JP4337217B2

JP4337217B2 - 水中沈設用資材及びその製造方法

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Publication number: JP4337217B2
Application number: JP2000069253A
Authority: JP
Inventors: 誠加藤; 典男磯尾; 達人高橋; 廣久中島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2001251987A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣａＯ含有廃材や鉄鋼製造プロセスで発生したスラグなどの未炭酸化Ｃａ含有材を炭酸化反応により固結させて得られる炭酸固化体を利用した水中沈設用資材、より詳細には、藻礁（海底に生育する海藻類の群落場所）・漁礁用石材、築磯用石材、海底マウンド用石材、河床用石材、湖沼・池の沈設用石材、さらには、水質浄化を主目的として海、河川、湖沼、池等に沈設または敷設される石材等として使用される水中沈設用資材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
藻礁や漁礁は沿岸海域における海中動植物の生産の場であり、有用魚介類や海藻類の生息場、魚介類の産卵場、稚仔魚の成育場、餌場等として不可欠な場所であると言える。また最近では、海水中の窒素やリンが海藻類に取り込まれ或いは藻礁や漁礁内の食物連鎖を通じて他の生物に取り込まれることにより除去されることや、藻礁内で懸濁物質が沈降して水中から取り除かれることなど、藻礁の水質浄化作用についても注目されつつある。
【０００３】
しかし、近年、藻礁や漁礁は沿岸の埋め立てや海水の汚濁などの影響により急速な消失、衰退が続いており、特に最近では、多くの沿岸海域で所謂“磯焼け”と呼ばれる現象が発生し、大きな問題となっている。
このようなことから藻礁や漁礁を早急に回復させるために、海中に藻礁・漁礁用の沈設資材を設置することが行われるようになってきた。
従来使用されている藻礁・漁礁用の沈設資材としては、コンクリート漁礁等のようなコンクリート製のプレキャスト体が一般的である。
【０００４】
しかし、コンクリートはｐＨが高いため（通常、ｐＨ１２〜１２．５程度）、コンクリート製の沈設資材は周囲の海水のｐＨを上昇させ、海中の動植物の生息・成育環境に悪影響を与えるという大きな問題があり、また、同様の理由から資材自体に対する海藻類等の水生植物の着生や生育の遅延を生じるという問題もある。さらに、コンクリート製の沈設資材は所謂磯焼けの原因となる石灰藻の付着繁殖を促すとされている。したがって、以上のような点からしてコンクリート製品は藻礁用や漁礁用の沈設用資材としては全く適さない。
【０００５】
このような従来のコンクリート製品に対して、鉄鋼製造プロセスで発生した粉粒状のスラグを炭酸化反応により固結させた炭酸固化体を水中沈設用資材として利用する技術が特開平１１−７１１６０号公報、特開平１１−１９３５１６号公報に開示されている。
【０００６】
このスラグの炭酸固化体からなる水中沈設用資材は、▲１▼スラグ中に含まれる未炭酸化Ｃａの大部分がＣａＣＯ_３に変化するため未炭酸化Ｃａによる海水のｐＨ上昇を防止でき、水中の動植物に好適な棲息・成育環境を提供できる、▲２▼粉粒状のスラグを炭酸固化して得られた塊状物であるため全体がポーラスな性状を有しており、このため石材表面に海藻類などの水生植物が付着し易く、しかも石材内部もポーラス状であるため、石材中に含まれている水生植物の成育促進に有効な成分（例えば、可溶性シリカや鉄分）が水中に溶出しやすく、水生植物の成育を効果的に促進することができる、▲３▼水質浄化用石材としても、全体がポーラスな性状を有し且つその多孔質内部や周囲の水のｐＨを上昇させることがないため、優れた微生物担体機能（多様な生物、特に微生物を安定して棲息させる機能）を有し、多様な微生物を固定して微生物による有機性汚濁物質の分解と窒素化合物の硝化を効率的に促進させることができ、さらには、水生植物が付着・成育性が高いことから、水生植物による富栄養分の吸収を促進させることによって自然の水質浄化能力を向上させることができる、など水中沈設用資材として従来のコンクリート製品にはない優れた性能を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
海中に漁礁、藻礁或いは人工珊瑚礁などを造成するために用いられる水中沈設用資材は、藻類や海中微小生物の成育、棲息に適したものでなければならず、上記従来技術の炭酸固化体は微細気孔を有するポーラスな性状で且つ海水のｐＨ上昇を防止できる点においては、藻類や海中微小生物の成育、棲息に適したものであると言える。
【０００８】
一方、太陽光を十分に吸収して藻類に活発な光合成を行わせ、また藻類や海中微小生物の成育や棲息に適したスペースを提供するという観点からは、水中沈設用資材は大きい表面積を有することが求められる。例えば、自然界の珊瑚はその体内に褐虫藻類が共生し、その褐虫藻類が光合成を行なうことにより酸素を作り出し、栄養分を供給する働きを行っているが、水中沈設用資材による人工礁においてそのような褐虫藻類の光合成を効率良く行わせるためには、太陽光が十分に当たる表面積が必要になる。
【０００９】
しかし、上記従来技術に開示された水中沈設用資材は、スラグの粉粒体を型枠に充填して炭酸固化させて得られたブロック状乃至塊状の炭酸固化体であり、この炭酸固化体は微細な気孔を有するものの、その質量に較べた表面積が小さく、このため気孔中に棲息する褐虫藻類に効率良く光合成を行わせることができない。また、藻類や海中微小生物の成育や棲息に適した環境スペースも限られたものとなる。
【００１０】
したがって本発明の目的は、スラグなどの未炭酸化Ｃａ含有材を炭酸固化させて得られる炭酸固化体を利用した資材であって、大きな表面積を確保することが可能であり、これにより褐虫藻類などの光合成を活性化でき、また広く藻類や海中微小生物の成育や棲息に適した環境スペースを提供することができる水中沈設用資材を得ることにある。
