(57)【要約】【課題】鉄鋼スラグを磁化させてなる磁化材料並びにそれを用いた高強度コンクリート等を提供する。【解決手段】電気炉酸化スラグ等の鉄鋼スラグ、特に粒径が４０ｍｍ以下の鉄鋼スラグを磁化させてなり、鉄鋼スラグを１００質量％とした場合に、全鉄成分が１０〜４０質量％、特に１５〜４０質量％であり、飽和磁化が１ｅｍｕ／ｇｒ以上（通常、４ｅｍｕ／ｇｒ以下）、残留磁化が０．１ｅｍｕ／ｇｒ以上（通常、１．５ｅｍｕ／ｇｒ以下）、保磁力が６００エルステッド以下（通常、１０エルステッド以上）である磁化材料である。この磁化材料は、高強度コンクリート、生物活性材等の用途において用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグを磁化させてなる磁化材料であって、
前記鉄鋼スラグを１００質量％とした場合に、全鉄成分が１０〜４０質量％であり、
飽和磁化が１ｅｍｕ／ｇｒ以上、残留磁化が０．１ｅｍｕ／ｇｒ以上、保磁力が６００エルステッド以下であることを特徴とする磁化材料。
【請求項２】
前記鉄鋼スラグの粒径が４０ｍｍ以下である請求項１に記載の磁化材料。
【請求項３】
前記鉄鋼スラグが電気炉酸化スラグである請求項１又は２に記載の磁化材料。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の磁化材料を骨材として用いたことを特徴とする高強度コンクリート。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の磁化材料を原材料として用いたことを特徴とする生物活性材。
【請求項６】
生物活性コンクリートである請求項５に記載の生物活性材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグを磁化させてなる磁化材料並びにそれを用いた高強度コンクリート及び生物活性材に関する。更に詳しくは、本発明は、鉄鋼スラグを磁化させてなり、特定の飽和磁化、残留磁化及び保磁力を有し、特に土木建築分野等において有用な磁化材料、及びそれを用いてなる各種の製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築分野では、建築物の高層化、大型化に伴い、利用空間の確保、資源の有効利用、ＣＯ２排出量の削減等の観点から、コンクリートの高強度化が強く求められている。また、土木分野においても、同様の観点から、コンクリートの高強度化が強く求められている。更に、将来発生し得る大震災などに備え、コンクリートの耐震性の更なる向上が必要とされており、コンクリートの高強度化も、その手段として期待されている。
【０００３】
高強度コンクリートとは、建築分野では圧縮強度（設計基準強度）が３６Ｎ／ｍｍ２以上のコンクリートと定義されている。また、土木分野では明確な定義はないが、圧縮強度（設計基準強度）が６０Ｎ／ｍｍ２以上のコンクリートと言われている。従来、コンクリートにおいては、製造時の水分量を減らすことで高強度化が図られてきたが、単純に水分を減らすだけでは、コンクリートの流動性が低下し、施工上の問題が生じる。そこで、普通ポルトランドセメント以上のＭ（中庸熱ポルトランドセメント）、Ｌ（低熱ポルトランドセメント）などの高質ポルトランドセメントに、ＳＦ（シリカヒューム）などの混和剤や高性能ＡＥ減水剤などの化学混和剤を配合し、高流動性を確保しつつ、コンクリートの高強度化を実現している。
【０００４】
また、人口増加や新興国の台頭に伴い、世界的に食料問題が深刻化している。更に、いわゆる地球温暖化に伴う気候変動により、農作物の不安定な収穫が価格高騰を引き起こしている。また、森林伐採や緑地の砂漠化により、二酸化炭素が吸収されず、温暖化の進行も進んでいる。即ち、植物や農作物などの生物活性環境の創出が、地球規模で重要視されている。
【０００５】
農作物などの植物の生育促進を担うものとしては、肥料及び土壌改良資材が挙げられる。肥料や土壌改良資材は、土壌に施用することで、土壌の化学的性質、物理的性質又は微生物的性質に変化をもたらすものである。肥料は主に土壌の化学的性質を変化させ、土壌改良資材は主に土壌の物理的性質又は微生物的性質を変化させる。また、肥料は、窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウム、その他の微量栄養素を土壌に供給し、この生育に必要な栄養素を、植物が土壌から吸収するものである。一方、土壌改良資材は、土壌の排水性、保水性、保肥性、及び土壌団粒の形成性を改善し、土の三相（気相・液相・固相）の比率を風土や作物に適した状態にするものである。更に、肥料及び土壌改良資材は、直接的又は間接的に土壌中の微生物的性質を変化させることもある。尚、肥料は肥料取締法により定められ、土壌改良資材は地力増進法によって定められているが、それ以外でも植物の生育促進を担うものがある。例えば、有機物を含む植物活性材や微生物資材がそれに当たる。また、上述のもの以外にも、農作物の生育促進を担うものとして、農作物の病気の原因となる害虫や微生物の活動を抑制する農薬などがある。
【０００６】
更に、コンクリートに生物活性機能も付与する試みも進んでおり、このようなコンクリートは環境活性コンクリートと呼ばれている。例えば、アミノ酸を練り混んだコンクリートを用いたブロックを海中や河川に設置することで、表面から僅かづつ放出されるアミノ酸が微細藻類の付着量及び生長速度を高めることが確認されている。また、現在では、実証試験などが進み、微細藻類の早期生長・育成効果が促進される藻場の環境条件が整い、増殖礁として魚介類の蝟集機能向上に寄与することが確認されつつある。更に、アミノ酸の一種であるアルギニンを練り混んだコンクリート（例えば、特許文献１参照。）、及び焼酎粕を培養濃縮加工してなるアミノ酸を主体とした有機成分を練り混んだコンクリート（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【０００７】
