JP2001130945A - 製鋼スラグを利用した水和硬化体 - Google Patents
製鋼スラグを利用した水和硬化体Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 風砕処理の施されてない製鋼スラグを用い、
しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊の起こらな
いコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供す
る。 【解決手段】 製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬
性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシ
リカ含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含
有し、水和反応によって硬化する結合材と、を有してな
ることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体な
ど。
しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊の起こらな
いコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供す
る。 【解決手段】 製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬
性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシ
リカ含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含
有し、水和反応によって硬化する結合材と、を有してな
ることを特徴とする製鋼スラグを利用した水和硬化体な
ど。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所の副産物の
一つである製鋼スラグの有効利用法、詳しくは製鋼スラ
グを利用したコンクリートやモルタルのような水和硬化
体に関する。
一つである製鋼スラグの有効利用法、詳しくは製鋼スラ
グを利用したコンクリートやモルタルのような水和硬化
体に関する。
【０００２】
【従来の技術】製鋼スラグは、鉄分を多く含む高比重で
硬質な物質であるため土木建築材料への有効利用が期待
されているが、下記のような問題があるためその利用範
囲は制限されている。
硬質な物質であるため土木建築材料への有効利用が期待
されているが、下記のような問題があるためその利用範
囲は制限されている。
【０００３】すなわち、製鋼スラグ中には精錬時に使用
した酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が未反応の状態で
残存しており、このＣａＯが雨水や海水などの水分と接
触すると水和反応を起こしてＣａ（ＯＨ）2 を形成する
が、この反応に伴って生じる著しい体積膨張によりそれ
を利用した構造物などが破壊する。
した酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が未反応の状態で
残存しており、このＣａＯが雨水や海水などの水分と接
触すると水和反応を起こしてＣａ（ＯＨ）2 を形成する
が、この反応に伴って生じる著しい体積膨張によりそれ
を利用した構造物などが破壊する。
【０００４】現状では、大気中に長期間放置して未反応
のＣａＯの水和反応を進行させる自然エージング処理
や、蒸気や温水を用いて短期間で水和反応を進行させる
蒸気あるいは温水エージング処理によって、その水浸膨
張比（ＪＩＳ Ａ ５０１５）が１．５％以下に低減さ
れてから、埋立用材料、道路路盤材、ケーソン中詰め材
などの用途に利用されている。
のＣａＯの水和反応を進行させる自然エージング処理
や、蒸気や温水を用いて短期間で水和反応を進行させる
蒸気あるいは温水エージング処理によって、その水浸膨
張比（ＪＩＳ Ａ ５０１５）が１．５％以下に低減さ
れてから、埋立用材料、道路路盤材、ケーソン中詰め材
などの用途に利用されている。
【０００５】一方、未反応のＣａＯを完全に除去する方
法として、溶融状態の製鋼スラグを高速気流中で急冷凝
固させる風砕処理がある。風砕処理された製鋼スラグは
コンクリートなどの水和硬化体に用いられているが、そ
の粒径が細かいために細骨材にしか用いることができ
ず、また、エージング処理に比べ著しくコストがかかる
ため、その使用量は僅かである。
法として、溶融状態の製鋼スラグを高速気流中で急冷凝
固させる風砕処理がある。風砕処理された製鋼スラグは
コンクリートなどの水和硬化体に用いられているが、そ
の粒径が細かいために細骨材にしか用いることができ
ず、また、エージング処理に比べ著しくコストがかかる
ため、その使用量は僅かである。
【０００６】したがって、風砕処理を行わずに製鋼スラ
グをテトラポットや漁礁などの構造物に用いられるコン
クリートやモルタルのような水和硬化体に利用できれ
ば、製鋼スラグの有効利用が著しく促進すると期待され
