エコ･イノベーションメッセ 2014 inひろしま 2014年 11月 21日日本鉱業協会スラグ委員会 ◆ 本説明の内容 ◆ 1. 日本鉱業協会の概要 2. 非鉄スラグとは 3. 非鉄スラグの建設用途の開発の経緯 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工 4.2 地盤工 4.3 ケーソン中詰工 4.4 コンクリート工 4.5 埋立工 4.6 環境復元工 2 1. 日本鉱業協会の概要 1.1 会員会社名と非鉄金属の生産量非鉄製錬所の会社名金属名会社大平洋金属㈱フェロ日本冶金工業㈱ニッケル㈱日向製錬所住友金属鉱山㈱パンパシフィック・カッパー㈱銅日比共同製錬（株）三菱マテリアル㈱小名浜製錬㈱住友金属鉱山㈱亜鉛八戸製錬㈱三池製錬㈱非鉄金属生産量名金属名平成23年度生産量 (万トン) フェロニッケル 30 銅 150 亜鉛 60 金属名平成23年度生産量 (万トン) 鉛 20 銀 1750トン金 101トン３ 1.2 非鉄製錬所の所在地フェロニッケルスラグ製造所 3ケ所銅スラグ製造所 5ケ所亜鉛スラグ製造所 3ケ所八戸製錬㈱大平洋金属㈱日本冶金工業㈱大江山製造所小名浜製錬㈱日比共同製錬㈱玉野製錬所三池製錬㈱住友金属鉱山㈱播磨事業所住友金属鉱山㈱東予工場三菱マテリアル㈱直島製錬所パンパシフィック・カッパー㈱佐賀関製錬所㈱日向製錬所４ 2. 非鉄スラグとは 2.1 非鉄スラグの外観 ■ 細骨材(水砕・水冷) 〈フェロニッケルスラグ〉〈銅スラグ〉〈亜鉛スラグ〉 ◆ 粗骨材(徐冷･焼成) 〈フェロニッケルスラグ〉〈NS-20〉〈NS-40〉５ 2.2 非鉄スラグの生産量 (2002 to 2011) (千ﾄﾝ/年) 地域北海道フェロニッケルスラグ銅スラグ亜鉛スラグ 0 0 0 東北 1350 450 80 関東 0 0 0 北陸 0 0 0 中部 0 0 0 近畿 450 0 55 中国 0 400 0 四国 0 1150 0 九州 750 700 65 小計 2550 2700 200 合計 545 万ﾄﾝ/年 6 2.3 非鉄スラグの供給可能地域フェロニッケルスラグ製造所 3ケ所銅スラグ製造所 5ケ所亜鉛スラグ製造所 3ケ所フェロニッケルスラグ (現場渡し）フェロニッケルスラグ (海上輸送岸壁渡し）銅スラグ（海上輸送岸壁渡し）八戸製錬㈱亜鉛スラグ（海上輸送岸壁渡し）大平洋金属㈱日本冶金工業㈱大江山製造所小名浜製錬㈱日比共同製錬㈱玉野製錬所三池製錬㈱住友金属鉱山㈱播磨事業所住友金属鉱山㈱東予工場三菱マテリアル㈱直島製錬所パンパシフィック・カッパー㈱佐賀関製錬所㈱日向製錬所図-1 非鉄金属（銅，フェロニッケル，亜鉛）の製錬所（非鉄スラグの製造所）配置図、及び、非鉄スラグを天然砂・砕砂と同等価格以下の単価で供給できる地域図７ 2.4 非鉄スラグの販売実績 (2002 to 2011) (千ﾄﾝ/年) 用建設資材： 45％途 ≧99% 銅スラグ亜鉛スラグコンクリート用骨材 200 200 0 道路用材料 800 0 0 土工用材料 950 350 55 ブラスト材 50 650 0 0 1500 100 造滓材 400 0 0 その他 150 0 0 0 0 45 2550 2700 200 セメント原料リサイクル率フェロニッケルスラグ最終処分計 8 2.5 非鉄スラグの特徴天然砂フェロニッケルスラグ銅スラグ亜鉛スラグ Al2O3･SiO2 MgO･SiO2･ FeO FeO･SiO2 FeO･Al2O3･ SiO2 2.5～2.6 3.0 (少し重い) 3.6 (重い) 3.6 (重い) 単位飽和体積重量 (KN/m3) 20 23.5 23.5 23.5 環境安全性評価基準なし土壌基準クリアー港湾基準クリアー港湾基準クリアー種類化学成分 (鉱物組成) 土粒子密度 (g/cm3) (弱アルカリpH8) (弱アルカリpH8) (弱アルカリpH8) ９ 3. 非鉄スラグの建設用途の開発の経緯 (その１) 3.1 コンクリート用骨材 ■公的認知の取得 ●1992年コンクリート用フェロニッケルスラグ骨材JIS 取得 ●1997年コンクリート用銅スラグ骨材JIS 取得 ◆1998～2000年建設省、運輸省、文部省、防衛庁の共通仕様書に取込み ★グリーン調達品に登録品＊2014年フェロニッケル、銅スラグJIS改正の予定＊2013～2016年コンクリート用非鉄スラグ骨材施工指針改定の予定土木学会（宇治委員長：首都大学東京） 10 3. 