JP2004323244A - アスファルト骨材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】転炉スラグから製造され、アスファルト内で均一に分散可能な形状、及びアスファルト骨材として適した粒径を備えたアスファルト骨材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグ１０を、粉砕し急速凝固させて粒化し、実績率が６０％以上ある粒状スラグ１５を主体とする。このアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグ１０を、溶融状態で機械粉砕又は風力粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物１３を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５を主体とするアスファルト骨材を造る。
【選択図】 図１
【解決手段】アスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグ１０を、粉砕し急速凝固させて粒化し、実績率が６０％以上ある粒状スラグ１５を主体とする。このアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグ１０を、溶融状態で機械粉砕又は風力粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物１３を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５を主体とするアスファルト骨材を造る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉スラグを用いて製造するアスファルト骨材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転炉スラグ（以下、単にスラグとも言う）を骨材として利用する方法として、特許文献１には、転炉スラグ（転炉製鋼滓）を乾式粉砕して所定粒度範囲に分級したものを主骨材として使用し、これにフィラー、細骨材、及びアスファルトを混合してアスファルト舗装を行う方法が提案されている。
また、特許文献２には、高炉溶融スラグを所定の粒度に粉砕して、球状もしくはそれに近い形状とした粒滓を、アスファルト骨材として利用することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５２−３７９２２号公報
【特許文献２】
特開昭５３−１４１３２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した発明には以下の問題がある。
特許文献１に記載された発明では、製造された主骨材に角張りが生じているため、前記した原料の混合時において主骨材の流動性が悪くなり、主骨材をアスファルト内で均一に分布できず、アスファルト舗装部分が所定の強度を達成できない恐れがある。
また、主骨材に角張りが生じていることで、主骨材の実績率（充填率）が低下し、やはりアスファルト舗装部分が所定の強度を達成できない恐れがある。
【０００５】
そして、この発明では、転炉スラグに特有の課題、即ちスラグの膨張、粉化に対する解決策も開示されていない。
一般に転炉スラグを骨材として使用する場合、スラグの含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等の水和反応によって、スラグに約２倍程度の体積膨張が生じるため、通常骨材などの製品として出荷する前に、大気圧下において山積みしたスラグ中に蒸気を３〜４日間吹き込む、いわゆるエージング処理が実施されている。しかし、この方法では、処理後のスラグの膨張、粉化が抑制できる反面、蒸気、処理場確保等のコストがかかるという問題や、処理時間が長時間必要になる等の問題があった。
また、スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ）は、徐冷時にγ相へ変態することで１０〜１５％の体積膨張を生じるため、この体積膨張によりスラグの粉化が発生し、粉化したスラグを骨材として使用できない問題もあった。
【０００６】
また、特許文献２に記載された発明についても、転炉スラグを用いる際の前記した課題、即ちスラグの膨張、粉化の解決がなされておらず、また破砕された溶融スラグの具体的な冷却手段も開示されていない。なお、溶融スラグに対して適切な冷却が実施できなければ、粒滓が変形したり、また破砕した高温スラグ同士が再度結合するため、製造した骨材に角張りが生じ、骨材の実績率が低下して、前記した問題が生じる恐れがある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、転炉スラグから製造され、アスファルト内で均一に分散可能な形状、及びアスファルト骨材として適した粒径を備えたアスファルト骨材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るアスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグを、粉砕し急速凝固させて粒化し、実績率が６０％以上ある粒状スラグを主体とする。
ここで、低塩基度とは、例えば１．１〜４．０の範囲の塩基度をいう。
また、実績率とは充填率に相当するものであり、例えばＪＩＳ−Ａ１１０４の試験方法で得られる数値である。
このように、アスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグから製造されているので、溶融転炉スラグの粘性を、製造した粒状スラグの外形が、例えば、角張り状、扁平状、針状等となることなく、略球形状に近い状態になるように調整できる。これにより、アスファルト骨材は、実績率が６０％以上ある粒状スラグを含有できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕するので、急速凝固させることで溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを、膨張を伴うγ相へ変態させることなく、膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係るアスファルト骨材は、第１の発明に係るアスファルト骨材において、前記溶融転炉スラグの塩基度は、１．２〜１．７の範囲に調整されている。
このように、溶融転炉スラグの塩基度が１．２〜１．７の範囲に調整されているので、粒状スラグの形状を、更に球形状に近い状態になるように調整でき、アスファルト骨材の実績率を更に高めることができる。
【０００９】
前記目的に沿う第３の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で機械粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造る。
このように、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で機械粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にできる。
また、溶融転炉スラグを機械粉砕するので、その表面積を破砕された溶融転炉スラグより大きくでき、冷却効率を高めることができる。続いて、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成することで、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。
【００１０】
前記目的に沿う第４の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記機械粉砕には、周囲に複数の羽根を取付けた回転ドラムが使用され、該羽根の外側の接線方向速度が１５〜４５ｍ／秒である。
ここで、羽根の外側とは、羽根の基端（付け根）から先端へかけてのいずれかの部分を意味する。
このように、機械粉砕に回転ドラムを使用し、この回転ドラムの羽根の接線方向速度を１５〜４５ｍ／秒に設定することで、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができる。
【００１１】
前記目的に沿う第５の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第４の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記回転ドラムと前記溶融転炉スラグが接触する期間は、前記回転ドラムの外周に水を接触させている。
