(57)【要約】スラグセメント混合物およびその製造方法が開示されている。スラグセメント混合物はキューポラスラグとポートランドスラグからなる。キューポラスラグは必要に応じて粉砕され、粒状化される。方法の一つの具体例では、水への浸漬、または水の散水によりスラグを急冷し、得られる生成物を粉砕して粉末度を少なくとも６０００ｃｍ２／ｇにする。また、３５％の粉砕した粒状化キューポラスラグをポートランドセメントに加えてポートランドセメント単独より高い強度及び高度のセメントを得る方法を含む。
2004500301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常のセメントにキューポラスラグを配合してなり、キューポラスラグが粉末度４０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されているセメント混合物。
【請求項２】
キューポラスラグが粉末度５０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されている請求項１に記載のセメント混合物。
【請求項３】
キューポラスラグが粉末度６０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されている請求項２に記載のセメント混合物。
【請求項４】
キューポラスラグが粉末度６０００から７０００ｃｍ２／ｇの間に粉砕されている請求項２に記載のセメント混合物。
【請求項５】
キューポラスラグが粉砕され、粒状化されている請求項４に記載のセメント混合物。
【請求項６】
キューポラスラグが、３２−４０％ ＳｉＯ２、７−１７％ Ａｌ２Ｏ３、２９−４９％ＣａＯ、８−１９％ＭｇＯを含む請求項３に記載のセメント混合物。
【請求項７】
通常のセメントがポートランドセメントである請求項３に記載のセメント混合物。
【請求項８】
通常のセメントに、５から５０容量％のキューポラスラグを配合してなるセメント混合物。
【請求項９】
キューポラスラグ２０から４０容量％配合してなる請求項８記載のセメント混合物。
【請求項１０】
キューポラスラグを約３５容量％配合してなる請求項９に記載のセメント混合物。
【請求項１１】
キューポラスラグが粉末度４０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されている請求項８に記載のセメント混合物。
【請求項１２】
キューポラスラグが粉末度５０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されている請求項１１に記載のセメント混合物。
【請求項１３】
キューポラスラグが粉末度６０００から７０００ｃｍ２／ｇの間に粉砕されている請求項１２に記載のセメント混合物。
【請求項１４】
キューポラスラグが粉砕され、粒状化されている請求項１３に記載のセメント混合物。
【請求項１５】
通常のセメントがポートランドセメントである請求項１４に記載のセメント混合物。
【請求項１６】
キューポラスラグ、通常のセメント、骨材を配合する方法により調整されるコンクリート。
【請求項１７】
さらに（ａ）水を加える，（ｂ）硬化させる工程を含む請求項１６に記載のコンクリート。
【請求項１８】
硬化したコンクリートが７００ｐｓｉ以上の曲げ強度を示す請求項１７に記載のコンクリート。
【請求項１９】
硬化したコンクリートの７２時間水和熱が約２５０Ｊ／ｇを超えない請求項１８に記載のコンクリート。
【請求項２０】
硬化したコンクリートのモルタルバーの１４日膨張が約０．２％を超えない請求項１９に記載のコンクリート。
【請求項２１】
請求項１６に記載のコンクリートからなる道路表面。
【請求項２２】
請求項１６に記載のコンクリートからなるコンクリート床。
【請求項２３】
請求項１６に記載のコンクリートからなるコンクリート建築材料。
【請求項２４】
請求項１６に記載のコンクリートからなる巨大コンクリートポア。
【請求項２５】
セメントに粉砕した粒状のキューポラスラグ２０から４０容量％を配合してなるセメント強度の改善方法。
【請求項２６】
