JP2011001234A - 鉄鋼スラグ路盤材の製造方法及び鉄鋼スラグ路盤材 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、路盤材としての利用が十分ではなかった粉状の製鋼スラグを用いて、安定した強度や品質の鉄鋼スラグ路盤材を提供すること。
【解決手段】鉄鋼スラグを含む混練物を平地に敷き均し、転圧した後、転圧された混練物に、該混練物を所定の大きさのブロックに分割するための切欠きを打ち込み、そのまま養生し、養生後の混練物の固化体を、前記切欠によりに個々のブロックに分割した後、このブロックを破砕し、破砕物を用途に応じて分級して鉄鋼スラグ路盤材とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所等の鉄鋼製造プロセスで発生する種々のスラグ（鉄鋼スラグ）、特に微粉を含む粉状の製鋼スラグや高炉水砕スラグを原料として用いて路盤材を製造する方法及びその方法によって製造された路盤材に関する。

製鉄所において、転炉、予備処理炉等の精錬工程から発生する製鋼スラグを路盤材として使用する方法として、図４のフロー図に示す方法がある。
この方法は、製鋼工場で発生した溶融スラグを、放流・冷却して製鋼スラグとした後、これを粉砕し、ふるい分けして粒度を３０ｍｍ以下に調整した後、製銑過程で生成する高炉スラグと組み合わせて、日本工業規格JIS A 5015「道路用鉄鋼スラグ」に記載の処置を施し、さらに、性能特性を確認した上で、道路用路盤材として利用するものである。

しかし、製鋼スラグには、一般に、水と接触して膨張を引き起こす性質がある遊離ＣａＯ等が数％以上含まれており、この膨張性のために、スラグ自身が風化すると粉化する性質がある。このため、粉状の製鋼スラグには、路盤材として使用できない粒度の微粉を多く含むため、そのままでは路盤材として殆ど利用されていないのが現状である。

そこで、微粉を含む粉状の製鋼スラグを路盤材として利用するための方法として、特許文献１にも記載されている次の方法がある。
この方法は、図５のフロー図に示すように、微粉を含む粉状の製鋼スラグと、水砕スラグまたは高炉スラグ微粉末の固化助材と高炉セメントのいずれかまたは両方とを自然含有水状態で混練した後、混練物を平地に敷き均し、整形、散水、転圧、養生して固化した後、さらに掘削機で掘削、荒破砕して製鋼スラグの固化体を製造し、この固化体を分級することで道路路盤材として利用するものである。

この方法では、養生後の混練物を掘削機で掘削して粗破砕する際、固化体が不規則に割れ砕けて、路盤材として使用できない大きさの粉分が多量に発生するため、歩留まりが悪いという問題がある。

この問題に対し、混練物の粗破砕を省略する方法として、特許文献２では、混練物を敷き均した後、その上方から型枠を押し付けて、脱型して複数の固化体ブロックを製造する方法が示されている。また、この方法で製造された固化体ブロックを破砕して路盤材等に利用することも示されている。

この特許文献２に示された方法では、混練物の凝縮の始まる前に、型枠によって個々のブロックに分割することで、粉分の発生を抑えることができるものの、脱型性をよくするため、混練物のスランプ値を０ｃｍ以上５ｃｍ以下としており、転圧養生を十分に行うことができず、路盤材としての安定した強度・品質を確保することが難しいという問題がある。

特開２００８−２８０２２４号公報 特開２００６−１１９１号公報

そこで、本発明はこのような課題に着目し、従来、路盤材としての利用が十分ではなかった粉状の鉄鋼スラグを用いて、安定した強度や品質の鉄鋼スラグ路盤材を提供することを課題とするものである。

本発明者は、鉄鋼スラグを含む混練物を養生して固化体を製造し、その固化体を粉砕した後、分級して路盤材を製造するにあたり、養生後の混練物を粗粉砕する際に粉分の発生を抑えることができ、かつ、路盤材としての強度等の品質を安定して得ることができる路盤材の製造について検討した。
その結果、鉄鋼スラグを含む混練物を養生して固化体を製造する際に、混練物を敷き均して、転圧した後に切欠きを打ち込むようにすれば、粗破砕時に粉分の発生を抑え、かつ、安定した強度や品質の鉄鋼スラグ路盤材が製造できることを見出した。

