(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状の製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ２含有物質とを主成分とする混合物を水と共に混練して硬化させ硬化した硬化体を破砕してなる路盤材であって、
前記混合物は、製鋼スラグとして粉粒状の溶銑予備処理スラグ、ＳｉＯ２含有物質として高炉スラグ微粉末を含有し、全配合成分中における粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が１５〜５５質量％、高炉スラグ微粉末の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする製鋼スラグを原料とする路盤材。
【請求項２】
粉粒状の製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ２含有物質とを主成分とする混合物を水と共に混練して硬化させ硬化した硬化体を破砕してなる路盤材であって、
前記混合物は、製鋼スラグとして粉粒状の溶銑予備処理スラグ、ＳｉＯ２含有物質として高炉スラグ微粉末及びフライアッシュを含有し、全配合成分中における粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が１５〜５５質量％、高炉スラグ微粉末の含有率が３〜３６質量％、フライアッシュの含有率が１．５〜３０質量％で、かつ、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比で０．１〜０．７５であることを特徴とする製鋼スラグを原料とする路盤材。
【請求項３】
高炉スラグ微粉末の含有量とフライアッシュの配合量と粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有量の合計に対する溶銑予備処理スラグの含有量の比が質量比にして０．２超であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製鋼スラグを原料とする路盤材。
【請求項４】
前記混合物は、さらにアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、硫酸塩及び塩化物からなる群から選ばれた１種または２種以上を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対する質量比で０．２〜２０質量％添加した混合物であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製鋼スラグを原料とする路盤材。
【請求項５】
前記混合物は、さらにナフタレンスルホン酸および／またはポリカルボン酸を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量と粒径が０．１ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグ含有量の合計に対する質量比で０．１〜２．０質量％添加した混合物であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の製鋼スラグを原料とする路盤材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製鋼スラグ、とりわけ有効利用することが困難であった粉粒状の溶銑予備処理スラグを利用した路盤材に関わり、また路盤材に接触した水の接触後のｐＨが上昇しない路盤材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼工程で発生するスラグは、塩基度が高く遊離ＣａＯを多量に含有するために水分を吸って膨張しやすく、高炉スラグのような土木・建設資材としての用途には向かず、その処理は困難をきわめている。そこでこのような製鋼スラグを積極的に活用しようとする試みがいくつかなされている。
【０００３】
たとえば特開平１０−１５２３６４号公報においては、製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するシリカ含有物質のうち１種または２種を５０％以上含有する水和反応によって硬化する結合材とを有してなる製鋼スラグを利用した水和硬化体が開示されている。
【０００４】
また、他の例として特開平２−２３３５３９号公報においては、結合材、細骨材、粗骨材の全てを粉砕および破砕した鉄鋼スラグにするとともに、結合材として高炉スラグと製鋼スラグとを配合したスラグブロックが開示されている。
【０００５】
スラグを用いた路盤材に関しては、特開平１１−２１１５３号公報に紛状スラグ中のＣａ（ＯＨ）2を炭酸化させたＣａＣＯ3をバインダーとしてスラグを塊状化させた後破砕処理をした路盤材が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者が上記の従来技術を用いて、高ｐＨの水が溶出しない路盤材を開発すべく、製鋼スラグを原料とする硬化体を試作したところ、下記のような問題点が明らかとなった。
【０００７】