ここで、複数の羽根が取付けられた回転ドラムを用いて溶融転炉スラグを粉砕する場合、羽根やドラムに溶融転炉スラグが固着するため、溶融転炉スラグに剪断力を与える面積が減り、粉砕する効果が著しく損なわれることがある。
このため、回転ドラムと溶融転炉スラグが接触する期間は、回転ドラムの外周に水を接触させることで、羽根やドラム上に水膜（沸騰）を存在させ、羽根やドラムへの溶融転炉スラグの固着を防止し、機械粉砕の効果を持続させる。
【００１２】
前記目的に沿う第６の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で風力粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造る。
このように、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で風力粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にできる。
また、溶融転炉スラグを風力粉砕するので、その表面積を破砕された溶融転炉スラグより大きくでき、冷却効率を高めることができる。続いて、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成することで、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。
【００１３】
前記目的に沿う第７の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第６の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記風力粉砕に使用する気流の噴射速度が６０〜２５０ｍ／秒である。
このように、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定するので、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができる。
【００１４】
前記目的に沿う第８の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３〜第７の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記散水処理に使用する水の量は、前記粒化物の量の０．４３〜３倍である。
このように、散水処理に使用する水の量を、粒化物の量の０．４３〜３倍に設定するので、粉砕された溶融状態の溶融転炉スラグを、落下するまでに変形させることなく、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを確実にβ相へ変態できる。
【００１５】
前記目的に沿う第９の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３〜第８の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記粒化物の水への浸漬処理には、温度が６０℃以上の水を使用し、前記粒化物の膨張崩壊を防止し、かつ水和膨張反応を促進する。
このように、浸漬処理には、温度が６０℃以上の水を使用するので、転炉スラグの特有の課題であった粒化物の粉化防止処理を確実に実施でき、しかも水和膨張反応を従来よりも短時間で完了させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図、図２は同アスファルト骨材の製造方法で使用する回転ドラムの操業範囲の説明図、図３は同アスファルト骨材の製造方法の散水処理条件の説明図、図４は同アスファルト骨材の製造方法の浸漬処理条件の説明図、図５は本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図、図６は同アスファルト骨材の製造方法で使用する噴出ノズルの操業範囲の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法は、塩基度が１．１〜４．０（本実施の形態では１．２〜１．７）の低塩基度の溶融転炉スラグ（以下、溶融スラグとも言う）１０を、周囲に複数の羽根１１を取付けた回転ドラム１２を使用して溶融状態で機械粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物１３を形成し、更に水１４に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５からなるアスファルト骨材を造る方法である。以下、詳しく説明する。
【００１８】
転炉で生成する溶融スラグの塩基度は、概ね１．１〜５．０の範囲であるが、例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２ や金属、金属酸化物等を予め添加することにより、塩基度を１．１〜４．０に調整する。
ここで、溶融スラグの塩基度が１．２を下回る場合、急速凝固させた粒化物に繊維状のスラグが発生し易くなり、更に塩基度が１．１を下回る場合、その傾向が顕著になるので、実績率が低下し、この溶融スラグから製造した粒状スラグをアスファルト骨材として使用できない。なお、機械粉砕時の剪断力の与え方によらず、この傾向は見られる。
【００１９】
一方、塩基度が１．７を超える場合、粒状スラグのサイズの増大を招き始め、塩基度３．０、更には４．０を超える場合、この傾向が特に顕著となる。このため、最終的に得られた粒状スラグに対して、粒度調整のための粉砕処理や分級処理を行わなければ、この粒状スラグをアスファルト骨材として使用することができない。なお、機械粉砕時の剪断力の与え方によらず、この傾向は見られる。
また、塩基度の増加に伴い、溶融スラグと接触する各装置に対して、溶融スラグが固着し易くなる。このため、例えば、溶融スラグを貯蔵する容器内壁、注入する際に使用する樋、及び回転ドラム等において固着が起こり易く、粒状スラグの生産量の低減、回転ドラムへの溶融スラグの円滑な注入の阻害、回転ドラムによる粒化処理の阻害などの原因となる。
従って、余分な処理を行うことなく、粒状スラグをアスファルト骨材として使用し、しかも各装置の操業を安定に行うためには、溶融スラグの塩基度を、１．１〜３．０に調整することが好ましく、更には１．２〜１．７に調整することが好ましい。
【００２０】
図１に示すように、上記した１５〜２０トンの溶融スラグ１０を転炉から排出し排滓鍋１６で受滓し、回転ドラム１２への注滓シュート１７上で排滓鍋１６を傾動させて注滓を開始する。注滓シュート１７は、回転ドラム１２上に溶融スラグ１０を導き、羽根１１の外側の接線方向速度が１５〜４５ｍ／秒となった高速回転する回転ドラム１２上に流下させる。流下した溶融スラグ１０は、回転ドラム１２の周囲に取付けられた羽根１１により剪断粉砕され、例えば３〜５ｒｐｍで回転している回転式の捕集フード１８内に飛散する。なお、回転ドラム１２は２台設けられており、しかも回転ドラム１２と溶融スラグ１０が接触する期間は、例えば散水手段等を用いて、回転ドラム１２の外周に水を連続的に散布（供給）して接触させている。これにより、回転ドラム１２への溶融スラグ１０の付着を抑制、更には防止できる。なお、回転ドラム１２の上方には、飛散防止板１９が設けられ、回転ドラム１２を使用した機械粉砕時における飛散スラグ２０の飛び散りを防止している。
【００２１】
ここで、羽根１１の接線方向の速度を１５〜４５ｍ／秒に設定した理由について説明する。
実績率が６０％以上ある粒状スラグ１５を主体としたアスファルト骨材を得るためには、製造する粒状スラグ１５の平均粒径を約１．２ｍｍ程度にする必要がある。そこで、ラボ試験（○：実験室レベル）と実機試験（●）とを行って、粒状スラグの平均粒径と羽根１１の接線方向速度との関係について検討した。
図２に示すように、粒状スラグの平均粒径が１．２ｍｍを得ることが可能な羽根１１の接線方向速度は、１５〜４５ｍ／秒の範囲である。なお、粒状スラグの平均粒径を、より確実に１．２ｍｍにするには、羽根１１の接線方向速度を１５〜３０ｍ／秒にすることが好ましく、更には２０〜３０ｍ／秒にすることが好ましい。
【００２２】
