(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子径が0.1〜５mmで、非硫酸態イオウとして存在するイオウが0.3％以上である高炉徐冷スラグを含有してなるセメントコンクリート用細骨材。
【請求項２】
高炉徐冷スラグのガラス化率が30％以下である請求項１に記載のセメントコンクリート用細骨材。
【請求項３】
細骨材のふるい通過率が、呼び寸法4.75mmで100％、2.36mmで95〜100％、1.18mmで80〜100％、0.6mmで35〜80％、0.3mmで15〜50％、及び0.15mmで２〜20％である請求項１又は請求項２に記載のセメントコンクリート用細骨材。
【請求項４】
ＦＭが2.26未満である請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のセメントコンクリート用細骨材。
【請求項５】
セメントと、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載のセメントコンクリート用細骨材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項６】
請求項５に記載のセメント組成物を用いてな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、主に、土木・建築業界において使用されるセメントコンクリート用細骨材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントコンクリートに関する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明でいうセメントコンクリートとはモルタルとコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術と課題】
製鉄所から副生される高炉スラグには大別して高炉水砕スラグと高炉徐冷スラグが存在する。
高炉水砕スラグは潜在水硬性を示し、セメントクリンカーに多量混和しても長期強度は低下しないという優れた特性を有していることから、高強度コンクリートや高流動コンクリートなど様々な分野での研究がなされている(安戸賢一他、「高炉スラグ微粉末の高強度コンクリートへの適用性について」、第４５回セメント技術大会講演集、pp.184-189、1991など参照)。
【０００３】
一方、高炉徐冷スラグは別名結晶化スラグとも呼ばれ水硬性を示さない。そのため、主に路盤材として利用されてきたが、最近では再生骨材が路盤材へ優先的に利用されるようになり、従来の用途を失いつつある。このため、その有効利用方法については未だに模索状態にある(依田彰彦、「高炉スラグのセメント・コンクリートへの利用」、無機マテリアル、Vol.6、pp.62-67、1999、「再生資源の利用促進に関する法律、いわゆるリサイクル法」、平成３年10月)。
【０００４】
本発明者は、すでに高炉徐冷スラグの粉末がブリーディングや中性化抑制機能を有することを見出し、さらに、高流動コンクリートに適用すると、材料分離抵抗性や流動性の保持性能に優れ、自己収縮が小さく、かつ、水和発熱の小さい高流動コンクリートとすることができ、低環境負荷型のコンクリートを調製できることを提案した(特願2000-077683号)。
しかしながら、コンクリート全体に占める高流動コンクリートの割合は少ないこと、また、高流動コンクリートに必要な材料分離抵抗性を付与するためには微粉末である必要があることなどから、処理できる徐冷スラグの量が限定されるという課題があった。
【０００５】
本発明者は、高炉徐冷スラグの有効利用についてさらに種々検討を重ねた結果、特定の高炉徐冷スラグを細骨材としてセメントコンクリートに用いることにより、セメントコンクリートの流動性の保持性能が向上することを知見し本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、粒子径が0.1〜５mmで、非硫酸態イオウとして存在するイオウが0.3％以上である高炉徐冷スラグを含有してなるセメントコンクリート用細骨材であり、高炉徐冷スラグのガラス化率が30％以下である該セメントコンクリート用細骨材であり、骨材のふるい通過率が、呼び寸法4.75mmで100％、2.36mmで95〜100％、1.18mmで80〜100％、0.6mmで35〜80％、0.3mmで15〜50％、及び0.15mmで2〜20％である該セメントコンクリート用細骨材であり、ＦＭが2.26未満である該セメントコンクリート用細骨材であり、セメントと該セメントコンクリート用細骨材とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を用いてなるセメントコンクリートである。
【０００７】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ(以下、本スラグという)は、徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末である。
本スラグの成分は、高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的にはSiO2、CaO、Al2O3、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他の成分として、TiO2、MnO、Na2O、Ｓ、P2O5、及びFe2O3などが挙げられる。
