JP5004757B2 - 人工石材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物をヤードに打設して水和硬化させ、この水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法に関する。

粉粒状の製鋼スラグと高炉スラグ微粉末を主体とする原料を水で混練し、これを水和硬化させた水和固化体が知られており（例えば、特許文献１）、この水和固化体は、路盤材、土木材料、港湾土木材料、その他のコンクリート代替品として使用可能である。
このような水和固化体の製造方法の一つとして、原料と水の混練物をヤードに打設し、硬化後に粗破砕して人工石材を得る方法が知られている（非特許文献１）。この方法で得られる不定形な人工石材は、港湾土木材料である被覆石、根固め石、捨石、潜堤材などに特に適している。

特許第３６５４１２２号公報 「沿岸開発技術ライブラリーNo.１６，鉄鋼スラグ水和固化体 技術マニュアル,製鋼スラグの有効利用技術」，平成１５年３月，財団法人沿岸開発技術センター

しかし、非特許文献１に示されるような人工石材の従来の製造方法は、原料と水の混練物をヤードの広い範囲に打設して平らにならし、硬化後の水和固化体をコンクリートブレーカーなどの重機を用いて１００〜３００ｋｇ／個程度のサイズの塊状石材に粗破砕するものであり、全体として作業効率が悪く、高い生産性が得られないという問題があった。
したがって本発明の目的は、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物をヤードに打設して水和硬化させ、この水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、高い生産性で人工石材を製造することができる製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物（Ａ）をヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、ヤードに複数条の平行な畝を設け、該畝間の溝に混練物（Ａ）を打設し、該混練物（Ａ）の流動性が無くなった後、その上にさらに混練物（Ａ）を打設することを特徴とする人工石材の製造方法。
［2］製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物（Ａ）をヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、ヤードに畝を設けるととともに、該畝と平行な型枠板を配置し、前記畝と型枠板間の溝に混練物（Ａ）を打設し、該混練物（Ａ）の流動性が無くなった後、その上にさらに混練物（Ａ）を打設することを特徴とする人工石材の製造方法。

［3］上記［1］または［2］の製造方法において、混練物（Ａ）の打設体長手方向で適宜間隔をおいた位置に、打設体の幅方向に沿って溝または複数の穴部を形成したことを特徴とする人工石材の製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、原料が、さらに、粉粒状の高炉水砕スラグ、フライアッシュ、アルカリ刺激材の中から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする人工石材の製造方法。

本発明の製造方法によれば、従来法に較べて、以下のような点において作業効率が大きく向上するので、スラグ水和固化体からなる人工石材を高い生産性で製造することができる。
（a）畝間または畝と型枠板間に細長い水和固化体が形成されるので、粗破砕工程では水和固化体を幅方向で２面破砕（破断）するだけで塊状石材が得られ、粗破砕工程で４面の破砕（破断）を行っていた従来法に較べて、粗破砕作業を効率化できる。
（b）混練物の打設工程では、畝間または畝と型枠板間に混練物を流し込むだけでよく、従来法のように打設した混練物を平らにならす必要がないため、従来法に較べて打設作業も効率化できる。

（c）混練物の打設、水和固化体の粗破砕、塊状石材の掻き出しの各作業を、重機を直線移動させることだけで行うことができ、従来法のように重機を広い範囲であちこち移動させる必要がなく、しかも、水和固化体の粗破砕と塊状石材の掻き出しを同時に行うことができるので、従来法に較べて全体の作業効率を向上させることができる。
（d）混練物の打設体長手方向で適宜間隔をおいた位置に、打設体の幅方向に沿って溝または複数の穴部を形成しておくことにより、粗破砕工程において少ない工数で水和固化体を破砕（破断）することができ、粗破砕作業をより効率的に行うことができる。

本発明の第一の製造方法は、粉粒状の製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物Ａをヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、ヤードに複数条の平行な畝を設け、該畝間の溝に混練物Ａを打設するものである。
この製造方法が実施されるヤードに特別な制限はなく、畝が形成できるような普通の屋外の地面でよい。また、この製造方法において、ヤードに複数条の平行な畝を形成するには、地面に盛土をしてもよいし、溝を造るように地面を掘り起こしてもよい。但し、作業効率の面では前者の方が好ましい。盛土などによって畝を構成することになる地面（ヤード）の構成土は、混練物Ａと混ざっても良いように、原料のスラグや人工石材の端材（粉粒物、小塊など）からなることが好ましい。

