(57)【要約】【課題】短時間で強度の高い製鋼スラグ水和固化体を製造することができる製鋼スラグ水和固化体の製造方法を提供すること。【解決手段】８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる（浸漬工程）。この浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練する（フライアッシュ添加混練工程）。その後、このフライアッシュ添加混練工程で得られたスラリーを、大気養生・水蒸気養生などの養生方法で固化させる（養生工程）。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる浸漬工程と、
前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練するフライアッシュ添加混練工程と、
前記フライアッシュ添加混練工程で得られたスラリーを固化させる養生工程と、
を備える、製鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製鋼スラグ水和固化体の製造方法において、
製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率が重量比で３：５〜５：３とされていることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製鋼スラグ水和固化体の製造方法において、
前記浸漬工程において、８０℃以上１００℃以下の温度の水の中での製鋼スラグの浸漬時間が５分以上１５０分以下とされていることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の製鋼スラグ水和固化体の製造方法において、
前記養生工程は、水蒸気養生処理または温水養生処理を含んでいることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項５】
８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる浸漬工程と、
前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練するフライアッシュ添加混練工程と、
前記フライアッシュ添加混練工程で得られたスラリーを固化させる養生工程と、
を経て製造された、製鋼スラグ水和固化体。
【請求項６】
請求項５に記載の製鋼スラグ水和固化体において、
製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率が重量比で３：５〜５：３とされていることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体。
【請求項７】
請求項５または６に記載の製鋼スラグ水和固化体において、
前記浸漬工程において、８０℃以上１００℃以下の温度の水の中での製鋼スラグの浸漬時間が５分以上１５０分以下とされていることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の製鋼スラグ水和固化体において、
前記養生工程は、水蒸気養生処理または温水養生処理を含んでいることを特徴とする、製鋼スラグ水和固化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業副産物である製鋼スラグを用いた水和固化体の製造方法、および製鋼スラグを用いた水和固化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業副産物を利用した水和固化体として、鉄鋼スラグを用いた水和固化体（鉄鋼スラグ水和固化体）の製造技術が開発されている。この水和固化体は、製鋼スラグ、高炉スラグ微粉末、および水を必須材料とし、これらを練混ぜ、水和反応により固化（硬化）させたものである。必要に応じて、セメント・石灰ダストなどのアルカリ刺激剤、フライアッシュ、細骨材相当の高炉水砕スラグなどを構成材料に加える（非特許文献１、２参照）。セメント・石灰ダストなどをアルカリ刺激剤として添加し、フライアッシュや鉄鋼スラグに含有されるシリカとの間のポゾラン反応を利用している。
【０００３】
また、製鋼スラグ水和固化体の製造方法が特許文献１に記載されている。特許文献１では、酸化カルシウム、二酸化珪素、三酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、五酸化燐の質量合計が７０％以上の製鋼スラグと、固化助材（例えば高炉スラグ微粉末）とを混合した後に加水して固化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル、財団法人沿岸技術研究センター、平成２０年２月、Ｐ４
【非特許文献２】川崎製鉄株式会社、鉄鋼スラグ水和固化体の港湾土木材料への適用、[online]、平成１５年３月、財団法人クリーン・ジャパン・センター、[平成２４年８月７日検索]、インターネット（ＵＲＬ：http://www.cjc.or.jp/modules/incontent/vosPages/CJC/cjc_syokai/pdf/system/H14_system.pdf）
【特許文献１】特開２００８−２８０２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１・２、特許文献１などに記載された従来の製造方法では、ポゾラン反応による強度向上を果たすため、水和固化体を長時間養生する必要がある。
【０００６】
