(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグを、溶融スラグの硬さ−熱処理温度関係曲線を用いて決定した、未処理スラグの硬さより少なくとも１０％以上の硬さ増加を示す熱処理温度から最大硬さを示す熱処理温度の範囲である、スラグ自身の強度を高める温度範囲で熱処理する溶融スラグの結晶化方法。
【請求項２】
溶融スラグが水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグである請求項１の溶融スラグの結晶化方法。
【請求項３】
前記の温度範囲が、未処理スラグの硬さより少なくとも２０％以上の硬さ増加を示す熱処理温度から最大硬さを示す熱処理温度の範囲である請求項１または２の溶融スラグの結晶化方法。
【請求項４】
結晶化した目的物がコンクリート用細骨材である請求項１ないし３のいずれかの溶融スラグの結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の属する技術分野】
本発明は、水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグを結晶化してコンクリート用細骨材を得る溶融スラグの結晶化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物および産業廃棄物等を溶融急冷固化した水砕スラグは、非晶質かつ粒内に多くの気孔や亀裂を有するため、コンクリート用細骨材として利用する場合、そのまま使用するとコンクリートの強度低下をまねく恐れがある。例えば、都市ゴミ等の溶融スラグを細骨材として使用したコンクリート製品は、構造物の強度が要求される建築土木材料には使用できず、インターロッキング等の使用に限定されている。
【０００３】
一方、非晶質な溶融スラグは熱処理することにより結晶性物質となり、その結果としてスラグ自身の強度が高くなる場合がある。近年ではこの熱処理技術に関連した装置が多く提案されており（特開平１１−２４６２４４、特開平１１−５７６５３、特開平９−２６３４３０等）、溶融工程において発生する廃熱を利用した熱効率を高めた熱処理システムの開発など、コンクリート用細骨材として溶融スラグの付加価値を高める新しいシステムとして期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非晶質な溶融スラグを熱処理して結晶化すると、スラグの強度が高くなる場合があるが、処理温度の設定を誤ると、スラグ粒子の膨張や粒子間の焼き付きが生じ、強度等のスラグ物性の低下をまねく。一般にガラス等の非晶質物質を加熱すると、ガラス転移温度以上において結晶核が生成、成長して結晶化する。現在提唱されている溶融スラグの熱処理システムの熱処理温度も、スラグのガラス転移点から融点の間に設定されている場合が多い（例えば、特開平１１−２４６２４４）。しかしながら、非晶質物質にはガラス転移点が明確でない場合やガラス転移温度以下でも結晶化する場合があり、スラグ強度を高めるための熱処理温度を決定する的確な評価手段は明らかにされていない。
【０００５】
従来の評価技術を述べると、示差熱分析等の熱分析装置を用いて、ガラス転移温度を測定することは有効であるが、前述のようにガラス転移温度が不明確な物質は評価できず、スラグによってはガラス転移温度以下でも結晶化する場合がある。
また、Ｘ線回折分析装置を用いて測定したスラグの結晶度をもって焼成温度を決定する場合、ある程度までは熱処理温度の増加と共にスラグの結晶性は増加するが、結晶度が高くなると必ずスラグ自身の強度も高くなるとは言えない。
有効な評価手段として、個々のスラグ粒子の圧壊試験が考えられるが、不規則な粒子形状が試験結果に大きく依存し、データとしての信頼性に欠ける場合が多いため、スラグ粒子がもつ本来の強度評価は困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグをコンクリート用細骨材とするため、強度等の物性が低下することなく結晶化することができる熱処理条件を決定できる新規評価方法を確立するとともに、その方法により決定された熱処理条件で非晶質溶融スラグの熱処理方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質な溶融スラグをコンクリート用細骨材として付加価値を高めるため、熱処理によりスラグの結晶化を行う際、スラグの最適熱処理の温度範囲を限定するためのスラグの硬さ−熱処理温度関係曲線を用いた新規評価方法を確立するとともに、その方法により決定された条件で非晶質溶融スラグの熱処理方法を提供するものである。
【０００８】
本発明は、溶融スラグをスラグ自身の強度を高める温度範囲で熱処理する溶融スラグの結晶化方法を要旨としている。
【０００９】
溶融スラグが水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグであり、その場合、本発明は、水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグをスラグ自身の強度を高める温度範囲で熱処理する溶融スラグの結晶化方法を要旨としている。
【００１０】
溶融スラグの硬さ−熱処理温度関係曲線を用いて決定したスラグの最適熱処理の温度範囲で行うことを特徴としており、その場合、本発明は、水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグを硬さ−熱処理温度関係曲線を用いて決定したスラグ自身の強度を高めるスラグの温度範囲で熱処理する溶融スラグの結晶化方法を要旨としている。
【００１１】
前記の温度範囲が、未処理スラグの硬さより少なくとも１０％以上、好ましくは２０％以上の硬さ増加を示す熱処理温度から最大硬さ付近を示す熱処理温度の範囲であり、ガラス転移温度が明確なスラグについては、その温度以下であり、その場合、本発明は、水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグを硬さ−熱処理温度関係曲線を用いて決定した、未処理スラグの硬さより少なくとも１０％以上、好ましくは２０％以上の硬さ増加を示す熱処理温度から最大硬さ付近を示す熱処理温度の範囲であり、ガラス転移温度が明確なスラグについては、その温度以下であるスラグ自身の強度を高めるスラグの温度範囲で熱処理する溶融スラグの結晶化方法を要旨としている。
