JP5765125B2 - 簡易舗装材料及び簡易舗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、簡易舗装材料及び簡易舗装方法に関する。

製鋼工程で発生する製鋼スラグは、路盤材に使用された場合、未滓化のＣａＯ分を多く含んでいるために水分を吸収して膨張し崩壊するという問題がある。このため日本工業規格「道路用鉄鋼スラグ」（ＪＩＳ Ａ ５０１５）では、膨張性に対する安定化のために空気及び水と反応させる通常エージングを６ヵ月以上、あるいは温水又は蒸気を用いた促進エージングを３ヵ月以上実施することを定めており、さらに附属書２に規定する水浸膨張試験方法による水浸膨張比が１．５％以下であることを定めている。

特開平０１−２０７５０１号公報 特開平０２−２６６００５号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された方法は、転圧時の締め固め時間および転圧後の固結時間が短く、且つ高い強度を得るために、転圧された舗装材の表面にセメントペーストを散布することが必要である。また、特許文献２に開示された方法も、転圧後にアスファルト乳剤を散布することを前提としたものであり、いずれもセメントやアスファルトのように高価な素材を必要とし簡易舗装方法としては材料費、製造費が高くなるという課題があった。

本発明の目的は、材料費、施工費の増大を抑制でき、転圧したままで十分な強度が得られる簡易舗装材料、及び簡易舗装方法を提供することにある。

本発明は、以下を要旨とするものである。
（１）水浸膨張比が１．５％を超え６．０％以下であり、かつ、粒径が４０ｍｍ以下の製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合してなる簡易舗装材料であって、
前記高炉水砕スラグの全量に対する含有量が５質量％以上、２５質量％以下であり、敷き均し散水して転圧したままで簡易舗装として使用されることを特徴とする簡易舗装材料。
（２）湿式磁力選別で排出された製鋼スラグスラリーを、全量に対して３０質量％以下混
合したことを特徴とする（１）に記載の簡易舗装材料。
（３）ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末のうち１種または２種以上
を、全量に対して１．５％質量％以上、４．５％質量％以下混合したことを特徴とする（
１）又は（２）に記載の簡易舗装材料。

（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載の簡易舗装材料を敷き均し、水を散布した後、前記簡易舗装材料を転圧したままで養生することを特徴とする簡易舗装方法。
（５）散布する水が海水、または、塩化カルシウムを２質量％以上、８質量％以下含有す
る水であることを特徴とする（４）記載の簡易舗装方法。
（６）振動式の転圧機を用いて前記簡易舗装材料を転圧することを特徴とする（４）又は
（５）に記載の簡易舗装方法。
ここで、４０ｍｍ以下の製鋼スラグとは、目開き４０ｍｍの篩でふるって網目を通り抜
けたものを示す。また、高炉水砕スラグとは、溶融した高炉スラグに加圧水を噴射するな
どして、急激に冷却したままのガラス質の粒状スラグであり、粉砕して粉末状になった高
炉水砕スラグ粉末は含まない。また、高炉水砕微粉末とは、高炉水砕スラグを乾燥し粉砕
した、JIS A 6206に規定されているコンクリート用の高炉水砕微粉末を示す。

本発明によれば、簡易舗装材料が、水浸膨張比１．５％を超え、６％以下で粒径が４０ｍｍ以下の製鋼スラグを含んでいるため、施工後に水を散布することで、製鋼スラグを膨張させて舗装体の空隙をなくすことができ、強固な舗装体を得ることができる。また、シリカ、アルミナを多く含む高炉水砕スラグを全重量に対して５質量％以上、３５質量％以下混合することにより、製鋼スラグから溶け出すカルシウム分と、高炉水砕スラグから溶け出すシリカ、アルミナと、保有水分とによりポゾラン反応といわれるセメントの反応と類似の反応を促進することができ、舗装体の強度をさらに向上させることができる。
また、粒径１ｍｍ以下の製鋼スラグを３０質量％以下混合させることで、カルシウムが多量に溶出し、ポゾラン反応に加えて、カルシウムと水が反応して生成する水酸化カルシウムが空気中の二酸化炭素と反応して固結化する炭酸化反応が起こり強度の発現が著しくなる。
また、結合材として、ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末のうち１種または２種以上を１．５％質量％以上、４．５％質量％以下を混合させることで、養生日数を３日に低減できる。この理由は、ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末を混合する事で、カルシウムシリケイト水和物(Ｃ−Ｓ−Ｈ)と水酸化カルシウムが生成し初期強度が発現する為である。

