人工石材の製造方法
【課題】浚渫土などの泥土を多量に使用して、準硬石以上の強度を有する人工石材を安定して製造する。
【解決手段】泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造するに際し、混合材料が次の条件（a）〜（c）を満足する。（a）泥土を４０容積％以上含む。（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０を満足し、結合材の一部として、さらにフライアッシュを配合する場合には、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５を満足する。
【解決手段】泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造するに際し、混合材料が次の条件（a）〜（c）を満足する。（a）泥土を４０容積％以上含む。（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０を満足し、結合材の一部として、さらにフライアッシュを配合する場合には、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫土などの泥土を結合材で固化させて人工石材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浚渫土に代表される軟弱な泥土は、航路浚渫や各種土木建設に伴って発生する。そのなかで、砂質のように土木資材として有用なものは、浅場造成や埋め戻しなどにそのまま利用することが可能であるが、シルト分の比率が高い泥土の場合は含水状態のものが多く、また、土としての強度もほとんど期待できないため、廃棄物になることが多い。
泥土を有効利用するために、従来から様々な技術が提案、実施されている。その最も代表的なものが、土としての特性を改善し、良質な土と同じように利用するための技術である。例えば、日本石灰協会による「石灰による軟弱地盤の安定処理工法」（鹿島出版会）では、セメントや石灰を泥土に添加して、地盤としての特性を改善する様々な技術が示されている。
【０００３】
また、特許文献１には、浚渫土に鉄鋼スラグを混合して強度の改善を行う技術が示されており、この技術では、主に鉄鋼スラグのＣａＯ分と浚渫土のＳｉ、Ａｌ等とのポゾラン反応により、浚渫土の強度改質を行うものである。また、特許文献２には、軟弱土に遊離ＣａＯを含有する転炉スラグと高炉セメントを添加して固化処理（強度の改善）を行う技術が開示されている。
しかしながら、これらの方法は土質材料としての特性改善であり、強度が発現するとはいえ、あくまでも土としての用途に限定されるものである。
これに対して、特許文献３には、浚渫土にセメントなどの固化材を混合し、固化させてブロック材（固化体）を得る方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１１６７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３１２０８号公報
【特許文献３】特開２００８−１８２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３の方法で得られるブロック材の強度は、平均で６Ｎ/ｍｍ２程度であり、最大でも８Ｎ/ｍｍ２程度に過ぎない。石材やコンクリート材の代替として利用するには、ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５（割ぐり石）に規定される準硬石以上の強度（９．８Ｎ/ｍｍ２以上）が必要であるが、特許文献３で得られるブロック材の強度は、最も低品質の軟石のレベル（９．８Ｎ/ｍｍ２未満）であり、土質材料の改善レベルに比べると相当程度高いものの、石材やコンクリート材の代替として様々な用途に利用するためには、十分な強度ではない。また、軟弱浚渫土に多く見られるような、シルト分（７５μｍ以下）の比率が高い泥土を多量に使用する場合、強度の確保がより困難になることが容易に予想される。
【０００６】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、浚渫土などの泥土を多量に使用して、準硬石以上の強度を有する、特に安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす人工石材を、安定して製造することができる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】
【０００７】
従来、鉄鋼スラグを主原料とした鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術が知られている（例えば、「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル」，（財）沿岸技術研究センター）。この技術は、骨材に製鋼スラグを、結合材に高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激剤をそれぞれ用いて水和固化体を製造するものである。本発明者らは、このような鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術をベースに、鉄鋼スラグ水和固化体の材料を浚渫土で置換した固化体の製造実験を実施した。
【０００８】
鉄鋼スラグ水和固化体に関しては、強度発現性の度合いを表す指標として、強度指数＝（高炉スラグ微粉末の質量＋消石灰の質量＋２×普通ポルトランドセメントの質量＋０．３５×フライアッシュの質量）／水の質量、が用いられており、鉄鋼スラグ水和固化体の製造では、安定した強度を発現させるために、この強度指数が２を超えるところで混練がなされている。本発明のように浚渫土を用いる場合でも強度確保が重要であると考えられたため、上記に準じた強度指数を満足するように、浚渫土に含まれる水と結合材を設計して混練を実施した。ところが、この試験では混練物の流動性が急激に低下し、その結果、打設時に鬆（す）が入り、水和固化体が脆くなったり、強度が十分発現しなかったりすることが判った。すなわち、浚渫土を混合することによって、強度が発現しにくくなると考えて、結合材と水の比率を従来の知見レベル（鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術）に維持したところ、適切な混練・打設ができず、従来の知見に沿った製造技術では浚渫土を原料とする人工工石材やブロックを製造することは困難であることが判った。
【０００９】
そこで本発明者らは、混練物の流動性を改善するために、元々水を保有する浚渫土に対してさらに水を添加することで水分調整し、結合材と水の比をある程度低下させながら混練できる条件について検討を行った。その結果、条件によっては強度が発現するケースもあるが、それに比較的近い配合であっても十分な強度が出ない場合があることも判った。この原因について、さらに検討した結果、浚渫土に代表される泥土は、土粒子の表面吸着などによってポゾラン反応を阻害することがあり、多量の浚渫土を利用しようとする場合には、そのことが強度発現に大きな影響を与えていることが判った。
【００１０】
浚渫土には、土の種類によって程度は異なるものの、カルシウムやＯＨ−を吸着する作用があることが判った。図１（a），（b）に、多摩川から採取した浚渫土と東京湾から採取した浚渫土に水酸化カルシウム溶液を透過させた際の溶液Ｃａ濃度とｐＨの変化の例を示す。この試験では、底面にろ紙を敷いた浸透管に浚渫土２ｇを充填し、その上からｐＨ１２になるように調整した水酸化カルシウム水溶液を１ｍＬ／分で滴下し、浸出してくる溶液を回収してそのＣａ濃度とＯＨ−濃度を測定した。図１によれば、溶液のＣａ濃度やＯＨ−濃度（ｐＨ）が浚渫土を透過するだけで大きく変化していることが判る。ＣａやＯＨ−は、セメントに代表される水和固化時の反応生成物（ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏゲル）の主要構成成分であり、これらが浚渫土の土粒子に吸着され、濃度低下するために固化が阻害されるものと考えられる。このような作用は、浚渫土などの泥土を用いた場合に特有のものであり、材料として泥土を含まない通常の鉄鋼スラグ水和固化体では全く意識されていなかった。このような問題を解決すべく検討を重ねた結果、結合材と泥土中の土粒子との質量比を所定値以上とし、且つ水・結合材比を従来の鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術とは異なる範囲に最適化することにより、浚渫土などの泥土を多量に使用し、かつ安定した強度を有する固化体（石材）が得られることを見出した。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
