製鋼スラグと母材のリスト

takker.icon

今あるソース(特に研究結果など)で使われている製鋼スラグ混合土について、その製鋼スラグの性状(産地、粒度分布、密度)と母材 (製鋼スラグと混ぜた土を便宜上こう呼ぶことにする)の性状(材質、粒度、密度、含水比、非晶質シリカ含有率)をすべて調べ上げ、テーブルに整理してほしい。量が膨大になる場合は、まず製鋼スラグと使用した母材、参照元だけテーブルに示した後、それぞれの性状や詳しい説明を箇条書きで述べてほしい。

NotebookLM.icon

ご提示いただいたソース（特に研究結果をまとめた学位論文や関連論文）に基づき、「製鋼スラグ混合土」に使用されている製鋼スラグの性状と**母材（混合された土）**の性状を調査し、以下の通りに整理します。

記載されている材料の種類の多さや、各性状（特に粒度分布や密度）の具体的な数値が個々の試験ケースによって異なるため、ご要望に従い、まず主要な材料と参照元をまとめたテーブルを示し、その後にそれぞれの性状を箇条書きで詳述します。

製鋼スラグ混合土の主要構成材料と参照元

table:_

研究で使用された製鋼スラグ (Slag Type) 研究で使用された主な母材 (Base Material Type) 主な参照元 (Source)

転炉系製鋼スラグ（複数ロット A, B0, B10, C0, C10, C30, D0, D30） カオリン粘土 + メタカオリン 混合土

転炉系製鋼スラグ（複数ロット B0, B10, C0, C10, C30, D0, D30, A） 木節粘土、川崎粘土（海成粘土）

転炉系製鋼スラグ（2種類 Slag A, Slag B, 粒径 $20 \text{ mm}$ 以下など） 浚渫土（大阪湾で浚渫されたもの）

転炉系製鋼スラグ（BOF slag, 最大粒径 $D_{\text{max}}=2.0 \sim 37.5 \text{ mm}$ など） 徳山港粘土（カルシア改質土の既往研究例）

製鋼スラグ（カルシア改質材 5種類） 浚渫土砂（15種類）

製鋼スラグ（中間粒度を除く 0-5 mm, 26-40 mm 粒子） 模擬浚渫土砂（ベントナイト＋豊浦砂）

製鋼スラグ 北九州浚渫土（化学分析用試料）

1. 製鋼スラグの性状

研究で用いられている製鋼スラグは、主に転炉系製鋼スラグ（BOF slag）またはカルシア改質材として扱われています。

産地・種類

種類: ほとんどの研究で、粗鋼生産の際に生成される産業副産物である転炉系製鋼スラグ（製鋼スラグ）が用いられています。

産地: 転炉系スラグは約 $75%$ を占めており、製鉄所が臨海部に立地することから、主に臨海部で生成されます。特定の研究では、入手時期の異なる製鋼スラグA、B0、B10、C0、C10、C30、D0、D30などが用いられ、その化学的性質（遊離石灰量）の違いが検討されました。

粒度分布・粒径

全般的な影響: 製鋼スラグの粒度分布は、カルシア改質土のせん断強度の大きさに影響を及ぼしますが、せん断強度発現傾向（経時変化）への影響は小さいと考えられています。

最大粒径:

カルシア改質土の研究では、製鋼スラグの最大粒径を $2.0 \text{ mm}$、$9.5 \text{ mm}$、$37.5 \text{ mm}$ と変化させている例があります。

一般に、製鋼スラグの最大粒径が小さいほど、カルシア改質土の一軸圧縮強さが大きくなることが示されています。

ある研究で使用された製鋼スラグは、粒径が $20 \text{ mm}$ 以下（Slag A）や $4.75 \text{ mm}$ 以下（Slag B）など、種類によって粒度が異なります。

細粒分含有率:

