JP6241350B2

JP6241350B2 - 大型人工石材の製造方法

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Publication number: JP6241350B2
Application number: JP2014070525A
Authority: JP
Inventors: 高野　良広; 良広高野; 竜介上村; 孝範木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015190277A

Description

本発明は、例えば港湾工事における護岸用被覆石、漁礁や藻礁マウンド等に用いられる厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の大型人工石材の製造方法に関する。

近年、天然資源保護の観点から、石材の採取規制が強まり、とりわけ石積み岸壁、護岸、護岸張り石、被覆石等に用いる良質な岩石から切り出される大型石材の採取が厳しくなっており、これに代わる種々の材料が用いられている。
コンクリートで形成される護岸ブロックや被覆ブロックは、所定の形状をした型枠内にコンクリートを充填成形して形成されるため、安定した寸法形状を保持できる、耐波浪性を確保するのに必要な任意の重量のブロックを製造できる等の利点があるが、型枠の損料に加え、型枠の組立・解体やコンクリート打設後の養生管理に手間を要すため、石材に比べて大幅にコストが高く、施設の建設費の増大を招く欠点がある。そのため、波浪の大きな場所や地域等で、その土地で入手可能な石材の重量で対応しきれない場合に適用が限定されている。以上のことから、安価に大型石材を供給できる人工石材の製造方法が求められている。

コンクリート等の水硬性材料を用いて製造される人工石材は、一般には、平らな、若しくは石材の厚み分を掘り込んだ平面を形成した敷地に混練物を流し込み、強度が発現するまで一定期間養生したのち、ジャイアントブレーカー等の破砕機を用いて破砕して製造されている。破砕を行う強度の目安としては、一般的に圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２に到達した時点であることが、例えば非特許文献１等で推奨されている。しかし、このような方法では、破砕時の石材の大きさの制御が難しいため、指定粒径の範囲が広い石材の製造では問題ないものの、指定粒径の範囲が狭い石材を製造する場合や重さ８００ｋｇ／個以上の大型の石材を製造する場合には、破砕時のロスが多く、歩留りが著しく劣るという問題があった。

そこで、前記の課題を解決する方法として、鉄鋼スラグ水和固化体等の水硬性材料による人工石材において、効率よく大量に一定粒径範囲の人工石材を製造する技術が開示されている。例えば特許文献１から３には、平坦に整地した地面上に大量に打設し、硬化までの間に行う破砕や分割を、より効率的に行うための方法や技術が開示されている。

特許文献１には、コンクリート等の混練物を平面上に置き、上から型枠を押し付けてその後に脱型することで、混練物を１辺が１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下に分割してブロックを製造する方法について記載されている。

特許文献２には、混練物を打設する敷地に土砂等で石材の厚み分の高さを有する畝を設け、その畝の内部に鉄鋼スラグ水和固化体を流し込み、硬化するまでにブレーカー等を用いて破砕し人工石を製造することについて記載されている。

特許文献３には、鉄鋼スラグを含む水硬性材料の混練物を平地に敷き均し転圧した後、所定の大きさのブロックに分割するため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ブロック状に分割した後に、破砕し路盤材を製造する鉄鋼スラグ路盤材の製造方法及び鉄鋼スラグ路盤材が開示されている。

「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル」、平成２０年２月、一般財団法人沿岸技術研究センター

特許第４５０２３１９号公報特開２００９−１０７９０８号公報特開２０１１−１２３４号公報

しかしながら、従来の人工石材の製造方法では、以下のような問題があった。
特許文献１では、製品の厚みが１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下の石材ブロックを対象とし、スランプ値が０〜５ｃｍの混練物を用いて平面に打設し、上面部材、側面部材を有する型枠材を押し付け所定寸法のブロックを製造することとしている。すなわち、スランプ値が０〜５ｃｍの混練物は流動性が小さく充填が十分にできないため、上面部材、側面部材を有する型枠材を押し付けることで、締め固めを行っている。本技術を用いて、厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の大型の人工石材の製造しようとすると、型枠材が大型となり、押し付け深さが深くなるため、押し付けそのものが困難となり締め固め不良ができるとともに、製品内部に空隙が残り、強度的に弱く、脆い石材しか製造することができない問題があり、その点で改善の余地があった。また、型枠材を用いることが必須であるため、製品の表面性状は平滑なものしかできず、噛み合わせや藻等の付着性を向上させるために、破砕したような凹凸面を求められる石材製造には適さないという課題もある。

