(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記関係式（１）及び（２）を満足するように、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグの粉砕物と、細骨材と、石炭灰とを含むと共に、これに無水メタケイ酸塩、水ガラス及び水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であるアルカリ刺激材を更に含むことを特徴とする溶融スラグ硬化材。
１．７７≦Ｖ２／Ｖ１≦２．１０            ・・・（１）
０．０５≦Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）≦０．２０  ・・・（２）
（但し、前記式（１）及び（２）において、Ｖ１は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記溶融スラグの体積を表し、Ｖ２は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記細骨材の体積を表し、Ｖ３は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記石炭灰の体積を表す）
【請求項２】
前記溶融スラグの粉砕物の平均粒径が１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグ硬化材。
【請求項３】
前記アルカリ刺激材が無水メタケイ酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融スラグ硬化材。
【請求項４】
下記関係式（１）及び（２）を満足するように、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグの粉砕物、細骨材、及び石炭灰を含むと共に、これに無水メタケイ酸塩、水ガラス及び水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であるアルカリ刺激材を更に含む溶融スラグ硬化材と、水とを混練し、得られた混練物を高温養生して硬化させることを特徴とする溶融スラグ硬化体の製造方法。
１．７７≦Ｖ２／Ｖ１≦２．１０            ・・・（１）
０．０５≦Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）≦０．２０  ・・・（２）
（但し、前記式（１）及び（２）において、Ｖ１は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記溶融スラグの体積を表し、Ｖ２は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記細骨材の体積を表し、Ｖ３は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記石炭灰の体積を表す）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグ硬化材及びこれを用いた溶融スラグ硬化体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、日本における一般廃棄物の排出量は、年間約５０００万トンで、国民一人当り、１日に１ｋｇのごみを排出していることになる。最近までそれらの一般廃棄物は、そのほとんどが焼却され、埋め立て処分されてきた。しかし、焼却灰にはダイオキシン類等の有害物質が含まれていることがわかり、現在ではそれらの有害物質を取り除くために、ごみの焼却に伴って発生する焼却灰を更に高温で溶融する処理方法などを取ることが義務づけられている。
【０００３】
溶融された焼却灰は、冷却水により急冷され、溶融スラグ（水砕スラグ）とした後に埋立地に廃棄処分されている。その一方で、将来的な埋立地の確保が困難であることが予想されることから、溶融スラグの有効利用が検討されている。現在、検討されている溶融スラグの利用方法としては、コンクリート用細骨材としての利用や、路盤材としての利用が挙げられるが、増加する一般廃棄物の排出量を考慮すると、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグの安定した利用方法が望まれる。
【０００４】
そこで、本出願人らは、先に、溶融スラグの微粉末からなる溶融スラグ硬化材を提案している(特許文献１参照)。この溶融スラグ硬化材は、単に水を混ぜただけでは硬化しないが、水とアルカリ刺激材とを含むことによって硬化することからセメントの代替物として使用することができる。
【特許文献１】特開２００５−６０１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らは、前記特許文献１の溶融スラグ硬化材について更に検討を重ねた結果、この溶融スラグ硬化材を、水及びアルカリ刺激材と練り合わせて硬化させた溶融スラグ硬化体は、初期強度については十分であるものの、材齢を重ねるとその強度が低下することを見出した。
【０００６】
本発明の課題は、水及びアルカリ刺激材と練り合わせて得た溶融スラグ硬化体の経時的な強度の低下を抑制することができる溶融スラグ硬化材及びこれを用いた溶融スラグ硬化体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する本発明の溶融スラグ硬化材は、下記関係式（１）及び（２）を満足するように、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグの粉砕物と、細骨材と、石炭灰とを含むと共に、これに無水メタケイ酸塩、水ガラス及び水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であるアルカリ刺激材を更に含むことを特徴とする溶融スラグ硬化材。