図１（イ）〜（ニ）は、本発明の第一の製造方法の一実施形態を工程順に示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
まず、図１（イ）に示すように、１つの施工区Ｓ内で重機（バックホーなど）により地面１に所定の幅と長さで盛土２を行う。なお、通常は１つのヤード内で適宜なレイアウトにより複数の施工区Ｓが設けられる。
次いで、図１（ロ）に示すように、重機（バックホーなど）で盛土２の長手方向に複数条の平行な溝３を形成し（盛土２の一部を溝状に取り除く）、これにより盛土２の残部で複数条の平行な畝４が形成される。なお、盛土２や畝４の形成時に、重機を用いてそれらの締め固めを行ってもよい。

溝３の幅は、製造すべき石材のサイズ（粒径）に応じて適宜決められるが、通常は上端部で６０〜１５０ｃｍ程度が適当であり、混練物Ａの打設厚さとの関係では、一般に混練物Ａの打設厚さ（高さ）中央での溝幅と打設厚さとがほぼ同じになるようにする。また、溝３の深さ（畝４の高さ）は、混練物の打設厚さに応じて適宜決められる。また、畝４の幅は、少なくとも畝がその形状を安定に維持できるような幅とする。
１つの施工区Ｓにおいて形成される溝３の本数（条数）に特別な制限はないが、作業効率および重機の可動範囲などの面から２〜５本（条）程度が適当であり、本実施形態では３本（条）の畝４により２本（条）の溝３が形成されている。また、１つの施工区Ｓの長さ（畝４および溝３の長さ）に特別な制限はなく、ヤードの大きさ、重機の移動効率などの面から決めればよい。

次いで、図１（ハ）に示すように、原料と水の混練物Ａを畝４間の溝３に打設し（流し込み）、溝３に沿った細長い打設体５を形成する。具体的には、例えば、生コンクリートプラントなどの設備において、粉粒状の製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物Ａを作り、これをコンクリートポンプなどの搬送手段で施工区Ｓに搬送し、適宜な供給手段から畝４間の溝３に流し込み、溝３に沿った打設体５を形成する。一般に混練物Ａの打設は、前記供給手段をを溝３の長手方向で移動させることにより行われる。溝３内に流し込まれた混練物Ａは溝３の幅方向で流動するため、通常はならし作業などは必要ない。
混練物Ａの打設厚さ（打設体５の厚さ）は、製造すべき石材のサイズ（粒径）に応じて適宜決められるが、通常２０〜８０ｃｍ程度が適当である。なお、混練物Ａの原料に関しては、後述する。

この混練物Ａの打設体５を適当な時間養生させて適度に硬化させた後、図１（ニ）に示すように、重機（例えば、コンクリートブレーカー）を用い、打設体５（水和固化体）の長手方向で適宜間隔をおいた位置ｐをその幅方向で破砕（破断）し、塊状石材６とする。この粗破砕の間隔Ｌは、製造すべき石材のサイズ（粒径）に応じて適宜決められるが、通常４０〜１２０ｃｍ程度が適当である。本発明の製造方法では、打設体５（水和固化体）をその幅方向で２面破砕（破断）するだけで塊状石材６が得られるので、粗破砕作業を非常に効率的に行うことができる。

ここで、打設体５の水和硬化が十分でなく、圧縮強度が低い状態で粗破砕を行うと粉が多く発生し、歩留まりが低下しやすく、一方、水和硬化が進んで圧縮強度が高くなり過ぎると破砕しにくくなるとともに、小塊が発生して歩留まりも低下するので、打設体５を粗破砕するまでの養生時間は２４〜７２時間程度とすることが好ましい。
打設体５（水和固化体）を粗破砕して得られた塊状石材６は、ショベルカーなどで施工区Ｓから掻き出され、必要に応じてグリズリーなどで篩い分けされた後、さらにストックヤードなどで数週間程度養生し、製品となる。

