(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸塩を含まない、焼却灰、廃砂、シリカヒューム、シリカゲル、ゼオライト、浚渫土壌、酸化鉄、製鉄ダストの一種又は二種以上の添加材料を高炉徐冷スラグに配合したものであり、
前記添加材料の合計量は、前記高炉徐冷スラグのカルシウム溶出量に対して、当量を超える量である、高炉徐冷スラグ系路盤材。
【請求項２】
前記添加材料の少なくとも一つは、比表面積３５００〜５０００ｃｍ２／ｇを有する高炉水砕スラグ微粉末である、請求項１に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法であって、
高炉から排滓された高炉スラグを冷却した後、破砕、整粒する際に、前記添加材料を配合・混合する、高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法であって、
高炉徐冷スラグの敷設前、又は、高炉徐冷スラグを敷設して転圧する前に、前記添加材料を含んだ水溶液を散布する、高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉徐冷スラグ系路盤材、高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法及び高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路用路盤材等土木工事用に用いられる高炉徐冷スラグ系路盤材には、一定の強度が必要とされており、このような強度は、材料の水硬性、すなわち材料と水との水和反応により確保される場合がある。例えばエトリンガイトは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏの組成で表される膨張性硫酸塩水和物であり、路盤材やセメントの初期硬化に関与する化合物である。しかしながら、膨張性硫酸塩水和物が徐冷スラグ系路盤材中に過剰に生成された場合、水和膨張を引き起こし、施工後に変形や割れなどが生じる恐れがある。
【０００３】
上記のような施工後の変形や割れ等を防止するために、従来、幾つかの提案がなされている。以下にその概要を示す。
【０００４】
まず、以下の特許文献１には、ｐＨ３．０以上の水溶液で洗浄することにより材料を脱硫せしめ、膨張性硫酸塩水和物の生成ポテンシャルを下げる方法が提案されている。また、以下の特許文献２には、高炉からスラグが排滓された後、冷却する際の冷却水量を規定して制御冷却することにより、膨張性硫酸塩水和物が生成しにくい材料を製造する方法が提案されている。
【０００５】
また、以下の特許文献３には、材料を養生してエトリンガイトを生成させ、圧縮強度［ＭＰａ］＜−３．７５×エトリンガイト含有率（ｍａｓｓ％）＋１５を基準に、材料を峻別する方法が提案されている。更に、以下の特許文献４では、硫黄含有量が０．１ｍａｓｓ％以上であるスラグの粒径を１ｍｍ以上のみに限ることで、膨張性硫酸塩の生成を防止する方法が提案されている。また、以下の特許文献５には、舗装に目地を入れて膨張を吸収する方法が提案されている。
【０００６】
膨張性硫酸塩水和物の生成抑制については、蟻酸アルカリ土類金属塩を添加して木質セメント板中エトリンガイト生成を抑制する方法（以下の特許文献６を参照。）や、水溶性バリウム塩を添加してモルタル・コンクリート中エトリンガイト生成を抑制する方法（以下の特許文献７を参照。）など、試薬を添加することにより、膨張性硫酸塩が生成する化学反応そのものを抑制する方法が提案されている。
【０００７】
一方で、コンクリートの分野では、シリカヒュームなどを用い、二水石膏、エトリンガイト、モノサルフェートなどの膨張性硫酸塩水和物を制御することによって、ひびわれを防ぐ工夫が報告されている。これは、蒸気養生中に一度分解したエトリンガイトが、コンクリート施工後に再生成してひびわれに繋がるのを防止する方法である（例えば、以下の非特許文献１及び非特許文献２を参照。）。
