コンクリート工学年次論文集，Vol.27，No.1，2005

論文

ごみ溶融スラグ細骨材の品質変動とこれと混合する細骨材に関する検討
中田 善久＊１・斉藤 丈士＊２・伊能 泰夫＊３・大塚 秀三＊４

要旨： シャフト炉式ガス化溶融炉より得られたごみ溶融スラグ細骨材について，月１回試料を採取し物理的品質を調べ，この品質の変動について検討した。また，ごみ溶融スラグ
細骨材と混合する細骨材に山砂および山砂と砕砂の混合細骨材を用いてコンクリートを練り混ぜ，混合対象とする細骨材が変化した場合のごみ溶融スラグコンクリートの品質の変化について検討した。この結果，ごみ溶融スラグの品質の変動は通常稼働時には小さいことおよび混合対象に砂と砕砂の混合細骨材を用いたごみ溶融スラグコンクリートの品質は，砕砂の品質により改善できる可能性を明らかにした。
キーワード：ごみ溶融スラグ，品質変動，ブリーディング，凝結，圧縮強度
1. はじめに使用している細骨材と混合使用するのが妥当と一般廃棄物の溶融固化物(以下，ごみ溶融ス考えられる。しかし，既往の研究は，ごみ溶融

ラグと称する)は，コンクリート用細骨材に利スラグの混合の対象とする細骨材に砂を用いて用できることから，各方面でこれを用いたコンいる事例が多く，近年一般的に使用されているクリート(以下，スラグコンクリートと称する)

砂と砕砂の混合細骨材をごみ溶融スラグ細骨材

1)に関する研究 が行われている。スラグコンクの混合の対象に用いた場合のスラグコンクリー

リートの性状に関しては解明されつつある部分

トの性状に関しては，不明な点が多い。

2)

A

そこで，本研究は，ごみ溶融スラグ細骨材の0016)に おいて，課題とされている長期安定性品質の変動を把握するために，ごみ溶融スラグに関するデータや使用実績などが蓄積されれ細骨材の物理的な品質の変動について検討を行ば，JIS規格となり実用化できる可能性が高い。

い，さらに，砂と砕砂の混合細骨材を用いたス

しかし，既往の研究は，継続して産出されていラグコンクリートの性状を検討するために，砂，るごみ溶融スラグ細骨材を任意の時点で取り上砕砂およびごみ溶融スラグを混合し細骨材に用げて各種の検討を行っており，スラグコンクリいたコンクリートの性状を調べたものである。

ートの性状に関しては詳細な検討が行われていここでは，コンクリート用細骨材に規定されるるが，使用者が大きな関心をよせる項目の一つ

主要な項目に関して骨材の物理試験を行い，ごである，ごみ溶融スラグの品質の変動について

み溶融スラグ細骨材の物理的な品質の変動を調が多く，現在公開されている標準情報 (TR1)

べた結果および砂を用いたスラグコンクリート検討している事例は極めて少ない 。
一方，ごみ溶融スラグの生産量は，現状におと砂と砕砂の混合細骨材を用いたスラグコンク

けるコンクリート用細骨材の使用量と比較する

リートの性状に関して比較・検討した結果につと少ないため，実際に使用する場合には，従来いて述べる。

*1 ものつくり大学 技能工芸学部 建設技能工芸学科 専任講師 博士(工学)*2 (株)内山アドバンス 中央技術研究所 研究員*3 新日本製鐵(株) プラント・環境事業部 環境ソリューション事業センター 副部長*4 ものつくり大学 技能工芸学部 建設技能工芸学科-115-表１ 試験項目および方法〜

平成 15 年 7 月
平成 16 年 9 月(月 1 回)

試験項目
ふるい分け
密度および吸水率
微粒分量
単位容積質量および実積率
粒形判定実積率3.0

粗粒率

試験方法
JIS A 1102
JIS A 1109
JIS A 1103
JIS A 1104
JIS A 5005

粗粒率 (F.M.)

試料の採取期間

2.8

TR A 0016に示される粗粒率の管理幅：±0.2

2.6 平均値：2.482
2.42.2

・標準偏差：0.099
・変動係数：4.0％

2.01003.080

2.8

密度 (g/cm３)

通過率 (％)

絶乾密度および表乾密度60
最大，最小平均値
MS5 規定範囲

402000.15

2.42.2

絶乾密度の平均値：2.749 g/cm3
TR A 0016に示される絶乾密度の規定値：2.5g/cm3以上
表乾密度
絶乾密度

・絶乾密度の標準偏差：0.030 g/cm3
・変動係数：1.1％

2.00.30.61.22.5
ふるいの呼び寸法 (mm)5104.0・標準偏差：0.187％
・変動係数：19.4％

吸水率
吸水率 (％)

図１ 粒度分布の範囲
2.

