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CN102869634B - 人造石材的制造方法 - Google Patents

人造石材的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大量使用疏浚土等泥土,稳定制造具有准硬石以上的强度的人造石材的方法。在使含有泥土和粘结材料的混合材料进行水化硬化来制造人造石材时,混合材料满足以下的条件(a)~(c)。(a)相对于混合材料100体积%,含有泥土40体积%以上。(b)粘结材料由选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上构成。(c)粘结材料量为相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比1.7倍以上,且满足下式;(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)<2.0,作为粘结材料的一部分,在还混合飞灰的情况下,满足(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35)/(混合材料中的水的质量)≤1.5。

Description

人造石材的制造方法
技术领域
本发明涉及用粘结材料使疏浚土等泥土固化制造人造石材的方法。
背景技术
以疏浚土为代表的软质泥土会随着航路疏浚及各种土木建设而产生。其中,如砂质材料那样可以作为土木材料可以直接使用于在浅叶制造及回填等。但是,粉砂分比率高的泥土多数情况为含水状态,另外,也几乎不能期望其具有作为土的强度,因此,大多成为废弃物。
为了有效利用泥土,以往提出并实施了各种各样的技术。其最有代表性的是改善作为土的特性,与优良品质的土同样地进行利用的技术。例如,在日本石灰协会的《采用石灰的软质地基的稳定处理办法》(鹿岛出版会)中,公开了向泥土中添加水泥及石灰,改善地基特性的各种各样的技术。
另外,在专利文献1中公开了向疏浚土中混合铁钢矿渣进行强度的改善的技术。在该技术中,主要通过铁钢矿渣的CaO成分和疏浚土的Si、Al等的火山灰反应进行疏浚土的强度改性。另外,在专利文献2中公开了向软质土中添加含有游离CaO的转炉矿渣和高炉渣水泥进行固化处理(强度改善)的技术。
但是,这些方法是土质材料的特性改善,虽说表现出土质材料水平的强度,但是到底还是限于作为土的用途。
与之相对,在专利文献3中公开了向疏浚土中混合水泥等固化材料,使之固化获得块料(固化物)的方法。
专利文献1:特开2009-121167号公报
专利文献2:特开2006-231208号公报
专利文献3:特开2008-182898号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,用专利文献3的方法获得的块料的强度平均为6N/mm2左右,最大只不过8N/mm2程度。在此,要作为石材及混凝土材料的替代品来利用的话,必须有JIS-A-5006:1995(碎石)中规定的准硬石以上的强度(9.8N/mm2以上)。专利文献3中获得的块料的强度为最低品质的软石水平(不足9.8N/mm2)。尽管该软石水平与土质材料的改善水平相比是程度相当高的,但是,要代替石材及混凝土材料用于各种各样的用途的话,强度还是不够。另外,容易设想:大量使用在软质疏浚土常见的粉砂分(75μm以下)的比率高的泥土的情况下,更难以确保强度。
因此,本发明的目的在于,解决如上所述的技术课题,提供一种能够稳定制造人造石材的制造方法,所述人造石材大量使用疏浚土等泥土,并具有准硬石以上的强度,尤其是即使考虑安全系数(+3N/mm2)也能够充分满足准硬石的特性。
解决问题的方法
目前,公知的有以铁钢矿渣为主原料的铁钢矿渣水化固化物的制造技术(例如,“铁钢矿渣水化固化物技术便览”,(财)沿岸技术研究中心)。该技术中,骨料使用制钢矿渣,粘结材料使用高炉矿渣微粉末和碱刺激剂,制造水化固化物。本发明者们以这种铁钢矿渣水化固化物的制造技术为基础,实施了用疏浚土取代铁钢矿渣水化固化物材料得到的固化物的制造实验。
