JP5235921B2

JP5235921B2 - 空隙を有する硬化体の製造方法

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Publication number: JP5235921B2
Application number: JP2010035663A
Authority: JP
Inventors: 久宏松永; 多穗谷敷; 史男小菊; 正人高木; 昭宏藤木; 隆行大月
Original assignee: JFE Steel Corp; Landes Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Landes Co Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP2010163359A

Description

本発明は、製鋼スラグを一部に使用した空隙を有する硬化体の製造方法に関する。

鋼を溶製する際に生じる製鋼スラグは、従来、そのほとんどが産業廃棄物として埋め立て処分されていたが、近年、処分地確保の困難性や処分コストの増大等の問題が生じており、その有効利用が種々検討されており、例えば、海岸、河川、湖沼等の水に沈設して用いられるブロック等として用いられる硬化体が検討されている。これらの中でも、特に、藻場造成ブロック、緑化ブロック、水質浄化ブロックが注目されつつある

製鋼スラグを使用した硬化体として、特許文献１には、粉粒状の製鋼スラグと、潜在水硬性を有するＳｉＯ_２含有物質との混合物を混練して製鋼スラグ硬化体を製造する方法が開示されている。この方法で製造された硬化体の透水係数を測定したところ、１×１０^−９ｍ／ｓｅｃと極めて低く、連続した空隙がほとんどないことが判明した。

このような連続した空隙がほとんどない硬化体を藻場造成ブロックとして使用した場合には、海藻がブロックの内部に根を張ることができないため着生に劣る。また、このような連続した空隙がほとんどない硬化体ブロックには草木が根を張ることができないため緑化ブロックとしては使用が困難である。さらに、このような硬化体を水質浄化ブロックとして使用した場合には汚濁物質分解性に劣る等の問題があった。

特開２００１−１１４５５０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、製鋼スラグを原料の一部として用い、藻場造成、緑化、水質浄化等の用途のブロックとして適用した場合に、必要な強度を保持しつつ、必要な空隙を有する硬化体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、粗粒の製鋼スラグを用い、それに水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなる結合材を所定の含有量で添加するとともに、製鋼スラグと結合剤および水からなるペーストとを所定の比率とすることにより、藻場造成、緑化、水質浄化等の用途のブロックとして適した空隙率を有し、しかも必要な強度を有する硬化体が得られることを見出した。

本発明は、こ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）〜（３）を提供する。

（１）JIS A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなり、フライアッシュと、高炉スラグ微粉末とを含む結合材とを、水を用いて練混ぜた後、養生して水和反応により硬化体とする硬化体の製造方法であって、
前記結合材と水とからなるペーストの体積ａと前記粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上とし、前記結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上３８０ｋｇ／ｍ^３以下として、得られた硬化体の連続した空隙率を５〜４０％とすることを特徴とする、空隙を有する硬化体の製造方法。

（２）JIS A
1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなり、フライアッシュと、高炉スラグ微粉末または／および各種セメントとを含む結合材とを、水を用いて練混ぜた後、養生して水和反応により硬化体とする硬化体の製造方法であって、
前記結合材と水とからなるペーストの体積ａと前記粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上とし、前記結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上３８０ｋｇ／ｍ^３以下として、得られた硬化体の連続した空隙率を５〜４０％とすることを特徴とする、空隙を有する硬化体の製造方法。

（３）上記（１）において、前記結合材は、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、および各種セメントから選択される１種以上をさらに含むものであることを特徴とする、空隙を有する硬化体の製造方法。

本発明によれば、製鋼スラグを原料の一部として用い、藻場造成、緑化、水質浄化等の用途のブロックとして必要な強度を保持しつつ、必要な空隙を有する硬化体を得ることができる。そして、このような硬化体により、優れた特性のブロックを得ることができる。

以下、本発明について、より具体的に説明する。
本発明においては、JIS
A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなる結合材とを、水を用いて練混ぜた後、養生して水和反応により硬化体とする際に、結合材と水とからなるペーストの体積ａと、粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上とし、結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上として、得られた硬化体の連続した空隙率を５〜４０％とする。

