(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が干満帯に位置し、構造物全体の８０質量％以上が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％の粒度を有する製鋼スラグ（a）で構成されることを特徴とする水中構造物。
【請求項２】
製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の水中構造物。
【請求項３】
製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％の粒度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の水中構造物。
【請求項４】
傾斜護岸であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水中構造物。
【請求項５】
傾斜護岸が既存の垂直護岸に接して構築されたものであることを特徴とする請求項４に記載の水中構造物。
【請求項６】
構造物外面の少なくとも一部が、製鋼スラグ（a）よりも粒度が大きい石材で被覆されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水中構造物。
【請求項７】
製鋼スラグ（a）が３ヶ月以上大気エージングしたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水中構造物。
【請求項８】
製鋼スラグ（a）として、予め異なる粒度に粒度調整した同種または異種の製鋼スラグを組み合わせて用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水中構造物。
【請求項９】
製鋼スラグ（a）の全部または粒径１０ｍｍ以下のスラグが、溶銑予備処理スラグからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水中構造物。
【請求項１０】
少なくとも一部が干満帯に位置し、且つ、構造物全体の８０質量％以上が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％の粒度を有する製鋼スラグ（a）で構成されるように、海域に水中構造物を造成することを特徴とする水中構造物の造成方法。
【請求項１１】
製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下であることを特徴とする請求項１０に記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１２】
製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％の粒度を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１３】
水中構造物が傾斜護岸であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１４】
既存の垂直護岸に接して傾斜護岸を造成することを特徴とする請求項１３に記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１５】
構造物外面の少なくとも一部を、製鋼スラグ（a）よりも粒度が大きい石材で被覆することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１６】
製鋼スラグ（a）が３ヶ月以上大気エージングしたものであることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１７】
製鋼スラグ（a）として、予め異なる粒度に粒度調整した同種または異種の製鋼スラグを組み合わせて用いることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の水中構造物の造成方法。
【請求項１８】
製鋼スラグ（a）の全部または粒径１０ｍｍ以下のスラグが、溶銑予備処理スラグからなることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の水中構造物の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜護岸に代表される水中構造物であって、製鋼スラグの物理的性状および化学的な作用を活用した水質浄化機能を有する水中構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水の浄化技術として、底泥に覆砂したり、底泥を浚渫したりする方法がある。覆砂材としては、海砂や山砂などのように化学反応を伴わずに底泥を覆う効果のみを有する材料や、石灰のように底泥のＰの一部を化学反応により除去できる材料が用いられている。築磯効果を期待して、天然石で底泥を覆う場合もあるが、天然石への海藻の付着繁殖は行われるものの、底泥からの栄養塩類の溶出を防止する効果はほとんどなく、底泥の堆積が問題となる海域に適用してもその改善効果は十分なものでない。また、天然石や山砂は山を切り崩して採取する必要があり、近年の環境問題から、その確保が難しくなりつつある。
【０００３】
特許文献１には、粒状の製鋼スラグを主要成分とした覆砂材が開示されている。具体的には、粒径が１ｍｍ程度の転炉スラグを用いると、その覆砂効果とＣａＯやＦｅ２Ｏ３成分によるＨ２ＳやＰＯ４３−の化学的除去効果により、底質・海水の浄化が図られることが報告されている。
