(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砕石や陶磁器屑を破砕した粒径が０．０１〜１．７ｍｍの骨材チップ１００重量部と、粒径が０．０１〜３ｍｍの鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、前記骨材チップと前記鉄鋼スラグの総重量に対し粒径が０．１ｍｍ以下のガラス質材１５〜５０ｗｔ％と、を含有する多孔質セラミックス用組成物が所定形状に鋳込成形され焼成されていることを特徴とする多孔質セラミックス。
【請求項２】
（ａ）砕石や陶磁器屑を破砕した粒径が０．０１〜１．７ｍｍの骨材チップ１００重量部と、粒径が０．０１〜３ｍｍの鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、前記骨材チップと前記鉄鋼スラグの総重量に対し粒径が０．１ｍｍ以下のガラス質材１５〜５０ｗｔ％と、を混合し多孔質セラミックス用組成物を得る乾式混合工程と、（ｂ）前記混合物に水を加えて混練し混練物を得る湿式混合工程と、（ｃ）前記混練物を鋳込成形し成形体を得る成形工程と、（ｄ）前記成形工程で得られた成形体を乾燥させる乾燥工程と、を備えていることを特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。
【請求項３】
請求項２の（ａ）乃至（ｄ）工程により、第一成形体を形成する第一成形体形成工程と、前記骨材チップや前記鉄鋼スラグの粒度や配合比を変え乾式混合し積層原料としての積層用多孔質セラミックス用組成物を得、次いで、前記第一成形体の上に鋳込成形する積層鋳込成形工程と、次いで、乾燥させる積層成形体乾燥工程と、を備えていることを特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。
【請求項４】
乾燥した前記成形体又は前記積層成形体を９００〜１２００℃の温度で焼成する焼成工程を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の多孔質セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質セラミックス用組成物及びそれを用いた多孔質セラミックス並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生産に伴って副生される鉄鋼スラグは、鉄鋼の生産に対して約３０％も発生することが知られている。このように大量に発生する鉄鋼スラグの処理は、鉄鋼業界のみならず社会的にも大きな問題となっている。
また、砕石の生産に対して３０％以上発生する砕石チップや、廃タイル，廃食器，廃瓦，廃土管，陶磁器製造時の不良品等の陶磁器屑の処理についても、同様に苦慮している現状がある。
このように大量に発生し、安価に入手できる鉄鋼スラグや陶磁器屑等の利用方法としては、大量に消費する土木建材用の原材料として最適なことから、例えば（特許文献１）に「鉄鋼スラグ，ガラス廃材，陶磁器質粒子等の無機質骨材とセメントを混練して硬化させたブロック基層に、セラミックタイルからなる表層を積層した透水性ブロック」が記載されている。
（特許文献２）には、「陶磁器セルベン，岩石の砕石，鉄鋼スラグのいずれかの骨材の表面が、長石類等の焼結バインダによって熔化されたセラミックブロック」が開示されている。
（特許文献３）には、「陶磁器質タイル等の無機質粒体Ａと鉄鋼スラグ等の無機質粒体Ｂとを成形、焼成したブロック」が開示されており、実施例３には「磁器質タイル（無機質粒体Ａ）９０重量％と鉄鋼スラグ（無機質粒体Ｂ）１０重量％とを含む骨材原料に、５重量％の水を添加して混合した後、１０重量％のガラス粉を加え混合・混練し、次いで高圧プレス機を用いて１４．７ＭＰａの圧力で加圧し焼成してブロックを得たこと」が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７４０２号公報
【特許文献２】特開平９−３０９７７２号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、セメントを混練して硬化させているので、セメントからアルカリ成分が溶出するおそれがあり、溶出水のｐＨが問題になる緑化ブロックや藻場育成用部材等の用途には使用することができないという課題を有していた。
（２）（特許文献２）に開示の技術は、陶磁器セルベン，岩石の砕石，鉄鋼スラグのいずれかの骨材を長石類等の焼結バインダとともに焼成したものであるが、陶磁器セルベン，岩石の砕石を焼結バインダとともに焼成した場合には、連続気孔が形成され難く多孔性が低下するという課題を有していた。また、鉄鋼スラグを焼結バインダとともに焼成した場合には、曲げ強度等の機械的強度が低下するという課題を有していた。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、骨材原料中、磁器質タイルは９０重量％、鉄鋼スラグは１０重量％であって鉄鋼スラグの配合量が少ないため、焼成されたブロックに連続気孔が形成され難く多孔性が低下する。また陶磁器タイルと鉄鋼スラグの総重量に対するガラス粉の配合量が１０重量％と少ないため、常圧の鋳込み成形等で成形した場合には機械的強度が低下するという課題を有していた。