2.6

ごみ溶融スラグ細骨材の物理的品質の変動

2.1 実験概要

3.0

TR A 0016に示される吸水率の規定値：3.0％以下
2.0
平均値：0.963％
1.00.0

一般的な自治体の一般廃棄物処理施設におい微粒分量 (g/cm３)

8.0て稼働しているシャフト炉式直接溶融炉 2)より得られたごみ溶融スラグを定期的に採取し，骨材試験およびモルタル試験の結果より物理的品質の変動について検討した。

微粒分量6.0

TR A 0016に示される微粒分量の規定値：7.0％以下
・標準偏差：0.239％
・変動係数：10.4％

4.0 平均値：2.29％
2.00.0

実積率，粒形判定実積率(％)(1) 対象としたごみ溶融スラグ
本実験の対象としたごみ溶融スラグは，首都圏の代表的なベッドタウンの一つであるＮ市(人口およそ16万人)に設置されている一般廃棄物処理施設のシャフト炉式ガス化溶融炉より産

80.0

実積率および粒形判定実積率
粒形判定実積率の平均値：55.31％
60.0
TR A 0016に示される・粒形判定実積率の標準偏差：1.31％
40.0 粒形判定実積率の・変動係数：2.4％
規定値：53％以上
実積率
'03/9

出されたもので，縦型シャフト炉により1,700〜1,800℃ の高温で溶融された融液を水砕によ

粒形判定実積率20.0'03/12'04/3
試料の採取時期 (年/月)'04/6'04/9図−２ 物理的品質の変動り固化した後，磁選機により金属鉄を取り除いたものである。

試験項目および方法を表−１に示す。

(2) 試料の採取方法と採取期間

2.2 結果および考察

一般廃棄物処理施設のごみ溶融スラグ貯蔵ヤ(1)粒度分布の範囲

ードより，毎月１回，各月の初旬に試料を採取

粒度分布の範囲を図−１に示す。粒度分布は，した。試料は，任意の異なる5カ所の位置より一部を除き概ねTRに示されるMS5の粒度の範囲

各10kgずつ採取したものを均一に混合し，試験にあった。また，粒子径の構成割合は，全体にに供するときに四分法により縮分して用いた。

0.6mmふるいに留まる量が最も多かった。なお，

なお，試料の採取期間は，平成15年7月〜平成16

MS5の粒度の範囲を超えたごみ溶融スラグでは，年9月とした。

1.2mmふるいの通過率が大きかった。これより，(3) 試験項目および方法

TRに示される粒度の範囲を超える場合，ふるい試験は，骨材の物理的品質について行い，試分けにより1.2mm未 満の粒子をある程度除去し験方法は，全てJISの方法に準じたものとした。てMS5の範囲とするかまたは破砕処理などによ-116-

り0.6mm未満の粒子を増やし，MS2.5の範囲とする必要がある。
(2)物理的品質
物理的品質の変動を 図−２に示す。物理的品

表−２ 使用材料とその概要
使用材料種類
セメント 普通ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ
水
上水道水
粗骨材

質の変動は，一部を除き小さかったが，粗粒率，砕石 2005
砂

絶乾密度，実積率および粒形判定実積率におい①て，一部やや大きく変動する場合があった。このうち，粗粒率は，2003年12月における最大値

細骨材

砕砂②2.69と2004年4月における最小値2.24で0.4以上の差があり，TRにおいて購入契約時に定めた値

ごみ溶融スラグ±0.20を超えて変化してはならないとされている範囲を超える可能性がある。このばらつきは ，水砕するときの融液と水の温度差が一定となら

化学混和剤高性能 AE 減水剤
AE 助剤

概要
密度:3.16g/cm3
千葉県浦安市
栃木県栃木市産，粗粒率 6.65，表乾密度 2.64g/cm3，吸水率 1.05%，実積率 59.1%
千葉県君津市産山砂，粗粒率 2.49，
表乾密度 2.59g/cm3,吸水率 1.67%，
微粒分量 1.0%，実積率 66.5%
埼玉県秩父郡産 硬質砂岩，粗粒率 2.87，表乾密度 2.64g/cm3，吸水率 1.26%，微粒分量 2.7%，
粒形判定実積率 54.6%
栃木県安蘇郡産 石灰，粗粒率 2.78，表乾密度 2.67g/cm3，吸水率 1.41%，微粒分量 3.89%，
粒形判定実積率 57.8%
平成 16 年 9 月採取分
粗粒率 2.49，表乾密度 2.78g/cm3，吸水率 0.81%，微粒分量 2.5%，粒形判定実積率 55.1%
ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物
ｱﾙｷﾙｴｰﾃﾙ型陰ｲｵﾝ界面活性剤

