(57)【要約】【課題】溶融スラグをアスファルト路盤材あるいはコンクリート用細骨材としてリサイクルすること。【解決手段】原料の非晶質溶融スラグに融着防止剤としてのフライアッシュを添加し熱処理することにより結晶化した原料スラグの硬さよりも少なくとも１０％以上の硬さを有する結晶化スラグ。融着防止剤としてのフライアッシュを１〜２０ｍａｓｓ％添加する。上記の結晶化スラグのアスファルト路盤材または結晶化スラグのコンクリート用細骨材としての使用。【選択図】        図１
2004224615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の非晶質溶融スラグに融着防止剤としてのフライアッシュを添加し熱処理することにより結晶化した原料スラグの硬さよりも少なくとも１０％以上の硬さを有する結晶化スラグ。
【請求項２】
融着防止剤としてのフライアッシュを１〜２０ｍａｓｓ％添加する請求項１の結晶化スラグ。
【請求項３】
融着防止剤としてのフライアッシュが、原料スラグよりも融点が高いフライアッシュである請求項１または２の結晶化スラグ。
【請求項４】
上記の熱処理が、フライアッシュの脱炭温度よりも高く、かつ、スラグの硬さ―熱処理温度関係曲線から評価される最適な温度で行われる請求項１、２または３の結晶化スラグ。
【請求項５】
原料スラグの硬さよりも少なくとも２０％以上の硬さを有する請求項１ないし４のいずれかの結晶化スラグ。
【請求項６】
高硬度かつスラグ同士の融着が少なく、フレッシュコンクリートにおけるブリーディングの少ないものである請求項１ないし５のいずれかの結晶化スラグ。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかの結晶化スラグのアスファルト路盤材としての使用。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかの結晶化スラグのコンクリート用細骨材としての使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の属する技術分野】
本発明は、結晶化した溶融スラグおよびその用途、特にアスファルト路盤材あるいはコンクリート用細骨材としてリサイクルする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ溶融スラグ、特に水砕スラグは、粒子径１０ｍｍ以下の細粒スラグであるため、アスファルト用あるいはコンクリート用細骨材としての利用が期待されている．しかしながら、水砕スラグは非晶質で粒子硬さが既存の海砂や砕砂等と比較して低く、粒子形状も鋭利な針状粒子が含まれるなど、細骨材として必ずしも満足のできるものではない。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（特許文献１〜３など）、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。
【０００３】
石炭火力発電所などで微粉炭を燃焼したあとの残さとして石炭灰が発生する。石炭灰は集塵装置で回収されたフライアッシュとボイラ底部に溜まるクリンカーアッシュに大別される。石炭灰は約１０００万ｔ／年発生しており、その約５０％はセメント及びコンクリート業界を中心に利用されているが、今後よりいっそうの有効利用が求められている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２４６２４４号公報
【特許文献２】
特開平１１−５７６５３号公報
【特許文献３】
特開平９−２６３４３０号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０１０５０号公報
【０００５】
【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招く。最適熱処理温度は、特許文献４に示すように、スラグ粒子のビッカース硬さを測定し、硬さ―熱処理温度曲線による判定が有効である。しかしながら、スラグの硬さが最大値付近を示す熱処理温度において、スラグ粒子同士の融着が発生する場合もあり、スラグ単味では、必ずしも硬さが最大値付近を示す温度での熱処理ができていない。また、結晶化スラグは海砂等と比較して０．１５ｍｍ以下の微細粒子が少ないため、コンクリート用細骨材として使用した場合、フレッシュコンクリートにおけるブリーディング問題があり、コンクリートの強度低下の原因となっている。
一方、フライアッシュには約１〜５％の炭素を含有しており、コンクリート等混和剤として使用する場合、そのまま使用することはできず、熱処理を施し、脱炭する必要がある。
【０００６】
本発明は、熱処理操作により、高硬度かつスラグ同士の融着が少なく、フレッシュコンクリートにおけるブリーディングの少ない結晶化した溶融スラグを提供し、溶融スラグをアスファルト路盤材あるいはコンクリート用細骨材としてリサイクルすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料の非晶質溶融スラグに融着防止剤としてのフライアッシュ、好ましくは原料スラグよりも融点が高いフライアッシュを添加し、具体的には１〜２０ｍａｓｓ％添加し、熱処理し、好ましくはフライアッシュの脱炭温度よりも高く、かつ、スラグの硬さ―熱処理温度関係曲線から評価される最適な温度で熱処理し、結晶化した原料スラグの硬さよりも少なくとも１０％以上、好ましくは少なくとも２０％以上の硬さを有する結晶化スラグを要旨とする。
【０００８】
本発明の結晶化スラグは、高硬度かつスラグ同士の融着が少なく、フレッシュコンクリートにおけるブリーディングの少ないものであることを特徴とし、アスファルト路盤材またはコンクリート用細骨材としての使用に適している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶化スラグは、水砕スラグなどの非晶質な溶融スラグを結晶化する際、溶融スラグよりも融点が高いフライアッシュを融着防止剤として１〜２０ｍａｓｓ％添加し、フライアッシュの脱炭温度よりも高く、かつ、スラグの硬さ―熱処理温度関係曲線から評価される最適な温度で熱処理し、未処理スラグの硬さよりも少なくとも１０％以上、望ましくは２０％以上の硬さを有する結晶化スラグを製造する。
【００１０】
