JPH0930873A

JPH0930873A - 透水性セラミックブロックの製造方法

Info

Publication number: JPH0930873A
Application number: JP18558695A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tokuda; 章博徳田; Mitsunobu Otani; 光伸大谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-21
Also published as: JP3446409B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、従来の透水性セラミックブロックの
上述した問題点を解決し、大量に発生する鉄鋼スラグを
有効利用することができる上に、透水性や強度に優れて
いるばかりか、保水性に優れ、特に歩道、公園その他の
広場を舗装するのに好適な透水性セラミックブロックを
安定して生産することができる製造方法を提供せんとす
るものである。【解決手段】本発明の透水性セラミックブロックの製造
方法は、最大粒径が９．５ｍｍ以下である鉄鋼スラグを
７５重量％以上含む骨材と焼結バインダーを含む混合物
を成形した後、焼成することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大量に発生する鉄
鋼スラグを有効利用し、道路構造物、たとえば、車道、
歩道、公園その他の広場、駐車場、各種建造物（ビルな
ど）の外構の舗装に適した透水性セラミックブロックを
製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、雨水を地中に還元することによっ
て下水道や都市河川に流入する雨水を低減し、下水処理
場の負担を軽減したり、河川の氾濫を防止したりするこ
とが重要な課題となっている。また、雨水を地中に還元
することによって地下水の枯渇を防ぎ、地盤沈下を防止
したり、都市部における植裁を促進したりすることも重
要なことである。さらに、降雨時の跳ね返りが少なく、
水たまりのできにくい、歩行感に優れた歩道も要求され
ている。透水ブロックは、このような要求を満たすのに
好適な材料として注目されている。

【０００３】さて、本願出願人は、既にそのような透水
性ブロックとして、特願平７−３８１９７号を提案して
いる。この発明では、骨材として最大寸法が４．７５ｍ
ｍ以下、平均粒径が１．５〜２．５ｍｍの範囲にある無
機質骨材を基層材料に用いており、その無機質骨材とし
ては、鉄鋼スラグ、天然石、陶磁器などの破砕物を用い
たものを提案している。

【０００４】しかしながら、破砕機を通し、最大寸法や
平均粒径を規定範囲に収めても、広い粒度分布を持って
いる場合、特に微粒側に広い粒度分布を持っている場合
には成形時の充填性や、焼成後の強度、透水機能などの
点で、必ずしも充分な特性が得られないことがわかっ
た。

【０００５】また、強度を向上させる目的で、焼結バイ
ンダーの量を増やしたり、焼成温度を上げたりすると、
空隙率が低下し、透水機能がさらに低下すると同時に、
保水性も低下してしまう。

【０００６】特に、鉄鋼スラグの破砕物を用いる場合、
陶磁器を破砕する場合に比べ、鉄鋼スラグは容易に微粒
側に粒度分布が広がりやすい性質を持ち、上記の問題点
が顕著であった。しかし、鉄鋼スラグを骨材として用い
ることで、安価で品質の安定した原料を大量に利用でき
る利点もあり、さらに鉄鋼スラグの持つ多孔性のため、
本発明における透水性ブロックは、透水性だけでなく、
優れた保水性を発現できる利点があるという特徴を有す
る。すなわち、地中に還元できる透水機能に加え、保水
機能により、コンクリートやアスファルト舗装とは異な
り路面温度の著しい上昇を防ぐ効果がある。これは、雨
上がりや散水時にブロック内に貯えられた水が徐々に蒸
発すること、また、散水しない場合でも地盤からの水分
蒸発を促すことからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の透水
性セラミックブロックの上述した問題点を解決し、大量
に発生する鉄鋼スラグを有効利用することができる上
に、透水性や強度に優れているばかりか、保水性に優
れ、特に歩道、公園その他の広場を舗装するのに好適な
透水性セラミックブロックを安定して生産することがで
きる製造方法を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用する。すなわ
ち、本発明の透水性セラミックブロックの製造方法は、
最大粒径が９．５ｍｍ以下である鉄鋼スラグを７５重量
％以上含む骨材と焼結バインダーを含む混合物を成形し
た後、焼成することを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、ブロックを構成する骨
材が広い粒度分布を持ち、かつ、微粒側に広い粒度分布
を持つ場合に惹起する、成形時の充填性、焼成後の強度
および透水機能などの問題、さらに焼結バインダーの増
量による空隙率低下および透水機能ののさらなる低下お
よび保水性の低下の問題などについて鋭意検討したとこ
ろ、鉄鋼スラグの特定サイズ、さらには特定粒度分布を
有するものを積極的に採用し、かつ、焼結バインダーを
混合することによって、上述の課題を一挙に解決するこ
とを究明したものである。

