特開 2024-92853 水和固化体の製造方法およびスラグ路盤材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092853

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】水和固化体の製造方法およびスラグ路盤材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/08 20060101AFI20240701BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20240701BHJP

   E01C 3/00 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

C04B28/08

C04B18/14 A

C04B18/14 F

E01C3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209049

(22)【出願日】2022-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】窪田 知宜

【テーマコード（参考）】

2D051

4G112

【Ｆターム（参考）】

2D051AD07

2D051AF02

2D051AF05

2D051CA10

4G112PA29

(57)【要約】

【課題】狭いスペースでも容易に水和固化体を製造することができ、その水和固化体から路盤材を製造することができる水和固化体の製造方法およびスラグ路盤材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による水和固化体の製造方法は、製鋼スラグと、水分と、結合材と、を混練して混練物を作製する混練工程と、作製した混練物を成型機に入れて成型して水和固化体を得る成型工程と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼スラグと、水分と、結合材と、を混練して混練物を作製する混練工程と、
作製した前記混練物を成型機に入れて成型して水和固化体を得る成型工程と、
を備える水和固化体の製造方法。

【請求項2】

前記混練物の含水量は１０質量％以上１４質量％以下の範囲である、請求項１に記載の水和固化体の製造方法。

【請求項3】

前記混練物は、前記結合材としての高炉スラグ微粉末と、前記高炉スラグ微粉末の硬化を促進するセメントと、を配合しており、
前記混練物中の前記セメントの配合割合が２質量％以上１４質量％以下の範囲である、請求項１または２に記載の水和固化体の製造方法。

【請求項4】

前記混練物中の前記製鋼スラグの配合割合が８０質量％以上８８質量％以下の範囲である、請求項１または２に記載の水和固化体の製造方法。

【請求項5】

前記成型工程にて得られた水和固化体を養生して乾燥させる養生工程をさらに備える、請求項１または２に記載の水和固化体の製造方法。

【請求項6】

請求項１または２に記載の水和固化体の製造方法を用いて製造した水和固化体を破砕して破砕粒とする破砕工程と、
破砕粒を所用の粒度に調整する粒度調整工程と、
を備えるスラグ路盤材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水和固化体の製造方法およびスラグ路盤材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄所において、溶銑予備処理、転炉、又は、二次精錬工程で発生する製鋼スラグは、一般的に、破砕磁選後に適当な処理を施したのち、道路用路盤材や土壌改良工事用資材として利用されている。しかし、破砕磁選後の粒度分布において、用途に応じた粒度規格に対して過剰な細粒の製鋼スラグについては、そのままでは路盤材等の用途に利用することができず、細粒の製鋼スラグの処理が長年課題となっていた。

【0003】

この問題を解決するため、近年、製鋼スラグ、セメント、および水等の混練物を固化させて水和固化体を作製し、この水和固化体を破砕して破砕粒を路盤材とする方法が提案されている。例えば、特許文献１には、鉄鋼スラグを含む混練物を平地に打設することによって水和固化体を製造する方法であって、打設時に混練物に切込みを入れることによって破砕時の歩留まり向上を行い、水和固化体を効率よく路盤材とするための方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５３７５３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された方法は、水和固化体を製造する際に混練物を原料ヤードに流し込んで固化する必要があり、水和固化体の大量生産を行う場合には広いスペースが必要である。また特許文献１の方法では、混練物に切込みを入れて破砕をするため、人手や重機の確保、また混練物の切込みに適切な時間範囲があるため、製造管理に多大な時間とコストが必要である。さらに、流し込みを行う材料の性状上、混錬物中の製鋼スラグの配合割合は基本的に７０～７５質量％程度となり、残りの２５～３０質量％分は水やセメントといった、本来、処理する必要のないものとなり、製造、ハンドリングに余計なコストがかかってしまう問題がある。

【0006】

本発明は、上記課題を鑑みなされたもので、狭いスペースでも容易に水和固化体を製造することができ、その水和固化体から路盤材を製造することができる水和固化体の製造方法およびスラグ路盤材の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］製鋼スラグと、水分と、結合材と、を混練して混練物を作製する混練工程と、
作製した前記混練物を成型機に入れて成型して水和固化体を得る成型工程と、
を備える水和固化体の製造方法。