一方、特許文献２では、畝の設置に多大な敷地面積を要するため、大量の製造には不向きであり、また生産効率が低いという問題があった。しかも、畝は製造の度に必要となるので、設置に手間やコストがかかる。さらに、畝を土やバラスで形成して直に混練物を打設すると、製品表面に土やバラスが付着し、著しく製品の美観を損ねるため、離型と付着防止を兼ねた素材を混練物と畝との間に設ける必要があり、さらに手間とコストが増大する。

さらに、特許文献３では、専用の切込み器具を刺し込んだ後にそれを引き抜いて切込み溝を形成するが、この際、混練物の粘性が高いと混練物が切込み器具と一緒に共上がりを起こしたり、表面割れが発生してしまいブロック形状が悪くなったり、材料ロスが多く発生して歩留りが悪くなるという問題があった。一方、混練物の粘性が低いと、時に引き抜く際の前記共上りや表面割れは防げるが、切込み溝が消失してしまい所望の大きさへの破砕ができなくなるという問題があった。港湾工事における護岸用被覆石、漁礁や藻礁マウンド等に用いられる厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の大型人工石材を安定的に製造する場合は、切込み溝の深さをより深くする必要があるため、上述した引き抜き時の問題が特に顕著になり、形状の劣化や材料ロスの増大を招くという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、切込み溝の形成時において打設した水硬性材料の共上がりや表面割れを防止することができ、高精度な大型人工石材を大量にかつ効率的に製造することができる大型人工石材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る大型人工石材の製造方法では、水硬性材料を用いて製作される厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下で上から見た形状が方形の人工石材の製造方法であって、平面敷地内に人工石材の厚み以上の高さを有し、上面視で矩形状に囲う外周型枠を設置する工程と、該外周型枠の内部にスランプ値５ｃｍ超１２ｃｍ以下の水硬性材料を充填・成形する工程と、前記外周型枠内への充填中、又は充填完了後の水硬性材料の表面硬度ａと、形成しようとしている切込み深さＤの人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ×ｃ）で示される切込み指数を管理指標として、該切込み指数が一定範囲内となるように、前記人工石材の所望の平面寸法に区画された仕切り板を、重機を用いて打設面の上面から下方へ向けて貫入して切込み深さＤの切込み溝を上面視で縦横方向に連続的に形成する工程と、養生後の水和硬化体の一軸圧縮強度σと、前記人工石材厚みＨから前記切込み深さＤを減じた残存厚さＡの人工石材厚みＨとの比ｅ（＝Ａ／Ｈ）と、の積（σ×ｅ）で示される残存部強度指数が、（１）式を満足する強度となった時点で、ブレーカーのチゼルを前記人工石材に形成された前記切込み溝に挿入して破砕する工程と、を有し、水硬性材料の表面硬度ａをコーンペネトロメータによるコーン指数ａ１で測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ１×ｃ）で示される切込み指数を（２）式とする、又は、水硬性材料の表面硬度ａを山中式土壌硬度計による硬度ａ２で測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ２×ｃ）で示される切込み指数を（３）式とする、ことを特徴としている。

本発明では、厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の人工石材を製作する際、スランプ値５ｃｍ超１２ｃｍ以下の水硬性材料を打設し、水硬性材料の表面硬度ａと、設けようとする切込み深さＤの人工石材厚みＨとの比ｃが一定範囲となるように、切込み深さＤの切込み溝を形成し、その後、一軸圧縮強度σと、人工石材厚みＨから切込み深さＤを減じた残存厚さＡの人工石材厚みＨとの比ｅの積が、上述した（１）式を満足する強度以上となった時点で切込み線に沿って破砕することで、人工石材を大量にかつ効率的に製造することができる。つまり、硬化中の水硬性材料を分割するための切込み溝を形成する際、表面割れや共上りのない切込み溝を形成しつつ、切込み線に沿って所望の形状、大きさの人工石材を破砕ロスなく製造することができ、作業効率と歩留りの向上を図ることができる。

表面硬度ａは、棒状あるいは筒状の機器を水硬性材料に押し付け、その時の抵抗値が測定できるものであれば、種々のものが適用できるが、特に土壌の締め固め後の土の硬度を測定するコーンペネトロメータを用いる手法が有効である。すなわち、コーンペネトロメータによるコーン指数ａ１を測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ１×ｃ）で示される切込み指数を（２）式の時に切込み溝を形成することで、共上りも表面割れもない生じない切込み溝を形成することができる。

また、表面硬度ａの測定には、土壌の硬度を測定する山中式土壌硬度計を用いる手法も有効である。すなわち、表面硬度ａを山中式土壌硬度計による硬度ａ２で測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ２×ｃ）で示される切込み指数を（３）式の時に切込み溝を形成することで、共上りも表面割れもない生じない切込み溝を形成することができる。