本発明の製造方法では、打設体５（水和固化体）の粗破砕をより効率的に行うために、打設体５の長手方向で適宜間隔をおいた位置、すなわち打設体５を幅方向で破砕（破断）すべき位置に、打設体５の幅方向に沿って溝または複数の穴部を形成してもよい。図２はその一実施形態を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ-1）および（ｂ-2）は、（ａ）図のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
図２（ａ）に示すような、打設体５の長手方向で適宜間隔をおいた位置ｐ（打設体５を幅方向で破砕すべき位置）に、図２（ｂ-1）の場合には打設体幅方向に沿って溝７ａが形成され、また、図２（ｂ-2）の場合には打設体幅方向に沿って複数の穴部７ｂが間隔的に形成されている。これらの溝７ａや穴部７ｂの形成方法は任意であるが、例えば、打設した混練物Ａの流動性が無くなってから、重機（例えば、コンクリートブレーカー）の作業アームの一部を打設体５の上面から内部に押し込むなどして形成することができる。通常、混練物Ａの流動性は打設後６０〜９０分程度で無くなるので、それ以降に溝７ａや穴部７ｂを形成すればよい。

また、溝７ａや穴部７ｂの深さは任意であるが、打設体５の厚さの５０％以上、望ましくは６０％以上とすることが好ましい。また、打設体幅方向に沿って複数の穴部７ｂを間隔的に形成する場合には、隣り合う穴部７ｂどうしの間隔（穴部外縁間の距離）は穴径の２倍以下とすることが好ましい。
図２のように、打設体５を粗破砕（破断）すべき位置に幅方向に沿って溝７
ａまたは複数の穴部７ｂを適正に形成しておけば、コンクリートブレーカーなどの重機による一撃で打設体５の全幅を破断させることができる。

本発明の製造方法では、溝３内に上下２段に打設体５を形成してもよい。図３は、その一実施形態を示す断面図であり、溝３内に混練物Ａを打設して打設体５ａを形成し、打設した混練物Ａの流動性が無くなった後、その上にさらに混練物Ａを打設して打設体５ｂを形成する。これにより、両打設体５ａ，５ｂを破砕（破断）することにより、それぞれから塊状石材６が得られ、比較的サイズの小さい石材を製造する場合の生産効率を高めることができる。
なお、上下の打設体５ａ，５ｂどうしの接合をより確実に防止するために、混練物Ａを打設して打設体５ａを形成し、その混練物Ａの流動性が無くなった後、原料に配合される細骨材や他のスラグなどの粉粒物９を打設体５ａの上に撒いて薄い層を作り、その上にさらに混練物Ａを打設して打設体５ｂを形成することが好ましい。

本発明の第二の製造方法は、粉粒状の製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物Ａをヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、ヤードに畝を設けるととともに、この畝と平行な型枠板を配置し、前記畝と型枠板間の溝に混練物Ａを打設するものである。
この製造方法が実施されるヤードに特別な制限はなく、畝が形成できるような普通の屋外の地面でよい。また、この製造方法において、ヤードに畝を形成するには、地面に盛土をしてもよいし、溝を造るように地面を掘り起こしてもよい。

図４（イ）〜（ニ）は、本発明の第二の製造方法の一実施形態を工程順に示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
まず、図４（イ）に示すように、１つの施工区Ｓ内で地面に型枠板８を立設・固定するとともに、その型枠板８の両側に接するようにして、型枠板長手方向に沿って重機（バックホーなど）により地面１に所定の幅と長さで盛土２を行う。なお、１つの施工区Ｓにおいて、２つ以上の型枠板８を並列的に設けてもよい。
次いで、図４（ロ）に示すように、重機（バックホーなど）で型枠板８の両側の盛土２の長手方向に溝３を形成し（盛土２の一部を溝状に取り除く）、これにより型枠板８の両側に盛土２の残部で畝４が形成される。