１．７７≦Ｖ２／Ｖ１≦２．１０            ・・・（１）
０．０５≦Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）≦０．２０  ・・・（２）
（但し、前記式（１）及び（２）において、Ｖ１は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記溶融スラグの体積を表し、Ｖ２は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記細骨材の体積を表し、Ｖ３は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記石炭灰の体積を表す）
そして、前記課題を解決する本発明の溶融スラグ硬化体の製造方法は、前記関係式（１）及び（２）を満足するように、都市ごみ焼却灰から得られる溶融スラグの粉砕物、細骨材、及び石炭灰を含むと共に、これに無水メタケイ酸塩、水ガラス及び水酸化ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であるアルカリ刺激材を更に含む溶融スラグ硬化材と、水とを混練し、得られた混練物を高温養生して硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水及びアルカリ刺激材と練り合わせて得た溶融スラグ硬化体の経時的な強度の低下を抑制する溶融スラグ硬化材及びこれを用いた溶融スラグ硬化体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の溶融スラグ硬化材及びこれを用いた溶融スラグ硬化体の製造方法の実施形態について詳細に説明する。ここでは、先ず溶融スラグ硬化材について説明した後に、溶融スラグ硬化体の製造方法について説明する。
本実施形態に係る溶融スラグ硬化材は、溶融スラグの粉砕物と、細骨材と、石炭灰と、アルカリ刺激材とを含んでいる。
【００１０】
（溶融スラグ）
本実施形態での溶融スラグは、都市の生活環境から排出される一般ごみの焼却灰（都市ごみ焼却灰）から得られたガラス質のものであって、一般廃棄物溶融スラグと称されるものである。
この溶融スラグは、都市ごみ焼却灰を、ダイオキシン類を除去するために１３００℃以上、望ましくは１４００℃以上の高温で溶融した後に、この溶融物を水中で急冷して得ることができる。この溶融スラグは、都市ごみ焼却灰の溶融物が急冷される際に粒状に粉砕することで水砕スラグとも称されている。
【００１１】
この溶融スラグは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯを主成分としており、溶融方式の違いによって、その組成に差が生じることもあるが、例えば、ＳｉＯ２を３８．３質量％、ＣａＯを３６．１質量％、Ａｌ２Ｏ３を１４．９質量％、Ｆｅ２Ｏ３を２．３質量％、及びＮａ２Ｏを１．３質量％含むものが挙げられる。
そして、溶融スラグは、非晶化することで結晶化エネルギを内在しており、潜在水硬性を有している。つまり、溶融スラグは、単に水を混ぜただけでは硬化しないが、水と後記するアルカリ刺激材とを含むことによって硬化する。したがって、本実施形態での溶融スラグは、他の細骨材等の成分を結合する結合材として機能する。
【００１２】
このような溶融スラグの平均粒径（メジアン径）は、１〜３０μｍが望ましい。このような平均粒径の溶融スラグは、前記した水砕スラグを所定の粉砕機で更に粉砕処理したものであってもよい。
ちなみに、平均粒径（メジアン径）が１μｍ以上の溶融スラグを含む溶融スラグ硬化材は、溶融スラグ硬化材中で溶融スラグの再凝集を防止することができると共に、それ以上に微細化する工程が不要となって、溶融スラグ硬化材の製造コストを低減することができる。また、平均粒径（メジアン径）が３０μｍ以下の溶融スラグを含む溶融スラグ硬化材は、得られる溶融スラグ硬化体の圧縮強度を良好にすることができる。
【００１３】
（細骨材）
細骨材としては、例えば、川砂、海砂、砕砂等が挙げられる。
細骨材の溶融スラグ硬化材中における含有量としては、下記関係式（１）を満足するように設定されることが望ましい。
【００１４】
１．７７≦Ｖ２／Ｖ１≦２．１０            ・・・（１）
（但し、前記式（１）中、Ｖ１は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記溶融スラグの体積を表し、Ｖ２は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記細骨材の体積を表す）
なお、ここでの体積Ｖ１，Ｖ２は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して測定した各粉体の密度に基づいて質量から換算したものである。
【００１５】
また、溶融スラグ硬化材中の細骨材は、質量換算で、例えば、前記溶融スラグ硬化材１００質量部に対して、２００質量部程度とすることが望ましい。なお、この溶融スラグに対する細骨材の質量換算による比は、使用する溶融スラグ及び細骨材の性状に応じて本発明の課題を阻害しない限りにおいて変更することもできる。
【００１６】
（石炭灰）
