JP6766832B2

JP6766832B2 - 製鋼スラグ路盤材の製造方法

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Publication number: JP6766832B2
Application number: JP2018022591A
Authority: JP
Inventors: 孝一市川; 克則 ▲高▼橋; 渡辺　圭児; 圭児渡辺
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-02-10
Filing date: 2018-02-10
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2038-02-10
Also published as: JP2019137584A

Description

この発明は、製鋼スラグを蒸気エージングして製造される製鋼スラグ路盤材の製造方法に関する。

製鋼スラグは、精錬で添加される石灰源やマグネシア源の一部が未溶融或いは他の成分と化合物を形成しないで遊離したまま残留している。このような遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯが水分と水和反応すると、体積が２倍以上に膨張して周囲の構造物を破壊するため、製鋼スラグを石材や道路路盤材として利用するには、使用前の段階で水和反応を促進して沈静化しておく必要がある。

製鋼スラグ中の遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯを水分と速やかに反応させるのに、昇温と水分供給を同時に行なう蒸気での反応促進（蒸気エージング）が一般的に実施されている。蒸気エージングには、常圧で行われるものと加圧状態で行われるもの（加圧蒸気エージング）があるが、常圧の蒸気エージングは、加圧蒸気エージングに較べて処理速度は小さいが、簡易な設備で大量処理が可能である利点がある（例えば、特許文献１）。

特開昭６３−２６０８４２号公報

製鋼スラグを蒸気エージングするとスラグ粒子の一部は膨張反応で崩壊するため、粒度分布は細かい側に変化する。膨張を抑制しようとして、常圧での蒸気エージングの時間を長くすると、細粒化は進むが膨張性の安定化は鈍る。そうして、路盤材製品の膨張基準を満たすような安定した路盤材を製造するエージング処理の生産性が落ちる。

したがって本発明の目的は、製鋼スラグを常圧で蒸気エージングして製鋼スラグ路盤材を製造する方法において、膨張性が極めて低い製鋼スラグ路盤材を高い生産性で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］粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に常圧で蒸気エージングを施した製鋼スラグ（ａ）について、下記（ｉ）又は（ii）の条件で細粒・微粉分を増減することにより、製鋼スラグ（ａ）の粒度分布をAndreazenの曲線式で近似した場合に、Fuller指数が０．４〜０．６となるように製鋼スラグ（ａ）の粒度分布を調整することを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。
（ｉ）製鋼スラグ（ａ）の一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、製鋼スラグ（ａ）の残部と混合する。
（ii）以前に、粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕され且つ該破砕後に蒸気エージングが施された製鋼スラグを篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで得られている細粒・微粉分を、製鋼スラグ（ａ）に加えて混合する。

［2］上記［1］の製造方法において、製鋼スラグ（ａ）の少なくとも一部が、塩基度（但し、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比）が３．３以上の製鋼スラグであることを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、製鋼スラグ（ａ）が同日に同じ精錬設備で発生した脱炭スラグであり、該製鋼スラグ（ａ）の一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、製鋼スラグ（ａ）の残部と混合することにより、製鋼スラグ（ａ）の細粒・微粉分を減少させて粒度分布を調整することを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。

［4］上記［1］又は［2］の製造方法において、製鋼スラグ（ａ）が２種以上の製鋼スラグからなり、そのなかの１種の製鋼スラグ（ａ1）の全部又は一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、残りの１種以上の製鋼スラグ（ａ2）及び製鋼スラグ（ａ1）の残部（但し、製鋼スラグ（ａ1）の全部を上記分級した場合を除く。）と混合することにより、製鋼スラグ（ａ）の細粒・微粉分を減少させて粒度分布を調整することを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。
［5］上記［4］の製造方法において、製鋼スラグ（ａ1）が同日に同じ精錬設備で発生した脱炭スラグであり、製鋼スラグ（ａ2）が脱炭スラグ以外の製鋼スラグであることを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。

［6］上記［1］〜［5］のいずれかの製造方法において、篩（ｘ）の篩目が４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの製造方法において、粒度分布を調整した後の製鋼スラグ（ａ）の粒度が、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）に粒度範囲が定められているＣＳ−４０、ＣＳ−３０、ＣＳ−２０、ＭＳ−２５、ＨＭＳ−２５のいずれかの粒度範囲を満足することを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。