セメントに粉砕した粒状のキューポラスラグ約３５容量％を配合してなる請求項２５に記載のセメント強度の改善方法。
【請求項２７】
粉砕した粒状のキューポラスラグが少なくとも粉末度６０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項２５に記載のコンクリート強度の改善方法。
【請求項２８】
セメントがポートランドセメントである請求項２５に記載のコンクリート強度の改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（従前の出願との関係）
この出願は２０００年２月１８日出願の、米国仮出願番号６０／１８３，３７０号の優先権を主張するものである。
【０００２】
（発明の属する技術分野）
本発明はセメントに関するものである。特に、本発明はスラグセメント混合物およびその製造方法に関するものである。本発明は広い範囲に適用できるものであるが、特に構造コンクリートおよびコンクリート構造物に適するものである。
【０００３】
（背景技術）
セメントは広く建築用材料として使用されている。セメントの特に汎用されているものはポートランドセメントである。ポートランドセメントはモルタル、コンクリートのような用途および建築用ブロックのようなセメント建築用材料に使用されている。このポートランドセメントはクリンカーを約３０００から５０００ｃｍ２／ｇまたはそれ以下の比表面積に粉末化して製造されている。クリンカーは石灰石、頁岩、砂、粘土およびフライ・アッシュのような成分から昇温下でセメントキルン中で形成される。このセメントキルンは原料を脱水および仮焼してトリカルシウムシリケート（３ＣａＯ−ＳｉＯ２）、ジカルシウムシリケート（２ＣａＯ−ＳｉＯ２）、トリカルシウムアルミネート（３ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３）、テトラカルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−−Ｆｅ２Ｏ３）からなるクリンカー組成物を生成する。
【０００４】
通常のモルタルおよびコンクリート組成物はセメントと、砂利および砂のような骨材を含み、水によって水和反応を起こさせる。モルタル製品はセメント、微細な骨材および水を混合することによって得られる硬化したセメント製品である。コンクリート製品はセメント、粗大な骨材、水そしてしばしば微細な骨材とを混合して得られる硬化したセメント製品である。
【０００５】
このコンクリート及びモルタル製品の強度特性は部分的にセメント、骨材および水の相対比率に依存している。ＡＳＴＭ（Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の標準試験手法のＡＳＴＭ Ｃ１９２およびＣ３９では混合、成形、硬化および１，３，７，１４および２８日基準でポートランドセメントのコンクリート混合物を試験する手順を示している。より大きな圧縮強度はセメントの望ましい特性であって、材料の多くはセメントの圧縮強度を改善するように使用されてきた。
【０００６】
硬化したセメントの圧縮強度を改善する一つの方法は、セメントに粒状化した高炉のスラグを混合して改善されたセメント組成を与えることである。高炉スラグは高炉で製鉄する時の副産物であり、カルシウムのシリケートおよびアミノシリケートからなる。ある早期硬化用セメントは高炉スラグと石膏とを混ぜて製造することができる（例えば、米国特許第１，６２７，２３７号および２，９４７，６４３号参照）。高炉スラグは水硬性を有し、ポートランドセメントと非常によく似ているので、セメントに高炉スラグを混ぜることはセメント強度を増加させる常法である（ＡＳＴＭ規格Ｃ９８９参照）。
【０００７】
