JP2000136501A

JP2000136501A - 透水性セラミックブロックおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000136501A
Application number: JP10310741A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Miyake; 直史三宅; Akihiro Tokuda; 章博徳田; Eizo Goto; 栄三後藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP3707270B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】たとえば、車道、歩道、などの道路構造物や、
公園その他の広場、駐車場、各種建造物（ビルなど）の
外構の舗装に好適な透水性セラミックブロックを提供す
る。【解決手段】下水汚泥溶融スラグまたはゴミ溶融スラグ
のうち少なくとも１種を主体とした骨材を焼結バインダ
で一体化した透水性セラミックブロックであり、Ｘ線回
折により得られる回折ピークの、ＣaＯとＳiＯ2、ある
いはＣaＯとＡl2Ｏ3とＳiＯ2を含む複酸化物の結晶構造
に起因する回折ピークから計算された結晶性成分の含有
量が５０〜１００重量％の範囲にあることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、車道、
歩道、などの道路構造物や、公園その他の広場、駐車
場、各種建造物（ビルなど）の外構の舗装に適した透水
性セラミックブロックおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、雨水を地中に還元することによっ
て下水道や都市河川に流入する雨水を低減し、下水処理
場の負担を軽減したり、河川の氾濫を防止したりするこ
とが重要な課題となっている。また、雨水を地中に還元
することによって地下水の枯渇を防ぎ、地盤沈下を防止
したり、都市部における植裁を促進したりすることも重
要なことである。さらに、降雨時の跳ね返りが少なく、
水たまりのできにくい、歩行感に優れた歩道も要求され
ている。透水性ブロックは、このような要求を満たすの
に好適な材料として注目されている。

【０００３】さて、そのような透水性ブロックとして
は、たとえば、骨材をセメントで結合させ、ある程度の
空隙を有するブロック、いわゆる透水性インターロッキ
ングブロックがあり、各社より商品化されている。しか
しながらセメントの結合力には限界があり、透水性を高
める代わりに強度が低くなったり、逆に強度の低下を防
ぐため、セメントバインダ量を増やしたり、骨材粒度を
小さくしたりしているが、透水性が充分でない、あるい
は透水性の経時劣化が激しいなどの問題がある。また、
ブロック表面におけるＣa の炭酸化による白華現象（は
な垂れ現象）や、汚れの付着しやすさ、洗浄回復のしに
くさなど各種の問題が指摘されている。

【０００４】また原料として陶磁器質骨材を用いた透水
性セラミックブロックがあるが、これらは原料枯渇問題
が指摘されており、また発生量が景気動向に左右された
り、コストが高いなどの問題がある。

【０００５】また、別の問題として、下水汚泥や都市ゴ
ミは、溶融スラグ化して埋め立て処分以外の有効な用途
が検討されているが、今のところ路盤材やコンクリート
骨材などの用途が大半であり、下水処理場やゴミ処理場
を持つ自治体などでは、下水汚泥溶融スラグやゴミ溶融
スラグの有効な利用方法を見つけられないでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の透水性インターロッキングブロックの上述した問題
点を解決し、透水性や強度に優れているばかりか、保水
性に優れ、特に歩道、公園その他の広場を舗装するのに
好適な透水性セラミックブロックおよびその製造方法を
提供するにある。

【０００７】また、透水性セラミックブロックの原料を
安価で安定的に供給することにある。

【０００８】さらに、処分に困っている下水汚泥溶融ス
ラグやゴミ溶融スラグを主骨材とすることで有効利用を
図ることも目的のひとつである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、下水汚泥溶融スラグまたはゴミ溶融ス
ラグのうちの少なくとも１種を主体とした骨材を焼結バ
インダで一体化した透水性セラミックブロックであっ
て、Ｘ線回折により明確な回折ピークが得られ、ＣaＯ
とＳiＯ₂あるいはＣaＯとＡl2Ｏ₃とＳiＯ₂を含む複酸化
物の結晶構造を有していることを特徴とする透水性セラ
ミックブロックを提供する。

【００１０】ここで、下水汚泥溶融スラグとしては、下
水を汚水と汚泥に分離した後、汚泥を濃縮、脱水したケ
ーキをさらに溶融し、回収後、冷却して得たものが一般
的で、冷却方法により水砕スラグ、空冷スラグ、徐冷ス
ラグなどがある。

【００１１】ゴミ溶融スラグとしては、都市ゴミを焼
却、溶融し、回収後、冷却して得たものが一般的で、冷
却方法により水砕スラグ、空冷スラグ、徐冷スラグなど
がある。

【００１２】骨材として使用するには、天然原料に比
べ、安価であり、大量に消費する土木建築材料用の用途
としては最適である。

【００１３】水砕スラグは、融液を水で急激に冷却し粒
子も細かな砂状になる。その粒度分布は、透水性ブロッ
クの骨材とするに好ましい粒度分布である。そのため、
下水汚泥溶融スラグやゴミ溶融スラグとして水砕スラグ
を用いることが好ましい。これらの骨材が主体であれ
ば、他の種類の骨材や焼結バインダーを加えることは構
わない。