石炭灰は、我国においては主として石炭火力発電所から石炭の燃焼によって生じる粉塵として得られる。石炭灰としては、例えば、フライアッシュ、シンダアッシュ、クリンカアッシュ等が挙げられる。このような石炭灰は、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を主成分としており、石炭の産地（成分）の違いによって、その組成に差が生じることもあるが、例えば、ＣａＯを４．５質量％、ＳｉＯ２を５７．５質量％、Ａｌ２Ｏ３を２７．７質量％、Ｆｅ２Ｏ３を５．４質量％、及びＮａ２Ｏを０．６質量％含むものが挙げられる。
【００１７】
石炭灰の溶融スラグ硬化材中における含有量としては、下記関係式（２）を満たすように設定されることが望ましい。
０．０５≦Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）≦０．２０  ・・・（２）
（但し、前記式（２）において、Ｖ２は、前記式（１）中のＶ２と同義であり、Ｖ３は、前記溶融スラグ硬化材に含まれる前記石炭灰の体積を表す）
【００１８】
この式（２）におけるＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）は、溶融スラグ硬化材中の溶融スラグに対して、所定量で含まれる前記細骨材の一部を置き換えるように石炭灰の配合量が決定される場合に、それらの体積で換算した置換率に相当する。以下に、「１００×Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）」を「石炭灰置換百分率（％）」ということがある。
したがって、本発明の溶融スラグ硬化材は、石炭灰置換百分率（％）が５％以上、２０％以下と言い換えることができる。
なお、ここでの体積Ｖ３は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して測定した粉体の密度に基づいて質量から換算したものである。
【００１９】
（アルカリ刺激材）
本実施形態でのアルカリ刺激材としては、例えば、無水メタケイ酸塩、水ガラス、水酸化ナトリウム等が挙げられる。アルカリ刺激材は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。中でも、無水メタケイ酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムは、溶融スラグの水硬性の向上や取り扱いが容易であって、得られる溶融スラグ硬化体の圧縮強度を高めることができることから望ましく、無水メタケイ酸ナトリウムは最も望ましい。
【００２０】
溶融スラグ硬化材におけるアルカリ刺激材の配合量は、溶融スラグ１００質量部に対して１０質量部以上とすることが望ましい。そして、溶融スラグの配合量ＳＬに対するアルカリ刺激材の配合量ＡＬの比（ＡＬ／ＳＬ）が増加するに伴って溶融スラグ硬化体の圧縮強度は増加する傾向にあるが、製造コスト等を考慮すると、アルカリ刺激材の配合量は、１０質量部以上、３５質量部以下とすることが更に望ましい。
【００２１】
本実施形態に係る溶融スラグ硬化材は、前記した溶融スラグ、細骨材、石炭灰及びアルカリ刺激材を所定の量で配合し、これらを混合することで製造することができる。また、溶融スラグ硬化材は、粗骨材を更に含むものであってもよい。
【００２２】
次に、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材を使用した溶融スラグ硬化体の製造方法について説明する。
この製造方法は、前記した溶融スラグの粉砕物、アルカリ刺激材、細骨材、及び石炭灰を、前記した所定の配合量で配合する溶融スラグ硬化材の調製工程と、得られた溶融スラグ硬化材に水を加えて混練する混練工程と、得られた混練物を高温養生する養生工程とを有する。
【００２３】
調製工程では、前記したように、溶融スラグの粉砕物、アルカリ刺激材、細骨材、及び石炭灰が、所定の配合量で配合され、これらが空練りされることで溶融スラグ硬化材が調製される。
【００２４】
混練工程で溶融スラグ硬化材に加えられる水の量としては、溶融スラグ硬化材に含まれる溶融スラグ１００質量部に対して、５０質量部程度でよい。
なお、この混練工程で得られる混練物には、アルカリ刺激材、細骨材、石炭灰、及び水のほか、粗骨材が配合されてもよい。この粗骨材の配合量は、溶融スラグ硬化材と水との合計体積（モルタル体積）を１とした場合に、粗骨材の体積が０．４５程度となるように設定すればよい。なお、粗骨材は、水を加える前の溶融スラグ硬化材に配合してもよい。
【００２５】
養生工程では、水が加えられて発熱する溶融スラグ硬化材を保温し、必要に応じて加熱することで、溶融スラグ硬化材と水を含む混練物が高温養生される。ここで、「高温養生 」とは、高温によるセメント系混合材料の養生であり、セメント系混合材料の硬化に当り、強度の発現を早く得ることのできる公知の高温養生をいう。具体的には、高温養生は、４０〜１５０℃の温度で養生され、望ましくは６５℃で行われる。このような高温養生は、蒸気養生法、封緘養生法等を使用して行われればよい。そして、このような高温養生によって、溶融スラグ硬化体の圧縮強度は増大することとなる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材及び溶融スラグ硬化体の製造方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係る溶融スラグ硬化材によれば、溶融スラグ、細骨材及び石炭灰を含んで構成されているので、水及びアルカリ刺激材と共に練り合わせて得られた溶融スラグ硬化体の経時的な強度の低下を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材は、溶融スラグと、細骨材と、石炭灰とを含むことから、経時的な収縮量が小さく、しかも材齢を経ても空隙等の発生を防止することができる。そして、このような効果は、前記式（１）及び（２）を満足するように溶融スラグ、細骨材及び石炭灰が配合されることでより顕著に現れる。