建設用途の開発の経緯(その2) 3.2 港湾空港工事 ●2004年港湾局リサイクル技術指針制定【コンクリート用骨材、SCP用銅スラグ、ケーソン中詰材】 ●港湾空港用非鉄スラグ利用技術マニュアル策定（沿岸センター） ●2012.3 ● 2013.4 港湾空港用リサイクル技術指針改定【SCP用フェロニッケルスラグ、アスコン用FNS骨材、路盤材、ケーソン中詰め用亜鉛スラグ】製品便覧改定 (リサイクルポート評議会) ● 2013.12 港湾空港用非鉄スラグ利用技術マニュアル発行予定 ● 2015.3 ● 2015.3 グリーン調達品認定の見込み(11品目) 港湾局リサイクル技術改定の見込 ◆コンクリート用フェロニッケルスラグ粗骨材、埋立材、裏込め材、路床材等追加の見込み 11 3. 建設用途の開発の経緯(その3) 3.3 道路用非鉄スラグJIS ●2004年道路用非鉄スラグ委員会スタート ● 2006年非鉄スラグ製品リスク解析小委員会 ● 2011年コンクリート用骨材又は道路用のスラグ類化学物質評価方法導入指針制定 ● 2015年道路用非鉄スラグJIS2015年度制定予定 12 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工 (その1) ･･･アスコン用骨材(一般道路) ◆ フェロニッケルスラグ骨材を使用すると寿命を30% 延長できる！工区表層基層工区延長１再生密粒度As舗装 (20) フェロニッケルスラグ10％配合再生粗粒 As (20) 24.0 m ２再生密粒度As舗装 (20) 再生粗粒 As (20) 24.0 m わだち掘れ量（mm） 25 １工区２工区 20 15 わだちボレ量 10 荷載試験風景(土木研究所) 30% 少ない 5 0 輪輪輪輪輪輪輪輪輪輪輪輪輪 0 万 1 0万 20 万 30万 4 0万 50 万 60万 70万 8 0万 90 万 0 0万 10 万 20万 1 1 1 工区 49kN換算輪数対象面積 (m2) ひび割れ面積(m2) ひび割れ率(%) フェロニッケルスラグ工区 280万輪 66.5 2.30 3.46 比較工区 280万輪 66.5 2.90 4.36 低減率 (%) 21 ひび割れ発生率が 21％低い 13 4.1舗装工(その-2) ･････アスコン用骨材 (重荷重下：空港舗装・鉄道ヤード) ■ホイールトラッキング試験結果 ●材料配合砂種類 (港湾技術研究所) 配合量１ 7号天然砂 11% ２スラグA(球形) 10% ３スラグB(角形) 10% 15 変形量（mm）配合№ 10 天然骨材 5 スラグA（丸形） ◆試験方法重荷重が作用する環境を想定し、接地圧を1.38MPa(積載荷重2283N) と設定した。その他の条件は、舗装調査・試験法便覧B003「ホイ-ルトラッキング試法方法」に準拠スラグB（角形） 0 0 200 400 600 走行回数（往復） 800 1000 ★角形のフェロニッケルスラグ骨材を使用すると天然砂に比較して変形量が1/5に低減できる。 14 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工(その3)･･･路盤材、路床材 ◆フェロニッケルスラグ路盤材、路床材は、環境安全性が高く、膨張も皆無項目路盤材路床材 (製品名) (製品名) (製品名) 最大水浸膨張比 (％) 0.000 0.022 －最大乾燥密度 (g/cm3) 2.361 2.359 2.387 最適含水比 (％) 5.04 5.20 7.23 修正CBR値 (％) 97.6 90.2 71.0 －－合格 CS-40 凍上試験 CS-20 ０-５フェロニッケルスラグ路床材施工状況転圧が簡単で高い強度が得られる 15 4.2 地盤工 ① 北上川復旧工事での地盤改良工事 (フェロニッケルスラグを使用したサンドコンパクション) 施工条件 SCP杭径 Φ700mm ピッチ 1.5m 改良率 17% 目標液状化安全率(F1) ≧1.1 環境影響が小さい (中性、溶出なし) 北上川河口付近 ※ 貴重なトンボが生息実施工区 1 2 深さ（ｍ）液状化安全率（FL ) （目標値：1.1以上）改良前改良後 8.3～13.4 0.795 4.049 14.3～18.3 0.576 1.271 19.3 1.012 