(57)【要約】【課題】スラグ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る改質方法を提供する。【解決手段】ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１以上のスラグに高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合し、水の存在下でポゾラン反応を生じさせた後、ＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させる。ポゾラン反応によりスラグ表面がポゾラン反応生成物で覆われ、このスラグをＣＯ２と接触させることにより、ポゾラン反応生成物の表層が炭酸化するので、スラグが水と接触しても、前記炭酸化層がバリアとなってアルカリ成分が溶出せず、水のｐＨ上昇が抑えられる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比）が１．１以上のスラグに高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合し、水の存在下でポゾラン反応を生じさせた後、ＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項２】
スラグ中にＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスを吹き込むことにより、スラグをＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とする請求項１に記載のスラグの改質方法。
【請求項３】
スラグをＣＯ２濃度が空気を超える雰囲気に置くことにより、スラグをＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とする請求項１に記載のスラグの改質方法。
【請求項４】
スラグ１００質量部に対して、高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを合計で５〜５０質量部混合することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラグの改質方法。
【請求項５】
液性限界未満の範囲で水を含んだ状態でポゾラン反応を生じさせることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスラグの改質方法。
【請求項６】
４０〜１００℃の水蒸気雰囲気においてポゾラン反応を生じさることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスラグの改質方法。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼スラグなどのスラグが路盤材、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、スラグ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ＣａＣＯ３として安定化する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９３３４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２００２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
したがって本発明の目的は、スラグ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る改質方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、スラグと高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合し、水の存在下でポゾラン反応を生じさせた後、ＣＯ２と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］ＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比）が１．１以上のスラグに高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合し、水の存在下でポゾラン反応を生じさせた後、ＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とするスラグの改質方法。
［2］上記［1］の改質方法において、スラグ中にＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスを吹き込むことにより、スラグをＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とするスラグの改質方法。
［3］上記［1］の改質方法において、スラグをＣＯ２濃度が空気を超える雰囲気に置くことにより、スラグをＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させることを特徴とするスラグの改質方法。
【０００７】
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの改質方法において、スラグ１００質量部に対して、高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを合計で５〜５０質量部混合することを特徴とするスラグの改質方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの改質方法において、液性限界未満の範囲で水を含んだ状態でポゾラン反応を生じさせることを特徴とするスラグの改質方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの改質方法において、４０〜１００℃の水蒸気雰囲気においてポゾラン反応を生じさることを特徴とするスラグの改質方法。
