溶融スラグ骨材を用いたコンクリート
鈴木澄江（建材試験センター）

表1

1．はじめに溶融方式の分類 3）

日常生活で排出される一般廃棄物と文化・衛生的な生活基盤を支える下水道事業から排出される下水汚泥は、直接焼却する方式で処理・処分されており、これらの廃棄物を直接焼却処分した際に発生する焼却灰を安全に有効利用する方策が求められている。これらの廃棄物を 1,200 ℃以上の高温で溶融処理した結果、副1）産した溶融固化物が溶融スラグ である。
溶融スラグ骨材をコンクリート用骨材として有効利用することを目的に、2006 年 9 月に JIS A 5031「一般廃棄物、下水汚泥又はそれらの焼却灰を溶融固化したコンクリート溶融スラグ骨材（以下、溶融スラグ骨材と称す）」が制定された。また、この JIS A 5031 を支援するために（財）建材試験センターにて組織した委2）員会において「溶融スラグ骨材利用マニュアル」 を作成した。
ここでは、溶融スラグ骨材の製造及び品質、溶融ス
ラグ骨材を使用したコンクリート（以下、溶融スラグコンクリートと称す）の品質と留意点ならびにコンクリート製品に関する情報等について紹介する。

2．溶融スラグ骨材の製造及び品質

一般廃棄物については、焼却施設より排出された焼却残さを溶融する灰溶融炉と一般廃棄物を直接溶融する（1）溶融スラグ骨材の製造ガス化溶融炉の 2 種類がある。一方、下水汚泥溶融で溶融スラグの製造方式は、一般廃棄物または下水汚は下水汚泥溶融炉と灰溶融炉に分けられる。溶融炉の泥を焼却し、その焼却残さを溶融する方法と一般廃棄具体的分類を表 1 に示す 。溶融施設の稼働状況は、物または下水汚泥を直接溶融する方法とに大別され2004 年度で 144 件が稼働しており、2008 年度までにる。焼却残さ（焼却主灰と焼却飛灰）から溶融スラグ170 件超が稼働する予定である 。一般廃棄物を溶融

2）ができる過程を図 1 に、一般廃棄物あるいは下水汚2）

3）2）

対象にする溶融施設は、灰溶融形式とガス化溶融形式

泥を直接溶融して溶融スラグができる過程を図 2 にがあるが、施設数としては灰溶融形式が多いものの溶示す。いずれの行程においても発生する溶融飛灰は、融炉数ではガス化溶融形式が多い。ガス化溶融形式炉

特別管理一般廃棄物の処理に従って処理されている。の一例を図 3 に示す 2）。

処理対象物の種類ごとに溶融方式の分類をすると、702002 年度は約 30 万トンであった溶融スラグの生産

図12）
溶融スラグの製造過程（焼却処理・焼却残さ処理）（一般廃棄物及び下水汚泥 → 焼却残さ → 溶融スラグ）＊＊：ここで示す「ごみ」とは一般廃棄物である

図22）
溶融スラグの製造過程（ガス化溶融処理）（一般廃棄物及び下水汚泥 → 溶融スラグ）
2）ている 。

（2）溶融スラグ骨材の品質
溶融スラグ骨材の物理的、化学的品質ならびに環境安全性に関する規定値は、2006 年に制定された JIS A 5031 に定められている。アンケート調査により得られた溶融スラグ骨材の物理的性質の平均値 と JIS A 5031 の規定4）

値を表 2 に示す。溶融スラグ骨材の物理的特徴は、絶乾密度が大きく、吸水率が小さいことである。溶融スラグ細骨材及び粗骨材の一例を写真 1 及び写真 2 に示す。溶融対象物や
図3

