産廃溶融スラグの建設材料としての品質 C4－5

第18回廃棄物学会研究発表会講演論文集 2007
Ｃ４－５
産廃溶融スラグの建設材料としての品質
○ (正 )北 辻政 文 1) 、 上埜 秀明 2)
1)宮 城大 学、 2) 溶 融スラ グ 石材 研究 会
1.は じめ に
平 成 18 年 7 月 に 一 般廃 棄 物お よび 下 水汚 泥溶 融 ス
ラ グ は コ ン ク リ ー ト 用 溶 融 ス ラ グ 骨 材 （ JIS Ａ
5031）、 道 路 用 溶 融 ス ラ グ （ JIS Ａ 5032） と し て 、
そ れ ぞれ 日本 工 業規 格に 制 定さ れた 。JIS の 制 定 によ
り溶融スラグは廃棄物から資源として認知されたこ
と に なり 、循 環 型社 会の 構 築の 観点 か ら、今後 、積極
的 な 利用 が期 待 され る。
し か し 、 産 業 廃 棄 物 を 原 料 と し た 溶 融 ス ラ グ (以 下
産 廃 ス ラ グ )に つ い て は デ ー タ の 蓄 積 が 少 な か っ た こ
と か ら、 今回 の JIS で は そ の対 象と は なら なか っ た。
廃 棄 物の 溶融 化 は産 業廃 棄 物へ も波 及 して おり 、今後
大量の産廃スラグが発生すると考えられることから、
産廃スラグについても建設材料としての検討が必要
で あ る。そこ で 、本 研究 で は本 学で 入 手し た 7 種 類の
産 廃 スラ グの 品 質試 験結 果 につ いて 報 告す る。
写 真 -1
スラグ細骨材 T
2.溶 融ス ラグ の 製造 およ び 品質
産 廃 スラ グに 関 する 研究 は、堺らの 研究 1) を 除 く と
本 格 的な もの は 見当 たら な い。その 研 究の 対象 は 香川
県 豊 島に 不法 投 棄さ れた 産 廃で ある 。この ため 、廃棄
写 真 -2 ス ラ グ 粗 骨 材 C
物 の 種類 が特 定 でき ない こ とか ら、も っと も扱 い が困
難な廃棄物である。このような材料であっても溶融スラグの環境安全性、品質は安定しており、
溶 融 化技 術は 、 高度 な処 理 方法 であ る とい える 。
不 法 投棄 産廃 を 除く と、産廃 は分別・収 集され る ため に品 質 が安 定し て おり、一 般 に取 り扱 い
が 容 易 で あ る 。 溶 融 さ れ る 産 廃 の 種 類 は 、 シ ュ レ ッ ダ ー ダ ス ト 、 建 設 廃 材 、 廃 プ ラ ス チ ィ ク (医
療 系 も含 む )、紙 、有 機泥 、廃油 、廃 ゴ ム、廃ガ ラ スな どで あ る。これ ら の廃 棄物 を 組み 合わ せ、
溶 融 化に 適す る 熱量 や塩 基 度（ Ca O /SiO 2 ） が 調 整 され る。
溶 融 炉形 式は 、基 本的に は 一般 廃棄 物 を溶 融す る 炉と 変わ り はな いが 、ガ ス化溶 融 炉で は、シ
ャ フ ト炉 、サ ー モセ レク ト、ロ ータ リ ーキ ルン が 多く 、焼 却 灰溶 融で は 表面 溶融 炉、電 気抵 抗式、
シ ャ フト 炉、アー ク 方式 が 稼動 して い る。また 、灰 溶 融炉 で は、一廃 焼 却灰 との 混 合溶 融が多い。
冷 却 方法 は、水冷 および 空 冷で ある 。水 冷では ス ラグ 砂が 、空 冷では 粗 骨材 ある い は石 材が 製
造 さ れる。ま た 特異 な例 と して、石 炭 ガス 化溶 融 スラ グが あ る。これ は 高効 率の 石 炭火 力発 電 所
か ら 発生 する も ので 、今 後 大量 に発 生 する と考 え られ る。
写 真 1、 2 に 産 廃ス ラグ の 外観 を示 す 。ス ラグ 細 骨材 は、 ガ ラス 質で 光 沢が あり 、 主に コンク
リ ー トお よび ア スフ ァル ト 用骨 材と し て利 用さ れ てい る。空 冷さ れた ス ラグ は結 晶 化が 進み光沢
は な い。 スラ グ 粗骨 材は 主 に下 層路 盤 材と して 利 用さ れて い る。
【 連 絡先 】 〒 982-0215 仙 台 市太 白区 旗立 2-2-1 宮 城大 学食 産 業学 部 北 辻 政文
TEL.022-245-2211（ 代 表 ）FAX.022-245-1534（ 代 表 ）E-mail：[email protected]
【 キ ーワ ード 】 産廃 溶融 ス ラグ 、骨 材 、物 性、 コ ンク リー ト
－649－
表 -1
溶融炉のタイプ
溶融物の
種類＊2
産廃スラグの品質
粗骨材
細骨材
スラグの種類
＊1
有姿
JIS 規 格 値（ 一 廃 ）
T
C
S
C
A
J1
J2
C,P
AS
-
-
-
-
-
細骨材
A5031
粗骨材
