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CN109153611B - 水合固化体及其制造方法 - Google Patents

水合固化体及其制造方法 Download PDF

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CN109153611B CN201780030377.3A CN201780030377A CN109153611B CN 109153611 B CN109153611 B CN 109153611B CN 201780030377 A CN201780030377 A CN 201780030377A CN 109153611 B CN109153611 B CN 109153611B
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Abstract

本发明提供疲劳耐久性优异的水合固化体及其制造方法。上述水合固化体是使下述混炼物固化而成的，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，其中，上述骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下，上述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上，上述骨料在上述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。

Description

水合固化体及其制造方法
技术领域
本发明涉及水合固化体及其制造方法。
背景技术
以往，已知有混凝土、砂浆等水合固化体。通常而言，水合固化体是使混炼物固化而得到的，所述混炼物包含：天然碎石、山砂等粒度不同的骨料(细骨料及粗骨料)；水泥等通过水合反应而固化的粘合材料；和水。
作为这样的水合固化体，使用了含有炼钢炉渣的骨料的水合固化体(以下，也称为“炼钢炉渣水合固化体”。)是已知的(例如，参见专利文献1)，其被用于港口土木材料、路基材料等。
炼钢炉渣是包含大量铁分的高比重且硬质的物质，而且具有各种粒度，因此可以以细骨料、粗骨料的形式使用。在将炼钢炉渣水合固化体用于港口土木材料(例如，消波块、鱼礁块)的情况下，可提高港口土木材料的比重，因此可以说炼钢炉渣水合固化体是适于港口土木材料的材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-264045号公报
发明内容
发明要解决的课题
将水合固化体作为例如港口土木材料、路基材料使用的情况下，力学应力被持续且反复地施加至水合固化体，水合固化体发生疲劳。因此，对于水合固化体而言，要求强度、比重等物性、以及优异疲劳耐久性作为重要特性。
本发明是鉴于上述情况而作出的，目的在于提供疲劳耐久性优异的水合固化体及其制造方法。
用于解决课题的手段
本申请发明人为实现上述目的进行了深入研究，结果发现，通过使用满足特定条件的骨料作为含有炼钢炉渣的骨料，得到的水合固化体的疲劳耐久性变得良好，从而完成了本发明。
即，本发明提供以下的[1]～[6]。
[1]水合固化体，其是使下述混炼物固化而成的，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，其中，上述骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下，上述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上，上述骨料在上述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。
[2]如上述[1]所述的水合固化体，其中，上述粘合材料包含选自由高炉炉渣微粉末及波特兰水泥组成的组中的至少一种。
[3]如上述[1]或[2]所述的水合固化体，其中，上述粘合材料包含选自由硅灰及飞灰组成的组中的至少一种。
[4]水合固化体的制造方法，其是使下述混炼物固化而得到水合固化体的水合固化体的制造方法，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，其中，上述骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下，上述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上，上述骨料在上述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。