また、本発明に係る簡易舗装方法は、上記のように調製して敷き均した簡易舗装材料に対し外添で７質量％以上、３５質量％以下に散水した後に転圧して施工するので、高い強度が得られる。
また、散水する水として海水を用いるか、または、塩化カルシウムを２質量％以上、８質量％以下含有する水を用い転圧すると、カルシウムの溶解度が水よりも１０倍程度高くなることで、製鋼スラグの中からカルシウムの溶出量が上昇し、高炉水砕スラグのシリカ、アルミナ分と反応するポゾラン反応が促進される。

また、振動式の転圧機を用いて転圧することで、製鋼スラグと高炉水砕の締め固めが進み、強度の発現が著しくなる。その結果、単純な転圧以上に、より強度が発現する。

製鋼スラグの水浸膨張比（％）とキャスポルＣＢＲ％値の関係を示す図。 高炉水砕スラグ質量％とキャスポルＣＢＲ％値の関係を示す図。 製鋼スラグに未粉砕の高炉水砕スラグを１５質量％混合した場合のキャスポルＣＢＲ％値と膨張率の時系列的変化を示す図。 製鋼スラグに高炉水砕スラグ粉末を５質量％混合した場合のキャスポルＣＢＲ％値と膨張率の時系列的変化を示す図。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る簡易舗装材料は、水浸膨張比が１．５％を超え６．０％以下であり、かつ、粒径が４０ｍｍ以下の製鋼スラグと高炉水砕スラグから成る簡易舗装材料であって、全量に対する高炉水砕スラグの含有量が５質量％以上、３５質量％以下であることを特徴とする。
本発明は、簡易舗装材料であるため、日本工業規格「道路用鉄鋼スラグ」（ＪＩＳ Ａ ５０１５）で定められた水浸膨張試験方法による水浸膨張比が１．５％以下である製鋼スラグを使用せず、水浸膨張比が１．５％を超え、６．０％以下の製鋼スラグを用いる。
本発明の製鋼スラグは、水浸膨張比が大きいことから、施工後製鋼スラグが膨張し、膨張した製鋼スラグが舗装体の空隙を充填することで、強固な舗装体が得られる。

粒径４０ｍｍ以下の製鋼スラグ７０質量％と、高炉水砕スラグを３０質量％混合し、大型のローラロードで締め固めた後の１ヶ月と３ヶ月後に地盤の強度を測定した。製鋼スラグの水浸膨張比（％）と簡易舗装のキャスポルＣＢＲ％値の関係を図１に示す。
ここで、簡易舗装のキャスポルＣＢＲ％値とは、簡易支持力測定器キャスポル（国土交通省の近畿技術事務所で開発された測定器）で測定される簡易舗装の強度である。
製鋼スラグの水浸膨張比（％）が、１．５％以下、または、６．０％を超えると、簡易舗装材のキャスポルＣＢＲ％値が急激に低下する。また、製鋼スラグの水浸膨張比（％）が、６．０％を超える場合、施工の３ヵ月後の簡易舗装材に割れが発生する。

施工中、または、施工後に、製鋼スラグ（SiO2=10〜15%，Al2O３=2%程度,CaO=42〜48%）中のカルシウムがスラグ界面に付着する水に溶け出し、付着水に溶けた大気中の炭酸ガスと反応して水酸化カルシウムや炭酸カルシウムに化学変化する。その際に１．５倍以上に体積膨張し、この作用で製鋼スラグ間の空隙が満たされ締め固めが進み、地盤の強度が増す。１．５％以下の水浸膨張比の製鋼スラグでは必要な強度が得られない理由は、この膨張による締め固め量が少ない為に強度が発現しなかったからである。
一方、６．０％以上の水浸膨張比のスラグで必要な強度が得られない理由は、カルシウム溶出による体積膨張で製鋼スラグ間の空隙以上に膨張を起こし、内部応力が増大し、割れが発生したためである。

