JP2009078932A - 水和固化体及びその製造方法、並びに海洋構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】硫化水素の固定に効果を発揮し、水和固化体としての十分な強度を有し、安価なコストで製造できるようにする。
【解決手段】質量比で、粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％を含み、合計で１００％となるように、各受入れホッパー１ａ，１ｂから、製鋼スラグと製鋼ダストを切り出した後、例えば混合設備内のベルトコンベア２上に設置したサイロ３から、前記製鋼スラグと製鋼ダストの混合物に対して、前記結合材を切り出し、その後、これら混合物に対し、ベルト上に水を添加して水分調整を行った後混合して水和固化体を製造する。
【効果】鉄鋼スラグ、鉄鋼ダストを使用して水和固化体を安価に製造できる。品質についても良好で、海の環境保全上優れた固化体への適用が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼業において発生する副産物である製鋼スラグと製鋼ダストを主体とし、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を結合材として混合した水和固化体とその製造方法、並びにこの水和固化体を用いて製造した海洋構造物に関するものである。

製鋼スラグは、潜在水硬性を有していることから、道路用または土木工事用の原料として使用されている。また、製鋼ダストは、鉄分が多く含まれることから、製鉄原料、セメント原料等に使用されている。

しかしながら、公共工事の減少等により、需給バランスは製鋼スラグが余剰になる傾向にある。また、製鋼ダストを製鉄原料として使用する場合は成分規制（Zn他）があり、またセメント原料として使用する場合は委託費高騰等の問題がある。

そこで、これらの製鋼スラグや製鋼ダストを使用して、一般的に砂、砕石とセメントを配合（生コンクリート）し、構造物化することで製造されている、漁礁用ブロック、被覆ブロック、消波ブロック、防潮堤などを製造するためのコンクリート等を製造する方法が種々提案されている。

例えば特許文献１では、骨材として製鋼酸化スラグを、また混和材料として還元スラグ、フライアッシュを、セメントとして高炉セメントを使用したコンクリートが開示されている。
特開２００２−４７０５２号公報

また、特許文献２では、製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含有する、水和反応によって硬化する結合体を有した水和硬化体が開示されている。
特開平１０−１５２３６４号公報

また、特許文献３では、球換算直径が２００μm以上に成型したペレット単独、または球形でかつその直径が２０μm以上の粒子数が全粒子数の内の７０％以上である鉄系ダストを混合した混合物に、セメントを配合し、成型、構造物化した重量コンクリートが開示されている。
特開平６−２４８１３号公報

また、特許文献４では、密度が３．５ｇ／m³以上の鉄系材料（研削発生物、集塵ダスト、酸化スケール、鉱石、砂鉄のうちの１種以上）と、セメントと水、及び粒径を５．０mm以下に調整した細骨材（砂、砕砂、フライアッシュ、製鋼スラグのうちの１種以上）を配合してコンクリート成形し、あるいはコンクリート固化体を成形した後に粉砕した重量骨材とその製造方法が開示されている。
特開２００７−１５８８０号公報

前記の特許文献１及び特許文献２は、製鋼スラグを主体に、結合材として高炉セメント等のポゾラン反応性を有する材料を使用しているが、漁礁用固化体として使用する場合に低質土壌改良効果として有効な鉄分を十分に有していない場合がある。

一方、特許文献３では、鉄系ダストをペレット化してセメントと混合し、コンクリート化しているので、漁礁用固化体として使用するのに適しているが、鉄系ダストをペレット化するのに多額の製造コストがかかり、実用化するのは困難であると推測される。

また、特許文献４では、製鋼スラグと製鋼ダストを用いる重量骨材と、それを用いる重量コンクリートを、消波ブロックや護岸堤用コンクリートに用いることが示されているが、専ら密度に注目したもので、低質土壌改良効果に関して着目したものではない。したがって、低質土壌改良効果に適する製鋼ダストの利用方法に関しては、当然ながら開示も示唆も無い。

本発明が解決しようとする問題点は、製鋼スラグや製鋼ダストを使用した、従来の漁礁用ブロックや防潮堤などの製造用コンクリートや水和硬化体は、低質土壌改良効果として有効な鉄分を十分に有していない場合があったり、多額の製造コストがかかり、実用化が困難であるという点である。

本発明は、低質土壌改良効果で特に硫化水素の固定（Ｆｅ₂+Ｈ₂Ｓ→ＦｅＳ↓）に効果を発揮するＦｅを十分に有し、かつ水和固化体としての十分な強度を有し、安価なコストで製造できるようにするために、以下の構成を採用している。