【００１０】本発明によって、初めて鉄鋼スラグ製の、
しかも、透水性、強度および保水性に優れたセラミック
ブロックの安定生産を実現することができたものであ
る。

【００１１】本発明の透水性セラミックブロックは、次
の基層材料の調整、表層材料の調整、成形工程および焼
成工程を経て製品化される。以下、それぞれの工程での
詳細な製造方法について詳細に説明する。

【００１２】まず、基層材料の調製工程においては、骨
材に糊剤、焼結バインダーを添加、混合して基層材料を
調製するものである。すなわち、本発明で使用する骨材
は、鉄鋼スラグであり、鉄鋼の製錬時に大量に生成され
る溶融スラグを分離、回収後、冷却したもので、高炉ス
ラグ、転炉スラグ、電気炉スラグなどがある。かかる鉄
鋼スラグは、天然原料に比べ品質が安定した骨材であ
り、大量に消費する土木建材用の原料としても最適のも
のである。本発明で使用する骨材は、かかる鉄鋼スラグ
を７５重量％以上含む骨材である。かかる鉄鋼スラグの
大きさは、最大寸法９．５ｍｍ以下の粒径のものを使用
する。さらに好ましくは、９．５〜４．７５ｍｍの範囲
の粒子が２０重量％未満、４．７５〜１．１８ｍｍの範
囲の粒子が５０重量％以上、１．１８〜０ｍｍの範囲の
粒子が４０重量％未満である粒度分布を持つものを使用
するのがよい。

【００１３】骨材に鉄鋼スラグ以外の原料が２５重量％
を越えて含まれると、鉄鋼スラグの持つ多孔性、高耐火
度、品質安定性が失われ、焼成時に骨材の融解部分が増
え、収縮量も大きくなり、製品の寸法精度や空隙率、透
水機能が低下する。粒径が９．５ｍｍを越える骨材が含
まれると、強度や製品表面平滑性が損なわれる。９．５
〜４．７５ｍｍの範囲の粒子が２０重量％以上であって
も同様に強度や製品表面平滑度を損なう。１．１８〜０
ｍｍの範囲の粒子が４０重量％を越えて含まれる粒度分
布を持つと、成形時の充填性が阻害され、焼成後の強度
が低下する。また、空隙の寸法も小さな部分が増え、透
水性が低下するようになる。

【００１４】かかる鉄鋼スラグの粒度分布のうち、１．
１８〜０．４２５ｍｍの範囲が３０重量％未満、０．４
２５〜０ｍｍの範囲が１０重量％未満であるとより好ま
しく、上述した製品の特性、すなわち強度や製品平滑
性、透水性がさらに向上する。なお、この発明において
破砕片の最大寸法は、ＪＩＳＺ８８０１に規定された
ふるいで骨材５００ｇをふるい、１００〜９５重量％の
骨材が通過するふるいのうち最小のふるいの呼び寸法と
して表される。また、粒度分布も同じく、ＪＩＳＺ８
８０１に規定されたふるいで骨材２ｋｇをふるい分け、
その重量比で表す。

【００１５】本発明で用いる鉄鋼スラグは、Ｃa Ｏ含有
量が重量比で３５〜５５％の範囲にあるものが好まし
く、さらにＣa Ｏが、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓi Ｏ₂、Ｍg Ｏと
の間でメリライト系の結晶構造を有していることが好ま
しい。Ｃa Ｏ含有量は、化学的な重量分析や原子吸光法
や蛍光Ｘ線分析法などにより定量が可能である。Ｃa Ｏ
含有量が３５〜５５％の範囲を外れると、焼成時に急速
な収縮を生じ、寸法精度が悪く、製品間の強度や透水機
能のバラツキも大きくなる。メリライト系の結晶構造と
は、２Ｃa Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｓi Ｏ₂のゲーレナイト
と、２Ｃa Ｏ・ＭgＯ・２Ｓi Ｏ₂のアケルマナイトの
固溶体を多く含んでおり、Ｘ線回折法によりゲーレナイ
トやアケルマナイトの結晶構造は確認できる。鉄鋼スラ
グの中には、溶融状態からの冷却の方法や程度により、
ガラス化率の異なったスラグが得られる。急冷した場合
にはガラス化率の高いスラグが生成される。そのような
スラグは、急冷の熱衝撃により、多くのクラックや気泡
を発生し、所望の強度や粒度の骨材が得られにくい。ま
た、ガラス質は、焼成時に焼結バインダーや他の添加剤
などと極めて反応しやすく、収縮が大きく寸法精度を劣
化させたり、貫通していた気孔を閉じ込め、透水機能を
落とす傾向を有するので、好ましくはガラス化率の低い
結晶質スラグを用いるのがよい。結晶質のスラグとは、
Ｃa Ｏ含有量から鑑み、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓi Ｏ₂、Ｍg Ｏ
との間でメリライト系の結晶構造を有しているものが好
ましく、Ｘ線回折法によりそれらの結晶の回折パターン
の確認できるスラグが好ましく使用される。

