JP2005154175A

JP2005154175A - 土木材料の製造方法

Info

Publication number: JP2005154175A
Application number: JP2003392816A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Matsunaga; 久宏松永; Masato Takagi; 正人高木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】従来土木材料として適さないとされていた微粒を含む製鋼スラグを用いて土木材料を製造することができる土木材料の製造方法を提供する。
【解決手段】０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧する。
【選択図】なし

Description

本発明は、サンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料の製造方法に関し、特に、０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む製鋼スラグを用いた土木材料の製造方法に関する。

製鉄所などで転炉、電気炉等の精錬工程から発生する製鋼スラグは、その特性を生かしてサンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料として、各方面で利用されている。サンドコンパクションパイル材料として使用される製鋼スラグは、砂代替として使用されるため、その粒度分布は砂に類似していることが必要である。また、路盤材は、ＪＩＳＡ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」によって、粒度分布が定められている。しかしながら、製鋼スラグは精錬条件によって、砂に類似した粒度分布またはＪＩＳＡ５０１５によって定められた粒度分布よりも細かくなり、特に０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が多くなり、サンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料として利用できないことがある。

一方、特許文献１には、粉粒状製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ_２含有物質に水を加えて混練し、コンクリート状で高強度の製鋼スラグ硬化体を得る方法が開示されており、この製鋼スラグ硬化体を、破砕・整粒し、粒度分布を最適化すれば、サンドコンパクションパイル材料および路盤材等の土木材料として利用可能となると考えられる。

しかしながら、上記の技術を採用する場合、コンクリートのように形状が付与された硬化体をわざわざ破砕・整粒して利用することは不経済であるという問題がある。また、高強度の硬化体を破砕・整粒する際に０．０７５ｍｍ以下の微粒が発生し、サンドコンパクションパイル材料および路盤材等の土木材料として利用できない場合もある。
特開２００１−１１４５５０号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、従来土木材料として適さないとされていた微粒を含む製鋼スラグを用いて土木材料を製造することができる土木材料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと高炉水砕スラグ等の結合材とを混合し、一定以上の圧力で加圧することにより、その圧密により製鋼スラグと結合材とが接触し、弱い水硬性を有する微粒製鋼スラグと結合材とが効果的に反応して、製鋼スラグ中の微粒分量を低減できることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（５）を提供するものである。

（１）０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧することを特徴とする土木材料の製造方法。

（２）０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、高さ１ｍより高く積みつけて、上端から１ｍより下の部分を土木材料とすることを特徴とする土木材料の製造方法。

（３）上記（１）または（２）の方法において、前記結合材料が、粒状高炉水砕スラグ、高炉スラグ微粉末、セメント、およびフライアッシュの１種または２種以上であることを特徴とする土木材料の製造方法。

（４）上記（１）から（３）のいずれかの方法において、前記粉状製鋼スラグが６０〜９０質量部であり、前記結合材として粒状高炉水砕スラグが１０〜４０質量部であることを特徴とする土木材料の製造方法。

（５）上記（１）から（３）のいずれかの方法において、前記粉状製鋼スラグが８０〜９８質量部であり、前記結合材として高炉スラグ微粉末または／およびセメントが合計で２〜２０質量部であることを特徴とする土木材料の製造方法。

本発明によれば、０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧することにより、具体的には、例えば０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む製鋼スラグと結合材とを混合し、高さ１ｍより高く積みつけるという簡易な操作により、製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量を低減させることができ、従来土木材料として適さないとされていた０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む製鋼スラグを用いて有効にかつ安価に土木材料を製造することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明における製鋼スラグと結合材の反応を説明するための概念図である。図１に示すように、０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、混合物を適宜の方法で加圧すると、その積載荷重で混合物が圧密され、結合材、微粒製鋼スラグおよびこれらに含まれる水分が徐々に反応し、セメントと同様な水和物であるケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）、カルシウムアルミネート水和物（ＣＡＨ）等の水和ゲルを生じることにより粗粒化し、製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分が低減する。

