泥土含有固化体の製造方法
【課題】採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を原料として利用しても、配合設計の段階で、所望のスランプ値となる様に、原料の配合を適切に行うことができる泥土含有固化体の製造方法を提供する。
【解決手段】（Ｂ）泥土と（A2）セメントとを含んだ混合原料、又は、（Ｂ）泥土と、（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか又は両方と、（Ｃ）製鋼スラグとを含んだ混合原料の水分量を調整しながら、下記式（１）で表される流動指数に基づいて混練し、養生して硬化させる泥土含有固化体の製造方法である。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋高炉スラグ微粉末＋セメント＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、各項目はそれぞれの体積を示し、ａは０.５〜１．０の数である。〕
【解決手段】（Ｂ）泥土と（A2）セメントとを含んだ混合原料、又は、（Ｂ）泥土と、（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか又は両方と、（Ｃ）製鋼スラグとを含んだ混合原料の水分量を調整しながら、下記式（１）で表される流動指数に基づいて混練し、養生して硬化させる泥土含有固化体の製造方法である。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋高炉スラグ微粉末＋セメント＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、各項目はそれぞれの体積を示し、ａは０.５〜１．０の数である。〕
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、泥土を利用して固化体を製造する方法に関し、さらには、泥土に鉄鋼スラグ等を混ぜて泥土含有固化体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造において、高炉で溶融された鉄鉱石の鉄以外の成分は、副原料の石灰石やコークス中の灰分と共に高炉スラグとなり、また、高炉で製造された銑鉄から鋼片をつくりだす製鋼工程では、製鋼スラグが生成し、このうち、前者の高炉スラグは銑鉄１tあたり約３００kg発生し、後者の製鋼スラグは鉄１tあたり約１２０kg発生することから、これらを有効に利用する方法が種々検討されている。代表的には、溶融状態の高炉スラグに加圧水を噴射して急激に冷却させて得た高炉水砕スラグを粉砕し、普通ポルトランドセメント等を混ぜて高炉セメントにする方法があり、この高炉セメントは、石灰石や粘土等を焼成し、石膏を混ぜて、更に粉砕して得る、いわゆる普通セメントに比べて、焼成工程から得られるクリンカーの使用量を少なくすることができることから、省エネルギー等の観点からも、広く利用されている。
【０００３】
また、製鋼スラグは、硬質かつ高耐磨耗性であることから、その特性を利用した方法として、製鋼スラグに対し、高炉スラグを微粉砕した高炉スラグ微粉末や高炉セメント、フライアッシュ等を混ぜて、水を加えて混練し、養生してコンクリート状の水和固化体を得る方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この水和固化体は、準硬石相当の天然石材と同等の圧縮強度を有し、また、製造過程で多量のＣＯ2を排出するセメントをほとんど使用せずに得られると共に、製鋼スラグ等の鉄鋼スラグを有効利用することから、環境適応性に優れた技術としても注目されている。
【０００４】
このような水和固化体を製造するにあたっては、水を含めた混合原料の配合割合を決める配合設計が重要であり、また、設計した配合で所定の品質を得られるかどうかを確認するために、試験練りを行うことが定められている（非特許文献１の第83頁「6.2.2.9試験練り」参照）。これによれば、（a）圧縮強度、（b）スランプ、（c）空気量、及び（d）その他必要事項（練上がり状態の目視観察、温度、単位体積質量、膨張安定性等）の各項目について試験を行い、所定の品質を満たさない場合には、水和固化体を得るための混練材の配合を調整した後、再び同様の試験を繰り返すことが必要とされる。
【０００５】
一方で、高炉スラグや製鋼スラグのような鉄鋼スラグと同様に、近時、その再利用法の検討がなされているものに浚渫土や建設排土等の泥土がある。例えば航路、泊地、河川等の浚渫により生ずる浚渫土は、埋立て資材等に使用されているものの、その高い含水比が問題になり、リサイクル技術の確立が望まれている。そこで、製鋼スラグ等を泥土に混ぜることで、泥土の強度を改質する方法が提案されている（特許文献２参照）。強度が改良された泥土は、干潟や浅場造成用のマウンド材や、河床の深掘れ部分の埋め戻し材等に利用することができ、河川や海域の自然再生事業に適用することも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７２６号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１１６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル−製鋼スラグの有効利用技術−(改訂版)」，財団法人 沿岸技術研究センター，平成20年2月，沿岸技術ライブラリー No.28，第83頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような状況において、上述した鉄鋼スラグを用いた水和固化体では、混合原料を練り混ぜた混練材がある程度の強度を発現するようになるのに、通常、７日前後の養生日数が必要になるところ、本発明者等は、混合原料に泥土を加えることで、混練材の硬化速度を上昇させることができるといった知見を得た。しかしながら、泥土は、採集場所や採集方法により、含有する水の量や土粒子の粒径等が広い範囲で変化するため、予め配合割合を定めておくような配合設計は事実上機能せず、何度も試験練りを繰り返しながら混合原料の配合を決めなければならない。
【０００９】
そこで、本発明者等は、このような問題について鋭意検討した結果、泥土を含んだ固化体を得る上で、混合原料中の水分量とその他の成分との比からなる流動指数が、試験練りの項目のひとつに定められたスランプ試験によるスランプ値との間に相関性があることを新たに見出した。さらに、用いる泥土の種類に応じて、流動指数に補正を加えていくことで、流動指数からスランプ値を精度良く予測できるようになることも併せて見出した。そのため、この流動指数を用いれば、原料に泥土を用いても、所望のスランプ値となる様に、原料の配合を適切に行うことが可能となることから、試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、泥土を利用した水和固化体が得られるようになるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を原料として利用しても、配合設計の段階で、所望のスランプ値となる様に、原料の配合を適切に行うことができる泥土含有固化体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】