次に、図１に示すように、回転式の捕集フード１８内の飛散スラグ２０は、散水管２１から吐出される冷却水２２によって散水処理され、急冷されて急速に凝固し粒化物１３となり、回転式の捕集フード１８内壁に衝突して下部に落下し、下部を流下している蒸発残り散水の流れの中で急冷されながら水（熱水）１４との混合物２３として、貯滓槽２４中に排出される。なお、散水処理に使用する冷却水２２の量は、粒化物１３の量の０．４３〜３倍であり、その冷却速度は例えば３０〜４０℃／秒である。この混合物２３中の粒化物１３の温度は例えば３００〜６００℃であり、また水１４の温度は６０℃以上、例えば９８〜１００℃である。
【００２３】
ここで、散水処理に使用する冷却水２２の量を、粒化物１３の量の０．４３〜３倍に設定した理由について説明する。この冷却水２２の量は、機械粉砕された溶融状態の飛散スラグ２０を落下するまで変形させることなく、かつ隣接する粒化物１３が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融スラグ１０の含有成分であるダイカルシウムシリケートを、α′相から膨張崩壊するγ相に変態させることなく、膨張が極めて少ないβ相へ変態、即ち６７５℃以下まで急冷させることを考慮して決定している。
なお、上限値は、回転式の捕集フード１８内壁に衝突して下部に落下した粒化物１３を回収し、粒化物１３のみの温度を測定して、その温度（出側スラグ平均温度）と水／滓（スラグ）比との関係に基づいて求め、一方下限値は、飛散スラグ２０から奪う必要がある熱量を用いて理論的に求めた。
【００２４】
図３に示すように、冷却水２２の量が粒化物１３の量の３倍を超える場合、使用後の冷却水２２の後処理が必要となり、作業性が悪くなる。また、この冷却水２２は、粒化物１３と共に貯滓槽２４中に排出され、この貯滓槽２４中で粒化物１３の浸漬処理、即ち水和膨張反応を促進するために使用されるので、大量に供給されれば、粒化物１３の温度が常温まで低下し、十分な水和膨張反応を促進できない問題が生じる。
一方、冷却水２２の量が粒化物１３の量の０．４３倍未満の場合、散水処理前の例えば１５００℃の温度を備えた飛散スラグ２０を、６７５℃まで急冷させることが理論的に不可能になる。
【００２５】
ここで、その理由について理論的に説明する。
１５００℃での飛散スラグ２０の含有熱量は、４０７Ｋｃａｌ／Ｋｇである。
また、６７５℃での粒化物１３の含有熱量は、１４６Ｋｃａｌ／Ｋｇである。
ここで、１５００℃の飛散スラグ２０を６７５℃まで冷却する場合に必要な（水）／（滓）比をＱ（Ｌ／Ｋｇ）とすると、以下の式が成り立つ。
なお、前記した式中の「５３９」は水の気化熱量、「１００」は水の沸点、「３０」は水の初期温度である。
前記した式からＱ（Ｌ／Ｋｇ）を求めると、
（水）／（滓）比＝Ｑ＝０．４３（Ｌ／Ｋｇ）＝０．４３（ｍ３ ／トン）
となる。
【００２６】
これにより、冷却水２２の量が、粒化物１３の量の少なくとも０．４３倍あれば、ダイカルシウムシリケートをα′相からγ相に変態させることなくβ相へ変態できるので、粒化物１３の膨張崩壊を防止できる。
なお、飛散スラグ２０の変形や固着を防ぎ、粒化物１３の膨張崩壊を確実に防止し、しかも冷却水２２の処理作業を容易にするためには、冷却水２２の量を粒化物１３の量の０．５〜２．５倍にすることが好ましく、更には０．５〜２倍にすることが好ましい。
【００２７】
続いて、図１に示すように、貯滓槽２４に排出された粒化物１３は、貯滓槽２４中で水１４によって浸漬処理が施されるので、従来のような蒸気、処理場確保等のコストが不要になる。
ここで、図４に、貯滓槽２４中における粒化物１３の膨張発現率（実線）及び冷却水の温度（点線）と経過時間との関係について説明する。なお、試験は、膨張発現率（●、▲、■）及び冷却水の温度（○、△、□）について、それぞれ３回ずつ行っている。ここで、膨張発現率１００％とは、水和膨張反応が終了した時点での状態を意味し、膨張発現率が９８％を超えれば、アスファルト骨材として使用可能な状態となる。
【００２８】
図４に示すように、粒化物１３は６０時間程度で、膨張発現率９８％を達成している。これにより、従来は粒化物１３を山積みして蒸気を吹き込み、３〜４日程度かかっていた水和膨張反応に要する期間を短縮できるうえ、蒸気を吹き込む必要もないため、蒸気コストが不要であり、製造作業が容易である。
また、水１４は、散水処理に使用された冷却水２２が貯滓槽２４に流れ込んだものであるため、水１４の初期温度は高く、１０時間程度まで９０℃以上の温度を維持し、２４時間程度まで６０℃以上の温度を維持しているので、粒化物１３の膨張崩壊を防止し、かつ水和膨張反応を促進できる。
【００２９】
粒化物１３を貯滓槽２４中で浸漬処理して製造された粒状スラグ１５は、バケットコンベアー２５に設けられた複数のバケット２６で水１４と共に掻き出され、複数の貯留ホッパー２７にコンベア２８を用いて投入される。粒状スラグ１５と共に貯留ホッパー２７に投入された水１４は、各貯留ホッパー２７の下方から抜き出される。
なお、各貯留ホッパー２７に貯留された粒状スラグ１５には、貯滓槽２４中の水１４をポンプ２９を用いて粒状スラグ１５に噴射し、更に水和膨張反応を促進させることも可能である。また、粒状スラグ１５は、各貯留ホッパー２７に貯留されているので、この間に、粒状スラグ１５の表面に付着残留した水分等により、水和膨張反応を促進させることも可能である。
これにより、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５を製造できる。そして、この粒状スラグ１５を単独で、又は粒状スラグ１５を主体としたもの、例えば８０質量％以上の粒状スラグ１５に砕砂（天然石を粉砕、分級したもの）を添加したものをアスファルト骨材として使用する。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法について説明するが、これは前記した本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の機械粉砕を風力粉砕にしたものであり、他の部分は略同一であるため、同一部材には同一の番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００３１】
図５に示すように、前記した１５〜２０トンの溶融スラグ１０を転炉から排出し排滓鍋１６で受滓して、注滓シュート１７上で排滓鍋１６を傾動させ注滓を開始する。注滓シュート１７は、溶融スラグ１０を噴出ノズル３１上に導き、噴出される圧縮空気の気流の噴射速度が、例えば６０〜２５０ｍ／秒に設定された噴出ノズル３１の前方に流下させる。流下した溶融スラグ１０は、噴出ノズル３１から噴出する圧縮空気の気流により剪断粉砕され、例えば３〜５ｒｐｍで回転している回転式の捕集フード１８内に飛散する。
【００３２】
ここで、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定した理由について説明する。
実績率が６０％以上ある粒状スラグ３２を主体としたアスファルト骨材を得るためには、製造する粒状スラグの平均粒径を約１．２ｍｍ程度にする必要がある。そこで、ラボ試験（○：実験室レベル）と実機試験（●）とを行って、平均粒径と気流の噴射速度（造粒風速）との関係について検討した。
図６に示すように、粒状スラグの平均粒径が１．２ｍｍを得ることが可能な気流の噴射速度は、６０〜２５０ｍ／秒である。なお、粒状スラグの平均粒径を、より確実に１．２ｍｍにするには、気流の噴射速度を８０〜２００ｍ／秒にすることが好ましく、更には１００〜１５０ｍ／秒にすることが好ましい。
【００３３】
そして、図５に示すように、回転式の捕集フード１８内の飛散スラグ３３は、前記した方法と同様の方法で、散水管２１から吐出される冷却水２２によって散水処理され、急冷されて粒化物３４となる。そして、粒化物３４は、冷却水２２に使用した後の水（熱水）１４との混合物３５となって、貯滓槽２４中で水１４により浸漬処理される。これにより、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ３２を主体とするアスファルト骨材を製造できる。
【００３４】
【実施例】
本発明に係るアスファルト骨材の製造方法を適用し、試験を行った結果について説明する。なお、溶融スラグの粉砕には、周囲に複数の羽根１１を取付けた回転ドラム１２を使用し、溶融スラグの塩基度（塩基度）、回転ドラム１２の羽根１１の接線方向速度（羽根の接線方向速度）、及び散水処理に使用する冷却水の量と粒化物の量との比（（水）／（滓）比）を適宜変更し、製造した粒状スラグの実績率を検討した。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
実施例１、３は、塩基度、羽根の接線方向速度、及び（水）／（滓）比の各条件を、前記した最も好ましい範囲に設定したものであり、この場合、得られた粒状スラグの実績率が６３％を超え、略球形状となった粒状スラグが得られ、アスファルト骨材の使用に適したものが得られることを確認できた。
