JP2007269535A - 溶融スラグの処理方法及び当該処理方法により得られた溶融スラグを骨材として用いたモルタルまたはコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】 溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用しても、溶融スラグ中の金属アルミニウムが水酸化カルシウムおよび水と反応して、モルタルまたはコンクリート中で水素ガスを発生することを予防し、均一な品質のモルタルまたはコンクリートを製造するのに有効に用いられる、生産性に優れ、経済的に有効な溶融スラグの処理方法を提供する。更に、前記方法により得られた溶融スラグを骨材として用いたモルタルまたはコンクリートを提供する。
【解決手段】 溶融スラグの処理方法は、溶融スラグに、生コンスラッジ水を散水し、溶融スラグに含有される金属アルミニウムを反応処理する方法である。前記生コンスラッジ水は、生コン工場またはコンクリート二次製品工場から発生する生コンスラッジ水が利用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モルタルまたはコンクリートに用いる骨材として適切に使用することができる溶融スラグを得る溶融スラグの処理方法及び当該処理方法により得られた溶融スラグを骨材として用いたモルタルまたはコンクリートに関し、特に溶融スラグを予め処理することによって、気泡混入による強度低下や美観低下を招く溶融スラグ中に含まれる金属アルミニウムを適切に処理することができる、溶融スラグの処理方法及び当該処理方法により得られた溶融スラグを骨材として用いたモルタルまたはコンクリートに関する。

都市ごみ、下水汚泥や発電所等から発生する溶融スラグは、従来埋め立て処理等廃棄されていたが、近年、資源の有効利用の観点からモルタルまたはコンクリート用骨材としての有効利用が期待されている。
しかし、溶融スラグを前処理せずにそのまま骨材として使用すると、発生した気泡が混入し、モルタルまたはコンクリートの強度低下や美観低下を招くため、従来の再利用システムでは、モルタルまたはコンクリート用骨材として溶融スラグを粉砕して得られた骨材のみを使用することはできなかった。

そこで、河川砂や海砂等の通常の骨材に溶融スラグからの骨材を約１／３程度混合させて使用することが現状であった。
このような使用では、溶融スラグの十分な再利用が図れず、更には、通常の骨材に溶融スラグの骨材を混合使用したとしても、モルタルやコンクリートの十分な強度を確保することは困難で、またコンクリート二次製品の側面に発現した孔（アバタ）により美観の低下を招いていた。

これは、骨材として使用する溶融スラグ中に含まれる金属アルミニウムが大きな原因であると考えられる。
溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として使用する場合には、溶融スラグ中の金属アルミニウムが、モルタルまたはコンクリート中の水酸化カルシウムおよび水と反応して水素ガスを発生する恐れがあるからである。

金属アルミニウムはアルカリ水溶液に接すると多量の水素を発生する性質があり、溶融スラグを骨材として使用すると、溶融スラグに含まれる金属アルミニウムが、セメント中の水酸化カルシウムおよび水と反応して、まだ固まらないモルタルまたはコンクリート中に多量の水素ガスを発生させる発泡作用を発現させてしまう。
その結果、モルタルまたはコンクリート中に、水素ガス発生に因る不必要な孔が生じ、品質が均一とならず、硬化後の強度を低下させ、またコンクリート二次製品の美観の低下を招いていた。

上記金属アルミニウムによる水素ガス発泡問題を解決するために、溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、予め特別に準備した消石灰水溶液と金属アルミニウムとによる反応を起こさせることが行われている。
すなわち、消石灰水溶液に溶融スラグを混合し、次の化学式；
２Ａｌ＋２Ｃａ（ＯＨ）_２＋２Ｈ_２Ｏ→ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２
による反応を起こさせて、予め金属アルミニウムの不動体化を図るものであり、しかる後、当該処理が終了した溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として使用するものである。

また、溶融スラグ中の金属アルミニウムを処理する他の方法として、特許第２５９２０４７号公報に開示されている技術がある。
具体的には、溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、溶融スラグにリン酸ソーダを加えて金属アルミニウムの表面に可溶性錯体を形成させてアルミニウムイオンを封鎖し、金属アルミニウムを不動態化することによって水素ガスの発生を抑制する処理方法である。

