(57)【要約】【課題】  埋設後の優れたフッ素溶出抑制効果と膨張抑制効果を有し、埋設前に破砕を実施しなくても粒状の形態を呈した土中埋設材の製造方法を提供する。また、土中埋設材の使用方法を提供する。【解決手段】  フッ素を含有する製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する工程と、エージング処理の工程とを含んでなる製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法において、フッ素を含有する製鋼スラグに前記エージング処理をしてから、前記カルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する土中埋設材の製造方法である。フッ素を含有する製鋼スラグを破砕してから、前記エージング処理をすることが好ましい。  そして、上記によって製造した土中埋設材を、エージング処理を行わずに土中に埋設する土中埋設材の使用方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素を含有する製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する工程と、エージング処理の工程とを含んでなる製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法において、
フッ素を含有する製鋼スラグに前記エージング処理をしてから、前記カルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合することを特徴とする製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法。
【請求項２】
フッ素を含有する製鋼スラグを破砕してから、前記エージング処理をすることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法。
【請求項３】
前記エージング処理として、強制エージング処理と自然エージング処理の両方のエージング処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法によって製造した土中埋設材を、エージング処理を行わずに土中に埋設することを特徴とする土中埋設材の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め立てや路盤形成等に用いられる土中埋設材の製造方法および土中埋設材の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鋼工程で発生する製鋼スラグは、埋め立てや路盤形成等に用いられる土中埋設材として利用されている。そして、製鋼スラグがフッ素を含有している場合、埋設後の土中に環境基準を超えたフッ素が溶出する懸念がある。これについては、土壌環境基準として環境庁告示第４６号試験において、検液１Ｌあたりのフッ素溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下であることが定められている。そして、製鋼スラグの場合、一例としてスラグ全体の２〜３質量％程度以下のフッ素を含み得るが、これを超える程のフッ素含有量に及ぶこともあり得る。そこで、フッ素の溶出量を低減する手法として、製鋼スラグに各種の固定剤を混合し、これと反応させることでフッ素を安定化する手法が提案されている。
【０００３】
例えば、製鋼スラグに、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３や３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３等の組成で示されるカルシウムアルミネートの固定剤を混合する手法は、カルシウムアルミネート中のカルシウムイオンやアルミニウムイオンが、水の存在下で製鋼スラグ中のフッ素イオンと反応して、水和化合物を形成し、フッ素を安定化するものである（特許文献１）。そして、この手法において、さらに石膏（硫酸カルシウム）を混合すると、硫酸イオンとも反応して形成された水和化合物は、より確実にフッ素を安定化する（特許文献２、３）。
【０００４】
ところで、製鋼工程で発生した製鋼スラグは、石灰成分を含んでいる。よって、そのままの状態で土中に埋設すると、上記の石灰が土中の水分と反応して体積が膨張し、整地面が凸凹に経時変形する原因となる。これについては、ＪＩＳ−Ａ−５０１５「道路用鉄鋼スラグ」の附属書２で規定する水浸膨張試験において、例えば路盤材としたときの膨張率が１．５％以下であることが定められている。そこで、埋設前の製鋼スラグには、加湿環境下で一定時間加温する強制エージング処理（水熱処理、蒸気養生処理）や、屋外等の環境下で一定期間放置する自然エージング処理（屋外暴露処理）といった各種のエージング処理を実施して、事前に体積膨張させておくことが有効である。そして、上記の特許文献１〜３の手法は、製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合した後に上記のエージング処理を実施することで、製鋼スラグの体積膨張と前述した水和反応を同時に進行させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２５３８３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５９５７０号公報
