TWI434818B - Manufacture of artificial stone - Google Patents

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TWI434818B
TWI434818B TW100115073A TW100115073A TWI434818B TW I434818 B TWI434818 B TW I434818B TW 100115073 A TW100115073 A TW 100115073A TW 100115073 A TW100115073 A TW 100115073A TW I434818 B TWI434818 B TW I434818B
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Kazuya Yabuta
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Masahiro Hayashi
Takeshi Matsumoto
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Yasushi Hayashido
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Jfe Steel Corp
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Description

人工石材之製造方法
本發明係關於使諸如疏浚土等泥土利用結合材進行固化而製造人工石材的方法。
以疏浚土所代表的軟弱泥土係隨航路疏浚與各種土木建設而產生。其中，如砂質可有效使用為土木資材者，係可直接利用於填海工程、回填等。但是，粉砂份比率較高的泥土大多呈含水狀態，且亦幾乎無法期待當作土壤用的強度，因而多數會成為廢棄物。
為有效利用泥土，習知有提案各種技術且已然實施。最具代表性者係改善當作土壤用的特性，俾利用為如同良質土壤的技術。例如日本石灰協會所提出的「利用石灰施行的軟弱地盤安定處理工法」(鹿島出版社)，提示有將水泥或石灰添加於泥土中，俾改善當作地盤用的特性等各種技術。
再者，專利文獻1揭示有：在疏浚土中混合入鋼鐵熔渣而執行強度改善的技術。此項技術主要係藉由鋼鐵熔渣的CaO成分、與疏浚土的Si、Al等之間的卜作嵐反應(Pozzolanic Reaction)，而執行疏浚土的強度改質。又，專利文獻2揭示有：在軟弱土中添加含有游離CaO的轉爐熔渣與高爐水泥，而執行固化處理(強度改善)的技術。
然而，該等方法係改善當作土質材料用的特性，雖可謂發現出土質材料程度的強度，但終究其僅限定於當作土壤用的用途而已。
相對於此，專利文獻3揭示有：在疏浚土中混合入諸如水泥等固化材料，經使固化而獲得塊體材料(固化體)的方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-121167號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-231208號公報
[專利文獻3]日本專利特開2008-182898號公報
然而，依照專利文獻3的方法所獲得塊體材料的強度平均為6N/mm2 程度，最大亦不過為8N/mm2 程度而已。此處，能利用為石材與混凝土材料的代替材料，其必需達JIS-A-5006：1995(毛石)所規定的準硬石以上之強度(9.8N/mm2 以上)。依照專利文獻3所獲得塊體材料的強度，係屬於最低品質的軟石程度(未滿9.8N/mm2 )。該軟石的程度若相較於土質材料的改善程度，雖已達相當高程度，但當利用於當作石材或混凝土材料的代替材料之各種用途時，卻非屬足夠的強度。又，當大量使用在軟弱疏浚土中會大量看到，屬於粉砂份(75μm以下)比率較高的泥土時，可容易預測到其強度的確保會更加困難。
緣是，本發明之目的在於解決如上的習知技術問題，可提供：可大量使用疏浚土等泥土，安定地製造具有準硬石以上的強度，特別是即便考慮安全係數(+3N/mm2 )仍可充分滿足準硬石特性之人工石材的製造方法。
習知，已知有以鋼鐵熔渣為主原料的鋼鐵熔渣水合固化體之製造技術(例如「鋼鐵熔渣水合固化體技術便覽」，(財)沿岸技術研究中心)。此項技術係骨材為使用製鋼熔渣，結合材為使用高爐熔渣微粉末與鹼刺激劑，而製造水合固化體。本發明者等便以此種鋼鐵熔渣水合固化體的製造技術為基礎，實施將鋼鐵熔渣水合固化體的材料，取代為疏浚土之固化體的製造實驗。