次いで、図４（ハ）に示すように、粉粒状の製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物Ａを、前記型枠板８と畝４間の溝３に打設し（流し込み）、溝３に沿った細長い打設体５を形成する。
この混練物Ａの打設体５を適当な時間養生させて適度に硬化させた後、図４（ニ）に示すように、重機（例えば、コンクリートブレーカー）を用い、打設体５（水和固化体）の長手方向で適宜間隔をおいた位置ｐをその幅方向で破砕（破断）し、塊状石材６とする。この塊状石材６は、ショベルカーなどで施工区Ｓから掻き出され、必要に応じてグリズリーなどで篩い分けされた後、さらにストックヤードなどで数週間程度養生し、製品となる。

なお、以上述べた本発明の第二の製造方法において、ヤードの構成土などの条件、施工区Ｓ、溝３および畝４の形成方法、形態およびその他の条件、混練物Ａや打設体の打設方法、形態およびその他の条件、混練物Ａの養生条件、打設体（水和固化体）の粗破砕方法、形態およびその他の条件、などについては、さきに述べた本発明の第一の製造方法（図１の実施形態）と同様である。また、同様に図２および図３の実施形態を適用することも可能である。

本発明の製造方法で形成される畝４は、側面に適度な傾斜をもって形成されるため、本発明の第一の製造方法（図１の実施形態）で製造される石材６は、図５（イ）に示すように断面台形状になり、このような塊状石材６は、ハンドリング中に鋭角の角部６０が欠けやすく、歩留まりが低下しやすい。これに対して、本発明の第二の製造方法（図４の実施形態）で製造される塊状石材６は、図５（ロ）に示すように片側の断面形状が矩形になるので、その角部６１が欠落しにくく、その分、歩留まりを高めることができる。

以上述べたような人工石材の製造方法では、以下のような点において作業効率が大きく向上し、このため従来法に較べてトータルの作業時間を約５０％程度も短縮化でき、生産性を大きく向上させることができる。
（i）畝４間または畝４と型枠板８間に細長い水和固化体（打設体５）が形成されるので、粗破砕工程では水和固化体を幅方向で２面破砕（破断）するだけで塊状石材が得られ、粗破砕作業を効率化できる。
（ii）混練物Ａの打設工程では、畝４間または畝４と型枠板８間に混練物Ａを流し込むだけでよく、混練物Ａを平らにならす必要がないため、打設作業も効率化できる。

（iii）混練物Ａの打設、水和固化体（打設体５）の粗破砕、塊状石材６の掻き出しの各作業を、重機を直線移動させることだけで行うことができ、しかも、水和固化体の粗破砕と塊状石材６の掻き出しを同時に行うことができため、全体の作業効率を向上させることができる。
（iv）打設体長手方向で適宜間隔をおいた位置に、打設体５の幅方向に沿って溝７ａまたは複数の穴部７ｂを形成しておくことにより、粗破砕工程において少ない工数で水和固化体を破砕（破断）することができ、粗破砕作業をより効率的に行うことができる。

以下、本発明の製造方法で用いる原料の好ましい条件について説明する。
本発明で用いる粉粒状の製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料は、粉粒状の製鋼スラグが水和固化体の主たる骨材となり、高炉スラグ微粉末が水和固化体の主たる結合材となる。
粉粒状の製鋼スラグの種類に特別な制限はない。製鋼スラグとしては、転炉脱炭スラグ、溶銑予備処理スラグ（例えば、脱燐スラグ、脱珪スラグ）、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグなどが挙げられ、これらの２種以上を用いてもよい。なお、製鋼スラグのなかでも溶銑予備処理スラグは、free−ＣａＯが少ないために大気エージングの終了が早いだけでなく、free−ＭｇＯ相が少ないため水和膨張による割れなどが生じにくいので、特に好ましい。

また、製鋼スラグは、事前に自然エージングや蒸気エージングを施したものや、炭酸化処理などの各種処理を施したものを用いてもよい。
製鋼スラグは、スラグ粒子の粒径が大きいほど、内部にfree−ＣａＯやfree−ＭｇＯの粒を含む可能性が高くなり、水和固化体の膨張安定性にとって問題が生じる可能性が高くなるので、粒径２５ｍｍ以下のものが好ましい。
また、水和固化体の主たる結合材となる高炉スラグ微粉末は、ＪＩＳ Ａ ６２０６：１９９７に適合したもの使用することが好ましい。