また、特許文献２には、粒径１０ｍｍ以上の製鋼スラグを８５質量％以上含む底質・海水浄化材が開示されており、長期的な底質・海水浄化の効果を有し、かつ生物相の回復の早い製鋼スラグを用いた底質・海水浄化材およびそれを用いた浄化法を提供できる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−４９８８号公報
【特許文献２】特許第３４６０５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術については、海水の浄化が必要な海域は汚染された浮泥の流入が多いために、同文献に具体的に記載されている粒径が１ｍｍ程度の転炉スラグを用いると、覆砂初期には底質・海水浄化の効果を有するが、次第に覆砂表面に浮泥が沈降堆積するような堆積負荷が強い海域においては覆砂表面が浮泥で覆われ、底質・海水浄化の効果が消失してしまう。
また、特許文献２の技術は、底質・海水浄化材としての効果は十分であり、水中に埋設する覆砂材、浚渫窪地の穴埋め材の代替などとして活用できるが、１０〜３０ｍｍの砂利状の粒子が多いため、安定した傾斜護岸を構築できない。さらには、微粒分（１０ｍｍ以下）の規定が無いため、微粒が少ない材料では水質改善効果が不十分となる問題があった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、長期間にわたって安定した底質・海水浄化効果を維持することができ、しかも安定した傾斜護岸などを構築することができる水中構造物とその造成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決できる水中構造物について詳細な検討を行った結果、（i）水中構造物を構成する製鋼スラグを、大粒径と小粒径に二極化し、中間の粒径の割合を極端に少なくした粒度構成とする、（ii）干満帯に位置するように水中構造物を配置し、海域の干満を利用した海水の交換、気相の取り込みなどの作用効果が得られるようにする、という構成の組み合わせにより、長期間にわたって安定した底質・海水浄化効果を維持でき、しかも安定した傾斜護岸などを構築できることを見出した。
【０００８】
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］少なくとも一部が干満帯に位置し、構造物全体の８０質量％以上が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％の粒度を有する製鋼スラグ（a）で構成されることを特徴とする水中構造物。
［2］上記［1］の水中構造物において、製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下であることを特徴とする水中構造物。
［3］上記［1］または［2］の水中構造物において、製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％の粒度を有することを特徴とする水中構造物。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの水中構造物おいて、傾斜護岸であることを特徴とする水中構造物。
【０００９】
［5］上記［4］の水中構造物おいて、傾斜護岸が既存の垂直護岸に接して構築されたものであることを特徴とする水中構造物。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの水中構造物おいて、構造物外面の少なくとも一部が、製鋼スラグ（a）よりも粒度が大きい石材で被覆されることを特徴とする水中構造物。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの水中構造物おいて、製鋼スラグ（a）が３ヶ月以上大気エージングしたものであることを特徴とする水中構造物。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの水中構造物おいて、製鋼スラグ（a）として、予め異なる粒度に粒度調整した同種または異種の製鋼スラグを組み合わせて用いることを特徴とする水中構造物。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの水中構造物おいて、製鋼スラグ（a）の全部または粒径１０ｍｍ以下のスラグが、溶銑予備処理スラグからなることを特徴とする水中構造物。
【００１０】
［10］少なくとも一部が干満帯に位置し、且つ、構造物全体の８０質量％以上が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％の粒度を有する製鋼スラグ（a）で構成されるように、海域に水中構造物を造成することを特徴とする水中構造物の造成方法。
［11］上記［10］の造成方法おいて、製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下であることを特徴とする水中構造物の造成方法。
［12］上記［10］または［11］の造成方法おいて、製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％の粒度を有することを特徴とする水中構造物の造成方法。
［13］上記［10］〜［12］のいずれかの造成方法おいて、水中構造物が傾斜護岸であることを特徴とする水中構造物の造成方法。
【００１１】
［14］上記［13］の造成方法おいて、既存の垂直護岸に接して傾斜護岸を造成することを特徴とする水中構造物の造成方法。
