(57)【要約】【課題】短期間で長期間の水浸膨張性に対する品質を論理的に保証できる製鋼スラグの水浸膨張判定方法を提供する。【解決手段】製鋼スラグの水浸膨張性判定方法であって、４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で水浸膨張させた複数の製鋼スラグの水浸膨張曲線から単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出し、所定温度で所定時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値に対して、前記所定温度よりも高い測定温度との温度差と、前記増加倍率とを用いて前記測定温度における前記所定時間に対応した変換時間を算出し、前記測定温度で前記変換時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張値を用いて前記製鋼スラグの前記水浸膨張基準値に対する合否を判定することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で水浸膨張させた複数の製鋼スラグの水浸膨張曲線から単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出し、
所定温度で所定時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値に対して、前記所定温度よりも高い測定温度との温度差と、前記増加倍率とを用いて前記測定温度における前記所定時間に対応した変換時間を算出し、
前記測定温度で前記変換時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張値を用いて前記製鋼スラグの前記水浸膨張基準値に対する合否を判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
【請求項２】
横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上に、所定温度で所定時間水浸膨張させた製鋼スラグの水浸膨張基準値を示す点をとり、
前記所定温度で測定した前記製鋼スラグの水浸膨張曲線が、前記点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回ると推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して不合格と判定し、前記製鋼スラグの水膨張曲線が前記直線を上回らないと推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して合格と判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
【請求項３】
４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で膨張させた複数の製鋼スラグの水浸膨張曲線から単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出し、
所定温度で所定時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値に対して、前記所定温度よりも高い測定温度との温度差と、前記増加倍率とを用いて前記測定温度における前記所定時間に対応した変換時間を算出し、
横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上に、前記変換時間に対応させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値を示す点をとり、
前記測定温度で測定した前記製鋼スラグの水浸膨張曲線が、前記点から水浸時間が短くなる方向に伸びた勾配が０．５である直線を上回ると推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して不合格と判定し、前記製鋼スラグの水膨張曲線が前記直線を上回らないと推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して合格と判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
【請求項４】
ＪＩＳ  Ａ  ５０１５  付属書Ｂの水浸膨張試験の測定を前記測定温度で継続して水浸させた場合に同じ膨張率となる対応時間を統計的な平均値で算出し、
前記水浸膨張曲線に代えて、前記測定温度で水浸膨張させた水浸膨張曲線の前記対応時間経過時における前記水浸膨張曲線の勾配のまま水浸時間が長くなる方向に直線補外した直線を用いることを特徴とする請求項３に記載の製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の製鋼スラグの水浸膨張性判定方法を用いて製鋼スラグの水浸膨張性を判定し、