1.197 6.3～12.3 0.848 1.595 13.3～16.3 0.446 1.173 17.3～18.3 3.875 3.897 判定合格合格 16 4.3 ケーソン中詰工 ① 非鉄スラグの飽和単位体積重量スラグ種飽和単位体積重量フェロニッケルスラグ(徐冷品) 23.5 銅スラグ(水砕品) 23.5 銅スラグ(加工品) 24.8 銅スラグ 26.0 (加工品・締固め) 亜鉛スラグ(水砕品) (kN/m3) 23.5 17 ■ケーソン式防波堤への適用検討【検討-1】天然砂を用いた標準設計断面湾外 19m 湾内 18 ★ まとめ中詰材の種類飽和単位重量ケーソン幅通常砂 20kN/m3 19m（一例）非鉄スラグ 26kN/m3 15m（理論上）ケーソン中詰材に非鉄スラグを使用すると飽和単位重量が 30%大きいため出来る 19 4.4 コンクリート工 ①フェロニッケルスラグ骨材を30%混合使用 ②銅スラグ骨材を30%混合使用骨材の物性値骨材の物性値絶乾密度吸水率単位容積質量実績率絶乾密度吸水率単位容積質量実績率 3.0～3.1 0.5～0.6 1.7～1.8 57～58 3.5 0.3～0.7 2.2～2.3 64～66 (g/cm3) (％) (kg/l) (％) (g/cm3) (％) (kg/l) (％) フェロニッケルスラグ細骨材の施工性銅スラグ細骨材使用のメリット ●ブリーディング量は、海砂と同等かやや小さい ●流動性は、海砂よりも向上し、施工性が良好 ●単位水量の低減（銅スラグ3割配合で約5kg/m3の低） ●乾燥収縮量の低減 20 流動性２倍アップ乾燥期間 (週 ) 0 15 長さ変化率間隙通過速度mm/s 25 10 5 0 4 100 -100 -300 -500 8 12 16 20 24 銅スラグ0 % 銅スラグ3 0 % 乾燥収縮を 30%低減 -700 -900 海砂 100% 海砂 70% FNS-1.2 50% 建築物、橋梁等に一般的に使用建築物、二次製品や土木用コンクート構造物などへご利用 20 4.4 コンクリート工 ③銅スラグを使用した消波ブロック ◆非鉄スラグを使用した重量コンクリートを使用すると 20% 重たく出来る。 ④銅スラグを100%使用した上部工 (小名浜港防波堤復旧工事) 【使用例】 ▶ 施工場所：千葉県銚子漁港 ▶ 使用した重量コンクリート： ①突堤工事で堤頭部の断面縮小のため重量コンクリートを使用 ②使用したスラグ：銅スラグCUS5-0.3 ③銅スラグ使用量：80％置換、 837kg/ｍ3 ④コンクリートの単位容積質量：24.9kN/ｍ3 21 4.5 埋立材 ① 海水環境での長期安定性 ■平成元年施工の天橋立埋立地 ② 海水環境での環境安全性 ◆溶出試験 ●海水への影響 ★ボーリング試験結果・外観：バージン材と同様の粒子状･硬化なし・三軸圧縮試験結果種類 Φ バージン材ボーリング材 36.9° 46.4° 22 4.6 環境復元工 ① 横浜技調の人工渚での環境復元性試験区画フェロニッケルスラグ区底生生物室重量 (g/0.0625m2) 底生生物試料の状況 144 (あさりなど増殖) 天然砂区 75 対照 (在来地盤)区 6 23 ② 延岡湾での着生試験 Ⅰ. 岸壁への試験プレート設置状況 Ⅱ. 貝類の付着状況天然骨材 FNS 30％ FNS 100％３ケ月後４ケ月後３ケ月後 24 Ⅲ. コンクリートプレート上に付着／観察された生物種 A C B コケムシsp. シロスジフジツボイワフジツボ D E 天然砂、FNS30%、FNS100% いずれのコンクリートプレートにも同様な種類の生物が着床ヤッコカンザシタテジマフジツボ 1ヶ月目 N o .1 イワフジツボタテジマフジツボシロスジフジツボコケムシヤッコカンザシホヤ類 2ヶ月目 N o .2 N o .3 ○ ○ N o .1 N o .2 3ヶ月目 4ヶ月目 5ヶ月目 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 25 ③ 八戸港北防波堤の耐久性・環境復元性試験 ■フェロニッケルスラグ骨材を使用したコンクリートの長期耐久性試験中 (20年間) 海藻増殖 26 ご清聴頂きありがとうございました《連絡先》日本鉱業協会スラグ委員会委員長栗栖一之 ℡： 090-7998-6933 E-mail：[email protected]. ne.jp 27