【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか一方又は両方を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
（２）（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１’）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
（３）下記式（２）で表わされる強度指数が１．０以上の混合原料を用いることを特徴とする上記（１）項又は（２）項に記載の泥土含有固化体の製造方法。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を原料として利用しても、混合原料の配合設計の段階で、所望のスランプ値の混練材を得ることができ、試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、泥土含有固化体を製造することができるようになる。しかも、鉄鋼製造において副生される製鋼スラグや高炉スラグを利用するのみならず、これまでにリサイクル技術の確立が望まれていた泥土をも利用するため、これらの再利用の観点からも非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例における試験Ｎｏ．１〜７の混合原料の流動指数とスランプ値との関係性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
混合原料を得る際に用いる下記式（１）の流動指数は、混合原料中の水分量とその他の成分との体積比を表し、このうち水分量については、調整により水を加えた場合にその水の体積を示す「添加水分」と、泥土に含まれる水の体積に係数ａを掛けた「ａ×泥土が有する水分」との合計からなる。泥土は、主に土粒子と含有水とからなるが、採集場所や採集時期、あるいは採集方法等により、泥土の性質が異なる。そして、本発明者等が実験を繰り返したところ、水分量が同じ泥土を用いた混合原料であっても、スランプ値を実測すると、泥土の種類によって値が変動することが判明した。そこで、本発明では、泥土が含有する水分量に対しては、泥土の種類に応じて係数ａを乗ずることで、流動指数とスランプ値との相関性を高めるようにした。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【００１５】
泥土の係数ａについては、泥土の種類ごとに実際に種々の混合原料を配合し、スランプ値の実測を行って試行錯誤を繰り返した結果、０．５〜１．０の範囲の数であれば、流動指数から実測のスランプ値に極めて近い値を予測できることを見出した。すなわち、係数ａの利用方法として、先ず、ａ＝１として求めた混合原料の流動指数と実測した混合原料のスランプ値とをプロットして両者の相関性をグラフ化し、そのグラフから求められる予測スランプ値が実際のスランプ値に対してバラツキが少なくなるように、０．５〜１．０の範囲の数から係数ａを定めて流動指数を補正すればよい。なお、スランプ値は、混練材の軟らかさや流動性の程度を示すものであり、スランプ値の測定は、例えばＪＩＳ Ａ １１０１−１９９８に規定のスランプ試験方法に基づき、上端内径１０ｃｍ、下端内径２０ｃｍ、高さ３０ｃｍの円錐台状のスランプコーンに混練した混合原料を充填し、その後、スランプコーンを引き抜き、そのときの沈み量から求めることができる。
【００１６】
式（１）における「土粒子」は、泥土に含まれる土粒子の体積を示し、これは、泥土を１１０℃±５℃に調整可能な恒温乾燥炉に入れ、一定の質量になるまで乾燥させ、水分を蒸発させた後の残部の体積を求めたものである。「粉体」は、セメント及び高炉スラグ微粉末の合計体積を示し、混合原料としてどちらか一方の成分のみを含む場合は、その単独の体積である。「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、式（１）において、混合原料を得る際に、泥土に含まれる含有水以外に水を添加する必要がない場合は、添加水分はゼロを代入すればよい。なお、泥土の含有水が多過ぎて取り除いた上で混合原料に加える必要がある場合には、取り除いた後の泥土に含まれる水分を代入すればよい。
【００１７】
混合原料の流動指数と実測したスランプ値とをプロットしたものの例として、下記実施例で説明する図１を示すことができる。この例では、係数ａ＝１．０を用いて流動指数を求めたものであり、バラツキが少なく実測のスランプ値と極めて良好な相関性が確認できる。そして、このような、スランプ値との間に相関性を有する式（１）で表される流動指数に基づいて、水分量を調整した混合原料を混練することで、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を使用しながら、配合設計の段階でスランプ値を予測でき、所望の流動性を有した混練材を得ることができる。なお、混練材の流動性は、得られる泥土含有固化体の圧縮強度や耐久性等の品質のほか、製造方法等を考慮して適宜設定すればよく、特段制限されるものではないが、例えば、混合材をポンプ圧送し、型枠などで成形して泥土含有固化体を製造するような場合には、混練材のスランプ値が８〜１２ｃｍの範囲であるのが望ましいことから、このスランプ値の範囲に収まるように、混練材を得るようにすればよい。
【００１８】
そして、本発明では、混合原料として、ｉ）「（A1）高炉スラグ微粉末を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」か、ii）「（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」か、iii）「（A1）高炉スラグ微粉末及び（A2）セメントを合計で１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」を用いるようにする。
【００１９】
このうち、（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメント（以下、これらをまとめて「（Ａ）成分」と言う場合がある）は、主に結合材として機能するものであり、これら（Ａ）成分の合計含有量が、混合原料における体積比で１５vol％より少ないと、得られる固化体の圧縮強度を十分確保することが困難になり、反対に６０vol％を超えると、（Ｂ）成分や（Ｃ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が十分に得られなくなるおそれがある。これらの観点から、好ましくは（Ａ）成分の含有量は２０vol％以上４０vol％以下であるのが良い。
【００２０】
（Ｃ）成分の製鋼スラグは、骨材として機能するほか、（A1）高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激材にもなるが、製鋼スラグの含有量が、混合原料における体積比で１０vol％に満たないと、固化しても強度不足になるおそれがあり、反対に、製鋼スラグの含有量が５０vol％を超えると、（Ａ）成分や（Ｂ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が十分に得られなくなるおそれがある。これらの観点から、好ましくは製鋼スラグの含有量は２５vol％以上４５vol％以下であるのが良い。
【００２１】