作为表示铁钢矿渣水化固化物的强度表现性程度的指标,使用强度指数=(高炉矿渣微粉末的质量+熟石灰的质量+2×普通硅酸盐水泥的质量+0.35×飞灰的质量)/水的质量。在铁钢矿渣水化固化物的制造中,为了表现稳定的强度,在该强度指数超过2时进行搅拌。通常认为,即使像本发明那样使用疏浚土的情况下,强度确保也很重要,因此,为了满足上述强度指数,设定疏浚土中所含有的水和粘结材料的比率来实施搅拌。但是,在该试验中搅拌物的流动性急剧降低,其结果,认定为在浇注时产生砂眼,水化固化物变脆,强度不能充分显现。即,认为通过混合疏浚土,导致强度难以显现出来,因此,认定为尽管将粘结材料和水的比率维持现有的知识水平(铁钢矿渣水化固化物的制造技术)上,但无法进行适当的搅拌·浇注,在按照现有知识的制造技术中难以制造以疏浚土为原料的人造石材及块料。
于是,本发明的发明人为改善搅拌物的流动性,对以下的条件进行了研究,所述条件是:对本来就保有水分的疏浚土进一步添加水来进行水分调整,将粘结材料和水的比进行了某程度的降低,同时能够进行搅拌的条件。其结果表明,虽然由于条件的不同也有表现出强度的情况,但是,也有即使是与此较为接近的配方也未表现出足够强度的情况。对于其原因,进一步研究的结果认定为:以疏浚土为代表的泥土有时会由于土粒子的表面吸附等阻碍火山灰反应,在利用大量的疏浚土的情况下,土粒子的表面吸附对火山灰反应的阻碍对强度显现产生了很大的影响。
研究表明,虽然土的种类不同而程度有所差异,但是疏浚土具有吸附Ca2 及OH-的作用。图1(a)、(b)表示使从多摩川采集的疏浚土和从东京湾采集的疏浚土中透过氢氧化钙溶液时,溶液Ca浓度和pH的变化的例子。在该试验中,向在底面铺有滤纸的浸透管中填充疏浚土2g,从上方使调整为pH12的的氢氧化钙水溶液以1mL/分滴下,回收浸出的溶液测定其Ca浓度和OH-浓度。根据图1,认定溶液的Ca浓度及OH-浓度(pH)仅在透过疏浚土时发生显著变化。Ca2+及OH-是以水泥为代表的水化固化时的反应生成物(CaO-SiO2-H2O凝胶)的主要构成成分。Ca2+及OH-被疏浚土的土粒子吸附,浓度降低,因此,认为这阻碍固化。这种Ca2+及OH-的吸附作用是在使用疏浚土等泥土的情况下特有的,在材料中不含泥土的通常的铁钢矿渣水化固化物中完全没有意识到。为解决这种问题重复研究的结果发现,将粘结材料和泥土中的土粒子的质量比设定为规定值以上,并且将水与粘结材料的比在与现有的铁钢矿渣水化固化物的制造技术不同的范围进行最适化,由此,可以大量使用疏浚土等泥土,获得具有稳定的强度的固化物(石材)。
本发明基于如上的知识,要点如下。
(1)一种人造石材的制造方法,该方法包括:使含有泥土和粘结材料的混合材料发生水化硬化来制造人造石材,其中,混合材料满足下述条件(a)~(c)。
(a)相对于100体积%的于混合材料,含有40体积%以上的泥土。
(b)粘结材料包含选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥(高炉セメント,slag cement)、普通硅酸盐水泥(普通ポルトランドセメント,ordinary Portland cement)中的1种以上。
(c)粘结材料量相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比计为1.7倍以上,且满足下式:
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)<2.0
(2)如所述(1)的人造石材制造方法,其中,粘结材料含有80~95质量%的高炉矿渣微粉末,剩余部分为选自普通硅酸盐水泥、石灰粉、熟石灰、高炉渣水泥中的1种以上。
(3)一种人造石材的制造方法,该方法包括:使含有泥土和粘结材料的混合材料发生水化硬化来制造人造石材,其中,混合材料满足下述条件(d)~(f)。
(d)相对于100体积%的混合材料,含有40体积%以上的泥土;
