JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）p. 62-68

低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価
Evaluation of Concrete Applicability for Coarse Aggregate of Dense Blast
Furnace Slag with Low Water Absorption Ratio
中西克佳

NAKANISHI Katsuyoshi

JFE スチール

スチール研究所

村田慶彦

MURATA Yoshihiko

JFE スチール

東日本製鉄所田恵太

TA Yasutaka

JFE スチール

スチール研究所

土木・建築研究部
設備部

主任研究員（課長）・博士（工学）

土木・建築室スラグ・耐火物研究部

主任研究員（副課長）

要旨
従来の高炉徐冷スラグ粗骨材は，多孔質であるため，吸水率が高く，コンクリートの水分管理が困難になっている。
これを解決するために，吸水率が天然骨材と同等の 1％以下を満足する緻密化した高炉スラグ粗骨材を開発した。
この緻密化した高炉スラグ粗骨材を用いたコンクリートは，天然粗骨材を用いた場合と同等のワーカビリティー，強度，耐久性を保有する。また，鉄筋コンクリート部材に適用した場合，その曲げ性能に関しても遜色ない。さらに，耐久性のうち乾燥収縮特性に関して，石灰石を用いた場合と同等以上の性能を有している。また，実工事での施工において，ポンプ圧送性や型枠への充填性，ならびにコンクリートの表面仕上げにも問題ないことが確認できた。

Abstract:
The coarse aggregate of the conventional air-cooled blast furnace slag (BFG) has high porosity. Therefore, thewater absorption ratio is high and it is difficult to control the water quantity of concrete. In order to reduce the waterabsorption ratio, JFE Steel has developed new coarse aggregate of dense BFG with low water absorption under 1%
equivalent to natural aggregate. The concrete of dense BFG coarse aggregate has the same workability, strength anddurability as that of natural coarse aggregate. Applicability to reinforced concrete parts is comparable to naturalcoarse aggregate. The drying shrinkage of the concrete with dense BFG is better than that of the concrete withlimestone. In the test construction of actual plant, we confirmed that there is no problem with pump ability, filling
property to formwork and surface finish.

1． はじめにる高品質・高性能を目指し，低吸水率の緻密な高炉スラグ
2）

粗骨材を開発した 。
従来の高炉徐冷スラグ粗骨材は，多孔質であるため，吸本研究では，緻密高炉スラグ粗骨材の普通コンクリート水率が高く，水分管理が困難で，100％でのスラグ粗骨材使および超高強度コンクリートへの適用性を評価する。本文

用では，生コンクリートの施工性を損なう要因となっていでは，配合試験，強度試験，耐久性試験，部材の曲げ載荷1）る 。その結果，天然資源の開発抑制による環境保全や採試験，および実施工を行い，緻密高炉スラグ粗骨材コンク掘時の使用エネルギー削減に貢献できるものの，大幅なコリートの性能について評価・考察した。

ストメリットがない限り，スラグ粗骨材のコンクリートへの2． 緻密高炉スラグ粗骨材の概要

活用は敬遠されている。
また，近年の建物の高層化・大型化に伴い，増加する自3）

重を充分に支えることが出来るよう，躯体コンクリートの高緻密高炉スラグ粗骨材の製造手順は次の通りである 。

強度化が求められ，超高強度コンクリートが開発されてきた。

高炉スラグ鍋台車を，所定の位置にセットした後，一定速

2しかしながら，100 N/mm 超級の超高強度コンクリートを度で鍋を傾転させ，モールドに溶融スラグを注ぎ込む。目扱うには，高強度用の骨材を保管するサイロが別途必要と標スラグ凝固厚みは 25 mm であり，モールド上で 120 秒保なることから，取り扱えるプラントは予備のサイロを保有し持して中心部まで凝固させ，モールドを反転させて凝固スラているプラントに限られている。

グをスラグピットに落下させる。板状に凝固した高炉スラグ

そこで，上述のような課題や社会的ニーズに応えるため，をインパクトクラッシャーにより 20 mm 以下の粒径に破砕

普通コンクリートから超高強度コンクリートまで幅広く使えして緻密高炉スラグ粗骨材とする。表 1 には，緻密高炉ス
ラグ粗骨材の品質を，天然粗骨材と比較して示す。
なお，比較天然材として，津久見産の石灰石砕石および2017 年 4 月 5 日受付－ 62 －
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低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

表 1 緻密高炉スラグ粗骨材の品質
Table 1
Type of coarse Absolute dry
3aggregatedensity (g/cm )Quality of dense BFG

