JP2013040069A - 鉄鋼スラグ路盤材及び鉄鋼スラグ路盤材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉徐冷スラグからなり、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足することができ、かつ、比較的簡単に製造可能な鉄鋼スラグ路盤材及びこの鉄鋼スラグ路盤材の製造方法を提供する。
【解決手段】高炉徐冷スラグからなる鉄鋼スラグ路盤材であって、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグと、を有し、前記エージング処理スラグの粒径が、前記未エージングスラグの粒径よりも粗大とされていることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、道路の路盤に使用される鉄鋼スラグ路盤材及び鉄鋼スラグ路盤材の製造方法に関するものである。

製鉄工場においては、鉄鋼製品の製造に伴って、いわゆる鉄鋼スラグが発生する。鉄鋼スラグとしては、高炉で生成したスラグを徐冷した高炉徐冷スラグと、高炉で生成したスラグを急冷した高炉水砕スラグと、精錬工程で生成したスラグを徐冷した製鋼スラグと、がある。これらの鉄鋼スラグは様々な製品として使用されている。
例えば、高炉徐冷スラグは、コンクリート粗骨材や道路の路盤材として使用され、高炉水砕スラグは、セメント原料、コンクリート細骨材、砂材として使用され、製鋼スラグは、道路の路盤材、地盤改良材等に使用されている。

道路の路盤及び加熱アスファルト混合物に使用する「道路用鉄鋼スラグ」については、ＪＩＳ Ａ ５０１５において要求特性等が規定されている。上層路盤材として使用されるＨＭＳ−２５では、呈色判定、一軸圧縮強さ等の特性を満足する必要がある。

ここで、高炉徐冷スラグは、硫黄分を含んでいることから黄色水が発生し、呈色の問題が生じることが知られている。この呈色を防止するためには、高炉徐冷スラグを大気雰囲気で長期間放置するエージング処理を行うことが効果的である。
しかしながら、高炉徐冷スラグは、少量のガラス化成分を含んでいることから、アルカリまたは硫酸塩などの刺激作用によってカルシウムシリケート水和物、カルシウムアルミネート水和物を生成し硬化する性質（いわゆる潜在水硬性）がある。このため、エージング処理を行った場合には、水和反応が進行することによって強度が低下し、一軸圧縮強さを満足することができなくなってしまう。
このように、高炉徐冷スラグでは、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足させることは困難であった。

従来は、エージング処理した高炉徐冷スラグの強度を補うために、高炉水砕スラグや製鋼スラグを混合していた。
しかしながら、製鋼スラグは、生石灰分を含有することから水分と反応して膨張するおそれがあった。このため、製鋼スラグにおいては蒸気エージング処理等を行う必要があった。また、各種スラグの製造と販売量のバランスによっては、特性を満足する鉄鋼スラグ路盤材を提供することができないことがあった。

そこで、高炉徐冷スラグのみを用いて、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足する鉄鋼スラグ路盤材を得る方法が検討されている。
例えば、特許文献１には、高炉徐冷スラグに対して６ヶ月以上のエージング処理し、エージング処理後に分級し、粒径０．５ｍｍ以上の粗粒を破砕して使用する方法が提案されている。
また、特許文献２には、高炉徐冷スラグの表面をコーティングすることによって呈色を抑制する方法が提案されている。

特開昭６２−２２３０４４号公報 特開２００３−３０５４３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、高炉徐冷スラグのエージング処理を６ヶ月間以上行うことから、鉄鋼スラグ路盤材を効率良く製造できなかった。また、エージング処理を実施するスペースを確保する必要があり、管理コストが増加するといった問題があった。また、エージング処理後に粒径０．５ｍｍ以上の粗粒を分級する必要があるが、０．５ｍｍ未満の微細粒は、粗粒の周囲に付着してしまうため、分級を精度良く行うことは困難であった。このため、鉄鋼スラグ路盤材に０．５ｍｍ未満の微細粒が混入してしまい、特性を十分に満足することができなかった。
また、特許文献２に記載された発明では、コーティング処理に時間と労力が必要となり、製造コストが大幅に増大するといった問題があった。
以上のように、これまで提案された方法では、高炉徐冷スラグのみを用いて、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足する鉄鋼スラグ路盤材を得ることは、実現できていなかった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、高炉徐冷スラグからなり、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足することができ、かつ、比較的簡単に製造可能な鉄鋼スラグ路盤材及びこの鉄鋼スラグ路盤材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る鉄鋼スラグ路盤材は、高炉徐冷スラグからなる鉄鋼スラグ路盤材であって、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグと、を有し、前記エージング処理スラグの粒径が、前記未エージングスラグの粒径よりも粗大とされていることを特徴としている。