【００１４】水砕スラグは通常は、融液からの急冷によ
って得られるため、結晶化度の極めて低いガラス質であ
る。このままでは低強度、脆性材質のため、ブロックと
しての構造的な強度の確保が困難である。しかし、本特
許では、焼結バインダーと一体化させるプロセスにより
水砕スラグを結晶化させるため、所定の強度の確保がで
きている。すなわち、そのブロックにおいて、Ｘ線回折
により得られる回折ピークの、ＣaＯとＳiＯ₂あるいは
ＣaＯとＡl₂Ｏ₃とＳiＯ₂を含む複酸化物の結晶構造に起
因する回折ピークから計算された結晶性成分の含有量が
５０〜１００重量％の範囲内にあることを特徴とする。

【００１５】ここで、結晶性成分の含有量は、Ｃｕ−Ｋ
α線を用いたＸ線回折によって得られる回折角（２θ）
が２０〜５５°の範囲に存在する回折ピークのうち、Ｃ
aＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3とＳiＯ2を含む
複酸化物の結晶構造に起因する回折ピークから、以下の
ように求められる。

【００１６】ＣaＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3
とＳiＯ2を含む複酸化物の結晶成分の定量化は、いわゆ
る内部標準法によって行う。

【００１７】まず、定量化したい結晶の純粋な粉末試料
と、標準試料として純粋なアルミナ粉末［合成コランダ
ム（α−Ａｌ２Ｏ３）］を準備する。この純粋な結晶粉
末と純アルミナ粉末を１：１の重量比に混合し、Ｘ線回
折を行い、両者の主回折ピークの強度比を調べ、標準デ
ータとする。

【００１８】次いで、焼成後の下水汚泥溶融スラグある
いはゴミ溶融スラグの粉砕物と純アルミナ粉末を１：１
の重量比に混合し、Ｘ線回折を行い、上記と同じ両者の
ピークの強度を調べ、標準データと比較する。こうして
焼成後の下水汚泥溶融スラグあるいはゴミ溶融スラグ中
における知りたい結晶性成分の重量％が求められる。

【００１９】ＣａＯとＳｉＯ２、あるいはＣａＯとＡｌ
２Ｏ３とＳｉＯ２を含む複酸化物をしてはアノルサイト
（ＣａＯ・２ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３）、またはβ−ウォ
ラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）、あるいはゲーレナ
イト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３）などがあり、
各々の結晶について、上記の測定を行い、それらの結晶
成分の重量比の合計を結晶成分の含有量とする。

【００２０】ＣaＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3
とＳiＯ2を含む複酸化物の結晶成分の含有量が５０〜１
００％の範囲内にあると、骨材を構成する粒子の結晶の
強度が高く、ブロックの所定の強度が確保できる。該結
晶成分の含有量がこの範囲より小さいと実質的にガラス
質の粒子が多く強度を保つことが困難になる。また、Ｃ
aＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3とＳiＯ2を含む
複酸化物をアノルサイト、β−ウォラストナイト、ゲー
レナイトの３種に特定して、その結晶性成分の合計含有
量が５０〜１００重量％の範囲内であると、さらに望ま
しい。

【００２１】本発明の透水性セラミックブロックは、前
記断面において観察される骨材、あるいは焼結バインダ
と一体化した骨材が、実質的に４．７５〜０．５ｍｍの
粒子とその周囲に存在する０．５ｍｍ以下の粒子により
構成されている。骨材部分が、このような０．５ｍｍ以
上の粗粒骨材同士を０．５ｍｍ以下の微粒子がその隙間
を埋める構造をなすことによって、粒子同士の結合力が
高まり、ブロックの強度が向上する。

【００２２】また、粗粒骨材間に微粒子が位置すること
によって、焼成の際、粗粒骨材の膨張を吸収し、ブロッ
ク全体の堆積包丁を緩和するため、焼成による形状変形
や表層にクラックが発生する現象を抑制する効果があ
る。

【００２３】さらに、粗粒の周囲に存在する０．５ｍｍ
以下の微粒子が陶磁器質を主体とした粒子であると、上
述した効果が更に高まるため好ましい。

【００２４】ここで、骨材に用いる陶磁器質の粒子は、
陶器質粒子、磁器質粒子のいずれでもよく、また、両方
が混在していても構わない。具体的には、陶器質粒子と
しては瓦屑や陶管屑等を用いることができる。また、磁
器質粒子には磁器タイル屑や電力用碍子屑等を用いるこ
とができ、これらを1種以上混合して使用してもよい。

【００２５】ブロックの空隙率が１０〜４０％の範囲に
あることは、強度と透水機能と保水機能を同時に満足さ
せるための条件である。保水量は、空隙の量だけでな
く、空隙の大きさにも影響され、空隙が大きすぎると、
水は透過しやすく保水量は小さくなる。空隙が小さすぎ
ると大気圧下での空隙内への吸水量が少なく、やはり保
水量は小さくなる。この場合、空隙量に対する保水量は
高くなる可能性はあるが、透水性を損なってしまう。

【００２６】保水機能を満足している場合、アスファル
ト舗装やコンクリート舗装などとは異なり、路面温度の
著しい上昇を防ぐ効果がある。これは、雨上がりや散水
時に、ブロック内に貯えられた水が徐々に蒸発する作用
を持つからである。また、透水機能と保水機能の両方を
満足することで、雨上がりや散水時に限らず、地盤から
の水分蒸発を促し、やはり、路面温度上昇防止に効果が
期待できる。

