国土交通省技術事務所における溶融スラグの有効利用技術
なる み国土交通省東北地方整備局東北技術事務所 所長

いのうえ

調査試験課長
調査試験課材料試験係長

しげ み

鳴海 繁美
ひろ やす

井上 博泰
ふじしろたかし藤城隆

性の確認，品質管理等について検討を行ってき１．

はじめにた。
本稿は，委員会において審議されてきた溶融ス

東北地方整備局は，東北地方の地域特性，道路技術へのニーズ等を踏まえ，「ゼロエミッションラグの有効利用技術について概要を示したものである。

社会を目指すための技術」を平成１０年度を初年度と す る「新 道 路 五 カ 年 計 画（東 北 地 方 建 設 局版）」の技術研究開発分野の一つとして設定し

２．

溶融固化技術の概要た。そして，平成１１年３月にこの技術の研究開発

 溶融スラグの分類に関して審議，提言を行うための「ゼロエミッシ

溶融スラグは，燃焼熱や電気から得られた熱エョン社会を目指す技術開発委員会（委員長：柳沢

ネルギー等により，一般廃棄物を直接，または焼栄司八戸工業高等専門学校校長）」を設置した。

却残さ等を高温条件下で溶融した後，冷却して生また，同技術に関する専門的かつ具体的な検討作成される固化物をいう。

業を行う「廃棄物・溶融スラグ利用技術等専門部

冷却・固化方法により，水砕スラグ，空冷スラ会（専門部会長：遠藤孝夫東北学院大学工学部教グ，徐冷スラグに分類される。このうち，水砕ス

授）」を委員会（以下専門部会を含め委員会とい

ラグ（写真―１）は，高温溶融物を水中に直接投う）に設置した。

入し，急冷・固化して生成されるスラグで，ガラ近年，一般廃棄物の溶融固化技術が進展し，これにより生成される溶融スラグの生成量の増大が見込まれている。しかし，委員会設置当時，その有効利用技術がまだ確立されていないのが現状であった。このため，「建設副産物の溶融固化及び溶融スラグの有効利用技術の開発」を技術研究開発テーマに，委員会を通じて，溶融スラグが一般土木材料として使用可能であるか適用範囲，安全

写真―１溶融スラグ（水砕スラグ）

建設マネジメント技術

2003 年 4 月号 ５７ス質で細粒状または砂状であることを特徴とし，主に細骨材に用いられる。

 溶融固化方式〈参考〉 表―１SiO２

溶融固化方式には，高温条件下で廃棄物を熱分

Al２O３

溶融スラグの化学分析（％）

FeO３CaOMgO

SO３Na２O

３５．
１
６ １
４．
７８ ４．
５５ ３８．
７
９ ２．
０
１０．
０１２．
７０Cl−Loss

解し発生ガスを燃焼するとともに，灰，不燃物等

K２O

TiO２P２O３MnOを溶融する機能を有する「ガス化溶融方式」と廃

０．
３２０．
９１０．
２
９０．
４
７ ０．
０１５ −０．
５５

棄物の焼却処理によって排出される残さ（焼却灰，飛灰）を燃料の燃焼熱や電気から得られた熱 重金属類の溶出試験エネルギー等により溶融する「灰溶融方式」に大溶融スラグを建設資材として使用する場合，事別される。東北管内においては，岩手県釜石市が前に溶融固化施設管理者（発生者）による安全性全国に先駆けて，昭和５４年からガス化溶融方式にの確認が行われているものを用いることを原則とよる一般廃棄物の溶融固化を行っている。

する。安全性の確認は，「一般廃棄物の溶融固化

 ガス化溶融方式の区分物の再生利用の実施の促進について（平成１０年３現在，国内で建設されているガス化溶融炉は，月２６日厚生省通達，生衛発第５０８号）」に示されてガス化溶融一体型（シャフト炉式，サーモンセレいるカドミウム，鉛，六価クロム，砒素，総水クト方式）およびガス化溶融分離型（キルン式，銀，セレンの６項目に，環境庁告示第４６号の改正流動床式）の４種類に分類される。

