JP6642506B2 - 固化体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料に浚渫土を用いた固化体の製造方法に関するものであり、製造される固化体は、特に土木用石材の代替材などとして好適なものである。

港湾の航路浚渫などの浚渫工事で発生する浚渫土は、一般に非常に軟弱で強度がないため、そのままの状態では、土木材料などとして有効利用することが困難である。従来、浚渫土を有効利用するために、土としての特性を改善し、良質な土と同じように利用できるようにするための技術が、数多く提案されている（例えば、特許文献１〜４）。
一方、特許文献５〜７には、浚渫土にセメントなどの固化材を混合し、固化させてブロック材（固化体）とする方法が示されている。

特開２００６−３３４５１８号公報 特開２００６−１５２１５０号公報 特許第３９２４７３８号公報 特許第３３７５９２９号公報 特開２００８−１８２８９８号公報 特開平１０−１２７２０１号公報 特許第５９０７２４６号公報

固化体を土木材料、特に石材の代替材として利用するためには、所定の強度（例えば、準硬石相当では圧縮強度９．８Ｎ／ｍｍ^２以上）が必要となる。固化体の強度は、結合材による水和反応が進行するときの温度（養生温度）の影響を受ける。一般的に、混合物中の結合材の配合量は、養生温度２０℃の条件で決められるが、製造時期が冬期であり、養生温度が２０℃よりも低い場合には、所定の強度を得ることができない。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、原料に浚渫土を用いた固化体の製造方法において、製造過程における養生温度が低い条件においても、所定の固化体強度を確保することができる固化体の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］浚渫土、骨材および結合材を混合して、それらの配合量が混合物中の容積率で、浚渫土（水分を含む）：５５〜６０％、結合材：１９〜３７％、骨材：４〜２９％である混合物とし、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る固化体の製造方法であって、
結合材として、高炉スラグ微粉末、普通ポルトランドセメント、フライアッシュの中から選ばれる１種以上を用い、混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程における養生温度が５〜１０℃となる場合に、
混合物の下記（1）式で規定される強度指数を１．８以上とすることにより、２８日養生後の圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上となる固化体を得ることを特徴とする固化体の製造方法。
強度指数＝（ＢＰ＋２×ＮＰ＋０．３５×ＦＡ）／Ｗ …（1）
但し ＢＰ：混合物１ｍ^３当たりの高炉スラグ微粉末の配合量（ｋｇ）
ＮＰ：混合物１ｍ^３当たりの普通ポルトランドセメントの配合量（ｋｇ）
ＦＡ：混合物１ｍ^３当たりのフライアッシュの配合量（ｋｇ）
Ｗ ：混合物１ｍ^３当たりの水分量（ｋｇ）
［2］上記［1］の製造方法において、骨材が製鋼スラグであることを特徴とする固化体の製造方法。

本発明によれば、原料に浚渫土を用いた固化体を製造する際に、冬期などにおいて製造過程での養生温度が低い条件においても、所定の強度（２８日養生後の圧縮強度１５Ｎ／ｍｍ^２以上）を有する固化体を製造することができる。

本発明法は、浚渫土、骨材および結合材を混合して、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る固化体の製造方法であり、冬期などに養生温度が５〜１０℃となる場合に、混合物中の結合材の割合を水分との関係で特定の条件に規定することにより、必要な固化体強度（２８日養生後の圧縮強度１５Ｎ／ｍｍ^２以上）が得られるようにしたものである。
本発明では、混合物中の浚渫土、骨材、結合材の配合量を、容積率で浚渫土（水分を含む）：５５〜６０％、結合材：１９〜３７％、骨材：４〜２９％とし、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る。

混合物中の浚渫土（水分を含む）の割合を容積率で５５％（以下「％」は容積率を表す）以上とすることが、浚渫土の有効利用や混合物の取扱い易さ（水分を含んでいる方が混合物を取扱い易い）の観点から好ましい。一方、浚渫土は含水比にもよるが比重１．３程度であり軽いため、浚渫土の割合を６０％以下とすることが、固化体の重さ（高比重）を確保する上で好ましい。また、結合材の割合を１９％以上とすることが、低い養生温度において固化体強度を高める上で好ましい。一方、結合材の割合を３７％以下とすることが、材料コストの低減や混合物の取扱い易さ（結合材量が多すぎるとスランプ値が低くなり、ハンドリング性が低下する）の観点から好ましい。また、骨材の割合を４％以上とすることが、固化体の重さを確保する上で好ましい。一方、骨材の割合を２９％以下とすることが、結合材量を確保して固化体強度を高める上で好ましい。

