうち、平均粒径よりも１／２以下の大きさの粒子が１０％以上、かつ、平均粒径よりも２倍以上の大きさの粒子が５％以上の比率で存在している（１）に記載の細骨材、
（３）　平均扁平率が１０％以下の粒子であることを特徴とする（１）または（２）に記載の細骨材、
（４）　酸化カルシウムの水和反応による、粒子の崩壊を防止するために、酸化物粒子内に含有されるフリーライムの比率が１．５質量％以下であって、カルシウムシリケート類の粒子の周囲を、カルシウムフェライト類が囲んでいる緻密な組織の粒子であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の細骨材、
（５）　粒子中のカルシウムフェライト類の質量比率が３０％以上であり、カルシウムシリケート類の粒子の周囲をカルシウムフェライト類が囲む組織であることを特徴とする（４）に記載の細骨材、
（６）　酸化第二鉄と酸化カルシウムを含む融体中に、カルシウムシリケート、ダイカルシウムシリケート、および、トリカルシウムシリケートの鉱物相の粒子が懸濁している状態である、流動性がある複合酸化物に、空気や窒素ガスなどの気流を当てて凝固させて製造したことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の細骨材、
（７）　製鋼用転炉で生成した、少なくとも一部が溶融している状態であり、カルシウムシリケート類の微細粒子が懸濁しているスラグに、空気などの気流を当てて、吹き飛ばすことにより、凝固させることにより製造した球形粒子であることを特徴とする（６）に記載の細骨材、
（８）　天然砂、砕砂、粒状スラグなどの無機酸化物粒子の混合物である細骨材であって、（１）〜（７）のいずれかに記載の球形の酸化物粒子を１５質量％以上含むことを特徴とする細骨材、
（９）　主にセメント粉と細骨材から構成されるモルタルであって、（１）〜（８）のいずれかに記載の細骨材を用いていることを特徴とするモルタル、
（１０）　モルタル中のセメント粉中に、ブレーン値４０００以上の高炉スラグ微粉末を３５質量％以上の比率で混合して、生モルタル状態での流動性を向上させていることを特徴とする（９）に記載のモルタル、
（１１）　主に、セメント粉、細骨材、および、粗骨材から構成されるセメントコンクリートであって、（１）〜（８）のいずれかに記載の細骨材を用いていることを特徴とするセメントコンクリート、
（１２）　セメント粉中に、ブレーン値４０００以上の高炉スラグ微粉末を３５質量％以上の比率で混合して、生コンクリート状態での流動性を向上させていることを特徴とする（９）に記載のセメントコンクリート、および、
（１３）　前出（１）〜（８）のいずれかに記載の細骨材であって、トータル鉄濃度が１２質量％以上である細骨材と、鉄鉱石、製鋼スラグ、銅ガラミ、ニッケルスラグの少なくとも１種類を含む粗骨材を含むことを特徴とするセメントコンクリート、である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、球状凝固体からなる細骨材を製造して、これを用いて、コンクリートやモルタルを製造することにより、流動性が高い生コンクリートや生モルタルを製造する。また、強度の高い細骨材を製造して、これを用いた耐磨耗性や耐荷重性の良いモルタルを製造する。
本発明の球状凝固体の鉱物相は、酸化カルシウムと酸化珪素の化合物である、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、および、トリカルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、および、酸化カルシウムと酸化第二鉄の化合物である、カルシウムフェライト（ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３）やダイカルシウムフェライト（２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３）などから、構成されている。これらの酸化物の化合物は、各々の鉱物相を形成する。本発明の球状凝固体では、カルシウムシリケート類（３種類の酸化カルシウムと酸化珪素の化合物の総称）が粒状の結晶を形成する。
【００１１】
この周辺をカルシウムフェライト類（２種類の酸化カルシウムと酸化第二鉄の化合物）が囲む形で、粒子を形成している。この鉱物相の構成であれば、硬質のカルシウムシリケート類の間をカルシウムフェライト類が埋めることにより、ほぼ空隙のない緻密で硬質の球状凝固体ができる。この球状凝固体の集合が、本発明の細骨材である。なお、粒子の組織上の構造を変えることがない限りにおいては、カルシウムフェライト類やカルシウムシリケート類には、不純元素が混在していても良い。不純元素としては、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化燐、酸化第一鉄、酸化ホウ素などがある。