【0008】

［２］前記混練物の含水量は１０質量％以上１４質量％以下の範囲である、前記［１］に記載の水和固化体の製造方法。

【0009】

［３］前記混練物は、前記結合材としての高炉スラグ微粉末と、前記高炉スラグ微粉末の硬化を促進するセメントと、を配合しており、
前記混練物中の前記セメントの配合割合が２質量％以上１４質量％以下の範囲である、前記［１］または［２］に記載の水和固化体の製造方法。

【0010】

［４］前記混練物中の前記製鋼スラグの配合割合が８０～８８質量％の範囲である、前記［１］～［３］のいずれか一項に記載の水和固化体の製造方法。

【0011】

［５］前記成型工程にて得られた水和固化体を養生して乾燥させる養生工程をさらに備える、前記［１］～［４］のいずれか一項に記載の水和固化体の製造方法。

【0012】

［６］前記［１］～［５］のいずれか１項に記載の水和固化体の製造方法を用いて製造した水和固化体を破砕して破砕粒とする破砕工程と、
前記破砕粒を所要の粒度に調整してスラグ路盤材を得る粒度調整工程と、
を備えるスラグ路盤材の製造方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、狭いスペースでも容易に水和固化体を製造することができ、その水和固化体からスラグ路盤材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明による水和固化体の製造方法および路盤材の製造方法のフローを示す図である。

【図2】本発明により製造された水和固化体の鳥瞰画像である。

【図3】本発明により製造された水和固化体の側面画像である。

【図4】配合１の水和固化体を破砕機にて破砕した破砕粒および水和固化体の製造に使用した製鋼スラグの粒度分布を示す図である。

【図5】配合１の水和固化体を用いて製造されたスラグ路盤材の粒度分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（水和固化体の製造方法）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明による水和固化体およびスラグ路盤材の製造方法のフローを示している。

【0016】

本発明による水和固化体の製造方法は、製鋼スラグと、水分と、結合材と、を混練して混練物を作製する混練工程と、作製した混練物を成型機に入れて成型して水和固化体を得る成型工程と、を備える。

【0017】

（１）混練工程
まず、製鋼スラグと、水分と、結合材と、を混練して混練物を作製する（混練工程）。そのために、製鋼スラグと、結合材と、水分と、を準備する。なお、製鋼スラグ、水分、および結合材とともに、結合材の硬化を促進するアルカリ刺激剤を必要に応じて混練することが好ましい。

【0018】

製鋼スラグは、水和固化体の骨材として使用される。製鋼スラグとしては、溶銑予備処理において生じる溶銑脱燐スラグ（予備処理スラグ）、転炉において生じる転炉スラグ、鋳造後に排滓される鋳造スラグ（造塊スラグ）等を、膨張しないことを確認した上で用いることができる。本発明においては、細粒の製鋼スラグを良好に固化して水和固化体を製造することができる。具体的には、例えば０－５ｍｍ程度の粒度の製鋼スラグを用いて水和固化体を良好に製造することができる。なお、０－５ｍｍの製鋼スラグは、篩目５ｍｍの篩で分級された篩下の製鋼スラグである。

【0019】

水分は、結合材の水和反応および混練物の流動性の調整に使用される。水分は、特に限定されず、製鉄所の各種設備から排出される排水、必要に応じて上記排水に対して水和固化体の製造に適した状態に処理したものを使用することができる。また、水分としては、水道水、工業用水などを使用することもできる。

【0020】

結合材は、水和反応によって骨材としての製鋼スラグを結合させる水硬性の材料である。こうした結合材としては、高炉スラグ微粉末やセメント、シリカフューム、フライアッシュなどの粉体状のものを用いることができる。これらの中でも、結合材としては、高炉スラグ微粉末を用いることが好ましい。高炉スラグ微粉末としては、例えば、ＪＩＳＡ ６２０６：２０１３で規定されるコンクリート用高炉スラグ微粉末が挙げられる。

【0021】

アルカリ刺激剤は、必要に応じて結合材と併用される。アルカリ刺激剤は、アルカリ環境を作り出して水硬性を有する結合材の硬化を促進することができ、製造された水和固化体の強度を向上させることができる。こうしたアルカリ刺激剤としては、例えば、石灰粉、消石灰、セメント（例えば、普通ポルトランドセメント、高炉セメント）などの粉体状のものを用いることができる。なお、セメントは、アルカリ刺激剤としてだけではなく、結合材としての役割も果たすことができる。