（４）（特許文献３）に開示の技術は、高圧プレス機を用い１４．７ＭＰａもの高圧で加圧して成形しているため、成形の圧力によってブロックが緻密化し機械的強度は高められるが、気孔率が低下し透水性や保水性が低下するという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、廃棄物の有効利用を図ることができるとともに成形性に優れ、またコンクリートと同等以上の圧縮強度を有するとともに結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性に優れ、用途によって粒径等を調整することによって保水性にも優れ、さらにアルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれもなく応用性に優れる多孔質セラミックス用組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、三次元網目状の連続気孔が形成され透水性に優れる透水性ブロック，粒子間の隙間が小さく保水性に優れる緑化ブロック，藻の胞子が付着し易く付着した胞子が水流に流され難いような形状の凹凸を表面に形成することができ、またアルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出もなく良好な藻の育成環境（着生基盤）を整えることができ漁礁としても最適な藻場育成用部材，三次元網目状の微細な連続気孔が形成され、通液することによって濾過効果が得られ、さらにバクテリア等の着生基盤にすることで優れた浄化性能を有する浄化用部材としても最適な多孔質セラミックスを提供することを目的とする。
また、本発明は、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性に優れ、用途によって粒径等を調整することによって保水性にも優れるとともに、成形性に優れ生産性に優れる多孔質セラミックスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために本発明の多孔質セラミックス用組成物及びそれを用いた多孔質セラミックス並びにその製造方法は、以下の構成を有している。
請求項１に記載の多孔質セラミックスは、砕石や陶磁器屑を破砕した粒径が０．０１〜１．７ｍｍの骨材チップ１００重量部と、粒径が０．０１〜３ｍｍの鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、前記骨材チップと前記鉄鋼スラグの総重量に対し粒径が０．１ｍｍ以下のガラス質材１５〜５０ｗｔ％と、を含有する多孔質セラミックス用組成物が所定形状に鋳込成形され焼成されている構成を有している。
この構成により、以下の作用が得られる。
（１）骨材チップと鉄鋼スラグの粒径が０．０１〜３ｍｍなので、成形体の空隙率を確保することができ、またガラス質材の粒径が０．１ｍｍ以下なので、焼結時に鉄鋼スラグと骨材チップの空隙を確保しながらガラス質材の融液で三次元的に結合させることができるため、透水性や保水性に優れるとともに高い機械的強度を有する多孔質セラミックスを得ることができる。
（２）骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成された多孔質セラミックス用組成物は、低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスを製造できる。
（３）骨材チップと鉄鋼スラグとガラス質材とを含有しているので、廃棄物の有効利用を図ることができるとともに、アルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれもなく緑化ブロックや藻場育成用部材等としても用いることができ応用性に優れる。
（４）成形の際に水を添加すると、水と接触した鉄鋼スラグから微量の石灰やシリカが溶け出し鉄鋼スラグの表面に水和生成物が形成され成形体が硬化されるので、成形体の強度を高めることができ金型等から取り出しやすく成形性に優れる。
（５）混練物を型に流し込み鋳込成形後、乾燥させて成形体を得るので、安定して三次元網目状の連続気孔を形成させることができ生産安定性に優れた多孔質セラミックスを得ることができる。
（６）多孔質セラミックスは、三次元網目状の連続気孔が形成されるので透水性に優れ、透水性ブロックとして好適に用いることができる。
（７）また、多孔質セラミックスは、骨材チップと鉄鋼スラグの粒子間に細かな間隙を形成することができ、鉄鋼スラグの表面の微細孔と相まって保水性や吸水性を高めることができ、緑化ブロックとしても好適に用いることができる。
（８）また、骨材チップと鉄鋼スラグとガラス質材とを含有した多孔質セラミックスは、アルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれがなく、さらに数μｍから数十μｍの大きさの藻の胞子や動物の幼生が多孔質セラミックスの表面の凹凸に定着し易いため、藻場育成部材として良好な藻の育成環境を整えることができる。
（９）また、多孔質セラミックスは、三次元網目状の微細な連続気孔が形成されるので、通液することによって濾過効果が得られ浄化性能を有し、連続気孔内に有機物等が詰まって濾過効果が低下したときは、加熱・燃焼させて有機物を焼失させれば再び濾過効果を発現させることができ取扱性に優れ、さらにバクテリア等の着生基盤にすることで優れた浄化性能を有する浄化用部材として用いることができる。
【０００６】
ここで、骨材チップの粒径としては、０．０１〜３ｍｍの範囲に分級したものが好適に用いられる。粒径が０．０１ｍｍ未満の骨材チップでは、成形時の充填率が高まるため気孔率が低下し透水性や保水性が低下し、３ｍｍを超える骨材チップでは機械的強度が低下するため、いずれも好ましくない。
鉄鋼スラグの粒径としては、０．０１〜３ｍｍの範囲に分級したものが好適に用いられる。粒径が０．０１ｍｍ未満の鉄鋼スラグでは、成形時の充填率が高まるため気孔率が低下し透水性や保水性が低下し、３ｍｍを超える鉄鋼スラグでは機械的強度が低下するため、いずれも好ましくない。
ガラス質材の粒径としては、０．１ｍｍ以下の範囲、好ましくは０．０１〜０．１ｍｍの範囲に分級したものが好適に用いられる。粒径が０．０１ｍｍ未満のガラス質材では、飛散や凝集し易く混合や成形の際の取扱性に欠け生産性が低下し、０．１ｍｍを超えるガラス質材では、焼結時にガラス質材が溶融して発生した融液で鉄鋼スラグと骨材チップが三次元的に結合され難く、機械的強度が低下するため、いずれも好ましくない。