表示鋼鐵熔渣水合固化體之強度顯現性程度的指標，係採用強度指數=(高爐熔渣微粉末質量+消石灰質量+2×普通卜特蘭水泥質量+0.35×飛灰質量)/水質量。在鋼鐵熔渣水合固化體的製造時，為能顯現出安定的強度，在該強度指數超過2時施行混練。如本發明，即便使用疏浚土的情況，認為強度確保仍屬重要，因而依滿足根據上述的強度指數方式，設定疏浚土中所含的水與結合材之比率，並實施混練。但是，此項試驗中，混練物的流動性會急遽下降，結果得知在灌漿時會有氣孔生成導致水合固化體變脆弱、或無法充分顯現出強度。即因為混合入疏浚土，判斷其不易顯現出強度，因而雖將結合材與水的比率維持於習知知識程度(鋼鐵熔渣水合固化體的製造技術)，但卻無法進行適當的混練、灌漿，而得知沿用習知知識的製造技術，頗難製造以疏浚土為原料的人工石材或塊體。
在此，本發明者等為改善混練物的流動性，針對藉由對原本保有水的疏浚土更進一步添加水，而進行水分調整，針對一邊使結合材與水的比率降低至某程度，一邊可進行混練的條件進行檢討。結果，雖依照條件亦會有顯現出強度的案例，但亦得知即便接近其情形的摻合，仍會有無法顯現出充分強度的情況。針對此現象的原因進行更進一步檢討，結果得知以疏浚土所代表的泥土，會因土粒的表面吸附等而抑制卜作嵐反應，當欲利用大量疏浚土的情況，因土粒的表面吸附而導致卜作嵐反應受抑制情形，會對強度顯現構成大幅影響。
疏浚土雖依照土壤的種類會有程度上的差異，但得知均會有吸附Ca2+ 或OH- 的作用。圖1(a)、(b)所示係從多摩川所採取的疏浚土、與從東京灣所採取的疏浚土中，使氫氧化鈣溶液穿透過時，溶液的Ca濃度與pH之變化例。此項試驗中，於底面鋪設有濾紙的滲透管中填充入疏浚土2g，再從其上方依1mL/分滴下經調整為pH12的氫氧化鈣水溶液，回收所滲出的溶液，並測定其Ca濃度與OH- 濃度。由圖1得知，溶液的Ca濃度與OH- 濃度(pH)，僅在穿透疏浚土時才會有較大的變化。Ca2+ 與OH- 係屬於以水泥為代表的水合固化時，反應生成物(CaO-SiO2 -H2 O凝膠)的主要構成成分。因為Ca2+ 與OH- 會被疏浚土的土粒所吸附，導致濃度降低，因而判斷固化會受到抑制。此種Ca2+ 與OH- 的吸附作用係當使用疏浚土等泥土的情況才會有的特有作用，對材料係屬於未含有泥土的普通鋼鐵熔渣水合固化體，則完全不會意識到有此種作用。為解決此種問題而深入探討，結果發現將結合材與泥土中的土粒之質量比設為既定值以上，且將水、結合材比最佳化於與習知鋼鐵熔渣水合固化體製造技術屬不同的範圍，則可獲得大量使用疏浚土等泥土，且具有安定強度的固化體(石材)。
本發明係根據此種發現而完成，主旨如下。
[1]一種人工石材之製造方法，係使含有泥土與結合材的混合材料進行水合硬化，而製造人工石材的方法；其中，混合材料係滿足下述條件(a)~(c)：
(a)含有泥土達40容積%以上；
(b)相對於混合材料100容積%，結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上構成；
(c)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：
(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)＜2.0
[2]一種人工石材之製造方法，就上述[1]之製造方法，其中，結合材係含有高爐熔渣微粉末80~95質量%，其餘則從普通卜特蘭水泥、石灰粉、消石灰、高爐水泥中選擇1種以上。
[3]一種人工石材之製造方法，係使含有泥土與結合材的混合材料進行水合硬化，而製造人工石材的方法；其中，混合材料係滿足下述條件(d)~(f)：
(d)相對於混合材料100容積%，含有泥土達40容積%以上；
(e)結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上、與飛灰構成；
(f)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：
(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2+飛灰質量×0.35)/(混合材料中的水質量)≦1.5
[4]一種人工石材之製造方法，就上述[3]之製造方法，其中，結合材係含有高爐熔渣微粉末70~85質量%，且飛灰依相對於高爐熔渣微粉末質量的比例含有10~30質量%，其餘則由從普通卜特蘭水泥、石灰粉、消石灰、高爐水泥中選擇1種以上。