しかし、溶融スラグ細骨材を消石灰水溶液にて前処理する場合、消石灰水溶液を別途準備する必要があり、その量も処理対象アルミニウムの重量に対して、約３倍以上の量が必要であり、生産性あるいは経済性の面で問題がある。
更に、リン酸ソーダによる前処理を実施する上記処理方法では、処理済みの金属アルミニウムに未反応のリン酸が付着し、モルタルまたはコンクリート中に骨材としての溶融スラグとともにリン酸が混入するおそれがあり、かかるリン酸がモルタルまたはコンクリート中に混入すると、リン酸の存在により、モルタルまたはコンクリートの強度低下を招くという問題点がある。
特許第２５９２０４７号

本発明の目的は、上記溶融スラグを用いたモルタルまたはコンクリート用骨材の生産性あるいは経済性の面で問題がある点を改善するとともに、溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用しても、溶融スラグ中の金属アルミニウムが水酸化カルシウムおよび水と反応して、モルタルまたはコンクリート中で水素ガスを発生することを予防し、均一な品質のモルタルまたはコンクリートを製造するのに有効に用いられる、生産性に優れ、経済的に有効な溶融スラグの処理方法を提供する。

更に、本発明の目的は、上記処理方法によって、廃棄物等の有効利用が図られて得られる溶融スラグを用いた、経済的に有利なモルタルまたはコンクリートを提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成するべく、溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、溶融スラグに生コンスラッジ水を散水し、予め溶融スラグ中に含有される金属アルミニウムをスラッジ水中の水酸化カルシウムおよび水と反応させることにより、モルタルまたはコンクリート中で水素ガスが発生することを防止できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の溶融スラグ処理方法は、溶融スラグに生コンスラッジ水を散水し、溶融スラグに含有される金属アルミニウムを反応処理することを特徴とする。
好適には、前記本発明の溶融スラグの処理方法において、前記生コンスラッジ水は生コンクリート（生コン）工場またはコンクリート二次製品工場から発生する生コンスラッジ水であることを特徴とする。
更に好適には、前記本発明の溶融スラグの処理方法において、前記生コンスラッジ水は生コンスラッジ水の上澄み水であることを特徴とする。
また、本発明のモルタルまたはコンクリートは、上記本発明の溶融スラグ処理方法により得られた溶融スラグを骨材として用いていることを特徴とする。

溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用する場合には、溶融スラグ中の金属アルミニウムが、モルタルまたはコンクリート中の水酸化カルシウムおよび水と反応して水素ガスを発生する恐れがあった。
しかし、本発明の溶融スラグ処理方法は、溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、溶融スラグに生コンスラッジ水を散水し、予め金属アルミニウムをスラッジ水中の水酸化カルシウムおよび水と反応させることにより不動態化させて、モルタルまたはコンクリート中で水素ガスが発生することを予防することができるので、極めて簡便で有効に溶融スラグの処理を可能とするものである。

また、従来では、溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に消石灰水溶液に浸漬することによって、モルタルまたはコンクリート中で水素ガスが発生することを予防していたが、当該従来処理方法では、消石灰水溶液を別途準備する必要があり、生産性および経済性に問題があった。
一方、本発明の溶融スラグ処理方法では、かかる溶融スラグの前処理を、溶融スラグを骨材として使用するモルタルまたはコンクリート製造工場には必然的に発生する生コンスラッジ水、好適にはその上澄み水によって行うため、予め敢えて処理溶液を準備する必要がなく、従って、本発明においては、生産性も良好で経済性的に、溶融スラグを前処理して、モルタルまたはコンクリート用骨材として利用することが可能となる。

また、溶融スラグを生コンスラッジ水の上澄み液中に浸漬する場合には、浸漬するためのプールが必要となってコストが増大していたが、本発明においては、生コンスラッジを溶融スラグに散水するものであるので、生コンスラッジ水のプールや該プールからの引き上げ設備が不必要となり、導入コストを低減することができる。

さらに、本発明のモルタルまたはコンクリートは、上記本発明の処理方法を用いて得られた溶融スラグを骨材として用いているため、有効な廃棄物等の再利用が図られ、経済的に有利なモルタルまたはコンクリートを得ることができる。

