JP6349990B2 - 簡易舗装体およびその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉水砕スラグと製鋼スラグを材料とした簡易舗装体およびその施工方法に関する。

鉄鋼産業で発生する製鋼スラグや高炉水砕スラグは、水和物を作る成分であるＣａＯ，Ｓｉ０_２，Ａｌ_２Ｏ_３分を多く含んでいる為に、いわゆる潜在水硬性を有しており、水硬性粒度調整鉄鋼スラグとして商品化されており、簡易舗装体の材料にも用いられている。しかしながら、製鋼スラグと高炉水砕スラグを単に混合しただけでは、安定した強度の簡易舗装体は得られず、表面をアスファルトで被覆したり、セメントや高炉水砕微粉末を相当量混合して強度を発現させることが行われる。

セメントや高炉水砕微粉末を混合させた所定の強度を有する簡易舗装体の場合、施工後１月程度経過すれば降雨時等の水の浸透は非常に小さくなり、アルカリ性の水が浸透する問題はない。また固まるまでは、高いアルカリ性の水が若干量の下層の地盤まで浸透するが、土壌のアルカリ吸着能力で浸透水は中性化される（非特許文献１）。

しかしながら、林道や駐車場などに用いられる簡易舗装体は、車両の通行等で傷んできた場合、剥いでその資材を廃棄処分することが必要となる。その際、剥いだ資材の断面に触れた水が高いアルカリ性を帯びる水になり、地下水への影響が懸念される。したがって、一般的には安定型でなく廃棄処分費のかかかる遮水機能のある管理型処分場に処分しなければならない。そこで廃棄される時にも、触れた水がアルカリ性を帯びない簡易舗装体が必要とされていた。

接触した水がアルカリ性を帯びてしまう問題に対し、その原因となる製鋼スラグに水蒸気とＣＯ_２ガスを供給してＣaＯをＣａＣＯ_３の中性物質に変えて、アルカリ性を低下させる資材に変える方法が提案されていた（特許文献１）。
また、製鋼スラグにスラグ微粉末、混和材、水を混合し、製鋼スラグを骨材とした水和固化物を製造し、水和固化物を破砕してアルカリ性を低下させる資材の発明が提案されていた（特許文献２）。

特開平８−２５９２８２号公報 特開２０１１−１２５０号公報

「試験条件の違いが土のアルカリ中和能力に及ぼす影響について（大分工業高等専門学校、佐野博昭 土木学会西部支部研究発表会 (2008.3)

特許文献１に記載の発明では、多くのＣaＯがＣａＣＯ_３に変化し、スラグが潜在水硬性を失ってしまう。そのため、バラス材としての活用の用途しか無く、製鋼スラグや高炉水砕スラグを混合した材料で作る高い強度の簡易舗装体には利用出来ないという問題がある。
特許文献２に記載の発明は、遊離ＣａＯは簡便に安定化するが、水和固化体を一旦製造して破砕したもので路盤材として使用されるものであり、特許文献１に記載の技術と同様に簡易舗装体には利用できないという問題がある。

本発明の目的は、簡易舗装体としての強度を保持しつつ、少なくとも施工後１年経過すれば、接触した水がアルカリ性を帯びない簡易舗装体を提供することである。なお、ここで簡易舗装体としての強度とは、施工して２８日後の強度ＣＢＲが６０％以上であることを意味する。また、アルカリ性を帯びないとは、ｐＨが９以下になることを意味する。

本発明者等は、簡易舗装体の透水係数を所定の範囲にすることで、強度が高く、かつ、施工後１年経過後にアルカリ水の排出が少ない簡易舗装体を得ることができるという知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである、本発明の要旨は、以下の通りである。