【００２７】空隙率は、ブロックから表層を切削、除去
し、さらに約５×５×５ｃｍ角の試験片を切り出し、１
０５℃で２４時間乾燥した後に室温まで冷却し、重量ｗ
（ｇ）と体積Ｖ（ｃｍ³）からかさ密度ρ1 ＝ｗ／Ｖを
求め、これと、同様に処理した、試験片についてアルキ
メデス法で求めた見掛け密度ρ2 から、次式によって求
める。

【００２８】空隙率（％）＝（１−ρ1 ／ρ2 ）×１００ブロックを任意の位置で切断し研磨した断面であって、
ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分を除いた内
側の断面において、任意の２０ｍｍの長さの直線を引い
て測定したときに、該直線上で確認される、骨材の粒子
径が最大９．５ｍｍを実質的に越えることはなく、か
つ、骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の実質
的個数が平均４〜２０個存在し、さらには、骨材あるい
は焼結バインダと一体化した骨材の存在していない部分
を空隙とした時、該空隙の個数が、平均４〜１８個存在
していることが好ましい。

【００２９】さらに、２０ｍｍの直線上に存在する、骨
材あるいは焼結バインダと一体化した骨材および空隙の
それぞれの個数が、平均４〜１０個であるとより好まし
い。

【００３０】本発明では、ブロック中の骨材あるいは焼
結バインダと一体化した骨材および空隙の大きさや個数
を次のようにして特定する。すなわち、ブロックを任意
の位置で切断し研磨した断面のうち、ブロック周囲のお
よそ１０ｍｍ厚の皮相部分を除いた内側の断面におい
て、任意の直線を引き、骨材あるいは焼結バインダと一
体化した骨材の輪郭線によって寸断された線分それぞれ
の長さを測定し、その骨材の粒径とする。ブロック周囲
のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分を除くのは、ブロックの
表面には、意匠性を高めたり他の機能を付与するために
別の材料で構成させることがあるからである。下水汚泥
溶融スラグやゴミ溶融スラグ骨材には粒内に気孔を有す
るものもあるが、この粒内の気孔の周囲は、骨材の輪郭
線とは考えない。直線上で断面と同一平面上で骨材の存
在していない部分を空隙と見なす。骨材や空隙の個数を
数える際は、直線に一部でも交わっている骨材や空隙は
１個と数える。直線端部で交わり、交点を両端に持たな
い骨材や空隙も１個と数える。ブロックの切断および研
磨は骨材粒子が脱落しないように慎重に行う必要があ
る。

【００３１】より正確な測定値を得るために、約４×４
ｃｍ以上の面積の断面３ヶ所以上について、それぞれ２
０ｍｍの直線を２本以上引き、それぞれにおける測定値
の平均をとることが好ましい。さらに、２〜２０倍の倍
率のルーペ、顕微鏡、拡大投影機などを用いることが好
ましい。また、断面上にある骨材と、断面上ではなく空
隙の奥に覗く骨材とを区別するため、断面上の骨材のみ
を着色したり、焦点深度の浅い顕微鏡などにより、断面
上の骨材のみを浮き上がらせてもよい。

【００３２】骨材あるいは骨材と焼結バインダが一体化
した粒子のどちらかの大きさで規定しているのは、焼結
バインダの種類や焼成条件などにより、骨材と焼結バイ
ンダの境界が不明確になっている場合もあるためであ
る。が、ここでは、骨材単味の大きさよりも骨材と空隙
の配置のバランスが重要と考えているので問題はない。

【００３３】骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨
材の大きさは、最大９．５ｍｍを越えると、強度が損な
われるし、ブロック内部で確認されるそのような大きな
粒子がブロック表面にも存在してしまうと製品の欠陥と
なって表面平滑性や、意匠性が損なわれる。

【００３４】２０ｍｍの直線上に存在する、骨材あるい
は焼結バインダと一体化した骨材の個数は、平均４〜２
０個であることが好ましく、４個より少ないと、骨材あ
るいは焼結バインダと一体化した骨材の寸法が大きすぎ
るか、連続する空隙が多くなり、強度の低下につなが
る。２０個より多いと、骨材あるいは焼結バインダと一
体化した骨材の寸法が小さすぎ、微粒子が多いことで、
成形時の充填性を阻害した結果、焼成後の強度が不充分
になり、また、空隙の大きさも小さな部分が増え、透水
性が低下するようになる。

【００３５】２０ｍｍの直線上に存在する、空隙の個数
は、平均４〜１８個であることがさらに好ましく、上記
骨材の個数と同様の理由があるが、付け加えるならば、
透水機能を充分に発現させるためには、骨材同士が隣接
するよりも骨材同士は部分的な結合のみで大部分は空隙
と隣接している方が好ましい。すなわち、任意の直線上
において、骨材と空隙はほぼ交互に存在している形に近
いほど好ましい。このことは、骨材と空隙の個数がほぼ
同数に近くなることと等しい。