［2］上記［1］の製造方法において、結合材が、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
【００１２】
［3］泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【００１３】
［4］上記［3］の製造方法において、結合材が、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、混合材料が、さらに骨材を含むことを特徴とする人工石材の製造方法。
［6］上記［5］の製造方法において、骨材が製鋼スラグであることを特徴とする人工石材の製造方法。
［7］上記［6］の製造方法において、混合材料中の製鋼スラグ量が７００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの製造方法において、泥土が粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子を６５容積％以上含有することを特徴とする人工石材の製造方法。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの製造方法において、浚渫工事で発生した浚渫土であって、一旦浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いることを特徴とする人工石材の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、浚渫土などの泥土を多量に使用して、準硬石以上の強度を有する人工石材を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】浚渫土に水酸化カルシウム溶液を透過させた際の溶液Ｃａ濃度とｐＨの変化の例を示すグラフ
【図２】混合材料に配合される結合材と泥土中の土粒子（固形分）の質量比［結合材／泥土中の土粒子］と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を示すグラフ
【図３】結合材の一部としてフライアッシュを配合した混合材料の強度指数Ｂ／水（＝［高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５］／［混合材料中の水の質量］）とスランプ値との関係を示すグラフ
【図４】養生期間と固化体の強度（一軸圧縮強度）との関係を示すグラフ
【図５】本発明において、浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いる場合の一実施形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、泥土と結合材を含み、さらに好ましくは骨材を含む混合材料を混練し、水和硬化（結合材の水和反応による固化）させて人工石材を製造する方法であり、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足するものである。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
【００１７】
また、結合材として、さらにフライアッシュを配合することができ、この場合には、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足するものである。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【００１８】
本発明で用いられる泥土は、浚渫土が代表的なものであるが、それ以外に、例えば、掘削工事から生じる泥、建設汚泥などが挙げられる。ここで、泥土とは、一般的には山積みができず、その上を人が歩けないような流動性を示すものを言う。おおよその強度としては、ＪＩＳ−Ａ−１２２８:２００９（締固めた土のコーン指数試験方法)で規定されるコーン指数が２００Ｎ／ｍｍ２以下のものである。
浚渫土に代表される泥土は、シルト分が多いほどそのイオン吸着効果が大きくなり、従来技術では適正な強度の固化体が得られにくくなるため、本発明による製造方法が特に有用である。具体的には、本発明は、粒径０．０７５ｍｍ以下の土粒子（シルト分）を６５容積％以上含有するような泥土を対象とする場合に、特に有用であると言える。
なお、以下の説明において泥土の「シルト分」という場合には、粒径０．０７５ｍｍ以下の土粒子を指すものとする。
【００１９】
本発明は、浚渫土に代表される泥土を有効利用することが目的であるので、混合材料中の泥土の割合が可能な限り多いことが好ましく、このため混合材料中の泥土の割合（元々泥土に含まれている水分を含む割合）を４０容積％以上とする。なお、泥土の割合の上限は特に限定するものではないが、浚渫土の割合が６０容積％以下であれば、相対的な製鋼スラグ量が適量となり、固化体の比重が２．０を大幅に下回ることがない。比重が２．０を大幅に下回らなければ石代替としての有用性を有する。したがって、混合材料中の泥土の割合は６０容積％以下が望ましい。
【００２０】
結合材としては、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
また、天然資材をできるだけ使用せずに環境負荷を軽減するという観点、さらには人工石材（以下、「固化体」という場合がある）の強度確保および製造コストの観点からは、結合材として、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を添加したものが望ましい。結合材として、高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激剤を用いることにより、アルカリ環境を作り出すことで、高炉スラグ微粉末の水硬性を発揮させることができる。つまり、高炉スラグ微粉末の水和反応を促進し、固化体の強度を確保することができる。
【００２１】
アルカリ刺激剤としては、例えば、石灰粉、消石灰、普通ポルトランドセメント、高炉セメントなどの１種以上を用いることができる。この場合、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が石灰粉、消石灰、普通ポルトランドセメント、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることが好ましい。結合材として高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激剤を用いる場合、高炉スラグ微粉末の割合が８０質量％以上であれば、余剰のアルカリ成分が固化体中に残存することがないため、固化体を海中などで使用する際に、海水環境に対するアルカリの負荷が小さい。また、経済的にも有利となる。一方、高炉スラグ微粉末の割合が９５質量％を超えても混練・固化させることは可能である。しかし、９５質量％以下であれば安定して分散させることが容易であること、浚渫土のアルカリ抑制効果のために刺激剤の効果が小さくなることなどから、高炉スラグ微粉末を添加する効果が高く、多様な原料を使用する必要がなく、設備負荷とならないため、経済的な妥当性を有する。
【００２２】
浚渫土などの泥土は、図１に示すようにＣａやＯＨ−の吸着作用があるため、その土粒子の量がＣａやＯＨ−の吸着量に大きく影響を与える可能性があること、また、セメントのようなゲル化による固化の場合には、ゲルのネットワークを形成することが重要であると考え、浚渫土と結合材のバランスを変えながら、強度発現に関与する因子を検討した。その結果、結合材量と浚渫土に含まれる土粒子の比率が強度に対して極めて影響が大きいことが判った。
混合材料に配合される結合材と泥土中の土粒子（固形分）の質量比［結合材／泥土中の土粒子］と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を図２に示す。この試験では、泥土としてシルト分が９０容積％の浚渫土を用い、結合材として高炉スラグ微粉末を主体とし、アルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用いた。また、混合材料中の結合材量と水との比は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０とした。
【００２３】