【００１２】
この球状凝固体は、石灰石や蛇紋岩などの一般的に入手可能な天然材料よりも強度の高い粒子となる。本発明者らの実験では、本発明の球形凝固体は、石英とほぼ同等の高強度を有するものであることが判明した。本発明の球形凝固体構造の１例を図１に示す。球形凝固体内部には、粒子状のダイカルシウムシリケート粒１が点在しており、また、冷却時に発生した微細なトリカルシウムシリケート微粒２が分散している。これらの周囲をカルシウムフェライト鉱物相３が埋める緻密な構造となっている。また、この例では、酸化マグネシウム４の結晶も存在する。
【００１３】
本発明の細骨材の製造方法は以下の通りである。まず、酸化カルシウム、酸化珪素、酸化鉄を主成分とする複合酸化物の溶融物を作る。この溶融物は必ずしも全てが溶融状態にある必要はない。また、不純物として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化燐、酸化硼素などを含むこともある。一般には１１００〜１６００℃の温度で、酸化カルシウムと酸化第二鉄を多く含む複合酸化物の溶融物中に、高融点の物質であるカルシウムシリケート鉱物相の粒子が懸濁している、流動性のある部分溶融物を形成する。図２に示すように、容器５から、部分溶融物６を、ノズル７から噴出される空気や窒素ガスなどの気流中に落として、球状化するとともに冷却する。なお、コンプレッサー９で圧縮ガスを製造して、これを配管８で、ノズル７に送る。球状化された酸化物が冷却されて、少なくとも表面が凝固した状態となって、互いに融着しない状態のものを集める。これを完全に冷却すると、これが本発明の細骨材となる。
この構造を形成するためには、カルシウムシリケート類とカルシウムフェライト類の比率が高い必要がある。本発明者らは、カルシウムシリケート類とカルシウムフェライト類の比率が７５質量％であれば、高強度の球形凝固体を形成できることを確認した。なお、カルシウムシリケート類はほぼ純粋な組成で不純物が少ないが、カルシウムフェライト類には、酸化アルミニウム、酸化燐、酸化マンガンなどの不純物が混在している場合もある。カルシウムシリケート類とカルシウムフェライト類以外の鉱物相としては、酸化マグネシウム鉱物相や酸化カルシウム鉱物相などが存在する場合もある。これらの鉱物相が２５質量％以下であれば、本発明の球形凝固体の構造には大きな影響を与えない。
【００１４】
ただし、酸化カルシウムの含有比率が多すぎる場合は、カルシウムシリケート類やカルシウムフェライト類に化合しきれない酸化カルシウム鉱物相が多く存在して、これが球形凝固体の構造上の問題となる。つまり、過剰な酸化カルシウムがカルシウムフェライト類の間に析出する。この酸化カルシウムは空気中の水分と水和反応して、１ヶ月から１年程度の期間かけて、水酸化カルシウムとなる。この水酸化カルシウムは、もとの酸化カルシウムよりも膨張して、粒径凝固体を壊す場合がある。本発明者らの研究の結果、球形凝固体内部に析出した酸化カルシウム（以降、フリーライムと称す）が１質量％以下の場合は、水和反応による膨張問題がなく、また、１．５質量％までは、一部の粒子の崩壊でとどまることから、この範囲であれば、細骨材の性能を大きく阻害することはない。
上記の粒子内の鉱物構成を形成するには、各種の酸化物を適正な比率で混合してある溶融物を形成して、これを凝固させる必要がある。酸化カルシウム、酸化珪素、および、酸化第二鉄がほとんどの溶融物の場合は、酸化珪素と酸化第二鉄の分子モル数の合計に対して、約２倍以下の酸化カルシウムの分子モル数である場合は、特に、良好な構造となる。本発明者らは、他の不純元素が５質量％以下と少ない場合は、酸化カルシウムの分子モル比率は、酸化珪素と酸化第二鉄の分子モル数の合計に対して、２．３倍以下であると、酸化カルシウムの析出が少なく、良好な構造となる。
【００１５】
また、この３種類の酸化物以外に、酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化燐などを含む溶融物を凝固させて、球形凝固体を形成する場合は、酸化カルシウムの分子モル比率が若干増加しても、フリーライムの生成を抑制することができる。例えば、酸化アルミニウムは、カルシウムフェライト類中に固溶する。この結果、酸化アルミニウムと酸化カルシウムが親和して、カルシウムフェライト類の鉱物相に、余剰の酸化カルシウムを取り込むことができる。また、酸化燐などにも同様の効果がある。酸化アルミニウムの分子モル数の１倍、酸化燐はモル数の５倍の酸化カルシウムを固定する能力があるため、これらの共存元素がある場合は、このような効果を考慮して、混合組成を決める。