【００３６】さらに、２０ｍｍの直線上に存在する、骨
材あるいは焼結バインダと一体化した骨材および空隙の
それぞれの個数が、平均４〜１０個であるとより好まし
い。

【００３７】強度と透水機能をさらにバランスよく発現
させようとすると、この範囲内にあることが必要であ
り、１０個より多いと、強度と透水機能のどちらかは、
少し損なわれてしまう。

【００３８】さらに、該セラミックブロックは、灼熱減
量が３％以下であることが好ましい。

【００３９】灼熱減量は、３％より多いと、焼成不足に
よる未反応物が存在している証拠であり、強度が不十分
である。また、透水性を阻害したり、目詰まりの原因に
なったりする。灼熱減量は、強熱減量とも呼び、１０５
℃で２４時間乾燥した後、室温まで冷却した製品の重量
に対し、１０００℃３０分間加熱し、冷却後の減量を百
分率で示したものである。

【００４０】さらに、上記のような透水性セラミックブ
ロックを厚さが２０〜８０ｍｍの基材とし、陶磁器質粒
子を主体とした骨材からなり、空隙率が２５〜４５％で
かつ、基材よりも高い空隙率を有する厚さ３〜１０ｍｍ
のプレートを表層とした２層構造を成していることが好
ましく、その透水性セラミックブロックにおいて、表層
のモース硬度が６以上で、ＡＳＴＭＥ３０３に準拠し
て求めた湿潤時における滑り抵抗値が４０ＢＰＮ以上で
あることが好ましい。

【００４１】陶磁器質粒子を主体とした骨材としたの
は、表面が汚れにくく、しかも水洗などによる洗浄が容
易であるからである。また、摩耗しにくく、美観の維持
や、摩耗によって生じた骨材粉が表層表面に存在するよ
うになって湿潤時か否かに関わらず滑りやすくなるから
である。かかる傾向は、表層表面のモース硬度が６未満
である時に特に顕著になる。空隙率が２５〜４５％でか
つ、基材よりも高い空隙率を有する表層としたのは、そ
の場合、雨水などは積極的に流下させるが土砂などの目
詰まり成分の侵入は抑制できる。もちろん下水汚泥溶融
スラグを主体とした骨材で表層を構成してもかまわな
い。

【００４２】ここで、表層に用いる陶磁器質の粒子は、
陶器質粒子、磁器質粒子のいずれでもよく、また、両方
が混在していても構わない。具体的には、陶器質粒子と
しては瓦屑や陶管屑等を用いることができる。また、磁
器質粒子には磁器タイル屑や電力用碍子屑等を用いるこ
とができ、これらを1種以上混合して使用してもよい。

【００４３】さらに、それらの透水性セラミックブロッ
クの、側面形状が台形であると好ましい。台形とするこ
とで施工時における表層の欠けなどを防止でき、また、
ブロック間に適度な幅の目地を形成できるようになる。
もっとも、上底と下底との長さの差は、歩行感や、ハイ
ヒール歩行、車椅子による走行の容易性などを考慮して
３ｍｍ以下と小さくしてある。

【００４４】または、それらの透水性セラミックブロッ
クの、側面に目地幅規制用の突起が設けられていること
が好ましい。その突起の厚みは１〜３ｍｍ程度、高さは
１０〜８０ｍｍ程度である。なお、突起は、ブロックを
敷き詰めたときに隣接するブロックの突起同士が当たら
ない位置に設けておく。

【００４５】上述の透水性ブロックを一実施態様として
図に示すと、図１、図２に示すような形状になる。すな
わち、厚みが３〜１０ｍｍほどの表層１と、基層２との
層状構成を有している。全体厚みは、作用する荷重など
を考慮して４０〜１００ｍｍ程度にしてある。平面形状
は方形で、大きさは、施工の容易性などを考慮して一辺
の長さが９０〜４００ｍｍ程度の正方形か長方形にして
ある。

【００４６】本発明において、ブロックの曲げ強さは、
ＪＩＳＡ１１０６に、圧縮強さは、ＪＩＳＲ２２０
６に、それぞれ準拠して求めた。

【００４７】また、本発明では、下水汚泥溶融スラグお
よびゴミ溶融スラグから選ばれる１種以上を７５重量％
以上含み、かつ０．５ｍｍ以下の粒子を７〜２５重量％
含む骨材と焼結バインダを含む混合物を成形した後、８
００〜１２００℃で焼成する方法であって、下水汚泥溶
融スラグまたはゴミ溶融スラグがガラス質を主体として
おり、焼成する工程において結晶化を進行させ、Ｘ線回
折により、ＣaＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3と
ＳiＯ2を含む複酸化物の結晶構造を示す明確な回折ピー
クが得られ、ＣaＯとＳiＯ2、あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3
とＳiＯ2を含む複酸化物の結晶構造に起因する回折ピー
クから計算された結晶性成分の含有量が５０〜１００重
量％の範囲内にあることを特徴とする透水性セラミック
ブロックの製造方法を提供する。

【００４８】ここで、骨材に０．５ｍｍ以下の粒子を７
〜２５重量％含むことにより、０．５ｍｍ以上の粗粒骨
材同士を焼結バインダにより結合させるに際し、０．５
ｍｍ以下の微粒子がその隙間を埋め、粒子同士の結合力
が高まり、ブロックとしての強度が向上する。