また、実施例２は、実施例１に比べて塩基度を下げたものであり、これにより粒状スラグに繊維状の突起物が散見されるようになったが、このとき羽根の接線方向速度を実施例１よりも落とすことで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、やはりアスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
【００３７】
なお、比較例１は、実施例１、２と比較するため、塩基度を１．０まで下げたものであるが、塩基度が実施例１、２と比較して低くなり過ぎ、繊維状の凝固スラグの生成が顕著になり、その実績率が低下し、アスファルト骨材として使用可能なものではなかった。
また、比較例２は、実施例１と比較するため、（水）／（滓）比を本発明の範囲外まで下げたものであるが、散水処理に使用する冷却水量が少ないため、変形や扁平化したスラグが目立ち、実績率が低下し、やはりアスファルト骨材として使用可能なものではなかった。
【００３８】
実施例４は、実施例１に比べて塩基度を上昇させ、スラグ粒径が増大する傾向に設定した条件だが、接線方向速度及び（水）／（滓）比の各条件を最適化することで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、アスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
実施例５は、実施例３、４に比べて塩基度を上昇させ、スラグ粒径が更に増大する傾向に設定した条件であるが、やはり接線方向速度及び（水）／（滓）比の各条件を最適化することで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、アスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
【００３９】
比較例３は、実施例３、４、５に比べて更に塩基度を上昇させ、本発明の範囲外に設定した条件である。このとき、スラグ粒径が更に増大する傾向があるため、冷却水の量を増加しても、スラグの内部まで冷却できず、スラグの扁平化が顕著に確認された。また、塩基度が高すぎるため、溶融スラグの表面張力によって略球形化するという効果が無くなる傾向、即ち実績率を高めるための丸いスラグが減少するという傾向を確認できた。
なお、徐冷スラグをエージング処理した後、粉砕分級した製鋼スラグの実績率は６３．０％であった。また天然石を粉砕、分級した砕砂の実績率は５８．９％であった。
しかし、前記した条件で製造した粒状スラグは、この製鋼スラグの実績率を上回るものを製造することも可能であり、またアスファルト骨材として適した形状（略球形状）を備える粒状スラグを製造できることを確認できた。
【００４０】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のアスファルト骨材及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１及び２記載のアスファルト骨材においては、アスファルト骨材に、低塩基度の溶融転炉スラグを使用しているので、溶融転炉スラグの粘性を、略球形状に近い状態になるように設定できる。これにより、アスファルト骨材は、実績率が６０％以上ある粒状スラグを含有できるので、アスファルト骨材をアスファルト内で均一に分布させることが可能になり、アスファルト舗装部分が所定の強度を達成できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕し、これを急速凝固させることで、溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを、膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。これにより、転炉スラグに特有の課題の１つであるスラグの粉化を防止した粒状スラグを含有したアスファルト骨材を提供できる。
このように、転炉スラグから製造され、アスファルト内で均一に分散可能な形状、及びアスファルト骨材として適した粒径を備えた粒状スラグを含有するアスファルト骨材を提供できる。
特に、請求項２記載のアスファルト骨材においては、溶融転炉スラグの塩基度が１．２〜１．７の範囲に調整されているので、粒状スラグの形状を、更に球形状に近い状態になるように調整でき、アスファルト骨材の実績率を更に高めることができる。これにより、粒状スラグの歩留りを高めることができるので、経済的である。
【００４２】
請求項３〜９記載のアスファルト骨材の製造方法においては、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にでき、アスファルト内で均一に分散可能な形状を備えた粒状スラグを容易に製造できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕し、冷却効率を高めることができるので、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。従って、アスファルト内で均一に分散可能な形状を備え、かつスラグの粉化を防止した粒状スラグを容易に製造できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。従って、転炉スラグに特有の課題の１つであるスラグの膨張も短時間で処理できる。
【００４３】
特に、請求項４記載のアスファルト骨材の製造方法においては、機械粉砕に回転ドラムを使用し、この回転ドラムの羽根の接線方向速度を１５〜４５ｍ／秒に設定することで、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができ、アスファルト骨材として適した粒状スラグを製造できる。
請求項５記載のアスファルト骨材の製造方法においては、回転ドラムの外周に水を接触させ、羽根やドラム上に水膜（沸騰）を存在させて、羽根やドラムへの溶融転炉スラグの固着を防止し、機械粉砕の効果を持続させることができるので、安定した品質を備える粒状スラグを効率的にかつ容易に製造できる。
【００４４】
特に、請求項７記載のアスファルト骨材の製造方法においては、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定するので、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができ、アスファルト骨材として適した粒状スラグを製造できる。
請求項８記載のアスファルト骨材の製造方法においては、散水処理に使用する水の量を、粒化物の量の０．４３〜３倍に設定するので、アスファルト内で更に均一に分散可能な形状を備え、かつスラグの粉化を更に防止した粒状スラグを容易に製造できる。
請求項９記載のアスファルト骨材の製造方法においては、粒化物の粉化防止処理を確実に実施でき、しかも水和膨張反応を従来よりも短時間で完了させることができるので、従来のような、蒸気、処理場確保等のコストが不要になり、しかも処理時間を短縮でき経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図である。
【図２】同アスファルト骨材の製造方法で使用する回転ドラムの操業範囲の説明図である。
【図３】同アスファルト骨材の製造方法の散水処理条件の説明図である。
【図４】同アスファルト骨材の製造方法の浸漬処理条件の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図である。
【図６】同アスファルト骨材の製造方法で使用する噴出ノズルの操業範囲の説明図である。
【符号の説明】
１０：溶融転炉スラグ、１１：羽根、１２：回転ドラム、１３：粒化物、１４：水、１５：粒状スラグ、１６：排滓鍋、１７：注滓シュート、１８：回転式の捕集フード、１９：飛散防止板、２０：飛散スラグ、２１：散水管、２２：冷却水、２３：混合物、２４：貯滓槽、２５：バケットコンベアー、２６：バケット、２７：貯留ホッパー、２８：コンベア、２９：ポンプ、３１：噴出ノズル、３２：粒状スラグ、３３：飛散スラグ、３４：粒化物、３５：混合物
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉スラグを用いて製造するアスファルト骨材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転炉スラグ（以下、単にスラグとも言う）を骨材として利用する方法として、特許文献１には、転炉スラグ（転炉製鋼滓）を乾式粉砕して所定粒度範囲に分級したものを主骨材として使用し、これにフィラー、細骨材、及びアスファルトを混合してアスファルト舗装を行う方法が提案されている。