一般に、鉄鋼スラグ路盤材の一軸圧縮強さは、水和反応の固結に依存することが知られている。
本発明の鉄鋼スラグ路盤材においては、粗粒のエージング処理スラグの周囲に細粒の未エージングスラグが配置されることになり、未エージングスラグがバインダとして作用することになる。未エージングスラグは、水和反応が進行しておらず活性度が高いため、アルカリまたは硫酸塩などの刺激作用によってカルシウムシリケート水和物、カルシウムアルミネート水和物が生成することになる。よって、この水和反応による固結により、鉄鋼スラグ路盤材の一軸圧縮強さを確保することが可能となる。

また、エージング処理スラグにおいては、空気中の酸素によって表面が酸化され、硫黄成分が硫酸イオン化されている。ここで、未エージングスラグから溶出される硫黄成分は、エージング処理スラグから溶出する物質と化合物を生成することになり、硫黄成分がそのまま溶出されることが抑制されると考えられる。これにより、呈色（黄色水の発生）を抑制することが可能となる。
このように、高炉徐冷スラグのみを使用して、一軸圧縮強さ及び呈色を満足する鉄鋼スラグ路盤材を得ることができる。

ここで、質量比で、前記未エージングスラグの含有量が２０％以上８０％以下とされていることが好ましい。
この場合、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された一軸圧縮強さを１．２Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。また、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された呈色判定試験において基準を満足することができる。

また、前記エージング処理スラグの粒径が７ｍｍ超とされ、前記未エージングスラグの粒径が７ｍｍ以下とされており、質量比で、前記未エージングスラグの含有量が４０％以上７０％以下とされているが好ましい。
この場合、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された粒度を確実に満足することができ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ（ＨＭＳ−２５）として使用することが可能となる。

本発明に係る鉄鋼スラグ路盤材の製造方法は、高炉徐冷スラグからなる鉄鋼スラグ路盤材の製造方法であって、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上となるエージング処理を行った粒径７ｍｍ超のエージング処理スラグを得る工程と、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内であって粒径７ｍｍ以下の未エージングスラグを得る工程と、前記エージング処理スラグ及び前記未エージングスラグを混合する工程と、を備えていることを特徴としている。

この構成の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法によれば、粗粒のエージング処理スラグの周囲に、細粒の未エージングスラグが配置され、活性度の高い未エージングスラグがバインダとして作用し、一軸圧縮強さが確保された鉄鋼スラグ路盤材を製造することができる。
また、未エージングスラグとエージング処理スラグとを混合しているので、未エージングスラグから溶出される硫黄成分がエージング処理スラグから溶出する物質と化合物を生成し、硫黄成分がそのまま溶出されることが抑制される。よって、呈色（黄色水の発生）が抑制された鉄鋼スラグ路盤材を製造することができる。

ここで、前記エージング処理後に前記エージング処理スラグの呈色判定試験を実施することが好ましい。
この場合、エージング処理スラグにおいて、呈色が確実に抑制されていることを確認することができる。よって、呈色（黄色水の発生）が抑制された鉄鋼スラグ路盤材を製造することができる。なお、この呈色判定試験は、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された方法で実施する。

本発明によれば、高炉徐冷スラグからなり、呈色と一軸圧縮強さの両方の特性を満足することができ、かつ、比較的簡単に製造可能な鉄鋼スラグ路盤材及びこの鉄鋼スラグ路盤材の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態である鉄鋼スラグ路盤材の製造方法を示すフロー図である。 実施例における一軸圧縮強さ及び呈色判定試験の結果を示すグラフである。 実施例における鉄鋼スラグ路盤材の粒度分布を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態である鉄鋼スラグ路盤材及び鉄鋼スラグ路盤材の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である鉄鋼スラグ路盤材は、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された水硬性粒度調整鉄鋼スラグ（ＨＭＳ−２５）として使用されるものである。