【００４９】また、粗粒骨材間に微粒子が位置すること
によって、焼成の際、粗粒骨材の膨張を吸収し、ブロッ
ク全体の堆積包丁を緩和するため、焼成による形状変形
や表層にクラックが発生する現象を抑制する効果があ
る。

【００５０】０．５ｍｍ以下の微粒子が７重量％以下の
場合は、上述した効果が不十分であり、高い強度のもの
が得られなかったり、ブロックの形状変形や、クラック
が発生することが多くなる。また、２５重量％以上では
骨材粒子の間隙を埋める量が多くなり、透水性が損なわ
れるため、好ましくない。

【００５１】該骨材に用いる０．５ｍｍ以下の粒子とし
ては、特に限定するものではないが、陶磁器質粒子を用
いるのが好ましい。ここで、骨材に用いる陶磁器質の粒
子は、陶器質粒子、磁器質粒子のいずれでもよく、ま
た、両方が混在していても構わない。具体的には、陶器
質粒子としては瓦屑や陶管屑等を用いることができる。
また、磁器質粒子には磁器タイル屑や電力用碍子屑等を
用いることができ、これらを1種以上混合して使用して
もよい。

【００５２】主体となる骨材である下水汚泥溶融スラグ
およびゴミ溶融スラグは、４．７５ｍｍ以下の粒子が８
０重量％以上であり、該焼結バインダが、長石、粘土、
天然石、陶磁器、ガラス、下水汚泥溶融スラグ、下水汚
泥焼却灰、ゴミ溶融スラグ、ゴミ焼却灰の粉末から選ば
れた少なくとも１種類であり、成形用糊剤として、カル
ボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロー
ス、でんぷん、水ガラスおよびセメントから選ばれた少
なくとも１種類を用いることが好ましい。

【００５３】該成形する工程において、振動プレスを用
いることが好ましい。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の透水性ブロックの
製造方法の実施の形態を詳細に説明する。

【００５５】まず、骨材に糊剤、焼結バインダーを添
加、混合して調製する。

【００５６】骨材は、下水汚泥溶融スラグおよびゴミ溶
融スラグから選ばれる１種以上を７５重量％以上含んで
おり、４．７５ｍｍ以下の粒子が８０重量％以上である
ものとする。

【００５７】骨材に下水汚泥溶融スラグやゴミ溶融スラ
グ以外の原料が２５％以上含まれると、下水汚泥溶融ス
ラグやゴミ溶融スラグが安価であるという特長が失わ
れ、また、下水汚泥や都市ゴミの処分や有効活用の効果
も小さくなる。４．７５ｍｍ以下の粒子が８０重量％未
満になると強度や製品表面平滑度を損なう。

【００５８】骨材の粒度分布は、１．１８〜０．５ｍｍ
の範囲が３０重量％未満、０．５ｍｍ以下の範囲が１０
重量％未満であるとより好ましく、上述した製品の特
性、すなわち強度や製品平滑性、透水性がさらに向上す
る。

【００５９】なお、この発明において骨材粒度分布は、
ＪＩＳＺ８８０１に規定されたふるいで骨材２ｋｇを
ふるい分け、その重量比で表す。

【００６０】本発明で用いる下水汚泥溶融スラグやゴミ
溶融スラグは、ガラス質を主体としている。結晶化して
いるスラグは、４．７５ｍｍ以下の粒子が８０重量％以
下になるケースが多く、粉砕する必要もでてくるし、粉
砕するにしてもガラス質に比べ粉砕しにくいため、所定
の粒度分布に調整するための粉砕、分級の工程に余分な
エネルギーを必要とするからである。また、ガラス質の
スラグは溶融状態から急冷して得ることが多く、粒子が
細かな砂状になっており、粒度調整が不要となるか調整
するとしてもごく簡単な粉砕分級か、他の粒度分布を持
つ骨材の２５重量％以下の配合で済む。

【００６１】さらに、ガラス質の骨材は、焼成により結
晶化を進行させる。ガラス質の骨材は、焼成時に焼結バ
インダーや他の骨材、添加剤などと極めて反応しやすく
強固な結合が進み、さらに焼成工程で発熱反応を伴って
結晶化することで、体積が膨張し、焼結バインダや他の
骨材の焼成中の収縮を相殺するように作用し、内部ひず
みを少なくしたり、透水性や寸法精度の優れた焼結体が
得られる効果があるからである。

【００６２】下水汚泥溶融スラグやゴミ溶融スラグの骨
材がガラス質であるかどうかは、例えば、Ｘ線回折によ
り確認できる。スラグ粒子を細かく砕いた粉体サンプル
のＸ線回折パターンを調べ、明確な回折ピークが認めら
れない場合、ガラス質と判断できる。

【００６３】また、焼成する工程において結晶化が進行
したかどうかも、焼成後のブロック断面のＸ線回折パタ
−ンあるいは焼成と同じ温度履歴を与えたスラグ粒子を
砕いた粉体サンプルのＸ線回折パターンを調べ、回折ピ
ークが得られれば結晶化が進行したと判断できる。本発
明では、ＣaＯとＳiＯ2あるいはＣaＯとＡl2Ｏ3とＳiＯ
2を含む複酸化物の結晶構造を示す明確な回折ピークが
認められることを特徴としている。これらの複酸化物は
化学的に安定な結晶質であり、舗装材として使用される
ブロックに使用されるに適している。