（１）製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合した資材を地盤に敷設し散水した後に転圧して施工した簡易舗装体であって、施工後２８日経過後の強度ＣＢＲが６０％以上であり、且つ施工後２８日経過後の透水係数が３．０×１０^−６〜７．０×１０^−４ｃｍ／ｓｅｃであり、前記製鋼スラグと前記高炉水砕スラグの合計に対する前記高炉水砕スラグの含有量が４０質量％以上６０質量％以下となるように混合した資材を用いたことを特徴とする簡易舗装体。
（２）施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９未満となることを特徴とする（１）に記載の簡易舗装体。
（３）前記製鋼スラグの粒径が４０ｍｍ以下であり、前記高炉水砕スラグが２週間以上１年以下の大気暴露処理を施されたものであることを特徴とする（１）または（２）に記載の簡易舗装体。
（４）製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合した資材を地盤に敷設し散水した後に転圧して簡易舗装体を施工する施工方法であって、
前記製鋼スラグの粒径を４０ｍｍ以下とし、
前記高炉水砕スラグに２週間以上１年以下の大気暴露処理を施して、
その後、粒径が４０ｍｍ以下の前記製鋼スラグと前記大気暴露処理を施した前記高炉水砕スラグを、前記製鋼スラグと前記高炉水砕スラグの合計に対する前記高炉水砕スラグの含有量が５質量％以上６０質量％以下となるように混合して資材とすることを特徴とする、
施工後２８日経過後の強度ＣＢＲが６０％以上であり、且つ施工後２８日経過後の透水係数が３．０×１０ ^−６ 〜７．０×１０ ^−４ ｃｍ／ｓｅｃである簡易舗装体の施工方法。
（５）前記簡易舗装体が、施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９未満となることを特徴とする（４）に記載の簡易舗装体の施工方法。

簡易舗装体としての強度を保持しつつアルカリ水の排出が少ない簡易舗装体を提供することができる。

簡易舗装体の透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）と強度ＣＢＲ（％）及びＰＨが９以下になる年数の関係を示す図。 高炉水砕スラグの大気暴露処理期間、高炉水砕スラグの配合率と簡易舗装体の透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）の関係を示す図。

本発明者等は、簡易舗装体の透水性を高くしていくと、施工後１年経過した後に簡易舗装体を剥いで断面に水が接触してもアルカリ性を帯びない簡易舗装体となることを見出した。これは、透水性が高くなると施工後の時間経過とともに空気中のＣＯ_２が簡易舗装体に侵入し、ＣａＯがＣａＣＯ_３に変化する、いわゆる炭酸化が簡易舗装体の内部まで進行するためだと思われる。一方、透水性が高くなり過ぎると、簡易舗装体としての強度が得られない。したがって、簡易舗装体としての強度を確保しつつ、施工後１年経過後に断面に接触した水がアルカリ性を帯びなくなるための透水性を明確にする必要があった。
本発明者等は、簡易舗装体の施工において、簡易舗装材料の条件を変えて簡易舗装体の透水性を変化させ、簡易舗装体の透水性と強度及び土懸濁液のｐＨ試験方法でのｐＨ値を調査した。
簡易舗装体の透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）は、本発明者が独自に見出した透水性の評価指標であり、透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）が大きい方が、透水性が高い。透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）の測定法は、後述する。
簡易舗装体の強度ＣＢＲ（％）は、近畿技術事務所で開発された簡易支持力測定器（キャスポル）で、施工後２８日たった時点で測定したものである。
土懸濁液のｐＨ値は、施工後、定期的に簡易舗装体を直径１００mmのコアを厚みに全てくり抜いた材料を用いて、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１「土懸濁液のｐＨ試験方法」に準じて測定し、ｐＨが９以下になる年数を評価した。