骨材チップとしては、砕石や陶磁器屑を破砕したものや、砕石を製造する際に生じた細粒が用いられる。
砕石としては、堆積岩質，変性岩質，火成岩質，深成岩質等の１種若しくは複数種の砕石を用いることができる。
陶磁器屑としては、廃タイル，廃食器，廃衛生陶器、廃瓦，廃土管，廃碍子，陶磁器製造不良品等の焼き物の無機質廃棄物が用いられる。
【０００７】
鉄鋼スラグとしては、銑鉄製造過程で生成される高炉徐冷スラグ，高炉水砕スラグ等の高炉スラグ、鋼の製造過程で生成される転炉スラグ等の製鋼スラグ等を用いることができる。なかでも、高炉水砕スラグが好適に用いられる。透水性が大きく軽量で、また粉砕し易く加工性に優れ、さらにＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３の含有量が多く砕石や陶磁器屑と同様の成分を有しているため焼結され易く、機械的強度を高めることができる。
【０００８】
ガラス質材としては、使用済みのビン類，窓ガラス，板ガラス等のガラス製品、ガラス製品製造不良品等を回収し粉砕したものが用いられる。また、ソーダ化合物，ソーダ長石，カスミ石等の塩基性原料、珪酸質の火山堆積物やその二次堆積物であるシラス等も用いることができる。なかでも、使用済みのビン類，窓ガラス，板ガラス等のガラス製品、ガラス製品製造不良品等を回収し粉砕したものが好適に用いられる。廃棄物の再利用ができ省資源性に優れるからである。
【０００９】
骨材チップ、鉄鋼スラグ、ガラス質材の配合量は、骨材チップ１００重量部に対し、鉄鋼スラグ３０〜３００重量部好ましくは５０〜２００重量部、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対しガラス質材１５〜５０ｗｔ％好ましくは２０〜４５ｗｔ％が好適である。鉄鋼スラグの配合量が５０重量部より少なくなるにつれ、連続気孔が形成され難くなり多孔性が低下し保水性や透水性が低下する傾向がみられ、２００重量部より多くなるにつれ焼結体の機械的強度が低下する傾向がみられる。特に、３０重量部より少なくなるか３００重量部より多くなるとこれらの傾向が著しくなるため、好ましくない。骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対するガラス質材の配合率が２０ｗｔ％より少なくなるにつれ、焼結時にガラス質材が溶融して発生する融液量が少なくなるため、鉄鋼スラグと骨材チップが三次元的に結合され難くなり機械的強度が低下する傾向がみられ、４５ｗｔ％より多くなるにつれ、焼結時の融液量が多くなるため鉄鋼スラグと骨材チップの間隙が融液で埋まり気孔率が低下し透水性や保水性が低下する傾向がみられる。１５ｗｔ％より少なくなるか５０ｗｔ％より多くなると、これらの傾向が著しくなるため、好ましくない。
【００１３】
多孔質セラミックスを藻場育成用部材として利用する場合には、直方体状、立方体状、上下を平らに形成した略球状、卵状、椀状等の種々の形状に形成することができる。なかでも、上下を平らに形成した略球状の藻場育成用部材は、水底に沈めると、略球状の側面と水底との間の隙間にアワビ等の貝類が好んで潜み、よじ登って上面に繁殖した藻を食することができるため、貝類の養殖効果も期待できるため好適に用いられる。
また、藻場育成用部材として利用する場合には、多孔質セラミックス用組成物の鉄鋼スラグとして転炉スラグを用いたり、多孔質セラミックス用組成物に鉄系化合物や貝殻等を混合したりするのが好ましい。転炉スラグは鉄分の含有量が多いため、水中に浸漬された藻場育成用部材から鉄分が溶出し易く、また貝殻からマグネシウムやカルシウム等も溶出し易いため、藻類等の栄養成分となり繁殖させ易くなるからである。
【００１４】
また、多孔質セラミックスを浄化用部材として利用する場合には、骨材チップ及び鉄鋼スラグの粒径を０．０１〜２ｍｍにするのが好ましい。骨材チップと鉄鋼スラグが形成する間隙を小さくし、バクテリア等を定着し易くするためである。この場合、骨材チップ及び鉄鋼スラグの粒径が２ｍｍを超えると、骨材チップと鉄鋼スラグで形成される平均の連続気孔径が大きくなり、バクテリア等の定着性が低下し浄化性能が低下する傾向がみられる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の多孔質セラミックスの製造方法は、（ａ）砕石や陶磁器屑を破砕した粒径が０．０１〜１．７ｍｍの骨材チップ１００重量部と、粒径が０．０１〜３ｍｍの鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、前記骨材チップと前記鉄鋼スラグの総重量に対し粒径が０．１ｍｍ以下の１５〜５０ｗｔ％のガラス質材と、を含有する多孔質セラミックス用組成物を混合し混合物を得る乾式混合工程と、（ｂ）前記混合物に水を加えて混練し混練物を得る湿式混合工程と、（ｃ）前記混練物を鋳込成形し成形体を得る成形工程と、（ｄ）前記成形工程で得られた成形体を乾燥させる乾燥工程と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）多孔質セラミックス用組成物が骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成することによって低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスを製造できる。
（２）多孔質セラミックス用組成物を混合し混合物を得た後、混合物に水を加えて混練物を得るようにして湿式混合時間を短縮したので、予め所定の粒径に破砕した骨材チップや鉄鋼スラグが混練中に砕かれて粒度分布が変化してしまうのを防止することができ、所望の透水性や保水性等を発現させることができる。