【０００８】
また、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム等がセメント混和材として、ＣＳＨ系水和物を生成することが知られている（例えば、以下の非特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−２８５２０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７１７２号公報
【特許文献３】特開２０１１−９４３０２号公報
【特許文献４】特開平９−１０５１０５号公報
【特許文献５】特開２０１０−７１０６６号公報
【特許文献６】特開２００１−１３０９４０号公報
【特許文献７】特開平９−２０８２７９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】大即信明、久田真、「コンクリート工学」、３２、（１９９９）、ｐｐ．１５
【非特許文献２】山本賢司、吉野亮悦、渡邉義春、坂井悦郎、Ｊ．Ｓｏｃ．Ｉｎｏｒｇ．Ｍａｔ．，１４，（２００７），ｐｐ．７５
【非特許文献３】「２００１年版最新コンクリート混和剤技術（普及版）」２００６年、シーエムシー出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に提案されている方法は、既存のスラグ排滓設備を改造したり、脱硫設備や水処理設備を新設したりする必要があるため、コストの負荷も大きく、また、多量のスラグを迅速かつ一様に処理することも困難であった。
【００１２】
上記特許文献３〜特許文献５に提案されている方法は、材料そのものを制御する技術ではなく、生成したものを評価したり、あるいは、膨張してしまった材料にどう対処するかという技術であるが、処理や評価に時間を要したり、補修の場合にはあくまでも応急処置に過ぎず、目地からの雨水の浸入による膨張性硫酸塩水和物の追加生成も懸念される。
【００１３】
上記特許文献６及び特許文献７に提案されている方法は、効果的ではあるものの、高価な試薬を用いる必要があり、多量のスラグを処理する場合にはコストの負荷が大きい。
【００１４】
また、上記非特許文献１及び非特許文献２に開示されている反応については諸説あり、コンクリートの場合は蒸気養生を含めた熱分解・水和反応の中で、コンクリート中の反応性のアルミニウムをポゾランが取り込むことによりエトリンガイトが生成しにくくなる、膨張性硫酸塩の出発物質である無水石膏の生成を抑制する、などのメカニズムが提唱されている。しかしながら、路盤材におけるエトリンガイトの生成が、常温で数年から十数年かけて進行するのに対し、コンクリートの場合は蒸気養生を含めた、数日から数ヶ月の熱分解・水和反応である。さらに、ｐＨ、共存イオンの量や種類が両者では大きく異なることから、エトリンガイト生成抑止のメカニズムも含めて、この方法が路盤材の膨張抑制に効果があるか否かについては明らかではなかった。
【００１５】
また、上記非特許文献３に開示されているようなフライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム等が、高炉徐冷スラグ系路盤材のエトリンガイトの遅延生成を抑制し、施工後の変形や割れを防止する効果がある点については、本発明者が初めて見出した効果であり、かかる効果については、知られていなかった。