A5031
-
-
P
P,O,C
P,O,C
P,O,C
P,O,C
一廃産廃混合の有無
無
無
無
有
有
有
有
ふ る い 分 け （ F.M）
3.28
2.50
2.84
8.46
4.76
5.21
6.54
-
-
54.7
53.9
57.8
-
-
-
-
53.0＜
55.0＜
表乾
3.04
2.77
2.80
2.85
2.81
2.80
2.79
絶乾
3.03
2.76
2.77
2.84
2.79
2.80
2.75
2.5＜
2.5＜
0.17
0.38
0.80
0.50
0.60
0.26
1.49
＜ 3.0
＜ 3.0
2.30
3.36
-
-
-
-
-
＜ 7.0
＜ 1.0
1.81
1.57
-
1.57
1.83
1.56
1.68
-
-
焼却灰
粒 形 判 定 実 積 率 (%)
密度
(g/cm 3 )
吸 水 率 (%)
微 粒 分 量 (%)
単 位 容 積 質 量 (kg/Ł）
59.6
56.9
55.2
65.2
56.0
61.2
実積率（％）
0.01
0.01
ASR 膨 張 率 (%)
-1.4
-0.78
-1.0
モ ル タ ル 膨 張 率 (%)
*1； T:サ ー モ セ レ ク ト ,C:コ ー ク ス ベ ッ ド ,S:表 面 溶 融 ， A:ア ー ク ， J:電 気 抵 抗
*2； AS:シ ュ レ ー ダ ー ダ ス ト ,C:建 設 廃 材 ,P:プ ラ ス チ ッ ク ,G:ガ ラ ス ,O:廃 油 ,S:汚 泥
表 -2
-
-
＜ 0.1
＜ 2.0
＜ 0.1
重金属の溶出試験結果
粗骨材
環境基準
mg/ Ł
T
＜
0.0005
＜ 0.005
細骨材
C
＜
0.0005
＜ 0.001
S
＜
0.0005
＜ 0.005
C
＜
0.0005
＜ 0.001
A
＜
0.0005
＜ 0.001
J1
＜
0.0005
＜ 0.001
J2
＜
0.0005
＜ 0.005
≦
0.0005
≦ 0.01
mg/ Ł
＜ 0.001
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
≦ 0.01
項目
単位
総水銀
mg/ Ł
ｶﾄﾞﾐｳﾑ
鉛
ひ素
mg/ Ł
＜ 0.002
＜ 0.005
＜ 0.001
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
＜ 0.005
≦ 0.01
6 価 ｸﾛﾑ
セレン
mg/ Ł
mg/ Ł
＜ 001
0.002
＜ 004
＜ 0.002
＜ 002
＜ 0.001
＜ 004
＜ 0.002
＜ 004
＜ 0.002
＜ 004
＜ 0.002
＜ 0.005
＜ 0.005
≦ 0.05
≦ 0.01
ふっ素
mg/ Ł
0.05
＜ 0.2
0.2
＜ 0.1
0.2
＜ 0.2
0.09
≦ 0.8
ほう素
mg/ Ł
0.14
＜ 0.2
0.03
＜ 0.05
0.2
＜ 0.2
0.02
≦1
表 -1 に 骨材 の 品質 試験 結 果を 示す 。デ ータは そ れぞ れの ス ラグ につ いて 3～6 回 サ ンプ リン グ
し た もの の平 均 値で ある 。参 考して 、コ ンクリ ー ト用 スラ グの JIS 規 格 値も 併記 し た。スラ グ 細
骨 材 はコ ンク リ ート 細骨 材 とし ての 規 格値 をい ず れも 満足 し てい るこ と がわ かる 。粗骨 材は灰溶
融 ス ラグ であ る 。クラッ シ ャラ ンと し て下 層路 盤 に利 用さ れ てい るの で 、やや粒 径 が大 きい もの
の 、 これ らの 骨 材は 良品 質 の骨 材で あ ると 判断 で きる 。
表 -2 は 環 境 安 全 性 の 評 価 試 験 結 果 で あ る 。 わ が 国 の 環 境 問 題 は 公 害 と の 戦 い で あ っ た こ と か
ら 、産 業廃棄 物 につ いて は 特に 神経 質 にな らざ る をえ ない 。ス ラグか ら の重 金属 の 溶出 量は 環境
基 準 を大 きく 下 回っ て お り 、 こ れ ら の ス ラ グ が 環 境 へ 及 ぼ す 負 荷 は 極 め て 小 さ い こ と が わ か る 。
3.産 廃ス ラグ を 用い たコ ン クリ ート の 性質
産 廃 スラ グ S を 用 いてコ ン クリ ート 二 次製 品工 場 の実 機を 用 い 、流し 込 み法 によ り 鉄筋 コン ク
リ ー ト製 品を 作 製し、実 用 の可 能性 に つい て検 討 した。試 作 した コン ク リー ト製 品 は、道路 用 鉄
筋 コ ンク リー ト 側溝 1 種 300A 種（ JIS A 5345）で ある 。試 験 項目 は、フレ ッ シュ コ ンク リート