この方法によれば、切込み溝を入れるための仕切り板は専用のものである必要がないため、厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の任意の大きさの人工石材への対応を容易に行うことができる。

また、本発明に係る大型人工石材の製造方法では、前記水硬性材料の容積率は、製鋼スラグが６４〜７１ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が９〜１２ｖｏｌ％、水が１５〜１８ｖｏｌ％、空気量４〜６ｖｏｌ％の混合物であることを特徴としている。

さらに、本発明に係る大型人工石材の製造方法では、前記水硬性材料の容積率は、製鋼スラグと高炉水砕スラグの合計量が６６〜６９ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が１０〜１２ｖｏｌ％、水が１５〜１８ｖｏｌ％、空気量４〜６ｖｏｌ％の混合物であることを特徴としている。

本発明による大型人工石材の製造方法によれば、製鋼スラグを用いた水硬性材料（水和固化体等）により大型の人工石材を製造することができ、製鉄所で副産する製鋼スラグや高炉水砕スラグを有効活用した安価な人工石材を製造することができる。製鋼スラグは、成分中に鉄分やカルシウム分、シリカ分等のミネラル成分を含むため、水硬性材料に用いることで、海水中でこれらが溶出して生物の生育を促す。また、本発明で製造された人工石材の破砕面は、海藻類の着生がし易い凹凸面を有することから、藻礁基質として適しており、藻礁用の大型人工石材として安価に提供できる。

本発明の大型人工石材の製造方法によれば、切込み溝の形成過程において、水硬性材料の表面硬度に適した切込み深さを選定することで共上りや表面割れのない破砕に有効な切込み溝を形成することができ、また人工石材の厚みから切込み深さを差し引いた残存厚と、破砕時の水硬性材料の強度とを破砕に好適な条件に設定することで、破砕時のロスが少なく、形状安定性に富んだ人工石材を製造でき、高精度な人工石材を大量にかつ効率的に製造することができる。また、この製造法をもとに鉄鋼スラグを用いた水和硬化体に適用することで、表面凹凸に富む表面性状と、鉄鋼スラグの有するミネラル溶出特性を有した藻床用の大型石材を安価に製造することが可能となる。

本発明の実施の形態による大型人工石材の製造状態の概要を示す斜視図である。重機の装着した状態の切込み器具の構成を示す斜視図である。（ａ）は図２に示すＡ−Ａ線矢視図であって、切込み器具の正面図、（ｂ）は図２に示すＢ−Ｂ線矢視図であって、切込み器具を下面から見た図である。切込み後に切込み溝が形成された水硬性材料を示す斜視図である。人工石材における切り込み深さと残存厚を示す斜視図である。コーン指数と山中式硬度の関係を示すグラフである。切込み指数と切込み評点（コーン指数）の関係を示す図である。切込み指数と切込み評点（山中式硬度）の関係を示す図である。残存部強度指数と破砕評点の関係を示す図である。図１に示す製造ヤードの上面図である。（ａ）〜（ｃ）は、人工石材の製造工程を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態による大型人工石材の製造方法について、図面に基づいて説明する。

本実施の形態による大型人工石材の製造方法は、経時的に硬化していく水硬性材料Ｃを用いて製作される厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の人工石材１を製造するための方法であり、図１に示すように、所定の平面敷地において、四方を囲うように移動可能な外枠ブロック２（外周型枠）を設置し、その外枠ブロック２内に水硬性材料Ｃを充填する。

外枠ブロック２は、複数に分割された石材からなるブロックであって、これらブロックを適宜組み合わせることによって任意の大きさの外枠を形成することができる。本実施の形態では、上から見て縦長の長方形状に形成されている。そして、本実施の形態では、外枠ブロック２の内側に打設されることによって製造される人工石材１は、短辺方向に４列、長辺方向に８列で合計３２個が製造されることになる。なお、人工石材１は、例えば縦横高さがそれぞれ１ｍの寸法である。
外枠ブロック２は、平面の敷地内に人工石材１の厚み以上の高さを有するとともに、上面視で矩形状に囲うものである。

