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環境・グローバル時代に注目される利用技術開発

未来に向けて、環境資材「鉄鋼スラグ」

わが国における鉄鋼スラグの利用技術開発は、セメント分野、道路分野などを中心に、約 1 世紀にわたり取り組まれてきた。しかし、経済や産業が成熟し、社会インフラへの新規投資などが減少傾向にある中で、今後とも鉄鋼スラグの有効活用を継続するためには、社会のニーズに適応した安定的な需要を創出する用途の開発と市場の開拓を行っていく必要がある。鐵鋼スラグ協会は、従来からの利用をより深化していくことに加えて、鉄鋼スラグのさまざまなポテンシャルを発揮するため、以下のような観点が今後ますます重要になると考え開発を進めている。
◦鉄鋼スラグの持つ環境修復効果を活用する。特に海域においては、埋め立てなどによる開発に重点が置かれてきたが、今後は、港湾地域の自然災害への対応や、失われた海域の自然環境を修復することも重要なテーマである。鉄鋼スラグが含有する鉄分やミネラル成分は、海域の環境修復に効果的との知見が得られている。
◦カーボンニュートラルな社会に向けて、改めて鉄鋼スラグの活用による省エネルギーや CO ₂ 削減効果の極大化を図る。例えば、高炉セメントに代表される、高炉スラグ微粉末の結合材としての活用による CO ₂ 削減のさらなる拡大は、カーボンニュートラル実現のための対策の一つとして期待される。
◦様々な鉄鋼スラグの組み合わせや、鉄鋼スラグと他の素材の組み合わせなど、複数の素材の掛け合わせによるハイブリッドな効果の発揮を追求する。単体では得られなかったさまざまな長所が生まれ、多方面での実用化が期待される。
こうした利用範囲の拡大は、わが国の循環型社会のさらなる推進、持続可能な発展を図ることへも貢献することとなる。鐵鋼スラグ協会および加盟各社は、公共事業をはじめとする各種工事に継続して活用いただくため、国・地方公共団体はもとより、大学・研究機関など、関係各方面のサポートもいただき、皆様のご理解を得ながら積極的に普及・拡大に取り組んでいく。ここからは最近の利用技術開発実例を紹介する。

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1海域環境改善・修復への貢献 〜鉄とともに豊かな海をつくる

鉄鋼スラグ水和固化体製ブロック・人工石材（JFEスチール＆日本製鉄）

護岸工事など 140 万m³（2016 年度実績）以上に達している。なお、鉄鋼スラグ水和固化体製人工石材（フロンティアストーン®、フロンティアロック®）は、（一財）沿鉄鋼スラグ水和固化体とは、セメントコンクリートの代岸技術研究センターから港湾関連民間技術の確認審替物として開発されたもので、結合材としてセメントの代査・評価報告書第 07001号を取得しており、グリーン購

わりに高炉スラグ微粉末、骨材として天然石砂の代わり入法特定調達品目にも指定されている。鉄鋼スラグ水に製鋼スラグ、必要に応じてアルカリ刺激材や混和材を和固化体の特長を以下に示す。

混合して製造するリサイクル製品である。ほとんど全て①密度の原材料にリサイクル品を使用することから、セメント製

鉄鋼スラグ水和固化体製人工石材の密度は 1.8 ～造時の CO₂ 発生の抑制や天然骨材採取による環境影2.7 t/m³ で、使用する原料や配合により異なる。また、響の抑制が期待できる。

鉄鋼スラグ水和固化体製ブロックは、標準的な配合で鉄鋼スラグ水和固化体は、基本的にコンクリート製2.3 ～ 2.6 t/m³（ 普通コンクリート約 2.3 t/m³）と大きく、品と同じプロセスで製造される。コンクリートプラントと同波浪安定性に優れる。

様の設備を用いて混練し、型枠に流し込むことで任意②機械的特性の形状のブロックを製造することができる。また硬化後28日強度で ､ 準硬石相当の天然石材と同等の 9.8に破砕することで任意の大きさの石材を製造することも

N/ｍｍ² 以上、配合によっては 30 N/ｍｍ² 程度の強できることから、主に港湾工事における消波ブロックや度発現が可能であり、普通コンクリートよりも長期強度被覆ブロック、石材代替材に適用されている。施工実の伸びが大きい。曲げ強度や引張強度は、同じ圧縮績としては国士交通省のブロック工事や羽田Ｄ滑走路強度の普通コンクリートと同等である。また、すりへり係工事、東日本大震災後の護岸復興工事、各製鉄所の数は普通コンクリートよりも小さく、耐摩耗性に優れる。