（Ｂ）成分の泥土については、本発明者等は、固化体の養生初期における強度増加を促進する作用をもたらすことを見出したが、混合原料における体積比で２０vol％に満たないと、例えば材齢３日を目安とした養生初期における強度促進の効果が十分に認められないことがあり、反対に５０vol％を超えると、（Ａ）成分や（Ｃ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が得られなくなるおそれがある。
【００２２】
混合原料中の水分量については、混合原料における体積比で３０vol％未満であると、混練作業が困難になるおそれがあり、反対に、６０vol％を超えると、所定の原料（Ａ）〜（Ｃ）成分の配合量が十分確保できずに、固化体として必要な圧縮強度が得られなくなるおそれがあり、好ましくは、混合原料中の水分量は４０vol％以上５０vol％以下であるのが良い。この水分量は、混合原料に含まれる水分量のことを意味し、（Ａ）〜（Ｃ）成分を配合して、別途水を添加しない場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量のみを表し、（Ａ）〜（Ｃ）成分の他に水を添加する場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量と添加した水分量との合計量を表す。なお、（Ｂ）成分の泥土中の水分量が多すぎて水を除去した場合には、除去して調整した後の泥土中の水分量を表す。
【００２３】
また、本発明では、（A2）セメントの水硬性を利用して、（Ｃ）成分の製鋼スラグを使用せずに、混合原料を形成することもできる。すなわち、iv）「（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整した混合原料」であれば、固化体の養生初期における強度増加を促進しながら、最終的に必要な圧縮強度を有した固化体を得ることができる。このうち、（A2）成分を２０vol％以上４０vol％以下、及び（Ｂ）成分を４０vol％以上６０vol％以下含み、水分量が４０vol％以上６０vol％以下となるように調整すれば、養生初期における強度増加をより促進させることができるので好ましい。なお、このiv）の混合原料を用いる際は、下記式（１’）で表される流動指数に基づいて混合原料を得るようにして、混練した後、養生して硬化させるようにする。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【００２４】
混合原料に用いる各成分のうち、（A1）高炉スラグ微粉末は、銑鉄を製造する高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収した高炉スラグを微粉砕したものであり、詳しくは、溶融状態のスラグに加圧水を噴射するなどして急激に冷却した水砕スラグを微粉砕したものを使用することができる。水砕スラグの微粉砕の程度は、一般に、３０００〜８０００ｃｍ2／ｇ程度である。
【００２５】
また、（A2）セメントは、ポルトランドセメントと混合セメントとに分類でき、このうち、ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントに分類され、また、混合セメントは、主に高炉セメント、フライアッシュセメントに分類される。なかでも、高炉セメントは、一般に、高炉水砕スラグを粉砕して普通ポルトランドセメントを混ぜたものであり、高炉スラグの分量によりＡ〜Ｃ種の３種類に分類（JIS R 5211）される。本発明では、これらのセメントのいずれを用いてもよい。また、先に記した（A1）高炉スラグ微粉末を含めて、本発明では、（Ａ）成分として、（A1）高炉スラグ微粉末と（A2）セメントのいずれか一方を使用してもよく、２種類を混合して使用してもよい。
【００２６】
また、（Ｃ）成分の製鋼スラグは、高炉で製造された銑鉄から、不要な成分を除去して、靭性・加工性のある鋼にする製鋼工程で生じる石灰分を主体としたものであり、転炉スラグ、予備処理スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉還元スラグ、電気炉酸化スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグ等のいずれか１種又は２種以上を混合したものを用いることができる。
【００２７】
この（Ｃ）成分の製鋼スラグについては、含有する遊離石灰（フリーライム：f-CaO）の水和反応により膨張するおそれがあり、得られる固化体の用途によっては、その表面にひび割れ等が発生するのを嫌う場合がある。そのため、目的とする泥土含有固化体にひび割れが生じるのを防ぐ必要がある場合には、望ましくは、いわゆる自然エージングや蒸気エージング等のエージング処理を施した製鋼スラグを用いるのが良い。詳しくは、以下の方法で求められる粉化率が２．５％以下（質量ベース）となるようなエージング処理後の製鋼スラグを用いるのが良い。
【００２８】
すなわち、エージング処理した一定量の製鋼スラグ（S0）を第１の篩い目（例えばJIS Z8801-1に規定された4.75mmの篩い目）で分級し、更にこの篩い下を第１の篩い目よりももう１段小さな第２の篩い目（上記の例であればJIS Z8801-1に規定されたもう１段小さな篩い目である2mmの篩い目）を使って分級し、未崩壊の比較的大きなスラグ粒を除去して、篩い下としてエージング処理後の製鋼スラグの細粒分を得る（S1）。そして、｛(第２の篩い目の篩い下のスラグ質量＝S1｝／(分級前のエージング処理後スラグ質量＝S0))×１００（％）｝を粉化率とし、この粉化率が２．５％以下（質量ベース）の製鋼スラグを用いれば、得られる固化体に発生するひび割れを抑えることができる。また、製鋼スラグは、破砕後に篩い分けして５ｍｍ以下の粒径を有したものを用いるのが良い。このような粒径の製鋼スラグであれば、エージング処理を行っていないものを含めて、膨張抑制効果が得られる。
【００２９】
また、（Ｂ）成分として用いる含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土としては、例えば浚渫土や建設排土等を挙げることができる。このうち、浚渫土は、港湾、河川、運河等の航路や泊地を拡げる目的や、河川、湖沼、ダム等の水底や海底の汚泥・底質汚染を除去する目的等を含めて、総じて浚渫により生じた土粒子と水とを含んだものである。また、建設排土は、掘削等の建設工事で排出される土粒子と水とを含んだものである。これらはいずれも、その高い含水比により、ダンプトラック等に山積みして搬送するのが困難であったり、その上を人が歩けない程度のものであり、本発明ではこのような泥土を、固化体を得るための混合原料に用いる。なお、泥土の含水比は、泥土に含まれる水と土粒子の質量比率（水／土粒子）から求めたものである。
【００３０】
本発明では、用いる混合原料について、強度指数＝〔（１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量）／水質量〕が１．０以上となるようにして、混練し、養生して固化体を得るようにするのが好ましい。ここで、各成分に乗じた係数について、非特許文献１の記載によれば、高炉スラグ微粉末が１であり、普通ポルトランドセメントが２である。また、混合セメントに乗じる係数αについては、フライアシュセメントの係数が０．３５であるため、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントとの混合物である高炉セメントの場合、あるいはフライアッシュと普通ポルトランドセメントの混合物であるフライアッシュセメントの場合は次の式により求められる。