【００６４】一方、焼結バインダとしては、骨材よりも
融点の低いあるいは粒度分布の小さい長石、粘土、天然
石、陶磁器、ガラス、下水汚泥溶融スラグ、下水汚泥焼
却灰やゴミ溶融スラグ、ゴミ焼却灰の粉末を用いること
ができる。焼成中に骨材やバインダーに発生する歪みを
小さくするために、バインダーの熱膨張率は、骨材のそ
れと同等かそれ以上であるのが好ましい。バインダは焼
成時に溶融して骨材同士を結合するが、バインダの最大
粒径は、骨材同士の結合が一様に行われるように、ま
た、焼成時の溶融に時間がかかってエネルギーコストが
上昇しないよう、０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
また、バインダの量は、ブロックの強度や透水性を考慮
しながら決めるが、通常、骨材１００重量部に対して３
〜２０重量部ほど添加する。

【００６５】また、成形用糊剤としては、カルボキシメ
チルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、でんぷ
んなどの有機糊剤や、水ガラスやセメントなどの無機質
糊剤を用いることができる。通常、粉体形状のものは、
加水して水溶液やペーストの形で用いる。ただし、乾粉
で混合し、その混合物に後から加水する方法をとっても
良い。

【００６６】糊剤の量は、後の成形時における保形性や
焼成時における成形体のハンドリング性などを考慮して
決めるが、通常、骨材１００重量部に対して５〜２０重
量部ほど添加する。

【００６７】さて、骨材と糊剤、焼結バインダを混合す
る際、まず、骨材に、液状にした糊剤を、たとえばシャ
ワーにして少しずつ添加しながら混合すると良い。次に
骨材と糊剤の混合物に焼結バインダを少しずつ添加しな
がら混合すると良い。ここで、骨材と糊剤とをあらかじ
め混合しておき、その混合物に焼結バインダをさらに添
加、混合するのは、まず骨材表面に液状糊剤を均一に行
き渡らせるためであり、これら３者を同時に混合すると
糊剤と細かい焼結バインダとが凝集しやすく、凝集した
糊剤が成形時に型に付着したり、糊剤と焼結バインダが
凝集することで本来の結合の作用が低下してしまう。同
じ目的で、骨材に含まれる微粒、たとえば、０．５ｍｍ
以下の粒子は、予めふるい分けしておいて、焼結バイン
ダと同様に、０．５ｍｍ以上の骨材と糊剤を混合した後
に、添加することも好ましい。

【００６８】粉体形状の糊剤をまず乾粉で混合し、その
混合物に後から加水することもできるが、この方法は、
糊剤を液状にすると、高粘性で分散性が悪く、凝集が生
じやすいような場合には非常に効果的である。

【００６９】上述の基材のみでブロックとすることもで
きるが、基材の上に別仕様の表層を構成させることも好
ましい。その場合、成形する工程において、厚さが２０
〜８０ｍｍの基材の上に、厚さ３〜１０ｍｍの表層を構
成させることが好ましい。

【００７０】その表層材料もまた、基材と同様に調製す
る。

【００７１】表層材料には、最大寸法５．０ｍｍ以下で
あり、０．５ｍｍ以下の範囲に１０重量％未満である粒
度分布を持った磁器質を５０％以上含む骨材や、また
は、最大寸法５．０ｍｍ以下であり、０．５ｍｍ以下の
範囲に１０重量％未満である粒度分布を持った下水汚泥
溶融スラグやゴミ溶融スラグを５０重量％以上含む骨材
を用いる。両者を混合して使用しても良い。

【００７２】磁器としては、磁器質のタイルや電力用碍
子などの廃材を用いることができる。

【００７３】骨材の最大寸法が５ｍｍ以上になると、湿
潤時における表層の滑り抵抗値が小さくなり、降雨時な
どの湿潤時に滑りやすくなる。滑り抵抗値は、ＡＳＴＭ
Ｅ３０３に準拠して求める。０．５ｍｍ以下の範囲の
粒子が１０重量％以上だと、成形時の充填性が悪く、焼
成時に基層と表層とで収縮挙動が異なり、層間の歪みや
表層内のきれつの発生原因となる。また、空隙の寸法
も、小さな部分が増え、透水性が低下してしまう。

【００７４】表層を着色するために、表層材料を調製す
るときそれに顔料を加えることができる。顔料として
は、酸化鉄系、酸化チタン系、酸化コバルト系などの粉
末を用いることができ、通常、骨材に添加、混合する。
顔料の量は、その発色の程度などにもよるが、骨材１０
０重量部に対して０．２〜１０重量部ほど添加する。

【００７５】また、表層材料を調製する時に、寸法が骨
材と同等かそれより小さな斑点材料を加えて、表面意匠
を天然石風にしたり、多彩な模様を形成させ、意匠性を
向上させることができる。斑点材料としては、既に着色
された人工の無機粒子や、ウンモ、マンガン、鉄、鉄鋼
スラグ、下水汚泥溶融スラグ、ゴミ溶融スラグ、ざくろ
石など、焼成後に濃く発色する粒子が好ましく、その量
は、その形成模様の設計などにもよるが、骨材１００重
量部に対して２〜１０重量部ほど添加する。次いで、上
記材料を、型を用い、焼成後において所望する厚みにな
るよう、充填厚みを考慮しながら充填し成形する。。