本発明によれば、適用したエージング条件で到達し得る最低レベルにまで膨張性を低減した製鋼スラグ路盤材を高い生産性で製造することできる。このため膨張性の製鋼スラグを従来と同じエージング条件や蒸気原単位で蒸気エージングした場合でも、より多くの膨張率合格品（路盤材製品）を得ることができる。また、本発明法で製造された製鋼スラグ路盤材は、膨張性が極めて低いだけでなく、密度が高いため締め固め性にも優れている。

標準９２回／層×３層の突き固めを、４６回／層×３層、９２回／層×３層、１８４回／層×３層と変化させて製鋼スラグの突き固めを行った各供試体の乾燥密度を示すグラフ図１に示す各供試体について、８０℃に保持した水槽に浸漬した水浸試験での膨張率の推移を示すグラフ図１及び図２の供試体が得られた３層の突き固めにおいて、１層だけ突き固めた時点で採取された試料の粒度分布を示すグラフ常圧で蒸気エージングを施した供試体（製鋼スラグ）の乾燥密度と水浸膨張率との関係を示すグラフ Andreasenの曲線（積算分布）を示すグラフ常圧で蒸気エージングを施した種々の製鋼スラグ試料の粒度分布をAndreasenの曲線式で近似した場合のFuller指数ｑと、各試料の突き固め時の乾燥密度（ＪＩＳＡ１２１０（２００９）に定められたＥ−ｂの方法に従い標準９２回／層×３層の突き固めを行って得られた乾燥密度）との関係を示すグラフ常圧で蒸気エージングを施した製鋼スラグの水浸膨張率（８０℃一定保持で４日後の膨張率）とFuller指数ｑとの関係を示すグラフ塩基度３．３〜３．９の製鋼スラグを常圧で蒸気エージングした場合の粒度分布の変化（蒸気エージング前後での粒度分布の変化）を示すグラフ常圧での蒸気エージング後の製鋼スラグについて、その粒度分布をAndreazenの曲線式で近似し、Fuller指数ｑを求めた結果の一例を示すグラフ

以下の説明において、「常圧の蒸気エージング」などという場合のほかに、単に「蒸気エージング」という場合も、特に断りがない限り、常圧（大気圧）で行われる蒸気エージングを意味するものとする。
本発明者は以下のような実験を行った。
路盤材の膨張性評価に用いられる突き固め試験では、条件により突き固め回数が決められている。ＪＩＳＡ１２１０（２００９）に定められたＥ−ｂの方法では、内径１５０ｍｍの円筒容器（ＣＢＲ試験型枠）に１層につき４．５ｋｇのランマを９２回落下させて突き、これを３層で突いて高さ１２５ｍｍに突き固める。突き固めた供試体の質量が分かれば、事前に調整した含水比を基にして、乾燥時の供試体質量および密度が求められる。

標準９２回／層×３層の突き固めを、４６回／層×３層、９２回／層×３層、１８４回／層×３層と変化させて製鋼スラグの突き固めを行い、突き固めた各供試体の乾燥密度を測定した。その結果を図１に示すが、突き固め回数を増やすと乾燥密度は増大している。一方、突き固めた供試体を８０℃に保持した水槽に浸漬して膨張の推移を計測した。図２に、この水浸試験での各供試体の膨張率の推移を示すが、膨張率は密度の小さい順に大きくなっている。すなわち、膨張率は４６回／層＞９２回／層＞１８４回／層となっている。上記３層の突き固めにおいて、１層だけ突き固めた時点の試料を採取し、粒度分布測定した結果を図３に示すが、突き固め回数が１８４回では粗粒が若干崩壊した様子が分かる。

以上の結果は、数多く突き固めて多少粒子が壊れたとしても、密度が高くなるように充填させた方が膨張は小さくなることを示している。
その他これまで、常圧の蒸気エージングの処理時間を４８時間から９６時間まで変化させた種々の条件で試験した水浸膨張試験供試体（製鋼スラグ）について乾燥密度と水浸膨張率（ここでは８０℃一定保持で４日後の膨張率で比較）を調べた結果では、乾燥密度が小さい供試体ほど膨張性が大きい傾向があった。