α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)
【００３１】
例えば、混合セメントとして高炉セメントＢ種を用いる場合、普通ポルトランドセメントの含有量が質量比４５％であり、高炉スラグ微粉末の含有量が質量比５５％の場合は、α＝１×０．５５＋２×０．４５＝１．４５となる。また、先の強度指数を求める式における「水質量」は混合原料中の水分量であり、（Ｂ）成分の泥土に含まれる含水分のほか、別途水を添加した場合には、その添加水を含めた水分量であり、別途水を添加しない場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量のみを表す。なお、（Ｂ）成分の泥土から水を一部取り除いた場合には、調整後の泥土に含まれる水分量である。
【００３２】
上記の強度指数が１．０以上の混合原料を用いれば、養生の際の硬化速度を速めて、例えば湿潤条件下で養生開始２８日後（材齢２８日）に少なくとも９．８Ｎ／ｍｍ2の圧縮強度を発現せしめることができるため好ましい。このような観点から、より好ましくは強度指数が１．５以上であるのが良く、更に好ましくは強度指数が１．７以上であるのが良い。
【００３３】
本発明において、混合原料を混練する具体的手段については特に制限されず、公知の混練手段を用いることができる。また、混練後の養生方法については、気中養生、水中養生、常圧蒸気養生など、通常の水和固化体を得るための方法を用いることができる。更には、目的とする固化体の用途等に応じて、混練後、即時脱型成型して養生するようにしてもよい。養生後は、所定の大きさに粉砕して、天然石に代わる人工石材として利用することができるほか、その用途に制限はない。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。
【００３５】
高炉スラグ微粉末として、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定されたコンクリート用高炉スラグ微粉末４０００（比表面積4000cm2/g）を使用し、高炉セメントとして、ＪＩＳ Ｒ ５２１１に規定された高炉セメントＢ種（比表面積3200〜3300cm2/g）を使用し、製鋼スラグとして、製鐵所で回収した製鋼スラグであり、密度２．８８ｇ／ｃｍ3、粒径５ｍｍ以下のものを使用し、浚渫土としては、東京湾第一航路の浚渫により回収された浚渫土（含水比159％、湿潤密度1.32g/cm3）を使用して、これらを表１に示したとおりに混合し、所定量の水を加えて試験Ｎｏ．１〜７の混合原料を用意した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記で用意した混合原料について、係数ａ＝１．０として下記式から求められる流動指数、すなわち〔(W2)＋1×(W1)〕／〔(S0)＋(B1)＋(B2)＋(S)〕の値を表１に記した。
流動指数＝(添加水分＋ａ×浚渫土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ)
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「浚渫土が有する水分」は、浚渫土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、浚渫土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。〕
【００３８】
また、上記で用意した混合原料を２軸強制練りミキサーを用いて２分間混練した後、ＪＩＳ Ａ １１０１−１９９８に規定のスランプ試験方法に基づき、上端内径１０ｃｍ、下端内径２０ｃｍ、及び高さ３０ｃｍの円錐台状のスランプコーンに充填し、スランプコーンを引き抜いて、そのときの沈み量をスランプ値として、表１に示した。
【００３９】
次いで、上記で得られた混練材をモールドに詰めて成形し、これを温度２０℃の湿潤条件下で２８日間養生させて、φ５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの試験用固化体（試験No.1〜7）を得た。得られた試験用固化体については、養生開始から２８日（672時間）経過した時点で、１０００ｋＮ耐圧圧縮試験機を用いて一軸圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。なお、表１における強度指数は、下記式（２）から求められる値であり、混合原料中の原料の質量を代入し、具体的には〔(B1)＋1.55×(B2)〕／〔(W1)＋(W2)〕から算出した。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【００４０】
上記で用いた試験Ｎｏ．１〜７の混合原料について、流動指数とスランプ値との関係を図１に示した。このグラフから明らかなように、実測のスランプ値に対して、上記で求めた流動指数はバラツキが少なく極めて良好な相関性が確認された。そこで、係数ａに関する補正を行わず、図１で得られた結果を用いて、目標とするスランプ値が１０ｃｍを示す混練材を得るために（図１中の白抜き四角）、試験用固化体の製造と同じ原料を用い、下記表２に示したように、流動指数が０．８の混合原料を配合して、実施例１に係る混合原料を得た。この混合原料を２軸強制練りミキサーを用いて２分間混練した後、先に記したスランプ値の測定と同様にして、実際のスランプ値を測定したところ、予測値に近い９．５ｃｍの結果を得た。また、この実施例１に係る混合原料を試験用固化体と同様にして養生し、一軸圧縮強度を測定したところ、養生開始２８日経過後の圧縮強度が１０．１Ｎ／ｍｍ2である固化体が得られることが確認された。
【００４１】
【表２】
【００４２】
上記実施例のように、流動指数からスランプ値を予測すれば、所望の流動性を有した混練材を得ることができるため、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を利用しながらも、例えば試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、所望のスランプ値の混練材を得ることができ、その後、泥土含有固化体を製造することができた。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、泥土を利用して固化体を製造する方法に関し、さらには、泥土に鉄鋼スラグ等を混ぜて泥土含有固化体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造において、高炉で溶融された鉄鉱石の鉄以外の成分は、副原料の石灰石やコークス中の灰分と共に高炉スラグとなり、また、高炉で製造された銑鉄から鋼片をつくりだす製鋼工程では、製鋼スラグが生成し、このうち、前者の高炉スラグは銑鉄１tあたり約３００kg発生し、後者の製鋼スラグは鉄１tあたり約１２０kg発生することから、これらを有効に利用する方法が種々検討されている。代表的には、溶融状態の高炉スラグに加圧水を噴射して急激に冷却させて得た高炉水砕スラグを粉砕し、普通ポルトランドセメント等を混ぜて高炉セメントにする方法があり、この高炉セメントは、石灰石や粘土等を焼成し、石膏を混ぜて、更に粉砕して得る、いわゆる普通セメントに比べて、焼成工程から得られるクリンカーの使用量を少なくすることができることから、省エネルギー等の観点からも、広く利用されている。
