(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低位の潜在水硬性高炉スラグ、１２〜２０％の硫酸塩担体としての煙道ガス脱硫回収石膏又は半水石膏又は無水石膏又は天然石膏又はこれらの硫酸塩担体の混合物から選ばれる硫酸塩促進剤並びに０．５〜５％のポルトランドセメントクリンカー又はポルトランドセメントおよび/または０．５〜３％のホットダスト又は水酸化カルシウム又は酸化カルシウムから選ばれる活性化添加剤を含む水硬性結合剤であって、前記高炉スラグは、ブレーン法粉末度で 5,000cm.. /g 超に微粉化され、かつ、実質的に次の分析値、即ち：
ガラス質 ： ９３％超（＞９３％）
ＳｉＯ2 ： ３４〜４０％
ＣａＯ ： ３４〜３７％
Ａｌ2Ｏ3 ： ９％超（＞９％）、及び
比（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）：０．８８〜０．９８
を有してなることを特徴とする水硬性結合剤。
【請求項２】
前記高炉スラグ中のＡｌ2Ｏ3成分は、最高１３％でなることを特徴とする請求項１記載の水硬性結合剤。
【請求項３】
前記高炉スラグは、少くとも２種の高炉スラグの混合物でなることを特徴とする請求項１又は２記載の水硬性結合剤。
【請求項４】
前記高炉スラグは、ブレーン法粉末度で5,000〜6,500 cm /gでなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水硬性結合剤。
【請求項５】
前記水硬性結合剤は、３％以下のアルカリ硫酸塩及び／又はアルカリ炭酸塩を含んでなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の水硬性結合剤。
【請求項６】
前記水硬性結合剤は、Ｋ2ＳＯ4、Ｎａ2ＳＯ4、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3又はＫ2ＣＯ3を含んでなることを特徴とする請求項５に記載の水硬性結合剤。
【請求項７】
前記水硬性結合剤は、０．５〜３％のカルボン酸のカルシウム塩を含んでなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の水硬性結合剤。
【請求項８】
前記水硬性結合剤は酢酸カルシウム及び／又は蟻酸カルシウム、を含んでなることを特徴とする請求項７に記載の水硬性結合剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性結合剤、特にブレーン(Blaine)法粉末度で 5,000 cm2/g超に微粉化された低位の潜在水硬性高炉スラグ、硫酸塩促進剤及び活性化添加剤を含む水硬性結合剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉スラグは、銑鉄精錬の副産物である。高炉では、約1900℃の温度において溶銑上により軽いスラグが形成され、このスラグは、鉄鉱石中のクレイ、シリカ及び石灰を含む成分並びに石灰石及びチャー等の不純物から成る。このスラグは高炉スラグと呼ばれ、約1400℃において水で急冷される。この急冷により、ガラス質が多く、かつ、潜在水硬性結合力を有する水砕粒状体が形成される。但し、このガラス質の高炉スラグはそのまま独立して結合剤として使用することはできない。この硬化エネルギーは、促進剤の添加により活性化することができる。この活性化を行うには、基本的に２つの方法がある。即ち、水酸化カルシウム〔Ｃａ（ＯＨ）2〕又はセメントの添加による方法（アルカリ活性化法）及び硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）の添加による方法（硫酸塩活性化法）である。但し、すべてのスラグがこれと同様に活性化されるわけではない。
【０００３】
スラグの潜在水硬性結合力は、その成分により相異する。フリッツ・カイル(Fritz Keil)博士の「セメント、その製造と特性」(Cement, Manufacture and Characteristics) 、１９７１年ベルリン市シュプリンガー(Springer)出版社、の１１６ページには、スラグの品質は、Ｆ値として引用される比（ＣａＯ＋ＣａＳ＋0.5 ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）／（ＳｉＯ2 ＋ＭｎＯ）による旨が述べられている。Ｆ値が１．９を超えると、スラグは、水硬性結合の観点において非常に良好と考えられる。Ｆ値が１．５未満では、比較的低位の水硬性となる。スラグ活性化の別の基準は、二酸化硅素（ＳｉＯ2 ）成分である。ＳｉＯ2 が３２％未満のスラグは、一般に、水硬性が高いと考えられ、また、ＳｉＯ2 が３７％超のスラグは水硬性が低いと考えられる。
【０００４】
アルカリ活性化法に関しては、ＥＮ（欧州規格）１９７−１「セメント製造」によれば、スラグ品質は次の要件、即ち、比（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2 が１．０より大きいこと、に従う必要がある。
【０００５】
硫酸塩活性化法については、スラグに関わる文献によれば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）成分が少くとも１３％、かつ、比（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）／ＳｉＯ2 が１．６超であるべきことが述べられている。また、多数の特許において、酸化カルシウム（ＣａＯ）成分が４０％超、かつ、Ａｌ2Ｏ3成分が１４％超であるべき旨が述べられている（例えば、カナダ特許第 1,131,664号参照）。
【０００６】
このカナダ特許第 1,131,664号によれば、結合剤は次の成分を有する：