外枠ブロック２内に打設される水硬性材料Ｃは、スランプ値で５〜１２ｃｍに調合される。表１には、水硬性材料Ｃとしてコンクリートと水和固化体を用いて充填試験を行った結果を示している。ここで表１には、１４種類の配合例が記載されている。表中に記載したスランプ値は、試験中に行った複数回の試験結果の範囲を記載している。また、表中の各Ｎｏ．の下段に記載した容積比率（ｖｏｌ％）は、空気量を含めた合計容積を１００とした時の、それぞれの配合材料の容積比率を記載している。Ｎｏ．１〜４はコンクリートであるが、スランプが５ｃｍ未満（Ｎｏ．１）では充填密度が悪く、またスランプ１３ｃｍ超（Ｎｏ．２）では打設厚さの保持できず、材料が流動崩壊して、その上に重機を用いた重ね打設が難しくなっているのに対し、スランプ５〜１２ｃｍの範囲（Ｎｏ．３、４）では、充填密度の確保、打設厚さの保持も問題なくできている。この状況は、Ｎｏ．５〜１４の水和固化体を用いた結果においても同様である。すなわち、スランプが５ｃｍ未満（Ｎｏ．５）では充填密度が悪く、またスランプ１３ｃｍ超（Ｎｏ．６）では打設厚さを保持できず、材料が流動崩壊して、その上に重機を用いた重ね打設が難しくなっているのに対し、スランプ５〜１２ｃｍの範囲（Ｎｏ．７〜１４）では、充填密度の確保、打設厚さの保持も問題なくできている。水和固化体を用いた試験配合の内、Ｎｏ．７〜１０は、製鋼スラグが６４〜７１ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が１２〜９ｖｏｌ％、水が１８〜１５ｖｏｌ％の水硬性混合物である。また、Ｎｏ．１１〜１４は、製鋼スラグと高炉水砕スラグの合計量が６６〜６９ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が１０〜１２ｖｏｌ％、水が１８〜１５ｖｏｌ％の水硬性混合物である。

そして、本実施の形態による大型人工石材の製造方法では、外枠ブロック２内で所定高さまで打設した水硬性材料Ｃを、パワーショベルのバケット等を使用して転圧し、打設面を均す。次に、所定の硬度まで硬化した時点で、重機のアタッチメントとして装着された図２に示す切込み器具３を使用して、外枠ブロック２内に打設した水硬性材料Ｃの上面から所定の深さまで切り込みを行って切込み溝Ｋを形成する。

切込み器具３は、図２及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、横板３１（仕切り板）と、横板３１の一方面に垂設されるとともに製造される人工石材１の略幅寸法に相当する距離を開けて配列された４枚の縦板３２（仕切り板）と、を備えている。この切込み器具３は、横板３１及び縦板３２のそれぞれの面を上下方向に向けた状態で水硬性材料Ｃ内に挿し込まれることで、該水硬性材料Ｃに所定深さＤ（図４及び図５参照）の切込み溝Ｋが切り込まれることになる。横板３１及び縦板３２は、図示は省略するが、上から下に向かうに従い漸次厚みが小さくなっている。つまり、本実施の形態の切込み器具３では、１回の切込みで、一方向に３つの人工石材１を区画することができる。

切込み器具３の切込み部分の図３（ａ）に示す長さ寸法Ｌは、人工石材の厚み内で所望の深さの切込みを行うため、人工石材の厚み程度を確保することが望ましい。

切込みによって切込み溝Ｋを形成するタイミングは、貫入時に動的な力を加えなくても切込みが形成でき、かつ切込みを入れたのちに切込みが消失しない程度の硬さを保ちつつ、切込み器具引き抜きの際に材料の共上りによる表面割れが生じない深さと時期とする必要がある。そこで、このタイミングとして、打設後の水硬性材料の表面硬度と切込み溝の深さの関係を適正範囲にすることで、貫入抵抗が比較的小さい状態で、切込み溝の消失や共上りによる表面割れのない切込み溝を形成し得ることから、これを切込み指数（後述する（２）式、及び（３）式）で規定する。

まず水硬性材料の凝結・硬化過程における表面硬度を測定する手法は種々考えられ、製造現場条件に適したものを選定すればよい。たとえば、コンクリートの凝結時間の測定法である、ＪＩＳＡ１１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に示されるプロクター貫入抵抗測定器等が挙げられる。そして、種々の測定法を検証し、大型人工石材の切込み溝形成の管理に用いる手法として、コーンペネトロメータによるコーン指数や山中式土壌硬度計による硬度を用いる管理手法を採用した。

これらの手法を水硬性材料に適用した場合には、両者には図６に示すような線形の関係がある。そして、表面硬度と貫入抵抗、切込み溝の消失度、共上りによる表面割れの程度の関係から、良好な切込み溝を形成しうる条件を求めた。具体例として、コーンペネトロメータによるコーン指数や山中式土壌硬度計による硬度をもとに、良好な切込み溝を形成し得る条件について説明する。