細粒分含有率（$0 \sim 30%$）を変化させた製鋼スラグ（B, C, Dの各ロット）を用いた試験が行われました。

製鋼スラグの細粒分（特に粒径 $2 \text{ mm}$ 以下の粒子）の量は、製鋼スラグ混合土の強度に影響すると考えられています。

細粒分（粒径 $0\text{-}5 \text{ mm}$）は、固化反応（$c$材）によるピーク強度の増加に寄与し、粗粒分（粒径 $26\text{-}40 \text{ mm}$）は粒子骨格形成に伴う摩擦成分（$\phi$材）として粘り強さの発現に寄与するという役割分担が示されています。

密度

具体的な数値: ソース中には、特定の製鋼スラグの最大密度および最小密度の試験結果について言及がありますが、具体的な数値は表に示されていません。

その他の性状 (化学的性質)

遊離石灰量 (f-CaO量): カルシア改質土の強度発現への影響因子として、製鋼スラグの遊離石灰量（カルシウム量）が重要視されています。

影響の傾向: 遊離石灰量が高いほど概ねせん断強度が大きくなる傾向がありますが、遊離石灰量が約 $3.5%$ 以上の製鋼スラグを用いた本研究の範囲内では、製鋼スラグ混合粘性土のせん断強度に与える影響は小さかったという結果が得られています。

2. 母材（混合土）の性状

母材としては、主に粘性土（浚渫土、カオリン粘土、木節粘土、川崎粘土）や模擬浚渫土砂が使用されています。

材質・種類

浚渫土: 港湾工事で利用される浚渫土（軟弱な土砂）が一般的な母材として扱われます。

例: 大阪湾浚渫土、徳山港粘土、北九州浚渫土。

粘性土（有機物をほとんど含まない土）:

カオリン粘土 A, B および メタカオリン (MK): これらを混合することで、有機物をほとんど含まない状態で、非晶質シリカ含有率の異なる粘性土が作製されました。

木節粘土: 建設汚泥の模擬粘性土として用いられた例があります。

川崎粘土: 海成粘土として用いられました。

模擬土: ベントナイトと豊浦砂を重量比 $85%:15%$ で混合した模擬浚渫土砂が使用された例もあります。

粒度・密度・含水比

浚渫土の物理的性質: 母材の物理的性質として、含水比、細粒分含有率、有機分含有量がカルシア改質土の強度発現への影響因子として挙げられています。

粒度: 浚渫土は、$2 \text{ mm}$ のふるいを用いて粗粒分（貝殻など）を取り除いたものが実験に使用されています。

含水比（$w$）:

浚渫土の含水比は、液性限界に近いものから、それよりも大きい含水比のものが想定されています。

製鋼スラグ混合土の初期含水比が低い方が、概ね大きな一軸圧縮強さを示すことが確認されています。

大阪湾浚渫土のケースでは、製鋼スラグ混合土の初期含水比は $43%$ から $233%$ まで設定された例があります。

密度:

製鋼スラグ混合粘性土の乾燥密度（$\rho_d$）は、圧密養生過程において上載圧を載荷した直後の圧密に伴う体積変化によって決まり、養生期間が長くなっても変化は小さい傾向が見られました。

上載圧を作用させ圧密を行うことで、乾燥密度の増加・含水比の低下が起こり、せん断強度の増加が促進されることが示されています。

非晶質シリカ含有率（非晶質シリカ量）

重要性: 粘性土の非晶質シリカ含有率は、製鋼スラグ混合粘性土のせん断強度およびせん断強度発現傾向に非常に大きな影響を与える因子であるとされています。

材料ごとの比較:

研究で用いられた粘性土の非晶質シリカ含有率は、川崎粘土が最も高く、次にメタカオリン、北九州浚渫土、カオリン粘土、木節粘土の順でした。

カオリン粘土とメタカオリンの混合土は、非晶質シリカ含有率を $15.6%$ から $26.4%$ の間で調整して用いられました。

強度発現との関係: 非晶質シリカ含有率が高いほど、製鋼スラグ混合粘性土のせん断強度の発現は早期に起こることが分かっています。

非晶質シリカの構成比率: 非晶質シリカには、無機非晶質シリカと生物由来非晶質シリカがあり、この構成比率が強度発現傾向に大きく関わります。

カオリン粘土やメタカオリンは無機非晶質シリカの比率が高く、固化は緩やかで、養生 $28$ 日以降もせん断強度が急増することがあります。

浚渫土や川崎粘土は生物由来非晶質シリカの比率が比較的高く、せん断強度の増加は養生 $28$ 日までの比較的早期に起こり、その後の増加は緩やかになる傾向を示しました。

