路盤用材料を選別するための膨張性評価方法
【課題】路盤材として使用した場合に異常膨張を生じない材料を選別するための膨張性評価方法を提供する。
【解決手段】評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下、好ましくは２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行う。コンクリート廃材やスラグなどの材料について、エトリンガイト系膨張性を適切に評価することができ、このため路盤材に適した材料を適切に選別することができる。
【解決手段】評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下、好ましくは２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行う。コンクリート廃材やスラグなどの材料について、エトリンガイト系膨張性を適切に評価することができ、このため路盤材に適した材料を適切に選別することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート廃材、廃路盤材、スラグなどの材料から、路盤施工用の膨張率が小さい材料を選別するための膨張性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、再生路盤材等の路盤材において、使用した材料中に遊離ＣａＯが含まれる場合、水に触れると水和反応が生じて体積膨張を生じることがある。このため遊離ＣａＯを多く含む状態で路盤材に使用した場合には、異常膨張により路盤に凹凸が生じるなどの問題を引き起こすことがある。
このようなことから、遊離ＣａＯを含む可能性がある材料を路盤材に使用しようとする場合には、膨張を加速して評価する方法として、試験体を８０℃の温浴に浸漬し、膨張する材料であるかどうかを見極める手法が採られることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、これまでの路盤材の異常膨張は、路盤材中に含まれている遊離ＣａＯが水和する際に生じることが一つの原因と考えられていた。しかしながら、最近、８０℃の温浴中での水浸膨張が小さい材料であっても、路盤材として使用した場合に異常膨張を生じる問題が生じている。
したがって本発明の目的は、このような問題に鑑み、路盤材として使用した場合に異常膨張を生じない材料を選別するための膨張性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上述した路盤材の異常膨張の原因を解明すべく、膨張した路盤材を詳細に調査・検討した結果、エトリンガイト（3CaO・Al２O３・3CaSO４・32H２O）鉱物が生成する際に生じる膨張であることを突き止めた。一般的な膨張を加速評価する水浸膨張率の測定方法は、モールド内に路盤材料を充填して８０℃で養生した後の膨張を評価するものである。しかし、エトリンガイトは低温ほど生成しやすい傾向があり、また、一旦生成したエトリンガイトも６０℃程度の温度で分解・消失してしまうため、従来の水浸膨張率の測定方法では、エトリンガイトの生成による膨張は評価できなかったことが判った。
【０００５】
エトリンガイトは針状の析出物であり、これが材料粒子間の間隙を押し広げるようにして析出・成長するため、膨張代も大きなものとなると考えられる。このため路盤の膨張・破壊形態も、遊離ＣａＯ系の局所的な膨張とは異なり、路盤が水平方向に膨張し、断層状に破壊されるような形態となることが判った。
本発明者らは、路盤材料について、上記のようなエトリンガイト系膨張を生じるか否かを適切に評価できる試験方法について検討を行い、その結果、有姿の材料または有姿の材料の粉砕品を分級して得られた細粒分を、エトリンガイトが分解消失しない温度で水浸膨張試験に供することにより、エトリンガイト系膨張性を適切に評価できることを見出した。
【０００６】
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］評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
［2］上記［1］の膨張性評価方法において、試験体を２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
［3］上記［1］または［2］の膨張性評価方法において、材料が、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ、砕石の中から選ばれる１種または２種以上からなることを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コンクリート廃材やスラグなどの材料について、エトリンガイト系膨張性を適切に評価することができ、このため路盤材に適した材料を適切に選別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の膨張性評価方法の対象となる材料としては、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ（ごみ溶融スラグ、鉄鋼スラグなど）、砕石などがあり、これらの中から選ばれる１種または２種以上からなる材料を対象とすることができる。