本発明に係る簡易舗装材料は、製鋼スラグに５質量％以上、３５質量％以下の高炉水砕スラグを混合する。水浸膨張比２％の製綱スラグと高炉水砕スラグを混合し、高炉水砕スラグの質量％を変えて、大型のローラロードで締め固めた後の１ヶ月と３ヶ月後に地盤の強度を測定した。高炉水砕スラグ質量％とキャスポルＣＢＲ％値の関係を図２に示す。高炉水砕スラグの質量％が、５質量％未満又は３５質量％を超えると、簡易舗装材のキャスポルＣＢＲ％値が急激に低下することがわかった。高炉水砕スラグが５％未満では高炉水砕スラグ（SiO2=30〜35%Al３O3=10〜15%,CaO=38〜43%）から溶け出すシリカ，アルミナが少ないために、ポゾラン反応が十分に起こらず簡易舗装の強度が上昇しない。高炉水砕スラグの量が３５質量％以上になると、相対的に製鋼スラグ量が少なくなり、溶出するカルシウムが少なくなるため、ポゾラン反応が十分に起こらず簡易舗装の強度が上昇しない。

なお、図２で、１ヶ月後より３ヶ月後の強度が高いのは、高炉水砕スラグ中のアルミナやシリカなどは、時間の経過と伴に、スラグ表面の付着水にゆっくりと溶け出してくるので、ポゾラン反応もゆっくりと進み、さらに強度のあるカルシウム，アルミナやシリカの水和物が出来、時間をかけて固まることで、割れを生じることなく強度が発現するからである。

本発明に係る簡易舗装材料は、製鋼スラグに、高炉水砕スラグ粉末ではなく、未粉砕の高炉水砕スラグを５質量％以上、３５質量％以下混合してなることを特徴とする。粉砕した高炉水砕スラグ粉末と未粉砕の高炉水砕スラグを比較する実験を行った。粒径４０ｍｍ以下であり、水浸膨張比が１．７％の製鋼スラグに未粉砕の高炉水砕スラグを１５質量％混合した場合のキャスポルＣＢＲ％値と膨張率の時系列的変化を図３に示す。次に、粒径４０ｍｍ以下であり、水浸膨張比が１．７％の製鋼スラグに高炉水砕スラグ粉末を５質量％混合した場合のキャスポルＣＢＲ％値と膨張率の時系列的変化を図４に示す。

図３で、本願発明に係る簡易舗装材料で、未粉砕の高炉水砕スラグを用いた施工の場合は、施工体の膨張は、時間の経過に従い除々に進行する。これに対し、高炉水砕スラグ粉末を混合した図４の場合は、施工体の固化が急速に進行し、キャスポルＣＢＲ％値の上昇が早く、施工後３ヵ月後に割れが発生した。このことより、簡易舗装材料としては、製鋼スラグに、未粉砕の高炉水砕スラグを配合して用いることが好ましい。従来技術のように、高炉水砕スラグ粉末やセメントを混合すると、早期に固化してしまい、水浸膨張比が１．５％を超える製鋼スラグは、固化した後に膨張を起こすので、図４に示すように、内部応力が高まり膨れると共に、亀裂が入る。そこで、本発明のように、未粉砕で固化の速度の遅い高炉水砕スラグをそのまま入れ、膨張で締め固めを進めた後で、固化を徐々に促進する形態をとることができる。

さらに、製鋼スラグの粒鉄回収の湿式磁力選鉱で発生するスラリー状の製鋼スラグをフィルターで含水率が20質量％以下に脱水した製鋼スラグスラリーを加えて施工すると、簡易舗装の強度が向上する。これは、製鋼スラグスラリーの粒径は０．１ｍｍ以下と非常に小さく、含まれるカルシウムが、４０ｍｍ以下の製鋼スラグより多く溶出し易いため、ポゾラン反応に加えて、カルシウムと水が反応して生成する水酸化カルシウムが空気中の二酸化炭素と反応して固結化する炭酸化反応が起こりやすくなるためと考える。したがって、湿式磁力選鉱を保有しかつ製鋼スラグのスラリーが発生する場合は、さらなる強度発現の為に、素材として活用することが望ましい。
ただし、製鋼スラグスラリーを３０質量％以上加えると、微粉部が極端に多くなり、骨材が相対的に少なくなる為に、強度が発現しない傾向がある。