【0022】

なお、本発明においては、アルカリ刺激剤を用いずに結合材のみを用いてもよいが、双方を用いることが好ましい。特に、結合材として高炉スラグ微粉末を用いる場合には、アルカリ刺激剤としてセメントを配合することが好ましい。これにより、アルカリ刺激剤がアルカリ環境を作り出して水硬性を有する結合材の硬化を促進することができ、製造された水和固化体の高い強度をより安定的に得ることができる。

【0023】

上記のように準備した製鋼スラグと、水分と、結合材と、必要に応じて配合されるアルカリ刺激剤との混練は、混練機を用いて行うことができる。例えば、製鋼スラグと、アルカリ刺激剤としてのセメントと、結合材としての高炉スラグ微粉末と、水とを混練機に供給して混練することによって、混練物を作製することができる。なお、混錬物には、必要に応じて混和剤を配合してもよい。

【0024】

混錬工程では、混練中または混練前の原料（すなわち、製鋼スラグ、水分、結合材および必要に応じてアルカリ刺激剤）の含水量を測定し、測定した含水量に基づいて配合する水分の量を調整する。ここで、混練物の含水量が高すぎる場合、すなわち従来の軟練り材と同等の含水率の場合、成型後に形状を保つことができない。また、混練物の含水量が少なすぎる場合、水和反応が進行せずに水和固化体の強度が発現しない。このため、混練物の含水量は、１０質量％以上１４質量％以下とすることが好ましく、１２質量％以上１３質量％以下とすることがより好ましい。

【0025】

さらに、上記含水量に対して、混練物の元となる粉体量（高炉スラグ微粉末などの結合材およびセメントなどのアルカリ刺激剤）は、２８０ｋｇ／ｍ^３以上４４０ｋｇ／ｍ^３以下であることが望ましい。含水量に対して粉体量が多すぎる場合、後述の成型工程において、骨材（製鋼スラグ）を結合できず、成型後の混練物の形状を維持することができない、もしくは型枠に混錬物が入らないといった問題が生じる。一方、含水量に対して粉体量が少ない場合には、逆に流動性が高すぎて成型後の混練物の形状を維持できない。

【0026】

なお、結合材として高炉スラグ微粉末を使用し、アルカリ刺激剤としてセメントを使用する場合、セメントは高コストであるとともに、セメントを製造する際に多量の二酸化炭素が排出され、コスト面および環境面の双方において劣位な原料である。そのため、セメントの配合割合を減らし、高炉スラグ微粉末の割合を増やすことが望ましい。具体的には、混練物中のセメントの配合割合を２質量％以上１４質量％以下の範囲とすることが好ましく、２質量％以上６質量％以下の範囲とすることがより好ましい。含水量およびセメントの配合割合を上記条件とした場合、混練物中の製鋼スラグの配合割合は８０質量％以上８８質量％以下となる。

【0027】

（２）成型工程
次に、混練工程において作製した混練物を成型機に入れて成型して、水和固化体を得る（成型工程）。図１に示した成型機は、型枠と、型枠の上に設けられた押圧板と、型枠に設けられた図示しない振動機と、を備えている。そして、型枠の下に鉄板を設置し、次いで型枠内に混練物を供給した後、押圧板で混練物を圧縮し、型枠を振動させる。これにより、圧縮と振動によって混練物を短時間で締固めることができる。

【0028】

なお、成型機としては、振動方式など任意の装置を用いることができる。成型により得られる水和固化体は、型枠を変更することにより任意のサイズとすることが可能であるが、破砕機への投入を考慮して、一辺１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度とすることが望ましい。水和固化体は、一例として１００ｍｍ×１００ｍｍ×２００ｍｍのサイズに成型することができる。

【0029】

（３）養生工程
本発明においては、成型工程において得られた水和固化体を養生して乾燥させる養生工程をさらに行うことが好ましい。これにより、水和固化体をより乾燥させて強度を高めることができる。例えば、ハンドリングのため、上記養生工程は、鉄板を下降して成形機から脱型した水和固化体を半日ほど養生室で養生して表面を固めた後、ヤードに搬出する工程（１次養生工程）と、破砕後粒度が期待する粒度となるように、ある一定圧縮強度が発現するまで水和固化体を最大で１か月ヤードにて追加養生する工程（２次養生工程）とで構成することができる。