本発明を、以下の好適例により説明する。
本発明の溶融スラグ処理方法は、溶融スラグに、生コンスラッジ水を散水して、溶融スラグに含有される金属アルミニウムを反応させて処理するものである。
本発明の溶融スラグ処理方法は、溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、従来のような別途準備される消石灰水溶液にて溶融スラグを前処理する代わりに、また、生コンスラッジ水に溶融スラグを浸漬する代わりに、溶融スラグに生コンスラッジ水の上澄み水を散水することにより、含有される金属アルミニウムを反応させて不動態化を図り、モルタルまたはコンクリート中での水素ガスの発生を予防するものである。

具体的には、まず、溶融スラグを、モルタルまたはコンクリート用骨材として使用する前に、当該溶融スラグに生コンスラッジ水の上澄み水を散水する。
溶融スラグは、産業廃棄物または固体廃棄物（例、都市ごみや下水汚泥）等を焼却して得られるものや、石炭火力発電からの溶融スラグ等が使用でき、特に限定されるものではない。
従って、溶融スラグの種類は問われず、金属アルミニウムが含有されれば、任意の溶融スラグを対象とするものであり、１種のみならず、２種以上の種類の溶融スラグを混合して用いることもできる。

次いで、前記溶融スラグに、生コンスラッジ水を散水するが、ここで「生コンスラッジ水」とは、生コン工場のミキサなどの洗浄排水から回収される懸濁水を意味するもので、セメント水和物や骨材微粒子などの固形分を含む水である。
したがって、かかる生コンスラッジ水、特にその上澄み液には、溶融スラグ中の金属アルミニウムを不動態化するのに十分な水酸化カルシウムが（Ｃａ（ＯＨ）_２）が溶解している。

このように、本発明の溶融スラグの処理方法に用いる生コンスラッジ水は、生コン工場またはコンクリート二次製品工場から発生する生コンスラッジ水を好適に用いることができる。
更に好適には、前記生コンスラッジ水として、水酸化カルシウムが溶解している生コンスラッジ水の上澄み水を用いることができる。

かかる生コンスラッジ水を、予め溶融スラグに散水する間、溶融スラグ中の金属アルミニウムを生コンスラッジ水中に存在するＣａ（ＯＨ）_２およびＨ_２Ｏと十分に反応させて、金属アルミニウムを不動態化する反応；
２Ａｌ＋２Ｃａ（ＯＨ）_２＋２Ｈ_２Ｏ→ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２
を、十分におこさせる。
溶融スラグに生コンスラッジ水を散水する時間や散水量比は、特に限定されず、適宜条件に応じて任意に決定することができるものである。

本発明により処理された溶融スラグを骨材として利用する生コン工場やコンクリート二次製品工場には、モルタルまたはコンクリートを製造して排出される生コンスラッジ水が必然的に存在するので、溶融スラグを予め処理するために、敢えて特別な溶液等を準備する必要がなく、従来の消石灰水溶液による溶融スラグの前処理の欠点である生産性または経済性の問題を、本発明は十分に解決することができるものである。

このように処理された溶融スラグは適度な湿潤状態を有し、モルタルまたはコンクリート用骨材として有効に使用することが可能である。
このような処理済み溶融スラグを骨材として用いて、モルタルまたはコンクリートを製造しても、金属アルミニウムが既に反応しており、アルカリ雰囲気下においても水素が発生することはない。
従って、モルタルまたはコンクリート中に不必要な水素発生痕である孔（アバタ）を生ぜず、均一な品質のモルタルまたはコンクリートを得ることができる。

このように、本発明の方法で処理した溶融スラグを骨材として使用して、モルタルまたはコンクリートを経済的に製造することができ、得られたモルタルまたはコンクリートには、水素が発生しないので、砂、砂利等の通常の骨材を用いたモルタルまたはコンクリート等と比較しても、強度や美観が劣ることなく、同等の特性を有することができる。
また、本発明の方法は、廃棄物であった溶融スラグを大量かつ安定的に使用することができ、有効な廃棄物の再利用を図ることを可能とするものである。