溶融炉の一例（シャフト炉式溶融炉／コークスベッド式）2）

量は、2004 年度において 56.4 万トン（内訳は一般廃棄溶融方式が異なることにより、溶融スラグ骨材の外観も異なる。

物 52.1 万トン、下水汚泥 4.3 万トン）となり、溶融炉

JIS A 5031 の化学成分に関する規定値を表 3 に、環の稼働数が増加した 2002 年度から著しい増加をみせ

境安全性に関する規定値を表 4 に示す。溶融スラグ骨
溶融スラグ骨材を用いたコンクリート71

←写真 1

一般廃棄物溶融スラグ細骨材

下水汚泥溶融スラグ細骨材

一般廃棄物溶融スラグ粗骨材表 2 溶融スラグ骨材の物理的性質と JIS A 5031 の規定

表3

溶融スラグ骨材の化学成分の規定（JIS A 5031）

溶融スラグ細骨材の一例↓写真 2

溶融スラグ粗骨材の一例

下水汚泥溶融スラグ粗骨材
表 4 溶融スラグ骨材の環境安全性の規定（JIS A 5031）

は、溶融スラグ骨材表面に赤さびを発生させることがあるため、JIS A 5011-2（フェロニッケルスラグ骨材）の規定値同様に定められたものである。下水汚泥を処理した溶融スラグには汚れに関与しないリン鉄のような化合物が含まれることがあり、それらを除いた金属鉄を精度良く定量するための試験方法として JIS A

材に含まれる金属アルミニウムは、コンクリート中の5031 附属書 2（規定）（コンクリート用溶融スラグ骨水酸化カルシウムおよび水と反応し水素ガス（2Al ＋材の金属鉄分析方法）に示すメスバウアー分光分析法

Ca(OH)2 ＋ 2H2O →を規定している。

CaO ・ Al2O3 ＋ 3H2 ）を発生することがあるが、金属アルミニウムの含有量と水素ガスの発生量との相関は不明確であるため、JIS A 5031
では、附属書 1（規定）による試験方法でモルタルの膨張率（2 ％以下）を定め、制限している。さらに金属鉄（Fe）は、1.0 ％以下に制限されている。金属鉄

72

3．溶融スラグコンクリートの品質
溶融スラグコンクリートの品質に関する特徴と留意点の概略を紹介する。

（1）配合設計上の留意点とフレッシュ性状

溶融スラグ骨材の混合率は、プレキャストコンクリ

溶融スラグコンクリートは、その使用実績や長期安ート製品あるいは構造体コンクリートの耐久性やその定性に関するデータが未だ十分にそろっていないこと他の性能を満足するように定めることが必要である。

から、コンクリート関係の製品を製造するにあたって

JIS A 5031 制定のための研究成果 によると、スラグ設計基準強度の規定値が JIS A 5031 の 1．適用範囲の混合率と諸性状の関係は、溶融スラグ細骨材の混合率備考に記されている。プレキャストコンクリート製品

が 0 〜 50 ％の範囲では、フレッシュコンクリートの性の場合では、設計基準強度は 35N/mm 以下、レディー状に大きな差はないとされている。

24）

ミクストコンクリートの場合では、呼び強度 33 以下

しかし、圧縮強度や曲げ強度は、水セメント比としている。また、JIS A 5364（プレキャストコンク

50 ％のコンクリートであっても、溶融スラグ細骨材のリート製品−材料及び製造方法の通則）では、TR A混合率が 30 ％の場合 12 ％程度、溶融スラグ粗骨材の0016（一般廃棄物、下水汚泥等の溶融固化物を用いた混合率が 30 ％の場合 8 ％程度低下することが確認されコンクリート用細骨材）を対象として、設計強度ている。また、溶融スラグ混合率と耐久性に関するデ24N/mm 以下のプレキャスト無筋コンクリート製品へータは未だ少なく、更に、2004 年における溶融スラグの適用を定めている。いずれの JIS においても、製品骨材の生産量は、年間 60 万トン弱と多くないのが現の要求性能を損なわないことが確認されている場合状である。

2は、これ以上の強度レベルにおける適用も妨げられてこれらの点を考慮して、溶融スラグコンクリートのスラグ混合率は、細骨材および粗骨材ともに 30 ％以はいないのが現状である。
1）水セメント比下を標準として推奨されている。なお、小型のコンクJIS A 5031 では、溶融スラグコンクリートの水セメリート製品、例えば「舗装・境界ブロック類Ⅰ類（平ント比の上限を 55 ％としている。これは、溶融スラ板、境界ブロック、インターロッキングブロック）」

グコンクリートの圧縮強度が、天然骨材（砂、砕石）の場合は、溶融スラグ骨材を全量使用している実績がを用いた場合に比べ 60 〜 80 ％程度であることが多いあるため、製品の要求性能が損なわれないことを確認ため、耐久性確保の観点から水セメント比の上限値をして混合率を増して使用することも可能である。