Water absorption
ratio (%)

Solid volume percentage forshape determination (%)

Crushing
Compressive
2value (%) strength (N/mm )Youngʼs modulus
2(kN/mm )Dense BFG

2.84

0.66

62.4

13.8

14987

Limestone

2.70

0.52

63.1

22.4

7173

Sandstone

2.66

0.62

61.7

11.7

11853

表 2 普通コンクリートの配合試験結果
Table 2

Results of formulation test for ordinary concrete
Formulation conditions

Test results
3

Unit amount (kg/m )No. Type of coarse Water cement
Water Cement
aggregate
ratio (%)
WC
12

Dense BFG

345

Coarseaggregate G

Admixture (×C)
AE water
AE agent
reducing agent

Slump Amount(cm) of air (%)

45

379

782

1 031

0.00800.000040

18.0

4.5

55

309

839

1 031

0.00750.000035

17.0

4.4

65

262

894

1 014

0.01150.000035

17.0

4.8

378

782

980

0.00650.000060

18.0

4.4

309

839

980

0.00750.000050

19.0

4.1

45
Limestone

Fine
aggregate S

55

170

665

262

894

964

0.01000.000050

18.5

4.5745378782

966

0.00800.000040

17.04.655309

839

966

0.00750.000035

17.04.365262894

950

0.01150.000035

18.04.78Sandstone9

青梅産の硬質砂岩砕石を用い，粗骨材は JIS A 5005 の粒度範囲の中央値に調整して使用した。
細骨材として，粗粒率 2.57の大井川水系陸砂を用いた。

3． コンクリートへの適用性
3.14）

普通コンクリートの配合試験

普通コンクリートの配合条件は，標準配合を参考に，単3位水量を 170 kg/m に固定し，目標スランプ 18 cm±1.5 cm，目標空気量 4.5％±0.5％，水セメント比を 3 水準とした。表 2に示すように，緻密高炉スラグ粗骨材，石灰石，硬質砂岩

図 1 各配合のセメント水比と圧縮強度の関係とも水セメント比 45％～65％の範囲では，単位水量を一定Fig. 1 Relationship between cement water ratio and compressive
strength of each formulationにし，同量の混和剤を使用した場合，所要のスランプおよび空気量が得られており，良好なフレッシュ性状であった。
図 1 には，各配合のセメント水比と圧縮強度の関係を示す。と言われている石灰石より長さ変化率が小さくかつ材齢 26

図 1 より，3 種類の粗骨材を用いたコンクリートのセメント週で 650 μ 以下であり，「高級」の品質に入る性能を有して水比と圧縮強度との間には高い相関関係が認められる。緻いると言える 。

5）

密高炉スラグ粗骨材コンクリートの圧縮強度は，石灰石コンクリートを上回り，硬質砂岩コンクリートよりやや下回っ

3.2

超高強度コンクリートの配合試験ている。乾燥収縮率は，JIS A 1129 に準じて実施した。

超高強度コンクリートの配合条件は，単位水量を 155 kg/m3

図 2 には，緻密高炉スラグコンクリートの乾燥収縮試験に固定し，水セメント比 20％，目標スランプフロー 60 cm±

結果を，天然粗骨材を用いた場合と比較してそれぞれ示す。

5 cm，目標空気量 2.0％±1.0％とした。セメントにはシリカ

図 2 より，緻密高炉スラグコンクリートは，乾燥収縮に優位フュームセメントを使用した。耐久性試験は，懸念される自－ 63 －JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）

低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

図 2 各コンクリートの乾燥収縮試験結果
Fig. 2

図 4 各超高強度コンクリートの自己収縮試験結果

Dry shrinkage test result of each concreteFig. 4 Results of autogenous shrinkage test ofeach ultra-high-strength concrete

図 3 各超高強度コンクリートの材齢―圧縮強度関係

図 5 各超高強度コンクリートの乾燥収縮試験結果

Fig. 3 Relationship between material ages and compressive
strength of ultra-high-strength concreteFig. 5 Dry shrinkage test results of each ultra-high-strength
concrete

己収縮および乾燥収縮に関して行った。表 3 には，超高強度コンクリートの配合試験結果を示す。緻密高炉スラグ粗グ粗骨材を用いた超高強度コンクリートの長さ変化率は，他骨材，石灰石，および硬質砂岩を用いた水セメント比 20％の 2 種類の天然粗骨材を用いた場合に対して 3/5～2/3 であのフレッシュコンクリートは，単位水量を一定にし，混和剤り，著しく小さいことが分かる。