また、特許文献２には、高炉溶融スラグを所定の粒度に粉砕して、球状もしくはそれに近い形状とした粒滓を、アスファルト骨材として利用することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５２−３７９２２号公報
【特許文献２】
特開昭５３−１４１３２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した発明には以下の問題がある。
特許文献１に記載された発明では、製造された主骨材に角張りが生じているため、前記した原料の混合時において主骨材の流動性が悪くなり、主骨材をアスファルト内で均一に分布できず、アスファルト舗装部分が所定の強度を達成できない恐れがある。
また、主骨材に角張りが生じていることで、主骨材の実績率（充填率）が低下し、やはりアスファルト舗装部分が所定の強度を達成できない恐れがある。
【０００５】
そして、この発明では、転炉スラグに特有の課題、即ちスラグの膨張、粉化に対する解決策も開示されていない。
一般に転炉スラグを骨材として使用する場合、スラグの含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等の水和反応によって、スラグに約２倍程度の体積膨張が生じるため、通常骨材などの製品として出荷する前に、大気圧下において山積みしたスラグ中に蒸気を３〜４日間吹き込む、いわゆるエージング処理が実施されている。しかし、この方法では、処理後のスラグの膨張、粉化が抑制できる反面、蒸気、処理場確保等のコストがかかるという問題や、処理時間が長時間必要になる等の問題があった。
また、スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ）は、徐冷時にγ相へ変態することで１０〜１５％の体積膨張を生じるため、この体積膨張によりスラグの粉化が発生し、粉化したスラグを骨材として使用できない問題もあった。
【０００６】
また、特許文献２に記載された発明についても、転炉スラグを用いる際の前記した課題、即ちスラグの膨張、粉化の解決がなされておらず、また破砕された溶融スラグの具体的な冷却手段も開示されていない。なお、溶融スラグに対して適切な冷却が実施できなければ、粒滓が変形したり、また破砕した高温スラグ同士が再度結合するため、製造した骨材に角張りが生じ、骨材の実績率が低下して、前記した問題が生じる恐れがある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、転炉スラグから製造され、アスファルト内で均一に分散可能な形状、及びアスファルト骨材として適した粒径を備えたアスファルト骨材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るアスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグを、粉砕し急速凝固させて粒化し、実績率が６０％以上ある粒状スラグを主体とする。
ここで、低塩基度とは、例えば１．１〜４．０の範囲の塩基度をいう。
また、実績率とは充填率に相当するものであり、例えばＪＩＳ−Ａ１１０４の試験方法で得られる数値である。
このように、アスファルト骨材は、低塩基度の溶融転炉スラグから製造されているので、溶融転炉スラグの粘性を、製造した粒状スラグの外形が、例えば、角張り状、扁平状、針状等となることなく、略球形状に近い状態になるように調整できる。これにより、アスファルト骨材は、実績率が６０％以上ある粒状スラグを含有できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕するので、急速凝固させることで溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを、膨張を伴うγ相へ変態させることなく、膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係るアスファルト骨材は、第１の発明に係るアスファルト骨材において、前記溶融転炉スラグの塩基度は、１．２〜１．７の範囲に調整されている。
このように、溶融転炉スラグの塩基度が１．２〜１．７の範囲に調整されているので、粒状スラグの形状を、更に球形状に近い状態になるように調整でき、アスファルト骨材の実績率を更に高めることができる。
【０００９】
前記目的に沿う第３の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で機械粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造る。
このように、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で機械粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にできる。
また、溶融転炉スラグを機械粉砕するので、その表面積を破砕された溶融転炉スラグより大きくでき、冷却効率を高めることができる。続いて、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成することで、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。
【００１０】
前記目的に沿う第４の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記機械粉砕には、周囲に複数の羽根を取付けた回転ドラムが使用され、該羽根の外側の接線方向速度が１５〜４５ｍ／秒である。
ここで、羽根の外側とは、羽根の基端（付け根）から先端へかけてのいずれかの部分を意味する。
このように、機械粉砕に回転ドラムを使用し、この回転ドラムの羽根の接線方向速度を１５〜４５ｍ／秒に設定することで、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができる。
【００１１】
前記目的に沿う第５の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第４の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記回転ドラムと前記溶融転炉スラグが接触する期間は、前記回転ドラムの外周に水を接触させている。
ここで、複数の羽根が取付けられた回転ドラムを用いて溶融転炉スラグを粉砕する場合、羽根やドラムに溶融転炉スラグが固着するため、溶融転炉スラグに剪断力を与える面積が減り、粉砕する効果が著しく損なわれることがある。
このため、回転ドラムと溶融転炉スラグが接触する期間は、回転ドラムの外周に水を接触させることで、羽根やドラム上に水膜（沸騰）を存在させ、羽根やドラムへの溶融転炉スラグの固着を防止し、機械粉砕の効果を持続させる。
【００１２】
前記目的に沿う第６の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で風力粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造る。
このように、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で風力粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にできる。
また、溶融転炉スラグを風力粉砕するので、その表面積を破砕された溶融転炉スラグより大きくでき、冷却効率を高めることができる。続いて、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成することで、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。
【００１３】
前記目的に沿う第７の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第６の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記風力粉砕に使用する気流の噴射速度が６０〜２５０ｍ／秒である。