(e)粘结材料包含选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上以及飞灰;
(f)粘结材料量相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比为1.7倍以上,且满足下式:
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35)/(混合材料中的水的质量)≤1.5。
(4)如所述(3)的人造石材的制造方法,其中,粘结材料含有70~85质量%的高炉矿渣微粉末,并且,相对于高炉矿渣微粉末的质量,含有10~30质量%比例的飞灰,剩余部分为选自普通硅酸盐水泥、石灰粉、熟石灰、高炉渣水泥中的1种以上。
(5)如所述(1)~(4)中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,混合材料还含有骨料(骨材,aggregate)。
(6)如所述(5)所述的人造石材的制造方法,其中,骨料为制钢矿渣。
(7)如所述(6)所述的人造石材的制造方法,其中,每单位体积的混合材料中,制钢矿渣的混合量为700kg/m3以上。
(8)如所述(1)~(7)中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,泥土含有65体积%以上粒径为0.075mm以下的粒子。
(9)如所述(1)~(8)中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,泥土是在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
发明效果
根据本发明,可以大量使用疏浚土等泥土稳定制造具有准硬石以上的强度的人造石材。
附图说明
图1所示图表表示氢氧化钙溶液透过疏浚土时,溶液Ca浓度和pH变化的例子;
图2所示图表表示在混合材料混合的粘结材料和泥土中的土粒子(固体成分)的质量比[粘结材料/泥土中的土粒子]与固化物强度(经过28天养护后的单轴压缩强度)之间的关系;
图3所示图表表示混合飞灰作为粘结材料的一部分的混合材料的强度指数B/水(=[高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35]/[混合材料中的水的质量])与坍塌度值之间的关系;
图4是表示养护时间和固化物强度(单轴压缩强度)之间关系的图表;
图5是说明利用了疏浚土存放处的本发明的一个实施方式的图。
具体实施方式
本发明涉及一种人造石材的制造方法,该方法包括,对含有泥土和粘结材料,优选进一步含有骨料的混合材料进行搅拌,随着水化硬化(由于粘结材料的水和反应引起的固化)来制造人造石材,混合材料满足下述条件(a)~(c)。
(a)相对于100体积%的混合材料,含有40体积%以上的泥土。
(b)粘结材料由选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上构成。
(c)粘结材料量相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比计1.7倍以上,且满足下式。
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)<2.0
另外,作为粘结材料,还可以混合飞灰,在该情况下,混合材料满足下述条件(d)~(f)。
(d)相对于100体积%的混合材料,含有泥土40体积%以上。
(e)粘结材料由选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上和飞灰构成。
(f)粘结材料量相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比1.7倍以上,且满足下式。
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35)/(混合材料中的水的质量)≤1.5