本発明の膨張性評価方法の対象となる材料は、単一種類の材料または予め複数種の材料（成分組成が異なる複数種の材料）を混合して、数ヶ月程度の十分な時間をおいた混合材料であってもよいが、このような材料は、エトリンガイトが生成するものであったとしても、路盤材として施工する前に主たるエトリンガイトが生成しまうことが多いため、路盤材として施工した後に、さほど重大な異常膨張が生じることは少ない。
【０００９】
これに対して特に問題なのは、成分組成が異なる複数種の材料を混合して直ちに或いは短期間のうちに路盤材として施工するような場合である。このような場合には、個々の材料はエトリンガイトが生成しないようなものであっても、個々の材料から高濃度に溶出する特定成分が組み合わされることにより、路盤材として施工された後にエトリンガイトが生成することがある。例えば、成分組成が異なる複数種の材料を混合して路盤材として用いる場合、ある材料（例えば、コンクリート廃材など）からＣａイオン、ＳＯ４イオンが多量に供給され、別の材料（例えば、アルミナ系のレンガ廃材など）からＡｌ（ＯＨ）４イオンが多量に供給されたとすると、それらの反応によりエトリンガイトが生じることになる。したがって、本発明は、以上のような混合材料の膨張性評価方法として特に好適なものである。
【００１０】
本発明の膨張性評価方法では、評価すべき材料（例えば、有姿（利用有姿）の材料または有姿材料の粉砕品）を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の細粒分に対して水浸膨張試験（促進膨張試験）を行う。このように分級後の細粒分を用いることにより、短期間で正確な試験を行うことができる。これは、エトリンガイト（3CaO・Al２O３・3CaSO４・32H２O）を生成しやすい材料の細粒分は、ＳＯ４含有量が多く且つ比表面積も大きいので、ＳＯ４イオンの溶出性が高いためであると考えられる。
【００１１】
水浸膨張試験では、上述した分級後の細粒分（以下、「細粒材」という）を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持し、膨張率を測定する。具体的には、細粒材をφ３０〜１００ｍｍの金型に１０〜１００ｇ充填して１００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、この成型体を３０〜１００ｍｍのモールドに入れ、試料の上部には１ｋｇ程度の押さえ板を載せ、その上方向への移動を検知するためにダイヤルゲージを取付ける。このモールドを１Ｌの水を満たしたビーカーに浸漬する。水温の調整は、温度一定の部屋または温度制御した水槽内に上記ビーカーを入れることによって実施する。水槽に直接モールドを入れると、スラグに対して水量が多いため、エトリンガイトが析出しにくくなり、実路盤と整合性のとれる膨張評価をしにくくなる。
【００１２】
表１は、表２に示す成分組成を有する材料Ａと、同じく材料Ｂと、これら材料を混合した材料Ａ＋Ｂ（Ａ：Ｂ＝５０：５０）について、有姿の材料を篩の目開きが４２５μｍの篩にかけ、篩下材料を成型圧：１００ｋｇｆ／ｃｍ２で試験体サイズ：φ５０×６ｍｍ（絶乾密度：１．８ｇ／ｃｍ３）に成型して試験体を作製し、これを２０℃の水に保持して水浸膨張試験を行った結果を示している。表１によれば、材料Ａ単独、材料Ｂ単独では殆ど膨張が生じないのに対し、材料Ａ＋Ｂでは、最終的（試験開始から２０日後以降）に３．５％の体積膨張が生じている。これは材料ＢからＣａイオン、ＳＯ４イオンが多量に供給され、材料ＡからＡｌ（ＯＨ）４イオンが多量に供給されたことにより、エトリンガイトが生成しためであると考えられる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
試験体を水浸させて保持する水の温度は４０℃以下、好ましくは２０〜３０℃とする。エトリンガイトは低温ほど生成しやすい傾向があり、一方、エトリンガイトがいったん生成しても、５０℃程度で分解しはじめ、６０℃以上ではほとんど分解・消失してしまう。したがって、８０℃で行われる従来の水浸膨張試験方法では、エトリンガイト起因の膨張を評価することはできない。図１は、エトリンガイト系膨張を生じたと思われる路盤材を回収し、室温で風乾、５０℃熱処理、６０℃熱処理をそれぞれ３時間行った後にＸＲＤ分析を行った結果を示している。これによれば、室温で風乾したものはエトリンガイトが明確に認められるのに対し、６０℃熱処理したものはエトリンガイトが殆ど分解・消失していることが判る。