【００２８】
このような配合比で溶融スラグ、細骨材、及び石炭灰を含む溶融スラグ硬化材は、例えば、この溶融スラグ硬化材中に１００質量部といった所定の量で含まれる溶融スラグに対して、所定の比の範囲内で細骨材が配合される際に、この細骨材の一部を所定の比で石炭灰と置き換えたものに等しい。
【００２９】
また、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材によれば、従来のセメントの製造において石灰石を焼成してＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２を生成する際に多量に排出されていたＣＯ２をセメントの溶融スラグによる代替で大幅に削減することができる。つまり、石灰石の焼成により生じるＣＯ２及び焼成に石炭を用いるとしてその場合の燃焼によって生じるＣＯ２は、セメント１トン当り、約８５０ｋｇとなるから、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材は、セメントに代えて都市ごみ由来の溶融スラグをセメント原料に置換することによって、地球環境に重大な影響を及ぼす温暖化ガスの排出を大巾に削減することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る溶融スラグ硬化材においては、細骨材として天然砂が使用される場合には、天然資源である天然砂に置き換えて産業廃棄物である石炭灰が使用されるので、この溶融スラグ硬化材によれば天然資源の枯渇を防止することができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の溶融スラグ硬化材を実施例によって更に具体的に説明する。
（実施例１）
＜溶融スラグ硬化材の調製＞
この実施例１では、先ず、シャフト式ガス化溶融炉で一般廃棄物から得られた溶融スラグ（都市ごみ溶融スラグ）を粉砕することによって、平均粒径（メジアン径）が約１３μｍ、比重が２．８０、比表面積が３７５０ｃｍ２／ｇとなった溶融スラグを得た。
【００３２】
次に、この溶融スラグ３５．７ｍＬに対して、細骨材７５．１ｍＬ及び石炭灰４．０ｍＬが配合されることで、前記式（１）のＶ２／Ｖ１が２．１０で、前記式（２）のＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．０５となる組成物が調製された。つまり、この組成物は、前記した石炭灰置換百分率が５％となっている。
なお、ここで使用した細骨材は、岩瀬産砕砂であり、比重が２．５３で、粗粒率（Ｆ．Ｍ．）が２．８３であった。また、石炭灰は、ＪＩＳ灰（II種）であって、比重が２．２０で、比表面積が３４６０ｃｍ２／ｇであった。
【００３３】
このような組成物にアルカリ刺激材としての無水メタケイ酸ナトリウムが溶融スラグ１００質量部に対して２０質量部となるように配合され、そして、これらがモルタルミキサーで１分間空練りされることで本発明の溶融スラグ硬化材が調製された。ちなみに、この溶融スラグ硬化材は、質量換算で、溶融スラグ１００質量部に対して、細骨材が１９０質量部、石炭灰が８．８質量部、及びアルカリ刺激材が２０質量部からなる。以下、この溶融スラグ硬化材を石炭灰置換百分率５％の溶融スラグ硬化材という。
【００３４】
＜溶融スラグ硬化体（モルタル）の製造＞
先ず、得られた溶融スラグ硬化材に水が配合されてこれらがモルタルミキサーで１分３０秒間混練（本練り）された。水の配合量は、溶融スラグ１００質量部に対して５０質量部となるように設定された。この混練物（フレッシュのモルタル）のフロー値がＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して測定された。その結果を図１に示す。図１は、溶融スラグ硬化材に水を配合して混練した混練物（フレッシュのモルタル）のフロー値を示すグラフであり、横軸が石炭灰置換百分率（％）であり、縦軸がフロー値（ｍｍ）である。
【００３５】
次に、この混練物は、口径５０ｍｍ、深さ１００ｍｍの有底円筒形状の枠に２層に詰められた。この際、各層ごとにその表面が平らになるように１５回程度突き均された。そして、枠に詰められた混練物に蒸気養生が施された。その結果、枠内で溶融スラグ硬化材が硬化することによって、溶融スラグ硬化体が得られた。ちなみに、蒸気養生は、３０℃で２時間実施された後に、毎分１５℃ で最高温度６５℃まで昇温させ、同温度で５時間保存することによって行われた。
【００３６】
この溶融スラグ硬化体は、後記する所定の材齢（日）まで、２０±１℃、６０±５％ＲＨの恒温恒湿法で保存された。そして、溶融スラグ硬化体の圧縮強度が、所定の材齢（日）、つまり、前記した蒸気養生後、１日経過したものを材齢１日とし、材齢１日目、材齢７日目、材齢２８日目、及び材齢９１日目のそれぞれにおいて測定された。圧縮強度の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠して行われた。その結果を図２に示す。図２は、溶融スラグ硬化体（モルタル）の材齢（日）に対する圧縮強度（ＭＰａ）の関係を示すグラフである。なお、図２中、括弧書きの（％）は、石炭灰置換百分率である。
【００３７】
そして、材齢１日目の圧縮強度を１とした場合において、所定の材齢（日）の経過後における圧縮強度の比を圧縮強度比として図３に示す。図３は、溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を示すグラフである。
【００３８】