また、本発明の他の目的は、スラグなどの未炭酸化Ｃａ含有材を炭酸固化させて得られる炭酸固化体を利用した資材であって、大きな表面積を確保することが可能であり、しかも強度や水中での安定性（定置安定性）にも優れた水中沈設用資材を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく実験と検討を重ねた結果、金属製などの芯材を用い、その芯材の周囲に配された未炭酸化Ｃａ含有材を炭酸固化させ、その炭酸固化物により芯材の表面を覆う被覆層を形成することにより、質量に対する表面積が大きく、しかも強度や水中での安定性にも優れた水中沈設用資材が得られることを見い出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
[1] 芯材の周囲に配された未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を、主として主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により芯材の表面を覆う被覆層を形成したことを特徴とする水中沈設用資材。
【００１３】
[2] 上記[1]の水中沈設用資材において、未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする水中沈設用資材。
[3] 上記[1]または[2]の水中沈設用資材において、芯材が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有することを特徴とする水中沈設用資材。
[4] 上記[1]〜[3]のいずれかの水中沈設用資材において、芯材が人工漁礁用の金属製構造体であることを特徴とする水中沈設用資材。
【００１４】
[5] 管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体を、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料の充填層内に配置し、該管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより、前記管体外側の石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記管体の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材である管体の表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
【００１５】
[6] 上記[5]の製造方法において、充填層中の石材原料の一部が管体外側で固結することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[7] 上記[5]の製造方法において、充填層が管体形状に沿って形成され、該充填層中の石材原料のほぼ全部が管体外側で固結することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
【００１６】
[8] 管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体の外面に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を急結剤を用いて付着させ、該管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより、前記管体外面に付着した石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記管体の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材である管体の表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
【００１７】
[9] 芯材の外面に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料をバインダー急結剤を用いて付着させ、該石材原料を付着させた芯材をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器内に置くことにより、石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記芯材の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
【００１８】
[10] 石材原料の充填層が芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠内に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を充填するとともに、該石材原料の充填層内部に芯材を配置し、前記型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより、石材原料の前記充填層を主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記芯材の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
【００１９】
[11] 上記[10]の製造方法において、型枠の一端側からその内部にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[12] 上記[10]の製造方法において、型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用い、前記ガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
【００２０】