また、従来は、安定化処理（水蒸気養生、屋外養生などによって膨張性を抑制する処理）された製鋼スラグを用いて水和固化体を製造していた。水蒸気養生による安定化処理に要する期間は３日程度であり、屋外養生による安定化処理の場合には半年以上の期間をかけて安定化処理を行っていた。このように、従来は、事前に行う製鋼スラグの安定化処理に多大な時間およびコストがかかっていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、短時間で強度の高い製鋼スラグ水和固化体を製造することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、まず製鋼スラグを煮沸し、その後、そのままそこにフライアッシュを加えて混練する。これにより前記課題を解決できることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練するフライアッシュ添加混練工程と、前記フライアッシュ添加混練工程で得られたスラリーを固化させる養生工程と、を備える製鋼スラグ水和固化体の製造方法である。
【００１０】
なお、上記の浸漬工程・フライアッシュ添加混練工程・養生工程を経て製造された製鋼スラグ水和固化体も本発明である。
【発明の効果】
【００１１】
前記浸漬工程を行うことで、製鋼スラグに含有されているｆ-ＣａＯ（フリーライム）が水和してカルシウムイオンを放出する速度が上がる。また、製鋼スラグとフライアッシュとの混練後に、製鋼スラグ中のｆ-ＣａＯが水和膨張することを防止することができる。
また、前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーをそのまま用いることで、放出されたカルシウムイオンを有効に利用することができる。
これらにより、短時間で強度の高い製鋼スラグ水和固化体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】製鋼スラグ水和固化体の製造条件、および製造された製鋼スラグ水和固化体の圧縮強度を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
製鋼スラグとは、銑鉄やスクラップから靭性・加工性に優れた「鋼」を製造する製鋼工程で副生されるスラグのことをいう。製鋼スラグには、例えば、転炉から副生する転炉系スラグ、スクラップを原料とする電気炉から副生する電気炉系スラグがある。製鋼スラグは微粉末のものが多く（粒径１．２ｍｍ以下、さらには粒径０．３ｍｍ以下の製鋼スラグが多い）、産業副産物として利用価値が低い。製鋼スラグを例えば路盤材として再利用するには塊成化する必要がある。また、フライアッシュは、微粉炭が燃焼する際に副生されるものである。
【００１５】
本発明に係る製鋼スラグ水和固化体の製造方法では、セメント・石灰ダストなどのアルカリ刺激剤を用いることなく、製鋼スラグとフライアッシュと水とから高強度の水和固化体を製造する。鉄鋼スラグのうちの製鋼スラグがｆ-ＣａＯを多く含有することから、このｆ-ＣａＯをアルカリ刺激剤として利用し、フライアッシュに含まれるシリカとポゾラン反応を起こさせる。以下、製鋼スラグ水和固化体製造の各工程について説明する。
【００１６】
（浸漬工程）
先ず、８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる。このとき、製鋼スラグと水との混合物を混練しながら浸漬処理してもよい。また、コストの観点から浸漬処理はほとんどの場合常圧下で行われる。なお、後述する実施例では、製鋼スラグと水との混合物を煮沸している。すなわち、約１００℃の温度の水に製鋼スラグを浸漬させている。
【００１７】
この浸漬工程においては、８０℃以上１００℃以下の温度の水中での製鋼スラグの浸漬時間が５分以上１５０分以下とされることが好ましい。
【００１８】
（フライアッシュ添加混練工程）
次に、製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練する。製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練する、とは、浸漬処理（浸漬工程）後の製鋼スラグをその処理水とともにフライアッシュと混練する、ということである。
【００１９】
ここで、製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率は、重量比で３：５〜５：３とされていることが好ましい。
【００２０】
（養生工程）
フライアッシュを加えての混練が完了すると（混練状態が均一なものとなると）、得られたスラリーを任意の方法で成形し、固化させていく。このときの水和固化体の養生処理としては、大気中で行う大気養生、水蒸気中で行う水蒸気養生、温水中で行う温水養生がある。これら養生処理を温度の高い順に並べると、水蒸気養生、温水養生、大気養生という順になる。
【００２１】
大気養生でもよいのだが、より短時間で強度の高い製鋼スラグ水和固化体を得るには、これら養生処理のうち、水蒸気養生処理または温水養生処理を行うことが好ましい。より好適には、水蒸気養生処理を行うことである。
【００２２】
また、大気養生、水蒸気養生、および温水養生のうちのいずれか１種類だけの養生処理を行うのではなく、これらの養生処理を適宜組み合わせて行ってもよい。
【実施例】
【００２３】
図１に示した配合割合にて、試験体（製鋼スラグ水和固化体）を製作した。試験体の製作手順は次のとおりである。常圧下のもと、製鋼スラグを図１に示す煮沸時間にて煮沸（あるいは、６０℃、８０℃の温水に浸漬）し、その煮沸水と製鋼スラグとの混合物にフライアッシュを添加して混練した。その後、得られたスラリーをφ２０ｍｍ×Ｌ４０ｍｍの円筒型枠に充填した。型枠に充填してから２４時間後に脱型した。脱型後の養生は、１週間の大気養生、５時間の水蒸気養生（１２０℃、０．３ＭＰａ）、または１週間の温水養生（５０℃または８０℃の温水浸漬）の３種類であり、各養生後に圧縮強度試験を実施した。表１に、本実験で用いた製鋼スラグおよびフライアッシュの成分を示す。
なお、型枠に充填中の２４時間は大気養生ということになる。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
（製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率）
図１より、大気養生よりも、水蒸気養生または温水養生を経た試験片（水和固化体）のほうが圧縮強度が高いことがわかる。養生方法が同一の場合、試験番号ａ４〜ａ８の結果から、製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率を重量比で３：５〜５：３とすると（試験番号ａ５〜ａ７）、圧縮強度がより高くなることがわかる。