【００１６】一方、焼結バインダとしては、骨材よりも
融点の低い長石、粘土、天然石またはガラスの粉末を用
いることができる。かかるバインダーの熱膨張率は、焼
成中に骨材やバインダーに発生する歪みを小さくするた
めに、骨材のそれと同等かそれ以上であるのが好まし
い。バインダーは焼成時に溶融して骨材同士を結合する
が、バインダーの最大粒径は、好ましくは０．４２５ｍ
ｍ以下のものが、骨材同士の結合が一様に行われ、ま
た、焼成時の溶融に時間がかからず、エネルギーコスト
が上昇しない利点がある。また、バインダーの量は、ブ
ロックの強度や透水性を考慮しながら決めるが、通常、
骨材１００重量部に対して３〜２０重量部ほど添加す
る。

【００１７】また、成形用糊剤としては、カルボキシメ
チルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、でんぷ
んなどの有機糊剤や、水ガラスやセメントなどの無機質
糊剤を用いることができる。通常、粉体形状のものは、
加水して水溶液やペーストの形で用いる。ただし、乾粉
で混合し、その混合物に後から加水する方法をとっても
良い。かかる糊剤の量は、後の成形時における保形性や
焼成時における成形体のハンドリング性などを考慮して
決めるが、通常、骨材１００重量部に対して５〜２０重
量部ほど添加する。

【００１８】さて、骨材と糊剤、焼結バインダを混合す
る際、まず、骨材に、液状にした糊剤を、たとえばシャ
ワーにして少しずつ添加しながら混合すると良い。次に
骨材と糊剤の混合物に焼結バインダを少しずつ添加しな
がら混合すると良い。ここで、骨材と糊剤とをあらかじ
め混合しておき、その混合物に焼結バインダをさらに添
加、混合する方法が最も好ましく、かかる方法によれ
ば、骨材表面に液状糊剤を均一に行き渡らせることがで
きるが、仮にこれら３者を同時に混合すると糊剤と細か
い焼結バインダとが凝集しやすく、凝集した糊剤が成形
時に型に付着したり、糊剤と焼結バインダが凝集するの
で、本来の結合の作用が低下する傾向を示す。同じ目的
で、骨材に含まれる微粒、たとえば、０．４２５ｍｍ以
下の粒子は、予めふるい分けしておいて、焼結バインダ
と同様に、０．４２５ｍｍを越える骨材と糊剤を混合し
た後に、添加することも好ましい。

【００１９】粉体形状の糊剤をまず乾粉で混合し、その
混合物に後から加水することもできるが、この方法は、
糊剤を液状にすると、高粘性で分散性が悪く、凝集が生
じやすいような場合には非常に効果的である。

【００２０】次に、本発明のセラミックブロックにおい
ては、かかる基材のみでブロックを形成することもでき
るが、上述の基材の上に別仕様の表層を構成させるのが
強度ならびに平滑性の上から好ましい。かかる基材ブロ
ックの表層部に積層する表層材料の調製は、また、基材
と同様に調製する。

【００２１】かかる表層材料には、最大寸法５．０ｍｍ
以下であり、０．４２５〜０ｍｍの範囲に１０重量％未
満である粒度分布を持った磁器質を５０％以上含む骨材
や、または、最大寸法５．０ｍｍ以下であり、０．４２
５〜０ｍｍの範囲に１０重量％未満である粒度分布を持
った鉄鋼スラグを５０重量％以上含む骨材を用いる。も
ちろん、上述両者の骨材を混合して使用しても良い。上
述の磁器質を含む骨材としては、磁器質のタイルや電力
用碍子などの廃材を用いることができる。

【００２２】骨材の最大寸法が５ｍｍを越えると、湿潤
時における表層の滑り抵抗値が小さくなり、降雨時など
の湿潤時に滑りやすくなる。滑り抵抗値は、ＡＳＴＭ
Ｅ３０３に準拠して求める。かかる骨材において０．４
２５〜０ｍｍの範囲の粒子が１０重量％を越えると、成
形時の充填性が悪く、焼成時に基層と表層とで収縮挙動
が異なり、層間の歪みや表層内のきれつの発生原因とな
る。また、空隙の寸法も、小さな部分が増え、透水性が
低下する傾向を示す。