（平成１３年３月２８日環告１６）による「ふっ素」「ほう素」を加えた８項目について，それぞれの溶出３．

溶融スラグの安全性基準により判定する。溶出試験は，環境庁告示第４６号に示す試験方法により行うものとする。表― 溶融スラグの一般的な特性

２に溶融スラグ単体の溶出試験結果を示す。８項

溶融スラグ焼却残さ等に含まれるダイオキシン類は，熱分解されスラグ中には含まれないが，微目の重金属類はいずれも基準値以内となっている。

量の重金属を含んでいる。この重金属は，スラグの主成分であるシリカ（SiO２）による網目構造の４．

溶融スラグの有効利用ガラスによって固定され，溶出しにくくなっている。表―１に溶融スラグの化学分析結果を示す。
〈参考〉 表―２

技術検討は，東北管内で最も発生量の多いガス

溶融スラグの重金属類溶出試験結果例
溶融固化方式別溶出試験結果※

項目

溶出基準
釜石（H１０年）

釜石（H１１年）

釜石（H１３年）

酒田（H１３年）

カドミウム

≦０．
０１ mg／l＜０．
０００５mg／l＜０．
０００５mg／l＜０．
００１ mg／l＜０．
００１ mg／l

鉛≦０．
０１ mg／l０．
００３ mg／l＜０．
００１ mg／l

０．
００４ mg／l＜０．
００１ mg／l

六価クロム

≦０．
０
５ mg／l＜０．
００５ mg／l＜０．
００５ mg／l＜０．
００５ mg／l＜０．
００５ mg／l砒素≦０．
０
１ mg／l＜０．
００１ mg／l＜０．
００１ mg／l＜０．
００１ mg／l＜０．
００１ mg／l総水銀≦０．
０００５mg／l＜０．
０００５mg／l＜０．
０００５mg／l＜０．
０００５mg／l＜０．
０００５mg／l

セレン≦０．
０１ mg／l＜０．
００２ mg／l＜０．
００２ mg／l＜０．
００２ mg／l＜０．
００２ mg／l

ふっ素

≦０．
８mg／l

―

―

＜０．
０５ mg／l＜０．
０５ mg／l

ほう素≦１mg／l――＜０．
００７ mg／l＜０．
００７ mg／l※１ 平成１
３年３月以前は６項目のみ実施
２ 釜石：シャフト炉式，酒田：流動床式

５８ 建設マネジメント技術

2003 年 4 月号

化溶融炉の水砕スラグを中心に行った。以下に，

なお，溶融スラグ細骨材は，破砕・磨砕等の整

水砕スラグを他の材料と混合または単独で，プレ粒処理および磁力選別による金属除去等の改質加キャストコンクリート製品，アスファルト混合工が行われているものを標準とする。これは，次物，埋戻し材等に使用する細骨材および砂の代替に述べるアスファルト混合物への適用についても材としての適用性について述べる。

同様である。

 プレキャストコンクリート製品（無筋・鉄筋）への適用

コンクリートに用いる溶融スラグ細骨材は，コンクリートの品質に悪影響を及ぼす物質を有害量ここで対象とするプレキャストコンクリート製含んではならない。溶融スラグの品質は，溶融方品とは，主に道路用コンクリート側溝，フリュー式・冷却方式等により異なることが考えられ，品ム，道路用境界ブロック，積みブロック，L 型擁質によっては，溶融スラグ中の塩素，アルカリの壁，舗装用平板等である。

影響，また，含有する金属類とアルカリまたは水２

設計基準強度３０N／mm のプレキャストコンクとの反応によるセメント硬化体の膨張などが懸念

リート製品の試作および試験施工を実施し，プレされる。そのため，コンクリートの要求特性，適キャストコンクリート製品の細骨材としての適用用構造物の種類および環境条件等に応じて，その性を確認した（表―３を参照）。ただし，現時点品質試験項目と品質基準を定める必要がある。

では，他の十分な試験データ，使用実績が少な

物理的性質については「JIS A５００５ コンクリ

く，実用に供するコンクリートの要求特性，適用ート用砕石及び砕砂」，化学成分につては「JIS構造物の種類および環境条件等に応じて，コンクA５０１
１―１〜３ コンクリート用スラグ骨材（第リートの品質を試験練りによって事前に確認しな１部〜第３部）」に示される規定に適合しなけれければならない。