原料には、さらに必要に応じて、粉粒状の高炉水砕スラグ、フライアッシュ、アルカリ刺激材などの中から選ばれる１種以上を配合することができる。
前記粉粒状の高炉水砕スラグは、基本的には骨材の一部として配合されるが、弱い水硬性を有しているので、水和固化体中にあっては、アルカリ刺激材によりアルカリ刺激を受けて固化し、強度にも寄与する。
前記フライアッシュはポゾラン物質として働き、長期材齢での強度向上に役立つとともに、水和固化体全体としてのアルカリ性を低減させ、水和固化体を水に浸したときに溶出するアルカリ物質の量を低減させる働きもある。

前記アルカリ刺激材としては、例えば、消石灰やセメントなどのＣａ系のものを用いことができる。高炉スラグ微粉末は潜在水硬性を有し、アルカリ刺激によって硬化が促進される。このためアルカリ刺激材を添加することで、より安定的に高い強度を得ることができる。
一般的な原料配合割合としては、例えば、製鋼スラグを６０〜８５質量％、高炉スラグ微粉末を５〜３０質量％程度（残部は水）とし、必要に応じて他の成分（高炉水砕スラグ、フライアッシュ、アルカリ刺激材などの１種以上）を適量加える。

図１に示す本発明の製造方法（発明例１〜４）と従来法（＝比較例１，２：混練物Ａをヤードの広い範囲に打設して平らにならし、硬化後の水和固化体を塊状石材に粗破砕する方法）により塊状石材を製造し、生産速度（時間当たりの混練物Ａの加工量）と製品（塊状石材）歩留まりを調べた。その結果を、製造条件とともに表１に示す。
なお、本発明例では、打設体幅方向に図２のような溝７ａ等を形成しない方法（発明例１，３）と、打設体幅方向に図２のような溝７ａを形成する方法（発明例２，４）の二通りを行った。
表１によれば、本発明例は比較例（従来法）に較べて生産速度が極めて高く、また、製品歩留まりも大きく向上している。また、打設体幅方向に図２のような溝７ａを形成した発明例２，４では、特に優れた生産性と製品歩留まりが得られている。

本発明の第一の製造方法の一実施形態を工程順に示す説明図 本発明の第一の製造方法の他の実施形態を示す説明図 本発明の第一の製造方法の他の実施形態を示す説明図 本発明の第二の製造方法の一実施形態を工程順に示す説明図 本発明の製造方法で得られる塊状石材の断面形状を示す説明図

符号の説明

１ 地面
２ 盛土
３ 溝
４ 畝
５，５ａ，５ｂ 打設体
６ 塊状石材
７ａ 溝
７ｂ 穴部
８ 型枠板
９ 粉粒物
６０，６１ 角部
Ａ 混練物
Ｓ 施工区
ｐ 位置

Claims (4)

1. 製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物（Ａ）をヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、
   ヤードに複数条の平行な畝を設け、該畝間の溝に混練物（Ａ）を打設し、該混練物（Ａ）の流動性が無くなった後、その上にさらに混練物（Ａ）を打設することを特徴とする人工石材の製造方法。
2. 製鋼スラグおよび高炉スラグ微粉末を主体とする原料と水の混練物（Ａ）をヤードに打設して水和硬化させ、その水和固化体を粗破砕して人工石材を製造する方法において、
   ヤードに畝を設けるととともに、該畝と平行な型枠板を配置し、前記畝と型枠板間の溝に混練物（Ａ）を打設し、該混練物（Ａ）の流動性が無くなった後、その上にさらに混練物（Ａ）を打設することを特徴とする人工石材の製造方法。
3. 混練物（Ａ）の打設体長手方向で適宜間隔をおいた位置に、打設体の幅方向に沿って溝または複数の穴部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の人工石材の製造方法。
4. 原料が、さらに、粉粒状の高炉水砕スラグ、フライアッシュ、アルカリ刺激材の中から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人工石材の製造方法。

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