在本发明中所使用的泥土是以疏浚土为代表的泥土,但除此之外,例如,还可列举由挖掘工程产生的泥、建设污泥等。在此,所谓泥土,一般而言是指不能堆积成堆,并具有人不能在其上行走的流动性的泥土。作为其大致的强度,以JIS-A-1228:2009(压实的土的锥指数试验方法)规定的锥指数为200N/mm2以下。
以疏浚土为代表的泥土的粉砂分(シルト分,silt)越多其离子的吸附效果越大,在现有技术中就越难以获得适当强度的固化物,因此,本发明的制造方法特别有用。具体而言,可以说本发明在将含有65体积%以上粒径0.075mm以下的土粒子(粉砂分)的泥土作为对象的情况下,特别有用。
需要说明的时,在以下的说明中,泥土的“粉砂分”是指粒径0.075mm以下的土粒子。
本发明的目的是有效利用以疏浚土为代表的泥土,因此,优选混合材料中的泥土的比例尽可能地多,因此,将混合材料中的泥土比例(包含泥土中原本所含的水分的比例)设定为40体积%以上。另外,泥土比例的上限没有特别的限定,但是,疏浚土的比例为60体积%以下时,相对而言制钢矿渣量达到适量,固化物的比重不会大幅下降到2.0。只要比重没有大幅下降到2.0,就具有作为石料替代品的有用性。因此,混合材料中的泥土比例希望为60体积%以下。
作为粘结材料,可以列举高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥,可以使用它们中的1种以上。
另外,从尽可能不使用天然资源材料以减轻环境负荷的观点,并且从确保人造石材(以下,有时称为“固化物”)的强度及制造成本的观点考虑,作为粘结材料,优选在高炉矿渣微粉末中添加碱刺激剂得到的材料。通过高炉矿渣微粉末和碱刺激剂一起使用来作为粘结材料,可以生成碱环境,由此,能够发挥高炉矿渣微粉末的水硬性。即,能够促进高炉矿渣微粉末的水合反应,确保固化物的强度。
作为碱刺激剂,可以使用例如石灰粉、熟石灰、普通硅酸盐水泥、高炉渣水泥等中的1种以上。该情况下,优选含有80~95质量%的高炉矿渣微粉末,剩余部分为选自石灰粉、熟石灰、普通硅酸盐水泥、高炉渣水泥中的1种以上。在使用高炉矿渣微粉末和碱刺激剂作为粘结材料时,如果高炉矿渣微粉末的比例为80质量%以上,则剩余的碱成分不会残存于固化物中。因此,在海中等使用固化物时,碱对海水环境产生的负荷小。另外,在经济性方面也有利。另一方面,即使在高炉矿渣微粉末的比例超过95质量%,也能够进行搅拌·固化。但是,若在95质量%以下,则容易使之稳定分散,因疏浚土的碱抑制效果而使得刺激剂的效果变小等,因此,添加高炉矿渣微粉末的效果高,不需要使用多种原料,不会产生设备负担,因此,在经济方面具有使用性。
如图1所示,疏浚土等泥土具有Ca2+及OH-的吸附作用,因此,认为:在其土粒子的量有可能对Ca2+及OH-的吸附量产生大的影响,以及,水泥通过凝胶化而发生固化的情况下,形成凝胶网络是非常重要的。因此,改变疏浚土和粘结材料的平衡,与此同时研究了与显现强度相关的因素。其结果,得知粘结材料量和疏浚土中含有的土粒子的比例对于强度有极大的影响。
图2表示对混合于混合材料中的粘结材料和泥土中的土粒子(固体成分)的质量比[粘结材料/泥土中的土粒子]与固化物强度(经过28天养护后的单轴压缩强度)之间的关系进行研究的结果。在该试验中,使用粉砂分为90体积%的疏浚土作为泥土,以高炉矿渣微粉末为主体的材料作为粘结材料,使用熟石灰、普通硅酸盐水泥作为碱刺激剂。另外,混合材料中粘结材料量与水的比设定为(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)<2.0。
根据图2可知,要确保固化物的强度,则相对于泥土的土粒子的量需要一定量以上的粘结材料。作为固化物的强度,只要超过准硬石的必要强度水平即9.8N/mm2以上就基本没有问题。但是,在考虑了疏浚土的不均匀及制造上的不均匀的情况下,为了确保品质,有必要如预拌混凝土那样使目标强度具有3N/mm2程度的强度富裕。具体而言,可知如果[粘结材料/泥土中的土粒子]≥1.7,则可将经过28天养护后的单轴压缩强度控制在具有强度富裕的15N/mm2左右。因此,混合材料中的粘结材料量相对于泥土中的土粒子(固体成分)以质量比计设为1.7倍以上。另外,如果其质量比为2.2倍以上,则即使疏浚土存在不均匀,也可期待表现出稳定的强度,因此,更优选。