一方、超低周波磁界により水の導電率が増大する磁気プロトニクス原理が発見され（例えば、特許文献３参照。）、この原理に基づいて、超低周波磁界を水分に印加することにより、水分中に自由プロトンが増加して加水分解や脱水合成などの化学反応が促進されるという仮説が唱えられ、自由プロトンによるコンクリートの水和結晶化を促進させてコンクリートの高強度化が実現されることが予測されている。
【０００８】
更に、コンクリートの粗骨材として従来から用いられているかんらん岩の一部が磁性かんらん岩であり、このかんらん岩を磁化して集合させることで、空間的に周期的パルス列分布の静磁界が発生することが見出されている（例えば、非特許文献１参照。）。そして、この周期的パルス磁界中を水分子が移動することで、相対的に磁気プロトニクス原理が成り立ち、自由プロトンで水和結晶化反応が促進され、コンクリートの硬化が促進されて、コンクリートの高強度化が実現されることが予測されている。
【０００９】
また、普通ポルトランドセメントと磁化かんらん岩骨材の混練による高強度コンクリートの製造方法も提案されており、磁化かんらん岩を粗骨材として用いたときに、高強度コンクリートとなることが実証されている。更に、高強度コンクリートのボード上でザー菜苗などの植物を栽培すると、周期パルス磁界によって、生長が促進されるという実験結果も得られている（例えば、非特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８６７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−１７１９３２号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３３４２号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】K. Mohri, T. Uchiyama, M. Yamada, T. Watanabe, Y. Inden, T. Kato, and S. Iwata, Arousal Effect of Physiological Magnetic Stimulation on Elder Person’s Spine for Prevention of Drowsiness During Car Driving, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.47, No.10, pp.3066-3069, 2011
【非特許文献２】K. Mohri, M. Sasaki, T. Uemura, Y. Mohri, M. Yamada and T. Kato, Pulse Train Distributed Magnetic Field Generated from High Strength Concrete Using Magnetized Olivine Stone Aggregate, Proceedings of PIERS 2012, Taipei, in press.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、コンクリート製造時に水分量を減らすとともに、混和材等を用いて、高流動性を確保しつつ、コンクリートの高強度化を実現する従来の手法は必然的にコスト高となり、高強度コンクリート普及の阻害要因となっている。また、これらの手法による高強度コンクリートの製造、施工は、その技術レベルの高さから、技術力の高い業者でないと実施することができず、限定された普及に留まっている。更に、上述の従来の高強度コンクリートは、種々の混和材等が添加されてなる微細組織であるため、特に夏季などに早めに枠を撤去した後のひび割れを防止するため、表面層の水分保持の被覆養生などを施す必要があり、取り扱いが面倒である等の問題もある。
【００１３】
また、前述の磁化かんらん岩を骨材として用いた高強度コンクリートの製造は、磁化したかんらん岩を骨材として用いるのみで、従来と同様の方法により、高強度コンクリートを製造することができる優れた手法である。しかし、かんらん岩は天然石であるため、その採掘量は限られているうえに、採掘場所も限られている。更に、採掘されたかんらん岩のうち、磁化され得るかんらん岩は全量のうちの約２割と一部のかんらん岩に限られており、磁化かんらん岩としてコンクリートの高強度化に用いることができるかんらん岩は、採掘されたかんらん岩の一部に限られるという問題もある。
【００１４】
また、肥糧や土壌改良資材は、土壌に施用し、土壌の化学的性質、物理的性質または生物的性質に変化をもたらし、植物や農作物の育成を促進する有用な資材である。しかし、その成長がより促進される手法があれば、農作物の収穫高の安定・増加、森林の早期再生などとともに、食料問題の解消にも寄与する手法として採用することができる。
【００１５】
更に、コンクリートにアミノ酸を練り混んだ環境活性コンクリートは、微細藻類の早期生長・育成、及び魚介類の蝟集機能向上等に寄与する優れたコンクリートである。しかし、有機成分であるアミノ酸類をコンクリートに混入させた場合、コンクリートの圧縮強度が劣化するという問題があり、セメント系固化剤などを同時に配合することで、所定の圧縮強度とすることができるが、コスト面で課題となる。また、アミノ酸の溶出を促すには、海や河川などの水環境が必要であり、その適用範囲が限定され、一般的な農地への適用は難しい。更に、アミノ酸の練り込み量には限界があり、全量が溶出した後は効果が失われてしまう。
【００１６】
更に、前述の磁化かんらん岩そのもの、若しくは磁化かんらん岩を用いたコンクリートが、ザー菜苗などの植物の生長を促進することは、食料問題の解消、農作物の収穫高の安定・増加、森林の早期再生などとともに、食料問題の解消が切望される昨今において、極めて優れた手法である。しかし、前述のように、かんらん岩の採掘量は限られており、その優れた生物活性機能を適用することができる用途、期間も限定的になってしまう。また、その採掘により環境破壊を引き起こす可能性も否定できない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述のように、かんらん岩には、採掘量、採掘場所及び磁化の面で問題がある。そこで、製鋼時に発生するスラグを骨材として用いることに着目し、検討した。ここで、スラグとは、金属製造工程において、鉱石やスクラップから金属を還元、溶解、精錬するときなどに、特定の成分が溶融、分離して発生するものであり、鉄鋼スラグと非鉄金属スラグとがあるが、鉄鋼製品の製造工程で大量に発生する鉄鋼スラグを用いることにした。