［7］上記［1］〜［6］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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スラグ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る。このため、スラグ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、スラグの用途を拡大することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による材料の改質方法では、ＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比）が１．１以上のスラグと、高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合し、水の存在下でポゾラン反応を生じさせた後、ＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させる。
このようなスラグの改質方法において、スラグと高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュ（以下、これらを総称して「ポゾラン」という場合がある）を混合することにより、スラグ表面にポゾランが付着する。スラグとポゾランが水の存在下においてポゾラン反応し、その結果、スラグの表面がポゾラン反応生成物で覆われる。このスラグをＣＯ２と接触させることにより、ポゾラン反応生成物の表層（最大深さ０．２ｍｍ程度）が炭酸化（中性化）する。その結果、スラグが水と接触しても、前記炭酸化層がバリアとなってアルカリ成分が溶出しにくくなり、水のｐＨ上昇が抑えられる。すなわち、スラグを、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。
以上のように本発明の改質方法は、スラグを直接炭酸化するのではなく、スラグ表面に生成させたポゾラン反応生成物の表層を炭酸化することに特徴があり、ポゾラン反応生成物はスラグよりも炭酸化しやすいため、スラグを直接炭酸化するよりも、水と接触した際にアルカリ成分の溶出を防ぐ炭酸化層を確実に生成させることができる。
【００１０】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明が改質の対象とするのは、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１以上のスラグである。ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１未満のスラグは、接触する水のｐＨ上昇が小さく、本発明を適用する必要性が乏しい。ＣａＯ／ＳｉＯ２の上限は特に規定しないが、ＣａＯ／ＳｉＯ２が４．０を超えるスラグはfree-ＣａＯが多く膨張しやすいため、スラグ表面をポゾラン反応生成物で覆っても、スラグ粒子が膨張・崩壊し、本発明の効果は小さくなる。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
高炉スラグ微粉末、フライアッシュはＳｉＯ２を含有し、このＳｉＯ２が水の存在下でＣａＯとポゾラン反応することにより、化合物（ポゾラン反応生成物）を生成する。
スラグに対する高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュの配合量は特に限定しないが、スラグ１００質量部に対して、合計で５〜５０質量部程度とすることが好ましい。高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュの配合量が５質量部未満では効果が小さく、一方、５０質量部を超えて配合しても効果が飽和し、却って経済性を損なう。
【００１４】
スラグと高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュとを反応させるための水の量も特に限定しないが、液性限界未満の範囲の水を含有させた状態で反応させる必要がある。液性限界を超えると混合物が流動化し、フレッシュな状態のコンクリートと同じような状態となる。この状態でポゾラン反応をさせると固まったコンクリート状となり、次工程で効果的にスラグ粒子にＣＯ２を接触させることができなくなる。
一般に、水の含有量は、表面乾燥飽水状態のスラグとポゾラン（高炉スラグ微粉末＋フライアッシュ）の合計１００質量部に対して、３〜１５質量部程度とするのが好ましい。
スラグの水分が不足している場合（表面乾燥飽水状態よりも含水率が低い場合）には、高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを混合する際に適宜水を加えるとよい。
【００１５】
スラグと高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュを水の存在下でポゾラン反応させるのは、大気雰囲気中でもよいが、反応効率の面からは、４０〜１００℃、望ましくは５０〜７５℃の水蒸気雰囲気中が好ましい。ここで、水蒸気雰囲気とは、例えば、対象物を大気雰囲気下に置き、その下部から水蒸気を流した状態、または対象物をシートで覆い、シート中に水蒸気を流した状態を指す。ポゾラン反応を完了させるには、大気雰囲気では７日〜１ヶ月程度かかるのに対し、４０〜１００℃（望ましくは５０〜７５℃）の水蒸気雰囲気では１〜２４時間（通常、数時間）程度で済むので、効率的な処理を行うことができる。
【００１６】
以上のようにして、高炉スラグ微粉末または／およびフライアッシュとの間でポゾラン反応を生じさせたスラグを、ＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガスと接触させる。ＣＯ２含有ガスとしては、空気でもよいが、炭酸化を速やかに進行させるにはＣＯ２濃度が５vol％以上のＣＯ２含有ガスが好ましい。
スラグをＣＯ２ガスまたはＣＯ２含有ガス（以下、説明の便宜上「ＣＯ２含有ガス」を例に説明する。）と接触させる方法としては、（i）スラグ中にＣＯ２含有ガスを吹き込む方法、（ii）ＣＯ２含有ガス雰囲気中にスラグを置く方法、などを採ることができる。このうち（i）の方法では、例えば、スラグの積み山や充填層の下部にガス供給部を設け、スラグ中に強制的にＣＯ２含有ガスを吹き込む。この方法では、ＣＯ２含有ガスとして空気を用いても、ある程度の効率で炭酸化を行うことができる。一方、（ii）の方法では、処理効率の面からは、ＣＯ２濃度が空気よりも高いＣＯ２含有ガスを用いることが好ましい。
例えば、ＣＯ２濃度が５vol％以上のＣＯ２含有ガスをスラグに吹き込む場合には、炭酸化のための処理期間は１日〜３日程度でよい。
以上述べたような本発明の改質方法で改質処理されたスラグは、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】
【００１７】
［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。
【００１８】
【表１】
2011051819.tif 000002