【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。
【００１１】
実施例１
＜熱処理試験＞
本実施例に使用したスラグは、香川県産の溶融スラグ（水砕スラグ）であり、表１に示す化学組成を有する。主成分はＳｉＯ２ＣａＯ  Ａｌ２Ｏ３であり、一般的な溶融スラグの組成を示している。フライアッシュは四国電力（株）製四種を用いた。化学組成を表１に併せて示す。図１に溶融スラグ及びフライアッシュの示差熱曲線を示す。溶融スラグのガラス転移点は８８７℃である。フライアッシュの発熱ピークは脱炭によるもので７４０℃で脱炭は終了している。
【００１２】
【表１】
2004224615.tif 000003
【００１３】
溶融スラグは、ロールクラッシャーにより粉砕し、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）を２．６に調整した。熱処理試験は、このスラグにフライアッシュを添加しないものと１０％添加したものを用いた。
熱処理試験は、高砂工業（株）製外熱式ロータリーキルンＴＦ−１０５型を用いた。使用レトルトは、材質インコネル、サイズ４０００Ｌ×３００φでレトルト傾斜角１．０％、レトルト回転数１．９３ｒｐｍとした。熱処理温度は７９０〜８１０℃、有効焼成時間４０〜６０ｍｉｎ、レトルト内スラグ充填率約２０ｖｏｌ％、スラグ供給量約５０ｋｇ／ｈとした。
熱処理したスラグの結晶性をＸ線回折分析装置を用いて調べるとともに、スラグ粒子のビッカース硬さを特開２００２−２０１０５０の手順で測定した。
未処理スラグ及び熱処理したスラグの物性を表２に示す。また、それぞれのスラグのＸ線回折プロファイルを図２に示す。
【００１４】
フライアッシュ無添加の溶融スラグは、熱処理温度を８００℃以上にするとロータリーキルン内で強固に融着したため、融着が比較的少ない７９０℃、４０ｍｉｎの条件で熱処理を行った。一方、フライアッシュを添加した溶融スラグは、８１０℃、６０ｍｉｎの熱処理条件においても顕著な融着は発生しなかった。未処理スラグを含めた３種類のスラグの物性を比較すると、結晶性は、図２からもわかるように、熱処理温度が高いほど回折線が観察され、特にフライアッシュを添加した溶融スラグは結晶性が高くなっている。また、ビッカース硬さもフライアッシュ添加の溶融スラグの値が最も高く、未処理と比較して約２０％硬い。一方、表乾比重はフライアッシュ無添加の熱処理スラグが高くなっている。これは、８１０℃まで熱処理温度を高くすると溶融スラグが若干膨張するのと、フライアッシュのかさ比重が低いことに起因する。
フライアッシュを添加した溶融スラグを熱処理したスラグ粒子表面のＳＥＭ写真を図３に示すが、スラグ表面に球状のフライアシュ粒子が融着しており、このためスラグ粒子同士の融着を防止するものと考えられる。フライアッシュはスラグの再結晶化において有益な融着防止剤であるといえる。フライアッシュはコンクリートに原料として一部使用する場合があるが、その場合フライアッシュを脱炭する必要がある。脱炭しないで使用するとコンクリート減水剤の減水効果に悪影響を及ぼすためであるといわれている。本熱処理において溶融スラグの再結晶化は８００℃以上であり、フライアッシュの脱炭終了温度が７４０℃であることから、スラグの再結晶化とフライアッシュの脱炭を同時に達成することができる。
【００１５】
【表２】
2004224615.tif 000004
【００１６】
実施例２
＜コンクリート試験＞
コンクリートの試作に使用した原料は次のとおりである。セメントは普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株）、粗骨材は徳島県脇町産の砕石、細骨材は、未処理の溶融スラグ及び熱処理した溶融スラグと、比較として、香川県直島町沖産の海砂（表乾比重２．５５ｇ／ｃｍ、Ｆ．Ｍ．値２．８０）を使用した。成形は、水セメント比５０ｍａｓｓ％、細骨材率４４ｍａｓｓ％、スランプ値８±１．５ｃｍとし、直径１０ｃｍの型枠を用い、ＪＩＳ  Ａ  １１３２により行った．成形した供試体は２０±２℃で２８日間水中養生し、強度はＪＩＳ  Ａ  １１０８により行った．また、ブリーディング試験をＪＩＳ  Ａ  １１２３に準拠して行った。
表３に各細骨材を使用したときのコンクリートの圧縮強さ（２８日材齢）及びブリーディング試験の結果を示す。海砂と比較して、溶融スラグを用いたコンクリートは未処理及び熱処理スラグともに、圧縮強さが低く、ブリーディング量も多くなっている。しかし、フライアッシュを添加した熱処理スラグは、未処理スラグに比べて、圧縮強さが約１０％増加し、ブリーディング量も半分以下になっており、細骨材としての性能の向上が認められる。熱処理スラグのコンクリートの圧縮強さが増加したのは、既報同様、スラグ粒子の硬さが高くなったためである。また、ブリーディング量の低下は、フライアッシュが吸水性を有する多孔質な微粉末であるためと考えられる。フライアッシュはコンクリートのブリーディング対策にも有効であるといえる。
本実施例では、熱処理スラグはいずれも海砂のコンクリートよりも圧縮強さが小さい値を示したが、本実施例に使用した溶融スラグ中に急冷処理に起因した粒子内気泡が多数存在し、これが強度の向上が少なかった原因のひとつであると推察される。
【００１７】
【表３】
2004224615.tif 000005
【００１８】
【発明の効果】
高硬度かつスラグ同士の融着が少なく、フレッシュコンクリートにおけるブリーディングの少ない結晶化した溶融スラグを提供することができる。
溶融スラグをアスファルト路盤材あるいはコンクリート用細骨材としてリサイクルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融スラグ及びフライアッシュの示差熱曲線
【図２】溶融スラグのＸ線回折プロファイル
【図３】実施例１のスラグ粒子表面のＳＥＭ写真
【図１】
2004224615.tif 000006
【図２】
2004224615.tif 000007
【図３】
2004224615.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年1月21日(2003.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004224615.tif 000009