[13] 上記[10]の製造方法において、型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用いるとともに、芯材として管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体を用い、前記型枠のガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給するとともに、前記管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
【００２１】
[14] 上記[5]〜[13]のいずれかの製造方法において、未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[15] 上記[5]〜[14]のいずれかの製造方法において、芯材が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[16] 上記[5]〜[15]のいずれかの製造方法において、芯材が人工漁礁用の金属製構造体であることを特徴とする水中沈設用資材。
【００２２】
[17] 内部空間形状が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有する型枠内に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を充填し、前記型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより、石材原料の前記充填層を主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、しかる後、該固結物を脱型することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[18] 上記[17]の製造方法において、型枠の一端側からその内部にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
【００２３】
[19] 上記[17]の製造方法において、型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用い、前記ガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
[20] 上記[17]〜[19]のいずれかの製造方法において、未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする水中沈設用資材。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の水中沈設用資材は、芯材の周囲に配された未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を、主として主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、この固結物により芯材の表面を覆う被覆層を形成したものである。
【００２５】
ＣａＯなどの未炭酸化Ｃａを含む固体粒子を炭酸ガス雰囲気下に置くと、下記反応式（ＣａＯの場合）によってＣａＣＯ_３が生成し、このＣａＣＯ_３をバインダーとして粒子間に固結現象を生じる。
ＣａＯ＋ＣＯ_２ → ＣａＣＯ_３
なお、未炭酸化Ｃａ含有材がスラグの場合、大部分のスラグにはＣａＯとともにある程度の量のＭｇＯが含まれており、このＭｇＯ（このＭｇＯが変化したＭｇ（ＯＨ）_２を含む）も上記炭酸化反応によりＭｇＣＯ_３に変化し、バインダーの一部となる。
【００２６】
本発明において使用する芯材の形状は任意であるが、複雑な形状を有する芯材を用いることにより質量に対して表面積の大きい水中沈設用資材を得ることができる。例えば、芯材として複数の枝状部及び／又は凹凸部を有するものを用いれば、珊瑚形状や樹枝形状の水中沈設用資材が得られる。また、芯材としては例えば箱型やフレームやパイプを立体的に組み立てた人工漁礁用の金属製構造体などを用いることができる。
また、芯材の材質も特に限定されないが、強度や形状の選択性などの点で鋼材などの金属が好ましい。また、樹脂製などの芯材を用いることもできる。
【００２７】
図１及び図２はそれぞれ本発明の水中沈設用資材を、石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層を断面した状態で示したものである。
図１において、１ａは芯材、２ａは芯材１ａの表面を覆う被覆層であり、この被覆層２ａは、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させた固結物からなるものである。芯材１ａは複数の枝分かれ部を有する珊瑚形状又は樹枝形状のものであり、したがって、水中沈設用資材もほぼ相似形状である。
図２において、１ｂは芯材、２ｂは芯材１ｂの表面を覆う被覆層であり、この被覆層２ｂも、図１と同様の石材原料の固結物からなるものである。芯材１ｂはフレームやパイプを立体的に組み立てた人工漁礁用の金属製構造体からなっている。
【００２８】
このような水中沈設用資材は、芯材１の形状を選択することにより任意の形状に構成することができるため、褐虫藻類などの光合成を活性化でき、また藻類や海中微小生物の成育や棲息に適した環境スペースを提供できる大きい表面積を有する資材を得ることができる。また、芯材１を用いたことで優れた強度と水中での安定性（芯材の重量による定置安定性）を確保できる。さらに、芯材１を用いたことで優れた強度が確保できるため、炭酸固化体（石材原料の固結物＝被覆層２）の気孔率や気孔径の大きさの調整幅が広く、このため炭酸固化体の気孔率や気孔径の大きさを適宜調整することにより、炭酸固化体の表面や内部に褐虫藻類などの棲息や光合成に適した空間（気孔）を形成することができる。
【００２９】
