JP2011051818A - 材料の改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラグやコンクリート破砕物を含む材料を、水が接触した際に水のｐＨ上昇が抑えられるように、低コストに改質することができ、また施工後の材料に対しても適用することができる改質方法を提供する。
【解決手段】スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料Ａと、アルカリ金属の炭酸水素塩Ｂを水の存在下で接触させる。材料Ａのスラグやコンクリート破砕物から溶出したＣａ^２＋と水に溶解した炭酸水素塩Ｂ中のＣＯ_３ ^２−とが反応し、ＣａＣＯ_３を生成してアルカリ分が中和される。生成したＣａＣＯ_３はスラグやコンクリート破砕物の表面を覆うため、スラグやコンクリート破砕物からアルカリ成分が溶出しにくくなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、路盤材、仮設道路材、海洋土木材料などに利用されるスラグやコンクリート破砕物について、水と接触した際に水のｐＨ上昇が抑えられるように改質するための方法に関する。

鉄鋼スラグやコンクリート破砕物などの材料は、路盤材、仮設道路材、海洋土木材料などとして広く用いられている。しかし、それらがアルカリ分を多く含む場合には、水と接触するような条件で使用すると水のｐＨが上昇し、環境上好ましくない。したがって、このような問題を避けるためには、水と接触するような条件では使用しないなどの対策を採る必要があり、用途が限定されてしまう。また、水と接触しないように遮断したり、発生したアルカリ水を中和処理することなども考えられるが、いずれも施工コストや処理コストの面で問題がある。
一方、特許文献１には、鉄鋼スラグを水域または雨水の影響を受ける陸域で使用する場合に、非透水性の袋材に袋詰めして使用する方法が示されている。また、特許文献２には、製鋼スラグに機械攪拌を付与しつつ炭酸ガスを供給し、スラグ中のＣａＯ分をＣａＣＯ_３として安定化する方法が示されている。

特開２００３−２９３３４５号公報 特開２００５−２００２３４号公報

しかし、特許文献１の方法は、袋詰めに手間がかかり、コストの面で問題があるとともに、袋材が破れ、内部のスラグが水に接触するとその水は高ｐＨとなってしまう。また、袋詰めすると締め固めができなくなるため、路盤材や仮設道路材として使用できない。
特許文献２の方法は、実質的に処理対象がフリーライム量が多い製鋼スラグに限定されてしまい、また、処理後のｐＨは１２程度までしか下がらない。また、この方法は、施工後のスラグやコンクリート破砕物に現場で適用することができない。

したがって本発明の目的は、スラグやコンクリート破砕物を含む材料を、水が接触した際に水のｐＨ上昇が抑えられるように、低コストに改質することができ、また施工後の材料に対しても適用することができる改質方法を提供することにある。

本発明者らは、スラグやコンクリート破砕物を含む材料とアルカリ金属の炭酸水素塩を水の存在下で接触させることにより、上記課題を解決できることを見出した。本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料（Ａ）（但し、材料（Ａ）がスラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上のみからなる場合を含む。）と、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）を水の存在下で接触させることを特徴とする材料の改質方法。
［2］上記［1］の改質方法において、材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合し、水分を含んだ状態に置くことを特徴とする材料の改質方法。
［3］上記［1］の改質方法において、材料（Ａ）に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布することを特徴とする材料の改質方法。

［4］上記［1］の改質方法において、材料（Ａ）を炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液に浸漬することを特徴とする材料の改質方法。
［5］上記［1］の改質方法において、材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）を散布し、該施工部を水分を含んだ状態に置くことを特徴とする材料の改質方法。
［6］上記［5］の改質方法において、炭酸水素塩（Ｂ）を散布した後、散水することを特徴とする材料の改質方法。
［7］上記［1］の改質方法において、材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布することを特徴とする材料の改質方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの改質方法で改質された材料からなる土木工事用材料。

本発明によれば、スラグやコンクリート破砕物を含む材料を、水が接触した際に水のｐＨ上昇が抑えられるように、低コストに改質することができ、また施工後の材料に対しても適用することができる。このため、スラグやコンクリート破砕物を、水と接触するような土木工事用材料（例えば、路盤材、仮設道路材、海洋土木材料など）として使用しても環境への影響がなく、スラグやコンクリート破砕物の用途を拡大することができる。

本発明による材料の改質方法では、スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料（Ａ）と、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）を水の存在下で接触させる。材料（Ａ）は、スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上のみからなるものでもよいし、スラグやコンクリート破砕物以外の材料（例えば、天然石、天然砂など）を含むものでもよい。
スラグとしては、鉄鋼スラグ（鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ）が代表的なものであるが、これに限定されるものではない。

