(57)【要約】【課題】溶融スラグをコンクリート用細骨材として使用した場合に、余剰気泡の連行やポップアウト現象を回避することができる、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグ骨材の安定化処理方法を提供する。【解決手段】コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法は、溶融スラグを、濃度５〜３０質量％のケイフッ化マグネシウム溶液に３０分〜２時間浸漬した後、得られた改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を除去する、安定化処理方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグを、濃度５〜３０質量％のケイフッ化マグネシウム溶液に３０分〜２時間浸漬した後、得られた改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を除去することを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法において、ケイフッ化マグネシウム溶液は、ｐＨが２〜３であることを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法において、該改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を、水洗または１００℃以上で加熱することにより除去することを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグ細骨材の安定化処理方法に関するものであり、特にコンクリート用細骨材として溶融スラグを用いた場合に該溶融スラグに起因する余剰気泡の連行やポップアウト現象を防止する、溶融スラグ細骨材の安定化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融スラグは，ごみ焼却炉から排出される焼却灰や下水処理場から排出される汚泥等を１２００℃以上で溶融後に固化した無機材料である。
従来より、かかる溶融スラグは、舗装用細骨材、路盤材、コンクリート用細骨材、凍結抑制砂、陶器用材料、人工石用材料等に利用されている。
【０００３】
一般廃棄物又は下水汚泥を起源とした溶融スラグには、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）が含まれ、その他微量の有害物質も含まれている。
溶融スラグは概ね５ｍｍ以下の単粒度であるため、コンクリート用細骨材としての利用が有望である。
そこで、ＪＩＳ  Ａ  ５０３１（非特許文献１）には、溶融スラグをコンクリート用細骨材として利用する場合が規定され、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の他、有害物質の含有量や溶出量等について記載されている。
【０００４】
しかし、溶融スラグをコンクリート用細骨材として使用する場合の上記ＪＩＳ  Ａ  ５０３１に規定される化学成分としては、直接の膨張成分となる酸化カルシウム（ＣａＯ）及び二次的に膨張成分を生成する硫黄化合物（ＳもしくはＳＯ３）、更には発錆による汚れ防止を勘案した酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のみである。更には、該ＪＩＳ  Ａ  ５０３１には、有害物質の含有量や溶出量等について記載されている。
【０００５】
溶融スラグに含まれる酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）はコンクリート中の水酸化カルシウムや水と反応して水素ガスを発生させて、得られるコンクリート中に余剰気泡を連行する原因となるが、上記ＪＩＳ  Ａ  ５０３１ではこの量を特に規定していない。
そのため、溶融スラグをコンクリート用細骨材として使用すると、当該コンクリート中に余剰気泡が連行され、含有される空気量を増大させてしまう。
【０００６】
また、ＪＩＳ  Ａ  ５０３１で規定された酸化カルシウム（ＣａＯ）の含有量を満足した場合であっても、ＣａＯが数ｍｍオーダーの粒状でコンクリート表面に存在すると、該ＣａＯと水との膨張反応で、その表層のコンクリートを剥離させるポップアウト現象が生じてしまう。
【０００７】
従って、上述したような理由から、溶融スラグはコンクリート用細骨材としてＪＩＳで規定されているものの、実用化に結びついていないという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ａ  ５０３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、溶融スラグをコンクリート用細骨材として使用した場合に、余剰気泡の連行やポップアウト現象を回避することができる、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグ骨材の安定化処理方法を提供することである。