【００７６】基材のみでも製品にはなるが、表層との２
層の構成にする場合、まず、基層材料を型に入れ、振動
プレスを用いて一次成形した後、その上に、表層材料を
入れ、再び加圧して成形する。

【００７７】次に上述した成形工程で得られた成形体を
焼成し、透水性ブロックを得る。成形体は、焼成に先立
って、乾燥するか、糊剤として水ガラスを用いている場
合には、炭酸ガスを作用させて水ガラスを一次硬化させ
るか、セメントを用いている場合には養生して水和反応
を促進させ硬化させ、ハンドリングを容易にしておく。

【００７８】焼成には、トンネルキルンやローラハース
キルンなどを用いることができる。焼成条件は、骨材の
耐火度、焼結バインダの溶融挙動などを考慮して決める
が、通常、８００〜１２００℃の範囲とする。焼成時間
は、基層材料および表層材料の種類や成形体の大きさな
どにもよるので一概にはいえないが、２〜７２時間程度
である。

【００７９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００８０】実施例１下水汚泥水砕スラグを主骨材とし、これに０．５ｍｍ以
下の磁器タイル屑粉砕物を外割で１０重量部添加し、混
合骨材とした。粒径は、最大寸法４.７５ｍｍであり、
４．７５〜１．１８ｍｍの範囲の粒子が６３重量％、
１．１８〜０．５ｍｍの範囲の粒子が２５重量％、０．
５ｍｍ以下の範囲の粒子が１２重量％の粒度分布を持っ
ていた。また、この骨材をＸ線回折により調べた結果、
明確な回折パターンは得られなかった。（図３）これに、糊剤として水ガラス３号を骨材１００重量部に
対して１０重量部になるように添加混合し、得られた混
合物にバインダとして板ガラス廃材の粉末（最大寸法
０．３ｍｍ）を骨材１００重量部に対して１０重量部に
なるように添加、混合し基層材料を得た。

【００８１】一方、磁器タイル廃材の破砕片（最大寸
法：１．７ｍｍ、０．５ｍｍ以下の範囲６重量％）を骨
材とし、これに酸化鉄系顔料を骨材１００重量部に対し
て２重量部になるように添加、混合し、さらに、糊剤と
して水ガラス３号を骨材１００重量部に対して８重量部
になるように添加、混合し、得られた混合物にバインダ
として板ガラス廃材の粉末（最大寸法０．３ｍｍ）を骨
材１００重量部に対して８重量部となるように添加、混
合し表層材料を得た。

【００８２】次に、上記基層材料を厚みが５５ｍｍにな
るように型に入れ、振動プレスを用いて１kgf/cｍ²の
圧力で一次成形した後、その上に、上記表層材料を厚み
が１５ｍｍになるように入れ、再び１kgf/cｍ²の圧力
で加圧して成形した。

【００８３】次に、成形体に炭酸ガスを作用させて糊剤
である水ガラス３号を一次硬化させた後、トンネルキル
ンを用い、１１００℃で４時間焼成し、大きさが１００
×２００ｍｍ，表層の厚みが１２ｍｍ、基層の厚みが４
８ｍｍ、全体の厚みが６０ｍｍの、この発明のブロック
を得た。

【００８４】このようにして得たブロックについて、特
性を評価したところ、以下の通りであった。

【００８５】ブロックを任意の位置で切断し研磨した断
面のうち、ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分
を除いた内側の断面において、任意の直線を引き、焼結
バインダで包まれた骨材の輪郭線によって寸断された線
分の長さを、それぞれ測り、これを３本の直線について
行い、さらに断面３ヶ所について繰り返した。その時の
最大寸法は５．３ｍｍであった。分級した最初の原料骨
材の最大粒径よりも大きいのは、細長い粒子では、分級
（ふるい）時には、粒子の幅（短径）が効くのに対し
て、断面上では直線が粒子の長径付近を横切る場合があ
るのと、骨材が焼結バインダで包まれているためであ
る。２０ｍｍの長さの直線上に存在する、焼結バインダ
で包まれた骨材および空隙のそれぞれの個数を求めた。
これも１つの断面について３本の直線について行い、こ
れを３ヶ所の断面について繰り返し、その９個の数値の
平均をとった。焼結バインダで包まれた骨材は、平均
７．３個存在し、空隙は、平均６．７個存在していた。

【００８６】この断面について、Ｘ線回折で調べた結
果、ゲーレナイト(２ＣaＯ・Ａl2Ｏ3・ＳiＯ2)、アノルサ
イト(ＣaＯ・Ａl2Ｏ3・２ＳiＯ2)およびβ−ウォラストナ
イト(ＣaＯ・ＳiＯ2)の結晶の強い回折パターンが確認で
きた。（図４参照）このことから、焼成工程において結
晶化が進行したことがわかる。ブロックの粉砕物を用い
て、ゲーレナイト(２ＣaＯ・Ａl2Ｏ3・ＳiＯ2)、アノルサ
イト(ＣaＯ・Ａl2Ｏ3・２ＳiＯ2)およびβ−ウォラストナ
イト(ＣaＯ・ＳiＯ2)の結晶性成分の含有量を調べたとこ
ろ、７５重量％であった。