このように、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定するので、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができる。
【００１４】
前記目的に沿う第８の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３〜第７の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記散水処理に使用する水の量は、前記粒化物の量の０．４３〜３倍である。
このように、散水処理に使用する水の量を、粒化物の量の０．４３〜３倍に設定するので、粉砕された溶融状態の溶融転炉スラグを、落下するまでに変形させることなく、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを確実にβ相へ変態できる。
【００１５】
前記目的に沿う第９の発明に係るアスファルト骨材の製造方法は、第３〜第８の発明に係るアスファルト骨材の製造方法において、前記粒化物の水への浸漬処理には、温度が６０℃以上の水を使用し、前記粒化物の膨張崩壊を防止し、かつ水和膨張反応を促進する。
このように、浸漬処理には、温度が６０℃以上の水を使用するので、転炉スラグの特有の課題であった粒化物の粉化防止処理を確実に実施でき、しかも水和膨張反応を従来よりも短時間で完了させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図、図２は同アスファルト骨材の製造方法で使用する回転ドラムの操業範囲の説明図、図３は同アスファルト骨材の製造方法の散水処理条件の説明図、図４は同アスファルト骨材の製造方法の浸漬処理条件の説明図、図５は本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図、図６は同アスファルト骨材の製造方法で使用する噴出ノズルの操業範囲の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法は、塩基度が１．１〜４．０（本実施の形態では１．２〜１．７）の低塩基度の溶融転炉スラグ（以下、溶融スラグとも言う）１０を、周囲に複数の羽根１１を取付けた回転ドラム１２を使用して溶融状態で機械粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物１３を形成し、更に水１４に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５からなるアスファルト骨材を造る方法である。以下、詳しく説明する。
【００１８】
転炉で生成する溶融スラグの塩基度は、概ね１．１〜５．０の範囲であるが、例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２ や金属、金属酸化物等を予め添加することにより、塩基度を１．１〜４．０に調整する。
ここで、溶融スラグの塩基度が１．２を下回る場合、急速凝固させた粒化物に繊維状のスラグが発生し易くなり、更に塩基度が１．１を下回る場合、その傾向が顕著になるので、実績率が低下し、この溶融スラグから製造した粒状スラグをアスファルト骨材として使用できない。なお、機械粉砕時の剪断力の与え方によらず、この傾向は見られる。
【００１９】
一方、塩基度が１．７を超える場合、粒状スラグのサイズの増大を招き始め、塩基度３．０、更には４．０を超える場合、この傾向が特に顕著となる。このため、最終的に得られた粒状スラグに対して、粒度調整のための粉砕処理や分級処理を行わなければ、この粒状スラグをアスファルト骨材として使用することができない。なお、機械粉砕時の剪断力の与え方によらず、この傾向は見られる。
また、塩基度の増加に伴い、溶融スラグと接触する各装置に対して、溶融スラグが固着し易くなる。このため、例えば、溶融スラグを貯蔵する容器内壁、注入する際に使用する樋、及び回転ドラム等において固着が起こり易く、粒状スラグの生産量の低減、回転ドラムへの溶融スラグの円滑な注入の阻害、回転ドラムによる粒化処理の阻害などの原因となる。
従って、余分な処理を行うことなく、粒状スラグをアスファルト骨材として使用し、しかも各装置の操業を安定に行うためには、溶融スラグの塩基度を、１．１〜３．０に調整することが好ましく、更には１．２〜１．７に調整することが好ましい。
【００２０】
図１に示すように、上記した１５〜２０トンの溶融スラグ１０を転炉から排出し排滓鍋１６で受滓し、回転ドラム１２への注滓シュート１７上で排滓鍋１６を傾動させて注滓を開始する。注滓シュート１７は、回転ドラム１２上に溶融スラグ１０を導き、羽根１１の外側の接線方向速度が１５〜４５ｍ／秒となった高速回転する回転ドラム１２上に流下させる。流下した溶融スラグ１０は、回転ドラム１２の周囲に取付けられた羽根１１により剪断粉砕され、例えば３〜５ｒｐｍで回転している回転式の捕集フード１８内に飛散する。なお、回転ドラム１２は２台設けられており、しかも回転ドラム１２と溶融スラグ１０が接触する期間は、例えば散水手段等を用いて、回転ドラム１２の外周に水を連続的に散布（供給）して接触させている。これにより、回転ドラム１２への溶融スラグ１０の付着を抑制、更には防止できる。なお、回転ドラム１２の上方には、飛散防止板１９が設けられ、回転ドラム１２を使用した機械粉砕時における飛散スラグ２０の飛び散りを防止している。
【００２１】
ここで、羽根１１の接線方向の速度を１５〜４５ｍ／秒に設定した理由について説明する。
実績率が６０％以上ある粒状スラグ１５を主体としたアスファルト骨材を得るためには、製造する粒状スラグ１５の平均粒径を約１．２ｍｍ程度にする必要がある。そこで、ラボ試験（○：実験室レベル）と実機試験（●）とを行って、粒状スラグの平均粒径と羽根１１の接線方向速度との関係について検討した。
図２に示すように、粒状スラグの平均粒径が１．２ｍｍを得ることが可能な羽根１１の接線方向速度は、１５〜４５ｍ／秒の範囲である。なお、粒状スラグの平均粒径を、より確実に１．２ｍｍにするには、羽根１１の接線方向速度を１５〜３０ｍ／秒にすることが好ましく、更には２０〜３０ｍ／秒にすることが好ましい。
【００２２】
次に、図１に示すように、回転式の捕集フード１８内の飛散スラグ２０は、散水管２１から吐出される冷却水２２によって散水処理され、急冷されて急速に凝固し粒化物１３となり、回転式の捕集フード１８内壁に衝突して下部に落下し、下部を流下している蒸発残り散水の流れの中で急冷されながら水（熱水）１４との混合物２３として、貯滓槽２４中に排出される。なお、散水処理に使用する冷却水２２の量は、粒化物１３の量の０．４３〜３倍であり、その冷却速度は例えば３０〜４０℃／秒である。この混合物２３中の粒化物１３の温度は例えば３００〜６００℃であり、また水１４の温度は６０℃以上、例えば９８〜１００℃である。
【００２３】
ここで、散水処理に使用する冷却水２２の量を、粒化物１３の量の０．４３〜３倍に設定した理由について説明する。この冷却水２２の量は、機械粉砕された溶融状態の飛散スラグ２０を落下するまで変形させることなく、かつ隣接する粒化物１３が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融スラグ１０の含有成分であるダイカルシウムシリケートを、α′相から膨張崩壊するγ相に変態させることなく、膨張が極めて少ないβ相へ変態、即ち６７５℃以下まで急冷させることを考慮して決定している。
なお、上限値は、回転式の捕集フード１８内壁に衝突して下部に落下した粒化物１３を回収し、粒化物１３のみの温度を測定して、その温度（出側スラグ平均温度）と水／滓（スラグ）比との関係に基づいて求め、一方下限値は、飛散スラグ２０から奪う必要がある熱量を用いて理論的に求めた。
【００２４】
図３に示すように、冷却水２２の量が粒化物１３の量の３倍を超える場合、使用後の冷却水２２の後処理が必要となり、作業性が悪くなる。また、この冷却水２２は、粒化物１３と共に貯滓槽２４中に排出され、この貯滓槽２４中で粒化物１３の浸漬処理、即ち水和膨張反応を促進するために使用されるので、大量に供給されれば、粒化物１３の温度が常温まで低下し、十分な水和膨張反応を促進できない問題が生じる。
一方、冷却水２２の量が粒化物１３の量の０．４３倍未満の場合、散水処理前の例えば１５００℃の温度を備えた飛散スラグ２０を、６７５℃まで急冷させることが理論的に不可能になる。
【００２５】
ここで、その理由について理論的に説明する。
１５００℃での飛散スラグ２０の含有熱量は、４０７Ｋｃａｌ／Ｋｇである。
また、６７５℃での粒化物１３の含有熱量は、１４６Ｋｃａｌ／Ｋｇである。