浚渫土は、浚渫工事によって水底から掘り出された泥土である。本発明で使用する浚渫土は、取扱いが容易であるなどの点から、含水比２１０％以上が好ましい。この含水比とするために、必要に応じて混合工程前の浚渫土に水が加えられる。なお、浚渫土の含水比が大きすぎると固化体の強度を確保するための結合材の添加量を多くする必要があるので、経済性の面から浚渫土の含水比は３００％程度を上限とすることが好ましい。ここで、浚渫土の含水比とは、浚渫土に含まれる水分量をＡ（質量％）、固形分量をＢ（質量％）としたとき、含水比＝（Ａ／Ｂ）×１００で求められる。

本発明で使用する骨材の種類に特別な制限はないが、特に鉄鋼生産の副産物である製鋼スラグを用いるのが好ましい。製鋼スラグは、天然砕石と比較して重い（比重が大きい）ため、これを骨材として用いることにより、固化体の重さ（高比重）を確保することができる。製鋼スラグとしては、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。製鋼スラグは、最大粒径が２５ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。

結合材は、水和反応により混合物を固化させることができるものであればよい。例えば、普通ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ（いずれも高炉セメント、フライアッシュセメントとして含まれる場合を含む。）などが挙げられ、それらの１種以上を用いることができる。また、固化体の強度確保および製造コストの面からは、結合材として高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激材を用いることが好ましい。このように結合材として、高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激材を用いることにより、アルカリ環境を作り出すことで、高炉スラグ微粉末の水硬性を発揮させることができる。つまり、高炉スラグ微粉末の水和反応を促進し、固化体の強度を確保することができる。アルカリ刺激材としては、例えば、普通ポルトランドセメント（高炉セメント、フライアッシュセメントとして含まれる場合を含む。）、石灰などを用いることができる。強度発現の観点からは、高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材（例えば、普通ポルトランドセメント）の比率（容積比）は、高炉スラグ微粉末：アルカリ刺激材＝３：１〜６：１程度が望ましい。

本発明は、混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程における養生温度が５〜１０℃となる場合を対象としている。
本発明では、結合材（アルカリ刺激材を用いる場合はこれを含む）として、高炉スラグ微粉末、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ（いずれも高炉セメント、フライアッシュセメントとして含まれる場合を含む。）の中から選ばれる１種以上を用い、原料を混合した時点での混合物について、下記（1）式で規定される強度指数を１．８以上とする。このような混合物を養生温度５〜１０℃で養生した場合、２８日養生後の圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上となる固化体を得ることができる。
強度指数＝（ＢＰ＋２×ＮＰ＋０．３５×ＦＡ）／Ｗ …（1）
但し ＢＰ：混合物１ｍ^３当たりの高炉スラグ微粉末の配合量（ｋｇ）
ＮＰ：混合物１ｍ^３当たりの普通ポルトランドセメントの配合量（ｋｇ）
ＦＡ：混合物１ｍ^３当たりのフライアッシュの配合量（ｋｇ）
Ｗ ：混合物１ｍ^３当たりの水分量（ｋｇ）

固化体は、２８日養生後の圧縮強度が９．８Ｎ／ｍｍ^２（ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５で規定する準硬石の硬度）以上であることが必要であるが、現地製造時における強度のバラツキ（配合のバラツキ）などを考慮すると、２８日養生後の圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。混合物の上記（1）式で規定される強度指数が１．８未満では、養生温度が５〜１０℃となる場合に２８日養生後の圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上の固化体を得ることができない。

固化体の製造工程において、混合物の取扱いを容易にし、ひいては製造される固化体の強度のバラツキを少なくするために、混合物のスランプ値（スランプ試験で測定される値）は２〜１０ｃｍ程度であることが望ましい。ここで、混合物の取扱いが容易であるとは、ポンプによる移送や打設・養生の際に混合物が適正に流動すること、養生時に混合物の内部に空気が多量に含まれないことなどであり、これらの点で混合物の取扱い性が劣ると、作業性が悪くなるだけでなく、製造される固化体の強度などにバラツキが生じ、製品歩留まりも悪くなる。