【００１６】
表３は、上記材料Ａ＋Ｂ（Ａ：Ｂ＝５０：５０）について、有姿のものを篩目の開きが４２５μｍの篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを種々の温度（２０〜６０℃）の水に保持して水浸膨張試験を行い、２０日後の体積膨張率を調べた結果を示している。試験条件は、先に述べた通りである。表３によれば、低温の水ほど膨張率が大きくなる傾向にあるが、６０℃ではエトリンガイト系膨張はほとんど認められない。これに対して、４０℃以下ではエトリンガイト系膨張が認められ、特に２０〜３０℃では大きな体積膨張率が得られている。また、この２０日後の試料について、エトリンガイトをＸ線にて定量したところ、試験温度が２０℃のものはエトリンガイトが約４mass％生成していた。これに対して、試験温度が６０℃のものはエトリンガイトの生成は認められなかった。
一方、表３の試験で用いた混合材料を８０℃での水浸膨張試験に供したが、１ヶ月経過しても膨張率は０．１％以下であった。また、同様のスラグを路盤に試験施工したところ、３年後に３ｃｍの膨張があったことが確認できた。
なお、試験温度を２０℃以下としても膨張量は必ずしも大きくならないことから、その操作性を考慮すると試験温度は２０℃以上が好ましい。
【００１７】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エトリンガイト系膨張を生じたと思われる路盤材を回収し、室温で風乾、５０℃熱処理、６０℃熱処理をそれぞれ３時間行った後にＸＲＤ分析を行った結果を示すグラフ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート廃材、廃路盤材、スラグなどの材料から、路盤施工用の膨張率が小さい材料を選別するための膨張性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、再生路盤材等の路盤材において、使用した材料中に遊離ＣａＯが含まれる場合、水に触れると水和反応が生じて体積膨張を生じることがある。このため遊離ＣａＯを多く含む状態で路盤材に使用した場合には、異常膨張により路盤に凹凸が生じるなどの問題を引き起こすことがある。
このようなことから、遊離ＣａＯを含む可能性がある材料を路盤材に使用しようとする場合には、膨張を加速して評価する方法として、試験体を８０℃の温浴に浸漬し、膨張する材料であるかどうかを見極める手法が採られることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、これまでの路盤材の異常膨張は、路盤材中に含まれている遊離ＣａＯが水和する際に生じることが一つの原因と考えられていた。しかしながら、最近、８０℃の温浴中での水浸膨張が小さい材料であっても、路盤材として使用した場合に異常膨張を生じる問題が生じている。
したがって本発明の目的は、このような問題に鑑み、路盤材として使用した場合に異常膨張を生じない材料を選別するための膨張性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上述した路盤材の異常膨張の原因を解明すべく、膨張した路盤材を詳細に調査・検討した結果、エトリンガイト（3CaO・Al２O３・3CaSO４・32H２O）鉱物が生成する際に生じる膨張であることを突き止めた。一般的な膨張を加速評価する水浸膨張率の測定方法は、モールド内に路盤材料を充填して８０℃で養生した後の膨張を評価するものである。しかし、エトリンガイトは低温ほど生成しやすい傾向があり、また、一旦生成したエトリンガイトも６０℃程度の温度で分解・消失してしまうため、従来の水浸膨張率の測定方法では、エトリンガイトの生成による膨張は評価できなかったことが判った。
【０００５】
エトリンガイトは針状の析出物であり、これが材料粒子間の間隙を押し広げるようにして析出・成長するため、膨張代も大きなものとなると考えられる。このため路盤の膨張・破壊形態も、遊離ＣａＯ系の局所的な膨張とは異なり、路盤が水平方向に膨張し、断層状に破壊されるような形態となることが判った。
本発明者らは、路盤材料について、上記のようなエトリンガイト系膨張を生じるか否かを適切に評価できる試験方法について検討を行い、その結果、有姿の材料または有姿の材料の粉砕品を分級して得られた細粒分を、エトリンガイトが分解消失しない温度で水浸膨張試験に供することにより、エトリンガイト系膨張性を適切に評価できることを見出した。
【０００６】
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］評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