（３）混合物に水を加えて混練することによって、水と接触した鉄鋼スラグから微量の石灰やシリカが溶け出し鉄鋼スラグの表面に水和生成物が形成され成形体が硬化されるので、成形体の強度を高めることができ成形性に優れ生産性に優れる。
【００１６】
ここで、乾式混合工程や湿式混合工程における混合手段としては、公知の装置が用いられ、例えばモルタルミキサ、アイリッヒミキサ、ニーダ、リボンミキサ、傾動ミキサ等通常のものが使用できる、
【００１７】
湿式混合工程では、混合物に水とともにバインダや解膠剤を加えて混練する。骨材チップ等を水に分散させるとともに成形体の保形性を高めるためである。バインダとしては、メチルセルロース，ヒドロキシプロピルセルロース，カルボキシメチルセルロース誘導体等のセルロース誘導体、デキストリン，プルラン等の多糖類、ポリビニルアルコール，ワックス系エマルジョン等の水溶性高分子等が用いられる。解膠剤としては、ケイ酸ソーダ等の無機系やポリアクリル酸，ポリカルボン酸アンモニウム等の高分子系が用いられる。
混合物に加える水の量としては、混合物の重量に対して５〜１５ｗｔ％が好適である。水の量が５ｗｔ％未満になると成形体が硬化し難くなり、１５ｗｔ％を超えると成形体が硬化するまでの時間や乾燥時間が長くなり成形性が低下し生産性に欠けるため、いずれも好ましくない。
【００１８】
成形工程では、合成樹脂製や金属製で所定の形状に形成された型に混練物を流し込む方法（鋳込成形）が好適に用いられる。加圧プレスや振動プレス等の方法を用いると、三次元網目状の連続気孔の形成が困難になるからである。なお、流し込み時間を短縮するため、加圧鋳込み、凍結鋳込み、遠心鋳込み等を採用することもできる。
型に流し込んだ混練物は、乾燥させて硬化させる。これにより成形体が得られる。乾燥方法としては、熱風乾燥方式、赤外線乾燥方式、マイクロ波乾燥方式等が用いられる。
【００１９】
複層構造の多孔質セラミックスを製造することもできる。この場合は、基層原料としての多孔質セラミックス用組成物の混練物を型に流し込み、一旦乾燥させる。次いで、骨材チップや鉄鋼スラグの粒度や配合比を変えた積層原料としての多孔質セラミックス用組成物の混練物を、乾燥した基層原料の上に流し込み、再度乾燥させる。これを繰り返すことによって２層以上の複層構造の多孔質セラミックスの成形体を製造することができる。
【００２０】
成形体を焼成することによって、多孔質セラミックスを得ることができる。焼成温度は、多孔質セラミックス用組成物の配合割合により、９００〜１２００℃の範囲で適宜設定することができる。
焼成装置としては、電気炉の他、量産装置として一般的なローラーハースキルン、トンネルキルン、シャトルキルン等を用いることができる。
【００２１】
本発明の請求項３に記載の多孔質セラミックスの製造方法は、請求項２の（ａ）乃至（ｄ）工程により、第一成形体を形成する第一成形体形成工程と、前記骨材チップや前記鉄鋼スラグの粒度や配合比を変え乾式配合し積層原料としての積層用の多孔質セラミックス用組成物を得、次いで、前記第一成形体の上に鋳込成形する積層鋳込成形工程と、次いで、乾燥させる積層成形体乾燥工程と、を備えている。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）層ごとに保水率と気孔率の異なった多孔質セラミックスを得ることができる。
本発明の請求項４に記載の多孔質セラミックスの製造方法は、乾燥した前記成形体又は前記積層成形体を９００〜１２００℃の温度で焼成する焼成工程を備えた構成を有している。
この構成により、以下の作用が得られる。
（１）多孔質セラミックス用組成物が骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成することによって低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスを製造できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の多孔質セラミックス用組成物及びそれを用いた多孔質セラミックス並びにその製造方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）骨材チップと鉄鋼スラグの粒径が０．０１〜３ｍｍなので、成形体の空隙率を確保することができ、またガラス質材の粒径が０．１ｍｍ以下なので、焼結時に鉄鋼スラグと骨材チップの空隙を確保しながらガラス質材の融液で三次元的に結合させることができるため、透水性や保水性に優れるとともに高い機械的強度を有する多孔質セラミックスを提供することができる。
（２）骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成された多孔質セラミックス用組成物は、低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスを提供することができる。
（３）骨材チップと鉄鋼スラグとガラス質材とを含有しているので、廃棄物の有効利用を図ることができるとともに、アルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれもなく緑化ブロックや藻場育成用部材等としても用いることができ応用性に優れた多孔質セラミックスを提供することができる。
（４）成形の際に水を添加すると、水と接触した鉄鋼スラグから微量の石灰やシリカが溶け出し鉄鋼スラグの表面に水和生成物が形成され成形体が硬化されるので、成形体の強度を高めることができ金型等から取り出しやすく成形性に優れた多孔質セラミックスを提供することができる。
（５）混練物を型に流し込み鋳込成形後、乾燥させて成形体を得るので、安定して三次元網目状の連続気孔を形成させることができ生産安定性に優れた多孔質セラミックスを提供することができる。
（６）多孔質セラミックスは、三次元網目状の連続気孔が形成されるので透水性に優れ、透水性ブロックとして好適に用いることができる。