図１に、簡易舗装体の透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）と強度ＣＢＲ（％）及びｐＨが９以下になる年数の関係を示す。
図１に示す簡易舗装体は、粒径４０mm以下の製鋼スラグ（３０質量％〜９５質量％）と大気暴露処理期間を５日〜１００日間の間で種々変更して処理した高炉水砕スラグ（５質量％〜７０質量%）とを混合し、さらに一部の材料には高炉スラグ微粉末を混合して簡易舗装材料を製造し、１００ｍｍ厚で敷き均した後、原料重量の８質量％〜１０質量％の散水して、振動ローラー等で締め固めて簡易舗装体を成形して仕上げ、透水性を変化させた。
透水係数が７．０×１０⁻⁴ｃｍ/ｓｅｃを超えると強度が極端に低下する。これは、透水係数が高くなると透水し易い状態、すなわち空隙が大きい簡易舗装体になっており、強度ＣＢＲ（％）が低くなっているものと考えられる。好ましくは、１．０×１０^−４ｃｍ/ｓｅｃを上限とする。

一方、透水係数が３．０×１０⁻⁶ｃｍ/ｓｅｃ未満では、ｐＨが９を下回る年数は、１年以上を要してしまう。即ち、１年以上経過しても、簡易舗装体中のＣａＯは残ったままであり、アルカリ水発生の原因となる。水が透過しないということは、大気中の炭酸ガスも簡易舗装体に浸透しにくく、炭酸化を遅らせてしまっているものと考えられる。
なお、簡易舗装体と成分が比較的同じであるコンクリートは、ＣａＯとＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３の水和物を形成した後、数１０年以上かけて表面から炭酸化していくこと知られており、透水係数を求めると１〜５×１０^−９ｃｍ／ｓｅｃ程度であった。

以上より、強度ＣＢＲが、６０％以上であり、かつ、施工後１年経過後に断面に接触した水がアルカリ性を帯びない簡易舗装体は、透水係数が３．０×１０⁻⁶ｃｍ／ｓｅｃ以上７．０×１０^-4ｃｍ／ｓｅｃ以下のものであるといえる。

（簡易舗装体の透水係数の測定と算出方法）
簡易舗装体の透水係数の測定方法は、以下に示す通りである。
雨の降らない天候の時を選び、１００ｍｍの径で高さ３００mmの筒を、簡易舗装路盤にシーリングをして固定し、水を高さ２５０ｍｍに入れた状態で１日放置し、さらに翌日再度２５０ｍｍの水位にしてそこから１日間の水の簡易舗装への吸収量を計測する方法である。ただし、その筒から算出される給水量は、見かけの給水量であり、蒸発量を補正しなければならない。それは次の方法で補正される。すなわち、その筒の横に底のある同じ寸法の容器を置いて、２５０ｍｍの水位に同じようにセットして２日目の蒸発量を求めて、蒸発量を見かけの給水量に足し込む事で、簡易舗装への正しい吸収量を算出する方法である。２日目に吸収量を測定する理由は、１日目の吸収で簡易舗装体を飽和させる事で、一定量となった浸透水を求める事が可能であるためである。
上記の測定の基づき、透水係数は、下記の式（１）により、算出した。

Ｘ＝（Ｙ−３×１０⁻¹²）／０．０００７ ・・・・・（１）
Ｘ：簡易舗装体透水係数（ｃｍ/ｓｅｃ）
Ｙ：蒸発量を補正した吸収量（ｍ^３/ｓｅｃ）

（簡易舗装体の透水性の付与方法）
簡易舗装体に所定の透水性を持たせる方法を調査した結果、簡易舗装材料として製鋼スラグと大気暴露処理した高炉水砕スラグを用いることで得られることを見出した。製鋼スラグに高炉水砕スラグを混合すると水硬性により強度が発現するようになるが、簡易路盤体としては十分な強度ではなく、簡易路盤体として必要な強度を発現させるためにセメントや高炉水砕微粉末を混合させることが行われてきた。しかしながら、そのような方法で強度を発現させると、緻密な簡易舗装体となり、透水性が非常に小さくなることがわかった。