【００１６】
特に、緻密な球形凝固体を製造するためには、球状凝固体中のカルシウムフェライト類の鉱物相が、カルシウムシリケート類の鉱物相を完全に取り囲む状態であることが必要である。本発明者らは、球状凝固体中のカルシウムフェライト類の質量比率が３０％以上であれば、このような緻密な構造になることを解明した。この比率となるためには、不純元素が少ない場合は、トータル鉄濃度（酸化鉄の総量を鉄原子質量に換算した比率）で表現すれば、１４質量％以上であることが必要である。ただし、酸化アルミニウムや酸化燐などのカルシウムフェライト鉱物相に固溶する元素が４〜１０質量％の比率であれば、トータル鉄濃度で表現すれば、１２質量％以上でよい。
球形凝固体の製造コストを削減するためには、製鋼転炉スラグや銅精錬スラグなどの成分を調整することにより、複合酸化物の溶融物を製造して、これを気流中で冷却することにより、球状凝固体を製造する。特に、製鋼転炉から排出された、高温で流動性のあるスラグを活用する場合は、安価に球状凝固体を製造できる。製鋼転炉スラグは、酸化カルシウムを４０〜５０質量％、酸化珪素を１２〜１７質量％、また、酸化第二鉄を１０〜３０質量％含んでいる。また、不純元素として、酸化アルミニウム、酸化燐、酸化マグネシウム、酸化マンガンなどを含んでいる。この高温で流動性のある製鋼転炉スラグに、酸化珪素を添加するなどすれば、本発明の成分範囲とすることができ、原料コストやエネルギーコストを低減できる。
【００１７】
この球形凝固体を細骨材として使用する。本発明の細骨材としては、流動性の高さが重要な特徴である。細骨材が球形であれば、モルタルを製造する際のセメント・水混合物（セメントミルク）と混合した際の流動性を高まる。また、この効果を大きくするためには、細骨材が、小さいものから大きなものまでの広い粒度分布がある粒子で構成されていることが重要である。本発明者らは、単独使用では、平均粒径が０．７〜１．８ミリメートルの範囲である場合に、細骨材としての性能が良い。また、他の細骨材との混合使用の場合は、平均粒径が０．５〜２ミリメートルであると良い。また、平均粒径の１／２よりも小さい粒子の比率が１０％以上、かつ、平均粒径よりも大きい粒子の比率が５％以上であると、これを含むモルタルやコンクリートの流動性が特に高いことを解明した。
【００１８】
この球形凝固体と他の材料の細骨材を混合することにより、混合細骨材を製造することも本発明の範囲である。砕砂や高炉水砕スラグを多く含む砕骨材は、生モルタルの流動性が比較的悪い問題がある。したがって、このような問題のある細骨材でも、この球形凝固体を１５質量％以上の比率で混合すれば、これが細骨材の流動化促進材として機能して、生モルタルの流動性を向上する効果がある。本発明者らは、細骨材全体に対して１５質量％以上の比率で、この球形凝固体を混合すると、生モルタルの流動性が向上することを解明した。
また、いっそうの生モルタル流動性向上のためには、本発明の細骨材を使用するとともに、粒径の細かいセメント粉を用いることが有効である。ポルトランドセメントは、結晶質のクリンカーのため、粉砕されづらく、３０００ブレーン程度にしかならない。そのため、ガラス状の高炉水砕スラグを微粉砕することにより、４０００〜５０００ブレーンの微粉末を製造する。この高炉スラグ微粉末を３５質量％以上の比率で混合したセメント粉を使用すると、生モルタルの流動性が、さらに向上する。特に、５０００ブレーン以上の高炉スラグ微粉末を４５質量％以上の比率のセメントを使用する場合は、非常に高い流動性の生モルタルを製造することができる。なお、ブレーン値とは、粒子の比表面積を表す指標であり、数値が大きいほど、粒子径が小さい。
【００１９】
球形凝固体は、真球に近い形状ほど、生モルタルの流動性向上効果が大きいが、扁平率が１０％程度の球形凝固体を用いても、ほぼ同様の効果が出る。また、一部のものが欠けた形状のものが１０〜２０％程度混合した状態であっても十分な性能を発揮する。なお、ここで、扁平率は粒子の最大長と最短長の差を平均径で割った値で定義するものである。平均扁平率は、個別粒子の扁平率を質量で加重平均した値である。