水蒸気養生を経た試験片の比較で、試験番号ａ４とａ５との圧縮強度の差、試験番号ａ７とａ８との圧縮強度の差は、それぞれ、４．５Ｎ／ｍｍ２、４．０Ｎ／ｍｍ２、であるのに対して、試験番号ａ５とａ６との圧縮強度の差、試験番号ａ６とａ７との圧縮強度の差は、それぞれ、１．５Ｎ／ｍｍ２、２．３Ｎ／ｍｍ２、である。これより、製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率を重量比で３：５〜５：３とすると顕著に圧縮強度が高くなる。
なお、製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率を重量比で１：１にすれば最も圧縮強度が高くなる。
【００２６】
（浸漬工程時の温度）
製鋼スラグを冷水（常温水）に浸漬させた場合（試験番号ａ１）、大気養生では１．１Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度しか得られず、水蒸気養生では試験片が膨張破壊してしまった。また、製鋼スラグを６０℃の温水に浸漬させた場合（試験番号ａ２）、水蒸気養生では試験片が膨張破壊してしまった。これに対して、製鋼スラグを８０℃の温水に浸漬させた場合（試験番号ａ３）、水蒸気養生を経た試験片の圧縮強度は、８．８Ｎ／ｍｍ２と高い値を示した。また、製鋼スラグを煮沸した場合（試験番号ａ６）、大気養生では２．７Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度が得られ、水蒸気養生を経た試験片の圧縮強度は、１０．２Ｎ／ｍｍ２と高い値を示した。これより、８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを先ず浸漬させる工程の有用性を確認することができる。
【００２７】
（製鋼スラグの浸漬処理時間）
試験番号ｂ１〜ｂ１１は、製鋼スラグの煮沸時間を変化させた場合のものである。なお、煮沸時間が０分という試験番号ｂ１は、製鋼スラグの煮沸を行わず、製鋼スラグとフライアッシュとの混合物を、いきなり１００℃の沸騰水で混練したものである。
【００２８】
製鋼スラグの煮沸時間が５〜１５０分の場合は（試験番号ｂ２〜ｂ８）、いずれの試験片も同程度の圧縮強度を発現するものの（特に、水蒸気養生を行った場合の圧縮強度を参照）、０分および１８０分を超過した場合には（試験番号ｂ１、ｂ９〜ｂ１１）、強度低下することが明らかになった。
【００２９】
煮沸時間が０分では、フライアッシュとの反応に必要な製鋼スラグからのカルシウムイオンの溶出が不十分であったと考えられる。また、煮沸時間が１８０分を超過した場合には、長時間高温水で浸漬処理することにより、製鋼スラグのシリカの水和も促進されて溶出したカルシウムイオンと反応するため、フライアッシュとの反応に必要なカルシウムイオンが不足するためであると考えられる。
【００３０】
（事前の安定化処理の有無）
試験番号ａ９は、安定化処理された製鋼スラグを用いた場合のものである。試験番号ａ６と試験番号ａ９との比較から、事前に安定化処理した製鋼スラグ用いるよりも、安定化処理されていない製鋼スラグを用いた方が圧縮強度の発現に効果があることがわかる。
【００３１】
（製鋼スラグの浸漬処理水の効果）
試験番号ａ１０は、製鋼スラグを６０分間煮沸し、その処理水を洗い流した製鋼スラグをフライアッシュと沸騰水とで混練した場合のものである。試験番号ａ６と試験番号ａ１０との比較から、処理水をそのまま使用したほうが圧縮強度の発現に効果があることがわかる。
【００３２】
（水和固化体の養生方法）
前記したように、大気養生よりも、水蒸気養生または温水養生を経た試験片（水和固化体）のほうが圧縮強度が高い。また、試験番号ａ６より、温水養生よりも温度が高い水蒸気養生を経た試験片のほうが圧縮強度が高い。これは高温条件下においてポゾラン反応が加速されるとともに、消費されたカルシウムイオンを補うように、製鋼スラグからさらにカルシウムイオンが溶出するからであると考えられる。
【００３３】
（作用・効果）
本発明に係る製鋼スラグ水和固化体の製造方法は、８０℃以上１００℃以下の温度の水に製鋼スラグを浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーにフライアッシュを加えて混練するフライアッシュ添加混練工程と、前記フライアッシュ添加混練工程で得られたスラリーを固化させる養生工程と、を備える。
【００３４】
この構成によると、前記浸漬工程により、製鋼スラグに含有されているｆ-ＣａＯが水和してカルシウムイオンを溶出する速度が上がる。また、製鋼スラグとフライアッシュとの混練後に、製鋼スラグ中のｆ-ＣａＯが水和膨張することを防止することができる。
また、前記浸漬工程で得られた製鋼スラグと水とのスラリーをそのまま用いることで、製鋼スラグから溶出されたカルシウムイオンを有効に利用することができる。これらにより、製鋼スラグ水和固化体において高い圧縮強度を早期に（短時間で）発現させることができる。
【００３５】
また、製鋼スラグとフライアッシュとの配合比率を重量比で３：５〜５：３とすることで、製鋼スラグ水和固化体の強度をより高くすることができる（試験番号ａ４〜ａ８）。
【００３６】
また、浸漬工程において、８０℃以上１００℃以下の温度の水の中での製鋼スラグの浸漬時間を５分以上１５０分以下とすることで、製鋼スラグ水和固化体の強度をより早期に（短時間で）発現させることができる（試験番号ｂ１〜ｂ１１）。
【００３７】
さらには、浸漬工程において高温水処理した製鋼スラグと、フライアッシュとを混練した後、水蒸気養生または温水養生により固化させることで、製鋼スラグ水和固化体の強度はさらに増加する（試験番号ａ６）。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【図１】
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