[5]一種人工石材之製造方法，就上述[1]~[4]項中任一項之製造方法，其中，混合材料係更進一步含有骨材。
[6]一種人工石材之製造方法，就上述[5]之製造方法，其中，骨材係製鋼熔渣。
[7]一種人工石材之製造方法，就上述[6]之製造方法，其中，混合材料中每單位容積的製鋼熔渣摻合量係達700kg/m3 以上。
[8]一種人工石材之製造方法，就上述[1]~[7]項中任一項之製造方法，其中，泥土係粒徑0.075mm以下的粒子含有65容積%以上。
[9]一種人工石材之製造方法，就上述[1]~[8]項中任一項之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土；將該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
根據本發明，大量使用疏浚土等泥土，可安定地製造具有準硬石以上之強度的人工石材。
本發明係將含有泥土與結合材，且更進一步最好含有骨材的混合材料進行混練，使進行水合硬化(利用結合材的水合反應而進行固化)，而製造人工石材的方法，混合材料係滿足下述條件(a)~(c)：
(a)含有泥土達40容積%以上；
(b)結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上構成；
(c)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：
(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)＜2.0
再者，結合材係可更進一步摻合入飛灰，在此情況，混合材料係滿足下述條件(d)~(f)：
(d)含有泥土達40容積%以上；
(e)結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上、與飛灰構成；
(f)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：
(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2+飛灰質量×0.35)/(混合材料中的水質量)≦1.5
本發明所使用的泥土係以疏浚土所代表，除此之外，尚可例如由掘削工程所產生的泥土、建築污泥等。此處所謂「泥土」係指呈現一般無法堆積如山，人無法行走於其上面的流動性者。大概的強度係依JIS-A-1228：2009(壓實土壤的圓錐指數試驗方法)所規定之圓錐指數在200N/mm2 以下者。
以疏浚土所代表的泥土係粉砂份(silt fraction)越多，則離子吸附效果會變越大，習知技術不易獲得適當強度的固化體，因而利用本發明實施的製造方法特別有用。具體而言，本發明可謂當以含有粒徑0.075mm以下的土粒(粉砂份)達65容積%以上之泥土為對象時，可謂特別有用。
另外，以下說明中，稱泥土的「粉砂份」時，係指粒徑0.075mm以下的土粒。
本發明係以有效利用以疏浚土所代表的泥土為目的，因而混合材料中的泥土比例最好盡可能地多，所以將混合材料中的泥土比例(包括原本泥土所含水分的比例)設為40容積%以上。另外，泥土的比例上限並無特別的限定，但若疏浚土的比例在60容積%以下，相對的製鋼熔渣量便會適量，不會有固化體比重大幅低於2.0的情況。若比重未大幅低於2.0，則具有當作石材代替的有用性。所以，混合材料中的泥土比例最好在60容積%以下。
結合材係可舉例如：高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥，可使用該等的1種以上。
再者，就從盡可能不要使用天然資材俾減輕環境負荷的觀點，且就從人工石材(以下有稱為「固化體」的情況)強度確保及製造成本之觀點，結合材最好係在高爐熔渣微粉末中添加鹼刺激劑。結合材係藉由一併使用高爐熔渣微粉末與鹼刺激劑，而可創造出鹼環境，藉此可發揮高爐熔渣微粉末的水硬性。即，促進高爐熔渣微粉末的水合反應，俾可確保固化體的強度。
鹼刺激劑可使用例如：石灰粉、消石灰、普通卜特蘭水泥、高爐水泥等之1種以上。此情況，最好高爐熔渣微粉末含有80~95質量%，其餘則從石灰粉、消石灰、普通卜特蘭水泥、高爐水泥中選擇1種以上。當結合材係一併使用高爐熔渣微粉末與鹼刺激劑的情況，若高爐熔渣微粉末的比例達80質量%以上，則不會有過剩鹼成分殘存於固化體中的情況。因而，當在海中等使用固化體時，對海水環境的鹼負荷較小。又，經濟性亦屬有利。另一方面，即便高爐熔渣微粉末的比例超過95質量%，仍可使混練、固化。但是，若在95質量%以下，因為可輕易地使安定分散，且因為疏浚土的鹼抑制效果，因而刺激劑的效果會變小等，因而添加高爐熔渣微粉末的效果較高，不必使用多樣化的原料，不會造成設備負荷，因此具有經濟上的妥當性。