鉄鋼スラグ水和固化体製ブロック、人工石材の概要項目

鉄鋼スラグ水和固化体製
ブロック

鉄鋼スラグ水和固化体製
人工石材

主な用途

異形ブロック、根固方塊、捨ブロック、上部工（無筋コンクリート）など

割ぐり石（緩傾斜護岸・被覆石）、裏込石、埋立材

密度2.3 ～ 2.6 t/m³
（単位体積質量）1.8 ～ 2.7 t/m³
（絶乾密度）

圧縮強度※ 28日強度（標準養生）

18 N/mm² 以上が可能＊）

9.8 ～ 35 N/mm²pH

9.0 以下＊＊）

9.0 以下＊＊）生物付着性

普通コンクリートと同等以上

天然石材と同等環境適合性＊）一般的な異形ブロックの設計基準強度＊＊）海水溶媒 固液比 1：1047

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環境・グローバル時代に注目される利用技術開発③低アルカリ向が確認されている。

主な結合材が高炉スラグ微粉末であるため、海中でのアルカリ成分の溶出が少ない。

⑤任意の形状・粒度の石材供給が可能
発注者・使用者のご要望に応じて、粒径や粒度分④優れた生物付着性布のつくり込みが可能となる。例えば、粒度分布を整え原料の製鋼スラグには、鉄や珪素などの生物に必須ることで、せん断抵抗角φ₀は 35°以上が確保でき、また、の元素を多く含まれるため、海洋環境下における付着10％通過粒径（D10）≧ 1 mm と管理することで非液状生物の種類数、付着生物量が同等以上に多くなる傾化材料として利用できる。

フロンティアロック ®を用いた港湾修繕工事

出荷前のフロンティアロック ®

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鉄鋼スラグ水和固化体製ブロックを用いた護岸補強工事

フロンティアロック®への海藻類付着状況と観察されたイシモチの群れ

浚渫に伴う大量の土砂

転炉系製鋼スラグを成分管理・粒度調整

カルシア改質材

浚渫土

カルシア改質土

軟弱浚渫土の有効活用技術（カルシア改質土）
カルシア改質土は、航路浚渫工事などで大量に発生

例えば、する“軟弱な浚渫土”に、転炉系製鋼スラグを原料とし①海面に人工の地盤を造成する「埋立」に用いた場合、て成分管理と粒度調整を施した“カルシア改質材”を混

強度発現が早く圧密沈下も小さいため、埋立工期の合することにより、物理的・化学的性状を改質した材料短縮が可能となるである。

②生物の産卵や生育の場であるとともに、生物による水カルシア改質材を浚渫土と混合すると、浚渫土のシリ質浄化の場となる「浅場や干潟の基盤造成」に用いカ分・アルミナ分とカルシア改質材からのカルシウム分がた場合、自然の海岸のように勾配を設けることが可能

水和固化してカルシウムシリケート系水和物（C-S-H）やであり、かつ強度を有するために表面に設けた生物生カルシウムアルミネー系水和物（AFm）が形成され、浚渫息空間（覆砂や築磯等）を安定的に保持できる土の強度が改善される。

③大規模な埋立工事を区分けして効率的に施工していく

また、カルシア改質材は、浚渫土に混合すると即時にために設ける「中仕切り提」に使用した場合、埋立浚渫土の水分を吸収し、材料分離を抑制する作用を発材のみならず従来は天然石を使用していた中仕切り提揮するため、混合直後のカルシア改質土を海水中に投にも浚渫土を有効活用することができる

入する場合においても、濁りの発生が抑制される。

④護岸の安定性を増すために背後を拡幅する「腹付け」

他にも、カルシア改質土は以下のような特長を有するたに使用した場合、護岸背面の液状化が抑制されるのめ、様々な用途への活用が可能である。

みならず、難透水性であるために防砂シートを使わず◦法面勾配の形成が可能であるに背後の埋め立て用材の流出を防止することも可能で◦液状化に抵抗できるある◦海水中で長期的な劣化が生じない（耐久性を有する）等である。

