高炉スラグ粉砕物

高炉スラグ微粉末（GGBSまたはGGBFS）は、高炉からの溶融鉄スラグ（鉄鋼製造の副産物）を水または蒸気で急冷してガラス質の粒状製品とし、これを乾燥して微粉末に粉砕して得られる。高炉スラグ微粉末は、水と接触するとケイ酸カルシウム水和物（CSH）を形成する潜在性水硬性結合剤である。コンクリートの耐久性を向上させる強度増強化合物である。冶金セメント（欧州規格EN 197のCEM III ）の成分である。主な利点は水和熱の放出が遅いことで、セメントの凝結およびコンクリートの養生中の大量のコンクリート部​​品および構造物の温度上昇を抑えることができ、また暑い夏にコンクリートを打設することができる。

スラグの化学組成は、鉄生産工程における原材料の組成によって大きく異なります。鉱石とコークスからのケイ酸塩とアルミネートの不純物は、スラグの粘度を下げるフラックスと高炉で混合されます。銑鉄生産の場合、フラックスは主に石灰石とフォルステライトの混合物ですが、場合によってはドロマイトの場合もあります。高炉では、スラグは鉄の上に浮かんでいるので、分離のためにデカントされます。スラグ溶融物をゆっくり冷却すると、Ca-Al-Mg ケイ酸塩の集合体からなる非反応性の結晶性物質が生成されます。良好なスラグ反応性または水硬性を得るには、メルウィナイトとメリライトの結晶化を防ぐために、スラグ溶融物を 800 °C 未満で急速に冷却または急冷する必要があります。スラグを冷却して細分化するために、溶融スラグを加圧された水または空気のジェット流にさらす造粒プロセスを適用することができます。または、ペレット化プロセスでは、液体スラグを水で部分的に冷却し、その後回転ドラムによって空気中に噴射します。適切な反応性を得るために、得られた破片は、ポートランドセメントと同じ細かさになるまで粉砕されます。

高炉スラグの主成分は、CaO（30～50%）、SiO ₂（28～38%）、Al ₂ O ₃（8～24%）、MnO、およびMgO（1～18%）です。一般に、スラグのCaO含有量が増加すると、スラグの塩基度が上昇し、圧縮強度が増加します。MgOとAl ₂ O _3の含有量は、それぞれ10～12%と14%まで同じ傾向を示しますが、それを超えると、それ以上の改善は得られません。スラグの組成と水硬活性を相関させるために、いくつかの組成比またはいわゆる水硬性指数が使用されてきました。後者は、ほとんどの場合、バインダーの圧縮強度として表されます。ポートランドセメントとのブレンドに適したスラグのガラス含有量は通常90～100%の間で変化し、冷却方法と冷却を開始する温度によって異なります。急冷ガラスのガラス構造は、Si や Al などのネットワーク形成元素と、Ca、Mg、そしてそれほどではないが Al などのネットワーク修飾子との比率に大きく依存します。ネットワーク修飾子の量が増加すると、ネットワークの脱重合度と反応性が高まります。

高炉スラグの一般的な結晶成分はメルウィナイトとメリライトです。結晶化が進むにつれて形成される可能性のあるその他の微量成分には、ビーライト、モンティセライト、ランキナイト、ウォラストナイト、フォルステライトがあります。少量の還元硫黄は、オルダマイトとしてよく見られます。^[1]

GGBS は、普通ポルトランドセメントや他のポゾラン材料と組み合わせて耐久性のあるコンクリート構造物を作るために使用されます。GGBS は、コンクリートの耐久性に優れているため、建物の寿命を延ばすため、ヨーロッパで広く使用されており、米国やアジア (特に日本とシンガポール) でもますます使用されています。^{[引用が必要]}

GGBS の 2 つの主な用途は、品質が改善されたスラグセメント、すなわちポートランド高炉セメント (PBFC) と高スラグ高炉セメント (HSBFC) の製造です。GGBS 含有量は通常 30 ～ 70% です。また、レディーミックスまたは現場でバッチ処理された耐久性のあるコンクリートの製造にも使用されます。

GGBS セメントで作られたコンクリートは、セメント質材料中の GGBS の量に応じて、普通ポルトランドセメントで作られたコンクリートよりもゆっくりと固まりますが、生産条件ではより長い期間にわたって強度を増し続けます。その結果、水和熱が低くなり、温度上昇が低くなり、コールドジョイントを回避しやすくなりますが、迅速な固まりが求められる建設スケジュールにも影響する可能性があります。

GGBSの使用により、アルカリシリカ反応（ASR）による損傷のリスクが大幅に軽減され、塩化物侵入に対する耐性が向上して鉄筋腐食のリスクが軽減され、硫酸塩やその他の化学物質による攻撃に対する耐性が向上します。^[2]

GGBS セメントは、コンクリート製造業者のバッチング プラントで、ポルトランド セメント、骨材、水とともにコンクリートに添加できます。混合物中の骨材と水とセメント質材料の通常の比率は変わりません。GGBS は、重量比で 1 対 1 で、ポルトランド セメントの直接代替品として使用されます。GGBS の代替レベルは 30% から最大 85% までさまざまです。通常、ほとんどの場合、40% から 50% が使用されます。