まず、特開平１０−１５２３６４号公報に開示される方法に従った場合、製鋼スラグとして転炉スラグを用いると２０℃の水中養生の際に崩壊し満足な硬化体が得られない場合があった。この原因を詳細に調査したところ、近年転炉の内張り耐火物を保護する目的でスラグ中に添加されているドロマイトやマグネシアクリンカーなどに起因して転炉スラグ中のＭｇＯ濃度が高くなっており、このようなＭｇＯ濃度が高い転炉スラグを用いた場合は、水中養生の際に転炉スラグに含まれる遊離ＭｇＯの水和膨張により、硬化体が崩壊することが判明した。
【０００８】
そこで本発明者は製鋼スラグとして遊離ＭｇＯを含有しない溶銑予備処理スラグの使用を試み、上述と同様の方法でスラグ硬化体を製造したが強度が不足し、路盤材としての使用に耐えるものが得られなかった。
【０００９】
一方、特開平２−２３３５９３号公報記載の方法で転炉スラグを原料としてスラグ硬化体を製造するためにはスラグを微粉砕する必要があるが、転炉スラグ中には上記したように遊離ＭｇＯ相が含まれているためにスラグ自体が固く微粉になりにくいため、反応性の高い微粉にまで粉砕するのは高コストとなる問題があった。また、遊離ＭｇＯを含有しない溶銑予備処理スラグを用いることとし、前記特開平２−２３３５９３号公報に記載される配合に従って硬化体の製造を試みたが、強度が不足する場合があり、これを破砕して得た材料は路盤材としての用途には使用に堪えないことが判明した。
【００１０】
本発明は、上述したような製鋼スラグを原料の一部として使用するスラグ硬化体を破砕して路盤材を製造する場合に、強度の不足、遊離ＭｇＯに起因する膨張、接触水のｐＨ上昇などの問題を一挙に解決した製鋼スラグを原料とする路盤材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、粉粒状の製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ２含有物質とを主成分とする混合物を水と共に混練して硬化させ硬化した硬化体を破砕してなる路盤材であって、前記混合物は、製鋼スラグとして粉粒状の溶銑予備処理スラグ、ＳｉＯ２含有物質として高炉スラグ微粉末を含有し、全配合成分中における粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が１５〜５５質量％、高炉スラグ微粉末の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする製鋼スラグを原料とする路盤材を提供する。
【００１３】
また、本発明は、粉粒状の製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ２含有物質とを主成分とする混合物を水と共に混練して硬化させ硬化した硬化体を破砕してなる路盤材であって、前記混合物は、製鋼スラグとして粉粒状の溶銑予備処理スラグ、ＳｉＯ２含有物質として高炉スラグ微粉末及びフライアッシュを含有し、全配合成分中における粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が１５〜５５質量％、高炉スラグ微粉末の含有率が３〜３６質量％、フライアッシュの含有率が１．５〜３０質量％で、かつ、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比で０．１〜０．７５であることを特徴とする製鋼スラグを原料とする路盤材である。
【００１４】
また、高炉スラグ微粉末の含有量とフライアッシュの配合量と粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有量の合計に対する溶銑予備処理スラグの含有量の比が質量比で０．２超であると好適である。
【００１５】
前記混合物は、さらにアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、硫酸塩及び塩化物からなる群から選ばれた１種または２種以上を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対する質量比で０．２〜２０質量％添加した混合物としてもよい。
【００１６】
さらに、前記混合物は、さらにナフタレンスルホン酸および／またはポリカルボン酸を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量と粒径が０．１ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグ含有量の合計に対する質量比で０．１〜２．０質量％添加した混合物とすると一層好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。まず、本発明では製鋼スラグとして特に溶銑予備処理スラグを使用するものである。その理由は、
（１）ＭｇＯを添加しないために、元来ＭｇＯ濃度が低く、かつＣａＯ／ＳｉＯ２が低いために若干含まれるＭｇＯもほとんどＣａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７として存在する。したがって、遊離ＭｇＯ相がほとんど存在しない。その結果、従来転炉スラグを原料として使用した場合に生じていた遊離ＭｇＯの水和膨張による硬化体の割れ、粉化、変形、強度低下などの問題を一掃することができること、