[5]如上述[4]所述的水合固化体的制造方法，其中，上述粘合材料包含选自由高炉炉渣微粉末及波特兰水泥组成的组中的至少一种。
[6]如上述[4]或[5]所述的水合固化体的制造方法，其中，上述粘合材料包含选自由硅灰及飞灰组成的组中的至少一种。
发明的效果
根据本发明，可提供疲劳耐久性优异的水合固化体及其制造方法。
具体实施方式
[水合固化体]
本发明的水合固化体是使下述混炼物固化而成的水合固化体，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，其中，上述骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下，上述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上，上述骨料在上述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。
本发明的水合固化体的疲劳耐久性优异。其原因认为如下。
水合固化体因反复施加力学应力而“疲劳”，会发生龟裂等。推测本发明的水合固化体由于适当地填充有骨料，其发挥阻止龟裂的产生及发展的作用，因此疲劳耐久性优异。
本发明的水合固化体的疲劳耐久性优异，因此可合适地用作例如港口土木材料、路基材料。
下文中，对本发明的水合固化体进行说明，并且针对本发明的水合固化体的制造方法也一并进行说明。
[骨料〕
本发明中使用的骨料(以下，方便起见，称为“本发明中的骨料”。)含有炼钢炉渣。除了炼钢炉渣外，本发明中的骨料也可以含有：以往已知的天然碎石、山砂；高炉缓冷炉渣、高炉水碎炉渣细骨料(例如，JIS A 5011-1“混凝土用炉渣骨料-第1部：高炉炉渣骨料”中规定的骨料等。其中，也可以为JIS以外的物品。)；混凝土用再生骨料(例如，JIS A 5021“混凝土用再生骨料H”、JIS A 5022“使用了再生骨料M的混凝土”、JIS A 5023“使用了再生骨料L的混凝土”中规定的物质等。其中，也可以为JIS以外的物品。)等骨料。
从有效利用炼钢炉渣的观点考虑，本发明中的骨料中，炼钢炉渣所占的体积比例(容积比率)优选为50体积％以上，更优选为75体积％以上，进一步优选为100体积％。
作为炼钢炉渣，不仅可以使用产生于转炉、电炉、混铁车等中的炉渣，也可以使用铁水预处理炉渣、在不锈钢精炼时产生的含有T.Cr≥0.5质量％的炉渣等。还可以使用经蚀刻处理的炼钢炉渣，虽与其蚀刻方法无关，但优选水浸膨胀比为0.5％以下的炼钢炉渣。也可以使用经风碎处理的炼钢炉渣作为炼钢炉渣的一部分，尽管成本会变高。
骨料分类为细骨料和粗骨料。如JIS A 0203：2014中所记载的，细骨料是全部通过10mm网筛、且85％(以质量计)以上通过5mm网筛的骨料(简称为小于5mm的骨料)。另一方面，粗骨料是85％(以质量计)以上滞留于5mm网筛的骨料(简称为5mm以上的骨料)。
<最大尺寸>
本发明中的骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下。因此，本发明中的骨料至少包含粗骨料。
此处，所谓骨料的最大尺寸，如JIS A 0203：2014中所记载的，是指由骨料的90％(以质量计)以上所通过的筛中的尺寸最小的筛的标称尺寸表示的尺寸。
标称尺寸与筛眼孔径(sieve mesh opening)的关系记载于JIS A 1102：2014、以及JIS Z 8801-1：2006、JIS Z 8801-2：2000及JIS Z 8801-3：2000中，例如，40mm的标称尺寸与37.5mm的筛眼孔径对应。因此，例如，所谓最大尺寸为40mm的炼钢炉渣，是指下述炼钢炉渣：90质量％以上的炼钢炉渣从37.5mm的筛眼孔径通过，并且，从31.5mm的筛眼孔径通过的炼钢炉渣小于90质量％。
本发明中的骨料的最大尺寸优选为10mm以上且60mm以下，这是因为可使本发明的水合固化体的疲劳耐久性更加优异。
除了本发明的骨料以外，本发明的水合固化体可以含有最大尺寸大于60mm的骨料。
<实积率>
本发明中的骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上。由此，本发明的水合固化体的疲劳耐久性优异。此处规定的实积率为本发明中的骨料的“粗骨料”的实积率，本发明中的骨料的“细骨料”的实积率没有特别限定。
实积率记载于JIS A 1104：2006中，概括而言，是指骨料在单位容积中所占的净容积比例。