記したものである。水セメント比 50 ％で作製した溶

3）ワーカビリティー

融スラグコンクリートの圧縮強度は、30 〜 40N/mm

2

溶融スラグコンクリートのフレッシュ性状は、単位程度得られると報告 （図 4 参照）されており、用途水量、スランプ、空気量、ブリーディング量、凝結時や環境条件により適切に定めることが必要である。

間等の必要な品質を確保し、かつ適切なワーカビリテ

5）2）混合率ィーを有するものでなければならない。同一調合で、溶融スラグ細骨材の混合率が増すと、混合率 50 ％まではほとんど性状に変化はないが、それを超えるとス
6）ランプが低下する傾向が認められる（図 5 参照） 。
また、図 6 に示すように、同一混合率でも水セメン

図4

溶融スラグ骨材を使用したコンクリートの5）
圧縮強度 （水セメント比 50 ％）図 5 溶融スラグ細骨材の混合率とスランプの関係 6）

溶融スラグ骨材を用いたコンクリート

73

図 6 溶融スラグ骨材の混合率と単位水量の関係 6）7）

図8

溶融スラグ骨材の混合率

練りを行い、適切な配合を定めることが必要である。
5）ブリーディング
溶融スラグ細骨材の混合率とブリーディング量の関係を図 86）7）に示す。溶融スラグ細骨材の種類や表面処理等の影響によりブリーディング量は相違する。川砂を細骨材としたコンクリートよりも溶融スラグ細骨材を混合したコンクリートのブリーディング量は大きくなり、混合率が大きくなるとさらに増加する傾向を
図7

溶融スラグ細骨材の混合率と空気量の関係 6）示す。溶融スラグ細骨材の混合率が 50 ％程度までは、0.3cm /cm 以下であり、コンクリートの性状に大きく3ト比が大きくなると単位水量が増加する傾向を示すス
6）2

影響しないといえる。

ラグ骨材 や、溶融スラグ細骨材を磨砕した場合には、現実には、使用する溶融スラグコンクリートのブリ7）ーディングが実用上許容される範囲にあることが確認もある。使用する溶融スラグ骨材の品質を十分に把握されれば問題ない。また、磨砕処理を施した溶融スラし、良好なワーカビリティーが得られる配合を選定す

グ細骨材を用いたコンクリートでは、混合率が増加しることが重要である。てもブリーディング量は増加せず、種類によっては減混合率が増加すると単位水量が減少するという報告

4）空気量少する傾向を示すとの報告 7）もある。溶融スラグ骨材

溶融スラグ細骨材を混合したコンクリートの空気量の表面処理が有効である報告

は、溶融スラグ混合率が増すと増加する傾向が確認さ7）8）も近年あるため、今後の研究成果が待たれるところである。

れている（図 7） 。スラグ細骨材の混合率 30 ％では、
6）

空気量の増加は認められないが、使用するスラグ骨材の種類によって性状が変化することもあるため、試し

74（2）硬化コンクリートの物性と留意点
1）強度性状

0.00
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08-0.10

図9

溶融スラグ骨材の混合率と相対動弾性係数の関係 4）

図 10

溶融スラグ粗骨材の混合率と長さ変化率の関係 4）

図 11

溶融スラグ骨材の混合率と中性化深さの関係 4）

屋外に自然暴露した溶融スラグコンクリートの材齢6.5 年までの圧縮強度試験結果を図 4 に示したが、そ5）の圧縮強度は長期的に増進する傾向を示している。水セメント比が 50 ％以下であれば、溶融スラグ細骨材あるいは粗骨材を 100 ％用いたコンクリートであっても 33N/mm 以上の圧縮強度を示し、長期的に圧縮強度2の増加が期待できると考えられる。ただし、溶融スラグ骨材の種類によっては、曲げ強度ならびに引張強度が著しく低いものもあり、曲げ強度が要求される製品等においては注意が必要である。
2）耐凍害性
溶融スラグコンクリートの凍結融解試験結果を図9 に示す。溶融スラグ骨材の混合率は 30 ％であるが、4）