【００１６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高炉徐冷スラグに対し、脱硫や高温からの制御冷却等、大規模な設備を用いて改質を行うことなく、また、高価な試薬を添加することなく、強度を損なわずに膨張性硫酸塩水和物の生成を抑制することが可能な、高炉徐冷スラグ系路盤材、高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法及び高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。具体的には、高炉徐冷スラグに種々の物質を添加し、膨張性硫酸塩水和物の生成量の時間変化を実験的、及び、計算科学的に調査した。その結果、高炉徐冷スラグ系路盤材の間隙水中に、水溶性のシリカ、鉄イオン、マグネシウムイオンいずれか一つ又は二つ以上を共存させると、カルシウムと短時間で複合的な水和物を形成し、膨張性硫酸塩水和物の生成が阻害されて路盤を破壊させる可能性が低減されることを見出した。なお、膨張性硫酸塩水和物が一部生成することがあっても、既に上記の水和物が強固に路盤材粒間を繋いでいるため、路盤が破壊されにくくなることを確認した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、以下の通りである。
【００１８】
（１）硫酸塩を含まない、焼却灰、廃砂、シリカヒューム、シリカゲル、ゼオライト、浚渫土壌、酸化鉄、製鉄ダストの一種又は二種以上の添加材料を高炉徐冷スラグに配合したものであり、前記添加材料の合計量は、前記高炉徐冷スラグのカルシウム溶出量に対して、当量を超える量である、高炉徐冷スラグ系路盤材。
（２）前記添加材料の少なくとも一つは、比表面積３５００〜５０００ｃｍ２／ｇを有する高炉水砕スラグ微粉末である、（１）に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材。
（３）（１）又は（２）に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法であって、高炉から排滓された高炉スラグを冷却した後、破砕、整粒する際に、前記添加材料を配合・混合する、高炉徐冷スラグ系路盤材の製造方法。
（４）（１）又は（２）に記載の高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法であって、高炉徐冷スラグの敷設前、又は、高炉徐冷スラグを敷設して転圧する前に、前記添加材料を含んだ水溶液を散布する、高炉徐冷スラグ系路盤材の施工方法。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、比較的安価な材料を配合するだけで膨張を抑止できるため、水処理設備やスラグ冷却設備の改造などに比べ低コストで、路盤材施工後の膨張トラブルを未然に防ぐ技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高炉徐冷スラグ系路盤材の製造フロー例を模式的に示す説明図である。
【図２】材料配合後の長期予測を示すグラフ図である。
【図３】二水石膏を添加した高炉徐冷スラグで作成した供試体に対し、無添加（比較例）シリカ、鉄、マグネシウムを添加し、半年間養生した後の供試体の膨張率と一軸圧縮強度を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
以下で詳述する本発明は、高炉徐冷スラグ系路盤材に特有な、材料中の経時的な水和による膨張性硫酸塩水和物の生成によるアスファルトコンクリート舗装の路盤材の施工後の膨張の可能性を低減させることにより、路盤材として施工した場合に、膨張して舗装面の隆起を生じにくい材料と、かかる材料を製造する方法及び施工する方法に関するものである。
【００２３】
高炉徐冷スラグ系路盤材の製造フロー例を、図１に示した。
高炉徐冷スラグ系路盤材（以下、単に、「路盤材」ともいう。）を製造する際には、まず、高炉から排滓された高炉スラグを徐々に冷却し、重機などで人頭大に破砕したのち、適切なサイズ（例えば、０−２５ｍｍ、０−４０ｍｍなど）に破砕機を用いて破砕する。得られた材料は、そのままの状態では、水に触れると含有する硫黄が多硫化イオンとなり、水が黄色を示すため、大気中でしばらくヤード積みするエージング処理を行う。かかるエージング処理は、材料を産出する製鉄所や炉により異なるが、数週から数カ月の期間行われる。その後、エージング処理後の材料である高炉徐冷スラグは、路盤材として出荷され、活用される。