【００２３】また、かかる表層を着色するには、表層材
料を調製するときに顔料を加えることで達成される。か
かる顔料としては、酸化鉄系、酸化チタン系、酸化コバ
ルト系などの粉末を用いることができ、通常、骨材に添
加、混合する。顔料の量は、その発色の程度にもよる
が、骨材１００重量部に対して０．２〜１０重量部ほど
添加する。

【００２４】また、表層材料を調製する時に、寸法が骨
材と同等かそれより小さな斑点材料を加えて、表面意匠
を天然石風にしたり、多彩な模様を形成させ、意匠性を
向上させることができる。斑点材料としては、既に着色
された人工の無機粒子や、ウンモ、マンガン、鉄、ざく
ろ石など、焼成後に濃く発色する粒子が好ましく使用さ
れ、その添加量は、その形成模様の設計などにもよる
が、骨材１００重量部に対して２〜１０重量部ほど添加
する。

【００２５】かくして得られる表層部は、成形工程にお
いて、基材厚さが２０〜８０ｍｍに対して、３〜１０ｍ
ｍの厚さの表層とするのが、強度ならびに平滑性の上か
ら好ましい。

【００２６】次に、セラミックブロックの成形は、型を
用い、焼成後において所望する厚みになるよう、充填厚
みを考慮しながら充填する方法を採用する。すなわち、
基材のみでも製品にはなるが、表層との２層の構成にす
る場合、まず、基層材料を型に入れ、振動プレスを用い
て一次成形した後、その上に、表層材料を入れ、再び加
圧して成形する方法を採用する。

【００２７】かくして成形されたものは、次に焼成工程
で焼成されて、透水性ブロックを得る。成形体は、焼成
に先立って、乾燥するか、糊剤として水ガラスを用いて
いる場合には、炭酸ガスを作用させて水ガラスを一次硬
化させるか、セメントを用いている場合には養生して水
和反応を促進させ硬化させ、ハンドリングを容易にして
おく。

【００２８】焼成には、トンネルキルンやローラハース
キルンなどを用いることができる。焼成条件は、骨材の
耐火度、焼結バインダの溶融挙動などを考慮して決める
が、好ましくは８００〜１２５０℃の範囲で焼成する。
焼成時間は、基層材料および表層材料の種類や成形体の
大きさなどにもよるので一概にはいえないが、２〜７２
時間程度である。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。実施例１高炉徐冷スラグを、粒径が最大寸法４．７５ｍｍであ
り、４．７５〜１．１８ｍｍの範囲の粒子が７９重量
％、１．１８〜０．４２５ｍｍの範囲が１８重量％、
０．４２５〜０ｍｍの範囲が３重量％である粒度分布を
持つように破砕、分級し、骨材とした。この高炉スラグ
は、蛍光Ｘ線分析の結果、Ｃa Ｏ含有量が４２重量％で
あり、Ｘ線回折法により面間隔２．８５〓の位置に強い
回折ピークがあり、回折角２θ＝１０〜４５゜の回折パ
ターンから、ゲーレナイトやアケルマナイトの結晶化率
の高い構造を有していることが確認できた。

【００３０】これに、糊剤として水ガラス３号を骨材１
００重量部に対して１０重量部になるように添加混合
し、得られた混合物にバインダとして板ガラス廃材の粉
末（最大寸法０．３ｍｍ）を骨材１００重量部に対して
１０重量部になるように添加、混合し基層材料を得た。

【００３１】一方、磁器タイル廃材の破砕片（最大寸
法：１．７ｍｍ、０．４２５〜０ｍｍの範囲が６重量
％）を骨材とし、これに酸化鉄系顔料を骨材１００重量
部に対して２重量部になるように添加、混合し、さら
に、糊剤として水ガラス３号を骨材１００重量部に対し
て８重量部になるように添加混合し、得られた混合物に
バインダとして板ガラス廃材の粉末（最大寸法０．３ｍ
ｍ）を骨材１００重量部に対して８重量部になるように
添加、混合し表層材料を得た。

【００３２】次に、上記基層材料を厚みが５５ｍｍにな
るように型に入れ、振動プレスを用いて１kgf/cm²の圧
力で一次成形した後、その上に、上記表層材料を厚みが
１５ｍｍになるように入れ、再び１kgf/cm²の圧力で加
圧して成形した。

【００３３】次に、成形体に炭酸ガスを作用させて糊剤
である水ガラス３号を一次硬化させた後、トンネルキル
ンを用い、１１８０℃で４８時間焼成し、大きさが１０
０×２００ｍｍ，表層の厚みが１２ｍｍ、基層の厚みが
４８ｍｍ、全体の厚みが６０ｍｍのブロックを得た。