また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の混晶である、いわゆる、メリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2やモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、アノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2、リューサイト(K2O、Na2O)・Al2O3・SiO2、スピネルMgO・Al2O3、マグネタイトFe3O4、さらに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【０００８】
本スラグの粒子径は0.1〜５mmであり、0.3〜4.0mmが好ましい。0.1mm未満では練り混ぜたセメントコンクリートの粘性が増加し、良好な流動性を示さない場合があり、５mmを超えると細骨材としての機能が得られず、練り混ぜたセメントコンクリートがペースト部分と分離しやすくなり、耐久性が低下する場合がある。
【０００９】
本スラグの非硫酸態イオウの含有量は、0.3％以上であり、0.5％以上が好ましい。0.5％未満では、所定の流動性の保持性能が得られない場合がある。
非硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イオウ)量を山口と小野の方法で定量することによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方法で定量することによっても求めることができる(「高炉スラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研究、第301号、pp.37-40、1980参照)。
本徐冷スラグは、非硫酸態イオウを含有することにより、長期にわたる流動性の保持性能を発揮するものであるが、単に、非硫酸態イオウを含まないスラグに、多硫化物、硫化物、チオ硫酸塩、及び亜硫酸塩等を添加したのでは、本発明の持続性に優れた流動性の保持性能は得られない。
【００１０】
本スラグのガラス化率は、30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。この範囲外では所定の流動性の保持性能が得られない場合がある。ガラス化率が高い場合、ほぼ同量の非硫酸態イオウを含有していても、結晶質である徐冷スラグに比して、チオ硫酸イオウなどの溶出が極めて少なく、流動性の保持性能が期待できない。
本発明でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ0)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる本スラグ中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の混晶)のメインピークの面積であり、Ｓ0は本スラグを1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【００１１】
また、本スラグから溶出する非硫酸態イオウイオン濃度(以下、溶解性イオウ濃度という)は20mg/l以上が好ましい。溶解性イオウ濃度がこの範囲にないと、所定のコンクリートの流動性の保持性能が得られない場合がある。
溶解性イオウ濃度としては、イオウイオン(S2-)、多硫化物イオン(Sn2-，n≧２)、チオ硫酸イオン(S2O32-)、亜硫酸イオン(SO32-)、及び硫酸イオン(SO42-)などが挙げられる。
本発明でいう溶解性イオウ濃度とは、本スラグ20gを20℃の水100ml中に入れ、30分間攪拌した後、固液分離した液相中に含まれる非硫酸態イオウイオンの濃度をいう。
これらイオウ濃度はＩＰＣ発光分析法やイオンクロマトグラフィ−によって定量することができる。
【００１２】
本発明のセメントコンクリート用細骨材(以下、本骨材という)のふるい通過率は、呼び寸法4.75mmで100％、2.36mmで95〜100％、1.18mmで80〜100％、0.6mmで35〜80％、0.3mmで15〜50％、及び0.15mmで2〜20％であることが好ましい。本骨材の粒度がこの範囲外では、セメントコンクリートの流動性が低下したり、材料分離が生じ、セメントコンクリート構造物の耐久性が低下する場合がある。
なお、ふるい通過率の測定に使用するふるいの呼び寸法は、それぞれJIS Z 8801に規定する網ふるいの呼び寸法4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、及び150μmである。
【００１３】
本骨材は、特定の徐冷スラグを含有してなるものである。
本骨材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、100〜400部が好ましく、150〜300部がより好ましい。この範囲外ではセメントコンクリートの流動性が低下する場合がある。
【００１４】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、並びに、石灰石微粉末を混合したフィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
本発明のセメント組成物は、セメントと本骨材とを含有してなるものである。
【００１６】
本骨材は、他の材料と施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１７】
本発明のセメントコンクリートには汎用の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等の減水剤を用いて高流動化することが好ましい。
減水剤は液状や粉末状のいずれも使用可能である。
減水剤はナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系、及びポリカルボン酸系に大別される。