本发明中的骨料的粗骨料的实积率优选为55体积％以上，这是因为可使本发明的水合固化体的疲劳耐久性更加优异。
对于本发明中的骨料的粗骨料的实积率而言，其上限没有特别限定，例如为75体积％以下，优选为70体积％以下。
<容积率>
本发明中的骨料在本发明的水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。由此，本发明的水合固化体的疲劳耐久性优异。此处规定的容积率为不仅包括粗骨料、还包括细骨料在内的概念。
骨料的容积率以下述方式算出。首先，确定构成水合固化体的水、骨料(粗骨料及细骨料)、粘合材料及空气等材料各自的容积率。接着，以基于各材料的容积率及密度进行计算而得到的配合进行搅拌试验(日文：練り上げ試験)。搅拌好后对水合固化体中的空气量(单位：体积％)进行实测，算出包括骨料在内的各材料的实际容积率。
本发明中的骨料的容积率优选大于55体积％，更优选为57体积％以上，这是因为可使本发明的水合固化体的疲劳耐久性更加优异。
另一方面，上限没有特别限定，例如为80体积％以下，优选为75体积％以下。
<细骨料率(s/a)>
本发明中的骨料的细骨料率没有特别限定，以体积％计，例如为30～60％，优选为35～55％。
所谓细骨料率，是指细骨料相对于骨料的比例，也表述为“s/a”。
本发明中的骨料的配合量没有特别限定，可以与通常的混凝土、砂浆同样，例如为1200～3000kg/m3，优选为1400～2500kg/m3。
本说明书中，“配合量”为每单位体积(1m3)水合固化体的配合量(kg)(以下同样)。
〔粘合材料〕
作为本发明中使用的、通过水合反应而固化的粘合材料(以下，方便起见，也称为“本发明中的粘合材料”。)，没有特别限定，可以使用以往已知的粘合材料。
本发明中的粘合材料的配合量合计为例如300～800kg/m3，优选为350～700kg/m3。
作为本发明中的粘合材料，例如，可优选举出包含选自由高炉炉渣微粉末及波特兰水泥组成的组中的至少一种的粘合材料。其配合量合计为例如200～700kg/m3，优选为300～680kg/m3。
作为高炉炉渣微粉末，例如，可举出JIS A 6206：2013中规定的混凝土用高炉炉渣微粉末。
作为波特兰水泥，例如，可举出JIS R 5210：2009中规定的波特兰水泥。
对于本发明中的粘合材料而言，可以以与上述高炉炉渣微粉末等并用或者与上述高炉炉渣微粉末等分开的方式，包含选自由硅灰及飞灰组成的组中的至少一种。其配合量合计为例如0～300kg/m3，优选为O～250kg/m3。
作为硅灰，例如，可举出JIS A 6207：2011中规定的混凝土用硅灰。
作为飞灰，例如，可举出煤炭火力发电中产生的飞灰，优选JIS A 6201：2015中规定的混凝土用飞灰或飞灰原粉。
〔水〕
本发明中使用的水没有特别限定。水的配合量例如为100～350kg/m3，优选为120～300kg/m3。
〔其他成分〕
本发明中，可以进一步使用其他成分。
例如，为了确保尚未固化的水合固化体的可加工性，可以使用在混凝土中通常使用的减水剂等混合剂。
使用混合剂时，其配合量例如为O～10000g/m3，优选为O～7000g/m3。
〔空气量〕
本发明中，空气量没有特别限定，例如，以体积％计，为0.5～10％，优选为1～8％。
〔混炼及固化〕
本发明中，将配合有上述成分的组合物进行混炼而制备混炼物，使该混炼物固化，得到本发明的水合固化体。
得到本发明的水合固化体时的混炼、浇注、成型、熟化等可以与通常的混凝土、砂浆的情况同样。关于固化，也没有特别限定，在使固化加快的情况下，与混凝土的情况同样地进行利用蒸气、高压釜的处理即可。
实施例
以下，举出实施例对本发明具体地说明。但是，本发明并不限定于此。
<比较例1～5及发明例1～15>
以下述表1的配合使用混合机进行混炼，将混炼物在10cm× 10cm×40cm的型模中进行成型。2天后将成型物脱模，在20℃的水中熟化28天，得到水合固化体。
作为骨料，使用炼钢炉渣。更详细而言，在比较例1～5及发明例1～8中使用铁水预处理炉渣，在发明例9～15中使用转炉炉渣。
作为高炉炉渣微粉末，使用JIS A 6206：2013中规定的混凝土用高炉炉渣微粉末。作为波特兰水泥，使用JIS R 5210：2009中规定的普通波特兰水泥。作为硅灰，使用JIS A6207：2011中规定的混凝土用硅灰。作为飞灰，使用JIS A 6201：2015中规定的混凝土用飞灰。
<疲劳耐久性的评价>
针对得到的水合固化体，进行弯曲疲劳试验。荷载方法为三等分点荷载。对于荷载条件而言，将上限应力(应力强度比)设为JIS A 1106：2006的弯曲强度试验方法中测得的弯曲强度的60％，将下限应力设为上限应力的5％。反复荷载速度设为7Hz的频率。