（２）ＣａＯ／ＳｉＯ２が低く、かつＰ２Ｏ５濃度が高いために、遊離ＣａＯ濃度が低い。したがって、遊離ＣａＯによる水和膨張性も低いため、製鋼スラグ中の遊離ＣａＯの水和膨張に起因する硬化体の割れ、粉化、変形、強度低下などの問題を一掃することができること
（３）微粉が多く、反応性が高いために、それ自体が高炉スラグ微粉末、フライアッシュの代替になりうること、
（４）遊離ＭｇＯ相がほとんど存在しないために、スラグ自体が柔らかく、転炉スラグに比較してはるかに粉砕しやすいこと、
（５）微粉の溶銑予備処理スラグの働きで、溶銑予備処理スラグと高炉スラグ微粉末、フライアッシュとが反応しやすくなり、より高強度になること
による。
【００１８】
さらに本発明ではこのような溶銑予備処理スラグを使用するにあたって、そのうちの、粒径１．１８ｍｍ以下の部分が、全配合成分中における含有率が１５〜５５質量％となるように配合する。本発明者は溶銑予備処理スラグのうちで硬化反応に寄与の大きな部分がどのような大きさのものであるかを詳細に調査したところ、粒径１．１８ｍｍ以下の範囲において特に反応性が良好で得られる硬化体の強度が高くなることを見いだした。そこで本発明では溶銑予備処理スラグに含まれる、粒径１．１８ｍｍ以下の粒度の部分について、配合物中の含有量について特に規定を設けたものである。なお、このことは配合する溶銑予備処理スラグの中に、これよりも粒度の大きい溶銑予備処理スラグが含まれていることを妨げるものではない。粒度の大きい溶銑予備処理スラグは、粉砕の過程で粉砕されにくかったことを意味するだけで活性が高いことから結合剤としての寄与がありうるからである。
【００１９】
そして、そのような粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグと、一方で、これと反応する潜在水硬性を有するＳｉＯ2含有物質を適正量を配合すると最も高い強度が得られる。
【００２０】
そのような潜在水硬性を有するＳｉＯ2含有物質としては高炉スラグ微粉末か高炉スラグ微粉末とフライアッシュの混合物が好ましく使用でき、高炉スラグ微粉末を単味で使用する場合の適正含有量は、５〜４０質量％である。粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が１５質量％未満、あるいは高炉スラグ微粉末の含有量が４０質量％超えでは、相対的にＳｉＯ2を硬化させるアルカリ（またはアルカリ土類）イオンの供給が不足がちとなり、得られる硬化体の強度が低下する。一方、粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率が５５質量％超え、あるいは高炉スラグ微粉末の含有量が５質量％未満では溶銑予備処理スラグ中の水和膨張性を有するＣａＯなどの成分を固定するＳｉＯ2が不足がちとなるため、得られる硬化体を水中養生する過程で硬化体の膨張や粉化が発生し著しく強度が低下することとなる。
【００２１】
また、潜在水硬性を有するＳｉＯ2含有物質として高炉スラグ微粉末とフライアッシュの混合物を使用する場合の適正含有量は、粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率１５〜５５質量％、高炉スラグ微粉末の含有率３〜３６質量％、フライアッシュの含有率１．５〜３０質量％である。そして、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比にして０．１〜０．７５とすることが必要である。
【００２２】
粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有率の限定理由は上記のとおりである。高炉スラグ微粉と同じように潜在水硬性のＳｉＯ2を含有する物質として石炭の燃焼によって生成する飛灰であるフライアッシュがある。フライアッシュはそれ自体が極めて微粉であり、これを高炉スラグの代替として使用することにより、溶銑予備処理スラグとの反応性が一層向上する。とくその含有量が１．５質量％以上、かつ、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比にして０．１以上の範囲においてその効果が顕著である。しかし、フライアッシュは常温での硬化性が高炉スラグ微粉末よりも劣る傾向があり、フライアッシュの含有率が３０質量％超え、または、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比にして０．７５を超えると硬化体全体としての硬化を遅らせることとなり、好ましくない。したがって、その含有率は、１．５〜３０質量％で、かつ、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対するフライアッシュ含有量の比が質量比にして０．１〜０．７５とする。
【００２３】
また、本発明では一層好ましくは、高炉スラグ微粉末の含有量とフライアッシュの配合量と粒径１．１８ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグの含有量の合計に対する溶銑予備処理スラグの含有量の比が質量比にして０．２超とする。このような範囲に規定することによって、溶銑予備処理スラグから供給されるアルカリ（あるいはアルカリ土類）イオンの量と、潜在水硬性を有するＳｉＯ2含有物質中の反応性ＳｉＯ2の量的バランスが一層適正となるためである。
【００２４】