典型的な北米高炉スラグの組成範囲は、３２−４０％ ＳｉＯ２、７−１７％ Ａｌ２Ｏ３、２９−４９％ＣａＯ、８−１９％ＭｇＯ、０．７−２．２％ ＳＯ３、０．１−１．５％ Ｆｅ２Ｏ３、０．２−１．０％ＭｎＯ（Ｔｈｅ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ＲＤ１１２Ｔ参照）。米国における高炉は塩基性スラグ、典型的にはスラグ比（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）／（％Ｓｉ Ｏ２＋％ Ａｌ２Ｏ３）が、製造される鉄から硫黄を除去し、高炭素濃度の鉄を製造することができるように、１．０以上に維持されているものを使用して操業されている。また高炉スラグの化学組成は特にアルミナ濃度において、広い範囲にわたって変化する。この高炉スラグは長い間非常に有益なものとして認識されており、多くの用途に使用されてきた。セメント添加物としての用途以外に、この高炉スラグはアスファルト、汚水散水ろ床媒体、道路充填物、鉄道バラストに使用されてきた。
【０００８】
高炉スラグは高アルカリ濃度のコンクリート混合物およびアルカリ反応性の骨材の過剰膨張を防止するために使用することができる。このようなセメント混合物の４０％以上で用いられる高炉スラグは過剰膨張を防止することができる。また、高炉スラグは早期硬化が特徴であり、その時間は水をセメント混合物に加えてからその混合物が特定の方法で測定した場合に、一定の硬さに到達するまでの時間をいう。
【０００９】
製鋼スラグ（ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ）もまたセメント添加物として使用されている。製鋼スラグは高炉で製鋼中に形成されるもので、しばしば高濃度のフェライトを含有している。このフェライト組成のために製鋼スラグは一般にセメント道路建造材料の充填物またはセメントキルンの原材料として使用されている。このスラグにミネラル分をさらに添加し、スラグ中のフェライト組成を減少させることによって、製鋼スラグから水硬性のセメントベースを生産することができる。この追加の工程によって、有益な製品を与えることができるが、コスト高となり、かつ時間の浪費となる。
【００１０】
高炉スラグと製鋼スラグを混ぜると、強度の高いセメント製品ができるが、キューポラ炉スラグ、鋳鉄中の副産物は加工中の添加以外ではセメントに使われることはまれである（ＡＳＴＭ Ｃ４６５およびＣｕｐｏｌａ Ｈａｎｄｂｏｏｋ； Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｆｏｕｎｄｒｙｍｅｎ’ｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ 発行参照）。高炉およびキューポラ炉の操業は異なっており、異なった鉄製品を製造するために使用されている結果、これらの炉のスラグ生成物もまた化学組成および材料特性において異なっている。キューポラスラグは高炉スラグとは異なった水硬特性を有している。例えば、キューポラスラグを混ぜたセメントはゆっくりと硬化し、７日経過時点では高炉スラグを混ぜたセメントの強度を有していない。また、キューポラスラグは雨水によるある成分の流出等の周囲環境によって、共通のコンクリート添加物ではなくなっている。実際にキューポラスラグは廃棄の問題が存在し、追加費用を要し、製鉄コストを上昇させている。
【００１１】
従って、セメント分野においては、より長い硬化時間でより高い硬度のより高い強度のセメント製品を得ることが要望されている。また、鋳鉄生産においては、環境上安全で経済的に実用性のあるキューポラスラグの廃棄方法が必要となっている。
【００１２】
（発明の概要）
従って、本発明は増大した圧縮強度を有するキューポラスラグブレンドのセメントを提供することを目的とする。本発明は、高い硬度と高い強度の双方を有するコンクリートを形成するセメント混合物であって、環境上健全で、かつ経済的に実用性のあるキューポラスラグのリサイクル方法を提供する主要な利点を有する。本発明のセメント組成物は硫酸侵食およびアルカリシリカ反応による膨張に対し抵抗を有し、広い範囲の硬化時間を有するように構成することができる。
【００１３】
上記利点を達成するために本発明の目的にしたがって、具体的に広範囲に記載されるように、本発明は、ポートランドセメントに粉末度４０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されたキューポラスラグを配合してなる水硬性セメントにある。好ましい具体例では、本発明はポートランドセメントに粉末度５０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕されたキューポラスラグを配合してなる水硬性セメントにある。最も好ましい具体例では、本発明はポートランドセメントに粉末度６０００から７０００ｃｍ２／ｇの間に粉砕されたキューポラスラグを配合してなる水硬性セメントにある。