ここで、１５００℃の飛散スラグ２０を６７５℃まで冷却する場合に必要な（水）／（滓）比をＱ（Ｌ／Ｋｇ）とすると、以下の式が成り立つ。
前記した式からＱ（Ｌ／Ｋｇ）を求めると、
（水）／（滓）比＝Ｑ＝０．４３（Ｌ／Ｋｇ）＝０．４３（ｍ３ ／トン）
となる。
【００２６】
これにより、冷却水２２の量が、粒化物１３の量の少なくとも０．４３倍あれば、ダイカルシウムシリケートをα′相からγ相に変態させることなくβ相へ変態できるので、粒化物１３の膨張崩壊を防止できる。
なお、飛散スラグ２０の変形や固着を防ぎ、粒化物１３の膨張崩壊を確実に防止し、しかも冷却水２２の処理作業を容易にするためには、冷却水２２の量を粒化物１３の量の０．５〜２．５倍にすることが好ましく、更には０．５〜２倍にすることが好ましい。
【００２７】
続いて、図１に示すように、貯滓槽２４に排出された粒化物１３は、貯滓槽２４中で水１４によって浸漬処理が施されるので、従来のような蒸気、処理場確保等のコストが不要になる。
ここで、図４に、貯滓槽２４中における粒化物１３の膨張発現率（実線）及び冷却水の温度（点線）と経過時間との関係について説明する。なお、試験は、膨張発現率（●、▲、■）及び冷却水の温度（○、△、□）について、それぞれ３回ずつ行っている。ここで、膨張発現率１００％とは、水和膨張反応が終了した時点での状態を意味し、膨張発現率が９８％を超えれば、アスファルト骨材として使用可能な状態となる。
【００２８】
図４に示すように、粒化物１３は６０時間程度で、膨張発現率９８％を達成している。これにより、従来は粒化物１３を山積みして蒸気を吹き込み、３〜４日程度かかっていた水和膨張反応に要する期間を短縮できるうえ、蒸気を吹き込む必要もないため、蒸気コストが不要であり、製造作業が容易である。
また、水１４は、散水処理に使用された冷却水２２が貯滓槽２４に流れ込んだものであるため、水１４の初期温度は高く、１０時間程度まで９０℃以上の温度を維持し、２４時間程度まで６０℃以上の温度を維持しているので、粒化物１３の膨張崩壊を防止し、かつ水和膨張反応を促進できる。
【００２９】
粒化物１３を貯滓槽２４中で浸漬処理して製造された粒状スラグ１５は、バケットコンベアー２５に設けられた複数のバケット２６で水１４と共に掻き出され、複数の貯留ホッパー２７にコンベア２８を用いて投入される。粒状スラグ１５と共に貯留ホッパー２７に投入された水１４は、各貯留ホッパー２７の下方から抜き出される。
なお、各貯留ホッパー２７に貯留された粒状スラグ１５には、貯滓槽２４中の水１４をポンプ２９を用いて粒状スラグ１５に噴射し、更に水和膨張反応を促進させることも可能である。また、粒状スラグ１５は、各貯留ホッパー２７に貯留されているので、この間に、粒状スラグ１５の表面に付着残留した水分等により、水和膨張反応を促進させることも可能である。
これにより、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ１５を製造できる。そして、この粒状スラグ１５を単独で、又は粒状スラグ１５を主体としたもの、例えば８０質量％以上の粒状スラグ１５に砕砂（天然石を粉砕、分級したもの）を添加したものをアスファルト骨材として使用する。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法について説明するが、これは前記した本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の機械粉砕を風力粉砕にしたものであり、他の部分は略同一であるため、同一部材には同一の番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００３１】
図５に示すように、前記した１５〜２０トンの溶融スラグ１０を転炉から排出し排滓鍋１６で受滓して、注滓シュート１７上で排滓鍋１６を傾動させ注滓を開始する。注滓シュート１７は、溶融スラグ１０を噴出ノズル３１上に導き、噴出される圧縮空気の気流の噴射速度が、例えば６０〜２５０ｍ／秒に設定された噴出ノズル３１の前方に流下させる。流下した溶融スラグ１０は、噴出ノズル３１から噴出する圧縮空気の気流により剪断粉砕され、例えば３〜５ｒｐｍで回転している回転式の捕集フード１８内に飛散する。
【００３２】
ここで、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定した理由について説明する。
実績率が６０％以上ある粒状スラグ３２を主体としたアスファルト骨材を得るためには、製造する粒状スラグの平均粒径を約１．２ｍｍ程度にする必要がある。そこで、ラボ試験（○：実験室レベル）と実機試験（●）とを行って、平均粒径と気流の噴射速度（造粒風速）との関係について検討した。
図６に示すように、粒状スラグの平均粒径が１．２ｍｍを得ることが可能な気流の噴射速度は、６０〜２５０ｍ／秒である。なお、粒状スラグの平均粒径を、より確実に１．２ｍｍにするには、気流の噴射速度を８０〜２００ｍ／秒にすることが好ましく、更には１００〜１５０ｍ／秒にすることが好ましい。
【００３３】
そして、図５に示すように、回転式の捕集フード１８内の飛散スラグ３３は、前記した方法と同様の方法で、散水管２１から吐出される冷却水２２によって散水処理され、急冷されて粒化物３４となる。そして、粒化物３４は、冷却水２２に使用した後の水（熱水）１４との混合物３５となって、貯滓槽２４中で水１４により浸漬処理される。これにより、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグ３２を主体とするアスファルト骨材を製造できる。
【００３４】
【実施例】
本発明に係るアスファルト骨材の製造方法を適用し、試験を行った結果について説明する。なお、溶融スラグの粉砕には、周囲に複数の羽根１１を取付けた回転ドラム１２を使用し、溶融スラグの塩基度（塩基度）、回転ドラム１２の羽根１１の接線方向速度（羽根の接線方向速度）、及び散水処理に使用する冷却水の量と粒化物の量との比（（水）／（滓）比）を適宜変更し、製造した粒状スラグの実績率を検討した。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
実施例１、３は、塩基度、羽根の接線方向速度、及び（水）／（滓）比の各条件を、前記した最も好ましい範囲に設定したものであり、この場合、得られた粒状スラグの実績率が６３％を超え、略球形状となった粒状スラグが得られ、アスファルト骨材の使用に適したものが得られることを確認できた。
また、実施例２は、実施例１に比べて塩基度を下げたものであり、これにより粒状スラグに繊維状の突起物が散見されるようになったが、このとき羽根の接線方向速度を実施例１よりも落とすことで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、やはりアスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
【００３７】
なお、比較例１は、実施例１、２と比較するため、塩基度を１．０まで下げたものであるが、塩基度が実施例１、２と比較して低くなり過ぎ、繊維状の凝固スラグの生成が顕著になり、その実績率が低下し、アスファルト骨材として使用可能なものではなかった。
また、比較例２は、実施例１と比較するため、（水）／（滓）比を本発明の範囲外まで下げたものであるが、散水処理に使用する冷却水量が少ないため、変形や扁平化したスラグが目立ち、実績率が低下し、やはりアスファルト骨材として使用可能なものではなかった。
【００３８】
実施例４は、実施例１に比べて塩基度を上昇させ、スラグ粒径が増大する傾向に設定した条件だが、接線方向速度及び（水）／（滓）比の各条件を最適化することで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、アスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
実施例５は、実施例３、４に比べて塩基度を上昇させ、スラグ粒径が更に増大する傾向に設定した条件であるが、やはり接線方向速度及び（水）／（滓）比の各条件を最適化することで、粒状スラグの実績率６０％以上を確保でき、アスファルト骨材として使用可能なものが得られることを確認できた。
【００３９】
比較例３は、実施例３、４、５に比べて更に塩基度を上昇させ、本発明の範囲外に設定した条件である。このとき、スラグ粒径が更に増大する傾向があるため、冷却水の量を増加しても、スラグの内部まで冷却できず、スラグの扁平化が顕著に確認された。また、塩基度が高すぎるため、溶融スラグの表面張力によって略球形化するという効果が無くなる傾向、即ち実績率を高めるための丸いスラグが減少するという傾向を確認できた。