本発明を、以下の実施例、比較例及び試験例により説明する。
溶融スラグをモルタル用骨材として用いる前処理方法の比較をするために、モルタル中での水素ガスの発生度合いを測定した。かかる水素ガスの発生の度合いの測定は、日本工業標準調査会のＴＲ Ａ ００１６「コンクリート用溶融スラグ細骨材（案）」の附属書１に規定されている「溶融スラグ細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」により、モルタルの膨張率を測定することにより実施した。
なお、当該試験には、粗粒率（Ｆ．Ｍ）が３．４２で表１に示す化学成分を有する溶融スラグを用いた。

上記各溶融スラグを、以下の前処理に課した。
前処理方法は、以下の３種類とした。
(１) 溶融スラグを前処理しない
(２) 溶融スラグを１日間生コンスラッジ水の上澄み水中に浸漬（液固比で、１０：１）
(３) 溶融スラグに、毎日、溶融スラグと等重量の生コンスラッジ水を7日間散水
なお、生コンスラッジ水は表２に示す化学成分及びｐＨを有するものを用いた。

１、モルタルの調製
上記各処理済み溶融スラグを骨材として用いて、各モルタルを調製した。当該各モルタルの調製方法は、上記日本工業標準調査会のＴＲ Ａ ００１６「コンクリート用溶融スラグ細骨材（案）」の附属書１に規定されている「溶融スラグ細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」によるモルタルの調製方法に準じて製造した。

具体的には、質量比で水：セメント（製品名 普通ポルトランドセメント；住友大阪セメント株式会社製）：溶融スラグを１：２：２．２５として均一に配合し、前記配合物に高性能ＡＥ減水剤（製品名 レオビルドＳＰ８Ｓ；株式会社エヌエヌビー製）を、前記セメントの質量の０．５％添加して、均一に攪拌混合して、各モルタルを得た。

２、処理方法の比較
図１に、前処理しない（前処理方法（１））溶融スラグを骨材として用いたモルタル、１日間生コンスラッジ水の上澄み水中に浸漬（液固比で、１０：１）（前処理方法（２））させた溶融スラグを骨材として用いたモルタル、毎日、溶融スラグと等重量の生コンスラッジ水を7日間散水（前処理方法（３））した溶融スラグを骨材として用いたモルタルの各膨張率を示す。
モルタルの膨張率が大きいほど、水素ガスの発生量が多いことを表す。

かかる図１より、未処理の試料のモルタルよりも、水で予め浸漬または散水して溶融スラグ中の金属アルニミウムを不動態化した溶融スラグのほうが、得られたモルタルの膨張率が小さいことがわかる。
また、溶融スラグを生コンスラッジ上澄み水中に浸漬させた場合と、溶融スラグに生コンスラッジ上澄み水を散水した場合とでは、ほぼ同等に、モルタルの膨張率が十分に小さく、水素ガスの発生を抑制できることが明らかである。
すなわち、溶融スラグに生コンスラッジ上澄み水を散水することによって、生コンスラッジ水をプールしたり付帯設備を設ける必要なく、モルタル中における溶融スラグからの水素ガスの発生を有効に防止できたことが明らかである。

本発明の溶融スラグ処理方法により、生コンスラッジ水で処理した溶融スラグをモルタルまたはコンクリート用骨材として用いても、水素ガスの発生を有効に予防することができるものであり、更に、骨材として使用して得られたモルタルまたはコンクリートは、品質が均一であり経済的に製造することができる。
また、従来廃棄物であった溶融スラグを大量かつ安定的に使用することができるため、廃棄物の有効な再利用が図れる。

本発明の処理方法により得られた溶融スラグと未処理または生コンスラッジ水中に浸漬した溶融スラグとを用いたモルタル例の膨張率の測定結果を表した図。

Claims (4)

1. 溶融スラグに生コンスラッジ水を散水し、溶融スラグに含有される金属アルミニウムを反応処理することを特徴とする、溶融スラグの処理方法。
2. 請求項１記載の溶融スラグの処理方法において、前記生コンスラッジ水は、生コン工場またはコンクリート二次製品工場から発生する生コンスラッジ水であることを特徴とする、溶融スラグの処理方法。
3. 請求項１または２記載の溶融スラグの処理方法において、前記生コンスラッジ水は生コンスラッジ水の上澄み水であることを特徴とする、溶融スラグの処理方法。
4. 請求項１〜３記載の溶融スラグの処理方法によって得られた溶融スラグを骨材として用いたモルタルまたはコンクリート。
   

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