疏浚土等泥土係如圖1所示，因為會有Ca2+ 、OH- 的吸附作用，因而認為其土粒量對Ca2+ 、OH- 的吸附量造成大幅影響的可能性，以及當如水泥之類利用凝膠化進行固化時，形成凝膠網絡之事係屬重要。所以，一邊改變疏浚土與結合材的均衡，一邊檢討強度顯現的關聯因素。結果得知結合材量、與疏浚土中所含土粒的比率，會對強度造成極大影響。
針對混合材料中所摻合的結合材、與泥土中的土粒(固形份)之質量比[結合材/泥土中的土粒]與固化體強度(經28日養生後的單軸壓縮強度)間之關係，進行調查的結果，如圖2所示。此項試驗中，泥土係使用粉砂份90容積%的疏浚土，結合材係以高爐熔渣微粉末為主體，且鹼刺激劑係使用消石灰、普通卜特蘭水泥。又，混合材料中的結合材量與水之比，係設為(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)＜2.0。
根據圖2得知，為確保固化體的強度，相對於泥土的土粒量必需一定量以上的結合材。固化體的強度係在能符合達準硬石必要強度水準的9.8N/mm2 以上之前提下，本質上並無問題。但是，當考慮疏浚土的變動與製造上的變動時，則須要品質確保，而需如預拌混凝土，目標強度具有3N/mm2 程度的強度裕度。具體而言，得知若[結合材/泥土中的土粒]≧1.7，則可使經28日養生後的單軸壓縮強度成為具有強度裕度15N/mm2 程度。因而，混合材料中的結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計設為1.7倍以上。又，若其質量比達2.2倍以上，即便疏浚土有變動，仍可期待安定的強度顯現，因而屬更佳。
另一方面，若使結合材的量單純地增加，相對於水成為結合材過多的狀態，反將容易發生強度降低、填充不良等情況。相關混合材料中的水與結合材之比例，得知可利用根據鋼鐵熔渣水合固化體所使用強度指數的強度指數，即(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)進行整理。另外，因為高爐水泥係屬於高爐熔渣微粉末與普通卜特蘭水泥的混合物，因而將配合高爐水泥的高爐熔渣微粉末混合比之質量當作「高爐熔渣微粉末質量」，將配合高爐水泥的普通卜特蘭水泥混合比之質量當作「普通卜特蘭水泥質量」，並適用上式。
鋼鐵熔渣水合固化體的情況，依強度指數成為1.5以上的方式設計結合材與水的摻合比率，一般係超過2.0的條件(參照「鋼鐵熔渣水合固化體技術便覽」)。相對於此，使用疏浚土的情況，得知需要完全不同的條件。針對依疏浚土的含水比220%(含水比=([疏浚土的水分量(質量%)]/[疏浚土的固形份量(質量%)])×100)、疏浚土容積率50%的水較充足條件施行混練的混合材料之強度指數、與所獲得固化體強度(經28日養生後的單軸壓縮強度)間之關係進行調查的結果，如表1所示。依此得知，強度指數越高(即結合材對水的比率增加)，強度會越高，但極限為1.95左右，在超過2.3的條件下會出現混練不良。由以上的結果得知，結合材量係將(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)設為未滿2.0、較佳係1.95以下。
結合材係可更進一步摻合入飛灰。如後述，當在混合材料中摻合入當作骨材用的製鋼熔渣時，在製鋼熔渣中因為含有大量的Ca，因而會有鹼份過剩的情況。因為疏浚土的主成分係SiO2 ，因而會與過剩的鹼份進行水合反應而可安定化。但是，構成疏浚土的固體粒子之礦物相，係依照疏浚地域與產生履歷而有所不同，因而會有反應性不安定的情況。此種情況，最好是結合材其中一部分摻合入飛灰，即對從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上，最好併用飛灰。
因為飛灰的組成係以非晶質SiO2 、Al2 O3 為中心，因而當產生過剩鹼份的情況，相較於結晶質材料之下，可期待快速地引發卜作嵐反應。但，若過剩摻合飛灰，結合材中的Ca量會變為過少，亦會有損及原本具功效之反應安定性的可能性。從此一觀點，在摻合飛灰的情況，相對於從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上的合計，依比例計最好將上限設為大概40質量%左右。