る。
グをテトラポットや漁礁などの構造物に用いられるコン
クリートやモルタルのような水和硬化体に利用できれ
ば、製鋼スラグの有効利用が著しく促進すると期待され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、風砕処
理の施されてない製鋼スラグをコンクリートやモルタル
のような水和硬化体に利用した例は、未だ開示されてい
ない。
理の施されてない製鋼スラグをコンクリートやモルタル
のような水和硬化体に利用した例は、未だ開示されてい
ない。
【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、風砕処理の施されてない製鋼スラグを
用い、しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起
こらないコンクリートやモルタルのような水和硬化体を
提供することを目的とする。
なされたもので、風砕処理の施されてない製鋼スラグを
用い、しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起
こらないコンクリートやモルタルのような水和硬化体を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、製鋼スラグ
を含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質
とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種ま
たは２種を５０重量％以上含有する水和反応によって硬
化する結合材とを有してなることを特徴とする製鋼スラ
グを利用した水和硬化体により解決される。
を含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質
とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種ま
たは２種を５０重量％以上含有する水和反応によって硬
化する結合材とを有してなることを特徴とする製鋼スラ
グを利用した水和硬化体により解決される。
【００１０】コンクリートやモルタルのような水和硬化
体は、天然砕石や山砂などからなる粒度の異なる骨材
（細骨材と粗骨材）とセメントのような水和反応によっ
て硬化する結合材とを有する混合物に水が添加されたも
のである。
体は、天然砕石や山砂などからなる粒度の異なる骨材
（細骨材と粗骨材）とセメントのような水和反応によっ
て硬化する結合材とを有する混合物に水が添加されたも
のである。
【００１１】上述のように、製鋼スラグは鉄分を多く含
む高比重で硬質な物質であり、しかも種々の粒度を有し
ているため、コンクリートやモルタルのような水和硬化
体の細骨材や粗骨材に利用できる。また、テトラポット
や漁礁などに使用される場合は、その比重をアップでき
るのでより好ましい材料といえる。しかし、風砕処理の
施されてない製鋼スラグを用いると、テトラポットや漁
礁などに成形後ＣａＯの水和反応が起こりテトラポット
や漁礁などが使用中に破壊する。
む高比重で硬質な物質であり、しかも種々の粒度を有し
ているため、コンクリートやモルタルのような水和硬化
体の細骨材や粗骨材に利用できる。また、テトラポット
や漁礁などに使用される場合は、その比重をアップでき
るのでより好ましい材料といえる。しかし、風砕処理の
施されてない製鋼スラグを用いると、テトラポットや漁
礁などに成形後ＣａＯの水和反応が起こりテトラポット
や漁礁などが使用中に破壊する。
【００１２】本発明者らが水和硬化体の骨材（細骨材お
よび粗骨材）に風砕処理の施されてない製鋼スラグを適
用できるかどうかを検討したところ、セメントなどの結
合材に潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反
応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５
０重量％以上含有させれば、破壊に至るようなＣａＯの
水和反応が起こらないことが明らかになった。
よび粗骨材）に風砕処理の施されてない製鋼スラグを適
用できるかどうかを検討したところ、セメントなどの結
合材に潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反
応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５
０重量％以上含有させれば、破壊に至るようなＣａＯの
水和反応が起こらないことが明らかになった。
【００１３】潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾ
ラン反応性を有するシリカ含有物質が有効な理由は、製
鋼スラグ中の未反応のＣａＯが水の存在下でこうしたシ
リカ含有物質と反応して不溶性のｌ・ＣａＯ−ｍ・Ｓｉ
Ｏ2 −ｎ・Ｈ2 Ｏゲルを形成するので、著しい体積膨張
を伴うＣａＯの水和反応が抑制されるためである。ま
た、ｌ・ＣａＯ−ｍ・ＳｉＯ2 −ｎ・Ｈ2 Ｏゲルの形成
により水和硬化体の高強度化も図れる。