すなわち、本発明の水和固化体は、
各々質量比で、
粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、
粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、
結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％、
を含み、合計で１００％となるように混合したことを主要な特徴としている。

以上の本発明の水和固化体は、
各々質量比で、
粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％を含み、合計で１００％となるように、
各受入れホッパーから、製鋼スラグと製鋼ダストを切り出した後、
破砕整粒設備または混合設備内のベルトコンベア上に設置したサイロから、前記製鋼スラグと製鋼ダストの混合物に対して、前記結合材を切り出し、
その後、これら混合物に対し、ベルト上に水を添加して水分調整を行った後混合することを主要な特徴とする本発明の水和固化体の製造方法によって製造できる。
また、以上の本発明の水和固化体を構造物化したものが、本発明の海洋構造物である。

本発明では、製鋼スラグ、製鋼ダストを使用して水和固化体を安価に製造できると共に、品質についても良好であり、海の環境保全上優れた固化体への適用が図れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態例について説明する。
本発明の水和固化体は、
製鋼スラグと、製鋼ダストと、結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を混合したものである。

すなわち、本発明の水和固化体は、潜在水硬性を有した重量物である製鋼スラグと、低質土壌改良効果を期待できる製鋼ダストを適切に配合し、結合材として潜在水硬性を有したシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を使用することで、カルシウムアルミネート、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト等の水和物を形成した強固な固化体である。

本発明の水和固化体の製造に使用する製鋼スラグは、高炉で製造された銑鉄やスクラップ等を精錬し、鋼を製造する工程で生成されるもので、その後排出して徐冷処理することで岩石状に形成したものを破砕し、粒度調整したものである。この粒度調整した製鋼スラグの化学成分の一例を下記表１に、物理的性質の一例を下記表２に示す。

また、本発明の水和固化体の製造に使用する製鋼ダストは、前記製鋼スラグと同様の精錬時において発生する煤塵を、乾式回収または湿式回収したもので、湿式回収したダストを使用する場合は、シックナー処理後、脱水処理して泥状のダストとする。この製鋼ダストの化学成分と物理的性質の一例を下記表１、２に併せて示す。

製造する鋼の種類によっても得られる製鋼スラグの化学成分や、物理的性質は異なるものの、粒径についてみた場合、前記表２に示した製鋼スラグは、２６．５mm以下のものが１００％、製鋼ダストは、２．３６mm以下のものが１００％である。

このような製鋼スラグ及び製鋼ダストのうち、本発明では、製鋼スラグは、粒径を４０mm以下としたものを、また製鋼ダストは、粒径を１０mm以下としたものを使用する。

本発明で使用する製鋼スラグの粒径を４０mm以下としたのは、４０mmを超える粒径の製鋼スラグを使用した場合は、混合処理をする場合に均一混合に時間を要し、作業性が悪くなる事、および比表面積が大きくなり潜在水硬性が発揮されない場合があるためである。

また、本発明で使用する製鋼ダストの粒径を１０mm以下としたのは、１０mmを超える粒径の製鋼ダストを使用した場合は、海水と接した場合にＦｅイオンが溶出し難くなって、硫化水素の固定（Ｆｅ₂+Ｈ₂Ｓ→ＦｅＳ↓）に効果を発揮しなくなるからである。

すなわち、本発明では、粒径が１０mm以下の製鋼ダストを使用することで、海水と接した場合のＦｅイオンの溶出を容易に行えるようにして、海の環境保全のうち低質土壌改良効果で、特に硫化水素の固定（Ｆｅ₂+Ｈ₂Ｓ→ＦｅＳ↓）に効果を発揮する。

さらに、製鋼ダストに、Total Ｆｅが１０質量％以上のものを使用すれば、漁礁用ブロックとしては、前記Ｆｅイオンによる硫化水素の固定、またＦｅ、Ｐ、Ｓｉイオンの溶出により珪藻類プランクトンの栄養源効果が期待され、海洋構造物として十分な海面下の低質土壌改良効果を保有することができる。

本発明の水和固化体の製造に結合材として使用するシリカ含有物質およびポゾラン反応性を有する材料としては、例えば石炭灰、石膏、各種セメント（ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント他）、高炉スラグ、製鋼スラグ等がある。

下記表３に、上記表１及び表２に示した製鋼スラグ、製鋼ダストと、結合材の配合量を各種変更した場合の例を示す。

上記表３より、試験番号１〜９に示すように、各々質量％で、上記の製鋼スラグを４０〜７０％、製鋼ダストを１０〜５０％と、結合材を５〜２０％を含み、合計で１００％となるように混合した場合には、製造後２８日経過した後の圧縮強度は、消波ブロックの設計強度である１８Ｎ／mm²を十分に確保できていることがわかる。