【００２４】
高炉徐冷スラグの路盤材の利用については、等値換算係数が０．２５であり、一軸圧縮強度（１４日）が１．２Ｎ／ｍｍ２であり、修正ＣＢＲが８０以上であり、また、一定の粒度分布を示す必要がある。粒度や強度に不十分な点があれば、必要な要件を満たすために、高炉徐冷スラグを用いた路盤材に対して、高炉水砕スラグ、製鋼スラグ、コンガラなどを配合して用いる場合もある。
【００２５】
この高炉徐冷スラグを用いた路盤材において、膨張性硫酸塩水和物が過剰に生成すると、膨張の要因となる。また、膨張性硫酸塩水和物の過剰生成・膨張には、数年から１０数年かかることが知られている。以下に、膨張性硫酸塩水和物のうちエトリンガイトを例に反応式を示す。まず、ＣａＳの経時的水和・酸化により、以下の反応式１のように二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）が生成する。
【００２６】
ＣａＳ  →  ＣａＳｎ  →  ＣａＳ２Ｏ３  →  ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ↓
・・・（反応式１）
【００２７】
その後、生成した二水石膏を原料として、以下のエトリンガイトの生成反応式（反応式２）に基づいて、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００２８】
３Ｃａ２＋＋２［Ａｌ（Ｈ２Ｏ）６］３＋＋３ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ＋１２ＯＨ−＋１４Ｈ２Ｏ
→  ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ↓  ・・・（反応式２）
【００２９】
本発明の実施形態に係る路盤材の製造方法では、高炉徐冷スラグの破砕時に、水溶性シリカを含有する一種又は二種以上の材料を添加し、混合・整粒を同時に行う。かかる材料は、更に、水溶性鉄、水溶性マグネシウムのいずれか又は両者を含んでいてもよい。このようにして製造される本発明の実施形態に係る路盤材は、高炉徐冷スラグと、水溶性シリカを含有する一種又は二種以上の添加材料と、を少なくとも含有し、更に、水溶性鉄、水溶性マグネシウムのいずれか又は両者が含有されていてもよい。また、本発明の実施形態に係る路盤材の施工方法では、路盤材に対して、これら添加材料を配合するか、硫酸塩を含まない水溶性シリカ、及び、鉄イオン、マグネシウムイオンのいずれか一つ又は両者を含んだ水溶液を散布する。上記の処置により、膨張性硫酸塩水和物よりも生成速度の速い水和物を先に形成させ、膨張性硫酸塩水和物の生成を阻害することにより、膨張を未然に防ぐことができる。
【００３０】
なお、本発明の実施形態において、水溶性とは、路盤材の間隙水のｐＨであるｐＨ１０〜１２において、間隙水に対し、一部又は全量がイオン状となり溶解する性質を有することを示す。ｐＨの値は、スラグと間隙水の量比によって異なるが、徐冷スラグであれば、概ねｐＨ１０〜１１程度である。製鋼スラグを配合した際には、間隙水のｐＨの値は、局所的には１２程度まで上昇する。
【００３１】
路盤材中の膨張性硫酸塩水和物の生成について、膨張性硫酸塩水和物の一つであるエトリンガイトを例に挙げて説明する。高炉徐冷スラグに含まれる硫黄は、大気や間隙水と接触することにより徐々に酸化され、多硫化態、チオ硫酸態を経て硫酸態となり、ｐＨが酸性側となる。一方、高炉徐冷スラグや、配合物である製鋼スラグ、高炉水砕スラグのマトリクスからは、カルシウムイオンが間隙水中に溶出することにより、ｐＨはアルカリ側となり、高炉徐冷スラグのマトリクス鉱物であるメリライトに含有されるアルミニウムがアルミン酸イオン（アルミニウムを含むイオン）として溶出する。