を同量使用した場合，3 種類とも所要のスランプフロー値お自己収縮量も含めた乾燥収縮試験結果を，図 5 に示す。

よび空気量が得られた。すなわち，緻密高炉スラグ粗骨材

長さ変化率は，材齢 6 か月で，緻密高炉スラグ粗骨材，石を用いた場合も天然粗骨材を用いた場合に対し遜色のない灰石，および硬質砂岩を用いた場合がそれぞれ－480 μ ，良好なフレッシュ性状であった。図 3 には，材齢と硬化コ－500 μ ，および－680 μ であり，緻密高炉スラグ粗骨材の乾ンクリート圧縮強度との関係を示す。図 3 より，緻密高炉ス

燥収縮抵抗性能が最も高く優位と言える。

ラグ粗骨材を用いた超高強度コンクリートの圧縮強度は，3.3

硬質砂岩使用時と同等で，石灰石使用時より高いことが分RC 梁の曲げ性能試験

緻密高炉スラグ粗骨材を用いたコンクリートの施工性おかる。
JCI の「高流動コンクリートの自己収縮試験方法」に従っよび部材としての性能を検証するため，2 種類のコンクリーて，緻密高炉スラグ粗骨材を用いた超高強度コンクリート

ト強度の RC 梁の曲げ載荷試験を実施した。図 6 には，RCの自己収縮性を調べた。図 4 に示すように，緻密高炉スラ梁試験体と載荷状況を示す。

表 3 超高強度コンクリートの配合試験結果
Table 3Results of formulation test for ultra-high-strength concrete
Formulation conditionsTest results
3Unit amount (kg/m )No. Type of coarse Water cement
Water Cement
aggregate
ratio (%)
WC
1

Dense BFG

2

Limestone

3

Sandstone

Fine
aggregate SCoarse
aggregate G

Admixture (×C)
AE water
AE agent
reducing agent

934
20

JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）

155775632

888875－ 64 －

0.00950.0001

Slumpflow(mm)Amountof air (%)

621×604

2.3

613×606

2.5614×592

2.5低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

図 6 RC 梁試験体と載荷状況（寸法単位：mm）
Fig. 6

RC beam specimen and loading situation (Unit: mm)

図 8 普通 RC 梁の荷重―中央変位関係
Fig. 8 Relationship between load and displacement of ordinary
RC beam

ここに，σ ck はコンクリートの圧縮強度である。Py,cal および σ y は下鉄筋の降伏荷重および降伏応力，Pcu,cal はコンク
図 7 各荷重時の応力状態
Fig. 7

リートの圧壊荷重である。また，終局荷重の計算値 Pyu,cal は，Stress condition at each load

下鉄筋の終局ひずみ ε u を，

ε u＝20 ε y（ε y：下鉄筋の降伏ひずみ）………… （3）RC 梁試験体には，D19（SD345）の異径鉄筋を，上鉄筋として 181 mm 間隔で 2 本（かぶり 50 mm），下鉄筋として90.5 mm 間隔で 3 本（かぶり 50 mm）を配置した。全長 2.4 m,として算出した。たわみは，各荷重時の応力状態における300 mm×300 mm 断面の RC 梁であり，コンクリートには緻曲率から，線形補間して求めた各断面位置の曲率を，長さ密高炉スラグ粗骨材，あるいは天然粗骨材を用いた。帯筋方向に積分して求めた。
普通強度 RC 梁および高強度 RC 梁に用いたコンクリートとして，D13（SD345）の異径鉄筋を部材軸方向に 150 mm間隔で配置した。載荷方法は，支間 2 m の中央部 2 点に載配合条件は，目標スランプを 18 cm±1.0 cm，目標空気量を荷する 4 点曲げ載荷とした。荷重載荷は，2 体とも下鉄筋のそれぞれ 5.0％±0.5％，および 3.0％±0.5％とした。表 4 には，ひずみが 30 000 μ に到達，あるいはコンクリートが圧壊し各 RC 梁試験体コンクリートの機械的性質を，それぞれ示す。
普通 RC 梁曲げ載荷試験における荷重－中央変位関係を，て荷重が急激に低下するまで載荷した。
載荷試験に先立ち，鉄筋とコンクリートとが完全合成で計算値と比較して図 8 に示す。図 8 より，粗骨材の種類にあるとして，図 7 に示す各荷重を，各荷重時の応力状態をかかわらず，両者ともコンクリート圧壊荷重の計算値より大仮定して算出した。ここで，引張側コンクリートのひび割れきいことが分かる。また，両者とも載荷荷重 30 kN 前後で荷重 Pbt, cal は，道路橋示方書記載のコンクリートの応力 σ c－最初のひび割れが発生した。

