JP6182929B2 - 製鋼スラグ路盤材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所等の鉄鋼製造プロセスで発生する製鋼スラグを素材として、路盤材を製造する方法に関する。

製鉄所等の鉄鋼製造プロセスで発生する製鋼スラグは、精錬過程で完全に溶融しきれない未滓化のＣａＯ成分（遊離ＣａＯ）を含んでおり、この遊離ＣａＯが水分と反応（水和反応）して水酸化物を生成するとともに、膨張する特性を有する。

また、製鋼スラグは、細粒分が多く、通常の製鋼スラグ製造工程から発生したままの粒度では路盤材規格（非特許文献１、参照）等を満足し難い。そこで、路盤材等の土木工事用材料として利用する場合には、大気エージング処理又は蒸気エージング処理で水和反応を促進させ、スラグの膨張特性を安定化させ、かつ、粒度調整を行い、路盤材規格等に適合させた製品を造り込んでいる。

大気エージング処理とは、大気暴露状態で水和反応させる処理であるが、反応は比較的遅く、一般に、半年以上を要し、広大なヤードが必要となる。蒸気エージング処理は、蒸気加熱により強制的に水和反応を促進させる処理であり、大気エージング処理に比べれば、格段に速くなり、通常、１〜２週間で完了する。

しかし、ヤード内の地面直下に蒸気配管を張り巡らせ、その上部に、処理する製鋼スラグを積み付け、蒸気漏洩防止及び保温を目的としたカバーを備える大規模な設備とともに、大量の蒸気も必要となる。

また、一般に、細粒分は蒸気の通気を阻害するため、さらに長時間の処理が必要になったり、基準の膨張比に達しないこともある。処理後の製鋼スラグの膨張比が路盤材向けの基準以下になっていなければ、再処理を実施し、さらに、時間とコストがかかることになる。

他に、遊離ＣａＯを安定化する処理として、炭酸化処理が提案されている（特許文献１〜５、参照）が、この方法は、スラグの内部まで炭酸化するために、炭酸ガスを長期間流し続けなければならず、蒸気処理よりも、さらにコスト高いとなり、効率的な方法ではない。

特許文献６には、粒状のスラグに、自由水が存在し始める水分値未満で、かつ、該水分値よりも５質量％少ない値以上の範囲となるように、添加する水分量を調整し、機械的な撹拌を付与しつつ、ドライアイスを供給して、スラグを造粒する方法が開示されている。

特許文献６の方法は、有効利用が困難な粉状の製鋼スラグを、従来よりもはるかに短い時間で、かつ、常温下で造粒し、路盤材としての利用を可能にするが、ドライアイスを大量に使用するためのコスト負担はおおきく、スラグ同士の結合が比較的弱く、路盤材として必要な強度を確保するのが難しく、さらに、生産性が低い。

このように、製鋼スラグ中の遊離ＣａＯを安定化する処理は、広大なヤード、又は、高いコストをかけており、細粒分を多く含むと、さらに悪化していくのが実情である。

特開昭５２−１２９６７２号公報 特開平０８−２５９２８２号公報 特開平１１−２１１５３号公報 特開平１１−７１１６０号公報 特開２０００−１４０７９７号公報 特開２００７−２８４２６８号公報

ＪＩＳ Ａ ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」

上記状況に鑑み、本発明は、ＪＩＳ規格を満たさない細粒分を含む製鋼スラグを、路盤材の素材として安価かつ有効に活用することを課題とし、該課題を解決する製鋼スラグ路盤材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について、鋭意検討した。その結果、細粒分を含む製鋼スラグを骨材とした水和固化体は、製鋼スラグ自体の膨張特性を抑制する作用をなすことが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

製鋼スラグ、固化材、水、及び、減水剤を混練し、成形した水和固化体を、養生後、破砕して、所要の粒度に調整する製鋼スラグ路盤材の製造方法において、ＪＩＳ規格を満たさない細粒分を含む製鋼スラグの膨張比（Ｂs）×水和固化体中におけるＪＩＳ規格を満たさない細粒分を含む製鋼スラグの体積割合（Ｖs）が１．５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。

ここで、補正膨張比Ｂh＝Ｂs×Ｖs

本発明によれば、細粒分を含む製鋼スラグを、路盤材の素材として有効に活用するにあたり、固化体化することで、製鋼スラグ自体の膨張管理基準を緩和させ、細粒分を含む製鋼スラグを安価にかつ有効に利用することが可能となる。

製鋼スラグの膨張比（Ｂs）と水和固化体の膨張比（Ｂk）の関係を示す図である。 体積補正した製鋼スラグの膨張比（Ｂh）と水和固化体の膨張比（Ｂk）の関係を示す図である。

本発明について詳細に説明する。

本発明は、細粒分を含む製鋼スラグを路盤材の素材として使用するにあたり、水和固体化することで、膨張特性を抑制することができることに着眼し、製鋼スラグ自体の膨張管理基準を緩和させ、細粒分を含む製鋼スラグを安価にかつ有効に利用することを基本思想とする。

一般に、製鋼スラグを用いた水和固化体は、高炉スラグ、製鋼スラグを骨材とし、固化材として、高炉スラグ微粉末、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ等を用い、これに、水及び減水剤を加えて、混練し、養生固化する。本発明においても、同様に、骨材として高炉スラグを、固化材として普通ポルトランドセメントやフライアッシュを利用してもよい。