（７）また、多孔質セラミックスは、骨材チップと鉄鋼スラグの粒子間に細かな間隙を形成することができ、鉄鋼スラグの表面の微細孔と相まって保水性や吸水性を高めることができ、緑化ブロックとしても好適に用いることができる。
（８）また、骨材チップと鉄鋼スラグとガラス質材とを含有した多孔質セラミックスは、アルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれがなく、さらに数μｍから数十μｍの大きさの藻の胞子や動物の幼生が多孔質セラミックスの表面の凹凸に定着し易いため、藻場育成部材として良好な藻の育成環境を整えることができる。
（９）また、多孔質セラミックスは、三次元網目状の微細な連続気孔が形成されるので、通液することによって濾過効果が得られ浄化性能を有し、連続気孔内に有機物等が詰まって濾過効果が低下したときは、加熱・燃焼させて有機物を焼失させれば再び濾過効果を発現させることができ取扱性に優れ、さらにバクテリア等の着生基盤にすることで優れた浄化性能を有する浄化用部材として用いることができる。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）多孔質セラミックス用組成物が骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成することによって低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスを製造できる多孔質セラミックスの製造方法を提供できる。
（２）多孔質セラミックス用組成物を混合し混合物を得た後、混合物に水を加えて混練物を得るようにして湿式混合時間を短縮したので、予め所定の粒径に破砕した骨材チップや鉄鋼スラグが混練中に砕かれて粒度分布が変化してしまうのを防止することができ、所望の透水性や保水性等を発現させることができる多孔質セラミックスの製造方法を提供できる。
（３）混合物に水を加えて混練することによって、水と接触した鉄鋼スラグから微量の石灰やシリカが溶け出し鉄鋼スラグの表面に水和生成物が形成され成形体が硬化されるので、成形体の強度を高めることができ成形性に優れ生産性に優れた多孔質セラミックスの製造方法を提供することができる。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明によれば、
（１）層ごとに保水率と気孔率の異なった多孔質セラミックスを提供することができる。
本発明の請求項４に記載の発明によれば、
（１）多孔質セラミックス用組成物が骨材チップ１００重量部と、ＣａＯとＳｉＯ２を主成分とする鉄鋼スラグ３０〜３００重量部と、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜５０ｗｔ％のガラス質材とを含有しているので、焼成することによって低融点のガラス質材と鉄鋼スラグの表面が融解して融液が発生し、発生した融液が鉄鋼スラグと骨材チップの間隙に浸入して液相のブリッジが形成され骨材チップと鉄鋼スラグが三次元的に結合されるので、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性を有し、さらに鉄鋼スラグの表面の微細孔により保水性を有する多孔質セラミックスの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実験例１）
砕石を生産する際に生じた細粒を粒径１〜１．７ｍｍに分級した骨材チップ１００重量部と、高炉水砕スラグを破砕し粒径１〜１．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグ１００重量部と、廃ガラスを粉砕して粒径０．０１〜０．１ｍｍに分級したガラス質材３０重量部と、を乾式混合した後、市販の水溶性高分子系のバインダを溶かした水を骨材チップ等の混合物に対して１０ｗｔ％加え、湿式混合して混練物を得た。
混練物をステンレス製でブロック状に形成された金型に流し込んだ後、金型を低温加熱して混練物を乾燥させてブロック状の成形体を得た。成形体を電気炉にて１１００℃の温度で１時間焼成して、長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ４５ｍｍのブロック状に形成された実験例１の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２）
鉄鋼スラグを１５０重量部、ガラス質材を５０重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例２の多孔質セラミックスを得た。
（実験例３）
ガラス質材を５０重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例３の多孔質セラミックスを得た。
（実験例４）
骨材チップとして、廃衛生陶器を粉砕して粒径１〜１．７ｍｍに分級した陶磁器屑を用い、鉄鋼スラグを１５０重量部（粒径１〜１．５ｍｍ）、ガラス質材を７５重量部にした以外は、実験例１と同様にして、実験例４の多孔質セラミックスを得た。
（実験例５）
ガラス質材を９０重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例５の多孔質セラミックスを得た。
（実験例６）
ガラス質材を１００重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例６の多孔質セラミックスを得た。
（実験例７）
鉄鋼スラグを３０重量部、ガラス質材を３２．５重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例７の多孔質セラミックスを得た。
（実験例８）