さらに、結合材として、ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末のうち１種または２種以上を、全量に対して１．５％重量％以上４．５％重量％以下を加えて施工すると、施工後の養生日数を短くすることができる。これは、これは散水し転圧して施工された後、カルシウムシリケイト水和物(Ｃ−Ｓ−Ｈ)と水酸化カルシウムが生成し初期強度が発現することで、養生時間が短縮可能となる。
ただし、４．５質量％超を加えると、早期に固化することで製鋼スラグ自体の膨張を強く拘束してしまう為、内部応力が高まり、数か月で割れることが懸念される。

ここで簡易舗装の施工方法を説明する。まず、本発明に係る簡易舗装材料を地盤の上に敷きならす。敷きならす厚みは５０ｍｍから３００ｍｍ厚みであることが好ましい。ここで、敷き均す材料の厚さ（高さ）を５０ｍｍ以上とすることが好ましい理由は、その厚さ（高さ）が５０ｍｍ以下では、固まった後の強度が不足する為である。また３００ｍｍ以下としている理由は、大型のローラロードあるいは小型のプレートでの転圧では、下部まで圧力が行き渡らない為に締め固めが出来ずに、車重の圧力で下部の材料が動き、上部に割れを生じてしまう恐れがあるためである。

そして、敷きならした簡易舗装材料に水を散布した後、大型のローラロードあるいは小型のプレートで転圧することで、一ヶ月で強固な地盤となり、歩道や乗用車が走行できる程度の作業道路として活用できる道路になる。
ここで、散水量は外添で７質量％以上、３５質量％以下とすることが好ましい。簡易舗装材料に対し外添で７質量％以上としたうえで転圧する理由は、スラグ粒子の表面に水を付着させる必要があるからである。一方、３５質量％を越える量の散水を行った場合は、転圧時に流動化し平面な成形が出来なくなるとともに、転圧し成形が終わった場所に振動が伝播して流動化するために、締め上げが緩んでしまい、強度が発現しなくなる恐れがあるためである。

また、散水する水に海水を用いることができる。海水に対するカルシウムの溶解度が水よりも高いことから、製鋼スラグ中のカルシウムの溶出量が上昇するために、高炉水砕スラグのシリカ，アルミナ分と反応してポゾラン反応が促進される。また、海水の代わりに塩化カルシウムを２質量％以上、８質量％以下含有する水でも同じ効果が得られる。
また、振動式の転圧機を用いて転圧することで、製鋼スラグと高炉水砕の締め固めが進む結果、単純な転圧以上により高い強度が発現する。

最後に、養生について説明する。混合物への散水、転圧後、１週間から１ヶ月養生することで、ＣＢＲは７０％以上となり、乗用車程度の重量物は、轍が出来ずに問題なく走行できる。

次に本発明の実施例について説明するが、本発明は、これに限られるものではない。

（実施例1乃至実施例６）
水浸膨張比が１．５％を超え、６．０％以下で目開き４０ｍｍの篩でふるった粒径４０ｍｍ以下の製鋼スラグに、高炉水砕スラグを５質量％以上、３５質量％以下混合してなる簡易舗装材料について簡易舗装試験を行い、施工の１ヶ月後にキャスポルＣＢＲ％値を測定した。結果を表１の実施例1乃至実施例６に示す。
キャスポルＣＢＲ％値は、７２〜９８を示し良好な簡易舗装であった。これに対し、比較例１は目開き５０ｍｍの篩でふるった製鋼スラグを用いた例であり、製鋼スラグの粒径が大きく、キャスポルＣＢＲ％値は小さく簡易舗装の強度が小さかった。比較例１は、高炉水砕スラグの量が少なく、比較例２乃至比較例１３は、製鋼スラグの水浸膨張比が不適切な場合であり、いずれもキャスポルＣＢＲ％値は小さく簡易舗装の強度が小さかった。尚、使用した製鋼スラグの成分は、ＣａＯ＝４６％，ＳｉＯ２＝１１％，Ｔ−Ｆｅ＝１７％，ＭｇＯ＝７％，ＡＬ２Ｏ３＝２％であった。また、高炉水砕スラグの成分は、ＣａＯ＝４２％，ＳｉＯ２＝３４％，Ｔ−Ｆｅ＝０．４％，ＭｇＯ＝７％，ＡＬ２Ｏ３＝１３％であった。