另一方面,在单纯地增加粘结材料的量时,会出现粘结材料相对于水过多的状态,反而容易发生强度降低及填充不良。对于混合材料中的水和粘结材料的比例而言,可以根据以下指数进行调整,所述指数是以铁钢矿渣水化固化物形式使用时的强度指数为基准的强度指数,即,(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)。另外,高炉渣水泥为高炉矿渣微粉末和普通硅酸盐水泥的混合物,因此,将与高炉渣水泥中高炉矿渣微粉末的混合比对应的质量设为“高炉矿渣微粉末的质量”,将与高炉渣水泥中普通硅酸盐水泥的混合比对应的质量设为“普通硅酸盐水泥的质量”,并代入上述式。
在铁钢矿渣水化固化物的情况下,设计粘结材料和水的混合比率使得强度指数达到1.5以上,通常采用强度超过2.0的条件(参照“铁钢矿渣水化固化物技术便览”)。与此相反,判明在使用疏浚土时,需要采用完全不同的条件。表1表示:对在疏浚土的含水比为220%(含水比=([疏浚土的水分量(质量%)]/[疏浚土的固体成分量(质量%)])×100)、疏浚土的体积率为50%的水分较为充分的条件下搅拌的混合材料的强度指数、得到的固化物的强度(经过28天养护后的单轴压缩强度)之间的关系进行研究的结果。由此,虽然强度指数越高(即,粘结材料相对于水的比率增加)时强度越高,但是到1.95左右就达到最高了,在超过2.3的条件下就会出现搅拌不良。根据以上的结果,粘结材料量设定为(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)小于2.0,优选设定为1.95以下。
[表1]
  强度指数   单轴压缩强度(N/mm2)
  1.4   18.7
  1.65   20.9
  1.95   22.8
  2.1   21.0
  2.3   搅拌不良
作为粘结材料,还可以混合飞灰。例如,如后述在混合材料中混合制钢矿渣作为骨料的情况下,由于制钢矿渣中含有大量Ca,因此,有时碱成分变得过剩。疏浚土以SiO2为主成分,因此,可以与过剩的碱成分进行水化反应而使之稳定化。但是,构成疏浚土的固体粒子的矿物相因疏浚地区和产生过程的不同而不同,因此,有时反应性不稳定。在这种情况下,优选混合飞灰作为粘结材料的一部分,即,在使用选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上的同时,组合使用飞灰。
飞灰的成分以非晶质的SiO2、Al2O3为中心,因此,在产生了过剩的碱成分的情况下,与结晶质的材料相比,有望能够快速引起火山灰反应。但是,如果过量地混合飞灰,则粘结材料中的Ca量变得过少,恐怕也会损害本来的效果即反应的稳定性。从这种观点考虑,在混合飞灰的情况下,在相对于选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上的总量,飞灰的比例的上限优选大致40质量%左右。
另外,如上述,作为混合在混合材料中的粘结材料,特别优选在高炉矿渣微粉末中添加碱刺激剂而形成的材料。组合使用这种粘结材料和飞灰时,优选含有70~85质量%的高炉矿渣微粉末,并且,相对于高炉矿渣微粉末的质量,含有10~30质量%比例的飞灰,剩余部分为选自普通硅酸盐水泥、石灰粉、熟石灰、高炉渣水泥中的1种以上。在上述的范围内混合高炉矿渣微粉末的原因与前述原因基本相同。但是,由于组合使用了飞灰,因此,高炉矿渣微粉末的混合比例相对变少。另外,正如前面所提到的,在过量地混合飞灰时,粘结材料中的Ca量变得过少,恐怕也会损害本来的作用即反应的稳定性。因此,优选飞灰混合量的上限以相对于高炉矿渣微粉末的质量的比例计为30质量%左右。另一方面,要获得混合飞灰的效果,飞灰混合量的下线优选以相对于高炉矿渣微粉末的质量的比例计为10质量%左右。