先ず、コーン指数による硬度に基づく、切込み溝の形成条件について説明する。
表２は、切込み溝の形成状況の評価をコーン指数で行ったものである。打設後一定時間経過した後のコーン指数ａ１を、コーンペネトロメータを用いて時間経過ごとに測定し、コーン指数ａ１を測定した時と同時期に切込み器具を用いて切込み溝を、切込み深さＤを変化させて行った。人工石材の総厚Ｈに対する切込み溝の深さＤの比（切込み深さ比）をｃ＝Ｄ／Ｈとし、ａ１×ｃを切込み指数と定義して、これと切込み溝の形成状況の関係を調べた。

切込み溝の形成状況の評価は、貫入抵抗の大小、切込み溝の消失度、共上りによる表面割れの有無で行い、問題がある場合を０．５、さらに０．５よりも問題が大きい場合を０．２５とし、問題ない場合を１．０として評点を与え、全てにおいて問題が生じない状態（全評点の掛け算が１．０となる状態）を整理した。これらをまとめたものが表２であり、さらに切込み指数と切込み溝の評点の関係を整理したのが図７である。これより、コーン指数ａ１を用いる場合は、（２）式を満足する範囲であれば、良好な切込み溝が形成し得る。

表２に基づいて（２）式を定義した根拠について、さらに具体的に説明する。
ここで、良好な切込みは、上述したように切込み治具を用いて挿入した切込み溝が消失せずに、共上がりや衝撃による表面割れが起こらない範囲であって、できるだけ深く入れることにより形成される。一方で、切込み溝の切込み深さ比ｃが０．２程度で浅い場合には、破砕時に切込み溝に沿った破砕が難しく所望の寸法の石材ができないことが確認されている。
また、切込み溝が消失しないためには、水硬性材料の凝結硬化がある程度進む必要がある。コーン指数ａ１が５００ｋＮ／ｍ^２程度を下回る領域では、水硬性材料が軟らか過ぎとなり、切込み溝が消失するため、コーン指数ａ１が５００ｋＮ／ｍ^２程度を下回る領域は対象外とする。

（２）式の切込み指数（ａ１×ｃ）の下限値は、表２を根拠とする。つまり、表２のケースＮｏ．１−７において、コーン指数ａ１が７４４ｋＮ／ｍ^２、切込み指数４８３．６となり、評点が１となって、貫入抵抗の大小、切込み溝の消失度、共上りによる表面割れの有無に関する問題なしとなる。そして、ケースＮｏ．１−４において、コーン指数が４４９ｋＮ／ｍ^２、切込み指数が４０４．１となり、評点が０．５で問題ありとなる。そのため、（２）式における切込み指数の下限値は、上記両者の略中間値をとり４４０に設定した。つまり、切込み指数が４４０より小さいときには、水硬性材料が軟らか過ぎとなり、切込み溝が消失する。

次に、切込み指数（ａ１×ｃ）の上限値の根拠について説明する。
表面割れを起こさず、深い溝（目途として切込み深さ比ｃで０．５以上）を入れるには、水硬性材料の凝結硬度が過度に進んでいないことが必要である。そして、硬くなるほど、治具挿入時の抵抗が大きく、引き抜く時の摩擦抵抗も大きくなるため、表面割れが生じ易いことが確認されている。
例えば、ほぼ石材の厚さに等しいＤ／Ｈ＝０．８〜０．９で良好な切込み溝を入れる条件は、コーン指数で７００〜１７００ｋＮ／ｍ^２程度であり、１７００ｋＮ／ｍ^２程度を（２）式の上限値の条件に設定する。これ以上硬くなった領域では、深い溝の場合に表面割れが生じるため、割れのない溝を形成するには、浅い溝にするしかない。コーン指数３０００ｋＮ／ｍ^２であればＤ／Ｈ＝０．５〜０．６、４０００ｋＮ／ｍ^２であればＤ／Ｈ＝０．３〜０．４が得られ、これが（２）式の上限値の根拠となる。

具体的には、表２において、コーン指数ａ１で１７３３ｋＮ／ｍ^２を上限としたとき、ケースＮｏ．１−１０において、切込み深さ比ｃが０．８、切込み指数が１３８６．４となり、評点が１で問題なしとなる。一方、ケースＮｏ．１−１１において、切込み深さ比ｃが０．９５、切込み指数が１６４６．４となり、評点が０．２５で問題ありとなる。そのため、（２）式における切込み指数の上限値は、上記両者の略中間値をとり１５２０に設定した。つまり、切込み指数ａ１が１５２０を超えるときには、コーン指数ａ１が大きくなり硬くなるので、溝形成が困難になるうえ、引抜き時の摩擦抵抗も大きくなり表面割れが生じる。
以上により、コーン指数ａ１と切込み溝の深さＤの比ｃとの関係を示す切込み指数を用いて、切込み性の評価（切込み溝の評点）を示す（２）式を定義している。