混合物を０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧すると、結合材と製鋼スラグとが密着し、効率的に水和反応が進む。結合材と製鋼スラグがより好ましく密着する観点から、加圧力を０．０４Ｎ／ｍｍ^２以上とすることが好ましい。具体例を挙げると、混合物のかさ密度は２．０ｇ／ｃｍ^３程度であるから、混合物を１ｍより高く山積みすると、上端から１ｍより下の部分が０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧される。また、２ｍより高く山積みした際の上端から２ｍより下の部分において混合物が０．０４Ｎ／ｍｍ^２以上に加圧され、結合材と製鋼スラグがより好ましく密着する。山積みした際に上端から１ｍ未満となる山の上部は、圧密後に重機等で押し出し、その上に次のロットの材料を積載することができる。混合物を加圧する方法としては、上記具体例の他、混合物の山に鉄板等の重量物を載せる等の方法を採用することができる。

密着させた結合材と製鋼スラグとを反応させるためには水が必要であるが、一般的に露天に置かれている製鋼スラグの含水率は３〜１５％であり、本発明における製鋼スラグと結合材の混合物の含水率もこの範囲であれば水和反応が進む。したがって、通常は露天に置かれている製鋼スラグ等に含まれる水分と降雨により自然に補給される水分でよい。ただし、屋内または降雨による水分補給が期待できない地域や季節において山積みする場合は、製鋼スラグと結合材の混合物の含水率が３％以上になるように散水等により制御する必要がある。

結合材は、粒状高炉水砕スラグ、高炉スラグ微粉末、各種セメント、フライアッシュが好ましく、これらを単独で用いても組み合わせて用いてもよい。

粒状高炉水砕スラグとは、溶融状態の高炉スラグを水によって急冷して製造したスラグのことであり、一般的にはＪＩＳＡ５０１１「コンクリート用スラグ骨材−第一部：高炉スラグ骨材」に記載されている高炉スラグ細骨材およびこれに用いる原料の高炉水砕スラグ、またＪＩＳＡ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に用いる原料の高炉水砕スラグのことであるが、これらに含まれない高炉水砕スラグも含まれる。これらの粒状高炉水砕スラグの平均粒径は、一般に２〜４ｍｍである。また、高炉スラグ微粉末とは、粒状高炉水砕スラグを微粉砕したものであり、一般的にはＪＩＳＡ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」のことである。各種セメントとは、ＪＩＳＲ５２１０「ポルトランドセメント」、ＪＩＳＲ５２１１「高炉セメント」、ＪＩＳＲ５２１２「シリカセメント」、ＪＩＳＲ５２１３「フライアッシュセメント」、ＪＩＳＲ５２１４「エコセメント」のことである。フライアッシュとは、石炭火力発電所から発生する副産物であり、ＪＩＳＡ６２１１「コンクリート用フライアッシュ」に加えて原粉および加圧流動床灰も使用することができる。

結合材として粒状高炉水砕スラグを用いる場合は、粉状製鋼スラグ中の微粒分量にもよるが、粉状製鋼スラグ中のＪＩＳＡ１１０３「骨材の微粒分量試験方法」における微粒分量が２５％以下の場合は、粉状製鋼スラグが６０〜９０質量部、粒状高炉水砕スラグが１０〜４０質量部であると、効果的に製鋼スラグ中の微粒分量を低減することができる。より好ましくは、粉状製鋼スラグが６０〜８５質量部、粒状高炉水砕スラグが１５〜４０質量部である。粒状高炉水砕スラグが１０質量部未満では、製鋼スラグの微粒分量低減効果が低く、４０質量部を越えると経済的でなくなる。ただし、製鋼スラグ中の微粒分量が２５％を越える場合は、この限りではない。なお、ここで表している質量比は、粉状製鋼スラグおよび粒状高炉水砕スラグをＪＩＳＡ１１０９「細骨材の密度および吸水率試験方法」、ＪＩＳＡ１１１０「粗骨材の密度および吸水率試験方法」において表される表面乾燥胞水状態としたときの比率である。

結合材として高炉スラグ微粉末、セメントを用いる場合は、製鋼スラグが８０〜９８質量部、高炉スラグ微粉末およびセメントのいずれかまたは両方が合計で２〜２０質量部であると効果的に製鋼スラグの微粒分量を低減することができる。より好ましくは、製鋼スラグが８０〜９５質量部、高炉スラグ微粉末およびセメントのいずれかまたは両方が合計で５〜２０質量部である。高炉スラグ微粉末およびセメントのいずれかまたは両方が合計で２質量部未満では、製鋼スラグの微粒分量低減効果が低く、２０質量部を越えると経済的でなくなる。なお、ここで表している質量比は、製鋼スラグが上記表面乾燥胞水状態としたとき、高炉スラグ微粉末およびセメントは絶対乾燥状態としたときの比率である。