有機物含有量

フミン酸含有量: 一部の粘性土についてフミン酸含有量が計測されています。

木節粘土: $0.3%$

川崎粘土: $1.6%$

北九州浚渫土: $1.7%$

影響: 腐植物質（フミン酸など）は、カルシア改質土の固化を阻害すると考えられています。研究では、有機物をほとんど含まない粘性土（カオリン粘土など）を用いて、有機物含有量の影響がほとんどない条件で検討が行われました。

takker.icon

笠岡粘土を母材にした研究事例はあるか？

NotebookLM.icon

ご提示いただいたソースを調査した結果、「笠岡粘土」を母材（製鋼スラグと混ぜる土）として使用した研究事例が確認されました。

この事例は、カルシア改質土の骨材効果の評価を目的とした基礎的研究 の中で用いられています。

笠岡粘土に関する研究の概要

1. 研究テーマ: カルシア改質土のせん断強度に及ぼすカルシア改質材（製鋼スラグ）の混合影響、特に「骨材」としての影響を検討するための基礎研究の中で、笠岡粘土が使用されました。

2. 試験内容: 笠岡粘土単体（骨材無）の供試体と、骨材（カルシア改質材/製鋼スラグ）を混合した笠岡粘土の供試体について、載荷時の挙動が比較されています。

3. 観測された挙動:

初期勾配とピーク強度: 笠岡粘土を用いた供試体は、骨材無のケースと骨材有のケースで、初期勾配は骨材無のピーク強度までほぼ同一の挙動を示しました。

残留強度: その後の残留強度の挙動を見ると、骨材無のケースではひずみ軟化による強度低下の傾向が見られたのに対し、骨材有のケースではひずみ硬化の傾向を示しました。

応力経路: 笠岡粘土単体は載荷初期から主応力差の増加と共に有効応力が減少する傾向がありましたが、固化処理土（骨材の有無に関わらず）ではそのような傾向は見られませんでした。

破壊線付近: 骨材有のケースについては、破壊線に近づくと破壊線に沿って有効応力と主応力差が増加する傾向が見られました。

この研究は、カルシア改質土が粘着力 $c$ 成分だけでなく、内部摩擦角 $\phi$ 成分を持つc-$\phi$材としての特性を有するかを検証する目的で行われました。結果として、強度発現レベルに関わらず、内部摩擦角の発揮は期待できる材料であることが確認されています。

takker.icon

その論文は消石灰で固めており、製鋼スラグとの固化反応を用いていない。笠岡粘土と製鋼スラグのみで固めた文献はないか？

質問の意図：笠岡粘土には非晶質シリカがほとんど含まれておらず、製鋼スラグ混合土の母材に不向きだという仮説を立てている。それを補強する意味で、笠岡粘土と製鋼スラグを混ぜて固めた事例がない(なさそう)ことを確認したい。

NotebookLM.icon

ご質問ありがとうございます。いただきました疑問（笠岡粘土が非晶質シリカをほとんど含まないため、製鋼スラグ混合土の母材に不向きではないか）を裏付ける情報を、既存のソースに基づいて調査しました。

笠岡粘土と製鋼スラグのみによる固化反応の研究事例

ご提示いただいたソース全体を調査した結果、笠岡粘土を母材とし、製鋼スラグ（カルシア改質材）の固化反応のみを利用して強度発現を検討した研究事例は、主要な文献や研究シリーズのリストや結果の中には確認できませんでした。

既往の研究における笠岡粘土の位置づけ

以前の会話で参照された笠岡粘土を用いた研究事例は、「カルシア改質土における骨材効果の評価」を目的としたものであり、その試験結果は骨材（製鋼スラグ）の有無による強度発現性状（ひずみ硬化/軟化、内部摩擦角の増減）の違いを検討するために用いられていました。この研究の目的は、製鋼スラグが骨材としての摩擦成分（$\phi$材）を付加する効果の検証にあり、製鋼スラグの水和固化反応（粘着力 $c$ 成分の発現）そのものを詳細に分析する主要な対象ではありませんでした。