本発明者らは、図２に示すように製鋼スラグに２週間以上１年以下の大気暴露処理を行った高炉水砕スラグを５質量％以上６０質量％以下の配合率で混合させることで、所定の透水性を付与することができることを見出した。高炉水砕スラグに大気暴露処理を行うと、細粒化と不活性化が徐々に進んでいく。この細粒化と一部不活性になった部分の存在により、簡易舗装体に所定の透水性が生じるようになるものと思われる。大気暴露処理期間が２週間よりも短いと細粒化が十分でなく、簡易舗装体の空隙が多くなるため、透水性が大きくなり、強度が発現しなくなる。好ましくは３０日以上とする。大気暴露処理期間が１年よりも長くなり過ぎると不活性化が進み過ぎて、簡易舗装体としての強度が発現しなくなる。好ましくは３００日以下とする。

次に本発明の実施例を説明する。表１は、本実施例の試験施工に供した製鋼スラグと高炉水砕スラグを示している。表２に示す配合割合で混合し、簡易舗装材料を製造し、簡易舗装体を施工した。施工は、敷厚１００ｍｍ，振動ローラー６回走行，散水量は原料重量の８質量％、で行った。

施工後２８日経過後の強度ＣＢＲと透水係数、１年経過後に土懸濁液のｐＨ値を測定した。それぞれの測定方法は前述した通りである。その結果を表３に示す。

Ｎｏ．１〜５は発明例であり、施工後２８日経過後の強度ＣＢＲ６０％以上の強度が得られ、施工後２８日経過後の透水係数が３．０×１０^−６〜７．０×１０^−４ｃｍ／ｓｅｃであり、施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９未満であった。

Ｎｏ．６は、製鋼スラグと大気暴露処理期間が短すぎる高炉水砕スラグを混合したものであり、透水係数が大きくなりすぎ、強度が得られなかった。
Ｎｏ．７は、製鋼スラグと大気暴露処理期間が長すぎる高炉水砕スラグを混合したものであり、透水係数が大きくなりすぎ、強度が得られなかった。
Ｎｏ．８，９は高炉水砕微粉末を多量に配合させたものであり、強度はＣＢＲ６０％以上が得られたものの、透水係数が小さすぎるため、施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９以上であった。

強度が高く、かつ、アルカリ水の排出が少ない簡易舗装体として利用することができる。

Claims (5)

1. 製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合した資材を地盤に敷設し散水した後に転圧して施工した簡易舗装体であって、施工後２８日経過後の強度ＣＢＲが６０％以上であり、且つ施工後２８日経過後の透水係数が３．０×１０^−６〜７．０×１０^−４ｃｍ／ｓｅｃであり、前記製鋼スラグと前記高炉水砕スラグの合計に対する前記高炉水砕スラグの含有量が４０質量％以上６０質量％以下となるように混合した資材を用いたことを特徴とする簡易舗装体。
2. 施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９未満となることを特徴とする請求項１に記載の簡易舗装体。
3. 前記製鋼スラグの粒径が４０ｍｍ以下であり、前記高炉水砕スラグが２週間以上１年以下の大気暴露処理を施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の簡易舗装体。
4. 製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合した資材を地盤に敷設し散水した後に転圧して簡易舗装体を施工する施工方法であって、
   前記製鋼スラグの粒径を４０ｍｍ以下とし、
   前記高炉水砕スラグに２週間以上１年以下の大気暴露処理を施して、
   その後、粒径が４０ｍｍ以下の前記製鋼スラグと前記大気暴露処理を施した前記高炉水砕スラグを、前記製鋼スラグと前記高炉水砕スラグの合計に対する前記高炉水砕スラグの含有量が５質量％以上６０質量％以下となるように混合して資材とすることを特徴とする、
   施工後２８日経過後の強度ＣＢＲが６０％以上であり、且つ施工後２８日経過後の透水係数が３．０×１０ ^−６ 〜７．０×１０ ^−４ ｃｍ／ｓｅｃである簡易舗装体の施工方法。
5. 前記簡易舗装体が、施工後１年経過した後の簡易舗装体の土懸濁液のｐＨ試験で、ｐＨ値が９未満となることを特徴とする請求項４に記載の簡易舗装体の施工方法。

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