【特許文献３】特開２００１−３１６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３が提案する手法は、埋設後のフッ素の溶出を抑制できる手法として有効である。そして、埋設後の整地面を維持できる手法としても有効である。しかし、これらの手法によって提供された土中埋設材は、その外観の一例を図２に示す通り、アルミナセメントの成分であるカルシウムアルミネートの作用により塊状に硬化しており、土中に埋設する際には、これを所定の粒度に破砕する必要があった。土中埋設材が大きな塊状であると、これを埋設したときの土中に空隙ができて、整地後の表面の凹凸の原因となる。また、カルシウムアルミネートを混合する前の製鋼スラグは、混合後の上記水和反応性を高めるために、一般的に一度破砕処理を行っている。したがって、特許文献１〜３の手法だと、混合前の製鋼スラグの時点で一度破砕した場合には、それにも関わらず、混合後に得られた土中埋設材を再度破砕する必要が生じ得ることから、時間的にも経費的にも不利である。
【０００７】
本発明の目的は、従来の優れたフッ素溶出抑制効果と、さらには優れた膨張抑制効果を維持して、埋設前の破砕を実施しなくてもよい土中埋設材の製造方法を提供することである。そして、これによって製造した土中埋設材の使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、従来の手法によった土中埋設材が固化する原因を調査した。その結果、この固化現象は、カルシウムアルミネートや石膏を混合した後のエージング処理に起因していることを知見した。そこで、カルシウムアルミネートや石膏の挙動に及ぼすエージング工程の影響を調べたことで、上記の混合工程およびエージング工程の間には最適な順序があることを見いだし、これによって埋設前の破砕の問題を解決できることを突きとめ、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、フッ素を含有する製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する工程と、エージング処理の工程とを含んでなる製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法において、フッ素を含有する製鋼スラグに前記エージング処理をしてから、前記カルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合することを特徴とする製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法である。上記において、フッ素を含有する製鋼スラグを破砕してから、前記エージング処理をすることが好ましい。また、前記エージング処理としては、強制エージング処理と自然エージング処理の両方のエージング処理を行うことが好ましい。
そして、本発明は、上記本発明の製鋼スラグを使用した土中埋設材の製造方法によって製造した土中埋設材を、エージング処理を行わずに土中に埋設することを特徴とする土中埋設材の使用方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、埋設後の優れたフッ素溶出抑制効果と膨張抑制効果を有した上で、埋設前の破砕を実施しなくてもよい土中埋設材を提供することができる。そして、この提供された土中埋設材の使用方法として、エージング処理を行わずに土中に埋設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明法で製造した土中埋設材の外観の一例を示す図面代用写真である。
【図２】従来法で製造した土中埋設材の外観の一例を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の特徴は、整地面の経時変形を抑制するためには有効な埋設前の体積膨張工程であるエージング処理について、その適用時期を見直したところにある。以下に、本発明の各構成要件について説明する。
【００１３】
（１）本発明は、フッ素を含有する製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する工程と、エージング処理の工程とを含んでなる土中埋設材の製造方法である。