（実施例７乃至実施例８）
請求項２に係る発明の効果を確認するため、湿式磁力選別で排出された製鋼スラグスラリーを混合する試験を行った。結果を表２に示す。実施例７及び実施例８では、キャスポルＣＢＲ％が大幅に向上した。製鋼スラグスラリーの平均粒径は０．０３ｍｍで、含水率は約３０％のものを用いた。また、化学成分は、ＣａＯ＝３９％，ＳｉＯ２＝８％，Ｔ−Ｆｅ＝１２％，ＭｇＯ＝４％，ＡＬ２Ｏ３＝４％であった。

（実施例９乃至実施例１５）
請求項５に係る発明の効果を確認するため、施工時に散布する水の種類を変更する実験を行った。実施結果を表３に示す。実施例９乃至実施例１１は塩化カルシウムを水に含有させた場合、実施例１２及び実施例１３は海水を散布した場合である。いずれもキャスポルＣＢＲ％値は良好であった。実施例１４及び実施例１５は、塩化カルシウムの含有量が請求項５の要件を外れると、キャスポルＣＢＲ％値は若干、低下した。

（実施例１６乃至実施例２４）
請求項３に係る発明の効果を確認するため、結合材として、ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末のうち１種または２種以上を加えて試験施工した結果を表４に示す。養生期間の短縮効果を確認するために、散水し転圧して施工した３日後にキャスポルＣＢＲ％を測定した。結合材を加えると表４に示すように６０％以上の強度発現が得られ、施工後３日目に乗用車を通行させても、轍跡もつかなかった。
一方、実施例２０の場合で、結合材を加えない場合は、散水し転圧して施工した３日後のキャスポルＣＢＲ％は、５５％にとどまった。
又、結合材を４．５％質量％を超えた場合は、施工後３日目のＣＢＲ％は、６０％を超えたが、数か月で、試験施工した場所に割れが発生してしまった。
従って、結合材は、１．５質量％以上、４．５質量％以下であることが好ましい。

林道、駐車場その他の簡易舗装において、簡易舗装材料を提供し、簡易舗装方法に利用することができる。

Claims (6)

1. 水浸膨張比が１．５％を超え６．０％以下であり、かつ、粒径が４０ｍｍ以下の製鋼スラグと高炉水砕スラグを混合してなる簡易舗装材料であって、
   前記高炉水砕スラグの全量に対する含有量が５質量％以上、２５質量％以下であり、敷き均し散水して転圧したままで簡易舗装として使用されることを特徴とする簡易舗装材料。
2. 湿式磁力選別で排出された製鋼スラグスラリーを、全量に対して３０質量％以下混合し
   たことを特徴とする請求項１に記載の簡易舗装材料。
3. ポルトランドセメント，高炉セメント，高炉水砕微粉末のうち１種または２種以上を、
   全量に対して１．５質量％以上、４．５質量％以下混合したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の簡易舗装材料。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の簡易舗装材料を敷き均し、水を散布した後、前記簡易舗装材料を転圧したままで養生することを特徴とする簡易舗装方法。
5. 散布する水が海水、または、塩化カルシウムを２質量％以上、８質量％以下含有する水
   であることを特徴とする請求項４に記載の簡易舗装方法。
6. 振動式の転圧機を用いて前記簡易舗装材料を転圧することを特徴とする請求項４又は請
   求項５に記載の簡易舗装方法。

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