本発明は、このような検討の結果なされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１） 鉄鋼スラグを含む混練物を平地に敷き均し、転圧した後、転圧された混練物に、該混練物を所定の大きさのブロックに分割するための切欠きを打ち込み、そのまま養生し、養生後の混練物の固化体を、前記切欠によりに個々のブロックに分割した後、このブロックを破砕し、破砕物を用途に応じて分級することを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。

（２） 前記（１）に記載の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法において、前記混練物の凝縮開始から終結の間に切欠きを打ち込むことを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
（３） 前記（１）または（２）に記載の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法において、前記鉄鋼スラグとして粉状の製鋼スラグと高炉スラグを用いることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法で製造した路盤材に、廃コンクリートの破砕粒及び天然砕石のいずれか一方あるいは両方を混合することを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。

（５） 平地に敷き均され、転圧された鉄鋼スラグを含む混練物に打ち込まれた切欠きを用いて養生後に個々のブロックに分割したされた水和固化体を用い、それを破砕し、用途に応じて分級されたものであることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。

（６） 前記（５）に記載の鉄鋼スラグ路盤材において、前記鉄鋼スラグとして粉状の製鋼スラグと高炉スラグを用いることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。
（７） 前記（５）または（６）に記載の鉄鋼スラグ路盤材に、廃コンクリートの破砕粒及び天然砕石の一方あるいは双方をさらに混合したことを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。

本発明によれば、従来、路盤材として利用が十分でなかった粉状の製鋼スラグを用いて、路盤材として十分な強度を有し、安定した品質の鉄鋼スラグ路盤材を提供することができる。

本発明の路盤材の製造フローを説明するための図である。 本発明の路盤材の製造過程において、鉄鋼スラグの混練物に切欠きを打ち込んだ状態の一例を示す図である。 本発明の路盤材の製造過程において、鉄鋼スラグの混練物に切欠きを打ち込むための方法の一例を示す図である。 従来の路盤材の製造フローを説明するための図である。 従来の路盤材の別の製造フローを説明するための図である。

本発明者らは、粉状の製鋼スラグを路盤材に使用するための方法として、製鋼スラグを含む混練物を水和固化させ、それを粉砕して路盤材を製造する方法を調査した。
その結果、平地に粉状の鉄鋼スラグを含む混練物を敷き均しする際に、混練物の凝縮開始から終結の間に切欠きを打ち込むことで、混練物の固化体を粉砕するための掘削時に、粉分の発生を抑えることができ、均一な路盤材が製造できることが判明した。
表１に、実験結果の一部を示す。

２種類の製鋼スラグＡ、Ｂ、高炉スラグ微粉末、ポルトランドセメント、その他として混和剤等を、表１に示す配合割合で混練し、混練物を養生場の平地上に敷き均した。その際、一部の箇所ではそのまま養生し、他の箇所では、敷き均し後のさまざまな時期に切欠きを打ち込んだ後、養生して水和固化体とした。

切欠きを打ち込む時期は、Ａ．敷き均し後から凝縮が開始する間、Ｂ．凝縮開始から終結の間、Ｃ完全凝縮後とした。
なお、混練物の凝縮開始及び終結の時期は、日本工業規格JIS R5201「セメントの物理試験方法」に規定されている方法で決定した。

すなわち、凝縮の開始時期は、ビガー針装置の標準棒を始発用標準針に換え、300.0±1.0gの重石を掛けた状態で始発用標準針を混練物中に徐々に降下させ、始発用標準針の先端が装置底板の上面からおよそ1mmのところで止まる時期とした。また、凝縮の終結時期は、上記装置の標準針を終結用標準針に換え、混練物の表面に徐々に降下させ、混練物表面に針の跡を止めるが、針に附属する小片環の跡を残さない時期とした。

養生後、ブレーカーでこの水和固化体を掘削して粗破砕した。その破砕によって発生した粉分の含有率を測定した。
掘削時の粉含有率は、日本工業規格JIS A1102「骨材の篩分け試験方法」に規定されている方法で、路盤材としては殆ど利用されない１０ｍｍ以下の粉分の含有率を測定した。