次に、山中式土壌硬度計による硬度に基づく、切込み溝の形成条件について説明する。
上記のコーン指数と同様に、山中式土壌硬度計による硬度ａ２を用いた場合について調べた結果を表３、図８に示す。この場合は、（３）式を満足すれば、良好な切込み溝が形成し得る。

（３）式の切込み指数（ａ２×ｃ）の下限値は、表３を根拠とする。表３のケースＮｏ．２−４において、山中式土壌硬度計硬度ａ２が６３９で、切込み深さ比ｃが０．９、切込み指数が５７４．７となり、評点が０．５で問題ありとなる。そして、ケースＮｏ．２−７において、山中式土壌硬度計硬度ａ２が１０３７で、切込み深さ比ｃが０．６５、切込み指数が６７４となり、評点が１で問題なしとなる。そのため、（３）式における切込み指数の下限値は、上記両者の略中間値をとり６３０に設定した。つまり、切込み指数が６３０よりも小さいときには、水硬性材料が軟らか過ぎとなり、切込み溝が消失する。

次に、切込み指数（ａ２×ｃ）の上限値の根拠について説明する。
表３のケースＮｏ．２−１５において、山中式土壌硬度計硬度ａ２が４１５８で、切込み深さ比ｃが０．４、切込み指数が１６６３．１となり、評点が１で問題なしとなる。そして、ケースＮｏ．２−１２において、山中式土壌硬度計硬度ａ２が２７４４で、切込み深さ比ｃが０．６５、切込み指数が１７８３．６となり、評点が０．２５で問題ありとなる。そのため、（３）式における切込み指数の上限値は、上記両者の略中間値をとり１７２０に設定した。つまり、切込み指数が１７２０を超えるときには、硬度が硬く抵抗が大きくなるので、溝形成が困難になるうえ、引抜き時の摩擦抵抗も大きくなり表面割れが生じる。

ここで、切込み溝を形成後、切込み線からの逸脱がなく、また破砕屑の発生を抑えて歩留りの高い破砕を行うには、破砕時の強度を形成した切込み溝の状況に応じて適切にしなければならない。そこで、破砕時の破砕抵抗は、人工石材の厚みＨから切込み溝の深さＤを差し引いた残存厚Ａとその時の水硬性材料の発現強度に依存することから、養生後の水硬性材料の一軸圧縮強度σと、人工石材の厚みＨから切込み深さＤを減じた残存厚さＡの人工石材の厚みＨの比ｅ（＝Ａ／Ｈ）との積（σ×ｅ、本発明では残存部強度指数と称す）をパラメータとして、種々の強度、切込み溝深さにおいて、破砕性の評価を行った。破砕性の評価は、破砕作業を効率よく、所望の寸法で破砕ロスが少なくできることが良好な状態という考えから、破砕作業の能率、破砕面の切込み線からの逸脱度、破砕屑の発生量の観点から評価した。そして、それぞれの評価において、破砕能率が悪い場合、破砕線の逸脱度が大きく所望寸法にできない場合、破砕屑が１０％以上発生する場合の評点を０．５、それ以外の良好な状態を１．０として、すべてが良好な状態（評点の掛け算が１．０となる状態）を調べた。その結果を表４に、また残存部強度指数と総合評点の関係を図９に示す。その結果、評点で１となるときの残存部強度指数σ×ｅが０〜６．５となることから、（１）式を満足する時点で破砕を行うことにより、良好な破砕が可能となる。

（１）式において、下限値０は、強度が小さい状態で良好な破砕を行うためのもので、深い切込み溝が形成されていた場合の条件となる。また、上限値６．５は、強度発現がある程度進んでしまうと、切込み深さ比ｃが０．５以下となる浅い切込み溝では、良好な破砕ができないことを確認したことに基づいて設定している。
以上により、圧縮強度σと、残存厚さＡの人工石材厚みＨとの比ｅとの関係を示す残存部強度指数を用いて（１）式を定義している。

具体的に残存部強度指数σ×ｅの下限値の根拠について説明する。表４のケースＮｏ．３−４において、残存部強度指数が０．６で評点が１となり、問題なしとなる。この場合、０．６より小さいと、切込み深さが大きくなり、残存部が小さくなるので、残存部に割れが生じる。ここで、残存部強度指数σ×ｅが０とは、石材厚を貫通する切込み溝を形成した場合を示している。つまり、下限値が０．６より小さい場合でも問題なく人工石を製作することができる。なお、厚さ５０〜１００ｃｍの人工石材を対象としているが、厚みが６０ｃｍを超える場合には、切込み溝の形成が難しいが、５０〜６０ｃｍ程度の場合には、全厚みを貫通する切込み溝を形成することができる（ｅ＝０の状態）。貫通した切込み溝であれば、ほとんど破砕することなく所定寸法に分割された人工石が得られ、問題なく石材製造ができる。したがって、厚み６０ｃｍを超える石材の場合であっても、切込み溝を入れる治具を工夫することで、厚みの厚い場合でも切込み深さ比ｃが１．０（ｅ＝０）の状態を実現することが可能となることから、（１）式の下限値を０に設定している。

