JPH0339984B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は高炉水滓と排脱石膏を主材とする固化
剤の製造方法に係り、軟弱地盤の改良処理や汚泥
の固化処理及びセメントの混和材、セメントの代
替材等に主に利用されるものである。 （従来の技術） 軟弱地盤の改良や汚泥の固化処理には、従前か
ら高炉水滓を乾燥・粉砕し、これに高炉水砕の水
硬性に活性化を与えるための水硬性無機質材を少
量混合して製造した固化剤が広く利用されてお
り、当該固化剤とセメントミルクの混合物を軟弱
土壌や汚泥内へ混入して撹拌することにより、固
化処理を行なうものである。当該固化剤は、高炉
水滓内の石灰ガラス質とモルタル等内の水酸化石
灰とが反応することにより、ポルトランドセメン
トの主要化合物に類似する硅酸石灰やアルミン酸
石灰が生成され、水硬性が発揮されると共に緻密
な水和組織を形成して固化強度を高めるものであ
る。 しかし乍ら、前記高炉水滓より製造された固化
剤は通常セメントミルクと１：１程度の割合で混
合する必要があり、セメントミルクの混合割合が
低下すると十分な固化作用が得られない。従つ
て、実際の使用に於いては多量のセメントを必要
とし、地盤改良費や汚泥処理費の高騰を招くとい
う難点がある。 また、前記固化剤は、固化の完了までに相当の
養生期間を必要とするうえ、固化物の圧縮強度が
十分に上らないという難点がある。例えば、含水
比120％、比重1.45ｇ／cm³のシルト質粘土１m³に、
当該固化剤とセメントミルクが１：１の混合ミル
ク120Kgを混入した場合、30日経過後の室内−軸
圧縮強度が２〜３Kg／cm²程度（300Kg混入の場合
には15〜17Kg／cm²）であり、固化強度を上げるた
めには、長期の養生期間と大量の固化剤及びセメ
ントミルクを必要とする。 一方、高炉水滓にはアルカリ性刺激剤の存在下
に石膏と水和反応をし、軟弱土壌等を固化させる
作用があることが従来から知られている。即ち、
高炉水滓内のアルミナ成分がセメントや消石灰等
のアルカリ性反応促進剤の作用によつて石膏と水
和反応をし、所謂エトリンジヤイト硬化物を生成
して軟弱土壌等を固化させるものである。 しかし、セメントや消石灰を刺激剤として製造
された固化剤は、刺激剤量を増量（15〜20重量
％）してもアルミナと石膏との水和反応が極めて
緩慢で固化に相当長時間を要するうえ、固形物が
強アルカリ性を呈し、且つ固化物の圧縮強度も極
めて低いという難点がある。 また、アルミナと石膏との水和反応速度を高め
るために、水酸化カリウム（KOH）や水酸化ナ
トリウム（NaOH）等の強アルカリ性物質を刺
激剤とする固化剤の製法開発も行なわれている。
しかし、この場合でも水和反応の促進には15〜20
重量％の強アルカリ性刺激剤を必要（それ以上添
加しても反応速度は飽和する）とし、その結果固
化物のアルカリ度がPH値で10〜11位いになり、土
壌や地盤のアルカリ汚染を生じると共に、汚泥等
の処理の場合には、固化汚泥の廃棄による二次汚
染を生ずる危険がある。更に、前記製法による固
化剤は固化物の圧縮強度が低いうえ、アルカリ骨
材反応による亀裂を生ずる虞れがあり、セメント
の代替品として建築用等に使用することは到底不
可能である。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従前の高炉水滓を主成分とした固化
剤に於ける上述の如き問題、即ち固化時間が相
当長く且つ固化物の圧縮強度が相対的に低いこ
と、固化物が強アルカリ性を示すため、環境汚
染を誘発すること、強アルカリ性のうえ固化物
の機械的強度が低く、セメント代替品として使用
できないこと等の問題を解決せんとするものであ
り、固化速度が速く且つ弱アルカリ性であつて環
境汚染を生ずることが無く、しかも固化物が十分
な機械的強度を保有し、セメント代替材としても
使用可能な固化剤の製造方法を提供することを目
的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 本願発明者は前述の如き問題の解決を図るた
め、アルカリ性刺激剤に他の物質成分を添加す
ることにより、より少量のアルカリ性刺激剤でも
つて強力な水和反応の促進作用を得ること、及び
主成分の高炉水滓並びに排脱石膏自体の活性化
を図ることにより、刺激剤に対する感度を上げて
水和反応の促進を図ることを着想し、各種のアル
カリ性刺激剤と添加物質の組合せについて、それ
等の混合比や高炉水滓と排脱石膏の混合比をパラ
メータにして数多くの固化試験等を行なうと共
に、オゾンによる高炉水滓及び排脱石膏の活性化
処理について、各種の試験を行なつた。 本発明は、前記着想並びにこれに基づく各種試