【０００３】
また、製鋼スラグは、硬質かつ高耐磨耗性であることから、その特性を利用した方法として、製鋼スラグに対し、高炉スラグを微粉砕した高炉スラグ微粉末や高炉セメント、フライアッシュ等を混ぜて、水を加えて混練し、養生してコンクリート状の水和固化体を得る方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この水和固化体は、準硬石相当の天然石材と同等の圧縮強度を有し、また、製造過程で多量のＣＯ2を排出するセメントをほとんど使用せずに得られると共に、製鋼スラグ等の鉄鋼スラグを有効利用することから、環境適応性に優れた技術としても注目されている。
【０００４】
このような水和固化体を製造するにあたっては、水を含めた混合原料の配合割合を決める配合設計が重要であり、また、設計した配合で所定の品質を得られるかどうかを確認するために、試験練りを行うことが定められている（非特許文献１の第83頁「6.2.2.9試験練り」参照）。これによれば、（a）圧縮強度、（b）スランプ、（c）空気量、及び（d）その他必要事項（練上がり状態の目視観察、温度、単位体積質量、膨張安定性等）の各項目について試験を行い、所定の品質を満たさない場合には、水和固化体を得るための混練材の配合を調整した後、再び同様の試験を繰り返すことが必要とされる。
【０００５】
一方で、高炉スラグや製鋼スラグのような鉄鋼スラグと同様に、近時、その再利用法の検討がなされているものに浚渫土や建設排土等の泥土がある。例えば航路、泊地、河川等の浚渫により生ずる浚渫土は、埋立て資材等に使用されているものの、その高い含水比が問題になり、リサイクル技術の確立が望まれている。そこで、製鋼スラグ等を泥土に混ぜることで、泥土の強度を改質する方法が提案されている（特許文献２参照）。強度が改良された泥土は、干潟や浅場造成用のマウンド材や、河床の深掘れ部分の埋め戻し材等に利用することができ、河川や海域の自然再生事業に適用することも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７２６号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１１６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル−製鋼スラグの有効利用技術−(改訂版)」，財団法人 沿岸技術研究センター，平成20年2月，沿岸技術ライブラリー No.28，第83頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような状況において、上述した鉄鋼スラグを用いた水和固化体では、混合原料を練り混ぜた混練材がある程度の強度を発現するようになるのに、通常、７日前後の養生日数が必要になるところ、本発明者等は、混合原料に泥土を加えることで、混練材の硬化速度を上昇させることができるといった知見を得た。しかしながら、泥土は、採集場所や採集方法により、含有する水の量や土粒子の粒径等が広い範囲で変化するため、予め配合割合を定めておくような配合設計は事実上機能せず、何度も試験練りを繰り返しながら混合原料の配合を決めなければならない。
【０００９】
そこで、本発明者等は、このような問題について鋭意検討した結果、泥土を含んだ固化体を得る上で、混合原料中の水分量とその他の成分との比からなる流動指数が、試験練りの項目のひとつに定められたスランプ試験によるスランプ値との間に相関性があることを新たに見出した。さらに、用いる泥土の種類に応じて、流動指数に補正を加えていくことで、流動指数からスランプ値を精度良く予測できるようになることも併せて見出した。そのため、この流動指数を用いれば、原料に泥土を用いても、所望のスランプ値となる様に、原料の配合を適切に行うことが可能となることから、試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、泥土を利用した水和固化体が得られるようになるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を原料として利用しても、配合設計の段階で、所望のスランプ値となる様に、原料の配合を適切に行うことができる泥土含有固化体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】
【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか一方又は両方を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
（２）（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１’）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
（３）下記式（２）で表わされる強度指数が１．０以上の混合原料を用いることを特徴とする上記（１）項又は（２）項に記載の泥土含有固化体の製造方法。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を原料として利用しても、混合原料の配合設計の段階で、所望のスランプ値の混練材を得ることができ、試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、泥土含有固化体を製造することができるようになる。しかも、鉄鋼製造において副生される製鋼スラグや高炉スラグを利用するのみならず、これまでにリサイクル技術の確立が望まれていた泥土をも利用するため、これらの再利用の観点からも非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例における試験Ｎｏ．１〜７の混合原料の流動指数とスランプ値との関係性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
混合原料を得る際に用いる下記式（１）の流動指数は、混合原料中の水分量とその他の成分との体積比を表し、このうち水分量については、調整により水を加えた場合にその水の体積を示す「添加水分」と、泥土に含まれる水の体積に係数ａを掛けた「ａ×泥土が有する水分」との合計からなる。泥土は、主に土粒子と含有水とからなるが、採集場所や採集時期、あるいは採集方法等により、泥土の性質が異なる。そして、本発明者等が実験を繰り返したところ、水分量が同じ泥土を用いた混合原料であっても、スランプ値を実測すると、泥土の種類によって値が変動することが判明した。そこで、本発明では、泥土が含有する水分量に対しては、泥土の種類に応じて係数ａを乗ずることで、流動指数とスランプ値との相関性を高めるようにした。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【００１５】