JIS A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグとしたのは、このふるいを通過するようなものを主とする製鋼スラグでは、空隙径が小さくなり必要な透水性が得難くなるからである。もちろん、このような粗粒に付着しているような微粒は含まれていても構わない。好ましくは２．５ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主としたもの、より好ましくは５ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主としたものである。なお、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを「主とする」としたのは、固化体の強度の増化、ペーストのダレ落ち防止、および乾燥収縮低減の目的のために、１．２ｍｍのふるいを通過する製鋼スラグを少量、意図的に使用することがあるからである。この場合、１．２ｍｍのふるいを通過する製鋼スラグの配合率は１．２ｍｍのふるいに留まる製鋼スラグの１０％以下（質量比）とすることが好ましい。製鋼スラグの最大粒径は用途に応じた径であればよく特に限定しないが、一般的には１３〜４０ｍｍ以下であり、さらに、製造しようとする硬化体のブロックの縦、横、高さ、直径等の中の最短長さの１／３以下が好ましい。

水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなる結合材は、上記製鋼スラグを結合するために用いる。結合材が水硬性を発揮しない場合、または粒径０．１ｍｍを超える場合には、十分な結合力が得られない。

結合材と水とからなるペーストの体積ａと粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上としたのは、０．０８未満ではペースト分が少なすぎて、空隙率は高くなるものの藻場造成、緑化、水質浄化等のブロックとして必要な圧縮強度である１０Ｎ／ｍｍ^２以上の硬化体が得られないためである。この比率の上限は特に規定しないが、空隙率５％を確保することができる値が事実上の上限となる。結合材の種類や水との割合等によって５％の空隙率を確保できる比率ａ／ｂの上限は変化するが、どのような条件であっても０．７は超えない。なお、上記ペーストには数％程度の空気が含まれていてもよい。

結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上としたのは、７０ｋｇ／ｍ^３未満では、結合材の量が少なすぎて藻場造成、緑化、水質浄化等のブロックとして必要な圧縮強度である１０Ｎ／ｍｍ^２以上の硬化体が得られないためである。単位量が多くなりすぎると空隙率５％を確保することが困難となる。５％の空隙率を確保できる単位量の上限は結合材の種類によって変化するが、３８０ｋｇ／ｍ^３程度が事実上の上限となる。

連続した空隙率を５〜４０％としたのは、５％未満では、前述したように、藻場造成、緑化、水質浄化等のブロックとしての効果を奏しないか効果が小さく、また４０％超では粗粒の製鋼スラグの形状を複雑にしないと製鋼スラグの実績率を小さくすることができず製造することが困難であり、製造することができたとしても必要な圧縮強度が得られないからである。なお、実績率とは、JIS A 1104「骨材の単位容積質量および実績率試験方法」により測定される実績率をいう。

水の量は特に制限がなく、作業性および硬化後の特性等を考慮して適宜添加すればよいが、結合材の粉体量に対する比率（水粉体比）で２０〜３０程度が好ましい。

潜在水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなる結合材としては、高炉スラグ微粉末を含むものを挙げることができる。結合材として高炉スラグ微粉末を用いた場合には、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末が製鋼スラグによりアルカリ刺激を受け効率的に水和反応が生じ、高い結合作用を発揮する。また、高炉スラグ微粉末と製鋼スラグ中のｆｒｅｅ−ＣａＯが反応し、製鋼スラグの水和膨張を効果的に抑制することができるので、硬化体の経時的な破損を防止することができる。このように高炉スラグ微粉末は結合材として優れた効果を発揮するから、結合材として高炉スラグ微粉末を単独で用いても十分な効果を得ることができる。高炉スラグ微粉末としては、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末を特に好ましく用いることができる。

