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製鋼スラグを使用したコンクリート混和材の特性

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Academic year: 2021

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(1)

備考 蒸留水

密度:3.16g/cm3   ブレーン値:3320cm2/g 表乾密度:2.64g/cm3  粗粒率:2.42 表乾密度:2.68g/cm3  粗粒率:6.57 高炉スラグ BS 密度:2.88g/cm3   ブレーン値:4640cm2/g

C

細骨材 S

材料名 略号

練混ぜ水 W

焼成処理(500℃)

密度:3.33g/cm3   ブレーン値:4500cm2/g

粗骨材 G

AD

脱リンスラグ DS

普通ポルトランドセ メント

BS DB

P L 3 1 8 6 3 6 0 1 2 7 1

BS 3 1 8 3 1 8 3 1 8 1 2 7 1

DS 3 1 8 3 1 8 3 1 8 1 2 7 1

BD 3 1 8 3 1 8 1 5 9 1 5 9 1 2 7 1 5 0

配 合     記 号 水 結 合 材 比 [% ]

単 位 量 [㎏ / m3]

W C AD

S

表-3 コンクリート配合

BS DN DB

PL 290 ― ― ― 827.9 1023.3 3

BS 145 145 ― ― 822.5 1016.7 3

DS 145 ― ― 145 830.7 1026.7 3

BD 145 72.5 ― 72.5 826.6 1021.7 3

配合記号

60 174

単位量[kg/m

3

]

W C AD

S G Ad

水結合 材比[%]

製鋼スラグを使用したコンクリート混和材の特性

日大理工(学部) ○尾上博一 日大・理工 梅村靖弘 日大・理工 露木尚光 1. はじめに

製鋼スラグは年間約 1,000 万 t 発生し,この内,脱 リンスラグが約 380 万 t を占めるが,遊離石灰 (f-CaO) の水和と酸化鉄(FeO)の酸化による膨張崩壊のため 有効利用が進んでいない。しかし,著者らは 500 ℃,

2 時間の焼成による安定化処理方法を見出している。

本研究は,脱リンスラグのコンクリート混和材とし ての利用を目的として,高炉スラグを脱リンスラグ で置換した場合の初期水和発熱,圧縮強度,乾燥収 縮,断熱温度上昇量への影響について検討した。

2. 実験概要

2.1 使用材料及び配合条件:使用材料及びモルタル の配合を表- 1 ,表- 2 に示す。水結合材比を 50% 一定 とし,JIS R 5201 に準拠してセメント(混和材を含 む)と細骨材の質量比は 1:2 とした。

2.2 試験方法

(1) 水和発熱速度試験:水和発熱速度は,双子型伝 導微少熱量計により測定した。水結合材比は 50% と し,測定は,水と結合材試料の温度を 20℃一定にさ せた後,注水し 2 次ピークの発現まで行った。

(2) 圧縮強度試験: JIS A 1108 に準拠し,供試体は,

φ5×h10 ㎝のモルタル供試体とし,試験材齢まで室 温 20 ℃の恒温室で封緘養生した。

(3) 細孔径分布測定試験:室温 20℃の恒温室で封緘 養生した φ 5×h10 ㎝のモルタル供試体中央部より取 り出した直径約 5 mm の試料について,アセトンに 3 時間浸漬し,D-dry で 3 時間乾燥後,細孔径分布を 水銀圧入式ポロシメータを用いて測定した。

(4) 長さ変化率試験:JIS R 1129 に準拠し,4×4×16

㎝の供試体を作製した。材齢 3 日で脱型し,温度 20 ℃,相対湿度 60% に保ったデジケータ内で気中養 生し,乾燥収縮率を測定した。又,自己収縮率につ

いては,供試体を封緘養生し,その値を測 定した。

(5) 断熱温度上昇量試験:発熱温度追従型 断熱温度上昇試験装置を用いて,断熱温度 上昇量を測定した。コンクリート配合を表 -3 に示す。混和剤は,リグニンスルホン酸 系 AE 減水剤( Ad )を使用,コンクリートの 単位結合材量は 290kg/m