ばならない。溶融スラグの化学的性状および物理〈参考〉 表―３
試験施工場所製品の曲げ強度（材齢１４日・蒸気養生）

製品名

JIS 規格値（kN）

ベンチフリューム ４００ ２種

３５Y 道路最大曲げ荷重（kN）
４２．
５K.BP

３６．
３

K 堤防

U 型側溝（２種 ３００B）

５８（２９）

８４．
０S.BP

ベンチフリューム ６００ ２種

３２．
５３９．
０

落蓋式 U 型側溝（１種４００B）

４４（２２）

７５．
０S.BP



※JIS 規格値 ベンチフリューム JIS A５３７２ 附９
U 型側溝

JIS A５３７２ 附３

落蓋式 U 型側溝

JIS A５３４５（ ）内は１m 当たりの規格値〈参考〉 表―４

化学成分例

化学成分

規定値

測定値

酸化カルシウム（CaO として）

４５．
０％以下

１４．
８

試験方法
原子吸光法

全硫黄
（S として）

２．
０％以下

０．
１０

蛍光 X 線分析法

三酸化硫黄（SO３として）

０．
５％以下

０．
２７

重量法

金属鉄
（Fe として）

１．
０％以下

検出されず

EDTA 滴定法

塩化物（NaCl として）

０．
０３％以下

０．
００３

硝酸銀滴定法金属アルミニウムによる膨張率

２．
０％以下

−１．
３９

建設マネジメント技術

２２―１９９９JSCE―F ５

2003 年 4 月号 ５９〈参考〉 表―５

物理的性質例
溶融固化方式別試験結果

項目

規定値
シャフト炉

キルン

サ−モセレクト

流動床

絶乾密度

２．
５g／cm３以上

２．
７
４

２．
８
０２．
８
１２．
８
９

吸水率

３．
０％以下

０．
８
５０．
２
１０．
２
４０．
２
５

安定性

１０％以下

０．
３

０．
４

０．
１

０．
０

粒形判定実積率

５３％以上

５７．
７

６０．
０

６
１．
６

６
５．
７

洗い試験損失量

７．
０％以下

１．
８

２．
０

２．
４

４．
４

標準色より淡い

標準色より淡い

標準色より淡い

標準色より淡い

標準色より淡い

無害

無害

無害

無害

無害

有機不純物
アルカリシリカ反応

的性状についての試験結果例を表―４，５にそれことを確認している。水セメント比は，通常のプぞれ示す。

レキャストコンクリート製品と同等の５５％以下とこれまでの試験・検討結果から一定条件のもとすることを標準とする。

では，溶融スラグ混合率の増加に伴いコンクリー

 アスファルト混合物への適用トの強度が低下する傾向があることを確認してい溶融スラグ細骨材を使用するアスファルト混合る。また，溶融スラグ混合率が質量比５０％以下の物は，「アスファルト舗装要綱―（社）日本道路協範囲であれば，コンクリートの性状は普通細骨材会」等の関連する指針・基準類に適合するものとを使用したコンクリートの場合とほぼ同等になるする。