另外可知,在混合飞灰作为粘结材料的一部分的情况下,混合材料中水和粘结材料的比例可以根据以下指数进行调整,所述指数为以铁钢矿渣水化固化物的形式使用时的强度指数为基准的强度指数,即(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35)/(混合材料中水的质量)。另外,高炉渣水泥为高炉矿渣微粉末和普通硅酸盐水泥的混合物,因此,将与高炉渣水泥中高炉矿渣微粉末的混合比对应的质量设为“高炉矿渣微粉末的质量”,将与高炉渣水泥中普通硅酸盐水泥的混合比对应的质量设为“普通硅酸盐水泥的质量”,并代入上述式。
如前面提到的那样,未混合飞灰作为粘结材料时,固化物的强度在强度指数1.95时达到最高,在2.3时出现搅拌不良,但是,在混合飞灰后,混合材料中粉末的量进一步增加,因此,更容易出现搅拌不良。对此,图3表示:对在相对于高炉矿渣微粉末的质量为25质量%的比例混合了的飞灰的条件下,上述强度指数和混合材料的坍塌度值的关系进行调查的结果。在该试验中,使用粉砂分为92体积%的疏浚土作为泥土,以高炉矿渣微粉末为主体的材料作为粘结材料,使用熟石灰、普通硅酸盐水泥作为碱刺激剂,再混合飞灰。
根据图3,在强度指数为1.5以下时,能够确保坍塌度值为3cm以上,可获得适当的搅拌状态,但是,在强度指数超过1.5时,坍塌度值显著降低,即使肉眼也能够确认开始有搅拌不良的倾向。因此,在强度指数超过1.5时,虽然可以得到强度,但已经达到最高,在强度指数进一步变大时,则产生强度降低。因此,在混合飞灰作为粘结材料的一部分的情况下,优选的强度指数为1.5以下。
混合材料中的水分量根据疏浚土的含水比、容积比例及强度指数来确定。一般而言,混合材料中的水分量以混合材料中的体积率计为30~50%左右。
与混凝土等同样,可以在混合材料中混合骨料,从体积稳定性等特性面考虑,优选混合骨料。与通常的混凝土同样,可以使用天然砂、天然碎石作为骨料,但是,从获得尽可能不含天然资源且得到高强度的材料的观点考虑,优选使用制钢矿渣。另外,与天然碎石比,制钢矿渣较重(比重大),因此,通过将此作为骨料使用,能够确保固化物的重量(高比重)。
作为制钢矿渣,可以列举熔铁预处理矿渣(脱磷矿渣、脱硅矿渣、脱硫矿渣等)、转炉脱碳矿渣、电炉矿渣等,可以使用它们中的1种以上。制钢矿渣优选最大粒径为25mm以下的粒度的矿渣。
骨料以混合材料中的体积率计为15~50%左右是合适的。另外,在使用制钢矿渣作为骨料的情况下,从确保作为固化物的重量、体积稳定性的观点考虑,优选混合材料中的制钢矿渣量为700Kg/m3以上。
在本发明的制造方法中,混合泥土、粘结材料,更优选混合骨料,根据需要添加了水,对得到的混合材料进行搅拌,通过粘结材料的水化反应使该搅拌物固化,从而获得人造石材。
疏浚土等泥土根据需要通过筛子等除去异物。作为混合材料的搅拌装置,可以使用例如通常的新鲜混凝土用搅拌设备,但是,也可以使用铲斗等用于土木工程的重机械在户外等空旷场地内进行。
要使搅拌物固化,例如,可以将其倒入适当的模具框架内进行固化、养护(水化硬化),也可以在户外等空旷场地内浇注成层状,进行固化、养护(水化硬化)。尤其是,在大量制造石材时,优选在空旷场地内浇注成层状。
图4表示调查养护期间与固化物强度(经过28天养护后的单轴压缩强度)的之间关系的结果。在该试验中,使用粉砂分为60体积%的疏浚土作为泥土,以高炉矿渣微粉末为主体的材料作为粘结材料,并且,使用了熟石灰、普通硅酸盐水泥作为碱刺激剂。另外,混合材料中粘结材料量和水的比例设为(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中的水的质量)<2.0。养护期间为直到获得目标压缩强度的期间,一般而言,如图4所示的7天左右以上为宜。
得到的石材根据需要破碎处理成适当的大小。该破碎处理也可以使用破碎机来进行,另外,如上述那样,在将搅拌物在空旷场地中浇注成层状时,将空旷场地的固化物用破碎装置粗破碎,接着,可以用破碎机进行破碎处理。另外,通常用筛子将已破碎处理的固化物(块状物)进行分级,获得规定的尺寸的块状物。例如,在作为潜堤材料等使用的情况下,获得150~500mm左右大小的块状物。