前記水浸膨張基準値に対して合格と判定された製鋼スラグを用いてスラグ路盤材を製造することを特徴とするスラグ路盤材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグ水浸膨張性を判定する製鋼スラグの水浸膨張性判定方法および当該製鋼スラグの水浸膨張性判定方法を用いたスラグ路盤材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼スラグは緻密で固く、締め固めれば大きな荷重を支持できるため、道路の路盤材として用いられる。しかし、製鋼スラグ中には、精錬時に使用した酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が未反応で残存しており、このＣａＯが雨水や海水などの水分と水和反応を起こして体積膨張する。このため、製鋼スラグを路盤材（ＪＩＳ  Ａ  ５０１５クラッシャラン鉄鋼スラグ）として用いる場合、適切なエージング処理を行って、体積膨張を抑制させることが必要になる。エージングが不十分であると、数年を経て路盤の膨張に応じて畝状の凹凸を発生させたり、局所的に山状に盛り上がってアスファルトを突き破るポップアウトを生じて、車輌や歩行者の往来を阻害する。
【０００３】
道路用の鉄鋼スラグについて規定したＪＩＳ  Ａ  ５０１５には製品種毎に最低限のエージング期間と、路盤材としての膨張性上限が示されている。製鋼スラグの路盤材製品として多いのは、ＨＭＳ−２５、ＭＳ−２５、ＣＳ−４０などであり、膨張性は水浸膨張率で１．５％以下とすることになっている。しかし、時として製品内のばらつきなどから、測定サンプルでは規格を満たしているのに、敷設後数年を経て路面に膨張を引き起こすことがある。そのため、製鋼スラグに低膨張材料を複合して製品膨張性のばらつきを抑制するか、膨張率を規定より相当に下げて、安全化を図ることも通常に行われている。
【０００４】
製鋼スラグの膨張性を判定する方法として、例えば、特許文献１では、スラグを容器内で突固めて成型体とした後、乾燥器内で所定時間乾燥して、成型体表面の亀裂有無で判定する方法が開示されている。また、この他に、オートクレーブの高圧蒸気内で水和させて初期より粉化した量で判定する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１７１６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
路盤設計基準では道路の耐久性は１０年を見越している。しかし、実情はメンテナンスコスト削減のために、２０年程度の耐久性が求められる実態もある。すなわち、路盤材には高い耐久性と、特に製鋼スラグ路盤材に関しては高い膨張安定性が求められる。しかし、現状の膨張性判定はＪＩＳ  Ａ  ５０１５でも、何年も先まで製鋼スラグの膨張により路盤を崩壊させないことを保証するものではない。他の判定方法も、実使用条件で何年先という長期にわたり製鋼スラグの膨張により路盤を崩壊させないことを予測するものではない。一方、実際に製鋼スラグを長期間水浸させて膨張性を確認するのでは、確認するまでに何十年もの時間を要するので現実的ではない。このように、長期にわたる製鋼スラグ路盤材の膨張性を論理的に保証できる方法はなく、このため、膨張性に対する品質を長期間保証された製鋼スラグ路盤材はないのが現状である。
【０００７】
本発明は、このような現状を鑑みてなされたものであり、その目的は、短期間で長期間の水浸膨張性に対する品質を論理的に保証できる製鋼スラグの水浸膨張判定方法を提供するとともに、当該判定方法を用いた製鋼スラグ路盤材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で水浸膨張させた複数の製鋼スラグの水浸膨張曲線から単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出し、
所定温度で所定時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値に対して、前記所定温度よりも高い測定温度との温度差と、前記増加倍率とを用いて前記測定温度における前記所定時間に対応した変換時間を算出し、
前記測定温度で前記変換時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張値を用いて前記製鋼スラグの前記水浸膨張基準値に対する合否を判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
（２）横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上に、所定温度で所定時間水浸膨張させた製鋼スラグの水浸膨張基準値を示す点をとり、
前記所定温度で測定した前記製鋼スラグの水浸膨張曲線が、前記点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配を０．５とする直線を上回ると推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して不合格と判定し、前記製鋼スラグの水膨張曲線が前記直線を上回らないと推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して合格と判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