具体的には、溶融スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３やＣａＯを消失させて、溶融スラグの改質を図ることを目的とするものである。
また、本発明の他の目的は、溶融スラグをコンクリート用細骨材として用いて、溶融スラグの有効利用を図ることができる、コンクリート用細骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、溶融スラグ中に含まれる、発泡成分や膨張成分となるＡｌ２Ｏ３やＣａＯを溶解して、無害な物質として固化することで、余剰気泡の連行、ポップアウト現象を回避することができることを見出し、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理を達成したものである。
【００１１】
本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法は、溶融スラグを、濃度５〜３０質量％のケイフッ化マグネシウム溶液に３０分〜２時間浸漬した後、得られた改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を除去することを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法である。
【００１２】
好適には、上記本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法において、ケイフッ化マグネシウム溶液は、ｐＨが２〜３であることを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法である。
更に好適には、上記本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法において、該改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を、水洗または１００℃以上で加熱することにより除去することを特徴とする、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法である。
【００１３】
なお、本発明において、溶融スラグとしては、最長径が５ｍｍ以下の粒子を用いるものである。
また、改質溶融スラグとは、溶融スラグを前記ケイフッ化マグネシウム溶液に浸漬して、溶融スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３やＣａＯを消失させて得られた溶融スラグをいうものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法により得られた溶融スラグは、溶融スラグ中に本来存在する発泡成分であるＡｌ２Ｏ３、膨張成分であるＣａＯを消失させることができ、コンクリート用細骨材として用いた場合に、得られるコンクリート中に余剰気泡の連行やポップアウト現象を発生させることがなくなる。
従って、本発明の安定化処理を施した溶融スラグを、コンクリート用骨材として有効に用いることができるので、溶融スラグの有効な再利用を図ることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法を以下に詳細に説明する。
本発明のコンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法は、溶融スラグを、濃度５〜３０質量％のケイフッ化マグネシウム溶液に３０分〜２時間浸漬した後、得られた改質溶融スラグに付着しているケイフッ化マグネシウム成分を除去する、コンクリート用骨材として用いる溶融スラグの安定化処理方法である。
【００１６】
すなわち、本発明の溶融スラグの安定化処理方法は、コンクリート材料に使用される骨材を、特定濃度のケイフッ化マグネシウム溶液に一定時間浸漬させることにより、溶融スラグ中に存在する発泡成分のＡｌ２Ｏ３や膨張成分であるＣａＯを消失させた改質溶融スラグを得ることができる、安定化処理方法である。
【００１７】
コンクリート材料としての細骨材として用いる溶融スラグを、上記ケイフッ化マグネシウム溶液中に浸漬すると、溶融スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３やＣａＯが、ケイフッ化マグネシウム溶液と化学反応することで溶融されることにより除去されて改質安定化されると考えられ、該改質溶融スラグを細骨材として使用した場合に、コンクリート中で余剰気泡の連行やポップアウト現象を発生させることがなくなる。
【００１８】
溶融スラグを浸漬するケイフッ化マグネシウム溶液の濃度は、５〜３０質量％であり、該ケイフッ化マグネシウム溶液のｐＨは２〜３となる。
該濃度が、５質量％未満では、当該溶液のｐＨを下記する所望の範囲にすることができず、溶融スラグ中のＡｌ２Ｏ３やＣａＯを十分に溶解することができない。