ラン反応性を有するシリカ含有物質が有効な理由は、製
鋼スラグ中の未反応のＣａＯが水の存在下でこうしたシ
リカ含有物質と反応して不溶性のｌ・ＣａＯ−ｍ・Ｓｉ
Ｏ2 −ｎ・Ｈ2 Ｏゲルを形成するので、著しい体積膨張
を伴うＣａＯの水和反応が抑制されるためである。ま
た、ｌ・ＣａＯ−ｍ・ＳｉＯ2 −ｎ・Ｈ2 Ｏゲルの形成
により水和硬化体の高強度化も図れる。
【００１４】製鋼スラグの有効利用の観点からは、水和
硬化体の骨材に１００％製鋼スラグを用いることが好ま
しいが、従来から用いられている天然砕石や山砂など骨
材の一部を製鋼スラグで置換しても、水和硬化体として
問題のないものが得られる。
硬化体の骨材に１００％製鋼スラグを用いることが好ま
しいが、従来から用いられている天然砕石や山砂など骨
材の一部を製鋼スラグで置換しても、水和硬化体として
問題のないものが得られる。
【００１５】潜在水硬性を有するシリカ含有物質に高炉
水砕スラグを用い、かつその結合材中の含有量を５５重
量％以上にすれば、オートクレーブ処理しても大幅な強
度低下が起こらない。
水砕スラグを用い、かつその結合材中の含有量を５５重
量％以上にすれば、オートクレーブ処理しても大幅な強
度低下が起こらない。
【００１６】ポゾラン反応性を有するシリカ含有物質と
して、フライアッシュおよび／またはシリカフュームを
用いることは、ＣａＯの水和反応を抑制する上でより効
果的である。しかし、その結合材中の含有量が２０重量
％を超えると、水和硬化体のワーカビリティーが低下す
るばかりでなく、強度低下も起こるので、その含有量を
２０重量％以下にすることが好ましい。
して、フライアッシュおよび／またはシリカフュームを
用いることは、ＣａＯの水和反応を抑制する上でより効
果的である。しかし、その結合材中の含有量が２０重量
％を超えると、水和硬化体のワーカビリティーが低下す
るばかりでなく、強度低下も起こるので、その含有量を
２０重量％以下にすることが好ましい。
【００１７】製鋼スラグの有効利用を促進する上では、
結合材にも用いられることが好ましい。しかし、その含
有量が２０重量％を超えると、骨材に含有された製鋼ス
ラグのＣａＯの水和反応を抑制するために添加された潜
在水硬性またはポゾラン反応性を有するシリカ含有物質
の効果が減少し、ＣａＯの水和反応が起こり易くなるの
で、２０重量％以下にする必要がある。
結合材にも用いられることが好ましい。しかし、その含
有量が２０重量％を超えると、骨材に含有された製鋼ス
ラグのＣａＯの水和反応を抑制するために添加された潜
在水硬性またはポゾラン反応性を有するシリカ含有物質
の効果が減少し、ＣａＯの水和反応が起こり易くなるの
で、２０重量％以下にする必要がある。
【００１８】骨材あるいは結合材に含有させる製鋼スラ
グが事前にエージング処理された製鋼スラグである方
が、より完全に未反応のＣａＯの水和反応を抑制する上
で好ましい。
グが事前にエージング処理された製鋼スラグである方
が、より完全に未反応のＣａＯの水和反応を抑制する上
で好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明である製鋼スラグを用いた
水和硬化体の骨材と結合材と水の割合は、通常のコンク
リートやモルタルの場合と同様でよい。
水和硬化体の骨材と結合材と水の割合は、通常のコンク
リートやモルタルの場合と同様でよい。
【００２０】製鋼スラグとしては、転炉、電気炉、混銑
車などで発生したスラグのみならず溶銑予備処理スラグ
も用いることができる。
車などで発生したスラグのみならず溶銑予備処理スラグ
も用いることができる。
【００２１】エージング処理された製鋼スラグを用いる
場合、そのエージング方法は問わないが、その水浸膨張
比が０．５％以下のものが望ましい。
場合、そのエージング方法は問わないが、その水浸膨張
比が０．５％以下のものが望ましい。
【００２２】ポゾラン反応性を有するシリカ含有物質と
しては、フライアッシュやシリカフュームの他に、シリ
カゲルやガラスカレットなどを用いることができる。
しては、フライアッシュやシリカフュームの他に、シリ
カゲルやガラスカレットなどを用いることができる。
【００２３】まだ固まってない水和硬化体のワーカビリ
ティーを確保するため、コンクリートに通常用いられて
いる減衰剤などの混和剤を添加してもよい。
ティーを確保するため、コンクリートに通常用いられて
いる減衰剤などの混和剤を添加してもよい。
【００２４】水和硬化体の混練方法、打設・成形方法、
養生は通常のコンクリートやモルタルの場合と同様でよ
い。また、早期に硬化させる場合、コンクリートの場合
と同様な蒸気やオートクレーブによる処理を行えばよ
い。
養生は通常のコンクリートやモルタルの場合と同様でよ
い。また、早期に硬化させる場合、コンクリートの場合
と同様な蒸気やオートクレーブによる処理を行えばよ
い。
【００２５】なお、コスト高にはなるが、本発明の製鋼
スラグの一部に風砕処理された製鋼スラグを用いること
も可能であり、水和硬化体としての特性が損なわれるこ
とはない。
スラグの一部に風砕処理された製鋼スラグを用いること
も可能であり、水和硬化体としての特性が損なわれるこ
とはない。
【００２６】