これらの硫酸イオン、カルシウムイオン、アルミン酸イオンが同時に溶液中に存在し、エトリンガイトの飽和溶解度を超過する濃度に達したとき、溶解析出反応によりエトリンガイトが析出する。先述の通り、硫黄の酸化はｐＨを酸性にし、カルシウムイオンの溶出はｐＨをアルカリにするため、硫酸イオンの溶出、及び、カルシウムイオンの溶出に伴うアルミン酸イオンの溶出は、バランスしながらゆっくりと進行する。そのため、エトリンガイトが過剰に生成し、アスファルト表面に隆起として顕在化するまでに、数年〜１０数年の年月がかかる。隆起顕在化までの時間は、材料の粒間の間隙の大きさや間隙水の量に依存する。
【００３２】
本発明の基本的な考え方は、カルシウムイオンが膨張性硫酸塩水和物の飽和溶解度に達する前に、カルシウムイオンを膨張性硫酸塩水和物とは別の水和物として固定することにより、膨張性硫酸塩水和物の生成を抑制するものである。カルシウムイオンが固定されれば、アルミン酸イオンは溶出しないか、溶出したとしても間隙水中に留まることになる。一方、硫黄が酸化されて硫酸態になったとしても、間隙水中では硫酸イオンとして存在し、析出する際には二水石膏として析出するため、膨張性硫酸塩水和物の生成に至らず、膨張を抑止することが可能となる。なお、シリカについては、高炉徐冷スラグにも元素としてのケイ素は含有されているが、溶解量が非常に小さいため、水溶性シリカを溶出する材料を添加することが重要となる。
【００３３】
本発明の実施形態に係る高炉徐冷スラグ系路盤材では、高炉徐冷スラグのカルシウム溶出量（かかる溶出量は、材料によりばらつくが、環境庁告示４６号に規定の方法で、１００〜４００ｍｇ／Ｌ程度である。）に対して、等量を超える合計量の添加材料が添加される。かかる添加材料は、水溶性シリカを溶出する材料を含む一種又は二種以上の材料である。また、かかる添加材料には、上記水溶性シリカを溶出する材料に加えて、水溶性鉄、水溶性マグネシウムのいずれか一つ又は両方を溶出する材料が更に含有されていてもよい。かかる添加材料を用いることで、水溶性シリカの場合はＣＳＨ系水和物、水溶性シリカ及び鉄の場合はＣａ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｈ系水和物、水溶性シリカ及びマグネシウムの場合はＣａ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｈ系水和物、のそれぞれを、エトリンガイトに先駆けて生成させる。かかる方法により、本発明の実施形態では、エトリンガイト生成に伴う材料の膨張を抑制する。
【００３４】
以下に、上記の水和物の生成に関する化学反応式を示す。主にポゾラン反応によるこのような水和物の生成に関する化学反応は、ｐＨや温度、化学平衡などの環境条件によっても変化するが、例えばシリカによるポゾラン反応は、以下のとおりである。ここで、ＣＨは、水酸化カルシウムであり、Ｓはケイ酸であり、Ｈは水である。
【００３５】
ＣＨ＋Ｓ＋Ｈ→ＣＳＨ
【００３６】
また、上記の水和物が形成されることで、材料の粒間をつなぐ役割を果たすため、得られる路盤材は、既定の１．２Ｎ／ｍｍ２という強度を満足する材料として販売することが可能である。
【００３７】
本発明の実施形態に係る高炉徐冷スラグ系路盤材への混合物（添加材料）は、上記の化学反応が期待できる水溶性を示すケイ酸塩化合物、鉄化合物、マグネシウム化合物のいずれか一種又は複数である。具体的には、かかる化合物として、例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ、焼却灰、高炉水砕スラグ微粉末（粒径：数μｍ、比表面積：３５００〜５０００ｃｍ２／ｇ程度まで微粉砕された高炉水砕スラグ）、廃砂、廃コンクリート、シリカヒューム、シリカゲル、ゼオライト、浚渫土壌、酸化鉄、製鉄ダストなどを挙げることができる。また、かかる混合物には、更に、シリカ、鉄又はマグネシウムを溶出する酸化物焼結体が更に混合されていても良い。