鉄鋼スラグを５０重量部、ガラス質材を３７．５重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例８の多孔質セラミックスを得た。
（実験例９）
鉄鋼スラグを２００重量部、ガラス質材を７５重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例９の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１０）
鉄鋼スラグを３００重量部、ガラス質材を１００重量部にした以外は実験例１と同様にして、実験例１０の多孔質セラミックスを得た。
【００２８】
（実験例１１）
砕石を生産する際に生じた細粒を粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した骨材チップ１００重量部と、高炉水砕スラグを破砕し粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグ１００重量部と、廃ガラスを粉砕して粒径０．０１〜０．１ｍｍに分級したガラス質材３０重量部と、を混合して混練物を得た以外は実験例１と同様にして、実験例１１の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１２）
鉄鋼スラグを１５０重量部、ガラス質材を５０重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１２の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１３）
ガラス質材を５０重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１３の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１４）
骨材チップとして、廃衛生陶器を粉砕して粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した陶磁器屑を用い、鉄鋼スラグを１５０重量部（粒径０．０１〜０．５ｍｍ）、ガラス質材を７５重量部にした以外は、実験例１１と同様にして、実験例１４の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１５）
ガラス質材を９０重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１５の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１６）
ガラス質材を１００重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１６の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１７）
鉄鋼スラグを３０重量部、ガラス質材を３２．５重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１７の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１８）
鉄鋼スラグを５０重量部、ガラス質材を３７．５重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１８の多孔質セラミックスを得た。
（実験例１９）
鉄鋼スラグを２００重量部、ガラス質材を７５重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例１９の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２０）
鉄鋼スラグを３００重量部、ガラス質材を１００重量部にした以外は実験例１１と同様にして、実験例２０の多孔質セラミックスを得た。
【００２９】
（実験例２１）
粒径が０．０１ｍｍ未満の骨材チップ及び鉄鋼スラグを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２１の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２２）
粒径３〜５ｍｍに分級した骨材チップ及び鉄鋼スラグを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２２の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２３）
粒径が０．０１ｍｍ未満のガラス質材を用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２３の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２４）
粒径０．１〜０．５ｍｍに分級したガラス質材を用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２４の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２５）
粒径１〜１．７ｍｍに分級した骨材チップ、粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２５の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２６）
粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した骨材チップ、粒径１〜１．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２６の多孔質セラミックスを得た。
（実験例２７）