図２によれば、固化体の強度を確保するには、泥土の土粒子の量に対して一定量以上の結合材が必要であることが判る。固化体の強度としては、準硬石の必要強度レベルである９．８Ｎ／ｍｍ２以上をクリアできれば本質的な問題はないが、浚渫土のバラツキや製造上のバラツキを考慮した場合、生コンクリートのように目標強度は３Ｎ／ｍｍ２程度の強度余裕を持つことが品質確保のために必要となる。具体的には、［結合材／泥土中の土粒子］≧１．７であれば、２８日養生後の一軸圧縮強度を、強度余裕をもたせた１５Ｎ／ｍｍ２程度にできることが判る。このため混合材料中の結合材量は、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上とする。また、その質量比が２．２倍以上であれば、浚渫土のバラツキがあっても安定した強度発現が期待できるため、より好ましい。
【００２４】
一方、結合材の量を単純に増加させると、水に対して結合材が多すぎる状態となり、却って強度低下や充填不良が発生しやすくなる。混合材料中での水と結合材との割合については、鉄鋼スラグ水和固化体で使用されている強度指数に準じた強度指数、すなわち、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）で整理できることが判った。なお、高炉セメントは、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントの混合物であるので、その高炉スラグ微粉末分を「高炉スラグ微粉末の質量」とし、その普通ポルトランドセメント分を「普通ポルトランドセメントの質量」として上記式を適用する。
【００２５】
鉄鋼スラグ水和固化体の場合には、強度指数が１．５以上となるように結合材と水の配合が設計されており、２．０を超える条件が一般的である（「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル」参照）。これに対して浚渫土を使用する場合には、全く異なる条件が必要であることが判った。浚渫土の含水比２２０％（含水比＝（［浚渫土の水分量（mass％）］／［浚渫土の固形分量（mass％）］）×１００）、浚渫土の容積率５０％という比較的水が十分ある条件で混練した混合材料の強度指数と、得られた固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を表１に示す。これによると、強度指数が高くなる（水に対する結合材の比率が増加する）ほど強度は高まるものの１．９５程度で頭打ちとなり、２．３以上となる条件では混練不良となる。以上の結果から、結合材量は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）を２．０未満、好ましくは１．９５以下とする。
【００２６】
【表１】
【００２７】
結合材としては、さらにフライアッシュを配合することができる。例えば、後述するように混合材料に骨材として製鋼スラグを配合するような場合、製鋼スラグ中にはＣａが多量に含まれるため、アルカリ分が過剰になる場合がある。浚渫土はＳｉＯ２が主成分であるため、この過剰のアルカリ分と水和反応して安定化させることが可能であるが、浚渫土の固体粒子を構成する鉱物相は、浚渫地域や発生履歴によって異なるため、反応性が安定しない場合がある。そのような場合には、結合材の一部としてフライアッシュを配合すること、すなわち、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上に対して、フライアッシュを併用することが望ましい。
【００２８】
フライアッシュの組成は非晶質のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３が中心であるため、過剰のアルカリ分が発生した場合には、結晶質の材料に較べて速やかにポゾラン反応が起こることが期待できる。但し、フライアッシュを過剰に配合すると、結合材中のＣａ量が少なくなり過ぎ、本来の役割である反応の安定性が損なわれるおそれもある。このような観点から、フライアッシュを配合する場合には、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上の合計に対する割合で概ね４０質量％程度を上限とすることが好ましい。
【００２９】
また、さきに述べたように、混合材料に配合する結合材としては、特に、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を添加したものが望ましいが、このような結合材に対してフライアッシュを併用する場合には、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることが好ましい。高炉スラグ微粉末を上記の範囲で配合する理由は、さきに述べた理由と基本的に同じであるが、フライアッシュを併用するので、高炉スラグ微粉末の配合割合は相対的に少なくなる。また、さきに述べたように、フライアッシュを過剰に配合すると結合材中のＣａ量が少なくなり過ぎ、本来の役割である反応の安定性が損なわれるおそれもあるので、フライアッシュの配合量は、高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で３０質量％程度を上限とすることが好ましい。一方、フライアッシュを配合することによる効果を得るには、高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０質量％程度を下限とすることが好ましい。
【００３０】
また、結合材の一部としてフライアッシュを配合した場合、混合材料中での水と結合材との割合については、鉄鋼スラグ水和固化体で使用されている強度指数に準じた強度指数、すなわち、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）で整理できることが判った。なお、高炉セメントは、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントの混合物であるので、その高炉スラグ微粉末分を「高炉スラグ微粉末の質量」とし、その普通ポルトランドセメント分を「普通ポルトランドセメントの質量」として上記式を適用する。
【００３１】
さきに述べたように、結合材としてフライアッシュを配合しない場合の固化体の強度は、強度指数１．９５で頭打ちとなり、２．３では混練不良になるが、フライアッシュを配合すると混合材料中の粉分がさらに増加するため、より混練不良になりやすくなる。これについて、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で２５質量％配合した条件で、上記強度指数と混合材料のスランプ値の関係を調査した結果を図３に示す。この試験では、泥土としてシルト分が９２容積％の浚渫土を用い、結合材として高炉スラグ微粉末を主体とし、アルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用い、さらにフライアッシュを配合した。
【００３２】
図３によれば、強度指数が１．５までは、スランプ値が３ｃｍ以上確保できており、適切な混練状態が得られているが、強度指数が１．５を超えるとスランプ値が大きく低下し、目視でも混練不良になり始める傾向が確認された。このため、強度指数が１．５を超えると強度そのものは得られるものの頭打ちとなり、さらに強度指数が大きくなると強度低下を生じることになる。したがって、結合材の一部としてフライアッシュを配合した場合には、強度指数は１．５以下とすることが望ましい。
【００３３】
混合材料中の水分量は、浚渫土の含水比、容積比率および強度指数によって決定される。一般には、混合材料中の容積率で３０〜５０％程度である。
混合材料には、コンクリートなどと同様に骨材を配合することができ、容積安定性などの特性面からは、骨材を配合することが望ましい。骨材としては、通常のコンクリートと同様に天然砂、天然砕石を用いることができるが、天然資源をできるだけ含まないで高強度のものを得るという観点からは、製鋼スラグを用いることが望ましい。また、製鋼スラグは、天然砕石と比較して重い（比重が大きい）ため、これを骨材として用いることにより、固化体の重さ（高比重）を確保することができる。
【００３４】
製鋼スラグとしては、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。製鋼スラグは、最大粒径が２５ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。
混合材料中の容積率で、骨材は１５〜５０％程度が適当である。また、骨材として製鋼スラグを用いる場合、固化体としての重量確保、容積安定性の観点から、混合材料中の製鋼スラグ量は７００ｋｇ／ｍ３以上であることが好ましい。
【００３５】
本発明の製造方法では、泥土、結合材、さらに好ましくは骨材を配合し、必要に応じて水を添加した混合材料を混練し、この混練物を結合材の水和反応により固化させて人工石材を得る。