（３）４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で膨張させた複数の製鋼スラグの水浸膨張曲線から単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出し、所定温度で所定時間水浸膨張させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値に対して、前記所定温度よりも高い測定温度との温度差と、前記増加倍率とを用いて前記測定温度における前記所定時間に対応した変換時間を算出し、横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上に、前記変換時間に対応させた前記製鋼スラグの水浸膨張基準値を示す点をとり、前記測定温度で測定した前記製鋼スラグの水浸膨張曲線が、前記点から水浸時間が短くなる方向に伸びた勾配が０．５である直線を上回ると推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して不合格と判定し、前記製鋼スラグの水膨張曲線が前記直線を上回らないと推定される場合に、前記水浸膨張基準値に対して合格と判定することを特徴とする製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
（４）ＪＩＳ  Ａ  ５０１５  付属書Ｂの水浸膨張試験の測定を前記測定温度で継続して水浸させた場合に同じ膨張率となる対応時間を統計的な平均値で算出し、前記水浸膨張曲線に代えて、前記測定温度で水浸膨張させた水浸膨張曲線の前記対応時間経過時における前記水浸膨張曲線の勾配のまま水浸時間が長くなる方向に直線補外した直線を用いることを特徴とする（３）に記載の製鋼スラグの水浸膨張性判定方法。
（５）（１）から（４）の何れか1つに記載の製鋼スラグの水浸膨張性判定方法を用いて製鋼スラグの水浸膨張性を判定し、前記水浸膨張基準値に対して合格と判定された製鋼スラグを用いてスラグ路盤材を製造することを特徴とするスラグ路盤材の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製鋼スラグの水浸膨張判定方法を実施することで、長期間の水浸膨張性に対する品質を、短期間で論理的に保証することができる。また、当該判定方法を用いた製鋼スラグ路盤材の製造方法で製造されたスラグ路盤材は、長期間の膨張性に対する品質が論理的に保証されたスラグ路盤材にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各温度条件で脱炭スラグの水浸膨張試験を行なった結果を示すグラフである。
【図２】８０℃、６０℃、４０℃の水浸膨張曲線が１００℃の水浸膨張曲線に重なることを示したグラフである。
【図３】種々の脱炭スラグにおいても同様に水浸膨張曲線を推算できることを説明するグラフである。
【図４】第１の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を説明するグラフである。
【図５】脱炭スラグの水浸膨張曲線を横軸および縦軸ともに対数軸に変換したグラフを示す。
【図６】水浸温度の異なる水浸膨張に適用させた第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を説明するグラフである。
【図７】ＪＩＳ水浸膨張法を、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法に適用させる方法を説明するグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を用いて脱炭スラグＡ〜Ｃの水浸膨張性を判定した結果を示すグラフである。
【図９】ＪＩＳ膨張試験結果を第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法に適用させた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。図１は、各温度条件で脱炭スラグの水浸膨張試験を行なった結果を示すグラフである。図１に示したグラフにおいて、横軸は、水浸時間（日）であり、縦軸は、膨張率（％）である。
【００１２】
まず、本発明をするに到った水浸膨張試験について説明する。ＪＩＳ  Ａ  ５０１５付属書Ｂに規定されている水浸膨張試験（以後、「ＪＩＳ水浸膨張法」という）と同量の脱炭スラグを試料として充填した供試体について温度条件を変えて水浸膨張試験を実施した。なお、ＪＩＳ水浸膨張法では、１日６時間、８０℃に保持するサイクルを１０日間繰り返すが、図１に示した水浸膨張試験においては、水浸温度を１００℃、８０℃、６０℃、４０℃とし、当該温度で保持し続ける水浸膨張試験を実施した。一つの温度での供試体の本数は、ＪＩＳ水浸膨張法と合わせて３本とし、この３本の供試体の測定から得られた３つの水浸膨張曲線の平均の曲線を図１に示す。なお、以下の実施形態は、脱炭スラグを試料として用いた例で説明するが、製鋼スラグであれば、例えば、脱珪スラグ、脱燐スラグ、造塊スラグ等であっても、本実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張性判定方法を適用させて、当該スラグの水浸膨張性を判定できる。