砕石を生産する際に生じた細粒を粒径１〜１．７ｍｍに分級した骨材チップ１００重量部と、高炉水砕スラグを破砕し粒径１〜１．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグ１００重量部と、廃ガラスを粉砕して粒径０．０１〜０．１ｍｍに分級したガラス質材３０重量部と、を乾式混合した後、市販の水溶性高分子系のバインダを適量溶かした水を骨材チップ等の混合物に対して１０ｗｔ％加え、湿式混合して混練物を得た。混練物をステンレス製でブロック状に形成された金型に流し込んだ後、金型を低温加熱して混練物をほぼ乾燥させた。
同様に、粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した骨材チップ１００重量部、粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグ１００重量部、粒径０．０１〜０．１ｍｍに分級したガラス質材３０重量部を水と混合して混練物を作成し、先に作成したほぼ乾燥した混練物の上に流し込んで積層体を製造した。次いで、金型を低温加熱して積層体を乾燥させた。金型から脱型させた積層体（成形体）を電気炉にて１１００℃の温度で１時間焼成して、長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ４５ｍｍのブロック状に形成された実験例２７の多孔質セラミックスを得た。
【００３０】
（比較例１）
鉄鋼スラグを１０重量部、ガラス質材を２７．５重量部にした以外は実験例１と同様にして、比較例１の多孔質セラミックスを得た。
（比較例２）
鉄鋼スラグを３２０重量部、ガラス質材を１０５重量部にした以外は実験例１と同様にして、比較例２の多孔質セラミックスを得た。
（比較例３）
ガラス質材を２０重量部にした以外は実験例１と同様にして、比較例３の多孔質セラミックスを得た。
（比較例４）
ガラス質材を１１０重量部にした以外は実験例１と同様にして、比較例４の多孔質セラミックスを得た。
（比較例５）
ガラス質材を５０重量部にした以外は実験例１と同様にして、骨材チップ及び鉄鋼スラグと混合した。次いで、市販の水溶性高分子系のバインダを溶かした水を骨材チップ等の混合物に対して５ｗｔ％加えて混合した。混合物をブロック状に形成された金型に入れた後、高圧プレス機を用いて１４．７ＭＰａの圧力で加圧して成形体を得た。金型を低温加熱して混練物を乾燥させてブロック状の成形体を得た。成形体を電気炉にて１１００℃の温度で１時間焼成して、長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ４５ｍｍのブロック状に形成された比較例５の多孔質セラミックスを得た。
【００３１】
以上の多孔質セラミックスの曲げ強度及び保水率を測定した。曲げ強度はＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠して測定した。保水率は、以下のような方法で求めた。
まず、乾燥した多孔質セラミックスの重量（乾燥重量）を測定した。次いで、この多孔質セラミックスを水中に投入し起泡が出なくなるまで放置した。その後、静かに水中より取り出し水滴が落ちなくなるまで待ち、重量（保水重量）を測定した。測定した乾燥重量と保水重量を、保水率（ｗｔ％）＝（（保水重量−乾燥重量）÷乾燥重量）×１００の式に代入して、保水率を求めた。
曲げ強度と保水率を表１にまとめて示す。なお、表１には、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対するガラス質材の割合（ｗｔ％）も示した。
【００３２】
【表１】
0004540656.tif 000002
【００３３】
表１において、ガラス質材の配合割合を変えた実験例１〜６、比較例３，４の曲げ強度及び保水率を比べると、ガラス質材の配合量が減ると曲げ強度が低下し、ガラス質材の配合量が増えると保水率が低下していることがわかった。特に、骨材チップと鉄鋼スラグの総重量に対し１５〜４５ｗｔ％のガラス質材を配合した場合に、３ＭＰａ以上の曲げ強度と２０％以上の保水率を両立できることが確認された。また、骨材チップ及び鉄鋼スラグの粒径を変えた実験例１〜６と実験例１１〜１６の曲げ強度及び保水率を比べると、粒径の小さな方が曲げ強度が大きくなり保水率が小さくなることがわかった。
また、鉄鋼スラグの配合割合を変えた実験例３，７〜１０、比較例１，２の曲げ強度及び保水率を比べると、鉄鋼スラグの配合量が減ると保水率が低下し、鉄鋼スラグの配合量が増えると曲げ強度が低下していることがわかった。特に、骨材チップ１００重量部に対し３０〜３００重量部の鉄鋼スラグを配合した場合に、２ＭＰａ以上の曲げ強度と３０％以上の保水率を両立できることが確認された。また、骨材チップ及び鉄鋼スラグの粒径を変えた実験例３，７〜１０と実験例１３，１７〜２０の曲げ強度及び保水率を比べると、粒径の小さな方が曲げ強度が大きくなり保水率が小さくなることがわかった。
【００３４】
粒径が０．０１ｍｍ未満の骨材チップ及び鉄鋼スラグを用いた実験例２１の多孔質セラミックスは、実験例１及び１１の多孔質セラミックスと比較して、曲げ強度は高いが保水率が著しく低くなることがわかった。
粒径３〜５ｍｍに分級した骨材チップ及び鉄鋼スラグを実験例２２の多孔質セラミックスは、実験例１の多孔質セラミックスと比較して、曲げ強度及び保水率とも低くなることがわかった。
粒径が０．０１ｍｍ未満のガラス質材を用いた実験例２３の多孔質セラミックスは、実験例１及び１１の多孔質セラミックスの曲げ強度及び保水率とほぼ同じであるが、ガラス質材を微粉砕する必要があるため生産性に欠けることがわかった。