の 性 状試 験、圧縮 強度 (JIS A 1108)、製 品 の曲 げ試 験（ JIS A 5363）お よび 凍 結融 解試 験 (JIS A 1148，
水 中 凍結 －水 中 融解 )であ る 。養 生は す べて 蒸気 養 生と した 。
フ レ ッシ ュコ ン クリ ート の 性状 試験 で は、スラ グ の置 換率 が 増え るの に 伴い 空気 量 が増 加した。
ス ラ グを 50％ 置 換し たコ ン クリ ート で は、約 2％ の 増加 が認 め られ た。こ れは ，今 回 用い た溶 融
－650－
圧縮強度（N/mm 2)
60
50
40
30
S-0
S-30
S-50
20
10
0
0
10
20
30
材齢(日)
図 -1
圧 縮 強 度 試験 結果
相対動弾性係数（％）
100.0
4.ま とめ
（ 1） 産 廃 ス ラ グ の 物 性 は 建 設 材 料 と し て 高 品
質 で ある 。ま た 、環 境安 全 性 も 問 題 な い 。
（ 2） 産 廃 ス ラ グ S を 用 い た コ ン ク リ ー ト は ス
ラ グ 置換 率の 増 加に 伴い 、強 度お よび 耐 凍
害 性 がや や低 下 する もの の 、コン クリ ー ト
用 細 骨材 とし て 利用 可能 で ある 。
80.0
60.0
40.0
S-0
S-30
S-50
20.0
0.0
0
60
図 -2
120
180
サイクル数(回)
240
300
凍結融解試験結果
120
ひび割れ荷重
破壊荷重
100
最大荷重（ｋN)
ス ラ グの 微粒 分 がや や多 く，練 混ぜ 時 にエ ント ラ
プトエアーが多く巻き込まれたことによると思
わ れ る。
図 -1 に 圧 縮強 度 試験 結果 を 示す 。スラ グ 置換 率
が 増 える のに 伴 い強 度が 低 下し たが 、そ の 低下 率
は 大 きな もの で はな い。 ま た、 材齢 14 日 に お け
る 圧 縮強 度は 管 理規 定値 で ある 30（ N/mm 2 )を 大
き く 上回 って い た。
凍 結 融解 試験 を 図-2 に示 す 。ス ラグ置 換 率が 増
えるのに伴い相対動弾性係数がやや低下してい
る 。これ はブ リ ーデ ィン グ 量が 増加 し て，耐凍 害
性 が 低下 した と 考え られ る 2 ）。しか し ，今 回の 試
験 で は， 置換 率 50％ にお い て も 300 サ イ ク ル終
了 時 の 相 対 動 弾 性 係 数 は 60％ を 上 回 っ て お り 、
いずれのコンクリートも耐凍害性は高いと考え
ら れ る。
図 -3 に コ ンク リ ート 製品 の 曲げ 強度 を 示す 。ス
ラグ混入の有無による曲げ強度の違いは認めら
れなかった。コンクリート側溝の品質評価は、
ひび割れ荷重が用いられており、JIS 規格値 は
44.0kN で あ る。 いずれ のコ ンクリ ート も規格
値 を 満 足 して い る こ とが わ か る 。こ れ ら の こ と
か ら ，強 度お よ び耐 凍害 性 能の 面か ら ，今 回用 い
た産廃スラグ S はコンリート用細骨材として利
用 可 能で ある と 判断 され る 。
80
60
40
20
5.お わり に
0
S-0
S-30
S-50
産 廃ス ラグ の 品質 は、天然 骨 材よ り も品 質が よ
コンクリートの種類
く、建設材料として利用可能である判断できる。
今 後 広く 利用 普 及す るた め には JIS の 制定 が不 可
図 -3 コ ン ク リ ー ト 製 品 の 曲 げ 試 験 結 果
欠 で ある 。そ の ため には 十 分な デー タ の蓄 積を し
な け れば なら な い。すな わ ち、コン ク リー トや ア
ス フ ァル ト 等 の 試 験 施 工 を 行 う と 共 に 、 環 境 安 全 性 の 評 価 を 数 多 く 積 み 上 げ て い く 必 要 が あ る 。
引用文献
1） 例 え ば 、 松 家 武 樹 ・ 堺
孝司ら：産業廃棄物溶融スラグを用いた鉄筋コンクリート梁の曲げひび割れ
挙 動 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 論 文 集 、 Vol.16、 No.3、 2005.
2） 例 え ば 、北 辻 政 文 ･田 中 礼 治 ･遠 藤 孝 夫 ･鳴 海 繁 実 (2002)：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 ， 第 13 巻 2 号 ， pp.89-98， 2002.5
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