【００３８】
なお、高炉徐冷スラグは鉱物質であり、二水石膏（Ｃａイオンと硫酸イオン）が選択的に溶解するため、シリカの溶出量は一般に少ない。これに対して、高炉水砕スラグ微粉末はガラス質のため、シリカを含め材料全体が溶解する。このとき、イオウも溶出するが、高炉スラグ微粉末に含まれるイオウはゆっくりと酸化が進むため、ただちに石膏やエトリンガイトになることはない。このため、高炉水砕スラグ微粉末を添加すると、相対的にポゾラン反応が生じやすくなる。
【００３９】
また、従来から高炉徐冷スラグ系路盤材に添加されている製鋼スラグは、本発明の作用効果をもたらす水溶性シリカ、鉄イオン、マグネシウムイオン源とはなりえない。製鋼スラグに含まれるシリカ分は、主にカルシウムケイ酸塩のような水に難溶の鉱物であり、酸化鉄や酸化マグネシウムは、含有量が少なく、製鋼スラグの添加量が例えば３０ｍａｓｓ％程度では、エトリンガイト生成の抑制には至らないためである。
【００４０】
また、上記で示した混合物以外にも、水溶性シリカ、鉄イオン、マグネシウムイオンの少なくともいずれか一つを含有する水溶液を、高炉徐冷スラグ系路盤材製造時に混合しても良い。水溶性シリカの例としては、ケイ酸ナトリウムが挙げられる。鉄イオン源としては、水酸化第一鉄、硫酸第一鉄や塩化第一鉄水溶液などの鉄を含む化合物が挙げられ、また、マグネシウムイオン源としては、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム、マグネシウムの有機酸塩水溶液などのマグネシウムを含む化合物が挙げられる。ただし、水溶性硫酸塩を添加すると、カルシウムと無水石膏や二水石膏を形成するため、好ましくない。また、雨水などにより逸散しないよう、施工直前に散布するなどの工夫が必要である。
【００４１】
更に、上記の溶液を、材料を施工して転圧する前に噴霧しても効果的である。
【００４２】
配合方法としては、配合材料が固体の場合には、破砕時に混合させることにより、粒度調整しつつ材料を配合するのが経済的であるが、破砕後に混合プラントを設けても良い。
【００４３】
一方で、配合材料を液体の状態で散布する場合には、路盤材として施工する直前か、施工した材料に対し適量噴霧し、その後に締め固める方法が適していると考える。整粒時に噴霧すると、エージング中の効果を発現する前に雨水によって洗い流されたり、地下浸透したりすることで効果が減少してしまうことが懸念されるためである。また一般に、路盤材を転圧する前には、材料を締め固めるために散水することが多いが、この散水する水を、水溶性シリカを少なくとも含み、更に好ましくは、鉄イオン又はマグネシウムイオンの少なくとも何れか一方を含んだ水溶液とすることにより、材料の締め固めと将来の膨張性硫酸塩水和物の過剰生成を防止できる。
【００４４】
セメント・コンクリート業界では、膨張性硫酸塩水和物の一つであるエトリンガイトの生成に対し、蟻酸アルカリ土類金属塩や水溶性バリウム塩を添加することにより硫酸をマスクしてエトリンガイトを制御する方法が知られていた。一方で、本発明では、速度論的に膨張性硫酸塩水和物よりも早期に生成する水和物を利用することにより膨張性硫酸塩水和物の生成が抑制できることを発見し、本発明に至っている。水溶性シリカ、水溶性鉄、水溶性マグネシウムを溶出する材料は、製鉄ダストやフライアッシュなど安価な材料が沢山あり、経済的に実施可能である。
【００４５】
本発明の効果を長期的に考えるため、材料の化学的な変化挙動について、地球科学コードを用いた熱力学計算により予測した。予測期間は、一般的な道路寿命である２０年とした。予測対象として、膨張性硫酸塩水和物の一つであるエトリンガイトの生成量に着目した。
【００４６】