［15］上記［10］〜［14］のいずれかの造成方法おいて、構造物外面の少なくとも一部を、製鋼スラグ（a）よりも粒度が大きい石材で被覆することを特徴とする水中構造物の造成方法。
［16］上記［10］〜［15］のいずれかの造成方法おいて、製鋼スラグ（a）が３ヶ月以上大気エージングしたものであることを特徴とする水中構造物の造成方法。
［17］上記［10］〜［16］のいずれかの造成方法おいて、製鋼スラグ（a）として、予め異なる粒度に粒度調整した同種または異種の製鋼スラグを組み合わせて用いることを特徴とする水中構造物の造成方法。
［18］上記［10］〜［17］のいずれかの造成方法おいて、製鋼スラグ（a）の全部または粒径１０ｍｍ以下のスラグが、溶銑予備処理スラグからなることを特徴とする水中構造物の造成方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の水中構造物は、以下の（ア）、（イ）の効果が複合的に得られることにより、長期間にわたって安定した底質・海水浄化効果を維持することができ、しかも安定した傾斜護岸などを構築することができる。
（ア）水中構造物を構成する製鋼スラグを、大粒径と小粒径に二極化し、中間の粒径の割合を極端に少なくした粒度構成とすることにより、（i）大粒径スラグによって安定的な水中構造物を構築できるとともに、生物や泥分などによる目詰まりを防ぐことができる、（ii）小粒径スラグはその成分の溶出性が高いため、スラグからの溶出成分の化学的な作用により水質・底質を改善することできる、という効果が得られる。
【００１３】
（イ）少なくとも一部が干満帯に位置するように水中構造物を配置することにより、以下のような効果が得られる。
（i）潮の干満に伴い「干潮から満潮時にスラグ間隙に水が満たされる」、「満潮から干潮時にかけて水がスラグ間隙から移動するときの水位変動により、強制的に海水がスラグ間隙を通過して排出される」ことが繰り返され、スラグ間隙内での海水とスラグとの接触と、スラグ間隙内の海水の入れ換えが交互に繰り返されることにより、水質浄化が効果的に進行する。
（ii）主に干潮時は、スラグ間隙には水面付近の溶存酸素が高い海水が存在し、この海水により、スラグ間隙やスラグ表面にトラップされた有機物を含む泥の酸化分解が進む。また、水中構造物の上部は気相と接触するが、このときスラグ空隙に気相が取り込まれるので、空気中の酸素によりスラグ空隙内に付着した泥の有機物分解が進行する。
（iii）満潮時およびその前後において、海水中の溶存硫化物がスラグ中の鉄と下記のように反応して硫化鉄が生成する。
ＨＳ−＋Ｆｅ２＋→ＦｅＳ
または、下記の反応により酸化する。
ＨＳ−＋Ｆｅ３＋→Ｓ０＋Ｆｅ２＋
いったん硫化鉄が生成しても空気中の酸素や入れ替わった表層海水中酸素によって分解され、Ｓは単体硫黄や硫酸イオンの形態になり、鉄はイオンまたは水酸化物に戻る。このとき、鉄も酸化されて３価の鉄になる。
このように、干満によりスラグ間隙中の海水が流動し、滞留せずに入れ替わることと、スラグ表面やスラグ間隙などにトラップされた有機物などの還元物質を含む固体分や水中に含まれる還元物質の酸化分解が同時進行することにより、持続的な海水浄化効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例で構築された水中構造物を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の水中構造物は、少なくとも一部が干満帯に位置し、構造物全体の８０質量％以上が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％の粒度を有する製鋼スラグ（a）で構成される。
本発明では、水中構造物を構成する製鋼スラグ（a）を、大粒径と小粒径に二極化し、中間の粒径の割合を極端に少なくした粒度構成とすることにより、（i）大粒径スラグによって安定的な水中構造物を構築できるとともに、生物や泥分などによる目詰まりを防ぐことができる、（ii）小粒径スラグはその成分の溶出性が高いため、スラグからの溶出成分の化学的な作用により水質を改善することできる、という効果が得られるようにしてある。
【００１６】
製鋼スラグは、鉄鋼製造プロセスの製鋼工程で発生するスラグであり、転炉脱炭スラグ、溶銑予備処理スラグ（例えば、脱燐スラグ、脱珪スラグ）、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。このなかでも、溶銑予備処理スラグが小粒径スラグとして特に好ましい。
製鋼スラグは、破砕・分級により所望の粒度に調整される。
【００１７】
水中構造物を構成する製鋼スラグのうち、粒径３０ｍｍ以上のスラグの割合が９５質量％超や粒径１０ｍｍ以下のスラグの割合が５質量％未満では、小粒径のスラグが不足するため、十分な水質・底質改善効果が得られない。一方、粒径３０ｍｍ以上のスラグの割合が６０質量％未満や粒径１０ｍｍ以下のスラグの割合が３０質量％超では、構造物としての安定性が十分に確保されない、目詰まりが起こりやすいなどの問題を生じる。目詰まりが起こると、有機物が多い水が構造物内でよどんだ状態となり、十分な水質浄化効果が得られなくなる。
以上の観点から、製鋼スラグ（a）のより好ましい粒度構成は、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％である。
また、製鋼スラグ（a）は、粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下であることが好ましい。中粒径のスラグの割合が２５質量％を超えると構造物としての安定性が低下する。