表１に、水和固化体の配合例と、製鋼スラグの体積割合（Ｖs）、製鋼スラグの膨張比（Ｂs）、体積補正した製鋼スラグの膨張比（Ｂh）、及び、水和固化体の膨張比（Ｂk）を示す。製鋼スラグの膨張比（Ｂs）、水和固化体の膨張比（Ｂk）は、ＪＩＳ規格に従って測定したものである。

図１に、表１に示す配合例で製造した水和固化体の膨張比（Ｂk）と、その骨材として使用した製鋼スラグの膨張比（Ｂs）の関係を調査した結果を示す。図中の式、ｙ＝０．５０ｘは、一次近似式である。

図１から、水和固化体の膨張比（Ｂk）は、その骨材である製鋼スラグ自体の膨張比（Ｂs）に比べて低位にあることが解る。

ここで、水和固化体中で製鋼スラグ以外は膨張特性がないものとみなし、水和固化体化した際の製鋼スラグによる膨張影響を考える。一般に、生コンクリートのようなセメント系の混練物の配合は重量で表わされており、水和固化体も同様であるが、本発明者らは、この現象は体積膨張であり、水和固化体中の製鋼スラグの体積割合で製鋼スラグの膨張比（Ｂs）を補正する方法が妥当と考え、製鋼スラグの補正膨張比（Ｂh）を、水和固化体における製鋼スラグの体積割合（Ｖs）と製鋼スラグ自体の膨張比（Ｂs）により、Ｂh＝Ｂs×Ｖsとした。

図２に、製鋼スラグの補正膨張比（Ｂh）と水和固化体の膨張比（Ｂk）の関係を示す。図中の式ｙ＝０．７６ｘは、一次近似式である。

図１に示した製鋼スラグの膨張比（Ｂs）に比べ、水和固化体の膨張比（Ｂk）に近付いたが、近似式の傾き０．７６が示すように、いまだ２４％の低減がみられる。

以上のことから、水和固化体化したことによる膨張低減の原因は、第一に、製鋼スラグ以外の膨張特性のない材料による膨張特性の希釈効果、第二に、水和固化体の固化強度が、製鋼スラグ自体の膨張強度に勝ち、水和固化体全体として膨張が抑制されたものと、本発明者らは考えた。

また、図２から、水和固化体の膨張比（Ｂk）は、製鋼スラグの補正膨張比（Ｂh）を超えることはなく、一次近似式が示すように、７６％に低減している。

これらのことより、本発明者らは、製鋼スラグの膨張比（Ｂs）を、水和固化体中における前記製鋼スラグの体積割合（Ｖs）により補正された製鋼スラグの補正膨張比（Ｂh）と、水和固化体の破砕後に必要とされる膨張比（Ｂ0）の関係を、Ｂh×７６％≦Ｂ0 とすることで、水和固化体として、膨張の問題なく利用することが可能となると考えた。

前記Ｂhの係数７６％は、前述したように、固化強度の発現によるものであり、固化材の種類、量、及び、骨材の粒度等により変化する係数αとし、Ｂh×α≦Ｂ0（α≦１）と整理することが現象を理解する上でも妥当と考える。しかしながら、固化材及び骨材の品質上のバラツキ、膨張比のバラツキ等も考慮し、α＝１として、Ｂh≦Ｂ0となる製鋼スラグを骨材として選定することが望ましい。

即ち、本発明により、水和固化体化する前に、骨材として適用可能な製鋼スラグの選定が可能となり、加えて、製鋼スラグの膨張基準を緩和させ、蒸気エージング処理等のし難い細粒分を多く含む製鋼スラグの有効利用法を見いだしたのである。

このような水和固化体を路盤材として活用するには、水和固化体の必要とされる膨張比（Ｂ0）を、路盤材のＪＩＳ規格で規定されている膨張比１．５％以下とすればよい。

形成された水和固化体は、養生後、破砕して、所要の粒度に調整して、路盤材として使用するが、粒度調整時に発生する細粒分は、既に膨張基準を満足しており、再度、水和固化体原料とし利用することも可能である。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に、路盤材適用例として、路盤材ＪＩＳ規格の膨張比１．５％以下となる水和固化体の骨材として利用可能な製鋼スラグの判断基準として、製鋼スラグの体積補正した膨張比（Ｂh）と評価結果を示す。

前述したように、本発明によれば、細粒分を含む製鋼スラグを、路盤材の素材として有効に活用するにあたり、固化体化することで、製鋼スラグ自体の膨張管理基準を緩和させ、細粒分を含む製鋼スラグを安価にかつ有効に利用することが可能となる。よって、本発明は、スラグ再生産業及び土木建築産業において利用可能性が高いものである。

Claims (1)

1. 製鋼スラグ、固化材、水、及び、減水剤を混練し、成形した水和固化体を、養生後、破砕して、所要の粒度に調整する製鋼スラグ路盤材の製造方法において、ＪＩＳ規格を満たさない細粒分を含む製鋼スラグの膨張比（Ｂs）×水和固化体中におけるＪＩＳ規格を満たさない細粒分を含む製鋼スラグの体積割合（Ｖs）が１．５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。

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