【００１４】
ある具体例では、本発明は粉砕された粒状のキューポラ炉スラグをポートランドセメントに約２０から５０％配合してなる水硬性セメントにある。好ましい具体例では、本発明は粉砕された粒状のキューポラ炉スラグをポートランドセメントに約３０から４０％配合してなる水硬性セメントにある。他の好ましい具体例では、本発明は粉砕された粒状のキューポラ炉スラグをポートランドセメントに約３５％配合してなる水硬性セメントにある。
【００１５】
本発明は約５０００から約７０００ｃｍ２／ｇの粉末度を有する粉砕された粒状のキューポラ炉スラグを含み、この粉末度は高炉スラグのためのＡＳＴＭ Ｃ９８９ Ｇｒａｄｅ １００規格の要求に見合う。
【００１６】
本発明は約６０００から約６７５０ｃｍ２／ｇの粉末度を有する粉砕された粒状のキューポラ炉スラグを含む。本発明はまた、約６５００ｃｍ２／ｇの粉末度を有する粉砕された粒状のキューポラ炉スラグを含む。
【００１７】
本発明の一つの具体例では、約３５％のキューポラ炉スラグを含む配合セメント混合物は７０００ｐｓｉ以上の２８日経過圧縮強度および７００ｐｓｉ以上の曲げ強度を示す。
【００１８】
本発明の他の実施例では、約３５％のキューポラ炉スラグの配合セメント混合物の水和全熱量は７２時間測定で２５０Ｊ／ｇを超えず、モルタルバー（ｍｏｒｔａｒ ｂａｒｓ）の膨張は１４日経過での測定で０．２０％を超えない。
【００１９】
本発明のある具体例では、本発明はセメントキルン供給源としてキューポラスラグを使用する方法を含む。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
本発明の水硬性セメントの組成は、キューポラ炉スラグを有益な製品に変換することによって、本件分野における要求にこたえるものである。
【００２１】
本発明のセメント組成は、硫酸侵食に対し広い範囲にわたって耐性を有するとともに、広い範囲の硬化時間を有するように構成することができ、コンクリート製品を作る種々の目的に使用することができる。特に粉砕した粒状化キューポラ炉スラグを３５％含み、少なくとも粉末度６０００ｃｍ２／ｇを有し、ポートランドセメントにブレンドされる高炉スラグのＡＳＴＭ Ｃ９８９ Ｇｒａｄｅ１００規格の粉末度に適合するものは、現在使用されているコンクリートより予測圧縮強度が向上し、そのためより耐久性に優れたコンクリート製品を供給する。さらに、本発明の硫酸侵食耐性により、キューポラ炉スラグ配合セメントにより製造された全ての製品の有効長さは増加し、このような製品の取りかえ時間を延長し、全体のコストを減少させることができる。
【００２２】
ポートランドセメントの化学組成は、スラグ配合セメントの硬化、エイジング、耐化学侵食において重要な役割を果たす。ポートランドセメントの処理は製造工程における化学的組成を変更する方法としてよく知られている。しかしながら本発明は、ポートランドセメントに限定されるものではない。他のセメントとキューポラスラグを混合することにより、セメント／キューポラスラグの混合物の強度を向上させると思われる。
【００２３】
キューポラ炉は金属性および鉱物充填材料の高温溶融によって鋳鉄を製造するために使用される垂直シャフト炉である。キューポラ炉は連続溶解シャフトを含み、汚染されたスクラップを含む幅広い原料を許容する。バッチ型炉に比して、キューポラ炉のエネルギー必要度は低い。溶融鉄は炉の底から取り出される。スラグは溶融状態でスラグホールを介して除去される。キューポラ炉スラグは水に浸漬させることにより急速に冷却するのが好ましく、微細な粒状の製品が得られ、セメントに有効なスラグとするに必要な粉砕量を減少させる。また、水をスラグ上に散水して、急冷してもよい。また、空冷して粗い粒状でない製品を得ることもできる。
【００２４】