笠岡粘土が使用されない理由（非晶質シリカの重要性）

ご質問の意図にあるように、非晶質シリカ含有率の低さが、製鋼スラグ混合土の母材として笠岡粘土が研究対象とならない主要な要因である可能性が、ソース内の知見によって強く裏付けられます。

カルシア改質土（製鋼スラグ混合土）の固化メカニズムは、主に浚渫土（粘性土）からのシリカと製鋼スラグからのカルシウムが間隙水中に溶出し、**カルシウムシリケート系水和物（C-S-H）**を生成することによって起こるとされています。

特に、粘性土が製鋼スラグとの混合によって強度を発現させる能力は、以下の因子に非常に大きく依存します。

非晶質シリカ含有率の影響: 粘性土の非晶質シリカ含有率は、製鋼スラグ混合粘性土のせん断強度およびせん断強度発現傾向に非常に大きな影響を与える因子であるとされています。

強度発現の傾向: 非晶質シリカ含有率が高い粘性土（例：川崎粘土、浚渫土）ほど、製鋼スラグ混合後のせん断強度の発現が早期に起こることが確認されています。

研究の焦点: 主要な研究では、固化反応の化学的性質の影響を分析的に検討するため、有機物をほとんど含まないカオリン粘土とメタカオリンを混合し、意図的に非晶質シリカ含有率を変化させた粘性土が母材として採用されています。

不適切な母材の例: 固化を阻害するとされる腐食物質（フミン酸など）が多い浚渫土は固化しにくくなることが示されており、同様に、固化に必要なシリカ成分が少ない土も、固化反応による強度発現には不向きであると考えられます。

したがって、もし笠岡粘土の非晶質シリカ含有率が極めて低いという仮説が正しければ、製鋼スラグとの混合実験を行ったとしても、強度発現が期待できず、研究の主要な母材として選定されなかった、という結論は、カルシア改質土の研究の科学的背景と一致します。

takker.icon

最初に作成してもらった表には、海外論文の例が載っていなかった。

海外の論文に絞ったうえで、同様に製鋼スラグの性状(産地、粒度分布、密度)と母材 (製鋼スラグと混ぜた土を便宜上こう呼ぶことにする)の性状(材質、粒度、密度、含水比、非晶質シリカ含有率)をすべて調べ上げ、テーブルに整理してほしい。量が膨大になる場合は、まず製鋼スラグと使用した母材、参照元だけテーブルに示した後、それぞれの性状や詳しい説明を箇条書きで述べてほしい。

NotebookLM.icon

ご要望に基づき、海外の論文（または国際的な学術誌に掲載された研究）に焦点を当て、製鋼スラグ混合土の構成材料の性状を以下の通りに整理します。

この整理では、主に製鋼スラグの固化反応や動的特性を研究した2つの主要な論文（日本発で国際誌に掲載されたもの、および中国発のもの）に基づいています。

製鋼スラグ混合土の主要構成材料と参照元（海外研究事例）

table:_

研究で使用された製鋼スラグ (Slag Type) 研究で使用された主な母材 (Base Material Type) 主な参照元 (Source)

製鋼スラグ（Slag 1, Slag 2） 浚渫土（Soils A, B, C, D） Toda et al. (2018)

廃製鋼スラグ（Waste Steel Slag, SS） シルト質粘土（Silty Clay, C） Xu et al. (2023)

1. 製鋼スラグの性状

A. Toda et al. (2018) で使用された製鋼スラグ（Slag 1, Slag 2）

table:_

性状項目 Slag 1 の性状 Slag 2 の性状 参照元

産地 日本国内の2つの製鉄所から採取 日本国内の2つの製鉄所から採取

種類・化学組成 通常の製鋼スラグと同様。水酸化カルシウム（Portlandite, $\text{Ca(OH)}_2$）、ラーナイト（Larnite, $\text{C}_2\text{S}$）、ブラウンミラーライト（Brownmillerite, $\text{C}_4\text{AF}$）などを含む。Slag 1の方がポートランダイト含有量が多い。 通常の製鋼スラグと同様。水酸化カルシウム、ラーナイト、ブラウンミラーライトなどを含む。Slag 1と異なり天然鉄（Native Iron）を含む。