表−３ 実験の要因と水準ないことが影響している可能性がある。また，

実験要因

粒形判定実積率は，TRの規定値を下回る場合が細骨材の種類あった。
複数の項目において最も変動が大きかったの

細骨材の混合割合

は平成16年4月に採取した試料であるが，この水セメント比水準(1)砂(2)砂＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ(3)砂＋砕砂①＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ(4)砂＋砕砂②＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ
砂(100)
砂(70):ごみ溶融ｽﾗｸﾞ(30)
砂(50):砕砂(20):ごみ溶融ｽﾗｸﾞ(30)40，45，50 (％)

時期は，対象とした一般廃棄物処理施設のメンテナンス期間となっており，通常は昼夜連続運

ドセメント，練混ぜ水に上水道水，粗骨材に砕転を行っている溶融処理設備の再稼働直後に試石2005， 細骨材に砂，砕砂2種類および平成16料を採取したことが分かった。これより，メン年9月に採取したごみ溶融スラグ，化学混和剤

テナンスや段取り替えなどによる再稼働直後のに高性能AE減水剤およびAE剤を用いた。使用材

ごみ溶融スラグは，通常稼働時と比べて品質が料とその概要を 表−２に示す。

大きく変動する可能性があるため注意を要し，(2) 実験要因および水準

粒度や粒径を改善するための破砕加工を必要と実験の要因は，細骨材の種類と混合割合および水セメント比とした。このとき，砕砂を用いする場合がある。

る場合の砕砂の混合割合は，以前に筆者らが行
細骨材の種類が異なるスラグコンクリートった調査において20〜50％が一般的であったたの性状め，このうち，粗粒率の変化が最も小さくなる

3.1 実験概要20%とした 。実験の要因と水準を表−３に示す。

3.

(3) コンクリートの配合(調合)条件

砂，砕砂およびごみ溶融スラグの混合割合を変化させたスラグコンクリートを練り混ぜ，ごコンクリートの配合(調合)条件は，単位水量

み溶融スラグの混合の対象とする細骨材が異な170kg/m3， 単 位 粗 骨 材 (か さ )容 積 0.590m3/m3にる場合の，スランプおよび空気量を一定とした

おいてスランプ21±1.0cm， 空気量4.5±1.0％

スラグコンクリートにおける調合の変化，フレとし，化学混和剤の使用量によりスランプと空ッシュコンクリートおよび硬化コンクリートの気量の調整を行った。コンクリートの配合(調性状を調べた。

合)条件を表−４ に示す。

(1) 使用材料(4) 試験項目および方法

実験には，セメントに市販の普通ポルトラン

試験項目は，フレッシュコンクリートについ-117-

表−４ コンクリートの配合(調合)条件

表−５ 試験項目および方法項目

配合(調合)条件

試験項目

単位水量

170 (kg/m3)

単位粗骨材(かさ)容積0.590 (m3/m3)

スランプ

21 ± 1.0 (cm)空気量4.5 ± 1.0 (％)

コンクリート温度

20 ± 1.5 (℃)

スランプ
空気量
フレッシュコンクリート
ブリーディング量
凝結時間
圧縮強度
硬化コンクリート
静弾性係数試験方法
JIS A 1101
JIS A 1128
JIS A 1123
JIS A 1147
JIS A 1108
JIS A 1149

表−６ コンクリートの配合(調合)とスランプ，空気量およびコンクリート温度の試験結果
単位量 (kg/ｍ３)

細骨材の使用割合(Vol.％)

水ｾﾒﾝﾄ比

砕砂(％)

砂
①②

ごみ
溶融
ｽﾗｸﾞ

100

00

70
20

0020

30

50

50
45
40
50
45
40
50
45
40
50
45
40

ｾﾒﾝﾄ

340
378
425
340
378
425
340
378
425
340
378
425

水170

砂

850
818
782
595
573
548
425
409
391
425
409
391

砕砂

ごみ
溶融
ｽﾗｸﾞ

試験結果
化学混和剤

00

274
264
252
274
264
252
274
264
252

173
167
159
175
169
161

高性能AE AE剤
減水剤

ｽﾗﾝﾌﾟ 空気量 ｺﾝｸﾘｰﾄ
温度(cm)
(％)
(℃)