また、製鋼スラグ（a）の粒径の上限（粒径３０ｍｍ以上のスラグの最大粒径）は特にないが、通常、粒子間隙の大きさの適切さなどの面から５００ｍｍ程度が実質的な上限となる。
【００１８】
製鋼スラグ（a）は構造物全体の８０質量％以上を占めるが、構造物全体の２０質量％未満は他の材料（例えば、天然石、鉄鋼スラグの炭酸固化体、鉄鋼スラグ水和固化体などの１種以上）で構成してもよい。ただし、これらの材料を含めた構造物全体の構成材料が、粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜９５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が５〜３０質量％である粒度構成を有すること、より好ましくは粒径３０ｍｍ以上の割合が６０〜８５質量％、粒径１０ｍｍ以下の割合が１５〜３０質量％である粒度構成を有すること、さらに好ましくは粒径３０ｍｍ未満１０ｍｍ超の割合が２５質量％以下である粒度構成を有することが望ましい。
【００１９】
水中構造物の少なくとも一部が干満帯に位置するとは、干潮〜満潮（ただし、干潮は小潮を、満潮は大潮を、それぞれ除く。）間のいずれかの段階で海面が水中構造物の一部と接している状態である。
水中構造物を、少なくとも一部が干満帯に位置するように構築するのは、干満帯から外れ、構造物全体が常時没水した状態では、スラグ間隙水の交換が十分でなくなり、水質改善効果が十分に得られないからである。また、構造物全体が常時海水に浸漬しない状態では、水質改善効果が得られないのは自明である。
また、水中構造物が水面上にいる時間が長すぎることはあまり好ましくないので、対象海域の年間の平均潮位の状態で、水中構造物の一部（特に好ましくは、構造物高さの１／２よりも下側の部分）が水没している状態がより好ましい。
【００２０】
本発明の水中構造物の代表的な具体例は傾斜護岸である。この傾斜護岸とは、コンクリート壁面などで造成した「垂直護岸」ではなく、傾斜角度（勾配）をもった護岸のことであり、緩傾斜護岸などもこれに該当する。
このような傾斜護岸を、既存の垂直護岸部に接して構築（造成）することにより、失われてしまった天然の海浜に代わり、水質浄化機能を取り戻すことが可能になる。
また、構造物外面の少なくとも一部を、製鋼スラグ（a）よりも粒度が大きい石材で被覆することにより、構造物の安定性を高めるとともに、荒天時の波浪などにより製鋼スラグ（a）が流出する恐れを軽減することができる。石材（被覆材）の粒度としては、粒径１００ｍｍ以上（通常１０００ｍｍ以下）の割合が７０質量％以上が好ましい。
石材の材質は特に制限はなく、天然石のほかに、例えば、鉄鋼スラグの炭酸固化体や鉄鋼スラグ水和固化体などの人工石材（石材代替材）でもよく、これら天然石、人工石材の１種以上を用いることができる。
【００２１】
製鋼スラグ（a）は、３ヶ月以上大気エージングしたものが好ましい。３ヶ月未満の大気エージングでは施工時のアルカリ上昇が問題となる可能性がある。
製鋼スラグ（a）としては、予め異なる粒度に粒度調整した同種または異種の製鋼スラグを組み合わせて（混合して）用いることが好ましく、これにより大粒径スラグと小粒径スラグの配合を容易にすることができ、本発明で使用する製鋼スラグ（a）の特徴である、大粒径と小粒径に二極化し、中間の粒径の割合を極端に少なくした粒度構成を容易に実現することができる。
また、製鋼スラグのなかで、溶銑予備処理スラグ（脱珪スラグ、脱燐スラグなど）は転炉脱炭スラグに較べて遊離ＣａＯ含有量が少ないので、製鋼スラグ（a）の全部または粒径１０ｍｍ以下のスラグを溶銑予備処理スラグとすることにより、海水のアルカリ上昇リスクを抑えることができる。
【実施例】
【００２２】
実海域の干満帯に、図１に示すような形態で傾斜護岸を模擬した水中構造物を設置した。水中構造物に仕切りを設けて複数に区画し、区画ごとに異なる条件とした。
水中構造物は、高さ１ｍ、傾斜角３０°の傾斜護岸状とした。背面側に採水用の潮溜まりを設けて採水し、水質を測定した。
水中構造物の構成を表１に示す。表１の敷設材料１、敷設材料２は使用した製鋼スラグであり、敷設材料１，２を用いる場合は混合して使用した。なお、溶銑予備処理スラグとしては脱リンスラグを用いた。
【００２３】
使用した製鋼スラグは、最大粒径が８５ｍｍであり、粒度調整は製鉄所のスラグ粒度調整設備にて、０−８５ｍｍ材を１０ｍｍ，３０ｍｍ篩い目の篩いで篩い分けた。エージングは大気エージングで行った。
製鋼スラグの混合は、スラグヤードにてショベルなどの重機を用いて行い、運搬と敷設はクレーン付き台船を用いた。
被覆材としては、粒径が１００〜３００ｍｍの天然石を用い、製鋼スラグを敷設して水中構造物の本体を構築した後、その表面に被覆材を１〜２層敷設した。
【００２４】
試験開始３ヶ月後に、上記潮溜まりで採水し、水質を測定した。測定した水質はｐＨ、溶存硫化物濃度、溶存酸素濃度、リン酸態リン濃度、アンモニア態窒素濃度である。
また、浮泥などによるスラグ間隙の目詰まりの有無を目視で確認し、浮泥などによって間隙が見えなくなった場合を「目詰まり有り」とした。なお、被覆材がある構造物では、被覆材の一部を除去した状態で確認を行った。
それらの結果を表２に示す。
表１および表２によれば、本発明条件を満足する水中構造物は、安定した傾斜護岸とすることができるとともに、安定した底質・海水浄化効果を維持できることが判る。
【００２５】
【表１】
0006287973.tif 000002
【００２６】
【表２】
0006287973.tif 000003
【図１】
0006287973.tif 000004