【００１８】
例えば、電気炉酸化スラグの徐冷スラグ及び急冷スラグを磁化した磁化材料の表面磁界分布を測定した結果、磁化かんらん岩群の場合と同等の周期的パルス列分布の静磁界が得られることが見出された。また、電気炉酸化スラグ骨材は、２００３年にＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−４）が制定され、２００５年度にグリーン購入法に基づく特定調達品目に指定されており、コンクリートなどに使用可能な環境資材として高く評価されている（鐵鋼スラグ協会  ｗｗｗ．ｓｌｇ．ｊｐ／）。更に、高炉スラグ骨材に関しても、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−１）が既に制定されている。
【００１９】
また、鉄鋼スラグの年間生成量は、毎年約４０００万トンに達しており、電気炉酸化スラグに限っても、その年間生成量は、３００万トン程度と極めて多量である。更に、鉄鋼スラグは天然資源ではなく、工場における製造過程で発生するため、スラグ成分などの制御も容易であり、天然資源であって供給量も十分ではなく、磁化される割合も低いかんらん岩より安定な資源として有望であるといえる。
【００２０】
また、磁化された鉄鋼スラグの磁性（残留磁化）は半永久的であり、自然環境において消磁されることはない。更に、磁化された鉄鋼スラグを骨材に用いても、コンクリートの圧縮強度が劣化することはなく、寧ろ高強度化を図ることができる。
本発明は上述のような知見に基づいてなされたものである。
【００２１】
本発明は以下のとおりである。
１．鉄鋼スラグを磁化させてなる磁化材料であって、
前記鉄鋼スラグを１００質量％とした場合に、全鉄成分が１０〜４０質量％であり、
飽和磁化が１ｅｍｕ／ｇｒ以上、残留磁化が０．１ｅｍｕ／ｇｒ以上、保磁力が６００エルステッド以下であることを特徴とする磁化材料。
２．前記鉄鋼スラグの粒径が４０ｍｍ以下である前記１．に記載の磁化材料。
３．前記鉄鋼スラグが電気炉酸化スラグである前記１．又は２．に記載の磁化材料。
４．前記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の磁化材料を骨材として用いたことを特徴とする高強度コンクリート。
５．前記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の磁化材料を原材料として用いたことを特徴とする生物活性材。
６．生物活性コンクリートである前記５．に記載の生物活性材。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の磁化材料は、鉄鋼生産に伴って発生し、安定して多量に供給されるとともに、磁化される割合も高く、コスト面でも有利である。そして、高強度コンクリート用の骨材等の多くの用途において有用な原材料として用いることができる。
また、鉄鋼スラグの粒径が４０ｍｍ以下である場合は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等と接触させることにより、容易に且つ十分に磁化させることができる。
更に、鉄鋼スラグが電気炉酸化スラグである場合は、グリーン購入法に基づく特定調達品目に指定されており、コンクリートなどに使用可能な環境資材である。
また、本発明の磁化材料を骨材として用いた高強度コンクリートによれば、建築物の高層化、大型化に伴う、利用空間の確保、資源の有効利用、ＣＯ２排出量の削減等に対応可能な高強度コンクリートとすることができる。
更に、本発明の磁化材料を原材料として用いた生物活性材によれば、農作物や水産物などの安定生産、生産拡大、植物の成長促進による地球温暖化の防止、ヒートアイランド現象の抑制などに有用な生物活性材とすることができる。また、その効果は半永久的であり、適用範囲も限定されない。
また、生物活性材が生物活性コンクリートである場合は、生物成長促進効果を有する植栽工場の床、屋上緑化、緑化堤防、及び養殖コンクリートプールなどに用いることができる。また、コンクリートの圧縮強度劣化の懸念もないことから、従来のコンクリート構造物と同様な扱いができる。更に、例えば、遊歩道等の歩行路などに用いることで、特に血行促進材等として有効に作用する生物活性コンクリートとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】磁化された電気炉酸化スラグである磁化材料が充填されたポリ塩化ビニル製パイプの表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定した結果を表すチャートである。
【図２】急冷した電気炉酸化スラグを磁化させた磁化材料を用いて、図１の場合と同様にしてパイプの表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定した結果を表すチャートである。
【図３】全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）の多い急冷した電気炉酸化スラグを磁化させた磁化材料を用いて、図２の場合と同様にしてパイプの表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定した結果を表すチャートである。
【図４】磁化された電気炉酸化スラグを骨材として用いたコンクリートボードについて、打設直後の表面磁界をＭＩ磁気センサで測定した結果を表すチャートである。
【図５】図４の２４時間経過後の表面磁界をＭＩ磁気センサで測定した結果を表すチャートである。
【図６】徐冷した電気炉酸化スラグを磁化させた磁化材料の振動試料磁力計による磁化（Ｍ）−磁界（Ｈ）特性の測定結果を表すチャートである。