また、ケイフッ化マグネシウムの溶解度の点から、当該溶液の濃度を３０質量％を越えるように調製することは実質的に不可能であり、当該溶液のｐＨを２未満とすることはできない。
【００１９】
また、溶融スラグを前記ケイフッ化マグネシウム溶液に浸漬させる時間は、常温（２５℃）で３０分〜２時間とする。
３０分に満たない場合では、ＣａＯやＡｌ２Ｏ３の成分を確実に溶解することができず、溶融スラグを十分に改質できず、コンクリート用骨材として含有させると、コンクリート中に余剰気泡の連行、ポップアウト現象が生じてしまう。
一方、浸漬時間が２時間を越えると、改質溶融スラグが凝集して固化するため、コンクリート用細骨材として利用する際に解砕作業が必要となってしまう。解砕作業を介すると骨材として利用する際に余計な労力が係るほか、凝集体の残存や解砕粉の生成によって本来の粒度を損なうことになり、細骨材として用いるのに適さなくなってしまう。
【００２０】
前記浸漬処理後の溶融スラグにはＣａＯやＡｌ２Ｏ３が含まれておらず、改質が十分になされた溶融スラグが得られる。
かかる改質溶融スラグには、余剰のケイフッ化マグネシウム溶液が付着しており、かかる改質溶融スラグから余剰のケイフッ化マグネシウム溶液を除去する。
除去の方法としては、水で洗浄するか、若しくは１００℃以上で加熱処理することで、該余剰ケイフッ化マグネシウム成分を洗浄若しくは分解する。
これは、ケイフッ化マグネシウム成分がセメントの水和を遅延させる作用があるため、前記洗浄作業若しくは加熱処理を施すことでコンクリート用細骨材として使用したときの水和遅延を防止するためである。
【００２１】
好適には、該改質溶融スラグをコンクリート材料用細骨材として使用する場合のコンクリートの配合は特に限定されず、また、任意のコンクリートに適用することができる。
コンクリートを構成するセメントの種類は特に限定されず、例えば、普通、早強などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
【００２２】
また、前記セメントには、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、I型及びII型及びIII型無水石膏等の混和材を、単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。
また、当該コンクリートには、本発明の効果を損なわない範囲で、膨張材や収縮低減剤等のコンクリート用混和材を配合することも可能である。
【００２３】
また、本発明を適用するコンクリートを調製するための混練水としての量は、使用する材料の種類や配合により変化させることができるため、一義的に決定されるものではないが、通常、水／セメント比で２５〜６０質量％が一般的な配合量である。
【００２４】
このように、任意の組成及び配合のコンクリートに、本発明の安定化処理を施した溶融スラグを含有させることで、コンクリートの余剰気泡の連行やポップアウト現象の発現をなくすことが可能となり、溶融スラグの有効な再利用が図られる。
【実施例】
【００２５】
本発明を以下の実施例および比較例により説明するが、これらに限定されるものではない。
使用材料
ケイフッ化マグネシウム：森田化学株式会社製の工業用薬品
溶融スラグ：次の表１に示す化学成分と物性値とを有する溶融スラグ
なお、該溶融スラグは、ＪＩＳ  Ａ  ５０３１に規定するものに相当するものであり、最長径が５ｍｍ以下の粒子である。
【００２６】
【表１】
2011111382.tif 000002
【００２７】
実施例１〜８、比較例１〜１１
上記ケイフッ化マグネシウム原料を用いて、以下の表２に示す各濃度、各ｐＨを有するケイフッ化マグネシウム水溶液を調製した。ここでｐＨ測定には株式会社佐藤計量器製作所のＳＫ−６２０ＰＨを使用した．
次いで、各ケイフッ化マグネシウム水溶液に、前記表１の溶融スラグを、以下の表２に示す時間で浸漬し、次いで、浸漬後の溶融スラグを各ケイフッ化マグネシウム溶液より取り出して、水で十分に洗浄した。
【００２８】
該浸漬処理後、溶融スラグ細骨材中のＡｌ２Ｏ３とＣａＯの存在の有無を、粉末Ｘ線分析装置（株式会社リガク社製  Ultima IV）を用いてピークの有無について測定し、それぞれのピークの検出の有無の結果を表２に示す。
ピークを検出した場合には「有」、ピークを検出しない場合には「無」で表す。
また、上記処理後の得られた溶融スラグ粒子の凝集の有無についても表２に示す。
【００２９】
【表２】
2011111382.tif 000003
【００３０】
上記表２に示すように、実施例１〜実施例８の本発明の安定化処理を施した場合においては、発砲成分であるＡｌ２Ｏ３および膨張成分であるＣａＯが検出されなかった。即ち、溶融スラグをコンクリート用細骨材として使用した場合に、原因となるＡｌ２Ｏ３およびＣａＯが消失していることにより、コンクリートでは問題となる余剰気泡の連行、ポップアウト現象が解消されたことを意味する。
また、比較例５、比較例７、比較例９及び比較例１１の場合には、溶融スラグ細骨材が凝集固化しているため、コンクリート用細骨材としての利用が困難であることがわかる。