減水剤の使用量は、各メーカーの指定する範囲内であればよく、特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、0.5〜3.0部が好ましい。0.5部未満では使用効果のない場合があり、3.0部を超えると材料分離などを引き起こす場合がある。
【００１８】
本発明において、水の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、30〜60部が好ましく、40〜50部がより好ましい。30部未満では流動性が大幅に低下し、ジャンカなどの欠陥が生じる場合があり、60部を超えると材料分離等を引き起こす場合がある。
【００１９】
本発明では、セメント、本骨材、及び減水剤のほかに、従来、セメントコンクリートで用いられてきた高炉水砕スラグ微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２０】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差しつかえない。
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾動ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００２２】
実施例１
セメント／砂＝1/3、水セメント比50％、本骨材のふるい通過率を、呼び寸法4.75mmで100％、2.36mmで97％、1.18mmで90％、0.6mmで50％、0.3mmで35％、及び0.15mmで10％に固定し、表１に示す、本スラグを含むスラグを用いモルタルを調製し、モルタルフローの経時変化をみるためにテーブルフローを測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のため、ケイ砂Ａを使用した場合も同様に実験した。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
スラグａ  ：本スラグ、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ0.9％、溶解性イオウ濃度90mg/l、密度3.00g/cm3
スラグｂ  ：本スラグ、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ0.7％、溶解性イオウ濃度77mg/l、密度3.00g/cm3
スラグｃ  ：本スラグ、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ0.5％、溶解性イオウ濃度53mg/l、密度3.00g/cm3
スラグｄ  ：本スラグ、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ0.3％、溶解性イオウ濃度28mg/l、密度3.00g/cm3
スラグｅ  ：本スラグ、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ0.1％、溶解性イオウ濃度12mg/l、密度3.00g/cm3
スラグｆ  ：本スラグ、ガラス化率10％、非硫酸態イオウ0.7％、溶解性イオウ濃度65mg/l、密度2.97g/cm3
スラグｇ  ：本スラグ、ガラス化率30％、非硫酸態イオウ0.5％、溶解性イオウ濃度47mg/l、密度2.94g/cm3
スラグｈ  ：高炉水砕スラグ、ガラス化率95％、非硫酸態イオウ0.9％、溶解性イオウ濃度2mg/l、密度2.90g/cm3
セメント  ：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、密度3.15g/cm3
ケイ砂Ａ  ：ＪＩＳ標準砂
水        ：水道水
【００２４】
＜測定方法＞
骨材のふるい通過率：JIS A1102  骨材のふるい分け試験方法に準拠
テーブルフロー：練り混ぜ直後、30分後、60分後、及び90分後にJIS R 5201に準拠して測定。
【００２５】
【表１】
0003871601.tif 000002
【００２６】
実施例２
スラグａを使用し、表２に示すふるい通過率の本骨材を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。
【００２７】
【表２】
0003871601.tif 000003
【００２８】
実施例３
ふるい通過率が呼び寸法4.75mmで100％、2.36mmで97％、1.18mmで90％、0.6mmで50％、0.3mmで35％、及び0.15mmで10％のスラグａを細骨材として用い、単位セメント量336kg/m3、単位水量180kg/m3、単位細骨材量757kg/m3、単位粗骨材量989kg/m3、及び空気量4.5±1.5％のコンクリートを調製し、スランプの経時変化をみるためにスランプを測定した。結果を表３に示す。
また、比較例として、同様のふるい通過率を持つスラグｈとケイ砂Ｂを細骨材として用いて同様に実験した。結果を表３に併記する。
なお、練り上がりのスランプはＡＥ減水剤により18cmに調整した。
【００２９】
＜使用材料＞
ケイ砂Ｂ  ：新潟県姫川産川砂、粒度調整品
粗骨材    ：新潟県姫川産砂利
ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、市販品
【００３０】
＜測定方法＞
スランプ：JIS A 1101に準拠
【００３１】
【表３】
0003871601.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
本発明のセメントコンクリート用細骨材を用いることにより、流動性の保持性能が良好なモルタルやコンクリートを提供することが可能となる。