【0030】

このように、本発明によれば、成型機によって混練物を成型することによって水和固化体を製造するため、混練物を原料ヤードに流し込んで固化する特許文献１に記載された従来技術に比べて、狭いスペースで水和固化体を製造することが可能となる。具体的には、例えば１０，０００ｔの水和固化体を毎月製造する場合、従来技術では最終製品である路盤材置場を除いて打設場、粗破砕品置場および本破砕品置場で約２０，０００～４０，０００ｍ^２の面積のスペースが必要となる。これに対して、本発明による方法では、約１０，０００ｍ^２の面積のスペースで水和固化体および後述する路盤材の製造が可能となる。

【0031】

また、本発明によれば、成型機によって成型する水和固化体のサイズを調整することができるため、破砕機に投入可能なサイズに成型することによって、切込みや粗破砕等の作業が不要となり、容易に水和固化体を製造することができる。

【0032】

さらに、本発明によれば、成型方法の特性上、混練物を原料ヤードに流し込んで固化する方法に比べて、骨材となる製鋼スラグの混練物中の配合割合を高めることができる。具体的には、８０質量％以上の配合割合で製鋼スラグを配合することができるため、使い道のない細粒の製鋼スラグを多量に処理することができ、細粒の製鋼スラグを路盤材として有効活用することができる。

【0033】

こうして、水和固化体を製造することができる。

【0034】

（路盤材の製造方法）
次に、本発明による路盤材の製造方法について説明する。本発明による路盤材の製造方法は、上述した本発明による水和固化体の製造方法を用いて製造した水和固化体を破砕して破砕粒とする破砕工程と、上記破砕粒を所要の粒度に調整する粒度調整工程とを備える。

【0035】

（４）破砕工程
上記成型工程において得られた水和固化体、あるいは養生工程を経た水和固化体を破砕して破砕粒とする（破砕工程）。水和固化体の破砕は、破砕機を用いて行うことができる。破砕機としては、コーンクラッシャー等の公知の破砕機を用いることが可能である。また、「所要の粒度」とは、例えば４０ｍｍ以下である。

【0036】

（５）粒度調整工程
次いで、破砕工程にて得られた破砕粒を所要の粒度に調整してスラグ路盤材を得る（粒度調整工程）。

【0037】

（６）混合工程
必要に応じて、粒度調整工程にて粒度が調整された破砕粒と他材料とを混合してスラグ路盤材を得てもよい（混合工程）。破砕粒と混合する他材料としては、製鋼スラグ、コンクリートガラ等が挙げられる。

【0038】

こうして、スラグ路盤材を製造することができる。

【実施例0039】

図１に示した製造フローに従って、製鋼スラグとしての溶銑脱燐スラグと、水分としての工業用水と、結合材としての高炉スラグ微粉末と、アルカリ刺激剤としての普通ポルトランドセメントと、を準備し、これらを混練機に供給して混練して混練物を作製した（混練工程）。次いで、作製した混練物を成型機に入れて成型して、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２００ｍｍのサイズの水和固化体を得た（成型工程）。得られた水和固化体の配合を表１に示す。また、図２および図３に得られた水和固化体の画像を示す。

【0040】

【表1】

【0041】

次に、得られた水和固化体を破砕機にて破砕して破砕粒とした（破砕工程）。得られた水和固化体の破砕粒を所要の粒度に調整した（粒度調製工程）後、粒度調整した破砕粒と、製鋼スラグとしての溶銑脱燐スラグや転炉スラグと、コンクリートガラとを混合して、スラグ路盤材を得た（混合工程）。こうして、水和固化体およびスラグ路盤材を製造した。

【0042】

水和固化体における含水量は骨材である製鋼スラグの含水状態に大きく左右されるが、製鋼スラグの配合割合を８０質量％以上８８質量％以下にしたところ、図２および図３に示すように、成型後に崩れることなく水和固化体を製造することができた。

【0043】

図４は、配合１の水和固化体を破砕機にて破砕した破砕粒および水和固化体の製造に使用した製鋼スラグの粒度分布を示している。図４から明らかなように、０－５ｍｍ主体だった製鋼スラグを水和固化して水和固化体とすることによって、粒度分布を改善することができた。

【0044】

図５は、配合１の水和固化体を用いて製造されたスラグ路盤材の粒度分布を示している。図５に示すように、ＲＣ－４０路盤材の粒度規格に対して余剰した細粒スラグを水和固化することによって、ＲＣ－４０路盤材として利材化することが可能となった。水和固化体の配合割合は他材料との関係性により決まるが、本発明においては限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明によれば、狭いスペースでも容易に水和固化体を製造することができ、その水和固化体からスラグ路盤材を製造することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】