前記被覆層２ａ，２ｂの主原料である未炭酸化Ｃａ含有材は、組成としてＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）_２を含むものであればよく、したがって、鉱物としてのＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２の他に、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ガラスなどのように組成の一部として固体粒子中に存在するものも含まれる。
【００３０】
このような未炭酸化Ｃａ含有材の種類に特に制限はないが、特にＣａＯ（および／またはＣａ（ＯＨ）_２）の含有率が高く、しかも資源のリサイクルを図ることができるという点で、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ、コンクリート（例えば、廃コンクリート）が好ましい。また、上記スラグやコンクリート以外に、モルタル、ガラス、アルミナセメント、ＣａＯ含有耐火物などが挙げられ、これらの固体粒子の集合体の１種以上を単独でまたは混合して、或いはスラグおよび／またはコンクリートと混合して使用することもできる。
これらの素材は必要に応じて破砕処理され、粉状及び／又は粒状の固体粒子の集合体として用いられる。
【００３１】
鉄鋼製造プロセスで発生するスラグとしては、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグなどの高炉系スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグなどの製鋼系スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また、２種以上のスラグを混合して用いることもできる。
また、コンクリートとしては、例えば、建築物や土木構造物の取壊しなどにより生じた廃コンクリートなどを用いることができる。
【００３２】
また、石材原料は、主原料である未炭酸化Ｃａ含有材の他に、金属鉄、酸化鉄、可溶性シリカ、未炭酸化カルシウムの中から選ばれる１種以上を含むことができる。
被覆層２中に含まれる鉄分（金属鉄、酸化鉄）は、水中に溶出して水中の硫黄を固定（硫化鉄の生成）し、さらに、石材表面に付着する藻類等の水生植物の栄養源となる。このため石材中には適量の鉄分が含まれていることが好ましい。
【００３３】
鉄鋼製造プロセスで発生するスラグには相当量の鉄分が含まれており、このスラグから地金（鉄分）を回収する工程を経た後でも、スラグ中にはある程度の鉄分が残存している。したがって石材原料にスラグを用いる場合には、通常、石材原料中にはある程度の鉄分が含まれることになるが、石材に鉄分を含有させる場合、そのような元々含まれる鉄分を利用してもよいし、或いは別途添加材として鉄分（金属鉄または酸化鉄）を添加してもよい。この添加材としては、例えば、鉄鋼製造プロセスで発生する含鉄ダスト（製鉄ダスト等）、ミルスケールを用いてもよい。
【００３４】
被覆層２中に含まれる可溶性シリカは、水中に溶出して石材表面に付着する藻類等の水生植物の栄養源となる。このため石材原料中には適量の可溶性シリカを含ませることもできる。可溶性シリカ源としては、例えば、火力発電所等において石炭燃焼により生じるフライアッシュ（可溶性シリカ含有量：４５〜７５重量％）、クリンカーアッシュ（可溶性シリカ含有量：５０〜６５重量％）を用いてもよい。
【００３５】
被覆層２中に少量のカルシウム分が含まれる場合、これが水中に微量に溶出して水中の燐を固定（燐を吸着してリン酸カルシウムを生成）する。このため石材原料中には未炭酸化カルシウム分（ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２等）が少量含まれていてもよい。なお、被覆層２中に未炭酸化カルシウム分が多量に含まれる場合には、先に述べたコンクリート製資材と同様に水のｐＨを上昇させるという問題があるが、燐を吸着するには炭酸固化後に残存する程度の少量の未炭酸化カルシウムが含まれていれば足りる。
【００３６】
被覆層２中に未炭酸化カルシウム分を含有させるには、石材原料中のＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２の一部を炭酸化させることなく残存させる方法が採られる。この未炭酸化のままで残存させるカルシウム分としては元々石材原料中に含まれるカルシウム分であってもよいし、石材原料中に添加材として添加されたカルシウム分であってもよい。
【００３７】
また、被覆層２中には上記成分以外にも、必要に応じて任意の成分を適量、すなわち被覆層の強度低下等を招かない限度で適宜含有させることができる。
また、バインダーとなる成分として、例えば、セメントや水砕スラグ微粉末等を少量添加してもよい。
主原料である未炭酸化Ｃａ含有材や他の石材原料の粒度は特に限定されないが、一般には全量５０ｍｍ以下、好ましくは実質的に６ｍｍ以下が望ましい。
【００３８】
次に、本発明の水中沈設用資材の製造方法について説明する。
図３は本発明の水中沈設用資材の製造方法の一実施形態を示すもので、同図（イ）は容器Ｂ及び充填層Ａを断面した状態を、その部分拡大図は管体３（芯材１）を断面した状態を、同図（ロ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
【００３９】
この実施形態では、芯材１として、管壁に適当な間隔で複数のガス通孔３０が貫設された管体３を用いている。この管体３は図１に示した芯材と同様、複数の枝分かれ部を有する珊瑚形状又は樹枝形状であり、その管壁全体に適当な間隔で複数のガス通孔３０が貫設されているとともに、その基端部３１（幹部の端部）から管体３内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスが供給されるようになっている。なお、管壁に貫設するガス通孔３０の孔径やピッチは、石材原料の種類や粒度、管体３の径、被覆層２の厚さ、ガス吹込み流量に応じて適宜選択される。また、管体３の各枝分かれ部の先端が開放していると、この開放端に向けてガスが優先的に流れる恐れがあり、これを考慮する場合には各枝分かれ部の先端を閉塞した構造とする。