粒径０．１〜０．５ｍｍに分級したガラス質材を用いた実験例２４の多孔質セラミックス、粒径１〜１．７ｍｍに分級した骨材チップと粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグを用いた実験例２５の多孔質セラミックス、粒径０．０１〜０．５ｍｍに分級した骨材チップと粒径１〜１．５ｍｍに分級した鉄鋼スラグを用いた実験例２６の多孔質セラミックスは、実験例１及び１１の多孔質セラミックスと比較して、いずれも曲げ強度及び保水率とも低くなることがわかった。実験例２５、２６の多孔質セラミックスの曲げ強度及び保水率の測定結果から、骨材チップ及び鉄鋼スラグは、略同一の粒径範囲に分級したものを用いることで、曲げ強度及び保水率を両立させられることがわかった。これは、骨材チップと鉄鋼スラグの粒径範囲を略同一にすることで、成形体における骨材チップと鉄鋼スラグの充填状態を整えることができたため、曲げ強度及び保水率を両立できたものと推察している。
また、高圧プレスで成形した比較例５と実験例３の曲げ強度及び保水率を比べると、高圧プレスで成形した比較例５の多孔質セラミックスの保水率が、実験例３の多孔質セラミックスより低いことがわかった。これは、成形の圧力によって成形体が緻密化し、気孔率が低下し保水性が低下したためであると考えている。
【００３５】
実験例２７の多孔質セラミックスは、粒径範囲の異なる混練物を積層し焼成したものであるが、本実施例の製造方法によって得られた多孔質セラミックスは、４ＭＰａ以上の曲げ強度と３０％以上の保水率を両立できたことがわかった。これにより、２層以上の複層構造の多孔質セラミックスを容易に安定して製造することができることが確認された。実験例２７の複層構造の多孔質セラミックスは、層毎に保水率と気孔率が異なることを利用して、粒径１〜１．７ｍｍの骨材チップで製造された層に植生させ、粒径０．０１〜０．５ｍｍの骨材チップで製造された層を保水層として用いることで緑化ブロックとして好適に用いられる。
【００３６】
次に、実験例３の多孔質セラミックスの圧縮強度を測定したところ、３３〜５０ＭＰａであった。これは一般のコンクリートと同等以上の強度である。
また、実験例１〜２７の多孔質セラミックスを水中に投入し起泡が出なくなるまで放置した後、静かに水中より取り出し水滴が落ちなくなるまで待ち、これを−２０℃に設定された恒温室内に放置して、多孔質セラミックスが保水した水を凍結させた。恒温室内に入れてから１７時間経過後、多孔質セラミックスを恒温室から取り出し、室温（１１℃）に放置した。３時間経過後、多孔質セラミックスの外観を目視観察したところ、欠けたり割れたりするものはみられなかった。凍結した多孔質セラミックスに急激な温度変化を与えても破損することのない機械的強度を有していることから、舗装用ブロックや緑化ブロックとして好適に用いることができることが明らかである。
【００３７】
また、吸水させた実験例１の多孔質セラミックスの上に芝の種を蒔いて室内（室温２０〜２５℃）に放置したところ、１０日程で発芽し、発芽から１２日後には４〜５ｃｍ程に成長した。この間に水は多孔質セラミックスに２回しか与えていないことから、本実施例の多孔質セラミックスは高い保水能力を有しており、緑化ブロックとして好適であることがわかる。一方、市販のコンクリートブロックの上に芝の種を蒔いて水を与えたところ、多孔質セラミックスの場合と比較して発芽時期が遅いうえに発芽量が少なく、さらに芝を引っ張ると簡単に抜けてしまった。
【００３８】
また、実験例１の多孔質セラミックスを粉砕した試料について、平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に準拠して検液を作成し溶出量試験を行ったところ、カドミウム，鉛，六価クロム，砒素，銅，ホウ素等の溶出量は、いずれも定量下限値以下であった。このことから、本実施例の多孔質セラミックスは環境負荷が小さく、透水性ブロック，緑化ブロック，藻場育成用部材，浄化用部材として、好適であることが明らかである。
次に、藻場育成用部材の例として、アカモクの播種を試みた実験について説明する。海水が流水状態で浸かるように水槽内に設置した実験例１の多孔質セラミックスの上に、採集したアカモクの卵を蒔いたところ、２５日後に葉長約５ｍｍの幼体に生長した。レンガ、御影石、コンクリートブロックについてもアカモクの播種を同様に試みたところ、同様に幼体の生長は確認されたが、流水によってレンガ等から抜けてしまう幼体が多数存在することが確認された。
また、浄化用部材としての例であるが、都市河川の白濁した河川水６０Ｌを水槽に入れ、実験例１の多孔質セラミックスを２つ水槽内に浸漬してエアーポンプで水を撹拌したところ、約４８時間後には水道水と同程度の透明度に変化させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、多孔質セラミックス用組成物及びそれを用いた透水性ブロック、緑化ブロック、藻場育成用部材、浄化用部材並びに多孔質セラミックスの製造方法に関し、廃棄物の有効利用を図ることができるとともに成形性に優れ、またコンクリートと同等以上の圧縮強度を有するとともに結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性に優れ、さらにアルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出のおそれもなく応用性に優れた多孔質セラミックス用組成物の提供、また、三次元網目状の連続気孔が形成され透水性に優れる透水性ブロック，粒子間の隙間が小さく保水性に優れる緑化ブロック，藻の胞子が付着し易く、付着した胞子が水流に流され難いような形状の凹凸を表面に形成することができ、またアルカリ溶出が少なく重金属等の有害な溶出もなく良好な藻の育成環境を整え漁礁としても最適な藻場育成用部材，有用バクテリア等の着生基盤にすることで優れた浄化性能を有する浄化用部材としても好適な多孔質セラミックスの提供、また、コンクリートと同等以上の圧縮強度を有し、また結合された粒子間に連続気孔が確実に形成されるため透水性に優れるとともに、成形性に優れ生産性に優れる多孔質セラミックスの製造方法を提供することができる。