在这样的条件下对水合固化体反复施加荷载，求出直至发生断裂的次数，将其作为弯曲疲劳寿命。该次数大于1×104次时，可评价为疲劳耐久性优异。
Figure BDA0001868156250000091
由上述表1及图1所示的结果可知，(1)骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下、(2)骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上、(3)骨料的容积率为55体积％以上的发明例1-15的疲劳耐久性良好。
若将发明例1-15进行对比，相比于粗骨料的实积率并非55体积％以上的发明例1～4及6～8，粗骨料的实积率为55体积％以上的发明例5及9～15的疲劳耐久性更为良好。
与此相对，不满足上述(1)～(3)中的一个以上的比较例1～5的疲劳耐久性差。
<比较例6～11及发明例16～21>
以下述表2的配合使用混合机进行混炼，将混炼物在10cm×10cm×40cm的型模中进行成型。2天后将成型物脱模，在20℃的水中熟化28天，得到水合固化体。
作为骨料，除了使用炼钢炉渣以外，还使用了天然碎石、山砂、高炉缓冷炉渣、高炉水碎炉渣细骨料、及混凝土用再生骨料(以下，也简单地表述为“再生骨料”)。
作为炼钢炉渣以外的骨料，更详细而言，比较例6～7及发明例16～17中使用天然碎石及山砂，比较例8～9及发明例18～19中使用高炉缓冷炉渣及高炉水碎炉渣细骨料，比较例10～11及发明例20～21中使用混凝土用再生骨料。作为炼钢炉渣，使用铁水预处理炉渣。
作为高炉炉渣微粉末，使用JIS A 6206：2013中规定的混凝土用高炉炉渣微粉末。作为波特兰水泥，使用JIS R 5210：2009中规定的普通波特兰水泥。作为飞灰，使用JISA6201：2015中规定的混凝土用飞灰。
<疲劳耐久性的评价>
针对得到的水合固化体，进行弯曲疲劳试验。荷载方法为三等分点荷载。对于荷载条件而言，将上限应力(应力强度比)设为在JIS A 1106：2006的弯曲强度试验方法中测得的弯曲强度的60％，将下限应力设为上限应力的5％。反复荷载速度设为7Hz的频率。
在这样的条件下对水合固化体反复施加荷载，求出直至发生断裂的次数，将其作为弯曲疲劳寿命。该次数大于1×104次时，可评价为疲劳耐久性优异。
Figure BDA0001868156250000121
由上述表2所示的结果可知，(1)骨料的最大尺寸为5mm以上且60mm以下、(2)骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上、(3)骨料的容积率为55体积％以上的发明例16～21的疲劳耐久性良好。
与此相对，不满足上述(1)～(3)中的一个以上的比较例6～11的疲劳耐久性差。

Claims (6)

1.水合固化体，其是使下述混炼物固化而成的，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，
其中，所述骨料的最大尺寸为40mm以上且60mm以下，
所述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上且70体积％以下，
所述骨料在所述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。
2.如权利要求1所述的水合固化体，其中，所述粘合材料包含选自由高炉炉渣微粉末及波特兰水泥组成的组中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的水合固化体，其中，所述粘合材料包含选自由硅灰及飞灰组成的组中的至少一种。
4.水合固化体的制造方法，其是使下述混炼物固化而得到水合固化体的水合固化体的制造方法，所述混炼物包含含有炼钢炉渣的骨料、通过水合反应而固化的粘合材料、和水，
其中，所述骨料的最大尺寸为40mm以上且60mm以下，
所述骨料的粗骨料的实积率为50体积％以上且70体积％以下，
所述骨料在所述水合固化体的总容积中所占的容积率为55体积％以上。
5.如权利要求4所述的水合固化体的制造方法，其中，所述粘合材料包含选自由高炉炉渣微粉末及波特兰水泥组成的组中的至少一种。
6.如权利要求4或5所述的水合固化体的制造方法，其中，所述粘合材料包含选自由硅灰及飞灰组成的组中的至少一种。
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