优选石材具有经过28天养护后的单轴压缩强度为9.8N/mm2(JIS-A-5006:1995中规定的准硬石的硬度)以上,优选具有15N/mm2以上的强度,根据本发明的制造方法,能够容易地制造这种强度的石材。特别地,使用制钢矿渣作为骨料所制造的固化物,尤其是使用制钢矿渣作为骨料且使用高炉矿渣微粉末和碱刺激剂(例如,普通硅酸盐水泥)作为粘结材料所制造的固化物能够确保足够的强度和重量(高比重)。
下面,对制造人造石材的方法进行说明,该方法中,将在疏浚工程所产生的疏浚土暂时地储存于疏浚土存放处,将储存于疏浚土存放处的该疏浚土作为泥土使用,从而制造人造石材。
在疏浚工程中产生的疏浚土因疏浚场所等不同而在含水比例上有所不同。另外,在进行疏浚工程的附近进行水产物(海苔、牡蛎等)养殖等的情况下,疏浚工程导致的海水污浊有可能会对水产物产生影响,因此,疏浚工程并不是全年都能进行,而对工程时期有所限制(即,有季节性)。在这种状况下,在实施本发明时,优选将在疏浚工程中产生的疏浚土暂时地储存于疏浚土存放处,使用储存于该疏浚土存放处的疏浚土制造固化物。由此,可获得以下效果:(i)即使由于疏浚场所等不同而导致疏浚土的含水比有所不同的情况下,通过暂时地储存于疏浚土存放处,可以使疏浚土的含水比平均化;(ii)即使是对疏浚的工程时期有限制、不能在全年采取疏浚土的时期,通过暂时储存于疏浚土存放处,可以稳定地向固化物制造工程中供给疏浚土;(iii)通过将疏浚土储存于疏浚土存放处,可以容易地进行含水比的评价、管理和调整等。
图5是表示利用了疏浚土存放处的本发明的一个实施方式的说明图。疏浚工程中所产生的疏浚土暂时储存于疏浚土存放处。疏浚土存放处的形态及构造是任意的,例如,可以在空旷场地堆积土砂及矿渣等制成环状的堤坝,在其内侧储存疏浚土。在疏浚工程中所产生的疏浚土无论含水比例及其它性状如何,都运送到疏浚土存放处作为储存泥。对从该疏浚土存放处供给的疏浚土添加上述的粘结材料,更优选混合骨料,根据需要添加水,对得到的混合材料进行搅拌,通过粘结材料的水化反应使该搅拌物固化而获得人造石材。
实施例
[实施例1]
在表2及表3所示的混合条件下混合材料进行搅拌(用0.75m3的搅拌设备进行5分钟混合,在经过规定时间后排出),使该混合材料的搅拌物在直径100mm×高度200mm的尺寸的模具中成型固化,制造固化物(人造石材)。疏浚土使用从东京湾的水底采取的粉砂分为90体积%的疏浚土,根据需要添加水进行水分调整。另外,作为骨料即制钢矿渣,使用转炉矿渣(粒径0~25mm)。通过压缩试验(JIS-A-1108:2006)测定了经过28天养护后的固化物的单轴压缩强度。表2及表3一并表示其结果。
根据表2及表3,在本发明例中获得了即使考虑安全系数(+3N/mm2)也充分满足准硬石特性的稳定强度的固化物(石材)。与之相对,在比较例中,虽然强度达到9.8N/mm2以上,与专利文献3相比强度较高,但是,不能获得考虑上述安全系数时足够的强度的固化物。
[实施例2]
在表4所示的混合条件下混合材料进行搅拌(用0.75m3的搅拌设备混合5分钟,经过规定时间后排出),使该混合材料的搅拌物在直径100mm×高度200mm的尺寸的模具中成型固化,制造固化物(人造石材)。疏浚土使用从濑户内海的水底采取的粉砂分为92体积%的疏浚土,根据需要添加水进行水分调整。另外,作为骨料即制钢矿渣,使用转炉矿渣(粒径0~25mm)。通过压缩试验(JIS-A-1108:2006)测定了经过28天养护后的固化物的单轴压缩强度。表4一并表示其结果。
根据表4,在本发明例中获得了即使考虑安全系数(+3N/mm2)也充分满足准硬石特性的稳定强度的固化物(石材)。与此相反,在比较例中,虽然强度达到9.8N/mm2以上,与专利文献3相比强度较高,但是,不能获得考虑上述安全系数时足够的强度的固化物。

Claims (19)

1.一种人造石材的制造方法,该方法是使含有泥土和粘结材料的混合材料发生水化硬化来制造人造石材的方法,其中,混合材料满足下述条件(a)~(c),
(a)相对于100体积%的混合材料,含有40体积%以上的泥土;