本実施例１では、前記した蒸気養生後、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（モルタル）の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図４に示す。図４は、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（モルタル）の収縮量（μｍ）を示すグラフである。
【００３９】
（実施例２）
＜溶融スラグ硬化材の調製＞
この実施例２では、溶融スラグ３５．７ｍＬに対して、細骨材７１．２ｍＬ及び石炭灰７．９ｍＬが配合されることで、前記式（１）のＶ２／Ｖ１が１．９９で、前記式（２）のＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．１０となる組成物が調製された。つまり、この組成物は、前記した石炭灰置換百分率が１０％となっている。なお、ここで使用した溶融スラグ、細骨材及び石炭灰は、実施例１と同様のものである。
【００４０】
そして、溶融スラグ、細骨材及び石炭灰の配合量を、前記したＶ２／Ｖ１が１．９９、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．１０となるように設定した以外は、実施例１と同様にして、本発明の溶融スラグ硬化材が調製された。ちなみに、この溶融スラグ硬化材は、質量換算で、溶融スラグ１００質量部に対して、細骨材が１８０質量部、石炭灰が１７．４質量部、及びアルカリ刺激材が２０質量部からなる。以下、この溶融スラグ硬化材を石炭灰置換百分率１０％の溶融スラグ硬化材という。
【００４１】
＜溶融スラグ硬化体（モルタル）の製造＞
本実施例２で得られた溶融スラグ硬化材を使用した以外は、実施例１と同様にして溶融スラグ硬化体が製造された。この際、実施例１と同様にして、溶融スラグ硬化材と水との混練物のフロー値が測定された。その結果を図１に示す。
そして、得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度が実施例１と同様にして測定された。その結果を図２に示す。
また、溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を図３に示す。
また、実施例１と同様に、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図４に示す。
【００４２】
（実施例３）
＜溶融スラグ硬化材の調製＞
この実施例３では、溶融スラグ３５．７ｍＬに対して、細骨材６７．２ｍＬ及び石炭灰１１．９ｍＬが配合されることで、前記式（１）のＶ２／Ｖ１が１．８８で、前記式（２）のＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．１５となる組成物が調製された。つまり、この組成物は、前記した石炭灰置換百分率が１５％となっている。なお、ここで使用した溶融スラグ、細骨材及び石炭灰は、実施例１と同様のものである。
【００４３】
そして、溶融スラグ、細骨材及び石炭灰の配合量を、前記したＶ２／Ｖ１が１．８８、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．１５となるように設定した以外は、実施例１と同様にして、本発明の溶融スラグ硬化材が調製された。ちなみに、この溶融スラグ硬化材は、質量換算で、溶融スラグ１００質量部に対して、細骨材が１７０質量部、石炭灰が２６．２質量部、及びアルカリ刺激材が２０質量部からなる。以下、この溶融スラグ硬化材を石炭灰置換百分率１５％の溶融スラグ硬化材という。
【００４４】
＜溶融スラグ硬化体（モルタル）の製造＞
本実施例３で得られた溶融スラグ硬化材を使用した以外は、実施例１と同様にして溶融スラグ硬化体が製造された。この際、実施例１と同様にして、溶融スラグ硬化材と水との混練物のフロー値が測定された。その結果を図１に示す。
そして、得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度が実施例１と同様にして測定された。その結果を図２に示す。
また、溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を図３に示す。
また、実施例１と同様に、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図４に示す。
【００４５】
（実施例４）
＜溶融スラグ硬化材の調製＞
この実施例４では、溶融スラグ３５．７ｍＬに対して、細骨材６３．３ｍＬ及び石炭灰１５．８ｍＬが配合されることで、前記式（１）のＶ２／Ｖ１が１．７７で、前記式（２）のＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．２０となる組成物が調製された。つまり、この組成物は、前記した石炭灰置換百分率が２０％となっている。なお、ここで使用した溶融スラグ、細骨材及び石炭灰は、実施例１と同様のものである。
【００４６】
そして、溶融スラグ、細骨材及び石炭灰の配合量を、前記したＶ２／Ｖ１が１．７７、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．２０となるように設定した以外は、実施例１と同様にして、本発明の溶融スラグ硬化材が調製された。ちなみに、この溶融スラグ硬化材は、質量換算で、溶融スラグ１００質量部に対して、細骨材が１６０質量部、石炭灰が３４．８質量部、及びアルカリ刺激材が２０質量部からなる。以下、この溶融スラグ硬化材を石炭灰置換百分率２０％の溶融スラグ硬化材という。
【００４７】
＜溶融スラグ硬化体（モルタル）の製造＞