図４は、蒸気エージング（処理時間：７２±２４時間）を施した供試体（製鋼スラグ）の乾燥密度（ＪＩＳＡ１２１０（２００９）に定められたＥ−ｂの方法に従い標準９２回／層×３層の突き固めを行って得られた乾燥密度）と水浸膨張率との関係を示しているが、上記と同様の傾向が見られる。
一つのスラグ粒子に注目した場合、充填性が高く周囲の粒子からの拘束が大きいと、粒子の亀裂内にある膨張源が反応して膨張し、粒子自体を膨張させようとしても、拘束されて自由には反応が進まない。膨張反応によって粒子をより破壊して亀裂を進展させれば、反応進行中の膨張源や進展した亀裂先端にある未反応膨張源に水分が到達する空間が広げられる。しかし、粒子周辺の拘束が強いと、水分を膨張源に供給するための空間を容易には広げられず、結果として、膨張反応が抑制される。

製鋼スラグの密度を高めるには、粗粒が密に配列し、粗粒間に生じる空隙を細粒が埋め、さらに微粉が細粒間に残る空隙を埋めていくのが望ましい。しかし、空隙を埋めるのに必要以上の細粒、微粉があれば、細粒どうしが接して小さな空隙を多数生じるために、結局、最密な充填からは離れていく。蒸気エージングを長くしても、細粒が必要以上に増えてしまえば、スラグ粒子のパッキングを悪化させて、膨張率の低減化を妨げる。

蒸気エージングを施した種々の製鋼スラグの粒度分布について調べたところ、粒度分布にかなりの差があることが判った。
連続粒度分布の表現についてAndreasenの曲線式があり、最大粒径（Ｄｐmax）に対して各中間径（Ｄｐ）での通過質量分率についてFuller指数ｑを用いて下記（1）式のように表す。
Ｕ（Ｄｐ）＝（Ｄｐ／Ｄｐmax）^ｑ …（1）
ここで、Ｄｐは粒径、Ｄｐmaxは最大粒径、Ｕ（Ｄｐ）は粒径Ｄｐまでの通過質量分率である。（出典：例えば「三輪茂雄、粉体工学、日刊工業新聞社、1981年、p.42」）
このAndreasenの曲線は図５のような積算分布になり、細かい粒子が多いほどFuller指数ｑは小さい値となる。実験的には、疎充填ではｑ＝１／２で、密充填ではｑ＝１／３で、それぞれ最も密度が高くなるとされている。

最大粒径ＤｐmaxとFuller指数ｑを変数として、蒸気エージングを施した種々の製鋼スラグ試料の粒度分布をAndreasenの曲線式で近似した。各試料の突き固め時の乾燥密度（ＪＩＳＡ１２１０（２００９）に定められたＥ−ｂの方法に従い標準９２回／層×３層の突き固めを行って得られた乾燥密度）とFuller指数ｑの関係を図６に示す。図６によれば、乾燥密度はｑが０．４〜０．６で最大となり、その前後は小さくなる傾向がある。細粒・微粉が増えるとｑは０．４を下回って、乾燥密度が小さくなる。逆にｑが０．６を上回るのは細粒・微粉を試験的に低減した水準であるが、やはり乾燥密度が小さい。これはｑに充填に最適な範囲があるということであり、Andreasenの曲線式の傾向にも合致している。

製鋼スラグの実際の破砕プラントにおいて、単純に破砕過程及び分級した粗粒の再破砕を経た製品では、細粒・微粉が例えば鉄鋼スラグ路盤材のＪＩＳ規格（ＪＩＳＡ５０１５）に照らして必要より少ないことはあまりなく、概ね細かく砕きすぎる場合が多いと考えられる。
さきに挙げた図４において乾燥密度が小さく、膨張が大きかった水準は殆んどｑが０．４未満である。ちなみに常圧で蒸気エージングを施した製鋼スラグの水浸膨張率（８０℃一定保持で４日後の膨張率）とFuller指数ｑとの関係をみると、図７に示すようにｑ＝０．５に向かって水浸膨張率が低下している。

Fuller指数ｑが０．６より大きくなると、粗粒どうしが接触する頻度が高くなり、粗粒間の空隙を埋める細粒が不足して、充填性が低下する。この場合も粒子間の拘束が低くなり、膨張崩壊をより自由に進められる環境になる。さらに、粗粒ばかりの場合は、ＪＩＳＡ５０１５に規定された水浸膨張試験で、試料粒子を型枠の中に突き固める際に、ランマの衝撃を粗粒が直接受ける確率が増し、かつ粗粒に接触している粒子が低充填で少ないため、周囲に応力を分散できなくなって、衝撃を受けた粗粒が高頻度で崩壊する。そうすると、新しい破面に未反応の膨張源が出現するため、蒸気エージングしたにも拘わらず、水浸膨張試験前に多くの未反応膨張源が反応しやすい状況となって、水浸膨張率を上昇させることになる。したがって、粒度を単純に粗粒化すればよい訳でもない。

