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1 授業 1 の要点 鉄鋼スラグ 鉄鋼の生産の際同時に生成する < 新しい地盤材料の開発 : リサイクル材 > Development of new geomaterials : recycling materials 種類 特徴 1) リサイクル材料 (Recycling materials) 鉄鋼スラグの利用 石炭灰( フライアッシュ ) の利用 2) 廃プラスチックの有効利用 (Utilization of plastic waste) 混合地盤材料の開発 プラスチック片混合処理土 EPSインゴット破砕材混合土 溶融混合固化物 3) バイオマスの有効利用 (Utilization of biomass) バイオマスとは... 炭化物とセメント安定処理土の混合 炭化物と火山灰質粘性土の混合 鉄鋼スラグ 高炉スラグ製鋼スラグ 高炉で銃鉄を生成する際, 同時に生成 CaO, SiO2, Al2O3, MgOが主成分 徐冷スラグと水砕スラグがある 溶銃, スクラップ等を精錬し鋼を製造する際同時に生成する 精錬炉の種類により転炉スラグと電気炉スラグがある 鉄鋼スラグの特性と用途一覧表 特徴 用途 石炭灰 石炭灰の発生工程 ( 微粉炭燃焼方式 ) 高炉スラグ 徐冷スラグ 水砕スラグ 水硬性, 強度成分特性繊維化すれば断熱 吸音性肥料成分 (CaO, SiO2) 微粉砕後の強い潜在水硬性潜在水硬性成分特性軽量, 摩擦角大, 透水性大 路盤材, コンクリート用粗骨材セメントクリンカー原料ロックウール原料珪酸石灰肥料高炉セメント原料, 混和材地盤改良材セメントクリンカー原料裏込め材, 盛土材, 覆土材等 ボイラー クリンカアッシュ (5~15%) クリンカアッシュ 電気集塵器 フライアッシュ (85~95%) フライアッシュ 製鋼スラグ 転炉 電気炉スラグ 肥料成分 (CaO, SiO2) 硬質, 耐摩擦性, 水硬性 FeO, CaO, SiO2 成分肥料成分内部摩擦角大 珪酸石灰肥料, 土壌改良材アスコン骨材, 路盤材セメントクリンカー原料肥料, 土壌改良材サンドコンパクション用材料 物理特性 化学特性 細礫 粗砂と同程度の粒度分布透水性がよく, 内部摩擦角も大きい 赤熱状態から急冷するため化学的に安定している 微細粒子で球形粒径.1mm 以下が約 9% 水酸化カルシウムとホゾラン反応を起こし, 長期的に密実になる

2 盛土 裏込め地盤改良海砂代替材フライアッシュの地盤材料としての利用方法 利用方法形態施工概要用途 2) 廃プラスチックの有効利用 (Utilization of plastic waste) 石炭灰盛土 粉体 石炭灰の湿灰とセメントを混合した材料をブルドーザーで敷均し, 転圧する 路盤材 混合地盤材料の開発 軽量盛土 スラリー 石炭灰とセメントを混合したスラリーに気泡剤を添加した軽量盛土材をポンプを用いて打設する 裏込め材 軽量盛土材 プラスチック片混合処理土 浅層混合工法の固化材として 粉体 石炭灰とセメントを混合した改良材を浅層混合機械を用いて混合撹班拌して軟弱地盤を改良する 表層改良 EPS インゴット破砕材混合土 深層混合処理工法の混合材 スラリー 石炭灰とセメントを混合したスラリーを軟弱地盤中で撹拌 混合し, 改良する 構造物基礎 底版改良 溶融混合固化物 SCP や SM などの海砂に代わる材料 粒状 (5~2mm) 石炭灰に少量のセメント等の固化材を添加し, 連続式ミキサーで混合と造粒を同時に行う SCP SM SD これらの内容については, 文献 ( 論文 7 を見てください ) 廃プラスチックの有効利用のまとめ 廃プラスチックを地盤材料として 再資源化 し, これらが盛土や路盤材料として用いられると, 数 十年の期間で使用することができる プラスチックは土中で 長期に安定 すること から, それを繰り返し利用することも可能である 地盤工学的に利用する方法は ライフサイクル で見るとプラスチックの寿命を伸ばすことになり, 効 果的な利用方法の一つと言える これらを実際に実用化するには, コスト など の面でさらに検討する必要がある バイオマスとは 生物資源 (bio) の量 (mass) を表す概念で 一般的には 再生可能な 生物由来の 有機性資源 で化石資源 を除いたもの バイオマスの種類 廃棄物系 : 廃棄される紙 家畜排せつ物 食品廃棄物 建設発生木材 製材工場残材 パルプ工場廃液 下水汚泥 し尿汚泥等 未利用 : 稲わら 麦わら もみ殻 林地残材 ( 間伐材 被害木等 ) 等 エネルギー作物 : さとうきびやトウモロコシなどの糖質系作物やなたねなどの油糧作物

3 植物 光合成 燃料 CO2 排出 長期循環 バイオマス バイオマス精製 エネルギー利用 マテリアル利用 生物利用製品 廃棄物系バイオマス 混合地盤材料 ( 炭化材, 軽量材, 短繊維など ) バイオマス : 再生可能な生物由来の有機性資源 ( 化石資源を除く ) 木質系炭化物の活用 木くずや刈草 間伐材等の木質系廃棄物を炭化物にして, 環境共生型の混合地盤材料として活用する 木質系炭化物の吸水効果と有害物質の吸着効果により, 軟弱地盤の強度増加と重金属の溶出抑制効果を図る 図 -1 バイオマスを基盤とする物質フロー 試料および実験方法 混合材料木炭 割り箸をアルミホイルで包み, 卓上電気炉を用いて 4 で 1 時間炭化活性炭 市販製品を使用 ( 比較のため ) 試料 1 モデル汚染土 ( 重金属含有 )+ 炭化物 2 セメント安定処理土 + 炭化物 実験内容 溶出試験, 力学試験 炭化物混合土の溶出特性 ( モデル汚染土に対する不溶化効果 ) Pb 溶出濃度 (mg/l) :Pb 溶出濃度 ( 木炭混合 ) :Pb 溶出濃度 ( 活性炭混合 ) : 土壌環境基準 (Pb=.1) 混合率 (%)