フッ素を含有した製鋼スラグを処理することで、これを土中埋設材として成立させるためには、二つの処理工程が必要である。一つは、製鋼スラグ中のフッ素を安定化するための処理工程であり、代表的な方法は製鋼スラグに混合した固定剤との水和反応である。もう一つは、製鋼スラグを予め十分に膨張させるための処理工程であり、具体的には上述した強制または自然エージング処理である。
【００１４】
そして、フッ素を安定化するための処理工程については、従来提案されている通り、フッ素を含有する製鋼スラグにカルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する手法が有効である。したがって、本発明もこの手法を採用する。カルシウムアルミネートには、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３や３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の他に、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３や５ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の組成種もあるが、本発明の作用効果を得る上で、この組成は問わない。また、石膏には、無水石膏や焼石膏（半水石膏）の他に二水石膏があるが、本発明の作用効果を得る上で、これらの種類は問わない。
【００１５】
（２）本発明は、フッ素を含有する製鋼スラグに前記エージング処理をしてから、前記カルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合するものである。
従来提案されていた土中埋設材の製造方法は、製鋼スラグにカルシウムアルミネートや石膏（以下、単に「固定剤」と記す。）を混合した後のものにエージング処理を行うことで、上記の体積膨張処理に水和反応を兼ねさせたものであった。水和反応は、いわゆるセメントの固化反応であるから、該水和反応後の土中埋設材が塊状に固化する現象を避け難い。そして、従来の手法による土中埋設材が塊状に固化していた原因は、この水和反応の作用を兼ねたエージング処理にある。しかし、フッ素を安定化するための水和反応と、製鋼スラグを事前に膨張させておくためのエージングの個々の処理は、製鋼スラグを土中埋設材として成立させるために必要であって、これらの過程自体を無くすことは現実的ではない。そこで、本発明では、これら過程の個々が実施されるタイミングを見直したことで、従来の優れたフッ素溶出抑制効果と膨張抑制効果とを維持して、かつ、埋設前の破砕を実施しなくてもよい土中埋設材を製造できることを見いだした。
【００１６】
まず、フッ素を安定化するための水和反応の実施タイミングについて述べる。水和反応によって安定化されたフッ素の溶出抑制効果が実際に機能するのは、水和反応の直後からではなくて、提供された土中埋設材が土中に埋設され、埋設後の土中埋設材が雨水等の水分に曝された時である。そして、この埋設後の土中埋設材が水分に曝されることを考えれば、製造工程では製鋼スラグと固定剤とが混合されただけで、水和反応の処理を施されずに提供された土中埋設材であっても、上記土中の水分を利用することで“その場での”水和反応によるフッ素の安定化が可能である。そして、その場での水和反応は、埋設後の土中埋設材（製鋼スラグ）から多量のフッ素が溶出する前に進行することから、結果として、従来の埋設後の優れたフッ素溶出抑制効果を維持できる。したがって、フッ素の安定化に必要な水和反応の処理工程は、埋設後に同現象を生じさせることで、本発明の土中埋設材の製造方法からは省略することができる。
【００１７】
次に、製鋼スラグを事前に膨張させておくためのエージング処理の実施タイミングについて述べる。従来の製造方法におけるエージング処理は、上記の水和反応の役割も兼ねることから、一般的には固定剤と混合した後の製鋼スラグに実施されていた。しかし、上述の理由により、水和反応の処理工程を必要としない本発明においては、このエージング処理も、固定剤と混合した後の製鋼スラグに実施することに囚われない。そして、これに従って、エージング処理を固定剤と混合する前の製鋼スラグに実施すれば、製鋼スラグが石灰成分を含むことによる体積膨張の課題は解消できて、かつ、上記混合後のエージング処理によって埋設前の土中埋設材が塊状に固化することもない。
【００１８】
以上をもって、製鋼スラグをエージング処理してから、カルシウムアルミネート、または、カルシウムアルミネートおよび石膏を混合する本発明に係る手法で製造された土中埋設材は、水和反応の処理を施さなくても埋設後の優れたフッ素溶出抑制効果と膨張抑制効果を有している。そして、混合前の製鋼スラグの形状を保って、これに固定剤が実質物理的に混合した形態で提供できるから、埋設前の破砕を要せずに土中に埋設することができる。加えて、所定の時間や場所（設備）を要するエージング処理を、固定剤を混合する前に済ませているので、固定剤との混合を埋設の直前に（例えば埋設現場で）行うことができ、固定剤との混合後に生じ得る固化の機会をさらに減らすことができる。そして、埋設の直前まで、製鋼スラグと固定剤を個々で扱うことができ、保管や運搬に係る管理も容易となる。