表１から、混練物が凝縮開始から終結する間に、切り欠きを打ち込んで養生した製造方法では、切り欠きを打ち込まないで養生した製造方法、及び、切り欠きを打ち込む時期を、混練物の敷き均しから凝縮開始する間または完全に凝縮した後とした製造方法に比べ、掘削時の粉含有率を大幅に減少させることができることが判明した。
また、その原因を調査した結果、混練物が凝縮開始から終結する間に切り込みを打ち込むことで、規則的に切欠き部分から割れるため、掘削時に粉分の発生が大幅に減少することが判明した。

以下、以上のような検討の結果なされた本発明についてさらに説明する。
図１に、本発明にかかる路盤材の製造フローを示す。
製鋼工場で発生した溶融スラグは、放流・冷却後、５ｍｍ以下に破砕され、製鋼スラグとされる。この製鋼スラグを高炉水砕スラグと混合して混練する。
混練後の混練物を養生場のピット上に、例えば、厚み２０〜４０ｃｍになるように敷き均し、ブルドーザーやタイヤローラで転圧する。

その後、図２に示すように、転圧された混練物１に升目状に切欠き２を打ち込む。この切欠き刃を打ち込む時期は、混練物が凝縮開始から終結する間とするのが好ましい。混練物に切欠きを形成した後、養生して混練物を完全に凝縮させて固化体とする。

次に、この固化体をブレーカーで掘削して、個々のブロックに分割し、バックホーにて固化体ブロックとして取り出す。本発明では、固化体の掘削時に、規則的に切欠き部分から割れるため、粉分の発生を大幅に減少させることができる。
そして、取り出した個々の固体ブロックを破砕機に投入して、路盤材に適する大きさに破砕し、続いて、路盤材の用途に応じて所定の大きさに分級して路盤材とする。

転圧した混練物に対する切欠きの打ち込みは、例えば、図３（ａ）に示すように、バックホー３のアーム４の先端部に切欠き刃６を有する刃物台５を取り付け、切り欠きを打ち込む位置に刃物台５を降下させ、先端部の切欠き刃６を混練物１に押し付けて切り欠き２を打ち込むようにする。

切り欠きは、図２に示すように、個々のブロックに分割できるように升目状に形成する。そのためには、刃物台に切り欠き刃を縦方向と横方向に格子状に設け、１回の打ち込みで、所定の領域に図２のように縦横に切り欠きを形成するのが好ましい。
しかし、切り欠き刃を一方向だけに設け、２回の打ち込みで縦方向と横方向の切り欠きを形成してもよい。

切欠によって形成される固化体ブロックの大きさは、ブロックを破砕する破砕機の能力に応じて決定されるが、好ましい大きさは、厚みが２０〜４０ｃｍ、縦横の幅が２０〜３０ｃｍの範囲である。

なお、図３（ａ）に示した切り欠きの打ち込み方法は、一例にすぎず、例えば、図３（ｂ）に示すように、バックホー３のバケット７に切欠き刃６を取り付けるようにしてもよい。また、養生場にランウェイガーターを設置し、ランウェイガーター上を走行する昇降機の先端に切欠き刃を有する刃物台を取り付け、切り欠きを打ち込む場所に昇降機を移動し、刃物台を降下させ、切欠き刃を混練物に押し付けるようにしてもよい。

切欠き刃を打ち込む時期は、前記のように、混練物の凝縮開始から終結する間とする。敷き均しから凝縮開始する間に切り欠きを打ち込んだ場合、混練物は流動性がよいため、切り欠きを打ち込んでも隣り合う混練物が接触し一体化となり、切り欠き部分ができず、養生後の掘削時に不規則に割れ砕けるために粉分が多く発生する。また、混練物が軟らかいために、切り込み刃に混練物が付着し、その刃を繰返し使用すると切り込み断面が粗くなり、粉が増える要因となり、かつ、打ち込み毎に刃の清掃が必要となり作業性も悪い。