泥土の係数ａについては、泥土の種類ごとに実際に種々の混合原料を配合し、スランプ値の実測を行って試行錯誤を繰り返した結果、０．５〜１．０の範囲の数であれば、流動指数から実測のスランプ値に極めて近い値を予測できることを見出した。すなわち、係数ａの利用方法として、先ず、ａ＝１として求めた混合原料の流動指数と実測した混合原料のスランプ値とをプロットして両者の相関性をグラフ化し、そのグラフから求められる予測スランプ値が実際のスランプ値に対してバラツキが少なくなるように、０．５〜１．０の範囲の数から係数ａを定めて流動指数を補正すればよい。なお、スランプ値は、混練材の軟らかさや流動性の程度を示すものであり、スランプ値の測定は、例えばＪＩＳ Ａ １１０１−１９９８に規定のスランプ試験方法に基づき、上端内径１０ｃｍ、下端内径２０ｃｍ、高さ３０ｃｍの円錐台状のスランプコーンに混練した混合原料を充填し、その後、スランプコーンを引き抜き、そのときの沈み量から求めることができる。
【００１６】
式（１）における「土粒子」は、泥土に含まれる土粒子の体積を示し、これは、泥土を１１０℃±５℃に調整可能な恒温乾燥炉に入れ、一定の質量になるまで乾燥させ、水分を蒸発させた後の残部の体積を求めたものである。「粉体」は、セメント及び高炉スラグ微粉末の合計体積を示し、混合原料としてどちらか一方の成分のみを含む場合は、その単独の体積である。「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、式（１）において、混合原料を得る際に、泥土に含まれる含有水以外に水を添加する必要がない場合は、添加水分はゼロを代入すればよい。なお、泥土の含有水が多過ぎて取り除いた上で混合原料に加える必要がある場合には、取り除いた後の泥土に含まれる水分を代入すればよい。
【００１７】
混合原料の流動指数と実測したスランプ値とをプロットしたものの例として、下記実施例で説明する図１を示すことができる。この例では、係数ａ＝１．０を用いて流動指数を求めたものであり、バラツキが少なく実測のスランプ値と極めて良好な相関性が確認できる。そして、このような、スランプ値との間に相関性を有する式（１）で表される流動指数に基づいて、水分量を調整した混合原料を混練することで、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を使用しながら、配合設計の段階でスランプ値を予測でき、所望の流動性を有した混練材を得ることができる。なお、混練材の流動性は、得られる泥土含有固化体の圧縮強度や耐久性等の品質のほか、製造方法等を考慮して適宜設定すればよく、特段制限されるものではないが、例えば、混合材をポンプ圧送し、型枠などで成形して泥土含有固化体を製造するような場合には、混練材のスランプ値が８〜１２ｃｍの範囲であるのが望ましいことから、このスランプ値の範囲に収まるように、混練材を得るようにすればよい。
【００１８】
そして、本発明では、混合原料として、ｉ）「（A1）高炉スラグ微粉末を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」か、ii）「（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」か、iii）「（A1）高炉スラグ微粉末及び（A2）セメントを合計で１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整した混合原料」を用いるようにする。
【００１９】
このうち、（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメント（以下、これらをまとめて「（Ａ）成分」と言う場合がある）は、主に結合材として機能するものであり、これら（Ａ）成分の合計含有量が、混合原料における体積比で１５vol％より少ないと、得られる固化体の圧縮強度を十分確保することが困難になり、反対に６０vol％を超えると、（Ｂ）成分や（Ｃ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が十分に得られなくなるおそれがある。これらの観点から、好ましくは（Ａ）成分の含有量は２０vol％以上４０vol％以下であるのが良い。
【００２０】
（Ｃ）成分の製鋼スラグは、骨材として機能するほか、（A1）高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激材にもなるが、製鋼スラグの含有量が、混合原料における体積比で１０vol％に満たないと、固化しても強度不足になるおそれがあり、反対に、製鋼スラグの含有量が５０vol％を超えると、（Ａ）成分や（Ｂ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が十分に得られなくなるおそれがある。これらの観点から、好ましくは製鋼スラグの含有量は２５vol％以上４５vol％以下であるのが良い。
【００２１】
（Ｂ）成分の泥土については、本発明者等は、固化体の養生初期における強度増加を促進する作用をもたらすことを見出したが、混合原料における体積比で２０vol％に満たないと、例えば材齢３日を目安とした養生初期における強度促進の効果が十分に認められないことがあり、反対に５０vol％を超えると、（Ａ）成分や（Ｃ）成分の配合割合が少なくなり過ぎて、固化体として必要な圧縮強度が得られなくなるおそれがある。
【００２２】
混合原料中の水分量については、混合原料における体積比で３０vol％未満であると、混練作業が困難になるおそれがあり、反対に、６０vol％を超えると、所定の原料（Ａ）〜（Ｃ）成分の配合量が十分確保できずに、固化体として必要な圧縮強度が得られなくなるおそれがあり、好ましくは、混合原料中の水分量は４０vol％以上５０vol％以下であるのが良い。この水分量は、混合原料に含まれる水分量のことを意味し、（Ａ）〜（Ｃ）成分を配合して、別途水を添加しない場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量のみを表し、（Ａ）〜（Ｃ）成分の他に水を添加する場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量と添加した水分量との合計量を表す。なお、（Ｂ）成分の泥土中の水分量が多すぎて水を除去した場合には、除去して調整した後の泥土中の水分量を表す。
【００２３】
また、本発明では、（A2）セメントの水硬性を利用して、（Ｃ）成分の製鋼スラグを使用せずに、混合原料を形成することもできる。すなわち、iv）「（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含み、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整した混合原料」であれば、固化体の養生初期における強度増加を促進しながら、最終的に必要な圧縮強度を有した固化体を得ることができる。このうち、（A2）成分を２０vol％以上４０vol％以下、及び（Ｂ）成分を４０vol％以上６０vol％以下含み、水分量が４０vol％以上６０vol％以下となるように調整すれば、養生初期における強度増加をより促進させることができるので好ましい。なお、このiv）の混合原料を用いる際は、下記式（１’）で表される流動指数に基づいて混合原料を得るようにして、混練した後、養生して硬化させるようにする。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【００２４】