また、上記結合材としては、各種セメントを含むものを用いることができる。各種セメントとは、JIS R 5210 「ポルトランドセメント」、JIS R 5211「高炉セメント」、 JIS R 5212「シリカセメント」、 JIS R 5213「フライアッシュセメント」、 JIS R 5214「エコセメント」をいう。これらの中で高炉セメントは、上記高炉スラグ微粉末が含まれており、それが上記作用を及ぼすため、高い結合効果と破損防止効果を発揮するため、結合材として高炉セメント単独で用いても十分な効果を得ることができる。高炉セメントとしては、JIS R 5211「高炉セメント」に記載されているＡ種、Ｂ種、Ｃ種のいずれも使用することができる。他のセメントも水硬性を発揮し、効率的に水和反応が生じて結合作用を発揮することができるので、結合材として用いることができるが、製鋼スラグの水和膨張を抑制することができないため、単独で用いた場合には、硬化体の経時的な破損が生じるおそれがある。このため、結合材として高炉セメント以外の各種セメントを用いる場合には、製鋼スラグの水和膨張を抑制する成分とともに用いることが好ましい。

結合材として高炉スラグ微粉末および各種セメントを用いる場合のいずれも、結合材としてさらにフライアッシュを含有させることができる。フライアッシュを用いる場合には、フライアッシュが製鋼スラグ中のＣａ成分と効率的に反応し、フライアッシュのポゾラン反応が進行し、好ましい効果を奏することができる。また、フライアッシュは製鋼スラグの中のｆｒｅｅ−ＣａＯと反応し、製鋼スラグの水和膨張を抑制することができる。したがって、フライアッシュは、高炉セメント以外の各種セメントと併用することにより大きな効果を発揮することができる。フライアッシュとしてはJIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」を用いることができ、これに加えて、原粉および加圧流動床灰の使用も可能である。

結合材として高炉スラグ微粉末を用いる場合には、さらに、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、および各種セメントから選択される１種以上を含んでもよい。これらは高炉スラグ微粉末が有する潜在水硬性を発現させることができ、製鋼スラグのアルカリ刺激だけでは不足する場合に有効である。これらの量は特に限定しないが、高炉スラグ微粉末に対して１質量％未満ではアルカリ刺激の効果が小さいため１質量％以上が好ましい。また、これらを４０質量％を超えて配合してもアルカリ刺激効果が飽和し不経済となるため、４０質量％以下が好ましい。ただし、各種セメントは、高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激だけでなく、セメント自体の水硬性を発揮するため、圧縮強度を向上させる機能を有し、４０質量％を超えても圧縮強度を増加させる効果を有する。

以上から、結合材に用いられる好適な材料の具体例としては、
（１）高炉スラグ微粉末
（２）高炉セメント
（３）高炉スラグ微粉末＋フライアッシュ
（４）高炉スラグ微粉末＋各種セメント
（５）高炉スラグ微粉末＋各種セメント＋フライアッシュ
（６）各種セメント＋フライアッシュ
（７）高炉スラグ微粉末＋アルカリ土類金属酸化物または／および水酸化物
（８）高炉スラグ微粉末＋フライアッシュ＋アルカリ土類金属酸化物または／および水酸化物
（９）高炉スラグ微粉末＋フライアッシュ＋アルカリ土類金属酸化物または／および水酸化物＋各種セメント
を挙げることができる。なお、（１）〜（９）中の「各種セメント」は高炉セメントを含めた上記セメントのうち少なくとも１種を示す。

以上の硬化体を製造するに際しては、典型的には、上記結合材と水によりペーストを製造し、このペーストと粗粒の製鋼スラグを練混ぜた後、養生する。これにより空隙を有する硬化体が得られる。