【図７】急冷した電気炉酸化スラグを磁化させた磁化材料の振動試料磁力計による磁化（Ｍ）−磁界（Ｈ）特性の測定結果を表すチャートである。
【図８】粗骨材として山砂利の２０質量％、４０質量％、８０質量％を磁化材料に置き換えたときのコンクリートの圧縮強度の測定結果を表すグラフである。
【図９】粗骨材として山砂利の２０質量％、４０質量％、８０質量％を磁化材料に置き換えたときのコンクリートの静弾性係数の測定結果を表すグラフである。
【図１０】粗骨材として山砂利を用いたときのコンクリートの表面磁界分布をＭＩ磁気センサにより測定したチャートである。
【図１１】粗骨材として山砂利８０質量％と磁化材料２０質量％とを併用したときのコンクリートの表面磁界分布をＭＩ磁気センサにより測定したチャートである。
【図１２】粗骨材として山砂利６０質量％と磁化材料４０質量％とを併用したときのコンクリートの表面磁界分布をＭＩ磁気センサにより測定したチャートである。
【図１３】粗骨材として山砂利２０質量％と磁化材料８０質量％とを併用したときのコンクリートの表面磁界分布をＭＩ磁気センサにより測定したチャートである。
【図１４】根の下に磁化材料を敷設し、又は敷設せずにタカノツメを栽培した結果を表す説明図である。
【図１５】図１４において磁化材料を敷設して栽培した結果、結実した様子を表す説明図である。
【図１６】図１４において磁化材料を敷設せずに栽培した結果、結実しなかった様子を表す説明図である。
【図１７】磁化材料を粗骨材として用いて作製したコンクリートボードの表面磁界分布をＭＩ磁気センサにより測定したチャートである。
【図１８】図１７のような表面磁界分布を有するコンクリートボード、又は木製の板をプランターの下に配設してミニ白菜を栽培した結果を表す説明図である。
【図１９】粗骨材として山砂利のみを用いたコンクリート円板プレート上、及び粗骨材の８０質量％を磁化材料に置き換えたコンクリート円板プレート上でコナツナの発芽・生育試験をした結果を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の磁化材料は、鉄鋼スラグを磁化させてなる磁化材料である。また、鉄鋼スラグを１００質量％とした場合に、全鉄成分が１０〜４０質量％含有されている。更に、磁気性能としては、飽和磁化が１ｅｍｕ／ｇｒ以上、残留磁化が０．１ｅｍｕ／ｇｒ以上、保磁力が６００エルステッド以下である。
【００２５】
鉄鋼スラグには、高炉スラグと製鋼スラグとがあり、製鋼スラグには転炉系スラグと電気炉系スラグとがある。また、電気炉系スラグには、電気炉酸化スラグと電気炉還元スラグとがある。鉄鋼スラグは特に限定されないが、製鋼スラグが好ましく、全鉄成分が多い、電気炉酸化スラグ及び転炉スラグがより好ましく、なかでも、全鉄成分が特に多く、酸化による酸化物強磁性結晶が成長し易いため、電気炉酸化スラグが特に好ましい。電気炉酸化スラグには、溶鋼中から酸化除去された酸化鉄、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などのほか、精錬のために加えられるＣａＯが含有され、耐火物に由来する少量のＭｇＯも含有されている。これらの酸化物は、通常、結合し、化学的に安定した鉱物相を形成している。
【００２６】
一方、電気炉還元スラグは、脱硫を促進するため添加されるＣａＯの含有量が多く、酸化鉄、ＭｎＯの含有量は少ない。また、ＣａＯが多いため、その一部は遊離石灰となっており、水と反応して膨張、崩壊することもある。また、かんらん岩は、（Ｍｇ，Ｆｅ）２ＳｉＯ４を主相とし、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ等も少量含有される。
【００２７】
上述のように、電気炉系スラグには、元素としてＦｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ等が含有され、かんらん岩にはＭｇ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ等が含有され、いずれも安定した鉱物相が形成される。しかし、含有される元素が異なるため、鉱物相も相違することになる。そのため、磁化したときに異なる磁気特性を有する磁化材料が生成すると推察される。
【００２８】
鉄鋼スラグには、鉄鋼スラグを１００質量％とした場合に、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）が１０〜４０質量％含有されている。この全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）は１５〜４０質量％、特に２０〜４０質量％含有されていることが好ましい。このように多くの鉄成分が含有されておれば、スラグの多くを磁化させることができ、高強度コンクリートの骨材等として有用な磁化材料を容易に得ることができる。
尚、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）は、金属鉄及び酸化物等に含有される鉄元素の合計量であり、発光分光分析法、蛍光Ｘ線分析法などにより測定される。
【００２９】
鉄鋼スラグが磁化されてなる磁化材料の磁気性能は、飽和磁化が１ｅｍｕ／ｇｒ以上、残留磁化が０．１ｅｍｕ／ｇｒ以上、保磁力が６００エルステッド以下である。ここで、ｅｍｕ／ｇｒとは１グラム当たりの磁化、即ち、質量磁化の単位である。また、飽和磁化は２ｅｍｕ／ｇｒ以上であることが好ましく、通常、４ｅｍｕ／ｇｒ以下である。即ち、飽和磁化は１〜４ｅｍｕ／ｇｒであり、２〜４ｅｍｕ／ｇｒであることが好ましい。また、残留磁化は０．２ｅｍｕ／ｇｒ以上であることが好ましく、通常、１．５ｅｍｕ／ｇｒ以下である。即ち、残留磁化は０．１〜１．５ｅｍｕ／ｇｒであり、０．２〜１．５ｅｍｕ／ｇｒであることが好ましい。更に、保磁力は４００エルステッド以下であることが好ましく、通常、１０エルステッド以上である。即ち、保磁力は１０〜６００エルステッドであり、１０〜４００エルステッドであることが好ましい。
【００３０】