【００４０】
前記管体３を、適当な容器Ｂ内に形成された未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料（以下、単に「石材原料」という）の充填層Ａ内に配置する。この際、管体３を容器Ｂ内に適当な保持手段を介して配置し、しかる後、容器Ｂ内に石材原料を装入し、充填層Ａを形成する。この充填層Ａは得ようとする被覆層２の気孔率などに応じて、必要に応じて締め固めがなされる。この締め固めは加圧方式や振動方式などにより行うことができる。この石材原料の締め固めは、後述する各実施形態も同様である。
【００４１】
次いで、管体３内にその基端部３１（なお、この基端部３１は充填層Ａの上面から出ている）からＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給し、これを前記ガス通孔３０から吐出させる。これにより管体３外側の石材原料が、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成したＣａＣＯ_３をバインダーとして固結し、この固結物により管体３の表面を覆う被覆層２が形成される。管体３の周囲の石材原料のみが固化する条件でガスの吹込みを終了し、管体３を充填層Ａから取り出すことにより、芯材１である管体３の表面を前記固結物の被覆層２が覆う水中沈設用資材が得られる。
【００４２】
未炭酸化Ｃａ含有材を含む石材原料を炭酸ガスとの反応を利用して効率的に炭酸固化させるには水分が必要である。これは水にＣａＯと炭酸ガスが溶解することにより炭酸化反応が促進されるためである。したがって、石材原料には適量の水が添加される必要がある。一般に、石材原料中の水分量は、水分含有量３％以上であって、且つ原料充填層内に炭酸ガスが流れる通路が確保されるとともに、ガス吹き込みにより原料充填層が崩壊（流動化）するようなことがない程度の水分含有量とすることが好ましい。
【００４３】
使用されるＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスとしては、例えば一貫製鉄所内で排出される石灰焼成工場排ガス（通常、ＣＯ_２：２５％前後）や加熱炉排ガス（通常、ＣＯ_２：６．５％前後）等が好適であるが、これらに限定されるものではない。また、ＣＯ_２含有ガス中のＣＯ_２濃度が低すぎると処理効率が低下するという問題を生じるが、それ以外の問題は格別ない。したがって、ＣＯ_２濃度は特に限定しないが、効率的な処理を行うには３％以上のＣＯ_２濃度とすることが好ましい。
【００４４】
また、ＣＯ_２の吹込量にも特別な制限はなく、充填層が流動しない程度にガス吹き込みを行えばよいが、一般的な目安としては０．００４〜０．５ｍ^３／ｍｉｎ・ｔ（原料ｔｏｎ）程度のガス吹き込み量が確保できればよい。また、ガス吹き込み時間（炭酸化処理時間）にも特別な制約はないが、目安としては炭酸ガス（ＣＯ_２）の吹込量が未炭酸化Ｃａ含有材の重量の３％以上となる時点、すなわち、ガス量に換算すると材料１ｔ当たり１５ｍ^３以上のＣＯ_２が供給されるまでガス吹き込みを行うことが好ましい。
【００４５】
吹き込まれるＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスは常温でよいが、ガスが常温よりも高温であればそれだけ反応性が高まるため有利である。但し、ガスの温度が過剰に高いと充填層の水分を乾燥させたり、或いはＣａＣＯ_３がＣａＯとＣＯ_２に分解してしまうため、高温ガスを用いる場合でもこのような分解を生じない程度の温度のガス（通常、水の沸点以下）を用いる必要がある。
【００４６】
図４は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）は型枠４及び充填層Ａを断面した状態を、その部分拡大図は管体３（芯材１）を断面した状態を、同図（ロ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では、管壁に適当な間隔で複数のガス通孔３０が貫設された管体３を用いる点は図３の実施形態と同様であるが、石材原料の充填層Ａが芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠４を用い、この型枠４により充填層Ａを管体形状に沿って形成し、この充填層Ａ中の石材原料のほぼ全部を管体３の外側で固結させるようにしたものである。
【００４７】
この実施形態では、例えば、管体３を型枠４内に適当な保持手段を介して配置し、しかる後、型枠４内に石材原料を装入し、充填層Ａを形成する。次いで、管体３内にその基端部３１からＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給し、これを前記ガス通孔３０から吐出させ、充填層Ａ全体を固結させる。そして、充填層Ａ全体が固結した後脱型することにより、芯材１である管体３の表面を充填層の前記固結物による被覆層２が覆う水中沈設用資材が得られる。
その他の構成及び製造条件は、図３に示す実施形態と同様である。
【００４８】
図５は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）は管体３（芯材１）に対する石材原料ａの付着層を断面した状態を、その部分拡大図は管体３を断面した状態を、同図（ロ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では、芯材１として管壁全体に適当な間隔で複数のガス通孔３０が貫設された管体３を用いるのは図３の実施形態と同様であるが、この管体３の外面に石材原料ａを急結剤を用いて付着させる。そして、この管体３内にその基端部３１からＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔３０から吐出させることにより、管体外面に付着した石材原料ａを固結させ、管体３の表面を覆う被覆層２を得るものである。
【００４９】