製鋼スラグの微粒分と結合材を反応させるための圧密後の養生時間は、製鋼スラグの種類、成分、製鋼スラグと結合材の混合比、および温度等によって異なるため特に定めないが、通常は１ヶ月以上である。なお、圧密後の材料をシート等で覆い、そこに水蒸気を吹き込み、材料の温度を高くすると水和反応が早く進み、養生時間を短くすることができる。

表１に示す組成および性状を有するＡ，Ｂの製鋼スラグと表２，３に示す結合材とを、表２，３に示す質量比で混合し、混合物５００〜１０００トンを所定の高さに積み上げ、露天において所定時間養生後、図２に示すように、試料採取位置の上の混合物を押し出し、試料を採取し、粗粒率、微粒分量を測定した。その結果を表２，３に示す。表２は、本発明を満たす実施例、表３は本発明から外れる比較例を示す。なお、粗粒率とは、標準網ふるい８０、４０、２０、１０、５、２．５、１．２、０．６、０．３、０．１５ｍｍの１組のふるいを用いて、ＪＩＳＡ１１０２「骨材のふるい分け試験」を行い、各ふるいにとどまる試料の質量百分率の和を１００で割った値をいう。

なお、表１に示す０．０７５ｍｍ以下の微粒分量および表２，３の処理後の微粒分量は、ＪＩＳＡ１１０３「骨材の微粒分量試験方法」によって０．０７５ｍｍ以下の微粒分量を測定した値である。また、粒状高炉水砕スラグとしてはＪＩＳＡ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に用いる原料を使用し、高炉スラグ微粉末としてはＪＩＳＡ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」における「高炉スラグ微粉末４０００」を使用し、フライアッシュとしてはＪＩＳＡ６２１１「コンクリート用フライアッシュ」における「ＩＩ種」を使用した。さらに、製鋼スラグと粒状高炉水砕スラグの混合は、ショベルローダーを使用し、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末、セメント、フライアッシュの混合は、コンクリート用ミキサを使用した。さらにまた、表２，３の積載高さは、図２に示すように、試料採取位置から上部に積まれた高さのことである。

表２に示すように、積載高さを１ｍ以上として加圧力を０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上とした実施例の試料は、微粒分量が低減していることが確認された。特に、粒状高炉水砕スラグを１５〜４０質量部配合した実施例３〜６、高炉スラグ微粉末または／およびセメントを合計で３〜２０配合した実施例９〜１２は、処理前の製鋼スラグの微粒分量が２０％であったのに対し、処理後は１／２以下となっており、効率的に製鋼スラグ中の微粒分量を低減することができた。

これに対し、表３に示すように、比較例の試料は、積載高さが１ｍ未満であり、加圧力が０．０２Ｎ／ｍｍ^２未満であるため、微粒分量低減効果がほとんどみられず、土木材料への利用に適さないことが確認された。なお、比較例１の処理後の微粒分量は処理前よりも減少しているが、これは粒状高炉水砕スラグと混合したためであり、粒状高炉水砕スラグと製鋼スラグの微粒分が反応して減少したためではない。

本発明によれば、０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む製鋼スラグの微粒分量を少なくすることができ、安価なサンドコンパクションパイル材料、路盤材料等として利用価値がある。

製鋼スラグと結合材の反応を説明するための概念図。積載高さを説明するための説明図。

Claims

０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、０．０２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で加圧することを特徴とする土木材料の製造方法。
０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む粉状製鋼スラグと結合材とを混合し、高さ１ｍより高く積みつけて、上端から１ｍより下の部分を土木材料とすることを特徴とする土木材料の製造方法。
前記結合材が、粒状高炉水砕スラグ、高炉スラグ微粉末、セメント、およびフライアッシュの１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の土木材料の製造方法。
前記粉状製鋼スラグが６０〜９０質量部であり、前記結合材として粒状高炉水砕スラグが１０〜４０質量部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の土木材料の製造方法。
前記粉状製鋼スラグが８０〜９８質量部であり、前記結合材として高炉スラグ微粉末または／およびセメントが合計で２〜２０質量部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の土木材料の製造方法。