材料は、高炉徐冷スラグ単体を路盤材として利用した状態を模擬した。以下、模擬した高炉徐冷スラグを、仮想高炉徐冷スラグと称する。仮想高炉徐冷スラグ中の硫黄は、主にチオ硫酸態とし、水に非常に溶解しやすい状態とした。実際の高炉徐冷スラグ中の硫黄は、硫化物態（硫化カルシウム、硫化鉄、又は、硫化マンガン及びこれらの複合硫化物）、チオ硫酸態、硫酸態など様々な化学状態で存在しており、不溶のものも含まれている。そのため、上記仮想高炉徐冷スラグは、エトリンガイトが実材料よりも生成しやすい状態を模擬している。また、材料には始めからエトリンガイトが０．７ｍａｓｓ％ほど含まれている状態とした。
【００４７】
実際の高炉徐冷スラグの各鉱物の溶解速度と溶解イオン種をカラム試験により測定し、得られた測定値を化学的初期値とした。また、実際の路盤材に近い含水率を考慮して、水：路盤材の質量存在比を１：１０とした。水は、水和物を形成すると消費されるが、消費された分は路床から随時吸い上げられる状態を想定したためである。
【００４８】
得られた結果を、図２に示した。高炉徐冷スラグに何も添加しない場合の予測では、施工後１５年以降で約４ｍａｓｓ％のエトリンガイトが生成する結果となった。一方で、この仮想高炉徐冷スラグに対し、水溶性シリカ、水溶性鉄、水溶性マグネシウムについて、高炉徐冷スラグのカルシウム溶出量の倍の量を添加した状態を仮定して計算した。その結果、水溶性シリカを添加した系ではカルシウム−ケイ酸水和物がエトリンガイトに先駆けて生成し、水溶性鉄を添加した系ではカルシウム−鉄−ケイ酸化合物（水和物）がエトリンガイトに先駆けて生成し、水溶性マグネシウムを添加した系ではカルシウム−マグネシウム−ケイ酸化合物（水和物）がエトリンガイトに先駆けて生成した。また、いずれの系においても、エトリンガイトの含有量はほとんど増加しておらず、生成を阻害したことを示唆する結果となった。以上の結果は、本発明が長期に渡り膨張性硫酸塩水和物の生成を抑制できることを示している。
【００４９】
また、上記の計算結果によれば、高炉徐冷スラグからは、硫酸イオン及び水溶性シリカが緩やかに供給されることが明らかとなった。この際、添加された水溶性シリカ、水溶性鉄、水溶性マグネシウムは、カルシウムイオンと水和物を形成するために、系中でカルシウムが欠乏することで膨張性硫酸塩水和物が生成されず、膨張が抑止できると考えられる。従って、図２の結果に示したように、緩やかに高炉徐冷スラグから供給される水溶性シリカを利用することで、水溶性鉄や水溶性マグネシウムを単独で用いた系であっても、膨張性硫酸塩水和物の生成が抑制できると考えられる。
【実施例】
【００５０】
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、以下に示す実施例は、単に本発明の説明のために、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は、本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限したりすることを表すものではない。本発明では、本明細書の思想に基づく様々な実施形態が可能であることは理解されるべきである。全ての実施例は、他に詳細に記載するもの以外は、標準的な技術を用いて実施したもの、又は実施することのできるものであり、これは当業者にとり周知で慣用的なものである。
【００５１】
（実施例）
まず、大気エージング済み高炉徐冷スラグ（粒径２５ｍｍ以下）を、約１５０ｋｇ採取した。この試料に対し、膨張性硫酸塩水和物が生成し易い状況とするため、二水石膏を外掛け５ｍａｓｓ％添加し、撹拌混合した。更に得られた混合物を６分割（各約３０ｋｇ）し、うち５試料に対して、それぞれ以下に示す材料を添加し、撹拌混合した。なお、以下に示した添加量は、高炉徐冷スラグのカルシウム溶出量の等量を超える量となっている。
【００５２】
・水溶性シリカ源として、シリカヒュームを外掛け５ｍａｓｓ％
・シリカヒュームを外掛け１ｍａｓｓ％と、水溶性鉄源として、オキシ水酸化鉄試薬を外掛け４ｍａｓｓ％
・シリカヒュームを外掛け１ｍａｓｓ％と、水溶性マグネシウム源として硝酸マグネシウム試薬を外掛け４ｍａｓｓ％