一方、製鋼スラグ、製鋼ダスト、結合材の何れかが上記の配合量を満足しない試験番号１０、１１、１３の場合には、製造後２８日経過した後の圧縮強度が、消波ブロックの設計強度である１８Ｎ／mm²を確保できなかった。

また、試験番号１２では、製造後２８日経過した後の圧縮強度は１８Ｎ／mm²を十分に確保できているが、製鋼ダストを９％しか配合できていないために、硫化水素の固定効果を十分に発揮できないものである。

本発明は、以上の調査結果に基づいてなされたものであり、
各々質量比で、
粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、
粒径が１０mm以下の、望ましくはTotal.Ｆｅが１０質量％以上で、かつ脱水処理した製鋼ダストを１０〜５０％、
結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％、
を含み、合計で１００％となるように混合した水和固化体である。

この本発明の水和固化体は、各々質量比で、粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％を含み、合計で１００％となるように、
図１に示すように、各受入れホッパー１ａ，１ｂから、製鋼スラグと製鋼ダストを切り出した後、例えば混合設備内のベルトコンベア２上に設置したサイロ３から、前記製鋼スラグと製鋼ダストの混合物に対して、前記結合材を切り出し、その後、これら混合物に対し、ベルト上に水を添加して水分調整を行った後、ミキサー４で混合して製造する。これが、本発明の水和固化体の製造方法である。なお、図１中の５は水の添加部を示す。

ちなみに、下記表４に示す成分分析結果を有する製鋼スラグ、製鋼ダスト、及び結合材としての高炉微粉末を、下記表５の配合にて混合し、水和固化体を構造物化した本発明の海洋構造物の一例である擁壁用コンクリートブロックを製造した。

配合割合は、製鋼スラグが７０質量％、製鋼ダストが１２質量％、結合材として高炉微粉末を１８質量％混合し、外数として水を１０質量％添加して製作した。製造方法は、図１に示す通り、原料の受入ホッパー１ａ，１ｂにて各々鉄鋼スラグ、鉄鋼ダストを配合割合で切り出して混合し、結合材はサイロ３から添加し混合した。

上記表５より、本発明方法によって製造した、本発明の水和固化体を構造物化して製造した本発明の海洋構造物である擁壁用コンクリートブロックは、製造後、２８日を経過した際には、十分な圧縮強度を有していることが確認できた。

すなわち、Ｆｅを実質的に粒径１mm以下の微粉で７％（１２％×０．５８）含有しているので、硫化水素の固定効果を十分に有するし、製鋼スラグを主体としているので、Ｆｅ，Ｐ，Ｓｉイオンの供給源も豊富なため、高い土壌改良効果が期待できる。しかも、いずれも安価な原料であって、原料を予めペレット化するなどの予備処理の必要も無く、擁壁用として十分な圧縮強度を有するコンクリートブロックを製造することができた。

本発明は上記の各例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば自由に変更が可能である。

例えば図１の例では破砕整粒設備内のベルトコンベア２上に設置したサイロ３から、結合材を切り出したものを示したが、結合材は破砕整粒設備内のベルトコンベア２上に切り出しても良い。

また、本発明の海洋構造物は、擁壁用コンクリートブロックだけでなく、漁礁用ブロック、消波ブロック、防潮提等も含まれる。

本発明の水和固化体の製造方法を説明する概略図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 受入れホッパー
２ ベルトコンベア
３ サイロ
４ ミキサー
５ 水の添加部

Claims (4)

1. 各々質量比で、
   粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、
   粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、
   結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％、
   を含み、合計で１００％となるように混合したことを特徴とする水和固化体。
2. 前記製鋼ダストは、
   Ｆｅの総含有量が１０質量％以上で、かつ脱水処理したものであることを特徴とする請求項１に記載の水和固化体。
3. 各々質量比で、
   粒径が４０mm以下の製鋼スラグを４０〜７０％、粒径が１０mm以下の製鋼ダストを１０〜５０％、結合材として使用される、潜在水硬性を有するシリカ含有物質またはポゾラン反応性を有する材料を５〜２０％を含み、合計で１００％となるように、
   各受入れホッパーから、製鋼スラグと製鋼ダストを切り出した後、
   破砕整粒設備または混合設備内のベルトコンベア上に設置したサイロから、前記製鋼スラグと製鋼ダストの混合物に対して、前記結合材を切り出し、
   その後、これら混合物に対し、ベルト上に水を添加して水分調整を行った後混合することを特徴とする水和固化体の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の水和固化体を構造物化したことを特徴とする海洋構造物。

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