前記急結剤としては、セメントの急結剤として用いられている公知の急結剤を用いることができる。石材原料ａを管体３の外面に付着させるには、例えば、あらかじめ最適水分含有量に調整した石材原料ａを圧送して吹き付け用ノズルの先端で急結剤を添加し、これを管体３に吹き付けて付着させる方法など、任意の方法を採用することができる。
【００５０】
図６は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）とその部分拡大図は芯材１に対する石材原料ａの付着層を断面した状態を、同図（ロ）は容器Ｃ及び石材原料ａの付着層を断面した状態を、同図（ハ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では芯材１（この場合は、管体でなくてよい）の外面に石材原料ａを急結剤を用いて付着させるのは図５の実施形態と同様であるが、この石材原料ａを付着させた芯材１をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器Ｃ内に置くことにより芯材外面に付着した石材原料ａを固結させ、芯材１の表面を覆う被覆層２を得るものである。
なお、急結剤や石材原料を芯材外面に付着させる方法は、図５に示す実施形態と同様である。
【００５１】
図７は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）とその部分拡大図は型枠５及び充填層Ａを断面した状態を、同図（ロ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では、石材原料の充填層Ａが芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠５を用い、この型枠５内に石材原料の充填層Ａを形成するとともに、この充填層Ａ内部に芯材１を配置する。この実施形態では、例えば芯材１を型枠５内に適当な保持手段を介して配置し、しかる後、型枠５内に石材原料を装入し、充填層Ａを形成する。
【００５２】
次いで、型枠５内にその一端側からＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより石材原料を固結させる。そして、充填層Ａ全体が固結した後脱型することにより、芯材１の表面を充填層の前記固結物による被覆層２が覆う水中沈設用資材が得られる。なお、本実施形態のように型枠５が芯材の形状に応じた複雑な形状（本実施形態では複数の枝分かれ部を有する形状）の場合には、ガスの通気性を確保するため型枠の複数箇所（本実施形態では、各枝分かれ部の先端）から排気を行うことが好ましい。
【００５３】
図８は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）とその部分拡大図は型枠６及び充填層Ａを断面した状態を、同図（ロ）は容器Ｃ、型枠６及び充填層Ａを断面した状態を、同図（ハ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では、石材原料の充填層Ａが芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠６を用いる点は図７に示す実施形態と同様であるが、この型枠６の型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔６０を貫設し、このガス通孔６０を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給するようにしたものである。
【００５４】
この実施形態では、図７の実施形態と同様にして型枠６内に石材原料の充填層Ａを形成するとともに、充填層Ａ内部に芯材１を配置する。そして、この型枠６をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器Ｃ内に適当な保持手段を介して配置し、前記ガス通孔６０を通じて型枠６内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することで充填層Ａの石材原料ａを固結させる。そして、充填層Ａ全体が固結した後脱型することにより、芯材１の表面を充填層の前記固結物による被覆層２が覆う水中沈設用資材が得られる。
【００５５】
図９は本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示すもので、同図（イ）は型枠６及び充填層Ａを断面した状態を、その部分拡大図は管体３（芯材１）を断面した状態を、同図（ロ）は容器Ｃ、型枠６及び充填層Ａを断面した状態を、同図（ハ）は石材原料の固結物（炭酸固化物）である被覆層２を断面した状態をそれぞれ示している。
この実施形態では、型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔６０が貫設され、且つ石材原料の充填層Ａが芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠６を用いる点は図７に示す実施形態と同様であるが、芯材１として管壁全体に適当な間隔で複数のガス通孔３０が貫設された管体３を用いる。
【００５６】
この実施形態では、石材原料の充填層Ａを形成し、且つ充填層Ａの内部に管体３（芯材１）を配置した型枠６をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器Ｃ内に適当な保持手段を介して配置し、前記ガス通孔６０を通じて型枠６内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給するとともに、前記管体３内にもＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔３０から吐出させることにより型枠６内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給し、これにより充填層Ａの石材原料ａを固結させる。そして、充填層Ａ全体が固結した後脱型することにより、芯材１である管体３の表面を充填層の前記固結物による被覆層２が覆う水中沈設用資材が得られる。