本実施形態である鉄鋼スラグ路盤材は、高炉徐冷スラグのみからなるものである。高炉徐冷スラグは、高炉で生成した溶融スラグを冷却ヤードに流し込み、空冷及び適度な散水によって冷却することで得られる結晶質のスラグである。
高炉徐冷スラグは、ＣａＯ（石灰）とＳｉＯ_２（シリカ）とＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）とＭｇＯ（マグネシア）を主成分とし、少量のＳ（硫黄）を含んでいる。
また、高炉徐冷スラグは、少量のガラス化成分を含んでいることから、アルカリまたは硫酸塩などの刺激作用によってカルシウムシリケート水和物、カルシウムアルミネート水和物を生成し硬化する性質（いわゆる潜在水硬性）を有している。

ここで、本実施形態の鉄鋼スラグ路盤材は、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグと、を混合したものである。そして、エージング処理スラグの粒径が、未エージングスラグの粒径よりも粗大とされている。

具体的には、エージング処理スラグの粒径が７ｍｍ超え２５ｍｍ以下とされ、未エージングスラグの粒径が７ｍｍ以下とされている。
また、未エージングスラグの含有量が質量比で２０％以上８０％以下とされており、さらに好ましくは４０％以上７０％以下とされている。
すなわち、本実施形態の鉄鋼スラグ路盤材は、粗粒のエージング処理スラグの周囲に、細粒の未エージングスラグが配置されているのである。

次に、本実施形態の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法について図１を参照して説明する。
まず、冷却ヤードにおいて徐冷されて得られた高炉徐冷スラグを破砕し、最終破砕後にエージング処理を実施する（エージング処理工程Ｓ０１）。このエージング処理は、大気雰囲気下で高炉徐冷スラグを長期間放置するものであり、本実施形態では、最終破砕後からの経過時間が３ヶ月以上となるようにエージング処理を実施する。

次に、エージング処理工程Ｓ０１を終了して得られたエージング処理スラグについて、呈色判定試験を実施する（呈色判定試験工程Ｓ０２）。この呈色判定試験は、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された方法によって実施する。
次に、呈色判定試験で合格と判定されたエージング処理スラグの分級を行う（エージング処理スラグ分級工程Ｓ０３）。本実施形態では、エージング処理スラグの粒径が７ｍｍ超２５ｍｍ以下となるように分級する。

また、冷却ヤードにおいて徐冷されて得られた高炉徐冷スラグを破砕し、最終破砕からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグを準備する（未エージングスラグ準備工程 Ｓ１１）。
次に、この未エージングスラグの分級を行う（未エージングスラグ分級工程Ｓ１２）。本実施形態では、未エージングスラグの粒径が７ｍｍ以下となるように分級する。

そして、粒径が７ｍｍ超２５ｍｍ以下とされたエージング処理スラグと、粒径が７ｍｍ以下とされた未エージングスラグと、を混合する（混合工程Ｓ２０）。
以上のようにして、本実施形態である鉄鋼スラグ路盤材が製造されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である鉄鋼スラグ路盤材及び鉄鋼スラグ路盤材の製造方法によれば、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以下とされた未エージングスラグと、の混合物とされ、粗粒のエージング処理スラグの周囲に、細粒の未エージングスラグが配置されているので、エージング処理スラグが骨材となり、未エージングスラグがバインダとして作用することになる。

ここで、未エージングスラグにおいては、少量のガラス化成分を含んでいることから、アルカリまたは硫酸塩などの刺激作用によってカルシウムシリケート水和物、カルシウムアルミネート水和物を生成することになり、この水和反応によって粗粒のエージング処理スラグ同士を固結することができる。これにより、本実施形態である鉄鋼スラグ路盤材においては、一軸圧縮強さが確保されることになる。

また、エージング処理スラグは、エージング処理工程Ｓ０１において、空気中の酸素により表面が酸化されることになる。そして、エージング処理スラグ中の硫黄成分は、硫酸イオン化される。一方、未エージングスラグは、硫黄成分がそのまま存在していることになる。ここで、未エージングスラグの硫黄成分は、エージング処理スラグから溶出する物質と化合物を生成することから、硫黄成分がそのまま溶出されることが抑制される。これにより、呈色を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、未エージングスラグの含有量が質量比で２０％以上とされているので、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された一軸圧縮強さを１．２Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。また、未エージングスラグの含有量が質量比で８０％以下とされているので、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された呈色判定試験において呈色なしと判定されることになる。

さらに、本実施形態では、エージング処理スラグの粒径が７ｍｍ超２５ｍｍ以下とされ、未エージングスラグの粒径が７ｍｍ以下とされており、未エージングスラグの含有量が質量比で４０％以上７０％以下とされているので、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された粒度を確実に満足することができ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ（ＨＭＳ−２５）として使用することができる。