耐磨耗性の高いモルタルを製造するためには、本発明の球形凝固体を細骨材として用いることが有効である。特に、カルシウムフェライト類の鉱物相比率が３０質量％以上の球形凝固体は、硬度や耐磨耗性が高いため、この目的の細骨材に最適である。この細骨材を用いたモルタルは、繰り返し荷重のかかる部分の充填材としての用途などがある。特に、高強度のモルタルを製造したい場合は、本発明の球形凝固体を４０質量％以上含む細骨材を使用する。
【００２０】
本発明の球形凝固体からなる細骨材、または、球形凝固体を含む細骨材を使用するコンクリートでも、モルタルの場合と同様の効果が発揮できる。つまり、この細骨材を使用すれば、流動性の高い生コンクリートを製造できる効果がある。この際の細骨材の条件はモルタルの場合と同じである。さらに、高流動性の生コンクリートを製造する場合には、ガラス状の高炉水砕スラグを微粉砕することにより、４０００ブレーン以上の高炉スラグ微粉末を使用する。また、品質の低い細骨材と球形凝固体を混合することにより、細骨材の性能を改善する効果もモルタルの場合と同様である。
【００２１】
本発明の細骨材であって、トータル鉄濃度１２質量％以上のものは、真比重が３．０グラム／立方センチメートル以上ある。したがって、これを重量コンクリートの細骨材として使用することは有効である。一般の細骨材となる砂は、酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどを多く含み、真比重は２．５程度である。したがって、一般の細骨材を用いてセメントコンクリートを製造するよりも、トータル鉄濃度１２質量％以上の球形凝固体を細骨材として用いたセメントコンクリートの比重は大きくなることから、重量コンクリートにこの球形凝固体を使用することは効果的である。
特に、比重が３以上の重量コンクリートを製造するためには、粗骨材として、鉄鉱石、製鋼スラグ（塊）、銅ガラミ、ニッケルスラグを用いると良い。これらのものは、酸化鉄を含み、真比重が３．５以上あることから、この目的には特に有効である。なお、銅ガラミは銅精錬の際に生じたスラグであり、また、ニッケルスラグは、ニッケル精錬で生じたスラグであり、いずれも酸化鉄を多く含む。
【００２２】
【実施例】
本発明の図２の装置で製造された３種類の球形凝固体の成分や物性などを表１に示す。なお、従来細骨材である千葉県産陸砂と石灰石砕砂の物性なども表１に記載する。なお、これらの細骨材の流動性指標として、安息角を用いた。
球形凝固体１は、平均粒径が、１．２ミリメートルで、０．６ミリメートル以下の粒子の比率が１９％、２．４ミリメートル以上の粒子が７％のものである。また、平均扁平率が６％であった。鉱物相は、ダイカルシウムシリケートが３３質量％、トリカルシウムシリケート１２質量％、また、カルシウムフェライト類が４４質量％であった。カルシウムフェライト類とカルシウムシリケート類の合計は、８９質量％であった。粒子の内部組織は緻密なものであった。この球形凝固体の圧潰強度は２８メガパスカルと高かった。ここで、圧潰強度は、球が押しつぶされる時の力を球の断面積で割ったものである。
【００２３】
球形凝固体２は、平均粒径が、１．０ミリメートルで、０．５ミリメートル以下の粒子の比率が１１％、２．０ミリメートル以上の粒子が１０％のものである。また、平均扁平率が３％であった。鉱物相は、ダイカルシウムシリケートが３５質量％、トリカルシウムシリケート１２質量％、また、カルシウムフェライト類が４８質量％であった。カルシウムフェライト類とカルシウムシリケート類の合計は、９５質量％であった。粒子の内部組織は緻密なものであった。この球形凝固体の圧潰強度は３１メガパスカルと、特に、高かった。
【００２４】
球形凝固体３は、平均粒径が、０．８５ミリメートルで、０．４２ミリメートル以下の粒子の比率が２２％、１．７ミリメートル以上の粒子が１３％のものである。また、平均扁平率が５％であった。鉱物相は、ダイカルシウムシリケートが３９質量％、カルシウムシリケート９質量％、また、カルシウムフェライト類が３７質量％であった。カルシウムフェライト類とカルシウムシリケート類の合計は、８５質量％であった。カルシウムフェライト類がやや少ないため、粒子の内部組織は、緻密なものの一部に空隙があった。この球形凝固体の圧潰強度は２２メガパスカルであり、本発明の球形凝固体の中では、やや強度の低いものであったが、一般的には十分な強度であった。なお、球形凝固体１〜３の安息角は、３〜７度と極めて小さかった。
【００２５】
表２には、また、球状凝固体４として、粒径がそろっている球形凝固体の例として、球状凝固体１を分級して、平均粒径が、１．２５ミリメートルで、０．６２ミリメートル以下の粒子の比率が４％、２．５ミリメートル以上の粒子が１％のものを示した。