ひずみ ε c 曲線および曲げ引張強度 σ bt を用いて計算してい高強度 RC 梁曲げ載荷試験における荷重－中央変位関係6）る 。すなわち，を，計算値と比較して図 9 に示す。図 9 より，曲げ耐力は，骨材の種類にかかわらず，両者ともコンクリート圧壊荷重の2σ c＝0.85 σ ck［2（ε c/0.002）－（ε c/0.002）］ …… （1）

計算値より大きいことが分かる。変形性能については，緻密高炉スラグ粗骨材 RC 梁の方が硬質砂岩 RC 梁より高い結σ bt＝0.23 σ ck2/3………………………………… （2）果となった。

表 4 各 RC 梁試験体コンクリートの機械的性質
Table 4

Type of RC beam

Mechanical properties of concrete of each RC beam specimen

Age
Ordinary strength
High strength2

Strength (N/mm )Type of coarse
aggregate

Compression

TensileBending

Youngʼs modulus
2(kN/mm )Poissonʼsratio (%)

4th week

On the test day

Dense BFG

38.5

42.3

2.9

4.4

32.7

0.20

Limestone

39.2

41.7

3.2

4.6

28.6

0.20

Dense BFG

73.7

76.3

4.8

6.343.60.21Sandstone

74.1

79.0

4.4

6.2

35.1

0.18

－ 65 －4th week

JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）

低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

図 11 各コンクリートの熱ひずみ

図 9 高強度 RC 梁の載荷荷重―変位関係

Fig. 11Fig. 9 Relationship between load and displacement of highstrength RC beam

Strain of curing concrete

上昇させ，3 時間保持した。その後，45℃/hour で 20℃まで冷却させ，20 時間保持後に取り出し，気中養生した。図 10には，セメント水比 33.6％の時の圧縮強度の経時変化を示す。
緻密高炉スラグを配合したコンクリートは，材齢 91 日で245 N/mm と天然石と比べて高い強度となった。水セメント比 55％での各種コンクリートの熱ひずみを図 11 に示す。石灰石は 600℃から，ひずみ量が増加し，800℃で炭酸カルシウムの分解反応と考えられる急激な膨張を示した。硬質砂岩は，ひずみ量が 900℃から増加し，1 100℃において 0.03程度であった。緻密高炉スラグは，ひずみ量が 600℃からほ
図 10 蒸気養生した各コンクリートの圧縮強度
Fig. 10ぼ変化なく，熱的に安定であった。

Compressive strength of curing concrte

4． 試験施工と実施工以上のことから，緻密高炉スラグ粗骨材を高強度 RC 梁に試験施工用のコンクリート配合条件を表 5 に示す。単位適用した場合，曲げ耐力は計算値よりも高く安全側となり，水量を 173 kg/m に固定し，水セメント比 55％，目標スラかつ変形性能に優れることを実証した。

ンプ 15 cm±2.5 cm，および目標空気量 4.5％±1.5％とした。

3.4

3

実機プラントでの練混ぜから 40 分，60 分，および 90 分

コンクリート二次製品配合試験経過時のスランプ，空気量，およびポンプ圧送値の測定結3

コンクリート二次製品の配合条件は，単位水量を 168 kg/m

果を，図 12，図 13，および図 14 に示す。どの測定項目もに固定し，目標スランプ 21 cm±1.5 cm，目標空気量 4.5％基準値内であり，良好なフレッシュ性状が得られた。図 15±1.5％とした。水セメント比は 33.6％および 50.0％の 2 水には，圧縮強度試験結果を示す。図 15 より，材齢 28 日で準とした。3.1 節と同様に，単位水量が同じ条件において所天然粗骨材と同等の圧縮強度であることが分かる。

要のスランプおよび空気量が得られており，良好なフレッ製鉄所構内設備新設基礎の一部へ，緻密高炉スラグコンシュ性状であった。蒸気養生条件は，供試体を蒸気槽にセックリートを打設した。配合を表 5 に，打設状況を図 16 にそトしたあと，20℃で 1 時間保持し，45℃/hour で 65℃までれぞれ示す。ポンプ圧送時に配管詰まりもなく，ワーカビリ