【００１３】
図１に示すように、水浸温度が高い場合に、脱炭スラグの水浸膨張は速やかに進行し、水浸温度が低い場合に脱炭スラグの膨張はゆっくり進行する。本発明者らは、水浸温度が高くなるにつれて脱炭スラグの膨張速度が規則的に速くなることに着目し、水浸温度が単位温度上昇するごとに、脱炭スラグの水浸膨張速度は一定倍率で増加し、１００℃より低い温度の膨張曲線は、当該一定倍率の逆数で水浸時間軸を短縮することで１００℃の膨張曲線に重ねられることを見出した。
【００１４】
図２は、８０℃、６０℃、４０℃の水浸膨張曲線が１００℃の水浸膨張曲線に重なることを示したグラフである。図２に示したグラフにおいて、横軸は、水浸時間（日）であり、縦軸は、膨張率（％）である。８０℃の膨張曲線は、水浸時間軸を１／４に短縮することで１００℃の水浸膨張曲線と重なり、６０℃の膨張曲線は、水浸時間軸を１／１６に短縮することで１００℃の水浸膨張曲線と重ねることができる。さらに、４０℃の水浸膨張曲線は、水浸時間軸を１／６４に短縮することで、１００℃の膨張曲線と重ねることができる。
【００１５】
このように、例えば、８０℃の水浸膨張曲線を１００℃の水浸膨張曲線に重ねようとした場合に、８０℃と１００℃の温度差２０℃に対し、１０℃上昇するごとに時間軸を１／２にすればよいことがわかる。すなわち、８０℃の膨張曲線を１００℃の膨張曲線に重ねる場合、（１／２）２＝１／４となり、８０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／４にすればよい。
【００１６】
また、６０℃の水浸膨張曲線を１００℃の水浸膨張曲線に重ねる場合、１００℃になるまでに４０℃上昇するので（１／２）４＝１／１６となり、６０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／１６にすればよいことがわかる。同様に、４０℃の水浸膨張曲線を１００℃の水浸膨張曲線に重ねる場合、１００℃になるまでに６０℃上昇するので（１／２）６＝１／６４となり、４０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／６４にすればよいことがわかる。同様に、１００℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を４倍にすれば、８０℃の水浸膨張曲線に重ねることができる
【００１７】
このように、異なる温度で水浸膨張させた複数の水浸膨張曲線から、単位温度あたりに上昇する水膨張速度の増加倍率を算出することで、別の温度で水浸膨張させた水浸膨張曲線を推算できる。なお、１００℃に限らず、６０℃の膨張曲線を８０℃の膨張曲線に重ねる場合には、温度差が２０℃であるので、時間軸を１／４に短縮すればよく、４０℃の膨張曲線を８０℃の膨張曲線に重ねる場合には、温度差が４０℃であるので、時間軸を１／１６に短縮すればよい。
【００１８】
図３は、種々の脱炭スラグにおいても同様に水浸膨張曲線を推算できることを説明するグラフである。図３（ａ）は、図１、図２で示した脱炭スラグとは別ロットであって、蒸気エージング処理した脱炭スラグの４０℃、８０℃、１００℃の水浸膨張曲線を示す。当該の脱炭スラグの膨張曲線においても、図３（ｂ）に示すように、水浸温度が１０℃上昇するごとに水浸膨張速度が２倍になるとして、４０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／６４にすることで１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができ、８０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／４にすることで、１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができた。
【００１９】
また、図３（ｃ）は、さらに別ロットの蒸気エージング処理した脱炭スラグの４０℃、８０℃、１００℃の水浸膨張曲線を示す。当該の脱炭スラグの膨張曲線においても、図３（ｄ）に示すように、水浸温度が１０℃上昇するごとに水浸膨張速度が２倍になるとして、４０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／６４にすることで１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができ、８０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／４にすることで、１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができた。
【００２０】