濁りの抑制効果の比較

即時的な吸水による分離抑制浚渫土浚渫土水槽に浚渫土とカルシア改質土を投入したときの濁度の比較

カルシア改質土（混合直後）

カルシア改質土

カルシア改質土の用途事例（左：埋立材、中：腹付け材、右：浅場・干潟基盤材）

裏込石
カルシア改質土

カルシア改質土

カルシア改質土49

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環境・グローバル時代に注目される利用技術開発

令和元年度函館港若松地区−10m 泊地浚渫工事、函館港若松地区浚渫工事、函館港−10m 泊地浚渫工事、
函館港泊地浚渫工事、令和2 年度函館港若松地区泊地浚渫その他の工事の概要

浚渫エリアで発生した浚渫土砂を、土運船でカルシア改質材との混合場所に運び、バックホウで解泥した後、改質材と混ぜ合わせる。改質土は、西防波堤の背後と浚渫エリア内の窪地に投入する。西防波堤背後に投入する改質土の設計強度は左図の通り
工事名／令和元年度函館港若松地区−10m泊地浚渫
工事、函館港若松地区泊地浚渫工事、函館港−10m 泊地浚渫工事、函館港泊地浚渫工事、令和 2 年度函館港
若松地区泊地浚渫その他工事 施工場所／浚渫箇所：
函館港第 2 区、カルシア改質土造成場所：函館市浅野町、
港町 カルシア改質土投入箇所：函館港第 2 区、函館市
弁天町地先（西防波堤）工事内容／浚渫工、土砂改良工、土砂運搬工、土捨工 ※浚渫工とカルシア改質材を混合したカルシア改質土による窪地埋め戻し及び背後盛土の造成
施工数量／カルシア改質土約 20万 6000 ㎥ 発注者／
国土交通省北海道開発局函館開発建設部 施工者／東洋・富士サルベージ経常建設共同企業体、五洋建設株式会社札幌支店 施工期間／ 2019 年6月〜 20年12月

函館港若松地区浚渫工事に伴うカルシア改質土の施工手順
カルシア
３ 改質土投入

バックホウ
２ 混合

１ 浚渫工
２１３

グラブ浚渫船で水深10mまで浚渫
浚渫土砂をカルシア改質材との混合場所まで運び、解泥後に改質材と混合。5 つの工事のうち最初の工事で約 1 カ月間、混合の試験施工を実施し、改質材を全量投入から段階的に投入・混合する方式に改め、混合時間を約 60 分に短縮。 施工効率を上げた改質土投入箇所の周りは汚濁防止フェンスで囲う

カルシア改質土の開発は、2004 年度から 2007 年度

年度には（一財）沿岸技術研究センターから「沿岸技にかけて（一社）日本鉄鋼連盟にて実施した経済産業術ライブラリー“港湾・空港・海岸等におけるカルシア省補助金事業での基礎研究に始まった。大阪府堺市の改質土利用技術マニュアル”」が発刊されるに至った。

北泊地で行われた 3,000m³ 規模のマウンド造成とモニタ

その後、2017 年度には（一社）漁港漁場新技術研究

リング調査により、室内試験や水槽実験で確認した有用会から「水産公共関連民間技術確認審査・評価報告性・安全性が実施工でも得られることを確認しており、得書カルシア改質技術」が発刊された他、2018 年度にはられた技術的な知見は「転炉系製鋼スラグ 海域利用「カルシア改質土工法積算マニュアル（カルシア改質土の手引き」および「転炉系製鋼スラグ 海域利用の手引研究会）」が発刊される等、マニュアル類が整備されてき 別冊 転炉系製鋼スラグと浚渫土との混合改良工法

きている。

技術資料」にとりまとめられた。なお、これらの成果は、現在では国土交通省の事業への採用が開始され、四2012 年度に実施した 50 万m³ 規模の大規模埋立て工

国地方整備局が愛媛県西条市の東予港中央地区にて事等によってさらなる知見の蓄積がはかられたことにより、実施した耐震強化岸壁築造工事では、雑石と同等の液「設計・施工マニュアル（カルシア改質土研究会）」の発状化抵抗性を持つ材料として岸壁の裏埋め材としての活刊へとつながった。

