JP4786141B2 - 造粒物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、海洋埋め立て材、サンドコンパクション材料、路盤材等の土木材料として利用可能な造粒物の製造方法に関し、特に０．０７５ｍｍ以下の微粒を含む、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ等の製鋼スラグを用いた造粒物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、その特性を活かして海洋土木埋め立て材、サンドコンパクションパイル材料等、各方面で利用されている。海洋土木埋め立て材として使用される製鋼スラグは、砂、砂利代替として使用され、また、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、その粒度分布は砂または砂利に類似していることが必要である。

一方、製鋼スラグは、精錬条件によって、砂に類似し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ると、海洋土木埋め立て材およびサンドコンパクションパイル材料等の土木材料として利用できないことがある。

また、０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が多いスラグを海水に浸漬すると、微粒製鋼スラグから多くのＣａ成分が溶出し、その結果、海水中のＭｇイオンがＭｇ（ＯＨ）_２として沈殿し、海水が白濁する問題を生じることがある。

粉状スラグの固化方法として、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硬化体を得る方法が提案されている。この硬化体を破砕・整粒し、粒度分布を最適化すれば、海洋土木埋め立て材、サンドコンパクション材料、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、このように、コンクリートのような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り、また、高強度の硬化体を破砕・整粒する際に０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が発生し、海洋土木埋め立て材、サンドコンパクション材料、路盤材等の土木材料として利用することができない場合がある。

一方、製鋼スラグの造粒方法として、製鋼スラグとＳｉＯ_２とを主成分とするシリカ源と、セメント系固化材を用いて造粒する方法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、この技術では、Ｃａ成分に富み、高アルカリ性であるセメント系固化材を用いるため、この技術で得られた造粒物を海水に浸漬すると、上述したようなメカニズムにより海水が白濁することがあり、土木材料としての利用範囲が制限されてしまう。
特開２００１―１１４５５０号公報 特開２００２―２０１４５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、製鋼スラグとして従来海洋土木埋め立て材、サンドコンパクション材料、路盤材等の土木材料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を含むものを用いていながら、適切な粒度を有し、かつ海洋土木埋め立て材等として施工時の海水の白濁を生じさせることがない造粒物を経済的に製造することができる造粒物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、土木材料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む製鋼スラグに、結合材として高炉スラグ微粒末、必要に応じてさらにフライアッシュを混合し、これに水を加えて造粒物とすることにより、製鋼スラグと潜在水硬性を有する高炉スラグ微粒末、ボゾラン反応性を有するフライアッシュとが効果的に反応して、製鋼スラグ中の微粒分量を低減することができるばかりでなく、粗粒化することができることを見出した。

本発明は以上のような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（２）を提供するものである。

（１）０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉状製鋼スラグと高炉スラグ微粒末と水を加えて、ミキサを用いて造粒することを特徴とする造粒物の製造方法。

（２）上記（１）において、粉状製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉状製鋼スラグが７０〜９８質量部、高炉スラグ微粒末が２〜２０質量部であることを特徴とする造粒物の製造方法。

本発明によれば、製鋼スラグとして従来土木材料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含むものを用いていながら、微粒分量を少なくすることができるとともに、粗粒化することができ、しかもこのように微粒の製鋼スラグが低減し、かつアルカリ性であるＣａ（ＯＨ）_２を溶出させやすいセメントが含まれていないので、海洋埋め立て材料等として施工時の海水の白濁を生じさせることがない。また、材料として用いる製鋼スラグ、高炉スラグ微粒末、フライアッシュは安価であり、しかも粉粒物であるから固化物を粉砕するという操作も必要がなく、経済性が高い。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
本発明における造粒物は、主体となる、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉状製鋼スラグと、結合材としての高炉スラグ微粒末、または高炉スラグ微粒末およびフライアッシュと、水とを主な材料とした造粒物として構成される。

このよう造粒物は、図１に示すように、典型的には、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉状製鋼スラグ、および高炉スラグ微粒末、またはこれらに加えてフライアッシュを例えば練混ぜることにより混合し、これに水を加えてミキサを用いて造粒する。造粒後は結合材と製鋼スラグが徐々に反応し、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硬化する。その結果、微粒分量が少なくなるばかりでなく、粒度分布そのものが粗粒化する。

本発明の造粒物は、セメント系固化材を用いる必要がなく、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を含む粉状製鋼スラグと高炉スラグ微粒末と水だけで製造可能であるが、これは潜在水硬性を有する高炉スラグ微粒末が製鋼スラグによるアルカリ刺激を受けて水硬性を発現するためである。

結合材として高炉スラグ微粒末の他、さらにフライアッシュを配合することが好ましい。フライアッシュは、製鋼スラグからＣａ成分を受けポゾラン反応により硬化する特徴がある。また、フライアッシュは、その形状が球形に近いことから、ミキサにより材料を転がす際に材料全体が転がりやすくなり、造粒物の粒径が大きくなる効果がある。

フライアッシュを用いる場合には、強熱減量が４〜２５質量％と大きなフライアッシュを用いることが好ましい。このように強熱減量が大きなフライアッシュは、保水性に富むため、微粒製鋼スラグを引きつけやすくし、その結果造粒物の粒径をより大きくすることができる。フライアッシュの強熱減量が４質量％未満ではこのような効果が小さく、２５質量％超では養生後の造粒物の強度が低くなり土木材料として使用しにくい。

製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下で、結合材として高炉スラグ微粒末のみを用いる場合、粉状製鋼スラグを７０〜９８質量部、高炉スラグ微粒末を２〜３０質量部とすると効率的に造粒することができる。より好ましくは粉状製鋼スラグが８０〜９５質量部、高炉スラグ部粉末が５〜２０質量部である。高炉スラグ微粒末が２質量部未満では造粒効果が低く、また造粒物の強度も低くなる。一方、高炉スラグ微粒末が３０質量部を超えると経済的でなくなる。