混合原料に用いる各成分のうち、（A1）高炉スラグ微粉末は、銑鉄を製造する高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収した高炉スラグを微粉砕したものであり、詳しくは、溶融状態のスラグに加圧水を噴射するなどして急激に冷却した水砕スラグを微粉砕したものを使用することができる。水砕スラグの微粉砕の程度は、一般に、３０００〜８０００ｃｍ2／ｇ程度である。
【００２５】
また、（A2）セメントは、ポルトランドセメントと混合セメントとに分類でき、このうち、ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントに分類され、また、混合セメントは、主に高炉セメント、フライアッシュセメントに分類される。なかでも、高炉セメントは、一般に、高炉水砕スラグを粉砕して普通ポルトランドセメントを混ぜたものであり、高炉スラグの分量によりＡ〜Ｃ種の３種類に分類（JIS R 5211）される。本発明では、これらのセメントのいずれを用いてもよい。また、先に記した（A1）高炉スラグ微粉末を含めて、本発明では、（Ａ）成分として、（A1）高炉スラグ微粉末と（A2）セメントのいずれか一方を使用してもよく、２種類を混合して使用してもよい。
【００２６】
また、（Ｃ）成分の製鋼スラグは、高炉で製造された銑鉄から、不要な成分を除去して、靭性・加工性のある鋼にする製鋼工程で生じる石灰分を主体としたものであり、転炉スラグ、予備処理スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉還元スラグ、電気炉酸化スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグ等のいずれか１種又は２種以上を混合したものを用いることができる。
【００２７】
この（Ｃ）成分の製鋼スラグについては、含有する遊離石灰（フリーライム：f-CaO）の水和反応により膨張するおそれがあり、得られる固化体の用途によっては、その表面にひび割れ等が発生するのを嫌う場合がある。そのため、目的とする泥土含有固化体にひび割れが生じるのを防ぐ必要がある場合には、望ましくは、いわゆる自然エージングや蒸気エージング等のエージング処理を施した製鋼スラグを用いるのが良い。詳しくは、以下の方法で求められる粉化率が２．５％以下（質量ベース）となるようなエージング処理後の製鋼スラグを用いるのが良い。
【００２８】
すなわち、エージング処理した一定量の製鋼スラグ（S0）を第１の篩い目（例えばJIS Z8801-1に規定された4.75mmの篩い目）で分級し、更にこの篩い下を第１の篩い目よりももう１段小さな第２の篩い目（上記の例であればJIS Z8801-1に規定されたもう１段小さな篩い目である2mmの篩い目）を使って分級し、未崩壊の比較的大きなスラグ粒を除去して、篩い下としてエージング処理後の製鋼スラグの細粒分を得る（S1）。そして、｛(第２の篩い目の篩い下のスラグ質量＝S1｝／(分級前のエージング処理後スラグ質量＝S0))×１００（％）｝を粉化率とし、この粉化率が２．５％以下（質量ベース）の製鋼スラグを用いれば、得られる固化体に発生するひび割れを抑えることができる。また、製鋼スラグは、破砕後に篩い分けして５ｍｍ以下の粒径を有したものを用いるのが良い。このような粒径の製鋼スラグであれば、エージング処理を行っていないものを含めて、膨張抑制効果が得られる。
【００２９】
また、（Ｂ）成分として用いる含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土としては、例えば浚渫土や建設排土等を挙げることができる。このうち、浚渫土は、港湾、河川、運河等の航路や泊地を拡げる目的や、河川、湖沼、ダム等の水底や海底の汚泥・底質汚染を除去する目的等を含めて、総じて浚渫により生じた土粒子と水とを含んだものである。また、建設排土は、掘削等の建設工事で排出される土粒子と水とを含んだものである。これらはいずれも、その高い含水比により、ダンプトラック等に山積みして搬送するのが困難であったり、その上を人が歩けない程度のものであり、本発明ではこのような泥土を、固化体を得るための混合原料に用いる。なお、泥土の含水比は、泥土に含まれる水と土粒子の質量比率（水／土粒子）から求めたものである。
【００３０】
本発明では、用いる混合原料について、強度指数＝〔（１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量）／水質量〕が１．０以上となるようにして、混練し、養生して固化体を得るようにするのが好ましい。ここで、各成分に乗じた係数について、非特許文献１の記載によれば、高炉スラグ微粉末が１であり、普通ポルトランドセメントが２である。また、混合セメントに乗じる係数αについては、フライアシュセメントの係数が０．３５であるため、高炉スラグ微粉末と普通ポルトランドセメントとの混合物である高炉セメントの場合、あるいはフライアッシュと普通ポルトランドセメントの混合物であるフライアッシュセメントの場合は次の式により求められる。
α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)
【００３１】
例えば、混合セメントとして高炉セメントＢ種を用いる場合、普通ポルトランドセメントの含有量が質量比４５％であり、高炉スラグ微粉末の含有量が質量比５５％の場合は、α＝１×０．５５＋２×０．４５＝１．４５となる。また、先の強度指数を求める式における「水質量」は混合原料中の水分量であり、（Ｂ）成分の泥土に含まれる含水分のほか、別途水を添加した場合には、その添加水を含めた水分量であり、別途水を添加しない場合は、（Ｂ）成分の泥土中の水分量のみを表す。なお、（Ｂ）成分の泥土から水を一部取り除いた場合には、調整後の泥土に含まれる水分量である。
【００３２】
上記の強度指数が１．０以上の混合原料を用いれば、養生の際の硬化速度を速めて、例えば湿潤条件下で養生開始２８日後（材齢２８日）に少なくとも９．８Ｎ／ｍｍ2の圧縮強度を発現せしめることができるため好ましい。このような観点から、より好ましくは強度指数が１．５以上であるのが良く、更に好ましくは強度指数が１．７以上であるのが良い。
【００３３】
本発明において、混合原料を混練する具体的手段については特に制限されず、公知の混練手段を用いることができる。また、混練後の養生方法については、気中養生、水中養生、常圧蒸気養生など、通常の水和固化体を得るための方法を用いることができる。更には、目的とする固化体の用途等に応じて、混練後、即時脱型成型して養生するようにしてもよい。養生後は、所定の大きさに粉砕して、天然石に代わる人工石材として利用することができるほか、その用途に制限はない。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。
【００３５】
高炉スラグ微粉末として、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定されたコンクリート用高炉スラグ微粉末４０００（比表面積4000cm2/g）を使用し、高炉セメントとして、ＪＩＳ Ｒ ５２１１に規定された高炉セメントＢ種（比表面積3200〜3300cm2/g）を使用し、製鋼スラグとして、製鐵所で回収した製鋼スラグであり、密度２．８８ｇ／ｃｍ3、粒径５ｍｍ以下のものを使用し、浚渫土としては、東京湾第一航路の浚渫により回収された浚渫土（含水比159％、湿潤密度1.32g/cm3）を使用して、これらを表１に示したとおりに混合し、所定量の水を加えて試験Ｎｏ．１〜７の混合原料を用意した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記で用意した混合原料について、係数ａ＝１．０として下記式から求められる流動指数、すなわち〔(W2)＋1×(W1)〕／〔(S0)＋(B1)＋(B2)＋(S)〕の値を表１に記した。