4 炭化物混合土の変形 強度特性 ( セメント安定処理土に対する効果 ) 圧縮応力 (kn/m 2 ) 混合率 ( 混合量 ) 養生 7 日 c-2kg/m 3 %(kg/m 3 ) 3% (1) 5% (155) 7% (2) 1% (3) 13% (4) 軸ひずみ (%) ( セメント安定処理土の一軸圧縮強さ ) 一軸圧縮強度 q u (kn/m 2 ) 日養生 7 日養生 c-2kg/m 木炭混合率 M(%) Cr 6+ 溶出濃度 (ppm) ( 六価クロムの溶出特性 ).2 Cr 6+ 溶出濃度 - 土壌環境基準 木炭混合率 M(%) まとめ ( 木質系炭化物 ) 木質系廃棄物の炭化物を用いた環境共生型の混合地盤材料の有用性を示した 炭化物の吸水効果により, 軟弱地盤の強度増加を図ることができる 炭化物の有害物質の吸着効果により, 汚染土や焼却灰に含まれる重金属の溶出抑制効果を図ることができる

5 火山灰粘性質土と刈草炭化物の混合土 軟弱な地盤材料の性質を廃棄物を活用して改善することが行われている ここでは, 廃棄物を活用した炭化物に着目する 炭化処理 廃棄物系バイオマスを 減量化 無臭化 できる 表面が多孔質なため高い吸水性 吸着性を有する 九州地方に広く分布する火山灰質粘性土 乱されると泥状化し強度が低下 重機での施工が困難になる 圧縮性が大きいため圧縮沈下が無視できない 炭化物の持つ高い吸水性を活かして 混合土のみかけの含水比を低下させ 軟弱土の工学的特性の改善を図る 上位ローム Lo3c-u 新期火山灰層 豆っこ ( 軽石 ) Lo3p 下位ローム Lo3c-L 新期火山灰層 灰土 A4n(c) 阿蘇 4 火砕流堆積物 ( 粘土 ) 図 -1 地層模式図 刈草固形炭化物 ( 圧縮減容 ) 表 -1 試料名 刈草炭化物 刈草固形炭化物 綿状古紙 豊浦砂 刈草炭化物 ( 非圧縮減容 ) 用いた混合材料の最大吸水率 最大吸水率 (%) 綿状古紙 ( 新聞紙 ) 吸水性の評価 土中の水 吸水された水 吸水性材料 土粒子 m 含水量低下率 A(%) m m w m c m s m w w w 1 火山灰質粘性土吸収性材料の形状 m w mc 1 m c ms m w ms 1 最大吸水率 混合率 初期の含水比 含水量低下率は 炭化物の 炭化物の 土の の関数となる 吸水率 混合率 初期含水比 1

6 コーン指数 q c (kn/m 2 ) 軽石砂混じりローム灰土 刈草炭化物添加量 (kg/m 3 ) 図 -3 コーン指数と刈草炭化物添加量の関係 トラフィカビリティ改善効果 ( コーン指数試験結果 ) 材料の吸水性の違いによる改良効果の比較 コーン指数 q c (kn/m 2 ) 刈草固形炭化物刈草炭化物木炭綿状新聞紙豊浦砂 砂混じりローム 土中の含水量低下率 A(%) 提案した含水量低下の評価指標は 改良土のコーン指数と高い相関を示すことから 改良土のコーン指数は材料の吸水性に依存するといえる 強度特性の改善効果 ( 三軸圧縮試験 ) 圧縮強さ (kn/m 2 ) 圧縮強さと炭化物混合量の関係 圧密応力 98.1kN/m kN/m 2 (a) 灰土 196.2kN/m 刈草炭化物混合量 M(kg/m 3 ) まとめ ( 火山灰質粘性土 ) 1) 吸水性を有する炭化物を混合することで火山灰質粘性 土のコーン指数が増加し, トラフィカビリティー を改善できる 2) コーン指数と 最大吸水率 に着目した場合の含 水量低下率の関係は, 混合材料の種類によらずほぼ一 つの直線で表すことができる 3) 火山灰質粘性土に刈草炭化物を混合することで, 圧縮強度 が増加する また, 強度に対する刈草炭 化物の最適な混合量が存在する

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フライアッシュ (JIS 灰 / 非 JIS 灰 ) 石炭火力発電所で微粉炭を燃焼した際に発生する石炭灰のうち 集塵器で採取された灰のこと 採取された灰は分級工程を経て細粉 粗粉に分けられ, 品質試験を行いサイロで貯蔵 管理された後出荷される コンクリートの混和材やフライアッシュセメントの原料として 技術評価が向上した 6 材料 鉄鋼スラグ二次製品 ( 浚渫土改質材 ) 用途 埋立材 評価 + ( 品質 : C B 実績 : b b ) 浚渫土改質材は 転炉にて鋼を製造する工程で生成する転炉系製鋼スラグを成分管理と粒度調整した材料であり 軟弱浚渫土と混合して利用されるもの 本ガイドラインは 浚渫土改質材の一つであるカルシア改質材について 評価を行った 技術マニュアルが整備されたため スラグ二次製品を埋立材として活用

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