【００５７】
また、図１０及び図１１は芯材を用いないで水中沈設用資材を製造する本発明法の実施形態をそれぞれ示している。なお、図１０（イ）は型枠７及び充填層Ａを断面した状態を示している。また、図１１（イ）及びその部分拡大図は型枠８及び充填層Ａを断面した状態を、同図（ロ）は容器Ｃ、型枠８及び充填層Ａを断面した状態をそれぞれ示している。
このうち図１０の実施形態では、内部空間形状が複数の枝状部を有する型枠７内に石材原料を充填して充填層Ａを形成し、この型枠７内にその一端側からＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより充填層Ａを固結させ、しかる後、この固結物を脱型することにより水中沈設用資材を得るものである。
【００５８】
また、図１１の実施形態では、型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔８０が貫設され、且つ内部空間形状が複数の枝状部を有する型枠８を用い、この型枠８内に石材原料を充填して充填層Ａを形成した後、型枠８をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器Ｃ内に適当な保持手段を介して配置し、前記ガス通孔８０を通じて型枠８内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより充填層Ａを固結させ、しかる後、この固結物を脱型することにより水中沈設用資材を得るものである。
【００５９】
なお、以上のような芯材を使用しない製造方法では、型枠として内部空間形状が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有する型枠が用いられ、これにより表面積が大きい水中沈設用石材が得られる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べた本願の請求項１〜４の発明の水中沈設用資材によれば、芯材の形状を選択することにより任意の形状に構成することができるため、大きな表面積を確保することが可能であり、これにより褐虫藻類などの光合成を活性化でき、また広く藻類や海中微小生物の成育や棲息に適した環境スペースを提供することができる。また、芯材を用いたことで優れた強度と水中での安定性（芯材の重量による定置安定性）を確保できる。さらに、芯材を用いたことで優れた強度が確保できるため、従来技術により得られる水中沈設用石材に比べて炭酸固化体（被覆層）の気孔率や気孔径の大きさの調整幅が広く、このため気孔率や気孔径の大きさを適宜調整することにより、炭酸固化体の表面や内部に褐虫藻類などの棲息や光合成に適した空間（気孔）を形成することができる。
【００６１】
また、請求項５〜１６の発明の製造方法によれば、以上のような水中沈設用資材を安価に且つ効率的に製造することができる。また、請求項１７〜２０の発明の製造方法によれば、芯材を用いることなく大きい表面積を有する水中沈設用資材を安価に且つ効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水中沈設用資材の一実施形態を被覆層を断面した状態で示す説明図
【図２】本発明の水中沈設用資材の他の実施形態を被覆層を断面した状態で示す説明図
【図３】本発明の水中沈設用資材の製造方法の一実施形態を示す説明図
【図４】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図５】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図６】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図７】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図８】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図９】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図１０】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【図１１】本発明の水中沈設用資材の製造方法の他の実施形態を示す説明図
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ…芯材、２、２ａ，２ｂ…被覆層、３…管体、４，５，６，７，８…型枠、ａ…石材原料、Ａ…充填層、Ｂ，Ｃ…容器、３１…基端部、３０，６０，８０…ガス通孔

Claims

芯材の周囲に配された未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を、主として主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により芯材の表面を覆う被覆層を形成したことを特徴とする水中沈設用資材。
未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする請求項１に記載の水中沈設用資材。
芯材が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の水中沈設用資材。
芯材が人工漁礁用の金属製構造体であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の水中沈設用資材。
管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体を、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料の充填層内に配置し、該管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより、前記管体外側の石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記管体の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材である管体の表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