【００３４】このようにして得たブロックについて、特
性を評価したところ、以下の通りであった。

【００３５】空隙率は、ブロックから表層を切削、除去
し、さらに約５×５×５ｃｍ角の試験片を切り出し、１
０５℃で２４時間乾燥した後に室温まで冷却し、重量ｗ
（ｇ）と体積Ｖ（ｃｍ³）からかさ密度ρ1 ＝ｗ／Ｖを
求め、これと、同様に処理した、試験片についてアルキ
メデス法で求めた見掛け密度ρ2 から、次式によって求
める。

【００３６】空隙率（％）＝（１−ρ1 ／ρ2 ）×１００さらに、曲げ強さは、ＪＩＳＡ１１０６に、圧縮強さ
は、ＪＩＳＲ２２０６に、透水係数はＪＩＳＡ１２
１８にそれぞれ準拠して求める。保水量は、乾燥したブ
ロックについて、２４時間水中浸漬させた後、水が流出
しないようにそっと取り出したブロックの重量増をブロ
ック１個当たりの保水量とした。

【００３７】なお、数値は１０個のブロックについての
平均値である。

【００３８】空隙率：３２％透水係数：１．５×１０^-1cm/sec 保水量：３６０ｇ／個表層表面のモース硬度：６湿潤時における滑り抵抗値：５２曲げ強さは：５８kgf/cm² 、圧縮強さ：２０５kgf/cm
²

【００３９】

【発明の効果】本発明によると、大量に生成する鉄鋼ス
ラグを使用することで、コスト上昇を抑えることがで
き、また、スラグの品質に変動が少ないことから、安定
した高収率で、強度、透水性、寸法精度および保水性に
優れているばかりでなく、表面の摩耗が少なく、湿潤時
の滑り抵抗も良好で、汚れにくく、洗浄回復が容易な透
水性ブロックを提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大粒径が９．５ｍｍ以下である鉄鋼スラ
グを７５重量％以上含む骨材と焼結バインダーを含む混
合物を成形した後、焼成することを特徴とする透水性セ
ラミックブロックの製造方法。
【請求項２】該骨材が、９．５〜４．７５ｍｍの範囲の
粒子が２０重量％未満、４．７５〜１．１８ｍｍの範囲
の粒子が５０重量％以上、１．１８〜０ｍｍの範囲の粒
子が４０重量％未満である粒度分布を有するものである
請求項１記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項３】該混合物が、成形用糊剤を含有する請求項
１記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項４】該焼成温度が、８００〜１２５０℃である
請求項１記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項５】該鉄鋼スラグが、１．１８〜０．４２５ｍ
ｍの範囲の粒子が３０重量％未満、０．４２５〜０ｍｍ
の範囲の粒子が１０重量％未満である粒度分布を有する
ものである請求項１〜４のいずれかに記載の透水性セラ
ミックブロックの製造方法。
【請求項６】該鉄鋼スラグが、Ｃa Ｏ含有量が３５〜５
５重量％で、かつ、メリライト系の結晶構造を有するも
のである請求項１〜５のいずれかに記載の透水性セラミ
ックブロックの製造方法。
【請求項７】該成形された成形体が、２０〜８０ｍｍの
厚さを有し、かつ、これを基材として、その上に、さら
に骨材を積層して表層を構成したものである請求項１〜
６のいずれかに記載の透水性セラミックブロックの製造
方法。
【請求項８】該表層が、粒径が最大寸法５．０ｍｍ以下
であり、０．４２５〜０ｍｍの範囲が１０重量％未満で
ある粒度分布を持った磁器質を５０重量％以上含む骨材
で構成されている請求項７に記載の透水性セラミックブ
ロックの製造方法。
【請求項９】該表層が、厚さ３〜１０ｍｍである請求項
７に記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項１０】該表層が、厚さ３〜１０ｍｍである請求
項７に記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項１１】該焼結バインダが、長石、粘土、天然石
およびガラスの粉末から選ばれた少なくとも１種類であ
る請求項１〜１０のいずれかに記載の透水性セラミック
ブロックの製造方法。
【請求項１２】該成形用糊剤が、カルボキシメチルセル
ロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、でんぷん、水ガ
ラスおよびセメントから選ばれた少なくとも１種類であ
る請求項２〜１１のいずれかに記載の透水性セラミック
ブロックの製造方法。
【請求項１３】該成形する工程において、振動プレスを
用いる請求項１〜１２のいずれかに記載の透水性セラミ
ックブロックの製造方法。