また、図３（ｅ）は、さらに別ロットの蒸気エージング処理した脱炭スラグの４０℃、６０℃、８０℃、１００℃の水浸膨張曲線を示す。当該の脱炭スラグの水浸膨張曲線においては、図３（ｆ）に示すように、温度が１０℃上昇するごとに水浸膨張速度が１．９倍になるとして、４０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／４７（（１／１．９）６）にすることで１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができ、６０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／１３（（１／１．９）４）にすることで１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができ、８０℃の水浸膨張曲線の水浸時間軸を１／３．６（（１／１．９）2）にすることで、１００℃の水浸膨張曲線に重ねることができた。
【００２１】
図３に示すように、ロットが異なり精錬条件が異なる脱炭スラグにおいても、水浸温度を１０℃上昇するごとに水浸膨張速度が２倍程度になることが確認された。製鋼スラグのこのような水浸膨張特性を利用することで長期間の水浸膨張性に対する品質の有無を短期間で判定できる。図４は、第１の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を説明するグラフである。
【００２２】
第１の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法において、まず、対象となる製鋼スラグの単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出する。水浸膨張速度の増加倍率は、製鋼スラグの材質により変化し得るので、同種の製鋼スラグでも複数の工場で製造され処理条件が異なる場合には、各工場ごと、製鋼スラグの種類ごとに、水浸膨張速度の増加倍率を算出することが望ましい。
【００２３】
水浸膨張速度の増加倍率は、４０℃から１２０℃までの間の異なる温度で測定した複数の水浸膨張曲線を測定し、所定の膨張率に到達する水浸時間を比較することで算出できる。なお、水浸膨張速度の増加倍率の算出には、温度条件の異なる３つ以上の水浸膨張曲線から算出することが好ましい。また、水浸条件は、ＪＩＳ水浸膨張方法のように、１日６時間、８０℃に保持し他の時間は放冷してもよいが、放冷時に管理されていない雰囲気温度の影響を受けて誤差が拡大するので好ましくない。このため、水浸温度を一定に保った状態で継続して水浸膨張させることが好ましい。
【００２４】
次に、単位温度あたりに上昇する水浸膨張速度の増加倍率を算出した後に、実際に水浸膨張率を測定する。ここで、単位温度をａ（℃）とした場合の水浸膨張速度の増加倍率をｂ（−）とする。また、長期間水浸させた場合の製鋼スラグの水浸膨張基準値をｃ（％）に定めたとし、当該水浸膨張基準値ｃの温度条件および期間を、それぞれ所定温度ｄ（℃）および所定時間ｅ（日）とする。さらに、所定温度ｄよりも高い温度の測定温度をｆ（℃）とし、測定温度ｆにおける所定時間ｅに対応した変換時間をｇ（日）とする。
【００２５】
なお、単位温度ａは、実用的には５℃、１０℃、２０℃などの温度間隔を区切りやすい値に定めることが好ましい。なお、単位温度ａは、１０℃とすると、計算がしやすくなるので、より好ましい。また、単位温度を１０℃とすると、製鋼スラグを用いた場合における水浸膨張速度の増加倍率ｂは、１．５以上２．５以下になる。
【００２６】
さらに、水浸膨張基準値ｃは、０．５〜６％の範囲内とすることがこのましく、３〜５％の範囲内とすることがより好ましい。水浸膨張基準値ｃは、上記範囲内であって、例えば、４.０％としてよい。この値は、平成２４年度（独）土木研究所成果報告「舗装用骨材の物理・化学性状に関する研究」において、モデル路盤での膨張が４％を超えると路面の膨張による亀裂の増大や路盤支持力の低下が見られるとの報告に基づく値である。また、所定温度は、例えば、常温を想定して２０℃としてよい。さらに、所定期間eは、道路に求められる耐久性を考慮すると、１０〜３０年の範囲内とすることが好ましく、例えば、２０年としてよい。
【００２７】
次に、測定温度ｆで測定した水浸膨張曲線を用いて、所定温度ｄで所定時間ｅが経過するまで水浸膨張させた水浸膨張基準値ｃに対する合否を判定する。まず、変換時間ｇを以下の（１）式を用いて算出する。
【００２８】
ｇ＝ｅ×（１／ｂ）（ｆ−ｄ）／ａ・・・（１）
【００２９】
式（１）で算出された変換時間ｇは、所定温度ｄで所定時間ｅが経過するまで水浸させた製鋼スラグの水浸膨張を、測定温度ｆで水浸膨張させる時間である。このため、測定温度ｆで、変換時間ｇが経過するまで水浸膨張させた後の製鋼スラグの水浸膨張値を用いて、製鋼スラグの水浸膨張基準値ｃに対する合否を判定する。これにより、所定時間ｅよりも短い変換時間ｇで、製鋼スラグの水浸膨張基準値ｃに対する合否を論理的に判定できる。
【００３０】
また、当該判定方法で長期間の水浸膨張性を論理的に保証された製鋼スラグを用いてスラグ路盤材を製造する。これにより、長期間の膨張性に対する品質が論理的に品質が保証されたスラグ路盤材を製造できる。
【００３１】
以上説明したように、第１に実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を実施することで、製鋼スラグを長期間水浸膨張させることなく、短期間で長期間の水浸膨張性に対する品質を論理的に保証することができる。例えば、単位温度ａが１０℃であって、水浸膨張速度の増加倍率ｂが２倍である場合に、所定温度２０℃、所定時間２０年の水浸膨張基準値ｃを定めた場合に、測定温度１００℃で水浸膨張させることで、約２９日で水浸膨張基準値ｃに対する合否を判定できる。