〈参考〉 表―６

溶融スラグを混合したアスファルト混合物の試験結果例
密粒度アスファルト混合物（１３F）

混合物の種類項目

比較標準混合物

スラグ１０％混合基準値※

１００．
０１００．
０１００

骨材合成粒度

１９．
０ mm（通過質量％）

１３．
２ mm

９９．
３９９．
３

９５〜１００４．
７５ mm

６４．
１６４．
０５２〜７２２．
３
６ mm

５０．
０５０．
１

４０〜６０６００µm

３５．
０

３
５．
１

２
５〜４５３００µm

２
４．
５２
４．
３

１６〜３３

１５０µm

１
１．
３

１０．
６８〜２
１７５µm

８．
７

８．
５

６〜１
１（％）

６．
２

６．
２

６〜８（g／cm３）

２．
３
７７

２．
３
８
３―

空隙率（％）

３．
９

３．
７

３〜５

飽和度（％）

７９７９７
５〜８５

安定度（kN）

最適アスファルト量
マ―シャル特性値

動的安定度

密度

１
３．
８０１２．
７５４．
９以上００cm）
フロ―値 （１／１３６３３２０〜４０

残留安定度

９２８８７５以上（％）（回／mm）

６１０６００―（cm２）

１．
１２１．
３８―

ラベリング摩耗量※基準値は「アスファルト舗装要綱」（社）
日本道路協会を参照。
出典：「都市ごみ溶融スラグのアスファルト骨材への利用」（平成１１年２月）〈北野和敏ら〉

６０ 建設マネジメント技術

2003 年 4 月号

溶融スラグ細骨材は，アスファルト混合物の品質に悪影響を及ぼす物質を有害量を含んではならガイドライン（案）の作成

５．

ない。物理的性質については，「JIS A５００１ 道路用砕石」「JIS A５０１５ 道路用鉄鋼スラグ」，化学溶融スラグは，一般土木材料として十分に使用成分については，「JIS A５０１１―２ コンクリート可能であることが確認された。これにより，その用スラグ骨材―第２部

フェロニッケルスラグ骨有効利用に際して技術基準となる「溶融スラグの材」に示される規定に適合しなければならない。

有効利用に係わるガイドライン（案）」を最終成

溶融スラグ細骨材を用いた基層および表層用の果としてとりまとめた。

アスファルト混合物の配合設計は，所定の品質の材料を用い，安定性と耐久性に優れ，敷き均し，他機関の動向

６．

締固めなどの作業が行いやすい混合物が得られるように行わなければならない。

溶融スラグに関して，平成１４年７月に経済産業

溶融スラグ細骨材混合率は，既往文献の室内試省から TR（標準情報：準 JIS として位置付けら験等の研究成果では，質量比２０％程度までは使用れるもの，TR A００１６，A００１７）が公表されていが可能であるとされるが，既往の施工実績や安定る。TR では，適用範囲（主に無筋コンクリート供給と定量使用の観点等から，１０％程度以下でのを対象），安全性の確認（ふっ素，ほう素を除く使用が推奨される。混合率を質量比１０％以下で配６項目を規定），品質確認方法（受渡当事者間の合したアスファルト混合物を用いて試験施工を行協定による）等についてガイドライン（案）と相い，アスファルト混合物の細骨材としての適用性違が見られるため，今後原因等を明確にし TR にを確認しており，この混合率を標準とした。参考

対し意見を提案して行く予定である。

として表―６に試験結果例を示す。
耐久性に関して耐流動対策，耐摩耗対策およびおわりに７．

耐はく離防止対策等が求められる場合には，所要の検討試験等を行い適用性を評価するものとする。

 埋戻し材等への適用

ガイドライン（案）は，東北技術事務所のホーム
ペ ー ジ（URL：http : //www.thr.mlit.go.jp/tougi）
上で公表する予定である。

溶融スラグは砂状であるため，スラグ単独での今後は，ガイドライン（案）を現場に導入し，利用あるいは砂との混合による利用のどちらでも溶融スラグの本格的な有効利用を図っていきた使用が可能である。ただし，スラグ単独で使用すい。

る場合は，締固め度が小さい傾向があるため，施工時に注意する必要がある。

 取り扱い溶融スラグには，針状のものが含まれている可能性がある。運搬，製造時およびコンクリートの練り混ぜ時は，必要に応じて，防塵めがね，防塵マスク，手袋等を着用し，溶融スラグの取り扱い【参考文献】
１） 「溶 融 ス ラ グ の 有 効 利 用 に 係 わ る ガ イ ド ラ イ ン（案）」ゼロエミッション社会を目指す技術開発委員会（２００３年２月）
２） 北辻，田中，遠藤，鳴海：「都市ごみガス化溶融ス
ラグのコンクリート用細骨材としての利用」コンクリート工学論文集，Vol．
１
３，No．
２（平成１４年５月）に注意を要する。

建設マネジメント技術

2003 年 4 月号 ６１