浚渫土などの泥土は、必要に応じて、篩などにより異物を除去する。混合材料の混練手段としては、例えば、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。
混練物を固化させるには、例えば、適当な型枠に流し込んで固化・養生（水和硬化）させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して固化・養生（水和硬化）させてもよい。特に、石材を大量に製造する場合には、ヤードに層状に打設することが好ましい。
【００３６】
養生期間と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を図４に示す。この試験では、泥土としてシルト分が６０容積％の浚渫土を用い、結合材として、高炉スラグ微粉末を主体とし、これにアルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用いた。また、混合材料中の結合材量と水との比は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０とした。養生の期間は、目標とする圧縮強度が得られるまでであり、一般には、図４に示すように７日程度以上が適当である。
【００３７】
得られた石材は、必要に応じて適当な大きさに破砕処理する。この破砕処理は、破砕機を用いて行ってもよいし、また、上記のように混練物をヤードに層状に打設した場合には、ヤードの固化体をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理してもよい。また、通常は、破砕処理された固化体（塊状物）を篩で分級し、所定のサイズの塊状物を得る。例えば、潜堤材などとして用いる場合には、１５０〜５００ｍｍ程度の大きさの塊状物を得る。
【００３８】
石材は、２８日養生後の一軸圧縮強度で９．８Ｎ／ｍｍ２（ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５で規定する準硬石の硬度）以上、望ましくは１５Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有することが好ましいが、本発明の製造方法によれば、そのような強度の石材を容易に製造することができる。特に、骨材として製鋼スラグを用いて製造された固化体、とりわけ骨材として製鋼スラグを用い且つ結合材として高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激剤（例えば、普通ポルトランドセメント）を用いて製造された固化体は、十分な強度と重さ（高比重）を確保することができる。
【００３９】
浚渫工事で発生する浚渫土は、浚渫場所などによって含水比にバラツキがある。また、浚渫工事を行う付近において水産物（海苔、牡蠣など）の養殖などを行っている場合には、浚渫工事による海水の汚濁が水産物に影響を与える恐れがあるので、浚渫工事は年間を通じて行える訳ではなく、工事時期に制限がある（季節性がある）。このような状況において本発明を実施する場合、浚渫工事で発生した浚渫土を、一旦浚渫土置場に貯泥し、この浚渫土置場に貯泥された浚渫土を用いて固化体を製造することが好ましい。これにより、（i）浚渫場所などによって浚渫土の含水比にバラツキある場合でも、一旦浚渫土置場に貯泥することにより、浚渫土の含水比を平均化することができる、（ii）浚渫の工事時期に制限があり、年間で浚渫土を採取できない時期があるような場合でも、浚渫土置場に貯泥しておくことにより、浚渫土を固化体製造プロセスに安定供給することができる、（iii）浚渫土を浚渫土置場に貯泥することにより、含水比の評価、管理・調整を容易に行うことができる、などの効果が得られる。
【００４０】
図５は、浚渫土置場を利用した本発明の一実施形態を示すものであり、浚渫工事で発生した浚渫土は、一旦浚渫土置場に貯泥される。この浚渫土置場の形態や構造は任意であるが、例えば、ヤードに土砂やスラグなどを積み上げて環状の土手を作り、その内側に浚渫土を貯泥するようなものでもよい。浚渫工事で発生した浚渫土は、その含水比やその他の性状を問わず、浚渫土置場に運び込まれて貯泥される。この浚渫土置場から、固化体（人工石材）製造プロセスに泥土として適宜供給され、さきに述べた製造方法により人工石材が得られる。
【実施例】
【００４１】
［実施例１］
表２および表３に示すような配合条件で材料を配合して混練（０．７５ｍ３練りのプラントで５分間混合し、所定時間経過後に排出）し、この混合材料の混練物を直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのサイズのモールドに成型して固化させ、固化体（人工石材）を製造した。浚渫土は、東京湾の水底から採取したシルト分が９０容積％のものを用い、必要に応じて水を加えて水分調整を行った。また、骨材である製鋼スラグとしては、転炉スラグ（粒径０−２５ｍｍ）を用いた。２８日間養生後の固化体の一軸圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。その結果を表２および表３に併せて示す。
【００４２】
表２および表３によれば、本発明例では、安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす安定した強度の固化体（石材）が得られている。これに対して比較例では、９．８Ｎ/ｍｍ２以上の強度となり、特許文献３に比べれば高い強度を有しているが、上記安全係数を考慮すると十分な強度の固化体が得られていない。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
［実施例２］
表４に示すような配合条件で材料を配合して混練（０．７５ｍ３練りのプラントで５分間混合し、所定時間経過後に排出）し、この混合材料の混練物を直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのサイズのモールドに成型して固化させ、固化体（人工石材）を製造した。浚渫土は、瀬戸内海の水底から採取したシルト分が９２容積％のものを用い、必要に応じて水を加えて水分調整を行った。また、骨材である製鋼スラグとしては、転炉スラグ（粒径０−２５ｍｍ）を用いた。２８日間養生後の固化体の一軸圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。その結果を表４に併せて示す。
【００４６】
表４によれば、本発明例では、安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす安定した強度の固化体（石材）が得られている。これに対して比較例では、９．８Ｎ/ｍｍ２以上の強度となり、特許文献３に比べれば高い強度を有しているが、上記安全係数を考慮すると十分な強度の固化体が得られていない。
【００４７】
【表４】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫土などの泥土を結合材で固化させて人工石材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浚渫土に代表される軟弱な泥土は、航路浚渫や各種土木建設に伴って発生する。そのなかで、砂質のように土木資材として有用なものは、浅場造成や埋め戻しなどにそのまま利用することが可能であるが、シルト分の比率が高い泥土の場合は含水状態のものが多く、また、土としての強度もほとんど期待できないため、廃棄物になることが多い。
泥土を有効利用するために、従来から様々な技術が提案、実施されている。その最も代表的なものが、土としての特性を改善し、良質な土と同じように利用するための技術である。例えば、日本石灰協会による「石灰による軟弱地盤の安定処理工法」（鹿島出版会）では、セメントや石灰を泥土に添加して、地盤としての特性を改善する様々な技術が示されている。
【０００３】
また、特許文献１には、浚渫土に鉄鋼スラグを混合して強度の改善を行う技術が示されており、この技術では、主に鉄鋼スラグのＣａＯ分と浚渫土のＳｉ、Ａｌ等とのポゾラン反応により、浚渫土の強度改質を行うものである。また、特許文献２には、軟弱土に遊離ＣａＯを含有する転炉スラグと高炉セメントを添加して固化処理（強度の改善）を行う技術が開示されている。
しかしながら、これらの方法は土質材料としての特性改善であり、強度が発現するとはいえ、あくまでも土としての用途に限定されるものである。
これに対して、特許文献３には、浚渫土にセメントなどの固化材を混合し、固化させてブロック材（固化体）を得る方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１１６７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３１２０８号公報