【００１２】
また、本発明は、結晶化した目的物がコンクリート用細骨材であることを特徴とする上記のいずれかの溶融スラグの結晶化方法を要旨としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
一般廃棄物および産業廃棄物等を溶融急冷固化した水砕スラグは、非晶質かつ粒内に多くの気孔や亀裂を有する。例えば、都市ゴミ等の溶融スラグを細骨材として使用したコンクリート製品は、構造物の強度が要求される建築土木材料には使用できない。そのまま使用するとコンクリートの強度低下をまねく恐れがある。
本発明は、コンクリート用細骨材として使用するために、熱処理によりスラグの結晶化を行う。本発明者らは、スラグの最適熱処理温度範囲を限定するための溶融スラグの硬さ−熱処理温度関係曲線を用いた評価方法を見いだした。その評価方法により決定された条件で非晶質溶融スラグの熱処理方法を実施する。
なお、溶融スラグの硬さの測定方法については、ビッカース硬さ、マイクロビッカース硬さ、ヌープ硬さ等があるが、溶融スラグの硬さ測定が可能な方法であれば、いずれの方法で硬さ測定を行ってもよい。
【００１４】
すなわち、本発明は、様々な温度で熱処理した溶融スラグの硬さを測定することにより、硬さ−熱処理温度関係曲線から最適なスラグの熱処理温度範囲を決定するものである。
未処理スラグの硬さより少なくとも１０％以上、望ましくは２０％以上の硬さ増加を示す熱処理温度から最大硬さ付近を示す熱処理温度をスラグの適切な熱処理温度範囲とする。スラグの最大硬さは多くの場合ガラス転移温度以下であり、したがって、本発明の熱処理温度範囲は、ガラス転移温度が明確なスラグについては、その温度以下である。なお、硬さはスラグマトリックスの強度を示す示標であり、スラグ内の気孔量や気孔径が同一であれば、硬さが高いほどスラグ粒子自身の強度は高くなる。
【００１５】
【実施例】
本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１６】
実施例
本発明に使用したスラグは２種類の非晶質な溶融スラグ（水砕スラグ）であり、表１に示す化学組成を有する。試料１は主成分がＳｉＯ２  ４２ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３  １４ｍａｓｓ％、ＣａＯ  ２０ｍａｓｓ％、試料２は主成分がＳｉＯ２  ４０ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３  １８ｍａｓｓ％、ＣａＯ  ３４ｍａｓｓ％であり、両試料の塩基度は若干異なるが両試料とも一般的な溶融スラグの組成を示している。
【００１７】
【表１】
0003553011.tif 000002
【００１８】
これらスラグを様々な温度で熱処理し、粒子径０．６〜１．２ｍｍに分級後、それらにエポキシ樹脂等の二液硬化性樹脂を加えてスラリー状にしてプラスチックリング型に傾注、樹脂が硬化した後、表面を研磨仕上げした。硬さ測定はビッカース硬さ計を用いて行い、ダイヤモンド四角錐圧子を試験荷重２５ｇｆ、荷重時間１５ｓで表面研磨したスラグ粒子に圧入し、圧痕の対角線長さから硬さを算出した。ビッカース硬さはビッカース硬度計ＭＶＫ−Ｇ２  株式会社アカシ製を用いて測定した。
【００１９】
図１にスラグ硬さと熱処理温度の関係を示す。いずれの試料も熱処理温度の上昇とともに硬さは増加し、ある温度で硬さの最高点を示した後、それ以上の熱処理温度では減少している。
試料１未処理スラグの硬さは６５５、硬さの最高値は熱処理温度８００℃の１０３８であり、試料２未処理スラグの硬さは６９１、硬さの最高値は熱処理温度８６０℃の９１４である。
【００２０】
また、図２に試料２の絶乾比重と熱処理温度の関係を示すが、熱処理をすることにより未処理スラグよりも比重は増加しているが、７７０℃で最高値を示し、それ以上の温度では低下している。比重の最高値を示す温度は硬さのそれより若干低い。
一方、両試料の示差熱分析結果を図３に示すが、ガラス転移点である発熱ピークは両試料とも観察され、試料１は８０８℃、試料２は８８７℃である。
また、図４に試料２の各熱処理温度でのＸ線回折プロファイルを示すが、未処理スラグおよび７６０℃スラグは結晶相は認められないが、７８０℃スラグにおいて結晶化（Ｘ線的結晶化）がおこり、ガラス転移温度より８７℃低い８００℃スラグにおいてはＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系結晶相が明確に観察される。
【００２１】
以上の実験事実から、非晶質溶融スラグはガラス転移温度以下においても結晶化がおこり、最高硬さおよび最高比重を示す熱処理温度は、ガラス転移温度より低い熱処理温度であるため、少なくともガラス転移温度以上での熱処理は結晶化スラグの物性的にも処理コストおよびエネルギー的にも望ましくない。
また、最高硬さを示す熱処理温度では比重が減少して若干のスラグの膨張が発生している。
したがって、スラグを熱処理により強度を高めるための効率的かつ最適な熱処理温度は、未処理スラグの硬さより少なくとも１０％以上、望ましくは２０％以上の硬さが増加する熱処理温度から最大硬さ付近を示す熱処理温度の範囲であり、本発明らが見いだした評価方法によって的確な熱処理温度範囲が判定できる。
本実施例における各試料の最適熱処理範囲は、試料１の場合、測定件数が少ないが、７００〜８００℃、試料２の場合は、７６０〜８６０℃に限定される。
【００２２】
【発明の効果】
水砕スラグ等の非晶質な溶融スラグから効率的に結晶化してコンクリート用細骨材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融スラグのビッカース硬さと熱処理温度の関係を示す図面である。
【図２】スラグの絶乾比重と熱処理温度の関係を示す図面である。
【図３】スラグの示差熱分析曲線を示す図面である。
【図４】溶融スラグのＸ回折プロファイルを示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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