一方、従来の細骨材である、千葉県産陸砂と石灰砕砂は、各々、圧潰強度は１８メガパスカルと１２メガパスカルであった。安息角は、各々、２９度と４１度であった。この比較で判明したように、本発明の細骨材である球形凝固体は、高強度で、かつ、高流動性のものであった。
【００２６】
【表１】
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表１に記されている球形凝固体１〜４を細骨材として用いて製造したモルタルの性状等を表２に示す。また、表３には、陸砂と球形凝固体１を混合した細骨材で製造したモルタル施工の結果を示した。表３には、また、比較例として、陸砂と石灰石砕砂の細骨材を用いたモルタルの性状も記載した。
モルタルの物性評価は、生モルタルの流動性指標として、１００ミリメートル径で、１０メートル長の鋼製パイプを毎分０．５立方メートル流して圧損を測定することで行い、また、生モルタル施工性の確認は、幅が３５ミリメートル、長さが６００ミリメートル、また、深さが１メートルの隙間への充填で行った。固化モルタルの強度指標として、施工後の固化モルタルの鉄片を押し付けて動かすことを繰り返す磨耗実験を行った。
【００２７】
【表２】
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実施例１〜４では、モルタル１立方メートル当たり、１３００〜１４００キログラムの細骨材、２３０キログラムのポルトランドセメント、および、３３０リットルの水を混合して製造した。細骨材の質量が異なるのは、これらの細骨材の比重が異なることが理由である。なお、生モルタルの流動性評価では、実施例１の圧損を１として、他のモルタルの圧損を相対値として比較した。固化モルタルの磨耗指標も、実施例１の耐磨耗性を１として比較した。なお、耐磨耗性は、大きい値ほど磨耗が少ない指標である。
【００２８】
実施例１では、球形凝固体１を用いたモルタルの結果である。パイプ内圧損は１（基準）であり、モルタルが完全に施工場所に充填されていた。耐磨耗性は１（基準）であった。なお、パイプ内圧損は小さいほど流動性が良く、また、耐磨耗性は大きいほど、磨耗に強い。実施例２は、球形凝固体２を用いたモルタルの結果であり、モルタルが完全に施工場所に充填されており、パイプ内圧損は０．９３、耐磨耗性は１．０８であった。実施例３は、球形凝固体３を用いたモルタルの結果であり、モルタルが完全に施工場所に充填されており、パイプ内圧損は１．１２、耐磨耗性は０．９１であった。
粒径がそろった球形凝固体４のモルタル施工結果を実施例４とした。この施工でのパイプ内圧損は１．２５であり、流動性は比較的良かった。しかし、施工時に細骨材とセメントミルクの分離が生じていた。この結果、生モルタル中の細骨材の偏在が起きた。この結果、耐磨耗性は０．８７とやや低かった。この実験の比較で分かるように、本発明の球形凝固体を１００％用いたモルタルは、高流動性、かつ、高耐磨耗性である。
【００２９】
【表３】
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実施例５〜７では、従来細骨材と本発明の球形凝固体との混合物を実験した。陸砂に球形凝固体１を１０質量％、１５質量％、および、４０質量％の比率で混合した細骨材で製造したモルタル施工の結果を示した。実施例５は１０質量％混合の場合の結果であり、パイプ内圧損は２．０で、耐磨耗性は０．７２であった。実施例６は１５質量％混合の場合の結果であり、パイプ内圧損は１．６で、耐磨耗性は０．８であり、実施例５に比べて、大幅に性能が改善した。実施例５と実施例６の固化モルタル内部を観察したところ、球形凝固体が上手に分散していた。実施例７は４０質量％混合の場合の結果であり、パイプ内圧損は１．２で、耐磨耗性は０．８７であり、良好な性能であった。
【００３０】
一方、陸砂と石灰砕砂を用いたモルタルの施工例を、各々、比較例２と３とした。比較例１では、パイプ内圧損は２．３で、耐磨耗性は０．７０であった。また、モルタルが完全に施工場所に充填されておらず、一部に空隙があった。比較例２では、パイプ内圧損は３．１と高く、また、耐磨耗性は０．６９と低かった。この場合も、モルタルが完全に施工場所に充填されておらず、実施例１〜７よりも空隙が多かった。このように、石灰砕砂は細骨材としての性能に劣るものであった。
【００３１】
【表４】
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球形凝固体１〜３が１００％である細骨材を用いて製造した実施例８〜１０のセメントの性状等を表４に示す。また、表４には、千葉県産陸砂、この陸砂に球形凝固体１を１５質量％、および、４０質量％の比率で混合した細骨材で製造したコンクリート施工の結果を示した。これらの施工では、コンクリート中には、砕石の粗骨材を１０５０キログラム、細骨材を７００〜９００キログラム、ポルトランドセメントを１６０キログラム、水を１９０リットルの配合とした。