【特許文献３】特開２００８−１８２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３の方法で得られるブロック材の強度は、平均で６Ｎ/ｍｍ２程度であり、最大でも８Ｎ/ｍｍ２程度に過ぎない。石材やコンクリート材の代替として利用するには、ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５（割ぐり石）に規定される準硬石以上の強度（９．８Ｎ/ｍｍ２以上）が必要であるが、特許文献３で得られるブロック材の強度は、最も低品質の軟石のレベル（９．８Ｎ/ｍｍ２未満）であり、土質材料の改善レベルに比べると相当程度高いものの、石材やコンクリート材の代替として様々な用途に利用するためには、十分な強度ではない。また、軟弱浚渫土に多く見られるような、シルト分（７５μｍ以下）の比率が高い泥土を多量に使用する場合、強度の確保がより困難になることが容易に予想される。
【０００６】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、浚渫土などの泥土を多量に使用して、準硬石以上の強度を有する、特に安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす人工石材を、安定して製造することができる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】
【０００７】
従来、鉄鋼スラグを主原料とした鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術が知られている（例えば、「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル」，（財）沿岸技術研究センター）。この技術は、骨材に製鋼スラグを、結合材に高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激剤をそれぞれ用いて水和固化体を製造するものである。本発明者らは、このような鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術をベースに、鉄鋼スラグ水和固化体の材料を浚渫土で置換した固化体の製造実験を実施した。
【０００８】
鉄鋼スラグ水和固化体に関しては、強度発現性の度合いを表す指標として、強度指数＝（高炉スラグ微粉末の質量＋消石灰の質量＋２×普通ポルトランドセメントの質量＋０．３５×フライアッシュの質量）／水の質量、が用いられており、鉄鋼スラグ水和固化体の製造では、安定した強度を発現させるために、この強度指数が２を超えるところで混練がなされている。本発明のように浚渫土を用いる場合でも強度確保が重要であると考えられたため、上記に準じた強度指数を満足するように、浚渫土に含まれる水と結合材を設計して混練を実施した。ところが、この試験では混練物の流動性が急激に低下し、その結果、打設時に鬆（す）が入り、水和固化体が脆くなったり、強度が十分発現しなかったりすることが判った。すなわち、浚渫土を混合することによって、強度が発現しにくくなると考えて、結合材と水の比率を従来の知見レベル（鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術）に維持したところ、適切な混練・打設ができず、従来の知見に沿った製造技術では浚渫土を原料とする人工工石材やブロックを製造することは困難であることが判った。
【０００９】
そこで本発明者らは、混練物の流動性を改善するために、元々水を保有する浚渫土に対してさらに水を添加することで水分調整し、結合材と水の比をある程度低下させながら混練できる条件について検討を行った。その結果、条件によっては強度が発現するケースもあるが、それに比較的近い配合であっても十分な強度が出ない場合があることも判った。この原因について、さらに検討した結果、浚渫土に代表される泥土は、土粒子の表面吸着などによってポゾラン反応を阻害することがあり、多量の浚渫土を利用しようとする場合には、そのことが強度発現に大きな影響を与えていることが判った。
【００１０】
浚渫土には、土の種類によって程度は異なるものの、カルシウムやＯＨ−を吸着する作用があることが判った。図１（a），（b）に、多摩川から採取した浚渫土と東京湾から採取した浚渫土に水酸化カルシウム溶液を透過させた際の溶液Ｃａ濃度とｐＨの変化の例を示す。この試験では、底面にろ紙を敷いた浸透管に浚渫土２ｇを充填し、その上からｐＨ１２になるように調整した水酸化カルシウム水溶液を１ｍＬ／分で滴下し、浸出してくる溶液を回収してそのＣａ濃度とＯＨ−濃度を測定した。図１によれば、溶液のＣａ濃度やＯＨ−濃度（ｐＨ）が浚渫土を透過するだけで大きく変化していることが判る。ＣａやＯＨ−は、セメントに代表される水和固化時の反応生成物（ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏゲル）の主要構成成分であり、これらが浚渫土の土粒子に吸着され、濃度低下するために固化が阻害されるものと考えられる。このような作用は、浚渫土などの泥土を用いた場合に特有のものであり、材料として泥土を含まない通常の鉄鋼スラグ水和固化体では全く意識されていなかった。このような問題を解決すべく検討を重ねた結果、結合材と泥土中の土粒子との質量比を所定値以上とし、且つ水・結合材比を従来の鉄鋼スラグ水和固化体の製造技術とは異なる範囲に最適化することにより、浚渫土などの泥土を多量に使用し、かつ安定した強度を有する固化体（石材）が得られることを見出した。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
［2］上記［1］の製造方法において、結合材が、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
【００１２】
［3］泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【００１３】
［4］上記［3］の製造方法において、結合材が、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、混合材料が、さらに骨材を含むことを特徴とする人工石材の製造方法。
［6］上記［5］の製造方法において、骨材が製鋼スラグであることを特徴とする人工石材の製造方法。
［7］上記［6］の製造方法において、混合材料中の製鋼スラグ量が７００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする人工石材の製造方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの製造方法において、泥土が粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子を６５容積％以上含有することを特徴とする人工石材の製造方法。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの製造方法において、浚渫工事で発生した浚渫土であって、一旦浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いることを特徴とする人工石材の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、浚渫土などの泥土を多量に使用して、準硬石以上の強度を有する人工石材を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】浚渫土に水酸化カルシウム溶液を透過させた際の溶液Ｃａ濃度とｐＨの変化の例を示すグラフ
【図２】混合材料に配合される結合材と泥土中の土粒子（固形分）の質量比［結合材／泥土中の土粒子］と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を示すグラフ
【図３】結合材の一部としてフライアッシュを配合した混合材料の強度指数Ｂ／水（＝［高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５］／［混合材料中の水の質量］）とスランプ値との関係を示すグラフ
【図４】養生期間と固化体の強度（一軸圧縮強度）との関係を示すグラフ
【図５】本発明において、浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いる場合の一実施形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、泥土と結合材を含み、さらに好ましくは骨材を含む混合材料を混練し、水和硬化（結合材の水和反応による固化）させて人工石材を製造する方法であり、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足するものである。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