験を基にして創作されたものであり、本願発明は
高炉水滓及び排煙脱硫石膏の微粉末を一定時間オ
ゾン雰囲気中で晒し処理し、その後20〜50重量％
のオゾン処理をした排煙脱硫石膏の微粉末と、１
〜４重量％のマグネシウムと、１〜５重量％の塩
化カルシウムと、１〜５重量％のセメント及び
0.1〜0.5重量％の水酸化カルシウムの何れか一方
又は両方と、残部に相当するオゾン処理をした高
炉水滓の微粉末とを混合することを特徴とする固
化剤の製造方法。 （作用） 本発明により製造した固化剤は、基本的には高
炉水滓内のアルミナ成分と石膏との水和反応がア
ルカリ性刺激剤によつて促進され、エトリンジヤ
イト硬化物を生成することにより固化作用が奏さ
れるものと想定される。また、セメント等と混合
して使用する場合には、高炉水滓内の高石灰ガラ
ス質がセメント内の水酸化石灰と反応してセメン
トの主要化合物に類似の硅酸石灰及びアルミン酸
石灰を生成し、これ等による水硬作用が前記固化
作用に重畳される。 セメントや水酸化カルシウム等のアルカリ性刺
激剤にマグネシウムと塩化カルシウムを少量添加
することにより、刺激剤が一層活性化されて水和
反応の促進機能が向上し、前記エトリンジヤイト
硬化物の生成が促進されて固化時間が短縮される
と共に固化物の機械的強度も向上する。 又、主成分である排脱石膏と高炉水滓をオゾン
雰囲気に晒す処理を行なうことにより、石膏や水
滓スラグ内のアルミナ成分等が活性化され、前記
刺激剤の作用とを相俟つてエトリンジヤイトの生
成が一層促進されると共により緻密な水和組織が
形成され、これによつて固化物の機械的強度の大
幅な向上が達成されるものと想定される。 （実施例） 以下、本発明の一実施例に基づいて本発明を詳
説する。 高炉水滓は、高炉から排出された溶融高炉スラ
グを淡水又は海水で急冷し、更にこれを乾燥して
微粉砕（粒径５〜30μｍ）することにより製造さ
れる。微粉砕された高炉水滓は、引き続きオゾン
発生器内へ導入され、ここで一定時間オゾン雰囲
気に晒される。当該オゾンによる晒し処理は、オ
ゾン発生装置内を上方から下方へ向けてジグザグ
状のシユートに沿つてスラグ微粉を落下させるこ
とにより行なわれており、オゾン雰囲気内に於け
る微粉末の滞留時間は10〜20秒間、オゾン発生器
光源の電力は2KW×10基、スラグ微粉末の処理
能力は10〜15Kg／分である。尚、高炉水滓として
は、溶融高炉スラグを淡水で急冷したものを使用
するのが望ましく、またオゾン雰囲気による晒処
理は、前述の如くオゾン発器光源の電力が2KW
×10基の場合には、10〜20秒間位いの滞留で十分
であり、それ以上オゾン処理を強化しても固化物
の機械的強度の上昇に著しい変化は見られない。 第１表は、本実施例に於いて使用した高炉水滓
の化学成分を示すものである。

【表】 一方、排煙脱硫石膏は、重油燃焼火力発電所か
らの排脱石膏を乾燥並びに微粉砕（粒径５〜20μ
ｍ）することにより製造されており、第２表の如
き化学成分を有している。又、該排脱石膏は高炉
水滓の場合と同様に、乾燥・微粉砕のあとオゾン
雰囲気による晒処理が施されており、オゾン処理
条件は前記高炉水滓の場合と同様である。

【表】 第３表及び第４表は、本実施例に於いて製造し
た固化剤の各成分混合比を示すものである。

【表】

【表】 セメント及び水酸化カルシウムは主刺激剤を構
成するものであり、セメントを単独で使用する場
合には１〜5Wt％の添加を必要とする。セメント
が1Wt％以下であれば、高炉水滓内のアルミナと
石膏との水和反応が促進せず、またセメントが
5Wt％を越えると、固化物のアルカリ度が上るだ
けでなく、前記水和反応の促進効果が飽和するか
らであり、１〜3Wt％の混合比が最も適してい
る。このことは、水酸化カルシウムを主刺激剤と
する場合も同様であり、0.1Wt％以下では水和反
応が緩慢過ぎ、また0.5Wt％を越えると、固化物
のアルカリ度が上昇すると共に反応速度の方はあ
まり向上しないからであり、0.1〜0.2Wt％の混合
比が最適値である。尚、本実施例に於いてはセメ
ント及び水酸化カルシウムを夫々単独で使用して
いるが、両者を一緒に、例えばセメント1Wt％と
水酸化カルシウム0.1Wt％を一緒に使用してもよ
いことは勿論である。 マグネシウムと塩化カルシウムは前記主刺激剤
の補助的な機能を果すものであり、主刺激剤を活
性化すると共に主刺激剤との相乗作用により前記
水和反応を著しく促進する。尚、水和反応の促進
作用を奏するためには、マグネシウムを１〜4Wt
％（最適値は１〜2Wt％）、塩化カルシウムを１
〜5Wt％（最適値は１〜3Wt％）夫々必要とし、
何れかがその最少値を下れば、前記促進作用は減