表 5 試験施工及び実施工に用いたコンクリート配合
Table 5

Formulations for concrete in test construction and actual work
Formulation conditions
3

Type of coarse
aggregate

Water cementratio (%)

Dense BFG
Limestone
JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）

Unit amount (kg/m )Slump(cm)Amountof air (%)

WaterW

CementCFine
aggregate SCoarse
aggregate G

AE water reducing
agent

55

173

316782

1 057

3.16154.555

173316746

1 053

3.16

154.5－ 66 －低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

図 15 各コンクリートの材齢―圧縮強度関係

図 12 各コンクリートのスランプ試験結果Fig. 12

Fig. 15 Relationship between material ages and compressive
strength of concrete

Slump test result of each concrete

図 13 各コンクリートの空気量試験結果
Fig. 13

Amount of air test result of each concrete

図 16 実施工におけるコンクリート打設
Fig. 16

The placement of concrete in actual work

2（2）緻密高炉スラグ粗骨材を用いた 100 N/mm 超級の高強度コンクリートの圧縮強度は，硬質砂岩コンクリートと同等であり，石灰石コンクリートよりも高い。自己収縮量は，天然粗骨材（硬質砂岩，石灰石）コンクリートより著しく小さく優位である。
22（3）100 N/mm 超級の高強度も含め，30 N/mm 以上のコンクリート強度の場合，緻密高炉スラグ粗骨材を用いたコンクリートは，天然粗骨材使用時と比較してフレッ
図 14 各コンクリートのポンプ圧送値測定結果

シュ性状及び強度の面で遜色がない。

Fig. 14 Pumping pressure measurement result of each concrete（4）緻密高炉スラグコンクリートは，良好な収縮特性を有している。

ティー，および圧縮強度が良好で，コンクリートの表面仕上

22（5）コンクリート強度 40 N/mm 級および 75 N/mm 級のRC 梁を作製し，その後 4 点曲げ載荷試験を実施した結げにも問題なかった。

果，緻密高炉スラグ RC 梁は，曲げ耐力に関して計算値

5． おわりにより高く安全側，かつ天然粗骨材を用いた場合に比べ若干大きいことを実証した。

本研究では，吸水率 1％以下の緻密高炉スラグ粗骨材を用（6）コンクリート二次製品の配合において，緻密高炉スラいたコンクリートの基本性能を評価・考察した。得られた成グ粗骨材使用時の方が天然石使用時よりも強度が高く，果を，以下に列挙する。

熱ひずみも小さく，熱的に安定なコンクリート特性で2（1） 緻密高炉スラグ粗骨材を用いた 30～50 N/mm 級の普あった。

通コンクリートの圧縮強度は，硬質砂岩コンクリートと（7）従来品の高炉スラグ粗骨材 100％使用のコンクリートで同等であり，石灰石コンクリートよりも高く優位である。

は実施工上のトラブルがあったが，緻密高炉スラグ粗－ 67 －JFE 技報 No. 40（2017 年 8 月）

低吸水率の緻密高炉スラグ粗骨材のコンクリート適性評価

骨材 100％使用のコンクリートでは問題なく施工できることが実証できた。

調査．コンクリート工学論文集．2008, vol. 30, no. 1, p. 483-488.
6）（社）日本道路協会．道路橋示方書・同解説Ⅴ．耐震設計編．2002.3.

参考文献
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5）都築正則，一瀬賢一，神代泰道，小柳光生．各地域のレディーミクス
トコンクリート工場にて製造されたコンクリートの乾燥収縮に関する博明，片桐健詞．高炉スラグ粗骨材を用いたコンクリートの火力発電所土木設備への適用について（その 1）─基本特性と適用実績について─．土木学会年次学術講演会講演概要集．2002, vol. 55, no. 5, p. 858-859.
2）當房博幸，宮本陽子，渡辺圭児，桑山道弘，小澤達也，田中敏宏．粗骨材用高炉徐冷スラグの気孔率低減の凝固条件．鉄と鋼．2013, vol. 99,no. 8, p. 30-39.
3）白川 輝，藤井隆史，高橋克則，綾野克紀．緻密化した高炉徐冷スラ
グ粗骨材を用いたコンクリートの強度および変形特性に関する研究．
コンクリート工学年次論文集．2015, 37 巻 , 1 号 , p. 79-84.
4）中西克佳，王 蓓，田 恵太．緻密高炉スラグ粗骨材コンクリートの性能に関する基礎的研究．コンクリート工学年次論文集．コンクリー

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村田 慶彦

田 恵太