3

,水結合材比は 60% とした。

表-1 使用材料

表-2 モルタル配合

1次ピ-ク 2次ピ-ク

図-1 水和発熱速度

0 5 0 1 00 1 50

0 5 1 0

水和発熱速度[J/g・h]

0 4 8 12

0 800 1600 2400

PL BS DS BD

Properties of Concrete Admixture using Steelmaking slag Hirokazu ONOE, Professor Yasuhiro UMEMURA, Naomitu TUYUKI

時間[min]

(2)

3. 試験結果と考察

3.1 水和発熱速度:図- 1 に水和発熱速度を示す。 1 次ピーク値において BS と比較すると, DS は 67%低 下したが, BD は同程度となった。 2 次ピーク値では,

DS は 77% , BD は 10% 低下した。 BS の 2 次ピーク 付近に顕著に見られるモノサルフェートの生成反応 が BD では認められなかった。

3.2 圧縮強度と細孔径分布:図-2 に圧縮強度を示す。

圧縮強度について, BS と比較すると, DS は材齢 3 日で 50% ,材齢 7 日で 30% ,材齢 28 日で 20% ,材齢 91 日で 20%低下した。BD では,材齢 3 日において 10% 低下したが,材齢 7 , 28 , 91 日では同程度の強 度を発現した。圧縮強度と全細孔容積には図-3 に示 すように強い相関関係が認められ,全細孔容積の減 少と共に,圧縮強度が増加した。

3.3 乾燥収縮率と自己収縮率:図-4 に乾燥収縮率を 示す。 BS と比較して材齢 7 日で, DS は 85% , BD は 50%,材齢 91 日で, DS は 5%, BD は 25%低下し,

又,BD は PL に比較して,20%低下した。図-5 に自 己収縮率を示す。 BS と比較して,材齢 28 日で, DS は 50%,BD は 75%,材齢 91 日で,DS は 90%,BD は 50% 低下した,又, BD は PL とほぼ同等の値を示 した。これより,脱リンスラグを置換した配合は,

高炉スラグ単体で置換した配合と比較して,脱リン スラグに残留する f-CaO の膨張作用により,乾燥収 縮率と自己収縮率が共に低下したと考えられる。

3.4 断熱温度上昇量:図- 6 に断熱温度上昇量を示す。

BS は 160 時間後に PL と同じ温度上昇値となり,そ の後も上昇を続けた。しかし,脱リンスラグを含む 配合について BS と比較すると, DS は 40% , BD は 20%低下し,脱リンスラグによる断熱温度上昇量の 低減効果が認められた。

4. まとめ

高炉スラグを脱リンスラグで 50%置換することによ り,高炉スラグ単体で置換した配合と同等の圧縮強 度発現を確保し,乾燥収縮を 50%,自己収縮を 50%,

断熱温度上昇量を 20% 減少でき,高炉スラグ B 種の 改善に利用可能ではないかと考えられる。

図-2 圧縮強度

図-3 圧縮強度と全細孔容積の関係

図-4 乾燥収縮率

図-5 自己収縮率

図-6 断熱温度上昇量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91

材齢〔Day〕

圧縮強度〔MPa〕

PL BS

DS BD

0 3 7 28 91

-9 .00 -6 .00 -3 .00 0.00

材齢[day]

乾燥収縮率[×10-4] PL BS

DS BD

0 3 7 1 4 2 8 56 9 1

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0

0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0

断熱時間[hour]

断熱温度上昇値[℃]

DS BD BS

P L -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00

材齢[day]

自己収縮率[×10-4

PL BS

DS BD

0 3 14 28 56 9 1 0

10 20 30 40 50 60

5 7 9 11 13 15

全細孔容積[10- 2cc/g]:x

圧縮強度[MPa]:y

PL BS DS BD

y=-6x+86 R2=0.92

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