用がなされた。また、北海道開発局が北海道函館市のその後、さらなる施工実績の積み重ねを経て、「設計・施工マニュアル」は、その確からしさが実証され、201650

函館港若松地区にて実施した浚渫工事では、既存の防波堤背面盛土造成と窪地埋戻しに活用がなされた。

の報告書において、ビバリー®ユニットによって創られる鉄分供給ユニット「ビバリー®
ユニット」（日本製鉄）“海の森”のような沿岸の生態系に取り込まれる炭素が近年、日本各地の沿岸では、「磯焼け」という現象実現に向けた新しい二酸化炭素吸収源対策の選択肢が発生し、沿岸漁業に打撃を与えている。磯焼けとは、として注目されている。現在、日本製鉄では、創出した“海沿岸の磯のコンブやカジメなどの大型海藻類が枯死消の森”がカーボンニュートラルの実現にどれほど貢献で失し、代わりに無節・有節の石灰藻類が岩面を覆うこときるのか、ブルーカーボンに関する研究にも取り組んでにより、一面が白くなってしまう状態を言う。

いる。

磯焼けは、海水温の上昇、これによる植食動物の過剰な活性化、水質汚濁などの様々な複「ブルーカーボン」と命名され、カーボンニュートラルの試験後のコンブの生育状況合要因で起こるといわれているが、原因の１つとして、河川の上流での木々の伐採により、それまでは落ち葉が堆積してできていた腐植土中で生成し、河川を通じて海へと供給されていた「腐植酸鉄」が減少したこともあげられている。
日本製鉄では、水に溶けやすい鉄分が多く含まれているという製鋼スラグの特徴に着目し、製鋼スラグと廃木材チップの発酵物との混合物を袋詰めした腐植酸鉄の生成ユニット「ビバリー®
ユニット」を開発した。このユニットを活用して、鉄分が不足して海藻が育ちにくくなっている海域での“海の森”の再生に取り組んでいる。

北海道増毛町での大規模実証事業
事業
開始前

ビバリー®ユニットによる鉄分供給効果を確認するため、海の緑化に向けて産学研究を進めている「海の緑化研究会」において、東京大学等とともに、2004 年の北海道増毛町での実海3 年目域実験を皮切りに、全国で実験を実施してきた。
増毛町での実験では、一面が無節石灰藻類に覆われて真っ白であった海底が、波打ち際にビバリー ®ユニットを埋設後半年ほどで、沖合ビバリー®
ユニット等の鉄鋼スラグ製品を利用した藻場造成のイメージ30m 程度までコンブが豊かに生育する様子が確認された。またその後の大規模な実証事業では、300m にわたる海 岸 線において沖 合 50m程度までコンブが生育した。これにより、事業開

ビバリー®
バッグ

ビバリー®ロックビバリー®ボックスビバリー®ブロック

始前と比べてウニの漁獲高はほぼ倍となり、水産振興にも貢献できたことが確認されている。
なお、2009年10月に国連環境計画（UNEP）

ビバリーユニット入りのヤシ袋

ビバリーユニット入り
鋼製ボックス

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環境・グローバル時代に注目される利用技術開発

サンゴ幼生の着床具を取り付けたサンゴ造成礁を用い鉄鋼スラグ炭酸固化体「マリンブロック®」（JFE スチール）て、サンゴ礁を再生するための実証研究を行っており、

マリンブロック®は、製鋼スラグに CO₂ 含有ガスを供ゴの着生や約 20cm に成長したサンゴ（ミドリイシ、3.5給することで、スラグ中の酸化カルシウムと CO₂ の反応年経過時点）を確認している。また、マリンブロック®

で生じた炭酸カルシウムがスラグ粒子間を結合することにが多孔質体であることや原料の製鋼スラグには鉄分やより、固化させたブロックである。炭酸カルシウムは貝殻珪素などの栄養成分が含まれることから、海藻の着生やサンゴと同じ成分であることから、マリンブロック®は、基盤材料としての有効性を確認しており、海中林の創海の生物との親和性が高く、サンゴ造成礁や藻場造成出や再生、水産資源拡大に貢献する基盤材料として、礁としての活用が期待できる。また、製造時に CO₂ 含利用拡大に向けた取り組みを推進している。

宮古島での実証試験では、マリンブロック®への稚サン有ガスを使用するため、CO₂ 排出削減にも寄与できる。

マリンブロック®の基礎特性などに関しては、（一財）近 年、世 界のサンゴ礁は、陸からの土砂の流 入、

港湾空港高度化環境研究センターから「鉄鋼スラグ炭

オニヒトデなどの捕食生物の爆発的な増大、さらに地酸固化体利用マニュアル」が発行されており、利用手

球温暖化に伴う海水温の上昇などにより、深刻な危機引書として活用されている。にさらされている。JFE スチールは、
マリンブロック®
上に、マリンブロック ®を利用した海域環境の修復・改善への取り組み状況