また、本発明により得られた硬化体から溶出した水のｐＨが低いのは、本発明による硬化体は構成成分として３ＣａＯ．ＳｉＯ2や２ＣａＯ．ＳｉＯ2などが少なく、アルカリ溶出がおこりにくいためである。
【００２５】
本発明は、上記のような配合によって強度を向上する効果が得られるものであるが、これに加えて、さらにアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、酸化物、水酸化物、硫酸塩、塩化物、から選ばれた１種または２種以上を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対する質量比で０．２〜２０質量％添加したり、あるいは、ナフタレンスルホン酸および／またはポリカルボン酸を、高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量と粒径が０．１ｍｍ以下の溶銑予備処理スラグ含有量の合計に対する質量比で０．１〜２．０質量％添加してもよい。
【００２６】
アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、酸化物、水酸化物、硫酸塩、塩化物、から選ばれた１種または２種以上を０．２質量％以上添加することによって、硬化体の硬化を促進することが可能となり養生に要する時間を短縮することができる。しかし、２０質量％を超えて添加してもその効果が飽和するため、上限は２０質量％とする。
【００２７】
また、ナフタレンスルホン酸および／またはポリカルボン酸を添加すると原料を水と共に混練する際の混錬性が向上する。そのため、混練に必要な水の量を低減することができ、その結果、より高強度の硬化体が得られるようになる。その際に、その添加量を高炉スラグ含有量とフライアッシュ含有量の合計に対する質量比で０．１質量％未満では効果に乏しく、２．０質量％を超えて添加しても効果が飽和するので、０．１〜２．０質量％に限定した。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の好適な実施例について説明する。
【００２９】
実施例１
配合原料として、粉砕した溶銑予備処理スラグ、粒径０．１ｍｍ以下に微粉砕した高炉スラグ微粉末、及びＣａ（ＯＨ）2を用い又はＣａ（ＯＨ）2なしで水と共に混練して型枠内に打ち込み、これを２０℃の水中で養生をして路盤材供試体硬化体を製造した。配合物中の各原料の含有量、混練水の添加量を表１に、各原料の配合比率、得られた硬化体の２８日養生後の強度、表面乾燥比重、９１日養生後の強度を表２に示した（実施例Ｎｏ．１〜３、７、１５）。
【００３０】
実施例２
配合原料として粉砕した溶銑予備処理スラグ、粒径０．１ｍｍ以下に微粉砕した高炉スラグ微粉末、フライアッシュ（粒径０．１ｍｍ以下）およびＣａ（ＯＨ）2又はＮａＯＨを水と共に混練して型枠内に打ち込み、これを２０℃の水中で養生をして路盤材供試体硬化体を製造した。配合物中の各原料の含有量、混練水の添加量を表１に、各原料の配合比率、得られた硬化体の２８日養生後の強度、表面乾燥比重、９１日養生後の強度を表２に示した（実施例Ｎｏ．４〜６、８〜１０、１７）。
【００３１】
実施例３
配合原料として粉砕した溶銑予備処理スラグ、粒径０．１ｍｍ以下に微粉砕した高炉スラグ微粉末、さらに一部についてはこれにフライアッシュ（粒径０．１ｍｍ以下）を加え、Ｃａ（ＯＨ）2その他の添加剤を水と共に混練して型枠内に打ち込み、これを２０℃の水中で養生をして路盤材供試体硬化体を製造した。配合物中の各原料の含有量、混練水の添加量を表１に、各原料の配合比率、得られた硬化体の２８日養生後の強度、表面乾燥比重、９１日養生後の強度を表２に示した（実施例Ｎｏ．１１〜１４、１６、１８）。
【００３２】
比較例
配合原料として骨材とポルトランドセメントを水と共に混練して型枠内に流し込み、これを２０℃の水中で養生をして路盤材供試体硬化体を製造した。配合物中の各原料の含有量、混練水の添加量、得られた硬化体の２８日養生後の強度を表３に示した。なお、上記の実施例、比較例において使用した溶銑予備処理スラグの組成を表４に示す。
【００３３】
本発明により得られた硬化体に破砕処理を施して作成した路盤材の単位容積質量及び修正ＣＢＲの測定結果を表５に示した。本発明の硬化体破砕物は路盤材の要求性能を満たすことができた。また本発明の路盤材及びコンクリート廃材の破砕物をそれぞれ蓋のない容器に入れ、雨天時に屋外に放置した後回収し、固形物を濾過して水のｐＨを測定した。結果を表６に示した。このとき雨水は固形物とほぼ同体積であった。本発明により得られた路盤材に接触した水はコンクリート廃材に接触した水よりｐＨが低く、環境上より好ましいことが分かった。
【００３４】
【表１】
0004655337.tif 000002
【００３５】
【表２】
0004655337.tif 000003
【００３６】
【表３】
0004655337.tif 000004
【００３７】
【表４】
0004655337.tif 000005
【００３８】
【表５】
0004655337.tif 000006
【００３９】
【表６】
0004655337.tif 000007
【００４０】
【発明の効果】
本技術により、高強度の硬化体が得られ、路盤材として使用可能である。さらに本発明による硬化体と接触した水のｐＨが低い。したがって、本発明は資源の再利用、環境の向上等に寄与するところが大である。