再者，如前述，摻合於混合材料中的結合材，特佳係在高爐熔渣微粉末中添加鹼刺激劑。當對此種結合材併用飛灰時，最好含有高爐熔渣微粉末70~85質量%，且飛灰對高爐熔渣微粉末質量的比例含有10~30質量%，其餘則為從普通卜特蘭水泥、石灰粉、消石灰、高爐水泥中選擇1種以上。高爐熔渣微粉末依上述範圍內摻合的理由，基本上係與前述理由相同。但，因為有併用飛灰，因而高爐熔渣微粉末的摻合比例會相對變少。又，如前述，若飛灰過剩摻合，結合材中的Ca量會變為過少，亦會有損及原本具功效之反應安定性的可能性。因而，飛灰的摻合量相對於高爐熔渣微粉末質量，依比例計，最好將上限設為30質量%左右。另一方面，為能獲得藉由飛灰摻合而造成的效果，相對於高爐熔渣微粉末質量，依比例計，最好將下限設為10質量%左右。
再者，當結合材其中一部分係摻合入飛灰的情況，混合材料中的水與結合材之比例，得知可依根據鋼鐵熔渣水合固化體所使用強度指數的強度指數，即(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2+飛灰質量×0.35)/(混合材料中的水質量)進行整理。另外，因為高爐水泥係屬於高爐熔渣微粉末與普通卜特蘭水泥的混合物，因而將配合高爐水泥的高爐熔渣微粉末混合比之質量當作「高爐熔渣微粉末質量」，將配合高爐水泥的普通卜特蘭水泥混合比之質量當作「普通卜特蘭水泥質量」，並適用上式。
如前述，當結合材並沒有摻合入飛灰時，固化體的強度係強度指數當1.95便為極限，若2.3便會出現混練不良，但若有摻合入飛灰，因為混合材料中的粉量會增加，因此容易出現混練不良更嚴重情形。針對此現象，當飛灰對高爐熔渣微粉末質量的比例，在25質量%摻合的條件下，針對上述強度指數與混合材料的坍度值(slump value)間之關係進行調查，其結果示如圖3所示。此試驗中，泥土係使用粉砂份92容積%的疏浚土，結合材係以高爐熔渣微粉末為主體，鹼刺激劑係使用消石灰、普通卜特蘭水泥，更摻合入飛灰。
根據圖3，確認到強度指數直到1.5前，坍度值均可確保達3cm以上，可獲得適當的混練狀態，但若強度指數超過1.5，坍度值會大幅降低，依目視便可確認到開始出現混練不良的傾向。因而，若強度指數超過1.5，所獲得強度已達極限，若強度指數更進一步變大，便會發生強度降低情形。所以，當結合材其中一部分摻合入飛灰的情況，強度指數最好設在1.5以下。
混合材料中的水分量係依照疏浚土的含水比、容積比率及強度指數而決定。一般依混合材料中的容積率計係30~50%左右。
混合材料中係與混凝土等同樣的可摻合入骨材，從容積安定性等的特性觀點，最好有摻合入骨材。骨材係與普通混凝土同樣的可使用天然砂、天然碎石，但從盡量不要含有天然資源便可獲得高強度的觀點，最好使用製鋼熔渣。又，因為製鋼熔渣相較於天然碎石之下係屬較重(比重較大)，因而藉由將其使用為骨材，即可確保固化體的重量(高比重)。
製鋼熔渣可舉例如：熔鐵預處理熔渣(脫磷熔渣、脫矽熔渣、脫硫熔渣等)、轉爐脫碳熔渣、電爐熔渣等，可使用該等的1種以上。製鋼熔渣最好係最大粒徑25mm以下的粒度。
依混合材料中的容積率計，骨材係15~50%左右較為恰當。又，當骨材係使用製鋼熔渣的情況，就從固化體的重量確保、容積安定性之觀點，混合材料中的製鋼熔渣量最好達700kg/m3 以上。
本發明的製造方法係將泥土、結合材、以及較佳經摻合骨材且視需要添加水的混合材料進行混練，使該混練物利用結合材的水合反應而固化，而獲得人工石材。
疏浚土等泥土係視需要利用篩等去除異物。混合材料的混練手段可利用例如通常新拌混凝土用的混練設備，但使用諸如鏟斗等土木工程用重機便亦可在室外等場地進行。
使混練物固化時，例如可使流入適當的模框中並固化、養生(水合硬化)，亦可在室外等場地施行灌漿呈層狀並使固化、養生(水合硬化)。特別係當大量製造石材的情況，最好在工作場地(yard)施行灌漿呈層狀。
經調查養生期間與固化體強度(經28日養生後的單軸壓縮強度)間之關係其結果示如圖4。此項試驗中，泥土係使用粉砂份60容積%的疏浚土，結合材係使用以高爐熔渣微粉末為主體，在其中添加鹼刺激劑的消石灰、普通卜特蘭水泥。又，混合材料中的結合材量、與水的比係設為(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)＜2.0。養生期間係直到獲得目標壓縮強度前的期間，一般如圖4所示係7日程度以上較為恰當。
所獲得石材視需要被施行破碎處理成為適當大小。此項破碎處理可使用破碎機實施，又如上述，當將混練物在工作場地灌漿呈層狀的情況，亦可將工作場地的固化體利用壓碎機施行粗破碎，接著再利用破碎機施行破碎處理。又，通常經破碎處理過的固化體(塊狀物)利用篩進行分級，而可獲得既定尺寸的塊狀物。例如當使用為諸如防波堤材(breakwater material)等之時，可獲得150~500mm左右大小的塊狀物。