【実施例】（実施例１）まず、蒸気エージング処理され
水浸膨張比が０．５％の転炉スラグからなる骨材（細骨
材と粗骨材）に、セメントからなる結合材と水を表１に
示す割合で配合した基準試料Ｎｏ．１を作製した。そし
て、試料Ｎｏ．１の結合材をブレーン比表面積４０００
ｃｍ2 ／ｇの高炉水砕スラグ微粉末で２５〜１００重量
％置換させたり、フライアッシュまたはシリカフューム
で５０重量％置換させて試料２〜１０を作製した。
水浸膨張比が０．５％の転炉スラグからなる骨材（細骨
材と粗骨材）に、セメントからなる結合材と水を表１に
示す割合で配合した基準試料Ｎｏ．１を作製した。そし
て、試料Ｎｏ．１の結合材をブレーン比表面積４０００
ｃｍ2 ／ｇの高炉水砕スラグ微粉末で２５〜１００重量
％置換させたり、フライアッシュまたはシリカフューム
で５０重量％置換させて試料２〜１０を作製した。
【００２７】そして、作製後２８日が経過した時点で、
ＪＩＳ Ａ １１０８にしたがって圧縮強度を測定し
た。また、作製後２８日が経過した試料を１８０℃で５
時間のオートクレーブ処理した後の圧縮強度も測定し
た。
ＪＩＳ Ａ １１０８にしたがって圧縮強度を測定し
た。また、作製後２８日が経過した試料を１８０℃で５
時間のオートクレーブ処理した後の圧縮強度も測定し
た。
【００２８】オートクレーブ処理後の測定を行った理由
は、作製後２８日が経過した試料中にまだ未反応のＣａ
Ｏが残っていれば、オートクレーブ処理により水和反応
が促進され圧縮強度がオートクレーブ処理を行わない場
合より低下するので、未反応のＣａＯの残存程度を予測
できるためである。
は、作製後２８日が経過した試料中にまだ未反応のＣａ
Ｏが残っていれば、オートクレーブ処理により水和反応
が促進され圧縮強度がオートクレーブ処理を行わない場
合より低下するので、未反応のＣａＯの残存程度を予測
できるためである。
【００２９】結果を表２に示す。結合材を高炉水砕スラ
グ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームなどのシリ
カ含有物質で５０重量％未満しか置換してない試料に
は、作製後２８日経過すると亀裂が認められた。また、
これらの試料はオートクレーブ処理により破壊し、圧縮
強度の測定が不可能であった。
グ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームなどのシリ
カ含有物質で５０重量％未満しか置換してない試料に
は、作製後２８日経過すると亀裂が認められた。また、
これらの試料はオートクレーブ処理により破壊し、圧縮
強度の測定が不可能であった。
【００３０】一方、シリカ含有物質で５０重量％以上置
換した試料では、亀裂やオートクレーブ処理による破壊
は認められず、強度的にも水和硬化体として問題ないも
の得られている。
換した試料では、亀裂やオートクレーブ処理による破壊
は認められず、強度的にも水和硬化体として問題ないも
の得られている。
【００３１】なお、高炉水砕スラグ微粉末が５０重量％
のときは、オートクレーブ処理によって強度が低下する
が、破壊が起こることがないので水和硬化体としては利
用可能である。オートクレーブ処理によって圧縮強度を
低下させないためには、高炉水砕スラグ微粉末を５５重
量％以上含有させる必要がある。
のときは、オートクレーブ処理によって強度が低下する
が、破壊が起こることがないので水和硬化体としては利
用可能である。オートクレーブ処理によって圧縮強度を
低下させないためには、高炉水砕スラグ微粉末を５５重
量％以上含有させる必要がある。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】（実施例２）表１に示す基準試料Ｎｏ．１
の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュとシ
リカフュームが種々の割合で配合された混合物で置換し
た試料Ｎｏ．１１〜１９を作製し、実施例１と同様な試
験を行った。なお、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッ
シュ、シリカフュームはいずれも実施例１で用いたもの
と同じものである。
の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュとシ
リカフュームが種々の割合で配合された混合物で置換し
た試料Ｎｏ．１１〜１９を作製し、実施例１と同様な試
験を行った。なお、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッ
シュ、シリカフュームはいずれも実施例１で用いたもの
と同じものである。
【００３５】結果を表３に示す。高炉水砕スラグ微粉末
とフライアッシュとシリカフュームが種々の割合で配合
された混合物の置換量が５０重量％以上であれば、作製
後２８日経過しても亀裂が発生することなく、また、オ
ートクレーブ処理により破壊することもないことがわか
る。強度的にも水和硬化体として問題ない。
とフライアッシュとシリカフュームが種々の割合で配合
された混合物の置換量が５０重量％以上であれば、作製
後２８日経過しても亀裂が発生することなく、また、オ