本実施例４で得られた溶融スラグ硬化材を使用した以外は、実施例１と同様にして溶融スラグ硬化体が製造された。この際、実施例１と同様にして、溶融スラグ硬化材と水との混練物のフロー値が測定された。その結果を図１に示す。
そして、得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度が実施例１と同様にして測定された。その結果を図２に示す。
【００４８】
また、溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を図３に示す。そして、溶融スラグ硬化体の材齢１日目、材齢７日目、材齢１４日目及び材齢２８日目における圧縮強度比を図５に示す。図５は、実施例４で得られた溶融スラグ硬化体の材齢（日）と圧縮強度比との関係を示すグラフである。そして、図５には、後記する参考例の溶融スラグ硬化体の圧縮強度比を併記する。
【００４９】
また、実施例１と同様に、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図４に示す。
【００５０】
図６（ａ）は、実施例４で得られた材齢１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真、図６（ｂ）は、実施例４で得られた材齢９１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真である。
【００５１】
（比較例１）
＜溶融スラグ硬化材の調製＞
この比較例１では、溶融スラグ３５．７ｍＬに対して、細骨材７９．１ｍＬが配合され、石炭灰が配合されないことで、前記式（１）のＶ２／Ｖ１が２．２２で、前記式（２）のＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が「０」となる組成物が調製された。つまり、この組成物は、前記した石炭灰置換百分率が０％となっている。なお、ここで使用した溶融スラグ及び細骨材は、実施例１と同様のものである。
【００５２】
そして、溶融スラグ及び細骨材の配合量を、前記したＶ２／Ｖ１が２．２２、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が「０」なるように設定した以外は、実施例１と同様にして、本発明の溶融スラグ硬化材が調製された。ちなみに、この溶融スラグ硬化材は、質量換算で、溶融スラグ１００質量部に対して、細骨材が２００質量部、石炭灰が０質量部、及びアルカリ刺激材が２０質量部からなる。以下、この溶融スラグ硬化材を石炭灰置換百分率０％の溶融スラグ硬化材という。
【００５３】
＜溶融スラグ硬化体（モルタル）の製造＞
本比較例１で得られた溶融スラグ硬化材を使用した以外は、実施例１と同様にして溶融スラグ硬化体が製造された。この際、実施例１と同様にして、溶融スラグ硬化材と水との混練物のフロー値が測定された。その結果を図１に示す。
【００５４】
そして、得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度が実施例１と同様にして測定された。その結果を図２に示す。
また、溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を図３に示す。
また、実施例１と同様に、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図４に示す。
図７（ａ）は、比較例１で得られた材齢１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真、図７（ｂ）は、比較例１で得られた材齢９１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真である。
【００５５】
（実施例１から実施例４及び比較例１で得られた溶融スラグ硬化材の評価）
図２に示すように、比較例１の溶融スラグ硬化材を使用して製造された溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率０％）は、材齢７日目から圧縮強度が低下し始めている。
これに対して、実施例１の溶融スラグ硬化材から製造された溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率５％）は、材齢７日目を経過しても良好な圧縮強度を維持している。
そして、石炭灰置換百分率が１０％以上の実施例２、実施例３及び実施例４では、比較例１とは逆に、材齢７日目から更に圧縮強度が増している。
【００５６】
また、図３に示すように、溶融スラグ硬化体（モルタル）の圧縮強度比は、比較例１での溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率０％）における材齢２８日目のものが１．０を下回っている。これに対して、石炭灰置換百分率が５％以上の実施例１から実施例４での溶融スラグ硬化体は、材齢２８日目及び材齢９１日目の圧縮強度比のいずれもが、「１．０」をはるかに上回っている。そして、比較例１では、材齢２８日目の圧縮強度比よりも材齢９１日目の圧縮強度比が低下しているのに対して、実施例１から実施例４では、これとは逆に材齢９１日目の圧縮強度比が材齢２８日目の圧縮強度比よりも向上している。
【００５７】
また、図４に示すように、石炭灰置換百分率の増加に伴って溶融スラグ硬化体（モルタル）の収縮量は小さくなっている。つまり、石炭灰置換百分率が５％以上の実施例１から実施例４での溶融スラグ硬化体は、比較例１の溶融スラグ硬化体よりも収縮量が小さいので体積が安定し易く、溶融スラグ硬化体のひび割れの発生を防止することができる。
【００５８】