安定且つ集団としてパルス列分布磁界発生特性をもつ磁力を有する磁化材料を得るためには、鉄鋼スラグの粒径は４０ｍｍ以下であることが好ましい。この粒径は２０ｍｍ以下であることが好ましい。また、鉄鋼スラグを磁化させる操作は磁石との接触のみであるため、磁化の操作により鉄鋼スラグの粒径が変化することは殆どなく、上述の鉄鋼スラグの粒径は、実質的に磁化材料の粒径と同等である。尚、鉄鋼スラグ及び磁化材料ともに塊状であり、不定形であるため、粒径は各々の粒子の最大寸法であるとする。この粒径は、鉄鋼スラグを撮影した写真において各々の粒子の最大寸法を測定し、求めることができる。実際の使用では、最大寸法のメッシュフィルターでふるい分け分級して、所定の粒径の鉄鋼スラグ及び磁化材料を区分することができる。
【００３１】
電気炉酸化スラグ等の鉄鋼スラグは、磁石に接触させるのみで容易に磁化させ、磁化材料とすることができる。磁化に用いる磁石は永久磁石でも電磁石でもよい。永久磁石は磁化のための電力を必要とせず、簡易な装置で磁化させることができるため好ましい。また、電磁石は磁化のための電力を必要とし、装置も複雑となる。一方、磁石と接触させ、磁化させた後、磁化材料を磁石から脱離させ、回収するという観点では、通電を停止すれば、磁化材料を容易に磁石から脱離させ、回収することができる電磁石が好ましい。
【００３２】
永久磁石の種類は特に限定されないが、磁力の大きい磁石が好ましい。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系などの希土類磁石を用いることが好ましく、特に磁力の大きいＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ磁石等のネオジウム系の磁石がより好ましい。更に、永久磁石、電磁石ともに、その磁力は特に限定されないが、表面磁界が０．１テスラ以上であることが好ましい。
【００３３】
また、磁化させる装置も特に限定されないが、例えば、ベルトコンベアーの折り返し端部の回転軸部分に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石等の強力磁石を配設し、搬送されるスラグを接触させ、磁化させた後、得られた磁化材料をベルトの移動で自然に磁石から脱離・回収させる仕組みを備える実用的な装置等を用いることができる。
【００３４】
鉄鋼スラグを磁化させてなる本発明の磁化材料は、各種の製品分野において用いることができる。例えば、コンクリートの骨材、特に粗骨材として用いた場合、高強度コンクリートとすることができる。具体的には、セメント、水、山砂等の細骨材などとともに用いられる山砂利等の粗骨材の一部を本発明の磁化材料により置き換えることで高強度コンクリートとすることができる。置き換える割合は特に限定されず、コンクリートの所要強度によって設定することができる。例えば、粗骨材の全量の１０質量％以上を磁化材料とすれば、強度を向上させることができ、通常、３０質量％以上、特に５０質量％以上を磁化材料に置き換えることで、十分な強度を有するコンクリートとすることができる。更に、磁化材料の割合は７０質量％以上とすることもでき、粗骨材の全量が磁化材料であってもよい。尚、粗骨材として用いるときの磁化材料の品質は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−４）コンクリート用スラグ骨材−第４部：電気炉酸化スラグ骨材などのＪＩＳ規格で規定される粗骨材であればよい。
【００３５】
また、本発明の磁化材料は生物活性材の原材料として用いることができる。例えば、農作物や水産物などの安定生産、生産拡大に有用な植物工場の床に、粒状、塊状等の磁化材料を、必要であれば砂、砂利、肥料などとともに散布して用いることができる。更に、養殖コンクリートプール等のコンクリートの粗骨材として用いて生物活性材の原材料とすることもできる。また、地球温暖化の防止、ヒートアイランド現象の抑制に有用な屋上緑化、法面緑化、緑化堤防等の生物活性材のとして原材料として、屋上、法面、堤防等に、粒状、塊状等の磁化材料を、必要であれば砂、砂利、肥料などとともに散布して用いることもできる。更に、本発明の磁化材料は、特に人体等の活性化に有用な生物活性コンクリートの骨材としても有用である。例えば、この生物活性コンクリートからなる歩行路等では、特に血行促進材として有効に作用する。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
愛知製鋼社製の電気炉酸化スラグを流滓により室温まで徐冷した後、破砕し、最大寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍの塊状の破砕物１０ｋｇを、縦横４ｃｍ角、厚さ２ｃｍの直方体形状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に接触させ、吸着されるものと吸着されないものとに選別した。その結果、９．５４ｋｇが磁石に吸着され、そのうちの０．０３ｋｇは金属鉄であり、０．４６ｋｇは吸着されなかった。このように、電気炉酸化スラグのうちの重量比で約９５％を磁化させることができた。また、最大寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍの塊状のかんらん岩の破砕物１０ｋｇを、同様にして磁化させた。
【００３７】
図１は、上述の電気炉酸化スラグの破砕物を、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に接触、吸着させ、磁化させた後、内径１．８ｃｍ、外径２ｃｍ、長さ５０ｃｍのポリ塩化ビニル製パイプに充填し、このパイプの表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定したときのチャートである。このチャートの横軸は距離（ｚ）であり、縦軸には、ｍＧの単位表示があるが、より正確には、その距離（ｚ）における検出磁界（Ｂ）の勾配ｄＢ／ｄｚを示している。パイプの壁厚は２ｍｍであり、パイプ表面と磁気センサヘッドとの距離は約５ｍｍとした。その結果、約２００ミリガウスの高さの正負のパルス磁界がパイプ長５０ｃｍに亘って２１〜２４パルスほど発生していた。これは、コンクリート硬化促進機能及び生物活性機能を有する同寸法（最大寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍ）の磁化されたかんらん岩集団の発生するパルス列分布磁界とほぼ同一の磁界であった。