キューポラ炉スラグは高炉スラグと化学組成を異にしており、例えば、キューポラスラグは高炉スラグよりも高いシリカ濃度および低いカルシウム酸化物濃度を有している。高炉を塩基性スラグを使用して操業するが、キューポラ炉は一般に灰色鋳鉄製造のためには酸性スラグを使用して操業する。（ダクタイル鋳鉄の生産のためのキューポラ炉では塩基性スラグがしばしば使用される。なぜなら塩基性スラグは溶融中におけるキューポラ内の硫黄分を除去するからである）。高炉操業によって溶融鉄トンあたり約３０％のスラグを生産するが、キューポラ炉の操業によっては、溶融される鉄鉱石トンあたり５ないし６％のスラグが生産されるにすぎない。
【００２５】
セメントのユーザーは特に凝固および強度の特性の発展について興味を抱いている。最大および最小硬化時間および対照セメントの最小強度はポートランドセメントに対するＡＳＴＭ Ｃ１５０標準基準に記載されている。原料または燃料中に存在する不純物からクリンカー中で形成される多くの重要でない成分はクリンカー形成工程および得られるセメント材料の水硬反応性およびセメント特性の双方に影響を与える。特にセメント中、具体的にはポートランドセメント中に存在するＫ２ＯおよびＮａ２Ｏのようなアルカリのレベルは重要である場合がある。例えば、セメント状材料がＳｉＯ２を含む骨材と結合すると、セメント状材料中のアルカリ成分がこのＳｉＯ２と反応して、膨張性のアルカリシリカゲルを形成し、これがコンクリート構造物の破損またはクラックの原因となる。骨材中の反応性ＳｉＯ２の検出は難しいので、一般に低いアルカリ濃度のセメント状材料が使用される。高炉スラグは一般に、事実上塩基性である。したがって、最大約０．６％相当量のＮａ２ＯがＡＳＴＭ Ｃ１５０規格の選択的限界として含まれている。
【００２６】
過剰な膨張を防止し、セメントを製造するに使用される全エネルギーを減少させつつ、ＳｉＯ２反応性骨材とともに０．６％を超える相当量のＮａ２Ｏを含むセメントを使用することができる。ある実施例では、セメント、好ましくはポートランドセメントと潜在的に水硬性の材料、例えば、粉砕された粒状高炉スラグと混合する。しかしながら、潜在的に水硬性の材料はポートランドセメントのように迅速に反応しないが、結果的にこれらは初期よりもむしろ後期発達性セメント強度に貢献する。この減少した早期活性は水硬性の熱量を低減する結果になり、これが熱的クラック形成につながる。しかしながら、高炉スラグを添加すると熱的クラック形成が除去される。
【００２７】
ＡＳＴＭ Ｃ１２５−９９ａ（コンクリートおよびコンクリート骨材に関する標準用語）では、水硬性セメントに適用される多くの用語を定義している。従来高炉スラグの水硬性は、高炉スラグの化学的性質および溶融スラグの冷却方法によって大きく変わる、ということが知られている。
【００２８】
高炉スラグは高炉スラグ活性試験の成績によって３つのグレード、すなわち、グレード、グレード８０、グレード１００、グレード１２０にわかれる。ＡＳＴＭ Ｃ９８９では、３つの強度グレードの微細化粒状高炉スラグとポートランドセメントを混合した場合の強度の発展性を７日経過および２８日経過の時点で測定した結果を示し、高炉スラグ活性インデックス（ＳＡＩ）として示している。高炉スラグをポートランドセメントとともにコンクリート中に使用すると、強度の発展レベルおよび速度は高炉スラグ、ポートランドセメントの性質、高炉スラグとセメントとの相対量および全体量ならびにセメント硬化温度に依存する。スラグが高炉からのものでないならば、ＡＳＴＭ規格Ｃ９８９の高炉スラグとして出荷することはできない。
【００２９】
ＡＳＴＭ Ｃ９８９は、高炉スラグ活性をテストするために使用した対照のセメントは３５ＭＰａ（５０００ｐｓｉ）の最小２８日経過強度を有し、アルカリ濃度が０．６から０．９％であると特定している。正しく高炉スラグを分類するために、対照のポートランドセメントはＡＳＴＭ Ｃ９８９規格のもとでの強度およびアルカリ濃度の限界に一致しなければならない。試験データは１，３および７日経過時のコンクリート圧縮強度が高炉スラグセメント組成を使用すると低下する傾向にあることを示す。一般に高炉スラグのより高いグレードのものはより多くの量を使用することができ、早期共同性能を改善する。しかしながら、高炉スラグセメントの性能を正しく評価するためには、作業条件での作業材料を使用して試験する必要がある。