この硬化体は、JIS
A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなる結合材とを、水を用いて練混ぜ、水和反応により硬化させてなり、結合材の単位量が７０ｋｇ／ｍ^３以上であり、空隙率が５〜４０％である空隙を有するものであり、この硬化体により藻場造成、緑化、水質浄化等の用途に適したブロックを得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示した材料を用いて、空隙を有する硬化体を製造した。各材料の密度は表１に示す通りである。結合材としては、表１に示す、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ（II種）、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種、石灰集塵微粉末、消石灰のいずれか１種以上を用いており、その他添加材として混和剤(ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤)を用いている。なお、連続空隙率は（社）日本コンクリート工学協会ポーラスコンクリートの設計・施工法の確率に関する研究委員会報告書（２００３年５月発刊）に記載の「ポーラスコンクリートの空隙率試験方法（案）」により測定した。

Ｎｏ．１〜１４（Ｎｏ．１〜５、８、９、１１、１３は実施例、Ｎｏ．６、７、１０、１２、１４は参考例）では、表２、３に示すような配合で、結合材、水、混和剤（ペースト構成物）と、製鋼スラグとを練混ぜた後、養生して表２に示すような空隙率を有する硬化体を得た。なお、用いた製鋼スラグの粒度を表２に併記する。表２、３に示すようにＮｏ．１〜１４は、十分な圧縮強度を保持しつつ、藻場造成、緑化、水質浄化等の用途に適したブロックを得ることができた。ただし、Ｎｏ．１２は、結合材が普通ポルトランドセメントのみであるため、製鋼スラグの水和膨張の影響が出て８０℃水浸後１０日で有害な破損が生じた。Ｎｏ．１〜１１、および１３，１４ではこのような破損は生じなかった。

比較例１〜４では、表４に示すような配合で、結合材、水、混和剤からなるペーストを作製し、このペーストと製鋼スラグを練混ぜた後、養生して硬化体を得た。なお、用いた製鋼スラグの粒度を表３に併記する。表３に示すように比較例１〜４は本発明の範囲から外れるものであり、所期の特性が得られなかった。具体的には、比較例１〜３ではペーストと製鋼スラグの体積比率が０．０８よりも低いため、連続空隙率は良好な値であったものの圧縮強度が低いものとなった。また、比較例４は結合材に水硬性を発揮するものが含まれていないため、固化せず、硬化体自体が得られず、連続空隙率の評価も不能であった。

以上説明したように、本発明によれば、比較的高い強度を保持しつつ、５〜４０％の空隙を有する硬化体を得ることができるので、藻場造成、緑化、水質浄化の用途のブロックとして適している他、舗道用ブロック、河川護岸ブロック、河川・海洋根固めブロック、積みブロック、雨水を土中へ浸透させる側溝および溜枡、歩車道境界ブロックとして利用が可能である。

Claims

JIS A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなり、フライアッシュと、高炉スラグ微粉末とを含む結合材とを、水を用いて練混ぜた後、養生して水和反応により硬化体とする硬化体の製造方法であって、
前記結合材と水とからなるペーストの体積ａと前記粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上とし、前記結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上３８０ｋｇ／ｍ^３以下として、得られた硬化体の連続した空隙率を５〜４０％とすることを特徴とする、空隙を有する硬化体の製造方法。
JIS A 1102「骨材のふるい分け試験方法」において、１．２ｍｍのふるいに留まる粗粒の製鋼スラグを主とする製鋼スラグと、水硬性を発揮し、粒径０．１ｍｍ以下の粉体からなり、フライアッシュと、高炉スラグ微粉末または／および各種セメントとを含む結合材とを、水を用いて練混ぜた後、養生して水和反応により硬化体とする硬化体の製造方法であって、
前記結合材と水とからなるペーストの体積ａと前記粗粒の製鋼スラグの体積ｂとの比率ａ／ｂを０．０８以上とし、前記結合材の単位量を７０ｋｇ／ｍ^３以上３８０ｋｇ／ｍ^３以下として、得られた硬化体の連続した空隙率を５〜４０％とすることを特徴とする、空隙を有する硬化体の製造方法。
前記結合材は、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、および各種セメントから選択される１種以上をさらに含むものであることを特徴とする、請求項１に記載の空隙を有する硬化体の製造方法。