【００３８】
また、磁化されたかんらん岩の場合との相違は、磁化されたかんらん岩が重量比で全量の約２０％とごく一部であったのに対して、徐冷した電気炉酸化磁化スラグでは、全量のうちの約９５％が磁化されたことである。これは、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯなどのスラグの原料混合体が、電気炉内の酸素雰囲気中で１６００℃に加熱されることによって、酸化物強磁性体が生成するためである。この電気炉酸化スラグは、分析の結果、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）を２１．０質量％含有するほか、ＳｉＯ２：１８．８質量％、ＭｎＯ：７．３質量％、Ｃｒ２Ｏ３：２．８質量％、Ａｌ２Ｏ３：１２．８質量％、ＭｇＯ：６．１質量％、ＣａＯ：２２．８質量％などを含有している。このように、本実施例において用いた電気炉酸化スラグは、磁化材料としての収率が高く、且つ高強度コンクリートの粗骨材として用い得るものであることが分かる。
【００３９】
図２は、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）が２２．４質量％の電気炉酸化スラグを約１３００℃から約１００℃まで約２分で急冷した後、ふるい分けし、最大寸法が０．２〜２ｍｍの微粒子とし、この微粒子１８ｇを内径６ｍｍ、外径７ｍｍ、長さ２０ｃｍのポリ塩化ビニル製パイプに充填し、上述のようにして磁化させた後、表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定したときのチャートである。このチャートの横軸、縦軸は、図１と同様である。尚、この電気炉酸化スラグは、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）を２２．４質量％含有するほか、ＳｉＯ２：１９．３質量％、ＭｎＯ：６．７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：２．８質量％、Ａｌ２Ｏ３：１０．９質量％、ＭｇＯ：４．９質量％、ＣａＯ：２０．０質量％などを含有している。
【００４０】
また、図３は、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）が２７．７質量％と多い電気炉酸化スラグを約１３００℃から約１００℃まで約２分で急冷した後、ふるい分けし、最大寸法が０．２〜２ｍｍの微粒子とし、この微粒子１８ｇを内径６ｍｍ、外径７ｍｍ、長さ２０ｃｍのポリ塩化ビニル製パイプに充填し、上述のようにして磁化させた後、表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定したときのチャートである。このチャートの横軸、縦軸は、図１と同様である。尚、この電気炉酸化スラグは、全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）を２７．７質量％含有するほか、ＳｉＯ２：１５．４質量％、ＭｎＯ：８．０質量％、Ｃｒ２Ｏ３：３．１質量％、Ａｌ２Ｏ３：９．５質量％、ＭｇＯ：５．５質量％、ＣａＯ：１７．２質量％などを含有している。表面磁界分布の測定の結果、２０ｃｍ当たり、図２では７〜９個、図３では１１〜１２個の明確な交番パルス磁界を発生しており、図１のチャートで表される徐冷された電気炉酸化スラグのパルス磁界より高さはやや低いものの、高強度コンクリートの細骨材として用い得るものであることが分かる。
【００４１】
このように、電気炉酸化スラグを磁化させた磁化材料をコンクリートの骨材として用いた場合、この骨材の集団は、周期的パルス列分布静磁界を永久的に発生し続ける。これにより、コンクリートの水和結晶化による硬化が促進され、高強度コンクリートが形成されると推察される。
【００４２】
実施例２
普通ポルトランドセメント、細骨材（山砂）、及び粗骨材（実施例１で製造した徐冷された電気炉酸化スラグを破砕し、磁化させてなる磁性材料）を水道水とともに練り混ぜた。
【００４３】
図４，５は、上述のようにして練り混ぜて調製した未硬化コンクリートを用いて、幅２０ｃｍ、長さ４０ｃｍ、厚さ２ｃｍのコンクリートボードを作製したときの、長さ方向の中央線上の表面磁界をＭＩ磁気センサにより測定した結果である。尚、このチャートの横軸は距離（ｚ）であり、縦軸には、ｍＧの単位表示があるが、より正確には、その距離（ｚ）における検出磁界（Ｂ）の勾配ｄＢ／ｄｚを示している。図４は、打設直後に、長さ方向の中央線上を２回測定した結果であり、４０ｃｍでパルス数はともに９個である。図５は、打設後１日経過した時点の結果であり、パルス数は１３個、１５個に増加していた。この現象は、コンクリートの硬化過程でボード面内の圧縮力が増加し、磁歪の逆効果によって磁化ベクトルが面垂直方向へ向くためと考えられる。
【００４４】
実施例３
図６は、実施例１における徐冷した電気炉酸化スラグを破砕し、磁化させた磁化材料のＭ（磁化）−Ｈ（磁界）特性を、振動試料磁力計（ＶＳＭ、理研電子社製、型式「ＶＢＨ−５０」）により測定した結果である。図６は、２個の微小なスラグのＭ−Ｈ特性であり、飽和磁化Ｍｓはそれぞれ３．６６、２．９９ｅｍｕ／ｇｒ、残留磁化Ｍｒはそれぞれ０．９４、０．４９ｅｍｕ／ｇｒ、保磁力は、それぞれ２７３エルステッド、１９０エルステッドであった。図７は、実施例１の全鉄成分（Ｔ−Ｆｅ）が２７．７質量％と多い急冷した電気炉酸化スラグを用いたほかは同様にして調製したスラグのＭ−Ｈ特性であり、飽和磁化Ｍｓは３．１５ｅｍｕ／ｇｒで徐冷スラグの場合と同程度であるが、残留磁化Ｍｒは０．２７ｅｍｕ／ｇｒと小さく、保磁力は１６．０エルステッドと１桁小さい。これはガスアトマイズ急冷により、酸化強磁性結晶が微細化したためと考えられる。