製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下で、結合材として高炉スラグ微粒末とフライアッシュを用いる場合、粉状製鋼スラグが６０〜９４質量部、高炉スラグ微粒末が３〜２０質量部、フライアッシュが３〜２０質量部とすると効率的に造粒することができる。より好ましくは、粉状製鋼スラグが７０〜９０質量部、高炉スラグ微粒末が５〜１５質量部、フライアッシュが５〜１５質量部である。高炉スラグ微粒末が３質量部未満、フライアッシュが３質量部未満では造粒効果が低く、また造粒物強度も低くなる。高炉スラグ微粒末が２０質量部、フライアッシュが２０質量部を超えると経済的でなくなる。

なお、以上は製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合であり、製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が２５質量％を超える場合はこの限りではない。また、ここで表している質量比は、製鋼スラグを表面乾燥胞水状態としたときの比であり、高炉スラグ微粒末およびフライアッシュは絶対乾燥状態としたときの比である。なお、これらの材料の他に砂、粘土分、コンクリート用スラグ骨材、コンクリート用混和剤等を加えてもよい。

本発明における粉状製鋼スラグは、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ等である。また、本発明における高炉スラグ微粒末は、粒状高炉水砕スラグを微粒砕したものであり、一般的には、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粒末」のことである。本発明におけるフライアッシュは、JIS A 6211「コンクリート用フライアッシュ」に規定されたものを用いることができるが、これに加えて、強熱減量が大きい等の理由によりＪＩＳ規格外となる原粉を特に好ましく使用することができる。また、加圧流動床灰（ＰＦＢＣ灰）、各種焼却炉から発生するフライアッシュも使用することができる。

造粒の際に用いるミキサとしては造粒可能なものであれさえすればよいが、材料が回転しやすく造粒性に優れることなどから、傾胴ミキサが好適である。

造粒後の養生には水が必要であるが、一般的に露天に山積みされて置かれている造粒物の含水率は５〜２０質量％であり、本発明における造粒物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造粒物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を期待することができない地域、季節において、養生する場合は、適切な水分を保つように散水等により水分を制御する必要がある。

なお、山積みした造粒物をシート等で覆い、そこに水蒸気を吹き込み、材料の温度を高くすると、水和反応が速く進み、養生時間を短くすることができる。また、造粒した翌日に造粒物を重機等によりかき混ぜると造粒物の固着を効果的に抑止することができる。

このようにして造粒・養生した後の造粒物の粒径は、ほぼ０．２〜４０ｍｍとすることができ、さらに材料および条件を選択することにより２．５ｍｍ以上とすることができる。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に、本発明例および比較例に用いた製鋼スラグの化学成分およびJIS A 1103「骨材の微粒分量試験方法」によって測定した０．０７５ｍｍ以下の微粒分量を示す。これらの製鋼スラグと結合材、必要に応じてその他の材料を混合し、水を加えて容積１．５ｍ^３の傾胴ミキサにより造粒した。傾胴ミキサによる練混ぜ（造粒）時間は２分間とした。高炉スラブ微粒末としては、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粒末」における「高炉スラグ微粒末４０００」を用い、フライアッシュとしては、強熱減量が１１．８質量％の原粉を使用した。造粒物は固着抑止のため翌日に重機によりかき混ぜ、高さ２ｍに積み上げて、野外で２８日間養生した。この間の日平均気温は１９．１℃であった。なお、表２および表３の配合は、粉粒状物および５ｍｍ高炉スラグ細骨材を表面乾燥胞水状態とし、結合材を絶対乾燥状態としたときの質量比である。

養生後に積み上げた山の内部から試料を採取し、粗粒率、JIS A 1103「骨材の微粒分量試験方法」によって測定した０．０７５ｍｍ以下の微粒分量の測定、JSCE-C 505「高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法（案）」に準じた方法による圧かい荷重の測定、人工海水浸漬時の白濁発生の有無の調査を行った。結果を表２および表３に示す。表２のＮｏ．１〜１７は本発明例であり、表３のＮｏ．１８〜２２は比較例である。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の一組のふるいを用いて、JIS A 1102「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。また、白濁発生の有無の調査の際の人工海水への浸漬条件は試料：人工海水＝１：２（質量比）とした。

表２に示すように、本発明範囲内であれば微粒分量が大きく減少し、粗粒率も大きくなり、海水浸漬時の白濁の発生もなく、良好な特性の造粒物が得られたことが確認された。特に、フライアッシュを配合したＮｏ．６〜１２、１５、１６、１７は、フライアッシュ無配合のＮｏ．１〜５、１３、１４よりも最大粒径、粗粒率が大きく、より効果が高いことが確認された。一方、表３に示すように、結合材に普通ポルトランドセメントを使用した比較例は、微粒分量を低減することはできるものの海水の白濁が発生した。

本発明によれば、製鋼スラグとして従来土木材料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含むものを用いていながら、適切な粒度を有し、かつ海水の白濁を生じさせることがなく、海洋土木埋め立て材や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好適である。

本発明の造粒物の製造過程を模式的に示す図。

Claims (2)

1. ０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉状製鋼スラグと高炉スラグ微粒末と水を加えて、ミキサを用いて造粒することを特徴とする造粒物の製造方法。
2. 粉状製鋼スラグ中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉状製鋼スラグが７０〜９８質量部、高炉スラグ微粒末が２〜２０質量部であることを特徴とする請求項１に記載の造粒物の製造方法。

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