石材最好經28日養生後的單軸壓縮強度具有9.8N/mm2 (JIS-A-5006：1995所規定的準硬石硬度)以上，更佳係具有15N/mm2 以上的強度，根據本發明的製造方法，可輕易地製造此種強度的石材。特別係骨材為使用製鋼熔渣所製得的固化體，而更特別係骨材為使用製鋼熔渣且結合材為使用高爐熔渣微粉末與鹼刺激劑(例如普通卜特蘭水泥)所製得的固化體，則可確保充分的強度與重量(高比重)。
接著，針對將疏浚工程所產生的疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再將疏浚土堆置場所儲放的該疏浚土使用為泥土並製造人工石材的方法，說明如下。
由疏浚工程所產生的疏浚土係依照疏浚場所等，含水比會有變動。又，當在施行疏浚工程的附近有進行水產物(海苔、牡蠣等)的養殖等情況，會因疏浚工程所造成的海水污濁而對水產物造成影響的可能性，因而疏浚工程並非通年均實施，而是限制於工程時期(即有季節性)。此種狀況下，實施本發明時，最好將由疏浚工程所產生的疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造固化體。藉此，可獲得下述效果：(i)即便依照疏浚場所等，使疏浚土的含水比出現變動之情況，藉由暫時儲放於疏浚土堆置場，即可將疏浚土的含水比形成平均化；(ii)限制於疏浚的工程時期，即便存在有年中無法採取疏浚土之時期的情況，藉由預先儲放於疏浚土堆置場，即可將疏浚土安定地供應給固化體製造程序；(iii)藉由將疏浚土儲放於疏浚土堆置場，即可輕易地執行含水比的評價、管理、調整等。
圖5所示係利用疏浚土堆置場的本發明一實施形態說明圖。由疏浚工程所產生的疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場。疏浚土堆置場的形態與構造係任意，例如可在工作場地堆積砂石、熔渣等並製成環狀堤岸，在其內側儲放疏浚土。由疏浚工程所產生的疏浚土不管其含水比與其他的性狀，均被輸送至疏浚土堆置場並儲放。在由該疏浚土堆置場所供應的疏浚土中，將經摻合入上述結合材、以及較佳摻合入骨材、視需要添加水的混合材料進行混練，使該混練物利用結合材的水合反應進行固化而獲得人工石材。
[實施例] [實施例1]
在如表2及表3所示摻合條件下，摻合入材料並施行混練(利用0.75m3 混練器的設備施行5分鐘混合，經既定時間後排出)，將該混合材料的混練物成形為直徑100mm×高200mm尺寸的塑模並使之固化，而製造固化體(人工石材)。疏浚土係使用從東京灣水底所採取到的粉砂份90容積%物，視需要添加水而施行水分調整。又，屬於骨材的製鋼熔渣係使用轉爐熔渣(粒徑0-25mm)。利用壓縮試驗(JIS-A-1108：2006)測定經28日養生後的固化體之單軸壓縮強度。結果合併記於表2及表3中。
根據表2及表3，本發明例可獲得即便考量安全係數(+3N/mm2 )，仍可充分滿足準硬石特性的安定強度固化體(石材)。相對於此，比較例係達9.8N/mm2 以上的強度，但相較於專利文獻3，雖具有高強度，惟若考量上述安全係數，則無法獲得充分強度的固化體。
[實施例2]
在如表4所示摻合條件下，摻合入材料並施行混練(利用0.75m3 混練器的設備施行5分鐘混合，經既定時間後排出)，將該混合材料的混練物成形為直徑100mm×高200mm尺寸的塑模並使之固化，而製造固化體(人工石材)。疏浚土係使用從瀨戶內海水底所採取到的粉砂份92容積%物，視需要添加水而施行水分調整。又，屬於骨材的製鋼熔渣係使用轉爐熔渣(粒徑0-25mm)。利用壓縮試驗(JIS-A-1108：2006)測定經28日養生後的固化體之單軸壓縮強度。結果合併示於表4中。
根據表4，本發明例可獲得即使考量安全係數(+3N/mm2 )，仍可充分滿足準硬石特性的安定強度固化體(石材)。相對於此，比較例係達9.8N/mm2 以上的強度，相較於專利文獻3，雖具有高強度，但若考量上述安全係數，則無法獲得充分強度的固化體。
圖1(a)及(b)係使氫氧化鈣溶液穿透過疏浚土時，溶液Ca濃度與pH的變化例圖。
圖2係在混合材料所摻合的結合材、與泥土中的土粒(固形份)之質量比[結合材/泥土中的土粒]與固化體的強度(經28日養生後的單軸壓縮強度)間之關係圖。
