JP5896057B2 - 人工石材の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
[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)を満足し、且つ泥土が粒径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。
(a)泥土を40容積%以上含む。
(b)結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤として石灰粉又は/及び消石灰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。
1.20≦(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
[3]上記[2]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。
[4]上記[3]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。
[5]上記[1]〜[4]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。
(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
(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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 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)を満足し、且つ泥土が粒径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。
(a)泥土を40容積%以上含む。
(b)結合材が、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤として石灰粉又は/及び消石灰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。
1.20≦(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 - 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に記載の人工石材の製造方法。
- 骨材が製鋼スラグであることを特徴とする請求項2に記載の人工石材の製造方法。
- 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3に記載の人工石材の製造方法。
- 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1〜4のいずれか一項に記載の人工石材の製造方法。
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