【００３２】
生コンクリートの評価はスランプ試験で行い、固化セメント評価は強度試験で行った。従来の細骨材である陸砂を用いた試験（比較例３）では、スランプが１２．０センチメートルで、１３週強度は、３．７メガパスカルであった。球形凝固体１〜３を用いた実施例７〜９では、スランプが１３．５〜１４．０センチメートルで、施工１３週間後の強度は、４．２〜４．５メガパスカルであった。このように、スランプが大きく、流動性が良い生コンクリートであり、固化後の強度も比較例よりも高かった。実施例１１（球形凝固体１５質量％）と実施例１２（球形凝固体４０質量％）では、各々、スランプが１３．０センチメートルと１３．５センチメートであり、流動性が良好であった。また、１３週強度も、各々、４メガパスカルと４．４メガパスカルと良好であった。
【００３３】
次に、高流動モルタルとセメントの施工例として、４７００ブレーンの高炉スラグ微粉末が４０質量％と普通ポルトランドセメントが６０質量％の比率で入った、ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の混合品を使用した。細骨材は、球形凝固体１が１００％の比率で用いた。その他の施工条件は、以上に説明した実施例７〜９と同一である。表には記載がないが、このモルタル施工の結果が実施例１２であり、パイプ圧損が０．８９と極めて小さかった。また、施工された固化モルタルは欠陥のないものであった。耐磨耗性は０．９９であった。ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の混合品を使用したセメント施工結果は、実施例１３であり、スランプが１０．０センチメートルで、１３週強度は４．１ガパスカルであった。このように、細かい高ブレーン値のセメントを用いると、流動性がいっそう向上する。
【００３４】
また、表には記載がないが、実施例１４、実施例１５は、鉄鉱石と銅ガラミを粗骨材として用いた重量コンクリートの製造例である。実施例１４では、粗骨材として鉄鉱石（真比重５．２グラム／立方センチメートル）を、細骨材としてトータル鉄濃度が１７質量％の球形凝固体（真比重３．７グラム／立方センチメートル）を用いた例である。また、実施例１５では、粗骨材として銅ガラミ（真比重４．３グラム／立方センチメートル）を、細骨材としてトータル鉄濃度が１３質量％の球形凝固体（真比重３．５グラム／立方センチメートル）を用いた例である。
実施例１４では、コンクリート１立方メートルに対して、鉄鉱石を２，３００キログラム、本発明の球形凝固体を１，２００キログラム、ポルトランドセメントを２００キログラム使用した。この結果、比重が３．６グラム／立方センチメートルの重量コンクリートを製造できた。実施例１５では、コンクリート１立方メートルに対して、銅ガラミを１，９００キログラム、本発明の球形凝固体を１，１００キログラム、ポルトランドセメントを２００キログラム使用した。この結果、比重が３．３グラム／立方センチメートルの重量コンクリートを製造できた。このように、トータル鉄比率の高い、本発明の球形凝固体と重量粗骨材を用いれば、容易に重量コンクリートを製造できた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、高流動性を実現する球形の細骨材を提供する技術であり、また、この細骨材を使用することにより、高流動性のモルタルやセメントコンクリートを製造できる。
また、本発明の細骨材を混合することにより、低品質細骨材の物性を改善できる。また、重量コンクリートの製造にも用いることができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球形凝固体の構造を示す図である。
【図２】部分的に溶融した状態の複合酸化物を凝固させて、球形凝固体を製造する装置を示す図である。
【符号の説明】
１：　ダイカルシウムシリケート粒、
２：　トリカルシウムシリケート微粒、
３：　カルシウムフェライト鉱物相、
４：　酸化マグネシウム、
５：　容器、
６：　部分溶融物、
７：　ノズル、
８：　配管、
９：　コンプレッサー、
１０：球形凝固体
【図１】
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【図２】
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