【００３２】
なお、測定温度は、６０〜１２０℃が水浸時間の短縮という観点から好ましく、さらに、８０〜１００℃がより好ましい。８０℃は、ＪＩＳ水浸膨張法と同じ温度であることから、測定装置が流用し易いのでより好ましい。また、１００℃は、大気圧下、蒸気で蒸すことで得られる条件であり、密閉性の高い容器を用いることなく比較的簡便な装置で測定できるのでより好ましい。
【００３３】
次に、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を説明する。図５は、脱炭スラグの水浸膨張曲線を横軸および縦軸ともに対数軸に変換したグラフを示す。
【００３４】
図５に示すように、水浸膨張曲線を縦軸および横軸ともに対数軸に変換すると、脱炭スラグの水浸膨張曲線は、水浸初期においては勾配が１に近くなり、その後、勾配が０．５に漸近していく。例えば、８０℃の水浸膨張曲線においては、水浸時間が１４日経過した後には勾配が０．５になる。なお、水浸温度が低くなると勾配が０．５に漸近する位置が水浸時間が長くなる方向にスライドし、水浸温度が高くなると勾配が０．５に漸近する位置が水浸時間が短くなる方向にスライドするが、勾配が０．５に漸近する傾向は同じであった。
【００３５】
これは、水浸膨張の初期は、遊離石灰や遊離マグネシアなどの膨張源の反応が、化学反応律速であり、蒸気エージングの終了する直前に崩壊して露出した粒子や、水浸膨張試験の準備段階である型枠への突き固めによって割れた粒子の表面にある膨張源が反応しているためと考えられる。しかし、これらの粒子表面での反応が終われば、次は、粒子内部に走るクラックを水分が浸入することで粒子内部の膨張源が反応し、さらに、その膨張反応で新しい亀裂が延び、さらに他の膨張源への水分供給が始まるといった粒子内部の反応が続く。このような反応の反応速度は、水分が粒子内部の膨張源に到達する速度によって定まるので、反応速度は拡散律速的になる。このため、横軸および縦軸を対数軸としたグラフにおいて、全ての膨張曲線が拡散律速を示す勾配が０．５の直線に漸近したと推測した。
【００３６】
このように、水浸初期以外は、水浸膨張は擬似的に拡散律速反応となるのが製鋼スラグの水浸膨張反応の全体像であると考えられる。そのため、長期間水浸されて水浸膨張基準値に到達する時点では、水浸膨張は、上述したように拡散律速になっていると考えられる。このため、横軸および縦軸を対数軸としたグラフ上において、水浸膨張基準値に到達する場合、製鋼スラグの水浸膨張曲線は、勾配が０．５である直線で水浸膨張基準値に到達する。このことから、横軸および縦軸を対数軸としたグラフ上に水浸膨張基準値を示す点をとり、当該点から勾配が０．５である直線を水浸時間が短くなる方向へ延ばす。そして、製鋼スラグの水浸膨張曲線が、勾配が０．５である直線を上回り高膨張率側に延びないと推定される場合には、水浸膨張基準値を超えないといえ、勾配が０．５である直線を上回り高膨張率側に延びると推定される場合には、水浸膨張基準値を超えるといえる。
【００３７】
製鋼スラグのこのような水浸膨張特性を利用することで長期間の水浸膨張性に対する品質の有無を短期間で判定できる。具体的には、横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上に、製鋼スラグの水浸膨張基準値を示す点をとり、同じ温度で測定した製鋼スラグの水浸膨張曲線が、当該点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回ると推定される場合に、製鋼スラグは、水浸膨張基準値に対して不合格と判定し、製鋼スラグの水膨張曲線が当該直線を上回らないと推定される場合に、製鋼スラグは、水浸膨張基準値に対して合格と判定する。
【００３８】
横軸に水浸時間を対数目盛りでとり、縦軸に水浸膨張率を対数目盛りでとったグラフ上において、水浸膨張曲線は勾配が０．５である直線に漸近する。このため、水浸膨張曲線を測定し、勾配が０．５になった時点で、当該水浸膨張曲線が水浸膨張基準値を示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回るか否かを推定できる。このように、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を実施することで、短時間で長期間の水浸膨張性に対する品質を論理的に保証できる。
【００３９】
また、第１の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法で定義したように、単位温度をａ（℃）とした場合の水浸膨張速度の増加倍率をｂ（−）とする。また、長期間水浸させた場合の製鋼スラグの水浸膨張基準値をｃ（％）に定めたとし、当該水浸膨張基準値ｃの温度条件および期間を、それぞれ所定温度ｄ（℃）および所定時間ｅ（日）とする。さらに、所定温度ｄよりも高い測定温度をｆ（℃）とし、測定温度ｆにおける所定時間ｅに対応した変換時間をｇ（日）とする。第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法における水浸膨張基準値ｃは、所定温度ｄとした水浸膨張曲線で判定してもよいが、単位温度ａ上昇した水浸膨張速度の増加倍率がｂである、という規則性を利用することで水浸温度の異なる水浸膨張にも適用できる。