鉄鋼スラグとしては、高炉スラグ、製鋼スラグ、鉱石還元スラグなどがある。高炉スラグには、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグがある。また、製鋼スラグとしては、溶銑予備処理、転炉吹錬、鋳造などの工程で発生する製鋼系スラグ（例えば、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、造塊スラグなど）、電気炉スラグなどが挙げられる。改質の対象となる鉄鋼スラグは、以上のような高炉スラグ、製鋼スラグ、鉱石還元スラグの中から選ばれる２種以上のスラグを含むものでもよい。
また、鉄鋼スラグ以外のスラグとしては、例えば、ゴミ溶融スラグ、ゴミ焼却灰溶融スラグ、非鉄金属製錬スラグなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
但し、排水基準（海域）がｐＨ５〜９であるので、接触した水のｐＨが９超にならないようなスラグは、本発明を適用する必要性が乏しい。ここで、水と接触した際の水のｐＨとは、JIS K 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法−第１部：溶出量試験方法」における「5.4
検液の調整」により調整した検液のｐＨのことである。

また、一般にＣａＯ／ＳｉＯ_２（質量比）が１．１未満のスラグは、接触する水のｐＨ上昇が小さく、本発明を適用したとしても効果は小さい。本発明を適用して大きな効果が得られるのは、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．１以上のスラグである。一方、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が４．０を超えるスラグはfree-ＣａＯが多く、本発明による改質処理後も膨張・崩壊しやすい。このような膨張・崩壊を生じるとフレッシュな面が現れて、そこからアルカリ成分が溶出しやすくなるため、この場合も本発明の効果が小さくなる。但し、このようなスラグでも効果は少なからず認められるため、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の上限は特に設けない。

コンクリート破砕物とは、一般には廃コンクリートを破砕処理したものであり、路盤材などとして用いる場合には、４０ｍｍ程度以下に破砕処理したものが用いられる。この路盤材製品としては、例えば、ＲＭ−４０やＲＣ−４０がある。
使用するアルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）の種類に特別な制限はなく、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどが挙げられる。
材料（Ａ）に対する炭酸水素塩（Ｂ）の配合率は特に限定しないが、炭酸水素塩（Ｂ）を固体として材料（Ａ）に散布・混合する場合には、材料（Ａ）の５〜１５mass％程度の配合量が好ましい。炭酸水素塩（Ｂ）の配合量が過剰であると、反応しきれない炭酸水素塩が多くなり、不経済になる。また、炭酸水素塩（Ｂ）を水溶液として材料（Ａ）に散布する場合には、例えば飽和溶液では材料（Ａ）の５〜１０mass％程度の量の水溶液を散布することが好ましい。水溶液の散布量が過剰であると、材料（Ａ）が十分に吸水することができないので、効率が悪く不経済になる。

本発明の材料の改質方法において、スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料（Ａ）と、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）を水の存在下で接触させると、材料（Ａ）のスラグやコンクリート破砕物から溶出したＣａ^２＋と水に溶解した炭酸水素塩（Ｂ）中のＣＯ_３ ^２−とが反応し、ＣａＣＯ_３を生成してアルカリ分が中和される。生成したＣａＣＯ_３はスラグやコンクリート破砕物の表面を覆うため、スラグやコンクリート破砕物からアルカリ成分が溶出しにくくなる。以上により、スラグやコンクリート破砕物を含む材料（Ａ）を、水が接触した際に水のｐＨ上昇が抑えられるように改質することができる。

スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料（Ａ）と、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）を水の存在下で接触させるための具体的な形態としては、例えば、以下のようなものある。まず、材料を施工前に改質する場合は、例えば、下記の（イ）〜（ハ）のような形態を採ることができる。
（イ）材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合し、水分を含んだ状態に置く。
（ロ）材料（Ａ）に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布する。
（ハ）材料（Ａ）を炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液に浸漬する。
また、材料（Ａ）を施工後に改質する場合は、例えば、下記の（ニ），（ホ）のような形態を採ることができる。
（ニ）材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）を散布し、該施工部を水分を含んだ状態に置く。
（ホ）材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布する。

上記（イ）の形態において、材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合した後、水分を含んだ状態に置くために必要な水は、（i）混合前の材料（Ａ）に含まれる水、（ii）混合後に供給される水、のいずれでもよく、また両方でもよい。これら（i）、（ii）の水は、降雨などにより自然に供給される水、散水により供給される水、などの供給形態は問わない。例えば、材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合したものを大気中（屋外）に静置して降雨により水分を供給させ、必要に応じて散水により水分を供給することができる。この（イ）の形態では、材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合した後、水分を含んだ状態に１週間以上、好ましくは１ヶ月以上置くことが望ましい。
上記（ロ）の形態は、上記（イ）の形態に較べて改質のための反応が速く、より効率的な処理を行うことができる。この形態において、散布する水溶液は炭酸水素塩（Ｂ）の飽和溶液が好ましい。また、溶解度を超えているために未溶解の炭酸水素塩（Ｂ）を含んでいる水溶液を使用してもよい。なお、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）のうち、炭酸水素ナトリウムの溶解度は、６．９ｇ／１００ｇ
水(０℃)、９．６ｇ／１００ｇ 水(２０℃)である。