以上のことから、本発明者は、蒸気エージングを施した製鋼スラグの水浸膨張は粒度分布によっても影響を受けており、粒度分布が不適切であるためにスラグ粒子の充填性が低下すると、水浸膨張が増大していることを見出した。したがって、望まれる蒸気エージングを実施しても、粒度分布が不適切であることによって膨張性が不合格判定になることが相当数起こっているものと考えられる。また、塩基度が高い製鋼スラグの場合、膨張源の遊離ＣａＯがスラグ内に広範に分布しているため、どの破面にも膨張源が現れることとなり、膨張崩壊の連鎖はさらに強くなる。このような現象は、特に塩基度（但し、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比。以下同様）が３．３以上の製鋼スラグで顕著になる。これは、スラグが凝結する高温段階で鉱物相中に３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（トリカルシウムシリケート）が現れるが、それが１２５０℃を下回るとＣａＯと２ＣａＯ・ＳｉＯ_２に分解してフリーのＣａＯを生成するため、膨張源がスラグ組織に広範に分散してしまうためである。

本発明者は、上記知見に基づきさらに検討を進めた結果、蒸気エージングを施した製鋼スラグに対して、所定の条件で細粒・微粉分を増減することにより、適用したエージング条件で到達し得る最小の膨張率の路盤材が得られることが判った。また、特に塩基度が高い製鋼スラグの場合には、蒸気エージングを施すとスラグ粒度が細粒化してしまうが、このような蒸気エージング後の製鋼スラグでも、上記のように所定の条件で細粒・微粉分を増減することにより、同様に最小の膨張率の路盤材が得られることが判った。具体的には、Fuller指数ｑが０．４〜０．６となるように粒度分布を調整することが望ましいことが判った。この方法によれば、蒸気エージング後の製鋼スラグの細粒・微粉分を増減するだけでよいため、膨張性が極めて低い製鋼スラグ路盤材を高い生産性で製造することができ、また、製造される製鋼スラグ路盤材は、密度が高いため締め固め性にも優れている。

このため本発明では、粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に常圧で蒸気エージングを施した製鋼スラグ（以下、説明の便宜上「製鋼スラグａ」という）について、下記（ｉ）又は（ii）の条件で細粒・微粉分を増減することにより、製鋼スラグａの粒度分布をAndreazenの曲線式で近似した場合に、Fuller指数が０．４〜０．６となるように製鋼スラグａの粒度分布を調整する。なお、粒径４０ｍｍ以下とは篩目が４０ｍｍ（呼び径）の篩を通過する粒径である。
（ｉ）製鋼スラグａの一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（以下、説明の便宜上「篩ｘ」という）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、製鋼スラグａの残部（有姿粒度の製鋼スラグａ）と混合する。
（ii）以前に、粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕され且つ該破砕後に蒸気エージング（常圧での蒸気エージング又は加圧蒸気エージング）が施された製鋼スラグを篩目が１０ｍｍ以下の篩ｘで分級することで得られている細粒・微粉分を、製鋼スラグａ（有姿粒度の製鋼スラグａ）に加えて混合する。

なお、上記（ii）の「以前に・・得られている細粒・微粉分」とは、以前に行われた分級において得られ、ストックされている細粒・微粒分のことである。
製鋼スラグは、鉄鋼製造プロセスの製鋼工程で発生するスラグであり、脱炭スラグ（転炉脱炭スラグ）、溶銑予備処理スラグ（脱珪スラグ、脱燐スラグなど）、造塊スラグ、溶融還元スラグ、電気炉スラグなどがあり、これらの１種以上を用いることができる。なかでも脱炭スラグは一般に塩基度が高いので、製鋼スラグａの一部又は全部が脱炭スラグである場合には、本発明の有用性は特に高いと言える

本発明において、蒸気エージング前の製鋼スラグａについて、その８０mass％以上を占めるスラグの最大粒径を４０ｍｍとしたのは、それより大きい径では内部に残留する膨張源が増加するため、蒸気エージングを施しても水浸膨張率のバラツキが大きくなり、膨張性が安定化しないためである。
Andreazenの曲線式で積算篩下の曲線が大きく変化するのは、Fuller指数ｑが１より小さい領域では粒径が最大粒径の２０％以下の部分と考えられる。篩目４０ｍｍで８０mass％以上通過する粒度分布であれば、最大粒径の２０％の粒径は実質的に１０ｍｍとなり、それ以下の細粒・微粉分の粒子量を調整することが望ましい。このため本発明では、上記（ｉ）、（ii）のように篩目が１０ｍｍ以下の篩ｘで分級することを通じて細粒・微粉分を増減し、粒度分布を調整する。