本発明の好ましい製造プロセスは、基本的な工程として、浚渫土、骨材および結合材を混合する混合工程と、この混合工程で得られた混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程と、この固化工程で得られた固化体を破砕処理する破砕工程を有する。
また、混合工程の前に、必要に応じて、浚渫土の異物を除去する工程（a）と、浚渫土に水を加えて水分調整を行う工程（b）を行ってもよい。両工程を行う場合には、通常、工程（a）、工程（b）の順に行う。工程（a）では、例えば、浚渫土を篩いにかけて異物除去を行う。また、工程（b）では、浚渫土の含水比が所望のレベルになるように水が加えられる。

前記混合工程は、浚渫土、骨材および結合材を混合し、十分に混練する。混練手段としては、例えば、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。
前記固化工程では、前記混合工程で得られた混合物（混練物）を、例えば、適当な型枠に流し込んで固化・養生（水和硬化）させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して固化・養生（水和硬化）させてもよい。この固化・養生の期間は、目標とする圧縮強度が得られるまでであり、一般には２８日程度である。特に、固化体を大量に製造する場合には、ヤードに層状に打設することが好ましい。

前記破砕工程では、前記固化工程で得られた固化体を用途に応じて適当な大きさに破砕処理する。この破砕処理は、破砕機を用いて行ってもよいし、また、上記のように混合物をヤードに層状に打設した場合には、ヤードの固化体をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理してもよい。また、通常は、破砕処理された固化体（塊状物）を篩で分級し、所定のサイズの塊状物を得る。例えば、潜堤材などとして用いる場合には、１５０〜５００ｍｍ程度の大きさの塊状物を得る。

浚渫土、骨材（製鋼スラグ）、結合材（高炉スラグ微粉末、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ）を混合して、固化体を製造した。浚渫土は、福山港から採取したものを使用した。骨材の製鋼スラグは、転炉脱炭スラグ（粒径０−２５ｍｍ）を用いた。この実施例では、浚渫土と骨材と結合材の混合物を混練し、この混練物を型枠に打設し、５℃、１０℃、２０℃の各温度で２８日間養生を行い、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍサイズの固化体を製造した。
浚渫土と骨材と結合材の混合物について、そのスランプ値をスランプ試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０１：２００５）により測定した。また、製造された固化体の圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。それらの結果を、浚渫土の含水比、混合物の原料配合割合、（1）式で規定する混合物の強度指数、養生温度とともに表１に示す。

表１に示すとおり、養生温度が２０℃の場合には、No.７、８の参考例のように強度指数１．５となる結合材の配合量とすることで、２８日養生後の圧縮強度を１５Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。一方、養生温度１０℃以下の場合には、No.１の比較例のように強度指数１．５となる結合材の配合量では、２８日養生後の圧縮強度を１５Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができない。これに対して、No.２〜５の発明例のように強度指数１．８以上となる結合材の配合量とすることで、２８日養生後の圧縮強度を１５Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。

Claims (3)

1. 含水比が２１０〜３００％の浚渫土、骨材および結合材を混合して、それらの配合量が混合物中の容積率で、浚渫土（水分を含む）：５５〜６０％、結合材：１９〜３７％、骨材：４〜２９％である混合物とし、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る固化体の製造方法であって、
   結合材として、高炉スラグ微粉末、普通ポルトランドセメントおよびフライアッシュを用い、混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程における養生温度が５〜１０℃となる場合に、
   混合物の下記（1）式で規定される強度指数を１．８以上とすることにより、２８日養生後の圧縮強度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上となる固化体を得ることを特徴とする固化体の製造方法。
   強度指数＝（ＢＰ＋２×ＮＰ＋０．３５×ＦＡ）／Ｗ …（1）
   但し ＢＰ：混合物１ｍ^３当たりの高炉スラグ微粉末の配合量（ｋｇ）
   ＮＰ：混合物１ｍ^３当たりの普通ポルトランドセメントの配合量（ｋｇ）
   ＦＡ：混合物１ｍ^３当たりのフライアッシュの配合量（ｋｇ）
   Ｗ ：混合物１ｍ^３当たりの水分量（ｋｇ）
2. 骨材が製鋼スラグであることを特徴とする請求項１に記載の固化体の製造方法。
3. 結合材中の高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントの比率を、容積比で高炉スラグ微粉末：普通ポルトランドセメント＝３：１〜６：１とすることを特徴とする請求項１または２に記載の固化体の製造方法。