【００１７】
また、結合材として、さらにフライアッシュを配合することができ、この場合には、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足するものである。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【００１８】
本発明で用いられる泥土は、浚渫土が代表的なものであるが、それ以外に、例えば、掘削工事から生じる泥、建設汚泥などが挙げられる。ここで、泥土とは、一般的には山積みができず、その上を人が歩けないような流動性を示すものを言う。おおよその強度としては、ＪＩＳ−Ａ−１２２８:２００９（締固めた土のコーン指数試験方法)で規定されるコーン指数が２００Ｎ／ｍｍ２以下のものである。
浚渫土に代表される泥土は、シルト分が多いほどそのイオン吸着効果が大きくなり、従来技術では適正な強度の固化体が得られにくくなるため、本発明による製造方法が特に有用である。具体的には、本発明は、粒径０．０７５ｍｍ以下の土粒子（シルト分）を６５容積％以上含有するような泥土を対象とする場合に、特に有用であると言える。
なお、以下の説明において泥土の「シルト分」という場合には、粒径０．０７５ｍｍ以下の土粒子を指すものとする。
【００１９】
本発明は、浚渫土に代表される泥土を有効利用することが目的であるので、混合材料中の泥土の割合が可能な限り多いことが好ましく、このため混合材料中の泥土の割合（元々泥土に含まれている水分を含む割合）を４０容積％以上とする。なお、泥土の割合の上限は特に限定するものではないが、浚渫土の割合が６０容積％以下であれば、相対的な製鋼スラグ量が適量となり、固化体の比重が２．０を大幅に下回ることがない。比重が２．０を大幅に下回らなければ石代替としての有用性を有する。したがって、混合材料中の泥土の割合は６０容積％以下が望ましい。
【００２０】
結合材としては、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
また、天然資材をできるだけ使用せずに環境負荷を軽減するという観点、さらには人工石材（以下、「固化体」という場合がある）の強度確保および製造コストの観点からは、結合材として、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を添加したものが望ましい。結合材として、高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激剤を用いることにより、アルカリ環境を作り出すことで、高炉スラグ微粉末の水硬性を発揮させることができる。つまり、高炉スラグ微粉末の水和反応を促進し、固化体の強度を確保することができる。
【００２１】
アルカリ刺激剤としては、例えば、石灰粉、消石灰、普通ポルトランドセメント、高炉セメントなどの１種以上を用いることができる。この場合、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が石灰粉、消石灰、普通ポルトランドセメント、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることが好ましい。結合材として高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激剤を用いる場合、高炉スラグ微粉末の割合が８０質量％以上であれば、余剰のアルカリ成分が固化体中に残存することがないため、固化体を海中などで使用する際に、海水環境に対するアルカリの負荷が小さい。また、経済的にも有利となる。一方、高炉スラグ微粉末の割合が９５質量％を超えても混練・固化させることは可能である。しかし、９５質量％以下であれば安定して分散させることが容易であること、浚渫土のアルカリ抑制効果のために刺激剤の効果が小さくなることなどから、高炉スラグ微粉末を添加する効果が高く、多様な原料を使用する必要がなく、設備負荷とならないため、経済的な妥当性を有する。
【００２２】
浚渫土などの泥土は、図１に示すようにＣａやＯＨ−の吸着作用があるため、その土粒子の量がＣａやＯＨ−の吸着量に大きく影響を与える可能性があること、また、セメントのようなゲル化による固化の場合には、ゲルのネットワークを形成することが重要であると考え、浚渫土と結合材のバランスを変えながら、強度発現に関与する因子を検討した。その結果、結合材量と浚渫土に含まれる土粒子の比率が強度に対して極めて影響が大きいことが判った。
混合材料に配合される結合材と泥土中の土粒子（固形分）の質量比［結合材／泥土中の土粒子］と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を図２に示す。この試験では、泥土としてシルト分が９０容積％の浚渫土を用い、結合材として高炉スラグ微粉末を主体とし、アルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用いた。また、混合材料中の結合材量と水との比は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０とした。
【００２３】
図２によれば、固化体の強度を確保するには、泥土の土粒子の量に対して一定量以上の結合材が必要であることが判る。固化体の強度としては、準硬石の必要強度レベルである９．８Ｎ／ｍｍ２以上をクリアできれば本質的な問題はないが、浚渫土のバラツキや製造上のバラツキを考慮した場合、生コンクリートのように目標強度は３Ｎ／ｍｍ２程度の強度余裕を持つことが品質確保のために必要となる。具体的には、［結合材／泥土中の土粒子］≧１．７であれば、２８日養生後の一軸圧縮強度を、強度余裕をもたせた１５Ｎ／ｍｍ２程度にできることが判る。このため混合材料中の結合材量は、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上とする。また、その質量比が２．２倍以上であれば、浚渫土のバラツキがあっても安定した強度発現が期待できるため、より好ましい。
【００２４】
一方、結合材の量を単純に増加させると、水に対して結合材が多すぎる状態となり、却って強度低下や充填不良が発生しやすくなる。混合材料中での水と結合材との割合については、鉄鋼スラグ水和固化体で使用されている強度指数に準じた強度指数、すなわち、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）で整理できることが判った。なお、高炉セメントは、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントの混合物であるので、その高炉スラグ微粉末分を「高炉スラグ微粉末の質量」とし、その普通ポルトランドセメント分を「普通ポルトランドセメントの質量」として上記式を適用する。
【００２５】
鉄鋼スラグ水和固化体の場合には、強度指数が１．５以上となるように結合材と水の配合が設計されており、２．０を超える条件が一般的である（「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル」参照）。これに対して浚渫土を使用する場合には、全く異なる条件が必要であることが判った。浚渫土の含水比２２０％（含水比＝（［浚渫土の水分量（mass％）］／［浚渫土の固形分量（mass％）］）×１００）、浚渫土の容積率５０％という比較的水が十分ある条件で混練した混合材料の強度指数と、得られた固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を表１に示す。これによると、強度指数が高くなる（水に対する結合材の比率が増加する）ほど強度は高まるものの１．９５程度で頭打ちとなり、２．３以上となる条件では混練不良となる。以上の結果から、結合材量は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）を２．０未満、好ましくは１．９５以下とする。
【００２６】
【表１】
【００２７】
結合材としては、さらにフライアッシュを配合することができる。例えば、後述するように混合材料に骨材として製鋼スラグを配合するような場合、製鋼スラグ中にはＣａが多量に含まれるため、アルカリ分が過剰になる場合がある。浚渫土はＳｉＯ２が主成分であるため、この過剰のアルカリ分と水和反応して安定化させることが可能であるが、浚渫土の固体粒子を構成する鉱物相は、浚渫地域や発生履歴によって異なるため、反応性が安定しない場合がある。そのような場合には、結合材の一部としてフライアッシュを配合すること、すなわち、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上に対して、フライアッシュを併用することが望ましい。