また、望まれるFuller指数ｑの１／２近傍では、積算篩下（粒径Ｄｐまでの通過質量分率）の変化が大きいのは粒径が最大粒径の約１０％以下（すなわち約４〜６ｍｍ以下）の部分であり、直接的に４〜６ｍｍ以下の粒子を増減することが粒度分布を操作しやすい。このため本発明では、上記（ｉ）、（ii）の篩ｘの篩目を４〜６ｍｍとし、その篩目を通過する粒径４〜６ｍｍ以下の細粒・微粉分の増減を行うことが好ましい。例えば、篩ｘの篩目を５ｍｍ（呼び径）とし、その篩目を通過する粒径５ｍｍ以下の細粒・微粉分の増減を行うものである（なお、以下の説明において「粒径５ｍｍ以下」、「−５ｍｍ」とは篩目５ｍｍ（呼び径）を通過する粒径のことである。）。すなわち、上記（ｉ）のように細粒・微粉分を減じる場合には、例えば、対象となる製鋼スラグａの山（同日に同じ精錬設備で発生し、粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に蒸気エージングを施した製鋼スラグ）の一部だけ篩目が５ｍｍ（呼び径）の篩ｘで分級することで粒径５ｍｍ以下の粒子を分離し、残りの山の部分（製鋼スラグａの残部）は分級することなく有姿粒度のままとし、分級した製鋼スラグａと分級しない有姿粒度のままの製鋼スラグａを混合する。この場合、篩目が５ｍｍの篩ｘで分級する製鋼スラグａの割合を変えることで、全体での粒径５ｍｍ以下の細粒・微粉分の割合を調整できる。一方、５ｍｍ以下の粒子が不足し、上記（ii）のように不足する細粒・微粉分を増やす場合には、それ以前の分級で篩い出したストックの−５ｍｍ分（粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕され且つ該破砕後に蒸気エージング（常圧での蒸気エージング又は加圧蒸気エージング）が施された製鋼スラグを篩目が５ｍｍ（呼び径）の篩ｘで分級することで得られている細粒・微粉分）を必要なだけ加え、混合する。そして、以上のような粒度分布の調整により、Fuller指数ｑが０．４〜０．６となるようにする。

製鋼スラグ路盤材には２種以上の製鋼スラグを混合して用いることも可能である。このように製鋼スラグａが２種以上の製鋼スラグからなる場合には、そのうちの１種の製鋼スラグａ1（粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に蒸気エージングを施した製鋼スラグ）の全部又は一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩ｘ（例えば、篩目が呼び径５ｍｍの篩ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、分級しない有姿粒度のままの残りの１種以上の製鋼スラグａ2（粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に蒸気エージングを施した製鋼スラグ）及び製鋼スラグａ1の残部（但し、製鋼スラグａ1の全部を上記分級した場合を除く。）と混合することにより粒度分布を調整するようにしてもよい。この場合、（1）篩目が１０ｍｍ以下の篩ｘ（例えば、篩目が呼び径５ｍｍの篩ｘ）で分級する製鋼スラグａ1の割合を変えること、（2）製鋼スラグａ1と製鋼スラグａ2の量比を変えること、のいずれか又は両方により、全体での粒径５ｍｍ以下の細粒・微粉分の割合を調整できる。そして、以上のような粒度分布の調整により、Fuller指数ｑが０．４〜０．６となるようにする。

上記のように製鋼スラグ路盤材に２種以上の製鋼スラグを混合して用いる場合の代表例は、製鋼スラグａ1が同日に同じ精錬設備で発生した脱炭スラグであり、製鋼スラグａ2が脱炭スラグ以外の製鋼スラグである場合である。製鋼スラグａ1である脱炭スラグは一般に塩基度が高く、塩基度が３．３以上である場合が多い。一方、製鋼スラグａ2である脱炭スラグ以外の製鋼スラグは、その種類により種々の塩基度を有する。