圖3係結合材其中一部分經摻合入飛灰的混合材料的強度指數B/水(=[高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2+飛灰質量×0.35]/[混合材料中的水質量])與坍度值間之關係圖。
圖4係養生期間與固化體強度(單軸壓縮強度)間之關係圖。
圖5係利用疏浚土堆置場的本發明一實施形態說明圖。

Claims (19)

  1. 一種人工石材之製造方法，係使含有泥土與結合材的混合材料進行水合硬化，而製造人工石材的方法；其特徵為，混合材料係滿足下述條件(a)~(c)：(a)相對於混合材料100容積%，含有泥土40容積%以上且60容積%以下；(b)結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上構成；(c)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2)/(混合材料中的水質量)<2.0。
  2. 如申請專利範圍第1項之人工石材之製造方法，其中，結合材係含有高爐熔渣微粉末80~95質量%，其餘則從普通卜特蘭水泥、石灰粉、消石灰、高爐水泥中選擇1種以上。
  3. 一種人工石材之製造方法，係使含有泥土與結合材的混合材料進行水合硬化，而製造人工石材的方法；其特徵為，混合材料係滿足下述條件(d)~(f)：(d)相對於混合材料100容積%，含有泥土40容積%以上且60容積%以下；(e)結合材係由從高爐熔渣微粉末、經添加鹼刺激劑的高 爐熔渣微粉末、高爐水泥、普通卜特蘭水泥中選擇1種以上、與飛灰所構成；(f)結合材量係相對於泥土中的土粒(固形份)，依質量比計達1.7倍以上，且滿足下式：(高爐熔渣微粉末質量+石灰粉質量+消石灰質量+普通卜特蘭水泥質量×2+飛灰質量×0.35)/(混合材料中的水質量)≦1.5。
  4. 如申請專利範圍第3項之人工石材之製造方法，其中，結合材係含有高爐熔渣微粉末70~85質量%，且飛灰依相對於高爐熔渣微粉末質量的比例含有10~30質量%，其餘則由從普通卜特蘭水泥、石灰粉、消石灰、高爐水泥中選擇1種以上。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之人工石材之製造方法，其中，混合材料係更進一步含有骨材。
  6. 如申請專利範圍第5項之人工石材之製造方法，其中，骨材係製鋼熔渣。
  7. 如申請專利範圍第6項之人工石材之製造方法，其中，混合材料中每單位容積的製鋼熔渣摻合量係700kg/m3 以上且1504kg/m3 以下。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之人工石材之製造方法，其中，泥土係粒徑0.075mm以下的粒子含有65容積%以上。
  9. 如申請專利範圍第5項之人工石材之製造方法，其中，泥土係粒徑0.075mm以下的粒子含有65容積%以上。
  10. 如申請專利範圍第6項之人工石材之製造方法，其中，泥土係粒徑0.075mm以下的粒子含有65容積%以上。
  11. 如申請專利範圍第7項之人工石材之製造方法，其中，泥土係粒徑0.075mm以下的粒子含有65容積%以上。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  13. 如申請專利範圍第5項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  14. 如申請專利範圍第6項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  15. 如申請專利範圍第7項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  16. 如申請專利範圍第8項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  17. 如申請專利範圍第9項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  18. 如申請專利範圍第10項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
  19. 如申請專利範圍第11項之人工石材之製造方法，其中，泥土係由疏浚工程所產生的疏浚土，而該疏浚土暫時儲放於疏浚土堆置場，再使用於該疏浚土堆置場所儲放的疏浚土製造人工石材。
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