【００２８】
フライアッシュの組成は非晶質のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３が中心であるため、過剰のアルカリ分が発生した場合には、結晶質の材料に較べて速やかにポゾラン反応が起こることが期待できる。但し、フライアッシュを過剰に配合すると、結合材中のＣａ量が少なくなり過ぎ、本来の役割である反応の安定性が損なわれるおそれもある。このような観点から、フライアッシュを配合する場合には、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上の合計に対する割合で概ね４０質量％程度を上限とすることが好ましい。
【００２９】
また、さきに述べたように、混合材料に配合する結合材としては、特に、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を添加したものが望ましいが、このような結合材に対してフライアッシュを併用する場合には、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることが好ましい。高炉スラグ微粉末を上記の範囲で配合する理由は、さきに述べた理由と基本的に同じであるが、フライアッシュを併用するので、高炉スラグ微粉末の配合割合は相対的に少なくなる。また、さきに述べたように、フライアッシュを過剰に配合すると結合材中のＣａ量が少なくなり過ぎ、本来の役割である反応の安定性が損なわれるおそれもあるので、フライアッシュの配合量は、高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で３０質量％程度を上限とすることが好ましい。一方、フライアッシュを配合することによる効果を得るには、高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０質量％程度を下限とすることが好ましい。
【００３０】
また、結合材の一部としてフライアッシュを配合した場合、混合材料中での水と結合材との割合については、鉄鋼スラグ水和固化体で使用されている強度指数に準じた強度指数、すなわち、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）で整理できることが判った。なお、高炉セメントは、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントの混合物であるので、その高炉スラグ微粉末分を「高炉スラグ微粉末の質量」とし、その普通ポルトランドセメント分を「普通ポルトランドセメントの質量」として上記式を適用する。
【００３１】
さきに述べたように、結合材としてフライアッシュを配合しない場合の固化体の強度は、強度指数１．９５で頭打ちとなり、２．３では混練不良になるが、フライアッシュを配合すると混合材料中の粉分がさらに増加するため、より混練不良になりやすくなる。これについて、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で２５質量％配合した条件で、上記強度指数と混合材料のスランプ値の関係を調査した結果を図３に示す。この試験では、泥土としてシルト分が９２容積％の浚渫土を用い、結合材として高炉スラグ微粉末を主体とし、アルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用い、さらにフライアッシュを配合した。
【００３２】
図３によれば、強度指数が１．５までは、スランプ値が３ｃｍ以上確保できており、適切な混練状態が得られているが、強度指数が１．５を超えるとスランプ値が大きく低下し、目視でも混練不良になり始める傾向が確認された。このため、強度指数が１．５を超えると強度そのものは得られるものの頭打ちとなり、さらに強度指数が大きくなると強度低下を生じることになる。したがって、結合材の一部としてフライアッシュを配合した場合には、強度指数は１．５以下とすることが望ましい。
【００３３】
混合材料中の水分量は、浚渫土の含水比、容積比率および強度指数によって決定される。一般には、混合材料中の容積率で３０〜５０％程度である。
混合材料には、コンクリートなどと同様に骨材を配合することができ、容積安定性などの特性面からは、骨材を配合することが望ましい。骨材としては、通常のコンクリートと同様に天然砂、天然砕石を用いることができるが、天然資源をできるだけ含まないで高強度のものを得るという観点からは、製鋼スラグを用いることが望ましい。また、製鋼スラグは、天然砕石と比較して重い（比重が大きい）ため、これを骨材として用いることにより、固化体の重さ（高比重）を確保することができる。
【００３４】
製鋼スラグとしては、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。製鋼スラグは、最大粒径が２５ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。
混合材料中の容積率で、骨材は１５〜５０％程度が適当である。また、骨材として製鋼スラグを用いる場合、固化体としての重量確保、容積安定性の観点から、混合材料中の製鋼スラグ量は７００ｋｇ／ｍ３以上であることが好ましい。
【００３５】
本発明の製造方法では、泥土、結合材、さらに好ましくは骨材を配合し、必要に応じて水を添加した混合材料を混練し、この混練物を結合材の水和反応により固化させて人工石材を得る。
浚渫土などの泥土は、必要に応じて、篩などにより異物を除去する。混合材料の混練手段としては、例えば、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。
混練物を固化させるには、例えば、適当な型枠に流し込んで固化・養生（水和硬化）させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して固化・養生（水和硬化）させてもよい。特に、石材を大量に製造する場合には、ヤードに層状に打設することが好ましい。
【００３６】
養生期間と固化体の強度（２８日養生後の一軸圧縮強度）との関係を調べた結果を図４に示す。この試験では、泥土としてシルト分が６０容積％の浚渫土を用い、結合材として、高炉スラグ微粉末を主体とし、これにアルカリ刺激剤として消石灰、普通ポルトランドセメントを用いた。また、混合材料中の結合材量と水との比は、（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０とした。養生の期間は、目標とする圧縮強度が得られるまでであり、一般には、図４に示すように７日程度以上が適当である。
【００３７】
得られた石材は、必要に応じて適当な大きさに破砕処理する。この破砕処理は、破砕機を用いて行ってもよいし、また、上記のように混練物をヤードに層状に打設した場合には、ヤードの固化体をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理してもよい。また、通常は、破砕処理された固化体（塊状物）を篩で分級し、所定のサイズの塊状物を得る。例えば、潜堤材などとして用いる場合には、１５０〜５００ｍｍ程度の大きさの塊状物を得る。
【００３８】
石材は、２８日養生後の一軸圧縮強度で９．８Ｎ／ｍｍ２（ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５で規定する準硬石の硬度）以上、望ましくは１５Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有することが好ましいが、本発明の製造方法によれば、そのような強度の石材を容易に製造することができる。特に、骨材として製鋼スラグを用いて製造された固化体、とりわけ骨材として製鋼スラグを用い且つ結合材として高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激剤（例えば、普通ポルトランドセメント）を用いて製造された固化体は、十分な強度と重さ（高比重）を確保することができる。
【００３９】