本発明において、Fuller指数ｑが０．４〜０．６となるように粒度分布を調整するのは、蒸気エージング後の製鋼スラグａである。製鋼スラグに蒸気エージングを施すとスラグが細粒化するが、塩基度が高い製鋼スラグ、特に塩基度が３．３以上の製鋼スラグは膨張源の遊離ＣａＯがスラグ内に広範に分布しているため、膨張崩壊の連鎖を生じる傾向が強く、蒸気エージングを施すことにより細粒・微粉化を生じやすい。図８に、塩基度３．３〜３．９の製鋼スラグを蒸気エージングした場合の粒度分布の変化（蒸気エージング前後での粒度分布の変化）を示す。図８に示されるように、製鋼スラグの塩基度が高いほど、蒸気エージング後の細粒・微粉が増加するため、粒度分布の変化が大きくなる。また、精錬各チャージの塩基度自体のバラツキ範囲も拡大し、蒸気エージング後の粒度変化が予測しにくくなる。このため、所望のFuller指数ｑに調整するには、蒸気エージング後の粒度分布を測定してから粒度調整を行うことが好ましく、これによりFuller指数ｑを０．４〜０．６の範囲に確実に入れることができる。
また、上記の点からして、本発明法は、製鋼スラグａの一部又は全部が塩基度３．３以上の製鋼スラグである場合に、特に有用性が高いと言える。

蒸気エージングの処理時間は２４〜１４４時間程度が適当である。ここで、処理時間とは、山積みされたスラグベッドの昇温期間（測温している温度計がほぼ１００℃に達するまで）が終わってからの約１００℃での保温時間をいう。処理時間の望ましい上限を１４４時間としたのは、処理時間が長すぎると生産性が低下するからである。また、処理時間の望ましい下限を２４時間としたのは、蒸気が吹き込まれた山積みスラグが均一に昇温して反応促進するには、最低でも２４時間は必要だからである。

本発明法において、粒度分布を調整した後の製鋼スラグの粒度は、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）に粒度範囲が定められているＣＳ−４０、ＣＳ−３０、ＣＳ−２０、ＭＳ−２５、ＨＭＳ−２５のいずれかの粒度範囲を満足することが好ましい。これらは道路用鉄鋼スラグの粒度を含めた物性を規定したものであり、規格名の数字は概ねの最大粒径を示している。実用上はこの粒度を満たすものが道路舗装工事に用いられるため、路盤材用途の販売にはこの規格に合格する必要がある。
以上のような本発明法で製造される製鋼スラグ路盤材は、粒度分布をAndreazenの曲線式で近似した場合に、Fuller指数が０．４〜０．６となる粒度分布を有することが好ましい。
本発明により製造された製鋼スラグ路盤材は、単独で使用（施工）してもよいし、他の路盤材料（例えば、他のスラグ路盤材や砕石など）と混合して使用（施工）してもよい。

原料となる製鋼スラグは、脱炭スラグと造塊スラグであり、いずれも粒径４０ｍｍ以下に破砕されたもの（篩目４０ｍｍ（呼び径）の篩を通過したもの）である。脱炭スラグは、遊離ＣａＯ含有量が４．９〜６．１mass％、塩基度が３．３〜４．３であり、造塊スラグは、遊離ＣａＯ含有量が１．３mass％、塩基度が２．７〜２．９であった。実施例１及び実施例２では、脱炭スラグとして、未処理状態の有姿粒度のスラグＡを常圧で蒸気エージングしたスラグＢ（粒度０−４０ｍｍ）と、このスラグＢから篩目が５ｍｍ（呼び径）の篩で−５ｍｍの粒子を分級・排除したスラグＣ（粒度５−４０ｍｍ）を用いた。スラグＢとスラグＣは同日に同じ精錬設備で発生したスラグである。また、実施例２では、造塊スラグとして、分級されていない有姿粒度であって常圧で蒸気エージングしたスラグＤ（粒度０−４０ｍｍ）を用いた。また、実施例３では、脱炭スラグとして、分級されていない有姿粒度であって常圧で蒸気エージングしたスラグＥ（粒度０−４０ｍｍ）と、以前に、粒径４０ｍｍ以下に破砕され且つ該破砕後に常圧で蒸気エージングが施された脱炭スラグを篩目が５ｍｍ（呼び径）の篩で分級した際に篩下となり、ストックされていたスラグＦ（粒度０−５ｍｍ）を用いた。なお、スラグＥは粒度０−４０ｍｍであるが、全体的に粒度が粗く、細粒分が少ない粒度分布のスラグである。