マリンブロック®へのサンゴ着床具設置状況

マリンブロック ®上のカジメ生育状況（神奈川県城ヶ島）「ハナヤサイ」に集まる熱帯魚（沖縄県宮古島）

直径 20cm に成長した「ミドリイシ」（沖縄県宮古島）52

2

低炭素社会への貢献
素型コンクリートの普及促進に向けて」（※1）というパECM（エネルギー・CO₂ミニマム）
セメント・コンクリートシステム

ンフレットにまとめられている。

国内で排出される温室効果ガスの総排出量の約４%ント中に 60 ～ 70％程度混合させる高炉スラグ微粉末

はセメント産業に由来すると言われており、その大半を水和反応の主材とする ECM（エネルギー・CO₂ ミはポルトランドセメントの中間製品であるクリンカをニマム）セメントを用いてコンクリートを製造、施工製造する過程で、石灰石を焼成することにより発生しするシステムである。従来は、このような高炉スラグている。

微粉末を高い比率で含有するセメントを使用した場

ECM セメント・コンクリートシステムとは、セメ合、施工と品質上の課題があった。そこ

ECMセメントにより想定されるCO₂ 排出量削減量

で、ECM セメント・コンクリートシステ

鉄鋼製造の副産物の有効利用

製鉄所の溶鉱炉ムの開発では、高炉スラグ微粉末を単純に混合するだけでは石膏

な く、 化 学 成 分 の

高炉スラグ（60〜70%）

ECM

従来調整や粒度構成の研CO2 排出量60% 以下削減

766

普通ポルトランドセメント
0255075構成割合（%）

100

究、混和剤の適正化といったセメント技術の開発と、これを使う建設技術の開発

1000を融合させ、コンクCO2 排出量（kg/t）

リートの製造・施工

0500

システム全体として課題の解決を行うべ

そこで、コンクリート工事全体の環境負荷を小さくく、NEDO の補助事業として産学の共同研究チームするために、ポルトランドセメントを環境負荷の小さ（※２）による課題解決に取り組んだ。これにより、セい高炉スラグ微粉末やフライアッシュに置き換えるこ

メント生産におけるエネルギー消費量と二酸化炭素とでセメント製造時のクリンカの構成比を大幅に引き（CO₂）排出量を従来のセメントよりも６割以上削減下げ、セメント製造時のエネルギー消費量を削減するすることに成功した。

試みが各方面で行われている。ここで紹介する ECM

また、ECM セメントシステムは、エネルギー・CO₂

セメント・コンクリートシステムもその一つであり、削減以外にも、以下のような特徴が挙げられ、これら

このような建設業における環境対策としての混和材利の特徴を活かして建築の地下躯体や土木構造物、地用の取り組みは、（一社）日本建設業連合会の「低炭盤改良材などへ適用が図られている。
53

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環境・グローバル時代に注目される利用技術開発
ECMコンクリートの打ち込み後の状況①水和反応が小さく従来の高炉セメントよりも低発熱であるため、温度ひび割れ抵抗性に優れる②コンクリートの乾燥収縮が小さく、収縮ひび割れの抑制に効果がある③塩化物や酸などに対する化学抵抗性が高いため、海水の影響を受ける地域や凍害防止剤を使用する構造物などに適している

塩害による鉄筋の腐食に対する寿命が 1.5 倍となることから、岸壁上に構築するコンクリート構造物に適用された

ECMセメント・コンクリートを用いた杭の例

以上から、ECM セメント・コンクリートシステムは、「環境にやさしい」技術として、国土技術研究センターの国土技術開発賞をはじめとするいくつかの賞を受賞しており、今後もますます、その普及の拡大が期待されている。

ECM セメント・コンクリートの耐圧盤への適用事例（※ 1 ） http://www.nikkenren.com/publication/detail.html?ci=237（一社）日本建設業連合会 環境委員会 , 2016 年 4月（※ 2） 東京工業大学，（株）竹中工務店，鹿島建設（株），（株）
デイ・シイ，日鉄住金高炉セメント（株）（現・日鉄高炉セメント（株），太平洋セメント（株），（株）（現・日鉄セメント（株））および竹本油脂（株）
日鉄住金セメント54