浚渫工事で発生する浚渫土は、浚渫場所などによって含水比にバラツキがある。また、浚渫工事を行う付近において水産物（海苔、牡蠣など）の養殖などを行っている場合には、浚渫工事による海水の汚濁が水産物に影響を与える恐れがあるので、浚渫工事は年間を通じて行える訳ではなく、工事時期に制限がある（季節性がある）。このような状況において本発明を実施する場合、浚渫工事で発生した浚渫土を、一旦浚渫土置場に貯泥し、この浚渫土置場に貯泥された浚渫土を用いて固化体を製造することが好ましい。これにより、（i）浚渫場所などによって浚渫土の含水比にバラツキある場合でも、一旦浚渫土置場に貯泥することにより、浚渫土の含水比を平均化することができる、（ii）浚渫の工事時期に制限があり、年間で浚渫土を採取できない時期があるような場合でも、浚渫土置場に貯泥しておくことにより、浚渫土を固化体製造プロセスに安定供給することができる、（iii）浚渫土を浚渫土置場に貯泥することにより、含水比の評価、管理・調整を容易に行うことができる、などの効果が得られる。
【００４０】
図５は、浚渫土置場を利用した本発明の一実施形態を示すものであり、浚渫工事で発生した浚渫土は、一旦浚渫土置場に貯泥される。この浚渫土置場の形態や構造は任意であるが、例えば、ヤードに土砂やスラグなどを積み上げて環状の土手を作り、その内側に浚渫土を貯泥するようなものでもよい。浚渫工事で発生した浚渫土は、その含水比やその他の性状を問わず、浚渫土置場に運び込まれて貯泥される。この浚渫土置場から、固化体（人工石材）製造プロセスに泥土として適宜供給され、さきに述べた製造方法により人工石材が得られる。
【実施例】
【００４１】
［実施例１］
表２および表３に示すような配合条件で材料を配合して混練（０．７５ｍ３練りのプラントで５分間混合し、所定時間経過後に排出）し、この混合材料の混練物を直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのサイズのモールドに成型して固化させ、固化体（人工石材）を製造した。浚渫土は、東京湾の水底から採取したシルト分が９０容積％のものを用い、必要に応じて水を加えて水分調整を行った。また、骨材である製鋼スラグとしては、転炉スラグ（粒径０−２５ｍｍ）を用いた。２８日間養生後の固化体の一軸圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。その結果を表２および表３に併せて示す。
【００４２】
表２および表３によれば、本発明例では、安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす安定した強度の固化体（石材）が得られている。これに対して比較例では、９．８Ｎ/ｍｍ２以上の強度となり、特許文献３に比べれば高い強度を有しているが、上記安全係数を考慮すると十分な強度の固化体が得られていない。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
［実施例２］
表４に示すような配合条件で材料を配合して混練（０．７５ｍ３練りのプラントで５分間混合し、所定時間経過後に排出）し、この混合材料の混練物を直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのサイズのモールドに成型して固化させ、固化体（人工石材）を製造した。浚渫土は、瀬戸内海の水底から採取したシルト分が９２容積％のものを用い、必要に応じて水を加えて水分調整を行った。また、骨材である製鋼スラグとしては、転炉スラグ（粒径０−２５ｍｍ）を用いた。２８日間養生後の固化体の一軸圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。その結果を表４に併せて示す。
【００４６】
表４によれば、本発明例では、安全係数（＋３Ｎ／ｍｍ２）を考慮しても準硬石の特性を十分に満たす安定した強度の固化体（石材）が得られている。これに対して比較例では、９．８Ｎ/ｍｍ２以上の強度となり、特許文献３に比べれば高い強度を有しているが、上記安全係数を考慮すると十分な強度の固化体が得られていない。
【００４７】
【表４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
【請求項２】
結合材が、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の人工石材の製造方法。
【請求項３】
泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【請求項４】
結合材が、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項３に記載の人工石材の製造方法。
【請求項５】
混合材料が、さらに骨材を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【請求項６】
骨材が製鋼スラグであることを特徴とする請求項５に記載の人工石材の製造方法。
【請求項７】
混合材料中の製鋼スラグ量が７００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項６に記載の人工石材の製造方法。
【請求項８】
泥土が粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子を６５容積％以上含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【請求項９】
浚渫工事で発生した浚渫土であって、一旦浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【請求項１】
泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（a）〜（c）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（a）泥土を４０容積％以上含む。
（b）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上からなる。
（c）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２）／（混合材料中の水の質量）＜２．０
【請求項２】
結合材が、高炉スラグ微粉末を８０〜９５質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の人工石材の製造方法。
【請求項３】
泥土と結合材を含む混合材料を水和硬化させて人工石材を製造する方法であって、混合材料が下記条件（d）〜（f）を満足することを特徴とする人工石材の製造方法。
（d）泥土を４０容積％以上含む。
（e）結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、高炉セメント、普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種以上とフライアッシュとからなる。
（f）結合材量が、泥土中の土粒子（固形分）に対して質量比で１．７倍以上であり、且つ下式を満足する。
（高炉スラグ微粉末の質量＋石灰粉の質量＋消石灰の質量＋普通ポルトランドセメントの質量×２＋フライアッシュの質量×０．３５）／（混合材料中の水の質量）≦１．５
【請求項４】
結合材が、高炉スラグ微粉末を７０〜８５質量％含有するとともに、フライアッシュを高炉スラグ微粉末の質量に対する割合で１０〜３０質量％含有し、残部が普通ポルトランドセメント、石灰粉、消石灰、高炉セメントの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項３に記載の人工石材の製造方法。
【請求項５】
混合材料が、さらに骨材を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【請求項６】
骨材が製鋼スラグであることを特徴とする請求項５に記載の人工石材の製造方法。
【請求項７】
混合材料中の製鋼スラグ量が７００ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項６に記載の人工石材の製造方法。
【請求項８】
泥土が粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子を６５容積％以上含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【請求項９】
浚渫工事で発生した浚渫土であって、一旦浚渫土置場に貯泥された浚渫土を泥土として用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４８９４８（Ｐ２０１２−１４８９４８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８６０１（Ｐ２０１１−１１８６０１）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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