流動指数＝(添加水分＋ａ×浚渫土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ)
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「浚渫土が有する水分」は、浚渫土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、浚渫土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。〕
【００３８】
また、上記で用意した混合原料を２軸強制練りミキサーを用いて２分間混練した後、ＪＩＳ Ａ １１０１−１９９８に規定のスランプ試験方法に基づき、上端内径１０ｃｍ、下端内径２０ｃｍ、及び高さ３０ｃｍの円錐台状のスランプコーンに充填し、スランプコーンを引き抜いて、そのときの沈み量をスランプ値として、表１に示した。
【００３９】
次いで、上記で得られた混練材をモールドに詰めて成形し、これを温度２０℃の湿潤条件下で２８日間養生させて、φ５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの試験用固化体（試験No.1〜7）を得た。得られた試験用固化体については、養生開始から２８日（672時間）経過した時点で、１０００ｋＮ耐圧圧縮試験機を用いて一軸圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。なお、表１における強度指数は、下記式（２）から求められる値であり、混合原料中の原料の質量を代入し、具体的には〔(B1)＋1.55×(B2)〕／〔(W1)＋(W2)〕から算出した。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【００４０】
上記で用いた試験Ｎｏ．１〜７の混合原料について、流動指数とスランプ値との関係を図１に示した。このグラフから明らかなように、実測のスランプ値に対して、上記で求めた流動指数はバラツキが少なく極めて良好な相関性が確認された。そこで、係数ａに関する補正を行わず、図１で得られた結果を用いて、目標とするスランプ値が１０ｃｍを示す混練材を得るために（図１中の白抜き四角）、試験用固化体の製造と同じ原料を用い、下記表２に示したように、流動指数が０．８の混合原料を配合して、実施例１に係る混合原料を得た。この混合原料を２軸強制練りミキサーを用いて２分間混練した後、先に記したスランプ値の測定と同様にして、実際のスランプ値を測定したところ、予測値に近い９．５ｃｍの結果を得た。また、この実施例１に係る混合原料を試験用固化体と同様にして養生し、一軸圧縮強度を測定したところ、養生開始２８日経過後の圧縮強度が１０．１Ｎ／ｍｍ2である固化体が得られることが確認された。
【００４１】
【表２】
【００４２】
上記実施例のように、流動指数からスランプ値を予測すれば、所望の流動性を有した混練材を得ることができるため、採集場所や採集方法によって含有水分量や土粒子の粒径等に違いがある泥土を利用しながらも、例えば試験練りを何度も繰り返すような作業上での過度の負荷をかけることなく、所望のスランプ値の混練材を得ることができ、その後、泥土含有固化体を製造することができた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか一方又は両方を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【請求項２】
（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１’）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【請求項３】
下記式（２）で表わされる強度指数が１．０以上の混合原料を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の泥土含有固化体の製造方法。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【請求項１】
（A1）高炉スラグ微粉末又は（A2）セメントのいずれか一方又は両方を１５vol％以上６０vol％以下、（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上５０vol％以下、及び（Ｃ）製鋼スラグを１０vol％以上５０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上６０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋粉体＋製鋼スラグ) ・・・（１）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「粉体」は、高炉スラグ微粉末及びセメントの合計体積を示し、「製鋼スラグ」は、製鋼スラグの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【請求項２】
（A2）セメントを１５vol％以上６０vol％以下、及び（Ｂ）含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土を２０vol％以上８０vol％以下含むと共に、水分量が３０vol％以上７０vol％以下となるように調整され、且つ、スランプ値との間に相関性を有する下記式（１’）で表される流動指数に基づいて得られた混合原料を、混練した後、養生して硬化させることを特徴とする泥土含有固化体の製造方法。
流動指数＝(添加水分＋ａ×泥土が有する水分)／(土粒子＋セメント) ・・・（１’）
〔但し、「添加水分」は、調整により加えた水の体積を示し、「泥土が有する水分」は、泥土に含まれる水の体積を示し、「土粒子」は、泥土中の水分を除いた土粒子の体積を示し、「セメント」は、セメントの体積を示す。また、ａは０.５〜１．０の数であり、対象とする泥土に応じた係数を示す。〕
【請求項３】
下記式（２）で表わされる強度指数が１．０以上の混合原料を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の泥土含有固化体の製造方法。
強度指数＝〔(１×高炉スラグ微粉末質量＋２×ポルトランドセメント質量＋α×混合セメント質量)／水質量〕・・・（２）
〔但し、α＝１×(混合セメント中の高炉スラグ微粉末の質量比)＋２×(混合セメント中のポルトランドセメント質量比)＋０．３５×(混合セメント中のフライアッシュの質量比)〕
【図１】
【公開番号】特開２０１１−９３７５２（Ｐ２０１１−９３７５２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０５８７（Ｐ２００９−２５０５８７）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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