【００４５】
これらの測定で得られた徐冷スラグのＭｓの平均値３．３３ｅｍｕ／ｇｒ（０．０３３Ｔ）及び保磁力の平均値２３１．５エルステッドを用いて、1ｃｍ３の大きさのスラグ片が隣接スラグ片の磁化反転を起こす臨界条件を計算すると、約５ｍｍとなる。これは、図１、２、４、５のパルス列分布磁界の発生を説明できる条件である。
【００４６】
実施例４
電気炉酸化スラグを永久磁石により磁化させた磁化材料を粗骨材として併用し、コンクリートの圧縮強度を評価した。具体的には、普通ポルトランドセメント及び細骨材（愛知県豊田市猿投町産山砂）を一定量とし、粗骨材（愛知県豊田市猿投町産山砂利）、及び同粗骨材の２０質量％、４０質量％、８０質量％を磁化材料により置換した配合とし、水に対するセメントの質量割合を４９％として、コンクリートミキサーにより混練した。また、コンクリートの流動性を確保するため、一定量の混和剤（ＢＡＳＦジャパン社製ポゾリスＮｏ．７０）をセメントに対する質量の０．２５％配合した。表１にコンクリートの配合を記載する。表１において、Ｇ１００は粗骨材の全量が磁化していない山砂利（Ｇ）である。また、山砂利の２０質量％を磁化材料（Ｍ）に置換したものをＭ２０、山砂利の４０質量％を磁化材料（Ｍ）に置換したものをＭ４０、山砂利の８０質量％を磁化材料（Ｍ）に置換したものをＭ８０と表記する。試験体は直径１００ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱体であり、型枠にて製作し、２４時間後に脱型し、所定の材齢まで標準養生を実施した。この試験体を用いて圧縮強度及び静弾性係数を測定した。圧縮強度の結果を図８に、静弾性係数の結果を図９に記載する。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
図８は、１週間経過後、４週間経過後、１３週間経過後の圧縮強度の測定結果である。測定値は３本の試験体の測定値の平均値である。図８によれば、Ｇ１００、Ｍ２０、Ｍ４０、Ｍ８０ともに、材齢が長くなると圧縮強度が高くなっている。このことはコンクリートの一般的な特徴であるが、１週間、４週間、及び１３週間経過後の各材齢ごとの強度を比較すると、いずれの材齢においてもＧ１００＜Ｍ２０＜Ｍ４０＜Ｍ８０の順に強度が高くなっている。このことから、一般的な粗骨材である山砂利を磁化材料に置き換えることで圧縮強度が高くなり、且つ置き換えの割合が高くなるほど、より高強度になることが分かる。
【００４９】
図９は、１週間経過後、４週間経過後、１３週間経過後の静弾性係数の測定結果である。測定値は３本の試験体の測定値の平均値である。図９よれば、Ｇ１００、Ｍ２０、Ｍ４０、Ｍ８０ともに、材齢が長くなると静弾性係数が大きくなっている。また、１週間、４週間、及び１３週間経過後の各材齢ごとの係数を比較すると、いずれの材齢においてもＧ１００＜Ｍ２０＜Ｍ４０＜Ｍ８０の順に係数が大きくなっている。一般に、コンクリートの静弾性係数は、コンクリートの圧縮強度と比重（密度）との関数で表され、圧縮強度が高くなるほど、また、比重が大きくなるほど、静弾性係数も大きくなる。この試験で用いた山砂利及び磁化材料の各々の表乾比重は、それぞれ２．５９及び３．６５と磁化材料の比重のほうが大きい。このように、図８における圧縮強度の挙動と、図９における静弾性係数の挙動とは整合していることが分かる
【００５０】
ここで重要なことは、一般的な粗骨材である山砂利を磁化材料により置き換えるのみで、静弾性係数の大きいコンクリートが得られることである。例えば、コンクリート製の橋桁の場合、コンクリートの強度とともに曲げに対する剛性が重要になる。コンクリートを高強度化して薄肉のコンクリート橋を設置しようとしても、静弾性係数が同じであれば、曲げに対する剛性を変わらないため、橋桁の撓みが懸念される。一方、高強度であるとともに、静弾性係数が大きくなれば、曲げに対する剛性も高まり、薄肉の軽量なコンクリート橋の実現性がみえてくる。即ち、圧縮強度の上昇と磁化材料の比重が大きいこととが相俟って、静弾性係数が大きくなっており、磁化材料を用いたコンクリートは高強度（圧縮強度が高い）且つ高剛性（静弾性係数が大きい）を併せて実現した優れたコンクリートであるといえる。
【００５１】
図１０〜１３は、圧縮強度及び静弾性係数を測定したのと同じ試験体（φ１００ｍｍ×２００ｍｍの円柱体）の表面磁界分布をＭＩ磁気センサで測定したときのチャートである。図１０はＧ１００、図１１はＭ２０、図１２はＭ４０、及び図１３はＭ８０の結果である。この測定では、円柱体側面の長手方向の磁界変化を捉えている。これらの各図の横軸は距離（ｚ）であり、単位はｍｍである。また、縦軸は検出磁界（Ｂ）であり、単位はｍＧである。尚、図１〜５では、縦軸が距離（ｚ）における検出磁界（Ｂ）の勾配ｄＢ／ｄｚとなっており、この点で図１〜５とは異なる。
【００５２】
図１０によれば、粗骨材が山砂利のみのＧ１００の試験体では、磁界が全く検出されていないことが分かる。一方、山砂利の２０質量％、４０質量％、８０質量％を磁化材料に置き換えたＭ２０、Ｍ４０、Ｍ８０の試験体では、磁界がパルス状に検出され、その強さ（縦軸の値）は磁化材料の置換量とともに徐々に大きくなっていることが分かる。更に、図１〜５と比べて波形がなだらかにみえるのは、縦軸が検出磁界（Ｂ）であり、その距離（ｚ）における勾配ｄＢ／ｄｚでないためである。尚、これらのチャートは、円柱体側面の長さ方向の磁界変化の一例であるが、どの側面においても同様なパルス状の磁界が検出されている。
【００５３】
実施例５及び比較例１