その一方で、図１に示すように、石炭灰置換百分率の増加に伴ってフレッシュのモルタルのフロー値は減少する傾向にある。つまり、フレッシュのモルタルの混練時の作業性を考慮すると、フロー値が１８０ｍｍ程度となる石炭灰置換百分率が２０％（実施例４）となるものが望ましいこととなる。
【００５９】
また、図７（ａ）に示すように、比較例１での溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率０％）は、材齢１日目においては空隙等の欠陥を生じていないが、図７（ｂ）に示すように、材齢９１日目においては空隙等の欠陥を生じている。
これに対して、実施例４での溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率２０％）は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、材齢１日目及び材齢９１日目のいずれにおいても空隙等の欠陥を生じていない。
【００６０】
以上の実施例１から実施例４及び比較例１から明らかなように、本発明の溶融スラグ硬化材は、溶融スラグと、細骨材と、石炭灰とを含むことから、得られた溶融スラグ硬化体の経時的な強度の低下を抑制することができることが検証された。
【００６１】
また、本発明の溶融スラグ硬化材は、溶融スラグと、細骨材と、石炭灰とを含むことから、経時的な収縮量が小さく、しかも材齢を経ても空隙等の発生を防止することができることが確認された。
そして、このような効果は、前記したＶ２／Ｖ１、及びＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が前記式（１）及び（２）を満足する実施例１から実施例４においてより顕著に現れることが確認された。なお、実施例１から実施例４及び比較例１におけるＶ２／Ｖ１、及びＶ３／（Ｖ２＋Ｖ３）を次の表１に纏めて記す。
【００６２】
【表１】
0004774089.tif 000002
【００６３】
但し、表１中、Ｖ１は、溶融スラグ硬化材に含まれる溶融スラグの体積を表し、Ｖ２は、溶融スラグ硬化材に含まれる細骨材の体積を表し、Ｖ３は、溶融スラグ硬化材に含まれる石炭灰の体積を表す。
【００６４】
そして、図５に示すように、実施例４の溶融スラグ硬化材（Ｖ２／Ｖ１が１．７７であって、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．２０）から得られた溶融スラグ硬化体は、材齢１日目の圧縮強度比よりも、材齢２８日目の圧縮強度比よりも大きくなっている。
【００６５】
その一方で、参考例の溶融スラグ硬化体は、材齢１日目からの材齢２８日目までの圧縮強度比が１．０程度になっている。ちなみに、この参考例は、Ｖ２／Ｖ１が２．７７であり、Ｖ３／（Ｖ２＋Ｖ３）が０．０８となるように溶融スラグ、細骨材、及び石炭灰を配合した溶融スラグ硬化材から得られた溶融スラグ硬化体を示している。更に詳しくは、この溶融スラグ硬化材は、比較例１の、溶融スラグ３５．７ｍＬに対して細骨材７９．１ｍＬが配合された溶融スラグ硬化材をベースに、この溶融スラグの一部である７．１ｍＬを石炭灰に置き換えたもので、溶融スラグ２８．６ｍＬ、細骨材７９．１ｍＬ、及び石炭灰７．１ｍＬを含んで構成されている。
【００６６】
つまり、実施例４では、体積換算で細骨材の２０％を石炭灰で置き換えたものであるのに対して、参考例では、体積換算で溶融スラグの２０％を石炭灰で置き換えたものである。
したがって、図５に示すように、体積換算で同じ割合で石炭灰を含むものであっても、溶融スラグを石炭灰で置き換えた溶融スラグ硬化体（参考例）よりも、細骨材を石炭灰で置き換えた溶融スラグ硬化体（実施例４）のほうが、材齢を経て圧縮強度比が増加することが検証された。
【００６７】
（実施例５から実施例８）
＜溶融スラグ硬化体（コンクリート）の製造＞
実施例５から実施例８では、実施例１から実施例４のそれぞれで調製した前記モルタル（溶融スラグ硬化材に水を加えたフレッシュのモルタル）に粗骨材を配合してフレッシュのコンクリートを調製した。なお、粗骨材の配合量は、体積比で、実施例１から実施例４のそれぞれで調製した前記モルタルが「１」に対して、粗骨材が「０．４５」となるように設定した。
【００６８】
得られたそれぞれのフレッシュのコンクリートにおけるスランプ値がＪＩＳ  Ａ  １１０１（コンクリートのスランプ試験方法）に準拠して測定された。その結果を図８に示す。図８は、溶融スラグ硬化材に水及び粗骨材を配合して混練した混練物（コンクリート）のスランプ値を示すグラフであって、横軸が石炭灰置換百分率（％）を表し、縦軸がスランプ値（ｃｍ）を表す。
【００６９】
次に、実施例５から実施例８で得られたフレッシュのコンクリートは、口径５０ｍｍ、深さ１００ｍｍの有底円筒形状の枠に注入された後に蒸気養生が施されることで硬化して溶融スラグ硬化体（コンクリート）となった。なお、蒸気養生は、実施例１と同様の条件で行われた。
【００７０】
そして、この溶融スラグ硬化体は、後記する所定の材齢（日）まで、２０±１℃、６０±５％ＲＨの恒温恒湿法で保存された。そして、溶融スラグ硬化体の圧縮強度が、実施例１と同様に測定された。その結果を図９に示す。図９は、溶融スラグ硬化体（コンクリート）の材齢（日）に対する圧縮強度（ＭＰａ）の関係を示すグラフである。なお、図９中、括弧書きの（％）は、石炭灰置換百分率である。
【００７１】
そして、前記した蒸気養生後、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（コンクリート）の収縮量（μｍ）が測定された。その結果を図１０に示す。図１０は、所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（コンクリート）の収縮量（μｍ）を示すグラフである。