以上、本発明の実施形態である鉄鋼スラグ路盤材及び鉄鋼スラグ路盤材の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、エージング処理スラグの粒径を７ｍｍ超２５ｍｍ以下とし、未エージングスラグの粒径を７ｍｍ以下としたもので説明したが、これに限定されることはなく、エージング処理スラグの粒径が、未エージングスラグの粒径よりも粗大であればよい。

また、未エージングスラグの含有量を質量比で２０％以上８０％以下、好ましくは４０％以上７０％以下としたもので説明したが、これに限定されることはない。但し、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された水硬性粒度調整鉄鋼スラグ（ＨＭＳ−２５）として使用する場合には、未エージングスラグの含有量を質量比で４０％以上７０％以下とすることが好ましい。

また、エージング処理が終了後に呈色判定試験を実施するものとして説明したが、呈色判定試験を省略してもよい。
さらに、エージング処理後に分級を行うものとして説明したが、最終破砕後に分級した上でエージング処理を実施してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した確認実験の結果について説明する。
まず、高炉徐冷スラグを用いて、最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグと、を準備した。
これらエージング処理スラグ及び未エージングスラグを分級し、表１に示す比率で混合して本発明例１−４及び比較例１−４の鉄鋼スラグ路盤材を製造した。

呈色判定試験は、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された方法で実施した。粒度は、ふるい分け試験によって判定した。一軸圧縮試験は、ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定された方法で実施した。
評価結果を表１及び図２に示す。また、本発明例２、３のふるい分け試験の結果を図３に示す。

エージング処理スラグのみを使用した比較例１では、一軸圧縮試験が０．８Ｎ／ｍｍ^２と低くなった。これは、エージング処理時に水和反応が進行してしまい、水和反応による固結ができなくなったためである。
未エージングスラグのみを使用した比較例２では、呈色判定試験において呈色が認められた。これは、未エージングスラグ内の硫黄成分がそのまま溶出したためである。

また、エージング処理スラグの粒径が、未エージングスラグの粒径よりも微細とされた比較例３，４においては、一軸圧縮試験が０．６Ｎ／ｍｍ^２、０．８Ｎ／ｍｍ^２と低くなった。これは、活性な未エージングスラグがバインダとして作用しなかったためと推測される。

これに対して、粗粒のエージング処理スラグと細粒の未エージングスラグとを混合した本発明例１−４においては、一軸圧縮試験が１．２Ｎ／ｍｍ^２以上とされ、呈色判定試験も合格であった。
また、未エージングスラグの含有量を質量比で４０％、６０％とした本発明例２，３においては、図３に示すように、ＪＩＳ Ａ ５０１５の水硬性粒度調整鉄鋼スラグ（ＨＭＳ−２５）に要求される粒度分布を満足していることが確認された。

Ｓ０１ エージング処理工程
Ｓ０２ 呈色判定試験工程
Ｓ０３ エージング処理スラグ分級工程
Ｓ１１ 未エージングスラグ準備工程
Ｓ１２ 未エージングスラグ分級工程
Ｓ２０ 混合工程

Claims (5)

1. 高炉徐冷スラグからなる鉄鋼スラグ路盤材であって、
   最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上とされたエージング処理スラグと、最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の未エージングスラグと、を有し、
   前記エージング処理スラグの粒径が、前記未エージングスラグの粒径よりも粗大とされていることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材。
2. 質量比で、前記未エージングスラグの含有量が２０％以上８０％以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の鉄鋼スラグ路盤材。
3. 前記エージング処理スラグは粒径が７ｍｍ超とされ、前記未エージングスラグの粒径が７ｍｍ以下とされており、
   質量比で、前記未エージングスラグの含有量が４０％以上７０％以下とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄鋼スラグ路盤材。
4. 高炉徐冷スラグからなる鉄鋼スラグ路盤材の製造方法であって、
   最終破砕後からの経過期間が３ヶ月以上となるエージング処理を行った粒径７ｍｍ超のエージング処理スラグを得る工程と、
   最終破砕後からの経過期間が１ヶ月以内の粒径７ｍｍ以下の未エージングスラグを得る工程と、
   前記エージング処理スラグ及び前記未エージングスラグを混合する工程と、
   を備えていることを特徴とする鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。
5. 前記エージング処理後に前記エージング処理スラグの呈色判定試験を実施することを特徴とする請求項４に記載の鉄鋼スラグ路盤材の製造方法。

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