［2］上記［1］の膨張性評価方法において、試験体を２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
［3］上記［1］または［2］の膨張性評価方法において、材料が、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ、砕石の中から選ばれる１種または２種以上からなることを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コンクリート廃材やスラグなどの材料について、エトリンガイト系膨張性を適切に評価することができ、このため路盤材に適した材料を適切に選別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の膨張性評価方法の対象となる材料としては、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ（ごみ溶融スラグ、鉄鋼スラグなど）、砕石などがあり、これらの中から選ばれる１種または２種以上からなる材料を対象とすることができる。
本発明の膨張性評価方法の対象となる材料は、単一種類の材料または予め複数種の材料（成分組成が異なる複数種の材料）を混合して、数ヶ月程度の十分な時間をおいた混合材料であってもよいが、このような材料は、エトリンガイトが生成するものであったとしても、路盤材として施工する前に主たるエトリンガイトが生成しまうことが多いため、路盤材として施工した後に、さほど重大な異常膨張が生じることは少ない。
【０００９】
これに対して特に問題なのは、成分組成が異なる複数種の材料を混合して直ちに或いは短期間のうちに路盤材として施工するような場合である。このような場合には、個々の材料はエトリンガイトが生成しないようなものであっても、個々の材料から高濃度に溶出する特定成分が組み合わされることにより、路盤材として施工された後にエトリンガイトが生成することがある。例えば、成分組成が異なる複数種の材料を混合して路盤材として用いる場合、ある材料（例えば、コンクリート廃材など）からＣａイオン、ＳＯ４イオンが多量に供給され、別の材料（例えば、アルミナ系のレンガ廃材など）からＡｌ（ＯＨ）４イオンが多量に供給されたとすると、それらの反応によりエトリンガイトが生じることになる。したがって、本発明は、以上のような混合材料の膨張性評価方法として特に好適なものである。
【００１０】
本発明の膨張性評価方法では、評価すべき材料（例えば、有姿（利用有姿）の材料または有姿材料の粉砕品）を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の細粒分に対して水浸膨張試験（促進膨張試験）を行う。このように分級後の細粒分を用いることにより、短期間で正確な試験を行うことができる。これは、エトリンガイト（3CaO・Al２O３・3CaSO４・32H２O）を生成しやすい材料の細粒分は、ＳＯ４含有量が多く且つ比表面積も大きいので、ＳＯ４イオンの溶出性が高いためであると考えられる。
【００１１】
水浸膨張試験では、上述した分級後の細粒分（以下、「細粒材」という）を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持し、膨張率を測定する。具体的には、細粒材をφ３０〜１００ｍｍの金型に１０〜１００ｇ充填して１００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、この成型体を３０〜１００ｍｍのモールドに入れ、試料の上部には１ｋｇ程度の押さえ板を載せ、その上方向への移動を検知するためにダイヤルゲージを取付ける。このモールドを１Ｌの水を満たしたビーカーに浸漬する。水温の調整は、温度一定の部屋または温度制御した水槽内に上記ビーカーを入れることによって実施する。水槽に直接モールドを入れると、スラグに対して水量が多いため、エトリンガイトが析出しにくくなり、実路盤と整合性のとれる膨張評価をしにくくなる。
【００１２】
表１は、表２に示す成分組成を有する材料Ａと、同じく材料Ｂと、これら材料を混合した材料Ａ＋Ｂ（Ａ：Ｂ＝５０：５０）について、有姿の材料を篩の目開きが４２５μｍの篩にかけ、篩下材料を成型圧：１００ｋｇｆ／ｃｍ２で試験体サイズ：φ５０×６ｍｍ（絶乾密度：１．８ｇ／ｃｍ３）に成型して試験体を作製し、これを２０℃の水に保持して水浸膨張試験を行った結果を示している。表１によれば、材料Ａ単独、材料Ｂ単独では殆ど膨張が生じないのに対し、材料Ａ＋Ｂでは、最終的（試験開始から２０日後以降）に３．５％の体積膨張が生じている。これは材料ＢからＣａイオン、ＳＯ４イオンが多量に供給され、材料ＡからＡｌ（ＯＨ）４イオンが多量に供給されたことにより、エトリンガイトが生成しためであると考えられる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