少する。また、マグネシウム及び塩化カルシウム
の量が夫々４及び5Wt％を越ると、水和反応の促
進効果が飽和する。従つて、夫々の添加量は４及
び5Wt％以下とする。 オゾン処理をした排脱石膏とオゾン処理をした
高炉水滓は、夫々当該固化剤の基本成分となるも
のであるが、両者の割合（高炉水滓／排脱石膏）
は略１〜４位いが適当であり、望ましくは1.2〜
2.0位いが最適である。石膏量が不足して20Wt％
以下になつても、或いは石膏量が50Wt％を越え
て逆に高炉水滓が不足状態になつても、固化剤の
固化性能や固化強度が低下する。従つて、本実施
例に於いては、排脱石膏を20〜50Wt％とし、刺
激剤や活性剤を除いた残部を高炉水滓とする構成
としている。尚、高炉水滓量と石膏量の比は理論
値よりも相当大きな値を含むものになつている
が、高炉水滓内のアルミナ成分の排脱石膏（２水
石膏）に対する反応性は石膏の溶解度等とも関連
するため、理論値よりも石膏が相当不足しても、
極めて良好な固化特性が得られることが確認され
ている。 第１図は、前記第３表に記載の本発明により製
造した固化剤の固化試験結果を示すものであり、
曲線Ａは本発明に係る固化剤に関するものであ
る。また、曲線Ｂは同じ化学成分物質であつて、
オゾン処理をしていない高炉水滓と石膏を使用し
た場合のものであり、何れも固化剤と水との混合
比（固化剤／水）を1.7とした時の値である。 本発明により製造した固化剤の場合、圧縮強度
が混合後７日で200Kg／cm²、14日で330Kg／cm²、28
日で540Kg／cm²となり、ポルトランドセメントの
場合と略同等の固化速度と圧縮強度を保有する。
また、高炉水滓並びに石膏のオゾン雰囲気による
晒処理を行なわない場合に比較して、圧縮強度が
略30％向上することが判明している。 前記固化剤による固化物のアルカリ度は、PH
8.5であつて略中性に近い弱アルカリ性であり、
従前の高炉水滓を主剤とするセメント系硬化剤に
比較してアルカリ度が著しく低下する。 更に、本発明により製造した固化剤を用いて含
水比120％、比重1.45Kg／cm²のシルト質粘土１m³
に当該固化剤の溶融ミルクを120Kg混合した場合、
大気温度（平均18℃）による自然固化に於いて、
30日経過後の室内一軸圧縮強度が６〜７Kg／cm²と
なり、従前の高炉水滓を主体とするセメント系固
化剤に比較して固化物の圧縮強度が30〜40％向上
すると共に、固化時間も大幅に短縮される。 （効果） 本発明に係る固化剤は、主成分である高炉水滓
と排脱石膏とをオゾン雰囲気中で一定時間晒し処
理するようにしているため、両者が活性化されて
より少ない刺激剤で水和反応が迅速に進行すると
共に、緻密な水和組織が形成される。その結果、
固化物の固化速度並びに圧縮強度が大幅に向上す
る。 また、本発明に係る固化剤はマグネシウム等の
添加によりアルカリ性刺激剤の水和反応の促進効
果を著しく高めるようにしているため、少量のア
ルカリ性刺激剤でもつて迅速な固化作用が達成さ
れる。従つて、当該固化剤を使用して土壌の改良
処理やヘドロの固化処理等を行なつても、所謂ア
ルカリ汚染を生ずることは殆んどなく、しかも固
化作業に要する日程も著しく短縮され、作業能率
の向上を図り得る。 更に、本発明に係る固化剤はポルトランドセメ
ントと略同等の固化速度と固化物の圧縮強度を有
しており、セメント代替品として建材用に使用で
きると共に、アルカリ性が極めて弱いので、所謂
アルカリ骨材反応による構造物の亀裂等を生ずる
虞れも殆んど無い。 そのうえ、本発明は高炉水滓と排脱石膏の有効
利用を図るものであり、省資源及び低コストとい
う面でも従前のセメント若しくはセメント系固化
剤に比較して優れた効用を有している。 本発明は、上述の通り高い実用的効用を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に固化剤の硬化並びに強度特
性を示すものである。 Ａ……本発明に係る固化剤の特性曲線。Ｂ……
本発明と同じ化学成分であつて、オゾン晒処理を
行なつていない高炉水滓と石膏を用いた固化剤の
特性曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉水滓の微粉末及び排煙脱硫石膏の微粉末
   を一定時間オゾン雰囲気中で晒し処理し、その後
   20〜50重量％のオゾン処理をした排煙脱硫石膏の
   微粉末と、１〜４重量％のマグネシウムと、１〜
   ５重量％の塩化カルシウムと、１〜５重量％のセ
   メント及び0.1〜0.5重量％の水酸化カルシウムの
   何れか一方又は両方と、残部に相当するオゾン処
   理をした高炉水滓の微粉末とを混合することを特
   徴とする固化剤の製造方法。