充填層中の石材原料の一部が管体外側で固結することを特徴とする請求項５に記載の水中沈設用資材の製造方法。
充填層が管体形状に沿って形成され、該充填層中の石材原料のほぼ全部が管体外側で固結することを特徴とする請求項５に記載の水中沈設用資材の製造方法。
管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体の外面に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を急結剤を用いて付着させ、該管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより、前記管体外面に付着した石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記管体の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材である管体の表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
芯材の外面に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料をバインダー急結剤を用いて付着させ、該石材原料を付着させた芯材をＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガス雰囲気の容器内に置くことにより、石材原料を、主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記芯材の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
石材原料の充填層が芯材形状に沿って形成されるような内部形状を有する型枠内に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を充填するとともに、該石材原料の充填層内部に芯材を配置し、前記型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより、石材原料の前記充填層を主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、該固結物により前記芯材の表面を覆う被覆層を形成させ、芯材表面を前記固結物の被覆層が覆う水中沈設用資材を得ることを特徴とする、水中沈設用資材の製造方法。
型枠の一端側からその内部にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする請求項１０に記載の水中沈設用資材の製造方法。
型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用い、前記ガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする請求項１０に記載の水中沈設用資材の製造方法。
型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用いるとともに、芯材として管壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された管体を用い、前記型枠のガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給するとともに、前記管体内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給してこれを前記ガス通孔から吐出させることにより型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする請求項１０に記載の水中沈設用資材の製造方法。
未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３に記載の水中沈設用資材の製造方法。
芯材が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有することを特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４に記載の水中沈設用資材の製造方法。
芯材が人工漁礁用の金属製構造体であることを特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の水中沈設用資材。
内部空間形状が複数の枝状部及び／又は凹凸部を有する型枠内に、未炭酸化Ｃａ含有材の粒状物及び／又は粉状物を主原料とする石材原料を充填し、前記型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することにより、石材原料の前記充填層を主としてその主原料中に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ_３をバインダーとして固結させ、しかる後、該固結物を脱型することを特徴とする水中沈設用資材の製造方法。
型枠の一端側からその内部にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする請求項１７に記載の水中沈設用資材の製造方法。
型枠壁に適当な間隔で複数のガス通孔が貫設された型枠を用い、前記ガス通孔を通じて型枠内にＣＯ_２又はＣＯ_２含有ガスを供給することを特徴とする請求項１７に記載の水中沈設用資材の製造方法。
未炭酸化Ｃａ含有材がＣａＯ含有廃材及び／又は鉄鋼製造プロセスで発生したスラグであることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の水中沈設用資材。