次に、残存部強度指数σ×ｅの上限値の根拠について説明する。表４のケースＮｏ．３−１１において、評点が１で問題なしとなる残存部強度指数が最大値６．２となる。また、ケースＮｏ．３−１５において、評価が問題ありとなる残存部強度指数が最小値６．９となる。そのため、（１）式における残存部強度指数の上限値は、上記両者の略中間値をとり６．５に設定した。つまり、残存部強度指数が６．５を超えるときには、強度発現がある程度進み、切込み深さ比ｃが０．５以下の浅い切込み溝となる場合に、残存部の破砕抵抗強度が大きくなり過ぎて良好な破砕ができない。

次に、上述した人工石材１の製造方法の施工手順と作用について、図１０及び図１１に基づいて説明する。
先ず、図１０に示すように、平面の敷地内に人工石材１の厚み以上の高さを有するとともに、上面視で矩形状に囲う外枠ブロック２を設置する。

次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、外枠ブロック２の内部に、スランプ５〜１２ｃｍに調合された水硬性材料Ｃを人工石材の厚みＨとなるように充填・成形する。そして、図１１（ｃ）に示すように、外枠ブロック２内への充填中、又は充填完了後の水硬性材料Ｃの表面硬度ａを計測しつつ、破砕効率も見込んで設定した切込み深さＤを考慮した切込み指数ａ×ｃ（ｃ＝Ｄ／Ｈ）となった時点で、打設面の上面から下方へ向けて人工石材１の所望の平面寸法に区画された切込み器具３（横板３１、縦板３２）を重機３０を用いて、深さＤの切込み溝Ｋを形成する。

その後、図５に示すように人工石材１の厚みＨから切込み深さＤを差し引いた残存厚Ａと一軸圧縮強度σから求まる残存部強度指数（ｅ＝σ×Ａ／Ｈ）が、上述した（１）式を満足する時点で、図示しない油圧ブレーカー等を備えた破砕機を用いて人工石材１に形成された切込み線（切込み溝Ｋ）に沿って破砕する。つまり、油圧ブレーカーのチゼルを切込み溝Ｋに挿入させることで、人工石材１同士が連設する残存厚Ａの部分を破壊して分離することができる。とくに、切込み溝Ｋが交差する位置でコンクリートブレーカーの先端位置を固定し易くなる。

このように、厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の人工石材１を製作する際、スランプ５超１２ｃｍに調合された水硬性材料Ｃを打設し、水硬性材料Ｃの表面硬度の切込み深さＤを所望の切込み指数の範囲内となる表面硬度の時点で切込み深さＤの切込み溝Ｋを形成し、その後、一軸圧縮強度が、上述した（１）式を満足する強度以上となった時点で切込み線に沿って破砕することで、人工石材１を大量にかつ効率的に製造することができる。

この場合、切込み溝Ｋを入れるための切込み器具３は専用のものである必要がないため、厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下の任意の大きさの人工石材１への対応を容易に行うことができる。
また、製造された人工石材１の破砕面や表面性状が海藻類の着生がし易い凹凸面を有することから、藻礁基質として適しており、藻礁用の人工石材１を効率的に大量の製造することができる。

また、本実施の形態では、鉄鋼スラグを材料に用いた人工石材１を製造することができ、製鉄所で生じ得る鉄鋼スラグを利用して、製造効率を向上させることができ、且つ製造コストの低減を図ることができる。

上述した本実施の形態による大型人工石材の製造方法では、人工石材１の厚みＨから切込み深さＤを差し引いた残存厚Ａと、破砕時の水硬性材料Ｃの強度とを破砕に好適な条件に設定することで、切込み溝Ｋの形成時において打設した水硬性材料Ｃの共上がりを防止することができ、高精度な人工石材１を大量にかつ効率的に製造することができる。

次に、上述した実施の形態による大型人工石材の製造方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

（実施例）
本実施例では、表５に示すように、製造パターン毎に３０ケースの試験製造を行った。試験は、表面硬度をコーンペレトノメータによるコーン指数で測定しつつ、コーン指数毎に切込み深さを変化させて、まず切込み性の評価を行った。切込み深さは、全厚さに対する切込み深さの比（Ｄ／Ｈ）で、０．１〜０．２、０．３〜０．５、０．６〜０．８、０．９〜１．０の４水準で行った。