【００３０】
高炉スラグは水硬特性を実現するための活性剤を必要とする潜在的水硬特性を有する。スラグが水硬特性を獲得するための一つの方法は、スラグを急速に冷却してガラス状態で溶融スラグを保存することである。スラグの水硬特性を活性化するに共通して使用される二つの方法には、粒状化（ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ）とペレット化（ｐｅｌｌｅｔｉｚａｔｉｏｎ）がある。粒状化工程では加圧した大量の水をスラグに注水してスラグを冷却する。スラグの温度が冷却前に溶融点以上であるなら、急冷によって高度にガラス化した湿性の砂状材料を形成する。スラグがゆっくり冷却できるならば、結晶化して減少した水硬特性を示す。所望の粉末度を達成するためには、粒状化したスラグを乾燥して粉砕する。高炉スラグは典型的には比表面積
５０００ないし６５００ｃｍ２／ｇまで粉砕される。６５００ｃｍ２／ｇより大きい粉末度には追加の工程を必要とし、乾燥状態では大規模に達成することは困難である。比表面積の他の測定方法はＢｌａｉｎｅ 空気透過方法である。この粉末度試験はＡＳＴＭ Ｃ２０４（空気透過率試験による水硬性セメントの標準試験方法）に記載されている。そこでは高炉スラグは比表面積５０００から６５００ｃｍ２／ｇを有していると記載されている。高い強度への早期達成は粉末度７５００ｃｍ２／ｇまで粉砕された高炉スラグを有するセメントの特徴である。粉末度が上昇すればするほど硬化反応速度は向上する。粉砕された粒状化高炉スラグは典型的には粉末度約５０００から６５００ｃｍ２／ｇであって、粉末度７５００ｃｍ２／ｇを達成するためにはさらに粉砕工程が必要である。この更なる粉砕工程にはエネルギーコストが必要であるが、得られるセメントの機械的強度を実質的に改善する。より大きな比表面積であると、一般に初期強度が増大する。
【００３１】
キューポラ炉スラグは、スラグ急冷の方法によって粒状化することができる。溶融キューポラ炉スラグは加圧下に大量の水をスラグ中に注水することによって粒状化し、高度にガラス化した湿性の砂状材料が製造される。ガラス化の程度は注水前のスラグ温度および加圧下の水の温度に依存する。キューポラスラグは低い濃度の硫酸塩およびマグネシウムを含み、高い濃度のシリカおよび鉄酸化物を含むので、発生する熱は減少し、硬化時間を増大させ、かつコンクリートの初期強度獲得を遅らせる利点がある。低い硫酸塩およびマグネシア濃度と高いシリカおよび鉄酸化物濃度との組合せによって、水和およびアルカリシリカ反応の熱による膨張を減少させることとなる。
【００３２】
本発明を実施することによって得られる利益を例示するために、プレインコンクリート混合物を調製し、キューポラスラグを含む同様の混合物と比較した。次の実施例は例示的であるが、限定を意味するものでない。方法および詳細は最新の適用可能なＡＳＴＭ基準に従っている。
【００３３】
（実施例１）
本発明におけるセメント組成物において有効なキューポラ炉スラグの、分析に基づく成分を以下に示す。
【００３４】
【表１】
キューポラスラグの組成物
2004500301.tif 000003
【００３５】
高炉スラグにのみ適用されるのであるが、ＡＳＴＭ Ｃ９８９（コンクリート中で使用するための粒状化した高炉スラグの標準規格）に記載されているスラグ活性インデックス（ＳＡＩ）は、ＡＳＴＭ Ｃ２０４（空気透過率試験による水硬性セメントの標準試験方法）に記載されている粉末度試験と同様、キューポラ炉スラグでも用いられた。表２は４０−１ｂ粉砕機を使って粉砕された２つの異なるキューポラスラグ例で実施した上記２つの試験の結果を示しており、その２つの異なる粉末度の値は市販の高炉スラグにおける値と類似している。
【００３６】
【表２】
2004500301.tif 000004
【００３７】
表２より明白であるが、２つの試料ともＡＳＴＭ Ｃ９８９ ＳＡＩのグレード８０およびグレード１００において２８日経過の高炉スラグに求められる基準を超えている。試料２ではＳＡＩのグレード１００において７日経過時の必要量をも満たしている。この試験を基に、試料２の追加の試験が行われた。
