水合固化體的制造方法及水合固化體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過將粉粒狀的煉鋼爐渣與含有31〇2的物質用水進行混煉而制造的 水合固化體的制造方法及水合固化體。
【背景技術】
[0002] 煉鋼工序中產生的爐渣（以下，簡記為煉鋼爐渣）的堿度高，含有大量游離CaO。 因此，煉鋼爐渣容易因水合反應而膨脹，因此不適合于像高爐爐渣那樣作為土木/建設資 材的用途，其處理困難。因此，近年來，為了打破這樣的情況，提出了積極活用煉鋼爐渣的技 術。具體而言，在專利文獻1中記載了如下方法：將含有煉鋼爐渣的骨料與含有50%以上 的具有潛在水硬性的含有二氧化硅的物質及具有火山灰反應性的含有二氧化硅的物質中 的一種或兩種并通過水合反應進行固化的粘結材料混合，從而制造水合固化體。另外，在專 利文獻2中記載了一種爐渣砌塊（水合固化體），其使用鋼鐵爐渣來制造，所述鋼鐵爐渣通 過將粘結材料、細骨料和粗骨料全部進行粉碎和破碎而得到，并且混合有高爐爐渣和煉鋼 爐渣作為粘結材料。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特開平10-152364號公報
[0006] 專利文獻2 :日本特開平2-233539號公報
[0007] 專利文獻3 :日本專利第3654122號公報
[0008] 專利文獻4 :日本專利第4438307號公報
【發明內容】
[0009] 發明所要解決的問題
[0010] 但是，本發明的發明人使用專利文獻1、2記載的制造方法試制了以煉鋼爐渣作為 原料的水合固化體，結果明確了下述的問題。
[0011] 即，根據專利文獻1記載的制造方法，在使用轉爐爐渣作為煉鋼爐渣的情況下，在 20°C的水中進行養護時，水合固化體有時會發生坍塌而無法成為令人滿意的水合固化體。 因此，本發明的發明人對該原因詳細進行了考察，結果獲知，在煉鋼過程中添加的CaO成 分、MgO成分未完全溶于爐渣中而殘留或者在冷卻時析出的情況下，水合固化體發生坍塌。 這是由于爐渣中以CaO、MgO的形態存在的CaO成分、MgO成分在水中養護中發生水合膨脹 而引起的。另一方面，如專利文獻2記載的制造方法的那樣，包含粘結材料在內主體上使用 煉鋼爐渣時，在幾乎所有的情況下，水合固化體的壓縮強度都不充分，并且難以表現出穩定 的強度。因此，通過專利文獻2記載的制造方法制造的水合固化體不能耐受作為水泥混凝 土的替代物的使用。
[0012] 需要說明的是，為了解決這樣的問題，提出了限定煉鋼爐渣的種類并且使用以高 爐爐渣微粉為主體的材料作為粘結材料的水合固化體的制造方法并將其實用化。在專利文 獻3中記載了：該制造方法中，使用鐵水預處理爐渣作為煉鋼爐渣，并且使粒徑為1. 18mm以 下的粒子的比率在除水以外的總配合量的15~55質量％的范圍內。另外，在專利文獻4 記載了通過限定煉鋼爐渣的粉化率來制造穩定的水合固化體的技術。
[0013] 因此，本發明的發明人基于這些見解而制造了水合固化體，結果能夠確認，對于強 度、體積穩定性，得到了良好的特性。將這樣得到的水合固化體暴露于各種環境中而進行了 跟蹤考察，結果獲知，在浸漬于海中或河川中使用的情況下沒有特別的問題。但可知，在暴 露于海岸的潮間帶、陸地上的降雨或日照的情況下，在經過數年后少有地觀察到產生大規 模的裂紋或破損的情況。對此，在從殘留部抽出中心部分來評價了靜態壓縮強度的范圍內， 沒有觀察到大幅的強度降低，產生裂紋等的原因尚不明確。
[0014] 為了更有效地利用以煉鋼爐渣為代表的產業副產物，水合固化體不限于在海中或 水中的利用，在代替沿岸區域的消波塊（波消''口 7夕）或陸域的土地面（土間）混凝 土等的各種用途中的利用是必不可少的。這種情況下，為了使水合固化體在氣溫、日照等各 種自然環境中長期使用，長期耐久性也成為必要的特性。以往，對煉鋼爐渣的因膨脹穩定性 引起的耐久性進行了大量研究。但可知，即使在基于過去的見解使用體積穩定的煉鋼爐渣 的情況下，在小尺寸時沒有問題，但在將大型制品在一定條件下暴露時存在耐久性劣化的 可能性，需要其對策。
[0015] 本發明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供能夠得到即使在施加反復應力的環 境中也具有高耐久性的水合固化體的水合固化體的制造方法。另外，本發明的另一個目的 在于提供即使在施加反復應力的環境中也具有高耐久性的水合固化體。
[0016] 用于解決問題的方法
[0017] 據稱粉化率低的粉粒狀的煉鋼爐渣具有與混凝土中的骨料類似的功能并且有助 于一部分粘結材料的反應。作為鋼鐵爐渣的粒度，除了為25mm以下之外沒有特別規定（參 考"鋼鐵爐渣水合固化體技術手冊"（（財）沿岸技術研究中心））。另外，如上所述，在專利 文獻3中記載了：使1. 18mm以下的粒子的比率在除水以外的總配合量的15~55質量％的 范圍內。