水セメント比が大きくなると凍結融解抵抗性は低下する。また、溶融スラグ骨材の種類によっては、凍結融解抵抗性が大きく低下するものもあるため、耐凍害性を示している。

が要求される地域あるいは製品においては、溶融スラ溶融スラグ粗骨材を使用したコンクリートの場合

グ骨材の種類及び配合により、溶融スラグコンクリー

は、水セメント比が 65 ％あるいは溶融スラグ混合率

トの耐凍害性を確認する必要がある。

が 50 ％の調合において、若干中性化が大きくなる傾

3）長さ変化向を示すことがある。そのため、中性化に対する抵抗

溶融スラグ粗骨材を使用したコンクリートの長さ変4）性が要求されるコンクリート製品の場合には、事前に化試験結果を図 10 に示す。溶融スラグ粗骨材を使用コンクリートの中性化深さを確認し、使用する溶融ス

したコンクリートの長さ変化率は、川砂・砕石を使用

ラグ骨材ならびに用途に応じて耐久性が確保できる水したコンクリートの長さ変化率と比べ小さい傾向を示

セメント比を設計値とする必要がある。

し、長期材齢においてもその傾向は継続する結果が報5）ポップアウト

5）

屋外暴露した溶融スラグ粗骨材コンクリート（下水る。

汚泥に由来する溶融スラグ）において、写真 3 に示

告 されており、寸法安定性に優れていると考えられ

5）4）中性化（抵抗性）

すようなポップアウト現象と思われる外観の異変が観

溶融スラグ細骨材を使用したコンクリートの促進中

察・報告 されている。ポップアウトの中心部からは、性化深さ（促進期間 26 週）は、図 11 に示すようにカルサイト（CaCo 3）の存在が確認された 。カルサ

川砂・砕石を用いたコンクリートとほぼ同程度の結果

イトは、溶融スラグ骨材中に潜在していた生石灰が消4）5）5）

溶融スラグ骨材を用いたコンクリート

75

（1）コンクリート製品の製造における留意点
溶融スラグコンクリート製品を製造する際には、製品のトレーサビリティーが確認できるように記録・保管する必要がある。そのためには、溶融スラグコンク
リート製品に係わる品質管理記録を、溶融スラグ骨材の生産者、使用者、使用製品の施工者、発注者が各々の責任範囲で保管することが必要である。例えば、溶融スラグ骨材の生産者は、JIS A 5031 の 5.試験方法に定める試験を行い、品質試験結果を保存し、溶融スラ写真 3

溶融スラグ骨材を使用したコンクリートのポップアウト現象 5）石灰となり、その炭酸化により生成された可能性がある。生石灰から消石灰を生成する反応においては、その体積が 2 倍程度に膨張するため、ポップアウトが生グ骨材の使用者は、コンクリート製品（JIS A 5371、5372 あるいは自治体が定める仕様書等）の管理試験結果を記録し保存する。特に、安全性に関する確認記録
2）

は、永久保存が必要である 。
溶融スラグ骨材を使用したコンクリート製品を製造する上での留意点を下記に示す。
①

じたものと推察される。

入、粒度等）

また、一般廃棄物に由来する溶融スラグ骨材においては、金属アルミニウムから生成された可能性がある②

ベーマイト（A10(OH)）に起因すると思われるポップ
5）

アウトが確認されている 。溶融炉の形式により処理③

溶融スラグコンクリートの製造（計量精度、練混ぜ時・締固め時の分離）④

溶融スラグ骨材について、事前に確認をすることが大切である。

溶融スラグ骨材の貯蔵管理（種類、粒度、生産者別）

方法が異なるため、このようなポップアウトの要因となる成分がスラグ中に介在することがあり、使用する溶融スラグ骨材の受入れ確認（生産者、異物混製品の養生（ブリーディング量の増加、凝結時間の遅延による前置き時間の延長）

溶融スラグ骨材を使用したコンクリート製品は、未だ実績が十分とはいえないため、試作品等を作製し、4．溶融スラグコンクリート製品
JIS A 5364 の改正（2004 年 3 月）において、「溶融ス長期的な環境負荷に対する安全性および耐久性の確認を、適切な場所に暴露して観察することが必要である。