スラグＡ〜Ｆの粒度分布を測定するとともに、スラグＡ〜ＥについてAndreasenの曲線式におけるFuller指数ｑをグラフソフトの回帰機能を用いて求めた。その一例を図９に示す。その際、通過質量分率１００mass％、すなわち全通となる篩目の通過質量分率はデータとせず、通過質量分率１００mass％未満の篩目での通過質量分率のみをデータとして近似した。また、スラグＡ〜Ｅについて、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）附属書２に定めた水浸膨張試験を行い、乾燥密度と水浸膨張率を測定した。
スラグＢ〜Ｆのうちの２つのスラグを混合する際には、スラグの混合にホイルローダー等の重機を用い、切り返しを数度繰り返すことで混合を均一化した。

スラグの通過質量分率（粒度分布）を測定するのに、３７．５ｍｍ（呼び径４０ｍｍ）、３１．５ｍｍ、２６．５ｍｍ、１９．０ｍｍ、１３．０ｍｍ、９．５ｍｍ（呼び径１０ｍｍ）、４．７５ｍｍ（呼び径５ｍｍ）、２．３６ｍｍ、１．１８ｍｍ、０．６ｍｍ、０．４２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．０７５ｍｍの篩を用いた。この篩系列は、骨材粒度を測定する篩系列とスラグ路盤材の粒度を測定する篩系列の折衷となっている。これは、スラグ路盤材の篩系列よりも細粒側の分布を精密に測定するためである。ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）道路用鉄鋼スラグでは水浸膨張率を１．５％以下と規定しているが、実操業では製品中のバラツキがあることを考慮して、より小さな膨張率にまで安定化することがよく行われる。本実施例では、蒸気エージング後のスラグ単味で水浸膨張率を０．５％以下にまで低減することを目安とした。
蒸気エージングは、１．５ｍ層厚で山積みしたスラグの下方から蒸気を吹き込んで昇温するエージング設備で約１００℃に達してから７２時間保持する条件で実施した。

［実施例１］
比較例３を除き、−５ｍｍの細粒分を分級・排除したスラグＣ（脱炭スラグ、粒度５−４０ｍｍ）と、−５ｍｍの細粒分を分級・排除していない有姿粒度のスラグＢ（脱炭スラグ、粒度０−４０ｍｍ）を混合し、所定の粒度分布を有する発明例１〜３及び比較例１、２のスラグ（試料）とした。なお、比較例３は、有姿粒度のスラグＢ（脱炭スラグ、粒度０−４０ｍｍ）のみからなるスラグ（試料）である。各スラグについて、上述した方法で粒度分布測定とFuller指数ｑの算出を行った。また、各スラグについて、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）附属書２に定めた水浸膨張試験を行い、乾燥密度と水浸膨張率を測定した。

それらの結果を、スラグＡ〜Ｃ単味での粒度分布、Fuller指数ｑ、水浸膨張率及び乾燥密度とともに表１及び表２に示す。これによれば、Fuller指数ｑが０．４〜０．６の範囲にある発明例１〜３は、比較例と較べて乾燥密度が高く、水浸膨張率は低い。これに対して、Fuller指数ｑが０．４よりも小さい比較例２、３と、Fuller指数ｑが０．６よりも大きい比較例１では、発明例と同じ由来のスラグであるにも関わらず乾燥密度が低く、水浸膨張率は高い。

［実施例２］
−５ｍｍの細粒分を分級・排除したスラグＣ（脱炭スラグ、粒度５−４０ｍｍ）と、−５ｍｍの細粒分を分級・排除していない有姿粒度のスラグＤ（造塊スラグ、粒度０−４０ｍｍ）を混合し、所定の粒度分布を有する発明例４及び比較例４のスラグ（試料）とした。各スラグについて、上述した方法で粒度分布測定とFuller指数ｑの算出を行った。また、各スラグについて、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）附属書２に定めた水浸膨張試験を行い、乾燥密度と水浸膨張率を測定した。