[0018] 本發明的發明人將滿足該條件的煉鋼爐渣在各種配合條件下進行混煉并對水合 固化體進行了暴露評價，結果獲知，形成亂石、小規模的砌塊等的水合固化體沒有問題。但 可知，在為以一塊計重量超過2. 5噸的大型砌塊或者為置于熱環境或干濕周期性地發生變 化的環境中的水合固化體的情況下，存在產生裂紋的情況。
[0019] 然后，本發明的發明人對其原因進行了深入研究，結果發現，煉鋼爐渣的粒度的影 響極大。本發明的發明人特別發現，不僅規定1. 18_以下的細的粒度的粒子的比例是重要 的，而且粒度大的粒子以適當比例存在也是重要的，從而想到了本發明。
[0020] 本發明的水合固化體的制造方法為通過將粉粒狀的煉鋼爐渣與含有Si02的物質 用水進行混煉而制造的水合固化體的制造方法。其特征在于，作為所述煉鋼爐渣，使用在 80°C的溫水中浸漬10天后的粉化率為2. 5質量％以下并且細度模量為4. 5以上的煉鋼爐 渣，作為所述含有Si02的物質，使用高爐爐渣微粉、或者高爐爐渣微粉和粉煤灰。
[0021] 本發明的水合固化體的制造方法的特征在于，在上述發明中，作為所述煉鋼爐渣， 使用粒徑在0. 5mm以下的范圍內的粒子的比率為10質量％以上的煉鋼爐渣。
[0022] 本發明的水合固化體的制造方法的特征在于，在上述發明中，在相對于高爐爐渣 微粉和粉煤灰的合計含量為0. 2~20質量％的范圍內添加選自堿金屬和/或堿土金屬的 氧化物、氫氧化物、硫酸鹽和氯化物中的一種或兩種以上。
[0023] 本發明的水合固化體的制造方法的特征在于，在上述發明中，相對于高爐爐渣微 粉和粉煤灰的合計含量以200質量％作為上限來添加選自普通硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥和 復合水泥中的一種或兩種以上。
[0024] 本發明中的水合固化體的制造方法的特征在于，在上述發明中，在相對于高爐爐 渣微粉、粉煤灰以及堿金屬和/或堿土金屬的氧化物、氫氧化物、硫酸鹽和氯化物的合計含 量為0. 1~2. 0質量％的范圍內添加萘磺酸和/或聚羧酸。
[0025] 本發明的水合固化體的特征在于，利用本發明的水合固化體的制造方法而制造。
[0026] 本發明的水合固化體的特征在于，在上述發明中，固化后的100萬次疲勞強度超 過靜態疲勞強度的50%。
[0027] 本發明的水合固化體的特征在于，在上述發明中，在海域沿岸的潮間帶、飛濺區、 或者陸域利用。
[0028] 本發明的水合固化體的特征在于，在上述發明中，其用于重量為1噸以上的構件。
[0029] 發明效果
[0030] 根據本發明，能夠提供即使在施加反復應力的環境中仍具有高耐久性的水合固化 體。
【附圖說明】
[0031] 圖1是表示煉鋼爐渣的FM值與至破壞為止的反復負荷次數的關系的一例的圖。
[0032] 圖2是表示細粒側10%的爐渣粒徑與混煉物的坍落度的關系的一例的圖。
【具體實施方式】
[0033] 使用煉鋼爐渣而制造的水合固化體通過使用膨脹穩定性低的煉鋼爐渣作為骨料 相當材料并進一步加入粘結材料和水進行混煉來制造。本發明中，為了得到高耐久性，使用 包括上述條件在內并滿足以下的條件（1)、（2)的物質作為煉鋼爐渣。另外，在本發明中，使 用高爐爐渣微粉、或者高爐爐渣微粉和粉煤灰等含有510 2的物質作為粘結材料。
[0034] (1)CaO、MgO這樣的具有膨脹性的礦物的含有率低、粉化率低。
[0035] (2)細度模量（FM值）為4. 5以上。
[0036] 作為煉鋼爐渣，可以例示鐵水預處理渣（脫磷爐渣、脫硅爐渣等）、轉爐脫碳爐渣、 電爐爐渣等，可以使用這些爐渣中的一種以上。煉鋼爐渣優選是最大粒徑為25mm以下的粒 度的煉鋼爐渣。
[0037] 在精煉的工藝中，CaO、MgO混入到煉鋼爐渣中。CaO、MgO的大部分與Si02、FeO等 其他元素形成復合氧化物，但一部分以游離CaO、游離MgO的狀態存在。當游離CaO、游離 MgO原樣大量殘留時，與水分反應而形成Ca(OH)2、Mg(0H) 2，從而發生膨脹。這些礦物相可以 通過控制煉鋼爐渣的組成、冷卻而抑制得較低。
[0038] 將煉鋼爐渣在室外的場地進行長時間風化，或者進行蒸汽老化而促進水合反應， 由此，在用于水合固化體的制造之前使游離CaO、游離MgO變成Ca(0H)2、Mg(0H) 2。由此，在 使用煉鋼爐渣作為骨料相當材料時沒有問題。對此，所使用的煉鋼爐渣在80°C下進行10天 溫水養護后變成粉狀的比率為2. 5質量％以下時，不會對水合固化體的強度產生影響。因 此，即使將這種煉鋼爐渣用于由應力等環境引起的變化少的小型制品用途，也不會影響制 品的破損等。
[0039] 基于以往的見解，對于煉鋼爐渣僅規定粒徑1. 18mm以下的粒子的比率來制造大 型砌塊并暴露于陸地上或潮間帶時，結果，根據情況進行長時間暴露時，觀察到發生大規模