上記（ハ）の形態は、改質のための反応が上記（ロ）の形態よりもさらに速く、特に効率的な処理を行うことができるとともに、材料（Ａ）の均一な改質処理が可能である。この形態において、浸漬に用いる水溶液は炭酸水素塩（Ｂ）の飽和溶液が好ましい。また、溶解度を超えているために未溶解の炭酸水素塩（Ｂ）を含んでいる水溶液を使用してもよく、むしろ、反応によって消費されるＣＯ_３ ^２−を補うことができるので好ましい。水溶液中での材料（Ａ）の浸漬時間は１時間以上、好ましくは１日以上が望ましい。
なお、上記（ロ）、（ハ）の形態では、水溶液の散布または水溶液中への浸漬後、必要に応じて、さらに大気中に置き、反応を進行させる。

上記（ニ）の形態において、炭酸水素塩（Ｂ）が散布された材料（Ａ）の施工部を水分を含んだ状態に置くために必要な水は、（i）施工前の材料（Ａ）に含まれる水、（ii）材料（Ａ）の施工後に供給される水、（iii）炭酸水素塩（Ｂ）の散布後に供給される水、のいずれでもよく、またそれらの２つ以上による水でもよい。これら（i）〜（iii）の水は、降雨などにより自然に供給される水、散水により供給される水、などの供給形態は問わない。例えば、材料（Ａ）の施工部に炭酸水素塩（Ｂ）を散布した後、降雨により水分を供給させ、必要に応じて散水により水分を供給する。また、より効率的且つ確実に改質がなされるようにするには、材料（Ａ）の施工部に炭酸水素塩（Ｂ）を散布した後、散水により水分を供給する。なお、材料（Ａ）の施工部の上に舗装を施す場合であって、それが透水性舗装である場合には、材料（Ａ）の施工部への水の供給（降雨や散水による水の供給）は、舗装前、舗装後のいずれでもよい。

上記（ホ）の形態は、上記（ニ）の形態に較べて改質のための反応が速く、より効率的な処理を行うことができる。この形態において、散布する水溶液は炭酸水素塩（Ｂ）の飽和溶液が好ましい。また、溶解度を超えているために未溶解の炭酸水素塩（Ｂ）を含んでいる水溶液を使用してもよい。また、材料（Ａ）の施工部の上に舗装を施す場合であって、それが透水性舗装である場合には、材料（Ａ）の施工部への水溶液の散布は、舗装前、舗装後のいずれでもよい。
以上述べたような本発明の改質方法で改質処理された材料は、路盤材、仮設道路材、海洋土木材料などのような土木工事用材料として用いることができ、この土木工事用材料は、施工後に接触する水のｐＨ上昇を抑えることができる。

［実施例１］
鉄鋼スラグを表１に示すような条件で改質処理し、この改質処理後のスラグに水が接触した際の水のｐＨを調べた。この試験では、JIS K 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法−第１部：溶出量試験方法」における「5.4
検液の調整」により調整した検液のｐＨを測定し、これを水のｐＨとした。また、改質処理を行わないスラグ（比較例）についても、同様の水のｐＨ測定を行った。それらの結果を表１に示す。

［実施例２］
鉄鋼スラグ、コンクリート破砕物のうちの１種以上からなる材料（Ａ）を路盤材や仮設道路材として施工した後、その施工された材料（Ａ）に表２および表３に示すような条件で改質処理を施し、この改質処理後の材料（Ａ）に水が接触した際の水のｐＨを調べた。この試験では、JIS K 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法−第１部：溶出量試験方法」における「5.4
検液の調整」により調整した検液のｐＨを測定し、これを水のｐＨとした。また改質処理を行わないもの（比較例）についても、同様の水のｐＨ測定を行った。それらの結果を表２および表３に示す。

Claims (8)

1. スラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上を含む材料（Ａ）（但し、材料（Ａ）がスラグ、コンクリート破砕物の中から選ばれる１種以上のみからなる場合を含む。）と、アルカリ金属の炭酸水素塩（Ｂ）を水の存在下で接触させることを特徴とする材料の改質方法。
2. 材料（Ａ）と炭酸水素塩（Ｂ）を混合し、水分を含んだ状態に置くことを特徴とする請求項１に記載の材料の改質方法。
3. 材料（Ａ）に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布することを特徴とする請求項１に記載の材料の改質方法。
4. 材料（Ａ）を炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液に浸漬することを特徴とする請求項１に記載の材料の改質方法。
5. 材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）を散布し、該施工部を水分を含んだ状態に置くことを特徴とする請求項１に記載の材料の改質方法。
6. 炭酸水素塩（Ｂ）を散布した後、散水することを特徴とする請求項５に記載の材料の改質方法。
7. 材料（Ａ）を路盤材または仮設道路材として施工した後、該施工部に炭酸水素塩（Ｂ）の水溶液を散布することを特徴とする請求項１に記載の材料の改質方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の改質方法で改質された材料からなる土木工事用材料。