ラグ細骨材」のコンクリート用骨材としての適用範囲が示されたのを受け、都道府県の「リサイクル製品認（2）使用事例定制度」等が推進され、溶融スラグ骨材を使用したプ

溶融スラグ骨材を使用したコンクリート製品としてレキャストコンクリート製品が全国的に普及されるよ製造されているものは、無筋コンクリート製品（URCうになった。一部の自治体では、溶融スラグ骨材のコ製品）では、積みブロック、道路用境界ブロック、平ンクリート製品への有効利用に関する指針や認定基準

板、L 形側溝、インターロッキングブロック等である。の作成、有効利用マニュアルの整備が積極的に進めら

鉄筋コンクリート製品（RC 製品）では、U 形側溝、

2）

れてきている 。

RC 積みブロック、暗きょ、マンホール、L 形擁壁、

2007 年 5 月に JIS A 5364 は、JIS A 5031 との整合をボックスカルバートなどがある。写真 4 に溶融スラグ図るため改正された。これにより、プレキャストコン骨材を使用したコンクリート製品（道路用境界ブロッ

クリート製品の JIS マーク認証製品への溶融スラグ骨ク）の例を示す。溶融スラグ骨材を使用したコンクリ材の使用が、JIS Q 1012（適合性評価−日本工業規格

ート製品には、リサイクル材料を使用したことがわかへの適合性の認証−分野別認証指針（プレキャストコる表示がされている。また、溶融スラグ骨材を使用しンクリート製品））により可能になった。

たインターロッキングブロックを施工した歩道等には、写真 5 に示すようなリサイクル表示のマークが表76また、普及に向けての政策課題としては、認証制度
9）（JIS）の有効活用や広域型のリサイクル認定 が推進され、国内における流通が促進されることであろう。

［参考文献］

写真 4 溶融スラグ骨材を使用したコンクリート製品の例 2）

写真 5

リサイクル表示の例 2）

示されている。

5．今後の課題
溶融スラグ骨材及び溶融スラグコンクリートの技術的分野における課題は、有害物質の挙動の確認、長期性状の把握（暴露試験）、ポップアウトが発生するコンクリートの早期判定試験方法の確立、再利用・再々利用に関する研究などがあげられる。

1）厚生労働省通達・生衛発第 508 号：一般廃棄物の溶融固化物の再生利用に関する指針（「一般廃棄物の溶融固化物の再生利用の実施の促進について」に添付），1998.3
2）（財）建材試験センター：溶融スラグ骨材コンクリート利用マニュアル，コンクリート用溶融スラグ骨材の標準化の現状と展望，梗概集，2006.9.15
3）建材試験センター：平成 15 年度経済産業省委託事業・新発電システム等調査研究「コンクリート用溶融スラグ骨材の耐久性評価の標準化調査研究」成果報告書，2004.3
4）建材試験センター：平成 16 年度経済産業省委託事業・新発電システム等調査研究（コンクリート用溶融スラグ骨材の耐久性評価の標準化調査研究）成果報告書，2005.3
5）例えば、川上勝弥、依田彰彦、横室隆、鈴木澄江：溶融ス
ラグ骨材コンクリートの長期性状（材齢 6.5 年）、日本建築学会大会学術講演梗概集（九州），A-1，pp.1093-1094，
2007.86）鈴木澄江、中村則清、池永博威：溶融スラグ骨材を使用したコンクリートの基礎物性に関する研究（その 1、フレッシュコンクリート），日本建築学会大会学術講演梗概集（関東），A-1，pp.15-16，2001.9
7）横山拓也、堺孝司、西本祐三、錦織和紀郎：溶融方式が異なる溶融スラグのコンクリート用細骨材としての有効利用と磨砕の効果，コンクリート工学年次論文集，Vol.27，
No.1，pp.109-114，2005.6
8）錦織和紀郎、堺孝司、松家武樹、藤森俊光：コンクリート用細骨材としての溶融スラグの磨砕の硬化に関する研究，
コンクリート工学年次論文集，Vol.26，No.1，pp.69-74，
2004.79）川上勝弥、鈴木澄江、森田秀明、依田彰彦：溶融スラグ骨材コンクリートの普及に向けて−諸性状と性能、長期試験
結果より−，セメント・コンクリート，No.730，Dec.2007，
pp.21-31

溶融スラグ骨材を用いたコンクリート77