2.04
2.27
2.55
1.56
1.52
2.15
1.36
1.70
1.91
1.70
1.70
2.13

21.5
22.0
20.5
21.0
21.0
22.0
20.5
21.5
22.0
21.0
21.0
21.0

砕石

925

0.017
0.019
0.021
0.010
0.011
0.013
0.010
0.011
0.013
0.010
0.011
0.013

4.9
4.0
5.4
5.5
4.2
4.0
3.6
5.0
3.6
4.8
3.8
3.6

21.5
21.5
21.5
20.0
21.0
21.0
21.0
20.0
21.0
19.5
19.5
20.0

100てスランプ，空気量，ブリーディング量および(材齢3，7および28日)および静弾性係数(材齢28日)であり，試験方法は，全てJISの方法とした。

80
通過率 (％)

凝結時間，硬化コンクリートについて圧縮強度

6040

砂100
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
JIS標準粒度20

試験項目および方法を 表−５に示す。

00.15

3.2 結果および考察(1)コンクリートの配合(調合)とスランプおよ0.30.6
1.22.5
ふるいの呼び寸法 (mm)510

図−３ 合成した細骨材の粒度分布

び空気量コンクリートの配合(調合)とスランプおよびた。これは，高性能AE減水剤については，混合空気量の試験結果を表−６ に示す。砂を用いたした細骨材の粒度が山砂のみの粒度よりも適切

スラグコンクリートと砂と砕砂の混合細骨材をな範囲となることにより細骨材の充填性が向上

用いたスラグコンクリートは，砂のみを用いたすること，AE剤については，溶融スラグの粒形コンクリート(以下，普通コンと称する)と同様が砂に対して角張っており，練混ぜ時にエントに高性能AE減水剤およびAE剤の使用量を調整す

ラップトエアを多く巻き込む傾向にある 1)ことることにより，所要のスランプおよび空気量をが影響していると考えられる。合成した細骨材得ることが可能であった。これより，ごみ溶融の粒度分布を図−３ に示す。

スラグの混合の対象とする細骨材に砕砂を混入(2)ブリーディング量した場合でも，混和剤使用量の調整により所要水セメント比とブリーディング量の関係を図のスランプおよび空気量を得られることが分か−４ に示す。水セメント比40％では使用する細った。また，一定のスランプを得るための高性

骨材の種類による影響は小さく，ブリーディン能AE減水剤の使用量ならびに一定の空気量を得グ量は全体に少なかった。また，水セメント比るためのAE剤使用量は，スラグコンクリートにが大きくなると，全体にブリーディング量は多おいて全般に普通コンクリートよりも少なかっくなる傾向を示した。これは，単位水量を一定-118-

ブリーディング量 (cm3/cm2)としたため，水セメント比を小さくするとセメント量が少なくなることが影響している。また ，
砂と砕砂①の混合細骨材およびごみ溶融スラグを用いた水セメント比50％と砂と砕砂②の混合
細骨材およびごみ溶融スラグを用いた水セメン
ト比45および50％では，ブリーディング量が比較的多くなった。これは，細骨材の全体に占め0.3
単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm
コンクリート温度：20±1.5℃
試験中の環境温度：20±1.0℃

0.2

0.10.0普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

4045
水セメント比 (％)

る砂の割合が少ないことおよびセメント量の減少が影響していると考えられる。さらに，砂と50

図−４ 水セメント比とブリーディング量の関係
10:00

砕砂②の混合細骨材およびごみ溶融スラグを用いたコンクリートでは，後述するが，凝結時間

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

9:00
凝結時間 (H:M)

が比較的遅くなる傾向にあり，これがブリーディング量の増大に影響している可能性がある。
しかしながら，ブリーディング量は全体に0.3cm3/cm2未 満であり，本実験の範囲では，ス
ラグコンクリートのブリーディング量は問題な

8:00

終結

7:00
単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm
コンクリート温度：20±1.5℃
試験中の環境温度：20±1.0℃

い。また，スラグコンクリートにおいてブリー6:00

ディング量が多くなった場合，混合する砕砂の始発種類を換えることにより，これを改善できる可
5:00

能性がある．

4045
水セメント比 (％)(3)凝結時間50

図−５ 水セメント比と凝結時間の関係

水セメント比と凝結時間の関係を図−５ に示す。凝結時間は，全体に水セメント比が大きく50.0
圧縮強度 (N/mm2)

なるほど長くなる傾向を示した。また，スラグ
コンクリートの始発時間は，普通コンよりも遅くなる傾向を示した。これは，混合した細骨材の粒度が山砂のみの場合よりも適切な範囲にあり，コンクリート中の余剰水が多くなることが