水砕高炉スラグ                            ８０〜８５％
（うちＣａＯ  ４０〜５０％、Ａｌ2Ｏ3  １４〜２０％、
ＳｉＯ2     ３０〜３５％、ＭｇＯ    ５〜８％）
ＣａＳＯ4（無水石膏として計算）           １３〜１７％
ポルトランドセメント                      １．５〜２．５％
有機カルボン酸又はその塩                  ０．１〜０．５％
メチルセルロース、ステアリン酸ナトリウム、
又はラウリルベンゾールスルホン酸ナトリウム  ０．０３〜０．６％、及び
硫酸ナトリウム                            ０．６〜２％
上記の教示においては、水硬性の高いスラグが使用される。この目的のためにスラグの水硬性を高める改良を行うため、Ａｌ2Ｏ3とＣａＯをスラグに加えて、この混合物を加熱することが行われる。
【０００７】
しかしながら、上記の基準をベースとした場合、入手できる大部分の高炉スラグは水硬性が比較的低位のものであることが判明している。このような低位の高炉スラグは、セメント生産においてセメント中に加える添加剤として使用できるのは経験的にせいぜい６５％までである。この数値を超えると、セメント製品の強度は急激に低下する。また、コンクリート業界でも、このような低位の高炉スラグは限定的な添加剤としてしか使用することができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術における問題に鑑み、本発明は低位のスラグを使用しながら、製品としては高い価値を有する冒頭に記載した種類の結合剤を提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明は、上述の従来技術における種々の不具合点を解消した結合剤を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、低位の潜在水硬性高炉スラグ、硫酸塩促進剤及び活性化添加剤を含む水硬性結合剤であって、前記高炉スラグは、ブレーン法粉末度で5,000 cm2/g 超に微粉化され、かつ、実質的に次の分析値、即ち：
ガラス質    ：  ９３％超（＞９３％）
ＳｉＯ2     ：  ３４〜４０％
ＣａＯ      ：  ３４〜３７％
Ａｌ2Ｏ3    ：  ９％超（＞９％）、及び
比（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 ）：０．８８〜０．９８
を有する水硬性結合剤を提供する。
【００１１】
上記のパラメータを満足させるスラグは、通常の基準において低位の水硬性を有するものと考えられる一方、驚いたことに、その製品は良好な性能を有することが判明した。本発明によるこのスラグにおいては、Ａｌ2Ｏ3を１３％未満とすることができ、また、Ｆ値は１．５未満、比（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）／ＳｉＯ2 は１．６未満とすることができる。
【００１２】
１種類のスラグだけで本発明のすべての要件を満たすことは稀である。しかしながら、低位のスラグは多種類存在するので、少くとも２種の高炉スラグを混合することにより、本発明のすべての要件を満たすことが可能となる。種々のソースからのスラグを混合することにより本発明の要件を達成する場合は、活性の程度が大きく高められるという更なる利点が得られる。
【００１３】
スラグの活性は、このスラグに１２〜２０％の天然石膏、煙道ガス脱硫回収石膏又は無水石膏、０．５〜５％のポルトランドセメント及び／又は０．５〜３％のホットダスト、酸化カルシウム又は水酸化カルシウム等のその他のＣａＯ担体、０〜３％のアルカリ硫酸塩又はアルカリ炭酸塩及び／又は０．５〜３％のカルボン酸のカルシウム塩を添加混合又は一体粉化することにより実現される。煙道ガス又はキルンガスから得られるホットダスト（ホットミール）の使用は、スラグの水和を加速し、圧縮強度を増すので有利である。ホットダストは、ポルトランドセメントクリンカーの生産時に800〜 900℃の熱交換炉の最下段のサイクロンに堆積する粗ダストを７０〜９０％の範囲で酸除去したものとすることができる。このホットダストは、炉のシステムからバイパスさせて回収することができ、主としてＣａＯから成っている。
【００１４】
本発明の結合剤で作られた硬化製品は、硫酸塩の攻撃に対する耐性が高く、オーストリア規格（ＯＥ  ＮＯＲＭ）Ｂ３３１０及び欧州規格（ＥＮ）１９７−１の強度等級に相当する強度を有しており、これはポルトランドセメントに匹敵し、もしくは、これを上回っている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実際例について、更に説明する。ここにおいて、結合剤は次の成分で作られている：
スラグ（ブレーン値 5,800 cm2/g）      ８５％
煙道ガス脱硫回収石膏                  １３％
ポルトランドセメント                  １％
ホットダスト                          ０．５％
酢酸カルシウム                        ０．５％
本発明による好適例のスラグと本発明に近い不適例のスラグについて、比較テストを行い、そのスラグデータと得られた強度を以下の表に示す：
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【００１６】
得られた強度は、水／結合剤比を０．６から０．３０に下げる希釈剤のようなコンクリート添加剤により、実質的に更に高めることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の結合剤は、水和熱が特に低く、従って、硫酸塩の攻撃に曝される浄化プラント、下水管、各種タンク、補集容器、建造物、等の製造に好適である。