試験体を水浸させて保持する水の温度は４０℃以下、好ましくは２０〜３０℃とする。エトリンガイトは低温ほど生成しやすい傾向があり、一方、エトリンガイトがいったん生成しても、５０℃程度で分解しはじめ、６０℃以上ではほとんど分解・消失してしまう。したがって、８０℃で行われる従来の水浸膨張試験方法では、エトリンガイト起因の膨張を評価することはできない。図１は、エトリンガイト系膨張を生じたと思われる路盤材を回収し、室温で風乾、５０℃熱処理、６０℃熱処理をそれぞれ３時間行った後にＸＲＤ分析を行った結果を示している。これによれば、室温で風乾したものはエトリンガイトが明確に認められるのに対し、６０℃熱処理したものはエトリンガイトが殆ど分解・消失していることが判る。
【００１６】
表３は、上記材料Ａ＋Ｂ（Ａ：Ｂ＝５０：５０）について、有姿のものを篩目の開きが４２５μｍの篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを種々の温度（２０〜６０℃）の水に保持して水浸膨張試験を行い、２０日後の体積膨張率を調べた結果を示している。試験条件は、先に述べた通りである。表３によれば、低温の水ほど膨張率が大きくなる傾向にあるが、６０℃ではエトリンガイト系膨張はほとんど認められない。これに対して、４０℃以下ではエトリンガイト系膨張が認められ、特に２０〜３０℃では大きな体積膨張率が得られている。また、この２０日後の試料について、エトリンガイトをＸ線にて定量したところ、試験温度が２０℃のものはエトリンガイトが約４mass％生成していた。これに対して、試験温度が６０℃のものはエトリンガイトの生成は認められなかった。
一方、表３の試験で用いた混合材料を８０℃での水浸膨張試験に供したが、１ヶ月経過しても膨張率は０．１％以下であった。また、同様のスラグを路盤に試験施工したところ、３年後に３ｃｍの膨張があったことが確認できた。
なお、試験温度を２０℃以下としても膨張量は必ずしも大きくならないことから、その操作性を考慮すると試験温度は２０℃以上が好ましい。
【００１７】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エトリンガイト系膨張を生じたと思われる路盤材を回収し、室温で風乾、５０℃熱処理、６０℃熱処理をそれぞれ３時間行った後にＸＲＤ分析を行った結果を示すグラフ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【請求項２】
試験体を２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、請求項１に記載の路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【請求項３】
材料が、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ、砕石の中から選ばれる１種または２種以上からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【請求項１】
評価すべき材料を篩目の開きが４．７５ｍｍ以下の篩で篩い分けし、篩下の材料を成型して試験体としたものを４０℃以下の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【請求項２】
試験体を２０〜３０℃の水に保持して水浸膨張試験を行うことを特徴とする、請求項１に記載の路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【請求項３】
材料が、コンクリート廃材、廃路盤材、レンガ廃材、スラグ、砕石の中から選ばれる１種または２種以上からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の路盤用材料を選別するための膨張性評価方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２８１８４２（Ｐ２００９−２８１８４２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３３７６１（Ｐ２００８−１３３７６１）
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【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２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【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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