【００１９】
本発明の場合、固定剤を混合する前の製鋼スラグは、後述する固定剤との均一な混合を実現する上で、破砕しておくことが好ましい。このとき、破砕後の製鋼スラグの粒度は、その定められた用途基準に応じて、例えば４０ｍｍ以下や３０ｍｍ以下の最大粒径に調整すればよい。そして、粒形状に破砕された製鋼スラグは、固定剤を混合した後もこの粒形状を保っているので、埋設前に再度の破砕を実施しなくても粒形状の形態を呈した土中埋設材とすることができる。
固定剤を混合する前の製鋼スラグに実施する前記エージング処理は、その強制エージング処理を実施する場合の温度や圧力、自然エージング処理を実施する場合の放置期間等の処理条件について、定められた膨張率の基準を満たすように、適宜、調整すればよい。具体的には、このエージング処理により、例えば、ＪＩＳ−Ａ−５０１５「道路用鉄鋼スラグ」の附属書２で規定する水浸膨張試験において、膨張率が１．５％以下の製鋼スラグを得ることが好ましい。あるいはさらに、このとき、十分量の体積膨張を促すために、強制エージング処理と自然エージング処理の両方を実施することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の場合、エージング処理後の製鋼スラグに混合するカルシウムアルミネートは、前記エージング処理後の製鋼スラグの質量に対して、５質量％以上の混合量とすることが好ましい。より好ましくは８質量％以上の混合量である。そして、５０質量％も混合すれば、十分なフッ素溶出抑制効果が達成できると思われる。また、石膏を混合する場合は、前記エージング処理後の製鋼スラグの質量に対して、３質量％以上の混合量とすることが好ましい。そして、５０質量％も混合すれば、十分なフッ素溶出抑制効果が達成できると思われる。これら固定剤の製鋼スラグへの混合は、物理的な状態で混合していればよい。よって、例えば、手作業による混合の他に、処理量が多いのであれば、重機や混合器を用いて混合してもよい。そして、固定剤の粒度については、それぞれの粒子の最大径を概ね１ｍｍ以下とすることが、製鋼スラグとの十分に均一な混合を達成する上で、好ましい。
【実施例１】
【００２１】
土中埋設材を製造するのに使用する製鋼スラグとして、表１の化学組成を有する酸化スラグを準備した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、表１の酸化スラグを、最大粒径が概ね３０ｍｍ以下の粒状に破砕した。そして、本発明の手法に従って、この粒状の酸化スラグに、オートクレーブによる１５０℃、５気圧の加圧蒸気環境下で３時間保持することを６回繰り返す強制エージング処理を行った後、３か月間の自然エージング処理を行った。そして、これらのエージング処理を行ったスラグに表２の条件による固定剤を手作業により混合して、本発明の製造方法による試料Ｎｏ．１、２の土中埋設材を作製した。試料Ｎｏ．２の外観の一例を図１に示す。また、比較例として、上記エージング処理後には固定剤を混合せず、エージング処理を行っただけの試料Ｎｏ．３の土中埋設材も準備した。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
＜フッ素溶出量試験＞
試料Ｎｏ．１〜３の土中埋設材に、平成３年環境庁告示第４６号で規定されたフッ素溶出量試験を行った。表３の結果の通り、固定剤を混合しなかったスラグのみの状態で評価した試料Ｎｏ．３の土中埋設材の場合、それに含まれるフッ素成分が安定化されておらず、検液１Ｌあたりのフッ素溶出量が０．８（ｍｇ／Ｌ）以下の環境基準値を超えるフッ素量が溶出した。これに対して、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．１、２の土中埋設材では、混合した固定剤との水和反応によりフッ素成分が安定化されたことから、フッ素溶出量は０．８（ｍｇ／Ｌ）以下の環境基準値を満たした。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
＜水浸膨張試験＞
試料Ｎｏ．１〜３の土中埋設材に、ＪＩＳ−Ａ−５０１５（附属書２）で規定された水浸膨張試験を行った。そして、表４に示す結果の通り、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．１、２の土中埋設材の膨張率は１．５（％）以下であり、路盤材の基準値を満たした。なお、固定剤を混合しなかった試料Ｎｏ．３の土中埋設材も、エージング処理は行ったことから、１．５（％）以下の膨張率であった。
【００２８】
【表４】
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【実施例２】