それらの結果を、スラグＣ、Ｄ単味での粒度分布、Fuller指数ｑ、水浸膨張率及び乾燥密度とともに表３及び表４に示す。これによれば、スラグＣ（脱炭スラグ、粒度５−４０ｍｍ）とスラグＤ（造塊スラグ、粒度０−４０ｍｍ）を０．７５：０．２５の割合（質量比）で混合した比較例４は、Fuller指数ｑが０．６よりも大きい。一方、スラグＣとスラグＤを０．４：０．６の割合（質量比）で混合した発明例４は、Fuller指数ｑが０．４〜０．６の範囲内にある。ここで、スラグＣ、Ｄをそれぞれ単味で使用した場合をみると、Fuller指数ｑはともに０．４〜０．６の範囲から外れているが、造塊スラグであるスラグＤは遊離ＣａＯ量が少ないために、膨張安定化が速やかに起こり、蒸気エージング後の水浸膨張率は０．２９％と低い。一方、脱炭スラグであるスラグＣは、遊離ＣａＯ量がスラグＤよりも多く、乾燥密度が低く、水浸膨張率は１．０２％と高い。発明例４の場合、乾燥密度が高くなり、水浸膨張率はスラグＣとスラグＤの重み付けの水浸膨張率平均より低い値となっており、粒度分布の調整による効果が現れている。

[実施例３]
−５ｍｍの細粒分を分級・排除していない有姿粒度のスラグＥ（脱炭スラグ、粒度０−４０ｍｍ）と篩目５ｍｍの篩下のスラグＦ（脱炭スラグ、粒度０−５ｍｍ）を混合し、所定の粒度分布を有する発明例５のスラグ（試料）とした。このスラグについて、上述した方法で粒度分布測定とFuller指数ｑの算出を行った。また、同スラグについて、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）附属書２に定めた水浸膨張試験を行い、乾燥密度と水浸膨張率を測定した。

その結果を、スラグＦ単味での粒度分布、スラグＥ単味での粒度分布、Fuller指数ｑ、水浸膨張率及び乾燥密度とともに表５及び表６に示す。これによれば、細粒分がやや少ない有姿粒度のスラグＥ（脱炭スラグ、粒度０−４０ｍｍ）はFuller指数ｑが０．６より大きい。これに対して、有姿粒度のスラグＥに細粒のスラグＦ（脱炭スラグ、粒度０−５ｍｍ）を８６：１４の割合（質量比）で混合した発明例５は、Fuller指数ｑが０．４〜０．６の範囲内にある。また、発明例５は、スラグＥに較べて乾燥密度が高く、水浸膨張率は０．５％を下回っている。

Claims

粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕した後に常圧で蒸気エージングを施した製鋼スラグ（ａ）について、下記（ｉ）又は（ii）の条件で細粒・微粉分を増減することにより、製鋼スラグ（ａ）の粒度分布をAndreazenの曲線式で近似した場合に、Fuller指数が０．４〜０．６となるように製鋼スラグ（ａ）の粒度分布を調整することを特徴とする製鋼スラグ路盤材の製造方法。
（ｉ）製鋼スラグ（ａ）の一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、製鋼スラグ（ａ）の残部と混合する。
（ii）以前に、粒径４０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上となる粒度に破砕され且つ該破砕後に蒸気エージングが施された製鋼スラグを篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで得られている細粒・微粉分を、製鋼スラグ（ａ）に加えて混合する。
製鋼スラグ（ａ）の少なくとも一部が、塩基度（但し、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比）が３．３以上の製鋼スラグであることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。
製鋼スラグ（ａ）が同日に同じ精錬設備で発生した脱炭スラグであり、該製鋼スラグ（ａ）の一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、製鋼スラグ（ａ）の残部と混合することにより、製鋼スラグ（ａ）の細粒・微粉分を減少させて粒度分布を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。
製鋼スラグ（ａ）が２種以上の製鋼スラグからなり、そのなかの１種の製鋼スラグ（ａ1）の全部又は一部について篩目が１０ｍｍ以下の篩（ｘ）で分級することで細粒・微粉分を減じた後、残りの１種以上の製鋼スラグ（ａ2）及び製鋼スラグ（ａ1）の残部（但し、製鋼スラグ（ａ1）の全部を上記分級した場合を除く。）と混合することにより、製鋼スラグ（ａ）の細粒・微粉分を減少させて粒度分布を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。
製鋼スラグ（ａ1）が同日に同じ精錬設備で発生した脱炭スラグであり、製鋼スラグ（ａ2）が脱炭スラグ以外の製鋼スラグであることを特徴とする請求項４に記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。
篩（ｘ）の篩目が４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。
粒度分布を調整した後の製鋼スラグ（ａ）の粒度が、ＪＩＳＡ５０１５（２０１３）に粒度範囲が定められているＣＳ−４０、ＣＳ−３０、ＣＳ−２０、ＭＳ−２５、ＨＭＳ−２５のいずれかの粒度範囲を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製鋼スラグ路盤材の製造方法。