【００７２】
（実施例５から実施例８で得られた溶融スラグ硬化材の評価）
図９に示すように、実施例５から実施例８の溶融スラグ硬化材を使用して製造された溶融スラグ硬化体（石炭灰置換百分率５％〜２０％）は、材齢７日目から更に圧縮強度が増している。
【００７３】
また、図１０に示すように、石炭灰置換百分率の増加に伴って溶融スラグ硬化体（モルタル）の収縮量は小さくなっている。つまり、石炭灰置換百分率が５％以上の実施例５から実施例８での溶融スラグ硬化体（コンクリート）は、収縮量が比較的に小さいので体積が安定し易く、溶融スラグ硬化体のひび割れの発生を防止することができる。
【００７４】
また、図８に示すように、石炭灰置換百分率が増加してもフレッシュのコンクリートのスランプ値は良好な範囲に維持されており、フレッシュのコンクリートの混練時の作業性も良好となることが検証された。
【００７５】
（実施例９から実施例１１及び比較例２）
この実施例９から実施例１１及び比較例２では、平均粒径（メジアン径）が約１３μｍの溶融スラグに代えて、平均粒径が５μｍの溶融スラグを使用し、且つアルカリ刺激材として図１１に示すものを使用した以外は、実施例１と同様に、溶融スラグ硬化材を調製すると共に、この溶融スラグ硬化材を使用して溶融スラグ硬化体（モルタル）を製造した。そして、各実施例で製造した溶融スラグ硬化体（モルタル）のそれぞれにおいて、材齢２８日目の圧縮強度が実施例１と同様に測定された。その結果を図１１に示す。図１１は、アルカリ刺激材が、水ガラス、無水メタケイ酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、又は水酸化カルシウムである場合に、その種類と得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度との関係を示すグラフである。
【００７６】
（実施例９から実施例１１及び比較例２で得られた溶融スラグ硬化材の評価）
図１１に示すように、アルカリ刺激材として、水ガラス、無水メタケイ酸ナトリウム、又は水酸化ナトリウムを含む溶融スラグ硬化材を使用した溶融スラグ硬化体（実施例９から実施例１１）は、水酸化カルシウムを使用したもの（比較例２）よりもはるかに圧縮強度に優れることが検証された。そして、無水メタケイ酸ナトリウムを使用した溶融スラグ硬化体（実施例１０）は、最も圧縮強度に優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】溶融スラグ硬化材に水を配合して混練した混練物（フレッシュのモルタル）のフロー値を示すグラフであり、横軸が石炭灰置換百分率（％）であり、縦軸がフロー値（ｍｍ）である。
【図２】溶融スラグ硬化体（モルタル）の材齢（日）に対する圧縮強度（ＭＰａ）の関係を示すグラフである。
【図３】溶融スラグ硬化体の材齢２８日目及び材齢９１日目における圧縮強度比を示すグラフである。
【図４】所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（モルタル）の収縮量（μｍ）を示すグラフである。
【図５】実施例４で得られた溶融スラグ硬化体の材齢（日）と圧縮強度比との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、実施例４で得られた材齢１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真、（ｂ）は、実施例４で得られた材齢９１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真である。
【図７】（ａ）は、比較例１で得られた材齢１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真、（ｂ）は、比較例１で得られた材齢９１日目の溶融スラグ硬化体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真である。
【図８】溶融スラグ硬化材に水及び粗骨材を配合して混練した混練物（コンクリート）のスランプ値を示すグラフであって、横軸が石炭灰置換百分率（％）を表し、縦軸がスランプ値（ｃｍ）を表す。
【図９】溶融スラグ硬化体（コンクリート）の材齢（日）に対する圧縮強度（ＭＰａ）の関係を示すグラフである。
【図１０】所定の材齢（日）の経過後における溶融スラグ硬化体（コンクリート）の収縮量（μｍ）を示すグラフである。
【図１１】アルカリ刺激材が、水ガラス、無水メタケイ酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、又は水酸化カルシウムである場合に、その種類と得られた溶融スラグ硬化体の圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１】
0004774089.tif 000003
【図２】
0004774089.tif 000004
【図３】
0004774089.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図８】
0004774089.tif 000008
【図９】
0004774089.tif 000009
【図１０】
0004774089.tif 000010
【図１１】
0004774089.tif 000011
【図６】
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【図７】
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