【００３８】
ニートセメントペースト上で、対照セメントで形成したキューポラ炉スラグ上で、熱量計を内部において２ｇのセメントに水を注入混合して配合されたキューポラ炉スラグを用い、伝導熱量測定を行なった。この試験で使用したスラグは市販の高炉スラググレード１００の７日および２８日経過時の必要量（ＡＳＴＭ Ｃ９８９高炉スラグ活性インデックス）に適合するので、試料２であった。水和熱は７２時間にわたって記録された。最初のピークはセメントが混合水と接触するので、反応熱を示す。その初期のピーク後、上記ペーストが可塑状態である間は、相対的に不活性な状態の期間が存在する。第２のピークはセメント中のエーライトが急速に水和し、熱が発生している状態の加速反応を示している。上記加速期間の始まりの後に、ペーストの初期硬化がすぐに起こり、加速期間の終期には最終の硬化が起こる。最終硬化後に、熱発生は最大となり、その後熱発生は降下して定常状態となる。水和熱はセメントの化学的および物理的特性に関係するものである。表３は熱量試験の結果を示す。
【００３９】
【表３】
2004500301.tif 000005
【００４０】
表３はキューポラスラグ・セメントの初期水和ピークが対照セメントより時間的に遅れて生じ、非常にゆっくりとした速度で熱を発生し、非常に減少した熱量を発生することを示している。水和反応後、半時間の全熱量はキューポラ炉スラグのものよりもかなり低い。対照セメントとキューポラスラグ・セメントとの他の主要な相違点は、エーライト水和の開始および水和反応のピークが対照のものよりもキューポラスラグ・セメントの方が非常に遅いということである。エーライト水和により放出される最初の全熱量は、キューポラスラグ・セメントの方がより低いが、時間とともにエーライト水和のピークが起こり、発生する全熱量は対照セメントよりキューポラスラグ・セメントの方が高い。全体として放出される全熱量は測定される各期間においてキューポラセメントの方が低い。キューポラスラグ・セメントの驚くべき低熱量特性によって、べた基礎、ブリッジ・デッキ、波止場およびダムのような巨大なコンクリート鋳造物（ｐｏｕｒｓ）に対して適用するコンクリート造形に特に有益なものとなる。
【００４１】
試料２に対する硫酸侵食に対する耐性は、ＡＳＴＭ Ｃ１０１２（硫酸塩溶液にさらされた水和セメントのモルタルにおける長さ変化の標準的試験方法）によって試験された。１５週間経過時の対照と配合されたキューポラ炉スラグセメントの膨張は、それぞれ０．０２６と０．０１５％であった。
【００４２】
キューポラスラグのアルカリ反応性潜在的調整力は、ＡＳＴＭ Ｃ１２６０（骨材の潜在的アルカリ反応性の標準試験方法：モルタルバー・メソッド）を使用して測定された。この試験で使用したセメントは試料２のキューポラ炉スラグ配合物であった。骨材は非常に反応性の高いＡｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ サンドであった。表４はその結果を示す。
【００４３】
【表４】
2004500301.tif 000006
【００４４】
表４はキューポラスラグのアルカリ反応性を調整する潜在力が対照物より１１日および１４日経過時においてキューポラスラグの方がかなり低いことを示している。
【００４５】
キューポラ炉スラグ（試料２）３５％を含有する配合セメントの圧縮および曲げ強度を３日、７日、２８日、５８日および９０日経過時点で測定し、同一経過時における対照セメントと比較した。いずれにも化学的添加物は添加しなかった。混合物は同一のセメント含有量および水セメント比率で調整された。ニ種類のセメント混合比率を表５に示す。一方、圧縮および曲げテストの結果を表６に示す。
【００４６】
【表５】
2004500301.tif 000007
【００４７】
【表６】
2004500301.tif 000008
【００４８】
表６は、キューポラスラグ配合セメントの３日および７日の時点におけるＡＳＴＭ Ｃ２９法で測定した圧縮強度低下を示す。しかしながら、２８日経過時点まではキューポラスラグの圧縮強度は、対照セメントを超るものであって、全体として予測外の結果である。