ヨーロッパでは、コンクリートにポルトランドセメントに加えて GGBS を使用することが、コンクリート規格 EN 206:2013 で規定されています。この規格では、普通ポルトランドセメントに加えて、コンクリートへの添加物として、ほぼ不活性な添加物 (タイプ I) とポゾランまたは潜在性水硬性添加物 (タイプ II) の 2 つのカテゴリを規定しています。GGBS セメントは後者のカテゴリに分類されます。GGBS セメントはポルトランドセメントよりも若干安価であるため、GGBS セメントで作られたコンクリートは、普通ポルトランドセメントで作られたコンクリートと同程度の価格になります。

混合比率に応じて部分的に使用されます。

GGBS セメントは、硫酸塩腐食と塩化物腐食の両方に対する保護を提供するために、コンクリートに日常的に指定されています。GGBS は、SRPC に比べて優れた性能と大幅なコスト削減により、硫酸塩耐性の用途で現在市場で硫酸塩耐性ポートランド セメント (SRPC) に事実上取って代わりました。スペンサー ドックを含むダブリンのドックランドのほとんどのプロジェクトでは、硫酸塩耐性のために地下コンクリートに GGBS を使用しています。

バルク電気抵抗率は、コンクリートサンプルの抵抗率を測定できる試験方法です。(ASTM 1876–19) 電気抵抗率が高いということは、イオン移動抵抗率が高く、耐久性が高いことを示している可能性があります。研究者は、コンクリート中の GGBS を最大 50% 置き換えることで、いくつかの耐久性特性を大幅に改善できることを示しました。^[2]

塩化物による腐食から保護するため、GGBS はコンクリートの 50% の置換レベルで使用されています。塩化物による腐食は、海洋環境の鉄筋コンクリートや、コンクリートが道路凍結防止塩の飛散にさらされる道路橋で発生します。アイルランドのほとんどのNRAプロジェクトでは、塩化物による腐食から保護するために、橋脚や橋台の構造コンクリートに GGBS が指定されています。このような場合に GGBS を使用すると、ポートランド セメントのみを使用した場合に比べて構造物の寿命が最大 50% 長くなり、より高価なステンレス鋼補強材が不要になります。

GGBS は、大規模なコンクリート注入時の温度上昇を抑えるためにも日常的に使用されています。GGBS セメントは水和が緩やかなため、ポートランド セメントよりも温度ピークが低く、全体的な発熱量も少なくなります。これによりコンクリートの温度勾配が小さくなり、コンクリートを弱めて耐久性を低下させる可能性のある微小亀裂の発生を防ぐことができます。この目的で、コークのジャック リンチ トンネルの建設に使用されました。

ポートランド セメントで作られたコンクリートの石のような灰色とは対照的に、GGBS セメントのほぼ白色により、建築家は追加コストをかけずに、露出した打ち放しコンクリートの仕上げをより明るい色にすることができます。より明るい色の仕上げを実現するために、GGBS は通常 50% から 70% の置換レベルで指定されますが、85% という高いレベルを使用することもできます。GGBS セメントはまた、GGBS 粒子が細かいため、より滑らかで欠陥のない表面を生み出します。GGBS コンクリートにはポートランド セメントで作られたコンクリートほど簡単には汚れが付着しないため、メンテナンス コストが削減されます。GGBS セメントは、炭酸カルシウムの沈着物によるコンクリート表面の汚れである白華の発生を防ぎます。GGBS は石灰含有量が非常に少なく、浸透性が低いため、50% から 60% の置換レベルで使用すると白華を防ぐのに効果的です。

GGBS セメントを含むコンクリートは、ポートランド セメントで作られたコンクリートよりも極限強度が高くなります。ポートランド セメントのみで作られたコンクリートよりも、強度を高めるケイ酸カルシウム水和物(CSH) の割合が高く、コンクリートの強度に寄与しない遊離石灰の含有量が少なくなっています。GGBS で作られたコンクリートは、時間の経過とともに強度が増し、10 年から 12 年の間に 28 日強度が 2 倍になることが示されています。^{[引用が必要]}

コンクリートに高炉スラグ（GGBS）を置換する場合の最適量は、セメントのみで作られたコンクリートに比べて高い圧縮強度を得るために、質量比で20～30％であると報告されている。^[2]

GGBS は鉄鋼製造工程の副産物であるため、コンクリートに使用すると、 LEEDや香港の Building Environmental Assessment Method (BEAM) Plus などにより、プロジェクトの持続可能性を向上させるものとして認められ、LEED および BEAM Plus 認証のポイント加算につながります。この点で、GGBS は、コンクリートが塩化物や硫酸塩と接触している場合だけでなく、上部構造の鋳造の硬化時間が遅いことが正当化される限り、上部構造にも使用できます。

• コンクリート協会、セメント系材料：GGBS、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粒子がコンクリートセメント系材料の特性に与える影響

• 米国連邦道路管理局。「粉砕高炉スラグ」。2007 年 1 月 22 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年 1 月 24 日閲覧。
• Civil and Marine Company。「よくある質問」。2007 年 1 月 13 日にオリジナルからアーカイブ。2007年 1 月 24 日に取得。
• EnGro Corporation Ltd. 「粉砕高炉スラグ (GGBS)」。2007 年 1 月 22 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年 1 月 24 日閲覧。
• Construct Ireland. 「Ground Granulated Blastfurnace Slag (GGBS)」。2010 年 7 月 20 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年 2 月 21 日閲覧。
• Ecocem. 「粉砕高炉スラグ（GGBS）」。2013年5月27日閲覧。