混練物が完全に凝縮した後に切り欠きを打ち込んだ場合、混練物表面からの粉分発生や形状の崩壊により、養生後の掘削時に粉分が多く発生するので歩留まりが悪い。
切欠きを打ち込まない場合は、掘削機で掘削すると不規則に割れ砕けるため、粉分が多く発生する。

混練物が凝縮を開始する時期及び混練物の凝縮が終結する時期は、前述のように、日本工業規格JIS R5201「セメントの物理試験方法」に規定されている方法とする。
また、切り欠きを打ち込む時期を混練物の凝縮開始から終結する間としているが、その時間は、通常１〜２時間の間である。また、切り欠きを打ち込むまでの時間を、例えば、夏期は敷き均し後0.5〜１時間、冬期は敷き均し後２〜３時間と季節または気温によって変更してもよい。

以上のようにして製造された鉄鋼スラグ路盤材は、そのまま単独で、路盤材として道路などの舗装工事に用いることもできるが、廃コンクリートの破砕粒や天然砕石のいずれか一方あるいは両方と混合して路盤材として用いることもできる。

２種類の製鋼スラグＡ、Ｂ、高炉スラグ微粉末、ポルトランドセメント、その他として混和剤等を、表２に示す配合割合で混練し、混練物を養生場の平地上に敷き均した。敷き均した混練物を転圧後、混練物が凝縮を開始してから終結する間に切り欠きを打ち込み、養生して水和固化体を製造した。その後、当該固化体を切り欠きに沿って粗破砕し、粗破砕したブロック状の固化体をさらに破砕し、分級した破砕粒を路盤材とした。このようにして得た路盤材の特性を表２に示す。

なお、表２において、すりへり減量は、日本工業規格JIS A1121ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験方法に規定されている方法で測定した。修正CBRは、日本工業規格JIS A1211CBR試験方法に規定されている方法に準じて、３層に分けて各層９２回突き固めたときの最大乾燥密度に対する９５％の締め固め度に対応するＣＢＲとして算出した。

表２より、路盤材として利用が十分ではなかった粉状の製鋼スラグを骨材とする固化体よりなる路盤材は、路盤材の製品としての品質指標であるすりへり減量が「舗装施工便覧」（社団法人 日本道路協会発行）に記載の表層・基層用砕石の目標値３０％以下であり、また、上記便覧に記載の路盤材の９５％修正ＣＢＲの所要値（上層路盤材：８０％以上、下層路盤材３０％以上）以上であることを確認した。

本発明によれば、従来、路盤材として利用が十分でなかった粉状の製鋼スラグを骨材とする固化体を効率よく製造でき、さらに、安定した品質の路盤材を提供することができる。従って、本発明は、スラグ再利用産業や土木建築産業において利用可能性が高いものである。

１ 鉄鋼スラグの混練物
２ 切り欠き
３ バックホー
４ アーム
５ 刃物台
６ 切欠き刃
７ バケット

Claims (7)

1. 鉄鋼スラグを含む混練物を平地に敷き均し、転圧した後、転圧された混練物に、該混練物を所定の大きさのブロックに分割するための切欠きを打ち込み、そのまま養生し、養生後の混練物の固化体を、前記切欠によりに個々のブロックに分割した後、このブロックを破砕し、破砕物を用途に応じて分級することを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
2. 請求項１に記載の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法において、前記混練物の凝縮開始から終結する間に切欠きを打ち込むことを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法において、前記鉄鋼スラグとして粉状の製鋼スラグと高炉スラグを用いることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法で製造した鉄鋼スラグ路盤材に、廃コンクリートの破砕粒及び天然砕石のいずれか一方あるいは両方を混合することを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
5. 平地に敷き均され、転圧された鉄鋼スラグを含む混練物に打ち込まれた切欠きを用いて養生後に個々のブロックに分割したされた水和固化体を用い、それを破砕し、用途に応じて分級されたものであることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。
6. 請求項５に記載の鉄鋼スラグ路盤材において、前記鉄鋼スラグとして粉状の製鋼スラグと高炉スラグを用いることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。
7. 請求項５または６に記載の鉄鋼スラグ路盤材に、廃コンクリートの破砕粒及び天然砕石の一方あるいは双方をさらに混合したことを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。

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