なお、徐冷スラグをエージング処理した後、粉砕分級した製鋼スラグの実績率は６３．０％であった。また天然石を粉砕、分級した砕砂の実績率は５８．９％であった。
しかし、前記した条件で製造した粒状スラグは、この製鋼スラグの実績率を上回るものを製造することも可能であり、またアスファルト骨材として適した形状（略球形状）を備える粒状スラグを製造できることを確認できた。
【００４０】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のアスファルト骨材及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１及び２記載のアスファルト骨材においては、アスファルト骨材に、低塩基度の溶融転炉スラグを使用しているので、溶融転炉スラグの粘性を、略球形状に近い状態になるように設定できる。これにより、アスファルト骨材は、実績率が６０％以上ある粒状スラグを含有できるので、アスファルト骨材をアスファルト内で均一に分布させることが可能になり、アスファルト舗装部分が所定の強度を達成できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕し、これを急速凝固させることで、溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを、膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。これにより、転炉スラグに特有の課題の１つであるスラグの粉化を防止した粒状スラグを含有したアスファルト骨材を提供できる。
このように、転炉スラグから製造され、アスファルト内で均一に分散可能な形状、及びアスファルト骨材として適した粒径を備えた粒状スラグを含有するアスファルト骨材を提供できる。
特に、請求項２記載のアスファルト骨材においては、溶融転炉スラグの塩基度が１．２〜１．７の範囲に調整されているので、粒状スラグの形状を、更に球形状に近い状態になるように調整でき、アスファルト骨材の実績率を更に高めることができる。これにより、粒状スラグの歩留りを高めることができるので、経済的である。
【００４２】
請求項３〜９記載のアスファルト骨材の製造方法においては、低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で粉砕するので、飛散する溶融スラグをその表面張力で略球形状にでき、アスファルト内で均一に分散可能な形状を備えた粒状スラグを容易に製造できる。
また、溶融転炉スラグを粉砕し、冷却効率を高めることができるので、落下するまでに変形せず、かつ隣接する粒化物が溶着しない程度までに急冷でき、しかも溶融転炉スラグの含有成分であるダイカルシウムシリケートを膨張が極めて少ないβ相へ変態できる。従って、アスファルト内で均一に分散可能な形状を備え、かつスラグの粉化を防止した粒状スラグを容易に製造できる。
そして、急速凝固させた粒化物を水に浸漬処理するので、粒化物の内部に残留する高温核部分の急冷処理、即ち粉化防止処理を完了することができる。また、このとき、粒化物の含有成分であるＣａＯやＭｇＯ等と水との水和反応を、残存膨張代が殆ど無い状態までに完了させることができる。従って、転炉スラグに特有の課題の１つであるスラグの膨張も短時間で処理できる。
【００４３】
特に、請求項４記載のアスファルト骨材の製造方法においては、機械粉砕に回転ドラムを使用し、この回転ドラムの羽根の接線方向速度を１５〜４５ｍ／秒に設定することで、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができ、アスファルト骨材として適した粒状スラグを製造できる。
請求項５記載のアスファルト骨材の製造方法においては、回転ドラムの外周に水を接触させ、羽根やドラム上に水膜（沸騰）を存在させて、羽根やドラムへの溶融転炉スラグの固着を防止し、機械粉砕の効果を持続させることができるので、安定した品質を備える粒状スラグを効率的にかつ容易に製造できる。
【００４４】
特に、請求項７記載のアスファルト骨材の製造方法においては、風力粉砕に使用する気流の噴射速度を６０〜２５０ｍ／秒に設定するので、粒状スラグの実績率が６０％以上を実現可能な剪断力を与えることができ、アスファルト骨材として適した粒状スラグを製造できる。
請求項８記載のアスファルト骨材の製造方法においては、散水処理に使用する水の量を、粒化物の量の０．４３〜３倍に設定するので、アスファルト内で更に均一に分散可能な形状を備え、かつスラグの粉化を更に防止した粒状スラグを容易に製造できる。
請求項９記載のアスファルト骨材の製造方法においては、粒化物の粉化防止処理を確実に実施でき、しかも水和膨張反応を従来よりも短時間で完了させることができるので、従来のような、蒸気、処理場確保等のコストが不要になり、しかも処理時間を短縮でき経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図である。
【図２】同アスファルト骨材の製造方法で使用する回転ドラムの操業範囲の説明図である。
【図３】同アスファルト骨材の製造方法の散水処理条件の説明図である。
【図４】同アスファルト骨材の製造方法の浸漬処理条件の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るアスファルト骨材の製造方法の説明図である。
【図６】同アスファルト骨材の製造方法で使用する噴出ノズルの操業範囲の説明図である。
【符号の説明】
１０：溶融転炉スラグ、１１：羽根、１２：回転ドラム、１３：粒化物、１４：水、１５：粒状スラグ、１６：排滓鍋、１７：注滓シュート、１８：回転式の捕集フード、１９：飛散防止板、２０：飛散スラグ、２１：散水管、２２：冷却水、２３：混合物、２４：貯滓槽、２５：バケットコンベアー、２６：バケット、２７：貯留ホッパー、２８：コンベア、２９：ポンプ、３１：噴出ノズル、３２：粒状スラグ、３３：飛散スラグ、３４：粒化物、３５：混合物
Claims (9)
- 低塩基度の溶融転炉スラグを、粉砕し急速凝固させて粒化し、実績率が６０％以上ある粒状スラグを主体とすることを特徴とするアスファルト骨材。
- 請求項１記載のアスファルト骨材において、前記溶融転炉スラグの塩基度は、１．２〜１．７の範囲に調整されていることを特徴とするアスファルト骨材。
- 低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で機械粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造ることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 請求項３記載のアスファルト骨材の製造方法において、前記機械粉砕には、周囲に複数の羽根を取付けた回転ドラムが使用され、該羽根の外側の接線方向速度が１５〜４５ｍ／秒であることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 請求項４記載のアスファルト骨材の製造方法において、前記回転ドラムと前記溶融転炉スラグが接触する期間は、前記回転ドラムの外周に水を接触させていることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 低塩基度の溶融転炉スラグを、溶融状態で風力粉砕し、散水処理して急速凝固させて粒化物を形成し、更に水に浸漬処理して、実績率が６０％以上となった膨張崩壊のない粒状スラグを主体とするアスファルト骨材を造ることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 請求項６記載のアスファルト骨材の製造方法において、前記風力粉砕に使用する気流の噴射速度が６０〜２５０ｍ／秒であることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 請求項３〜７のいずれか１項に記載のアスファルト骨材の製造方法において、前記散水処理に使用する水の量は、前記粒化物の量の０．４３〜３倍であることを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
- 請求項３〜８のいずれか１項に記載のアスファルト骨材の製造方法において、前記粒化物の水への浸漬処理には、温度が６０℃以上の水を使用し、前記粒化物の膨張崩壊を防止し、かつ水和膨張反応を促進することを特徴とするアスファルト骨材の製造方法。
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