密度 $3.5 \text{ g/cm}^3$（表乾状態） $3.8 \text{ g/cm}^3$（表乾状態）

粒度分布・粒径 $4.75 \text{ mm}$ より小さい粒径の区分が使用された。粒度分布が図で示されている。 $4.75 \text{ mm}$ より小さい粒径の区分が使用された。粒度分布が図で示されている。

B. Xu et al. (2023) で使用された廃製鋼スラグ（Waste Steel Slag, SS）

table:_

性状項目 廃製鋼スラグの性状 参照元

産地 中国・霊寿県（Ling Shou County）の鉱物加工工場

種類・化学組成 6ヶ月以上風化・備蓄され、化学的に安定。主要成分は、酸化カルシウム ($\text{CaO}$) $34.0%$、シリカ ($\text{SiO}_2$) $26.5%$、酸化マグネシウム ($\text{MgO}$) $12.9%$。

密度 最大乾燥密度: $2.40 \text{ g/cm}^3$

粒度分布・粒径 小粒径（$<5 \text{ mm}$）の廃製鋼スラグを使用。

粒度特性 均等係数 ($C_U$): $11.3$、曲率係数 ($C_C$): $2.3$。

含水比 自然含水比: $7.4%$

2. 母材（混合土）の性状

A. Toda et al. (2018) で使用された浚渫土（Soils A, B, C, D）

table:_

性状項目 性状の詳細 参照元

材質・産地 日本各地の湾から採取された浚渫土（Soils A, B, C, D）。海生貝殻などの**$4.75 \text{ mm}$以上の粗粒分はふるい分けにより除去**されている。

粒度 細粒分（$<0.075 \text{ mm}$）含有率は、A: $83.2%$, B: $99.3%$, C: $91.1%$, D: $58.6%$。

密度（粒子密度） A: $2.777 \text{ g/cm}^3$, B: $2.737 \text{ g/cm}^3$, C: $2.709 \text{ g/cm}^3$, D: $2.707 \text{ g/cm}^3$。

含水比 液性限界（LL）の$1.5$倍に設定された。LLはA: $73.4%$, B: $89.8%$, C: $44.1%$, D: $66.2%$。

非晶質シリカ含有率 すべての土に非晶質シリカ（珪藻殻および火山ガラス）が含まれる。溶解実験の結果、非晶質シリカ含有量（$\text{SiO}_2$として算出）はSoil Aが最も高く、次いでB, C, Dの順であった。

その他の性状 腐植酸（Humic Acid）含有率：D: $2.04%$, C: $1.23%$, A: $1.02%$, B: $0.74%$。腐植酸はC-S-H形成に必要な$\text{Ca}$イオンの供給を阻害する可能性がある。

鉱物組成 すべての土壌サンプルは、石英、曹長石、岩塩、黄鉄鉱、粘土鉱物（スメクタイト、カオリナイト、緑泥石、イライト）を含み、鉱物学的組成に大きな差はない。

B. Xu et al. (2023) で使用されたシルト質粘土（Silty Clay, C）

table:_

性状項目 シルト質粘土の性状 参照元

材質・産地 中国・湖北省武漢市から採取されたシルト質粘土。典型的シルト質粘土に分類される。

粒度・粒径 $2 \text{ mm}$ のふるいを通過させたものを使用。

密度 最大乾燥密度: $1.69 \text{ g/cm}^3$。比重: $2.72$。

含水比 最適含水比: $18.2%$。試験では、$9%$, $12%$, $15%$ の含水比の混合土が使用された。

強度特性（純粘土） 凝集力 ($c$): $28.44 \text{ kPa}$、内部摩擦角 ($\phi$): $25.08^\circ$。

非晶質シリカ含有率 記載なし。 —