そして、切込み作業が問題なかったケースについて、一軸圧縮強度の発現度合いに応じて破砕を行い、破砕性の評価を行った。

評価方法は、まず切込み作業においては、何らかの問題があった場合は「×」、問題がなかった場合は「○」とした。良好な切込み溝が形成できないと、良好な破砕ができないため、破砕作業は行わなかった。また、破砕作業においては、破砕効率が劣るものは「×」、効率的に問題ないものは「○」とし、また、破砕形状や屑発生については、結果的に製品の歩留りに反映されることから、形状の不良や屑の発生により、歩留り８０％以下の場合を「×」、歩留り８０〜９０％の場合を「△」、歩留り９０％以上を「○」として評価した。

表５に示すように、切込み試験の結果では、切込み指数が、本発明の範囲内（４４０≦（ａ１×ｃ）≦１５２０）であれば、良好な切込み溝を形成できている。また、切込み指数が本発明の範囲外の場合でも、切込み深さが比較的浅い場合で、問題ない切込み作業が実施できた（試験ケース５〜１０）。
一方、破砕作業については、残存強度指数が本発明の範囲内（０≦（σ×ｅ）≦６．５）であれば、歩留り９０％以上の良好な破砕作業が実施できた。一方、残存強度指数が本発明の範囲外の場合、破砕効率、歩留り等の面で問題のある結果となっており、良好な破砕作業は行なえなかった。

以上、本発明による大型人工石材の製造方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述した実施の形態では、外枠ブロック２として石材ブロックを採用しているが、板状の型枠であってもよい。

また、人工石材１を形成する水硬性材料としては、鉄鋼スラグを用いた水硬性材料Ｃであることに限定されることはなく、一般的な骨材を使用した普通コンクリートであってもかまわない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１人工石材
２外枠ブロック（外周型枠）
３切込み器具
３１横板（仕切り板）
３２縦板（仕切り板）
Ａ残存厚
Ｃ水硬性材料
Ｄ切込み深さ
Ｈ人工石材の厚さ
Ｋ切込み溝

Claims

水硬性材料を用いて製作される厚さ５０ｃｍ超１００ｃｍ以下で上から見た形状が方形の人工石材の製造方法であって、
平面敷地内に人工石材の厚み以上の高さを有し、上面視で矩形状に囲う外周型枠を設置する工程と、
該外周型枠の内部にスランプ値５ｃｍ超１２ｃｍ以下の水硬性材料を充填・成形する工程と、
前記外周型枠内への充填中、又は充填完了後の水硬性材料の表面硬度ａと、形成しようとしている切込み深さＤの人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ×ｃ）で示される切込み指数を管理指標として、該切込み指数が一定範囲内となるように、前記人工石材の所望の平面寸法に区画された仕切り板を、重機を用いて打設面の上面から下方へ向けて貫入して切込み深さＤの切込み溝を上面視で縦横方向に連続的に形成する工程と、
養生後の水和硬化体の一軸圧縮強度σと、前記人工石材厚みＨから前記切込み深さＤを減じた残存厚さＡの人工石材厚みＨとの比ｅ（＝Ａ／Ｈ）と、の積（σ×ｅ）で示される残存部強度指数が、（１）式を満足する強度となった時点で、ブレーカーのチゼルを前記人工石材に形成された前記切込み溝に挿入して破砕する工程と、
を有し、
水硬性材料の表面硬度ａをコーンペネトロメータによるコーン指数ａ１で測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ１×ｃ）で示される切込み指数を（２）式とする、
又は、
水硬性材料の表面硬度ａを山中式土壌硬度計による硬度ａ２で測定し、切込み深さＤと人工石材厚みＨの比ｃ（＝Ｄ／Ｈ）との積（ａ２×ｃ）で示される切込み指数を（３）式とする、
ことを特徴とする大型人工石材の製造方法。
前記水硬性材料の容積率は、
製鋼スラグが６４〜７１ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が９〜１２ｖｏｌ％、水が１５〜１８ｖｏｌ％、空気量４〜６ｖｏｌ％の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の大型人工石材の製造方法。
前記水硬性材料の容積率は、
製鋼スラグと高炉水砕スラグの合計量が６６〜６９ｖｏｌ％、セメント、高炉セメント、高炉スラグ微粉末の合計量が１０〜１２ｖｏｌ％、水が１５〜１８ｖｏｌ％、空気量４〜６ｖｏｌ％の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の大型人工石材の製造方法。