(b)粘结材料包含选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上,所述碱刺激剂为石灰粉和/或熟石灰,所述高炉渣水泥为高炉矿渣微粉末和普通硅酸盐水泥的混合物;
(c)粘结材料量相对于泥土中的土粒子以质量比计为1.7倍以上,所述土粒子的质量以固体成分计,且满足下式:
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2)/(混合材料中水的质量)<2.0。
2.如权利要求1所述的人造石材的制造方法,其中,粘结材料含有80~95质量%的高炉矿渣微粉末,剩余部分为选自普通硅酸盐水泥、石灰粉、熟石灰、高炉渣水泥中的1种以上。
3.一种人造石材的制造方法,该方法是使含有泥土和粘结材料的混合材料发生水化硬化来制造人造石材的方法,其中,混合材料满足下述条件(d)~(f),
(d)相对于100体积%的混合材料,含有40体积%以上的泥土;
(e)粘结材料包含选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上以及飞灰,所述碱刺激剂为石灰粉和/或熟石灰,所述高炉渣水泥为高炉矿渣微粉末和普通硅酸盐水泥的混合物,所述飞灰相对于包含选自高炉矿渣微粉末、添加了碱刺激剂的高炉矿渣微粉末、高炉渣水泥、普通硅酸盐水泥中的1种以上的总量为40质量%以下;
(f)粘结材料量相对于泥土中的土粒子以质量比计为1.7倍以上,所述土粒子的质量以固体成分计,且满足下式:
(高炉矿渣微粉末的质量+石灰粉的质量+熟石灰的质量+普通硅酸盐水泥的质量×2+飞灰的质量×0.35)/(混合材料中的水的质量)≤1.5。
4.如权利要求3所述的人造石材的制造方法,其中,粘结材料含有70~85质量%的高炉矿渣微粉末,并且,相对于高炉矿渣微粉末的质量,含有10~30质量%比例的飞灰,剩余部分为选自普通硅酸盐水泥、石灰粉、熟石灰、高炉渣水泥中的1种以上。
5.如权利要求1所述的人造石材的制造方法,其中,混合材料还含有骨料。
6.如权利要求2所述的人造石材的制造方法,其中,混合材料还含有骨料。
7.如权利要求3所述的人造石材的制造方法,其中,混合材料还含有骨料。
8.如权利要求4所述的人造石材的制造方法,其中,混合材料还含有骨料。
9.如权利要求5~8中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,骨料为制钢矿渣。
10.如权利要求9所述的人造石材的制造方法,其中,每单位体积的混合材料中制钢矿渣的混合量为700kg/m3以上。
11.如权利要求1~8中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,泥土含有65体积%以上粒径为0.075mm以下的粒子。
12.如权利要求9所述的人造石材的制造方法,其中,泥土含有65体积%以上粒径为0.075mm以下的粒子。
13.如权利要求10所述的人造石材的制造方法,其中,泥土含有65体积%以上粒径为0.075mm以下的粒子。
14.如权利要求1~8中任一项所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
15.如权利要求9所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
16.如权利要求10所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
17.如权利要求11所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
18.如权利要求12所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
19.如权利要求13所述的人造石材的制造方法,其中,泥土为在疏浚工程中产生的疏浚土,将该疏浚土暂时储存于疏浚土存放处,使用在该疏浚土存放处储存的疏浚土制造人造石材。
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