２個の幅２０ｃｍ、長さ６０ｃｍのプランターに培養土を入れ、タカノツメ（唐辛子）を栽培した。一方のプランターには、３株を植えつける際に、根の下に直径５〜２０ｍｍの磁化材料約４０個を敷設した（実施例５）。その後、磁化材料を敷設したプランターと、敷設しないプランター（比較例１）の各々に同量の培養土を入れ、２０１３年４月９日に、寸法のほぼ等しいタカノツメ幼苗３株ずつをそれぞれ植え付けた。また、毎日、等量の給水のみをし、追肥はしなかった。図１４は、１２０日経過後の実施例５（磁化スラグ側）及び比較例１（対照側）の各々の苗であり、実施例５では、３株とも白い花が開花し、１５１日経過後には、３株の合計で１５個の結実が確認された。一方、比較例１（対照側）では、開花もしなかった。また、２４０日経過後に収穫をしたところ、実施例５では赤い実は４５個（結実している様子を表す図１５参照）であり、比較例１では僅か４個（図１６参照、極めて数が少ないため、この図では実はみられない。）であった。このように、タカノツメの栽培で、磁化材料を敷設することにより、苗の生長と開花・結実において生物活性効果が顕著に発現された。
【００５４】
実施例６及び比較例２
２個の幅２０ｃｍ、長さ６０ｃｍのプランターに同量の培養土を入れ、ミニ白菜を栽培した。この栽培試験では、直径５〜２０ｍｍの磁化材料を粗骨材とし、幅２０ｃｍ、長さ３８ｃｍ、厚さ２ｃｍのコンクリートボード（重量４．５ｋｇ）を１枚手練りで作製した。その後、コンクリートボードの生物活性の指標となる表面磁界の発生を、ボード上１ｃｍの高さにおいて長さ方向に磁気センサで測定した（図１７参照）。次いで、このボードをプランターの下に配設した（実施例６）。また、同寸法のプランターの下に、上述のコンクリートボードと同寸法の木製の板を配設した（比較例２）。次いで、各々のプランターに同量の培養土を入れ、２０１３年９月４日に、寸法のほぼ等しいミニ白菜の幼苗３株づつをそれぞれ植え付けた。また、毎日、等量の給水のみをし、追肥はしなかった。図１８は植え付けから６ケ月経過後の苗であり、実施例６（磁化スラグボード側）では、特に２株の生長が早く、比較例２（対照側）と比べて明らかに異なっている。尚、実施例５では、磁化材料を栽培土中に埋設したため、磁化材料の成分が溶出した可能性も否定できず、生物活性効果が純粋に磁界の効果のみによるものとは断定できないかもしれないが、この実施例６では、生物活性効果は純粋に磁界によるものと断定することができる。
【００５５】
実施例７及び比較例３
実施例４で作製した粗骨材が山砂利のみのＧ１００の試験体（比較例３）、及び山砂利の８０質量％を磁化材料に置き換えたＭ８０の試験体（実施例７）（試験体はいずれも直径が１００ｍｍ、長さが２００ｍｍの円柱体である。）から、厚さ１０ｍｍの円板プレートを切り出した。その後、各々の円板プレートを発芽・生育試験の試験ポットの下に配置し、コマツナの発芽・生育効果を評価するための幼植物試験を実施した。試験方法は「植物に対する害に関する栽培試験の方法（昭和５９年４月１８日付５９農蚕第１９４３号農林水産省農蚕園芸局長通知）」に準じているが、試験設計や植物個体の間引等、一部改変して実施した。試験ポットとしては、内径１１．３ｃｍ、高さ６．５ｃｍの鉢（ノイバウエルポット）を用いた。試験ポット数は実施例７及び比較例３各５個とした。
【００５６】
供試土壌としては、土性が壌土の洪積土である黒ボク土を予め風乾させ、目開き２ｍｍの篩下を用いた。また、供試作物として、コマツナ（品種は菜々音）２０粒を播種した。肥料としては、全てのポットにアンモニア性窒素（Ａ−Ｎ）、可溶性りん酸（Ｓ−Ｐ２Ｏ５）、水溶性加里（Ｗ−Ｋ２Ｏ）として５０ｍｇに相当する量の硫酸アンモニア、過りん酸石灰及び塩化加里を施用した。試験期間中における栽培温度は、原則として１５〜２５℃の範囲に保持した。栽培期間は、播種後、３週間とした。具体的には、供試土壌に肥料を均一に混合してポットに詰めたうえで水分調整（最大容水量の６０質量％）し、供試作物２０粒を播種した。次いで、これらのポットを上述したＧ１００（比較例３）及びＭ８０（実施例７）の円板プレート上に配置した。更に、発芽した個体について、播種後、４日目に８本を間引き、７日目に２本を間引き、残り１０本を生育させ、播種から２１日後に収穫した。尚、水分は毎日与え、水分調整（最大容水量の６０質量％）をした。試験終了後、各ポットで最も生育の良い葉の草丈の測定を行った。
【００５７】
図１９は、コマツナの発芽・生育試験結果である。外観上は大きな差異は感じられないが、草丈の測定結果では、平均値でＧ１００の円板プレートを配置した比較例３（対照側）では１０．１ｃｍ（５個のポットの各々の草丈は、１０．０ｃｍ、９．９ｃｍ、１０．２ｃｍ、１０．３ｃｍ、１０．０ｃｍであった。）、Ｍ８０の円板プレートを配置した実施例７（磁化スラグ側）では１０．５ｃｍ（５個のポットの各々の草丈は、１０．４ｃｍ、１０．４ｃｍ、１０．６ｃｍ、１０．３ｃｍ、１０．６ｃｍであった。）と、約５％の差異が確認された。これはデータのばらつきを考慮しても有意な差と言える。
【００５８】
尚、本発明においては、上述の具体的な実施例に記載されたものに限らず、目的及び用途に応じて、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、コンクリートの所要強度等によって、転炉スラグや電気炉還元スラグ等の他の鉄鋼スラグを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、鉄鋼スラグ、特に電気炉酸化スラグを磁化してなる磁化材料の技術分野において利用することができる。また、この磁化材料を骨材として用いた高強度コンクリート及び生物活性材等の技術分野において利用することができる。本発明の磁化材料を用いた高強度コンクリートは、建築物、構造物の耐震性を強化して、防災機能を高め、安全、安心な社会の実現に資するとともに、省資源、省エネルギー、ＣＯ２排出削減に大きく貢献するものである。
【００６０】
また、この高強度コンクリートは生物活性機能を有し、耐震性の高い生物活性防波堤、生物活性堤防、緑化壁、緑化屋上床、植物工場床、養殖コンクリート水槽などの広範な用途において利用することができる。また、この高強度コンクリートは、血行が促進される歩行路、及び各種の健康回復器等に利用することができ、超高齢社会での住生活環境の向上に幅広く貢献するものである。
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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