水セメント比：45％
単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm

40.030.0

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

20.0

影響していると思われる。さらに，終結時間は，
3

砂とごみ溶融スラグの混合細骨材に対し，砕砂728
材齢 (日)を用いた場合は，砕砂の種類によって短くなる

図−６ 材齢と圧縮強度の関係場合と遅くなる場合があった。これより，スラグコンクリートは，混合する細骨材の種類によ通コン，スラグコンクリートともに圧縮強度は，って凝結時間が異なる場合があり，混合する砕材齢の経過に伴い増大する傾向を示していた。

砂の種類を換えることにより凝結時間をある程また，砂と砕砂②およびごみ溶融スラグを混合度調整できる可能性がある。

した場合に圧縮強度がやや大きくなる傾向を示(4)圧縮強度していた。これは，砂と砕砂②およびごみ溶融材齢と圧縮強度の関係を 図−６に，セメントスラグを混合すると前述のようにブリーディン

水比と圧縮強度の関係を図−７ に示す。図−６

グが増大するため，脱水により見掛けの水セメは，水セメント比45％を一例として示した。普

ント比が低下したところに上面ならしを行って

-119-

60.0

材齢３日
圧縮強度 (N/mm2)

50.0
40.0

材齢７日

材齢28日

単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm

30.0
20.0
10.0
2.00

2.50 2.00

2.25
セメント水比

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm

2.25
セメント水比2.50 2.00

2.25
セメント水比2.50

図−７ セメント水比と圧縮強度の関係
静弾性係数 (kN/mm2)

おり，供試体が密実に締め固められたものと思われる。さらに，全ての配合(調合)において材齢に関わりなくセメント水比と圧縮強度は概ね直線関係にあった。これより，ごみ溶融スラグの混合の対象に砂と砕砂の混合細骨材を用いた

JASS５式３)

30.0

20.0

場合にも，スラグコンクリートは，普通コンと試験材齢：28日
単位水量：170kg/m3
スランプ：21±1.0cm

40.0

同様に水セメント比を調整することによって任

普通コン
砂70＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂①20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30
砂50＋砕砂②20＋ごみ溶融ｽﾗｸﾞ30

2030

405060圧縮強度 (N/mm2)7080

図−８ 圧縮強度と静弾性係数の関係

意の圧縮強度を得られることがわかった。
(5)静弾性係数

合とブリーディング，凝結，圧縮強度の各性状

圧縮強度と静弾性係数の関係を 図−８ に示において差がある場合とがあり，混合する細骨す。圧縮強度に対する静弾性係数の傾向におい材の種類によりコンクリートの性状を改善できて，細骨材の種類による違いは見られず，本実る可能性が示唆された。

験における全ての配合(調合)でJASS５に示される式 3)をやや上回る傾向を示した。これより，混合の対象とする細骨材に砂と砕砂の混合細骨材を用いたスラグコンクリートは，圧縮強度を確保すれば普通コンと同程度の静弾性係数を得ることができると考えられる。

謝辞
本実験を行うにあたり，毛見虎雄博士，新日本製鐵株式会社 長田昭一 部長代理ならびに株式会社内山アドバンス 女屋英明 課長より貴重なご助言を頂きました。また，ものつくり大学2004年度卒業研究生の辻村純一君，鈴木大介君より多大なご協力を頂きました 。ここに付記し，4. まとめ感謝の意を表します。

ごみ溶融スラグ細骨材の品質の変動を把握するために，ごみ溶融スラグ細骨材の物理的な品参考文献

質の変動を調べた。また，砂と砕砂の混合細骨

1) 越川茂雄ほか，焼却灰溶融スラグのコンク材を用いたスラグコンクリートの性状を検討す

リート用細骨材への利用に関する研究，コるために，砂，砕砂およびごみ溶融スラグを混

ンクリート工学論文集第11巻第2号，pp.39

合し細骨材に用いたコンクリートの性状を調べた。この結果，特殊な場合を除き，本実験に用いたごみ溶融スラグの品質変動は小さいことがわかった。また，ごみ溶融スラグの混合の対象〜47，2000.52) 日本工業標準調査会：TR A 0016｢一般廃棄物，下水汚泥等の溶融固化物を用いたコンクリート用細骨材(コンクリート用溶融スラグ細骨材)｣，2002.7に砂と砕砂の混合細骨材を用いたスラグコンク

3) (社)日本建築学会：建築工事標準仕様書・

リートの性状は，ごみ溶融スラグの混合の対象

同 解 説 JASS５ 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 工 事 ，に砂を用いたスラグコンクリートと大差ない場

p.170，2003.2-120-