・上記の元素を含む材料として、フライアッシュを外掛け５ｍａｓｓ％
・上記の元素を含む材料として、高炉水砕スラグ微粉末（比表面積：３５００ｃｍ２／ｇ）を外掛け５ｍａｓｓ％
【００５３】
なお、シリカヒュームから溶出する水溶性シリカは、石炭灰、焼却灰、高炉水砕スラグ微粉末、廃砂、廃コンクリート、シリカヒューム、シリカゲル、ゼオライト、浚渫土壌にも含まれている。また、硝酸マグネシウムから溶出する水溶性マグネシウムは、石炭灰、焼却灰、高炉水砕スラグ微粉末、浚渫土壌にも含まれている。また、ゲーサイトやオキシ水酸化鉄から溶出する水溶性鉄源は、酸化鉄、製鉄ダストにも含まれている。
【００５４】
以下の表１に、用いた高炉徐冷スラグ（二水石膏を外掛け５ｍａｓｓ％添加する前の状態のもの）、及び、フライアッシュの化学分析結果を示す。以下の表１から明らかなように、フライアッシュは、水溶性シリカ、水溶性マグネシウム及び水溶性鉄源を全て含有する添加材料である。また、試薬については、それぞれ特級グレードのものを用いた。また、用いた高炉水砕スラグ微粉末の組成は、以下に示した高炉徐冷スラグとほぼ同様のものとした。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
これら５水準について、粒径０〜２５ｍｍの有姿試料に最適含水比になるように水を加え、よく混合して、含水比が変わらないように２４時間以上保存した。次に、ＪＩＳ  Ａ  ５０１５  付属書Ｂの水浸膨張試験に使用するモールドにカラー及び有孔底板を装着し、スペーサーディスクを入れ、その上にろ紙を敷いた。供試体を作製するため，試料用スコップで落差を約５ｃｍに保って試料モールドに入れ、３層に分けて突き固めた。突固め後の各層の厚さは、ほぼ等しくなるようにした。また、試料をモールドに入れた時、各層とも突き棒で周囲に沿って約１５回突いた。ランマーを各突固め面から４５ｃｍの高さから９２回自由落下させ、均等に突き固めた。次いでモールド内供試体の上面のろ紙の上に軸付き有孔板を載せ、変位計を設置した。このモールド下部約５ｃｍを室温（２０℃）の水に浸漬し、変位計の読みを記録したのち、半年間維持した。その後変位計の読みを記録することによって膨張率を測定し、また合わせて一軸圧縮強度を測定した。なお、膨張率は、以下の式に基づき計算した。
【００５７】
膨張率＝（変位計で測定した膨張試験後の供試体ののび［ｍｍ］／つき固め時の供試体の長さ［ｍｍ］）×１００
【００５８】
得られた結果を、以下の図３に示す。
まず、一軸圧縮強度については、路盤材に必要な１４日強度である１．２Ｎ／ｍｍ２に対し、シリカヒュームを配合した系で３．３Ｎ／ｍｍ２、シリカヒューム及びオキシ水酸化鉄試薬を配合した系で３．７Ｎ／ｍｍ２、シリカヒューム及び硝酸マグネシウムを配合した系で３．３Ｎ／ｍｍ２、フライアッシュで３．６Ｎ／ｍｍ２、また、高炉水砕スラグ微粉末で４．７Ｎ／ｍｍ２と、いずれも必要な強度を維持していた。一方で、膨張率は、シリカヒュームを配合した系で１．０８％、シリカヒューム及びオキシ水酸化鉄を配合した系で１．００％、シリカヒューム及び硝酸マグネシウムを配合した系で１．０８％、フライアッシュを配合した系で１．０８％、高炉水砕スラグ微粉末を配合した系で０．８２％と、比較的低いレベルとなっており、膨張性硫酸塩水和物の生成が抑止されていることが確認できた。
【００５９】
（比較例）
実施例で分割した二水石膏添加済み高炉徐冷スラグのうち１つは、試薬などを加えずに実施例と同様のモールドを作成し、実施例と同様に膨張率と一軸圧縮強度を測定した。その結果、一軸圧縮強度は２．５Ｎ／ｍｍ２であり、路盤材に必要な１４日強度である１．２Ｎ／ｍｍ２以上を維持していたが、膨張率は１．５８％と大きく膨張した。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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