【００４０】
図６は、水浸温度の異なる水浸膨張に適用させた第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を説明するグラフである。図６において、横軸は、水浸時間（日）の対数軸であり、縦軸は、膨張率（％）の対数軸である。
【００４１】
図６中の点は、変換時間ｇに対応させた水浸膨張基準値ｃを示す。すなわち、単位温度ａと水浸膨張速度の増加倍率ｂを用いて、水浸膨張基準値ｃを測定する条件である所定温度ｄにおける所定時間ｅを、測定温度ｆにおける変換時間ｇに変換して、所定温度ｄと異なる温度である測定温度ｆの水浸膨張に対応させた。
【００４２】
第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法は、製鋼スラグの水浸膨張曲線が変換時間ｇにおける水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線に対して、製鋼スラグの水浸膨張曲線が当該直線を上回らないと推定される場合に、水浸膨張基準値に対して合格と判定し、製鋼スラグの水浸膨張曲線が当該直線を上回ると推定される場合に、水浸膨張基準値に対して不合格と判定する。
【００４３】
図６において、実線Ａは、製鋼スラグＡの測定温度ｆにおける水浸膨張曲線を示し、一点鎖線Ｂは、測定温度ｆにおける製鋼スラグＢの水浸膨張曲線を示し、二点鎖線Ｃは、測定温度ｆにおける製鋼スラグＣの水浸膨張曲線を示す。なお、一点鎖線Ｂに接続された破線は、一点鎖線Ｂから予測された水浸膨張曲線である。
【００４４】
製鋼スラグＡの水浸膨張曲線は、水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回らないので、製鋼スラグＡは、水浸膨張基準値ｃに対して合格と判定する。一方、製鋼スラグＢの水浸膨張曲線は、水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回ると推定されるので、製鋼スラグＢは、水浸膨張基準値ｃに対して不合格と判定する。同様に、製鋼スラグＣの水浸膨張曲線も水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回るので、製鋼スラグＣは、水浸膨張基準値ｃに対して不合格と判定する。
【００４５】
ここで、所定温度ｄよりも測定温度ｆを高くすることで、所定時間ｅよりも短い変換時間ｇの水浸膨張基準値に基づいて判定できるので、所定時間ｅの水浸膨張基準値に基づいて判定する場合よりも短い時間で判定できる。このように、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を所定温度ｄよりも高い測定温度ｆに適用することで、さらに短時間で長期間の水浸膨張性に対する品質を論理的に保証できる。
【００４６】
また、ＪＩＳ水浸膨張法の測定結果を測定温度ｆで継続して水浸させた膨張曲線に読み替えて適用させることもできる。図７は、ＪＩＳ水浸膨張法を、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法に適用させる方法を説明するグラフである。
【００４７】
ＪＩＳ水浸膨張法を、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法に適用させる場合に、まず、ＪＩＳ水浸膨張法での測定が、測定温度ｆで継続して何時間水浸させた場合に相当するかを統計的な平均値で算出する。ここで、算出された水浸時間をＪＩＳ対応時間ｉとする。測定温度ｆで測定した水浸膨張曲線におけるＪＩＳ対応時間ｉの時点での水浸膨張曲線の勾配のまま、水浸時間が長くなる方向に直線補外する。
【００４８】
長時間側に直線補外した直線が、水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回らないと推定される場合に、水浸膨張基準値に対して合格と判定し、当該直線が、水浸膨張基準値ｃを示す点から短時間側に延びた勾配が０．５である直線を上回ると推定される場合に水浸膨張基準値に対して不合格と判定してもよい。
【００４９】
また、ＪＩＳ対応時間ｉの時点での水浸膨張曲線の勾配は、例えば、ＪＩＳ水浸膨張法における８日と１０日の水浸膨張率変化を用いて算出する。ＪＩＳ水浸膨張法は１０日の間、間欠的に８０℃に保持する試験であるが、１０日のＪＩＳ対応時間ｉに対して、８日の対応時間を０．８ｉとし、０．８ｉとｉの２点からＪＩＳ対応時間ｉの時点における水浸膨張曲線の勾配を算出してもよい。
【００５０】
すなわち、水浸膨張曲線のＪＩＳ対応時間ｉの時点から算出された勾配で直線補外した直線が、水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回らない場合に水浸膨張基準値ｃに対して合格と判定し、当該直線が、水浸膨張基準値ｃを示す点から水浸時間が短くなる方向に延びた勾配が０．５である直線を上回らない場合に、水浸膨張基準値ｃに対して合格と判定してもよい。このように判定することで、ＪＩＳ水浸膨張法の測定結果を測定温度ｆで継続して水浸膨張させた水浸膨張曲線に読み替えて適用させることができる。このように、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を実施することでも、長期間の水浸膨張性に対する品質を、短期間で論理的に保証することができる。