【００２９】
土中埋設材を製造するのに使用する製鋼スラグとして、表５の化学組成を有する酸化スラグを準備した。
【００３０】
【表５】
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【００３１】
表５の酸化スラグを、最大粒径が概ね３０ｍｍ以下の粒状に破砕した。そして、これら破砕後の酸化スラグに実施例１と同様のエージング処理を行った後、表６の条件による固定剤を手作業により混合して、本発明の製造方法による試料Ｎｏ．４、５の土中埋設材を作製した。このとき、比較例として、上記エージング処理後には固定剤を混合せず、エージング処理を行っただけの試料Ｎｏ．６の土中埋設材も準備した。
【００３２】
【表６】
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【００３３】
＜フッ素溶出量試験＞
試料Ｎｏ．４〜６の土中埋設材に、平成３年環境庁告示第４６号で規定されたフッ素溶出量試験を行った。表７の結果の通り、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．４、５の土中埋設材によるフッ素溶出量は、検液１Ｌあたりのフッ素溶出量が０．８（ｍｇ／Ｌ）以下の環境基準値を満たした。なお、固定剤を混合しなかった試料Ｎｏ．６の土中埋設材では、０．８（ｍｇ／Ｌ）を超えるフッ素量が溶出した。
【００３４】
【表７】
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【００３５】
＜水浸膨張試験＞
試料Ｎｏ．４〜６の土中埋設材に、ＪＩＳ−Ａ−５０１５（附属書２）で規定された水浸膨張試験を行った。その結果、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．４、５の土中埋設材の膨張率は１．５（％）以下であり、路盤材の基準値を満たした。固定剤を混合しなかった試料Ｎｏ．６の土中埋設材も、エージング処理は行ったことから、１．５（％）以下の膨張率であった。
【実施例３】
【００３６】
土中埋設材を製造するのに使用する製鋼スラグとして、表８の化学組成を有する酸化スラグを準備した。
【００３７】
【表８】
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【００３８】
表８の酸化スラグを、最大粒径が概ね３０ｍｍ以下の粒状に破砕した。そして、この破砕後の酸化スラグに実施例１と同様のエージング処理を行った後、表９の条件による固定剤を手作業により混合して、本発明の製造方法による試料Ｎｏ．７の土中埋設材を作製した。また、比較例として、上記破砕後の酸化スラグに表９の条件による固定剤を手作業により混合してから、上記エージング処理を行った、試料Ｎｏ．８の土中埋設材を作製した。さらに、上記エージング処理を行っただけの試料Ｎｏ．９の土中埋設材も準備した。
【００３９】
【表９】
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【００４０】
＜フッ素溶出量試験＞
試料Ｎｏ．７〜９の土中埋設材に、平成３年環境庁告示第４６号で規定されたフッ素溶出量試験を行った。そして、表１０に示す結果の通り、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．７の土中埋設材によるフッ素溶出量は、検液１Ｌあたりのフッ素溶出量が０．８（ｍｇ／Ｌ）以下の環境基準値を満たした。なお、固定剤を混合した後にエージング処理を行った試料Ｎｏ．８の土中埋設材も、その検液１Ｌあたりのフッ素溶出量は０．８（ｍｇ／Ｌ）以下であった。しかしながら、試料Ｎｏ．８の土中埋設材は、再度の破砕を要する程に塊状に硬化していた（図２）。固定剤自体を混合しなかった試料Ｎｏ．９の土中埋設材は、検液１Ｌあたりのフッ素溶出量が０．８（ｍｇ／Ｌ）を超えるフッ素量が溶出した。
【００４１】
【表１０】
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【００４２】
＜水浸膨張試験＞
試料Ｎｏ．７〜９の土中埋設材に、ＪＩＳ−Ａ−５０１５（附属書２）で規定された水浸膨張試験を行った。その結果、本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．７の土中埋設材の膨張率は１．５（％）以下であり、路盤材の基準値を満たした。なお、固定剤を混合してからエージング処理を行った試料Ｎｏ．８の土中埋設材、および、固定剤を混合しなかった試料Ｎｏ．９の土中埋設材も、エージング処理は行ったことから、１．５（％）以下の膨張率であった。
【図１】
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【図２】
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