ートクレーブ処理により破壊することもないことがわか
る。強度的にも水和硬化体として問題ない。
【００３６】
【表３】
【００３７】（実施例３）表１に示す基準となる試料Ｎ
ｏ．１の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシ
ュとシリカフュームと転炉スラグが種々の割合で配合さ
れた混合物で置換した試料Ｎｏ．２０〜３１を作製し、
実施例１と同様な試験を行った。なお、高炉水砕スラグ
微粉末、転炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム
はいずれも実施例１で用いたものと同じものである。
ｏ．１の結合材を高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシ
ュとシリカフュームと転炉スラグが種々の割合で配合さ
れた混合物で置換した試料Ｎｏ．２０〜３１を作製し、
実施例１と同様な試験を行った。なお、高炉水砕スラグ
微粉末、転炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム
はいずれも実施例１で用いたものと同じものである。
【００３８】結果を表４に示す。結合材を転炉スラグで
２０重量％以下の範囲内で置換しても、亀裂やオートク
レーブ処理による破壊が生じることはない。しかし、２
０重量％を超えるとオートクレーブ処理により亀裂が発
生し、水和硬化体として使用できない。
２０重量％以下の範囲内で置換しても、亀裂やオートク
レーブ処理による破壊が生じることはない。しかし、２
０重量％を超えるとオートクレーブ処理により亀裂が発
生し、水和硬化体として使用できない。
【００３９】
【表４】
【００４０】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、風砕処理の行われてない製鋼スラグを用い、
しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起こらな
いコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供で
きる。
いるので、風砕処理の行われてない製鋼スラグを用い、
しかも使用中にＣａＯの水和反応による破壊が起こらな
いコンクリートやモルタルのような水和硬化体を提供で
きる。
【００４１】したがって、製鋼スラグの有効利用が促進
され、省資源や環境保全に大いに貢献できる。
され、省資源や環境保全に大いに貢献できる。
【００４２】本発明の水和硬化体は従来のコンクリート
よりも強度が高く、しかも高比重であるため、テトラポ
ットや漁礁用として好適である。
よりも強度が高く、しかも高比重であるため、テトラポ
ットや漁礁用として好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 18:08 Ｃ０４Ｂ 18:14 Ｃ 18:14 ） Ｚ ） 111:20 111:20 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ
Claims (3)
- 【請求項１】 製鋼スラグを含有する骨材と、ポゾラン
反応性を有するシリカ含有物質であるフライアッシュを
５０重量％以上含有し、水和反応によって硬化する結合
材と、を有してなることを特徴とする製鋼スラグを利用
した水和硬化体。 - 【請求項２】 前記水和反応によって硬化する結合材に
製鋼スラグが２０重量％以下含有されることを特徴とす
る請求項１に記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。 - 【請求項３】 前記製鋼スラグがエージング処理された
製鋼スラグであることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の製鋼スラグを利用した水和硬化体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286348A JP2001130945A (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 製鋼スラグを利用した水和硬化体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286348A JP2001130945A (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 製鋼スラグを利用した水和硬化体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31064296A Division JP3582263B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 製鋼スラグを利用した水和硬化体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
2000
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