さらに、キューポラスラグ配合セメントの圧縮強度は５６日経過までは予想外にも増加を続け、その後横ばい状態となった。５６日経過時点では、キューポラスラグ配合セメントの圧縮強度は対照セメントより大きな１２００ｐｓｉ以上である。この試験によってキューポラスラグ配合セメントは従来のセメントで製造される以上の優れたコンクリートを形成するという驚くべき結果を示している。表６はキューポラスラグ配合セメントの曲げ強度をＡＳＴＭ Ｃ７８法によって測定した結果を示し、対照のものよりもゆっくりと発展し、２８日経過後では対照セメントとほぼ等しくなることを示している。
【００４９】
（Ｘ線回折分析）
Ｘ線回折を使用して材料の結晶性を同定し、評価することができる。結晶性の材料は三次元配列の秩序だった原子配列からなる。このような配列は近接して充填された原子層間に特徴的な間隔を有している。間隔の長さは、原子サイズおよび三次元配列によって変わる。
【００５０】
粉末化した試料をＸ線源からの輻射ビームに付し、回折パターンを得た。Ｘ線ビームは粉末を短い距離だけ貫通し、粉末化された試料内で原子の最も濃密に充填された層から回折する。このＸ線ビームは粉末化した試料の表面に対する一連の角度で回転させる。回折されたビームからのシグナルが特に強いときは、原子の層間距離（ｄ間隔）は入射線の波長と入射角度の積として計算することができる。
【００５１】
結晶質材料は一定の角度での相対的ピーク高さに特徴的なパターンを有する。結晶質材料の混合物はこれらのパターンの組合せを示し、種々の材料からの相対的ピーク高さは各結晶質材料の相対的濃度を定量するために使用することができる。Ｘ線回折はまたコンクリート物中のクラックの同定のために使用することができる。Ｘ線の検出限界は分析される材料の種類に依存し、５ないし１０％程度である。
【００５２】
粉砕された粒状化キューポラ炉スラグの試料は細かく粉砕され、フィリップスＰＷ１７２０Ｘ線回折計（ＣｕＫθ）でのＸＲＤ分析に付する。この回折計はθ補償スリット、グラファイト製モノクロメーター、ガス比率カウンター検出器、パルス高さ選択器、ストリップチャート記録計を備えている。市販の粒状化高炉スラグ試料もまた、細かく粉砕され、対照物として分析された。各試料は１°２θ／分の速度で６５°２θから６°２θまで走査された。表７はＸＲＤによって検出された相の概要を示す。
【００５３】
【表７】
Ｘ線回折分析
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【００５４】
表７からわかるように、ニ種類のスラグ試料は結晶質組成および非結晶質、すなわちガラス質組成において変化する。キューポラスラグ試料は２９．８°２θ（より小さい角度）においてアモルファス相ピークを有し、高炉スラグより大きなｄ間隔であることを示している。ＸＲＤ分析はまた、結晶質ＳｉＯ２がキューポラスラグ中に存在し、アモルファス相のより酸性形態であることを示している。キューポラスラグのアモルファス相はおそらくＳｉＯ２だけでなく、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ３を高炉スラグより高濃度で含有している。
【００５５】
ここで引用した参照文献および規格はそれらの全体を取り入れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は２種類のニートセメントペーストにおける伝導熱量測定試験の結果を示し、太線は標準ポートランドセメントを、細線はポートランドセメント／キューポラスラグ配合のものを示す。
【図２】図２は同一の骨材を使用したコンクリート製品における圧縮強度試験の結果を示し、実線は標準ポートランドセメントの場合を、点線はポートランドセメントとキューポラスラグの６５／３５％配合のものを示す。
【図３】図３はキューポラ炉スラグにおけるＸ線粉末回折試験（上部グラフ）と高炉スラグ（下部グラフ）の結果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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