【実施例】
【００５１】
ロットの異なる脱炭スラグを１００℃２日以上蒸気エージングした３種の脱炭スラグＡ〜Ｃを用いた。ＪＩＳ水浸膨張試験（ＪＩＳ  Ａ  ５０１５  附属書Ｂ）に準拠して、内径１５ｃｍの型枠を用い、最適含水比に調湿した後、突き固めて供試体を作製した。水浸膨張試験は、温度は８０℃で一定に保つ試験とともに、ＪＩＳ水浸膨張試験の手法に従って８０℃に１日６時間保持し、それ以外は８０℃への昇温または８０℃からの放冷の期間とした試験も実施した。
【００５２】
３種の脱炭スラグＡ〜Ｃにおいて４０〜１００℃の複数の温度で水浸膨張試験を行い、水浸透膨張速度の増加倍率を算出した所、脱炭スラグＡ〜Ｃのいずれも単位温度を１０℃とした場合の水浸膨張速度の増加倍率は２．０であった。
【００５３】
水浸膨張基準値ｃを４．０％とし、所定温度ｄを２０℃とし、所定時間を２０年（日数換算で７３００日（閏年は無視））とした。温度が１０℃上昇するごとに、時間軸は増加倍率の逆数（１／２．０）で短縮される。このため測定温度ｆが８０℃の場合、時間軸は（１／２．０）６＝１／６４に短縮されるので、２０℃の７３００日は、８０℃の１１４.０日に相当する。水浸膨張基準値ｃを４．０％とし、水浸時間を１１４日とした点（１１４.０日、４．０％）を浸漬時間−膨張率の両対数目盛グラフ上にとり、短時間側に勾配０．５の直線を引いた。この結果を図８に示す。
【００５４】
図８は、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法を用いて脱炭スラグＡ〜Ｃの水浸膨張性を判定した結果を示すグラフである。図８において、実線Ａは、８０℃における脱炭スラグＡの水浸膨張曲線を示し、一点鎖線Ｂは、８０℃における脱炭スラグＢの水浸膨張曲線を示し、二点鎖線Ｃは、８０℃における脱炭スラグＣの水浸膨張曲線を示す。図８に示すように、脱炭スラグＢ、Ｃの１０日時点の水浸膨張曲線は、点（１１４.０日、４.０％）から短時間側に延ばした勾配が０．５である直線を上回っており、不合格判定となる。一方、脱炭スラグＡは、１０日時点から勾配０．５で延長した直線が、点（１１４.０日、４．０％）から短時間側に延ばした勾配が０．５である直線を上回らず、変換時間１１４.０日においても膨張率４．０％に到達しないので合格判定となる。このように、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張方法を用いることで、所定温度が２０℃で、所定期間２０年の水浸膨張基準値に対する合否を、１０日程度の水浸膨張試験により論理的に判定できることが確認された。
【００５５】
図９は、ＪＩＳ膨張試験結果を第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張判定方法に適用させた結果を示すグラフである。図９において、実線Ａは、８０℃における脱炭スラグＡの水浸膨張曲線を示し、一点鎖線Ｂは、８０℃における脱炭スラグＢの水浸膨張曲線を示し、二点鎖線Ｃは、８０℃における脱炭スラグＣの水浸膨張曲線を示す。
【００５６】
８０℃で継続して水浸膨張試験およびＪＩＳ水浸膨張試験を行なった結果、８０℃で継続して水浸膨張させた場合の膨張率が、ＪＩＳ膨張試験１０日の膨張率と同じになるＪＩＳ対応時間ｉが平均値で４．０日であり、ＪＩＳ膨張試験８日の膨張率と同じになるＪＩＳ対応時間０．８ｉが平均値で３．２日であった。４．０日時点の膨張率変化から勾配を算出する場合の水浸時間を３．２日および４．０日とし、この２つの点から算出された勾配と同じ勾配で、４.０日の時点から水浸膨張したとして、４．０日の点から長時間側に直線補外した。なお、本実施例においてはＪＩＳ対応時間ｉが平均値で４．０日であった例を示したが、ＪＩＳ対応時間ｉは、ＪＩＳ水浸膨張法において使用する水槽のヒーター能力等によって変わり得る。すなわち、水槽のヒーターの８０℃迄の昇温速度が速い場合、および／または、当該水槽の保温性が高く８０℃からの冷却速度が遅い場合には、ＪＩＳ対応時間ｉは、４．０日よりも長くなり、水槽のヒーターの８０℃迄の昇温速度が遅い場合、および／または、当該水槽の保温性が低く８０℃からの冷却速度が速い場合には、ＪＩＳ対応時間ｉは、４．０日よりも短くなる。
【００５７】
脱炭スラグＢ、Ｃは、点（１１４.０日、４.０％）から短時間側に延ばした勾配０．５の直線を上回るので、不合格判定となる。脱炭スラグＡは、点（１１４.０日、４.０％）から短時間側に延ばした勾配０．５の直線を上回らず、変換時間１１４.０日においても膨張率４．０％に到達しないので合格判定となる。このように、第２の実施形態に係る製鋼スラグの水浸膨張方法を用いることで、所定温度が２０℃で、所定期間２０年の水浸膨張基準値に対する合否を、ＪＩＳ膨張試験結果を用いて判定できることが確認された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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