【００８７】灼熱減量は０．２％、空隙率が２１％、透
水係数が２．２〜３．４×１０^-2cm/sec、表層のモース
硬度は６．５、湿潤時における滑り抵抗値が５２ＢＰ
Ｎ、曲げ強度は、５２〜７２kgf/cｍ²であった。

【００８８】実施例２ゴミ焼却灰を溶融、水冷処理した粒状物を、骨材とし
た。粒径は、最大寸法４.７５ｍｍ未満であり、４．７
５〜１．１８ｍｍの範囲の粒子が６８重量％、１．１８
〜０．５ｍｍの範囲の粒子が２２重量％、０．５ｍｍ以
下の範囲の粒子が１０重量％の粒度分布を持っていた。

【００８９】これに、実施例１とほぼ同様の製造条件を
用いて製造した。

【００９０】まず、糊剤として水ガラス３号を骨材１０
０重量部に対して１０重量部になるように添加、混合
し、得られた混合物にバインダとして板ガラス廃材の粉
末（最大寸法０．３ｍｍ）を骨材１００重量部に対して
１０重量部になるように添加、混合し基層材料を得た。

【００９１】一方、磁器タイル廃材の破砕片（最大寸
法：１．７ｍｍ、０．５ｍｍ以下の範囲６重量％）を骨
材とし、これに酸化鉄系顔料を骨材１００重量部に対し
て２重量部になるように添加、混合し、さらに、糊剤と
して水ガラス３号を骨材１００重量部に対して８重量部
になるように添加混合し、得られた混合物にバインダと
して板ガラス廃材の粉末（最大寸法０．３ｍｍ）を骨材
１００重量部に対して８重量部になるように添加、混合
し表層材料を得た。

【００９２】次に、上記基層材料を厚みが５５ｍｍにな
るように型に入れ、振動プレスを用いて１kgf/cｍ²の
圧力で一次成形した後、その上に、上記表層材料を厚み
が１５ｍｍになるように入れ、再び１kgf/cｍ²の圧力
で加圧して成形した。

【００９３】次に、成形体に炭酸ガスを作用させて糊剤
である水ガラス３号を一次硬化させた後、トンネルキル
ンを用い、１１００℃で４時間焼成し、大きさが１００
×２００ｍｍ，表層の厚みが１２ｍｍ、基層の厚みが４
８ｍｍ、全体の厚みが６０ｍｍの、この発明のブロック
を得た。

【００９４】このようにして得たブロックについて、特
性を評価したところ、以下の通りであった。

【００９５】ブロックを任意の位置で切断し研磨した断
面のうち、ブロック周囲のおよそ１０ｍｍ厚の皮相部分
を除いた内側の断面において、任意の直線を引き、焼結
バインダで包まれた骨材の輪郭線によって寸断された線
分の長さを、それぞれ測り、これを３本の直線について
行い、さらに断面３ヶ所について繰り返した。その時の
最大寸法は５．３ｍｍであった。分級した最初の原料骨
材の最大粒径よりも大きいのは、細長い粒子では、分級
（ふるい）時には、粒子の幅（短径）が効くのに対し
て、断面上では直線が粒子の長径付近を横切る場合があ
るのと、骨材が焼結バインダで包まれているためであ
る。２０ｍｍの長さの直線上に存在する、焼結バインダ
で包まれた骨材および空隙のそれぞれの個数を求めた。
これも１つの断面について３本の直線について行い、こ
れを３ヶ所の断面について繰り返し、その９個の数値の
平均をとった。焼結バインダで包まれた骨材は、平均
７．０個存在し、空隙は、平均７．５個存在していた。

【００９６】灼熱減量は０．２％、空隙率が２５％、透
水係数が２．７〜４．２×１０^-2cm/sec、表層のモース
硬度は６．５、湿潤時における滑り抵抗値が５５ＢＰ
Ｎ、曲げ強度は、４７〜６５kgf/cｍ²であった。

【００９７】

【発明の効果】本発明の透水性ブロックおよびその製造
方法は、透水性や強度に優れていると同時に、保水性が
高く、また、表面の摩耗が少なく、湿潤時の滑り抵抗も
良好で、汚れにくく、洗浄による回復が容易である。

【００９８】また、処分に困っている下水汚泥溶融スラ
グやゴミ溶融スラグの有効活用にもなり、他の高価な原
料を用いることに比べ、原料費が安くなる分、製品を安
価に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施態様にかかる透水性ブロック
の概略平面図である。

【図２】この発明の一実施態様にかかる透水性ブロック
の概略側面図である。

【図３】下水汚泥水砕スラグ骨材のＸ線回折パターン図
である。

【図４】下水汚泥水砕スラグ骨材を用いた本発明品の断
面におけるＸ線回折パターン図である。

【符号の説明】

１：表層２：基層３：目地幅規制用の突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2D051 AA02 AB03 AD07 AD08 AF01 AF05 AF07 AF09 AH02 AH03 DA01 4G019 GA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下水汚泥溶融スラグまたはゴミ溶融スラグ
のうちの少なくとも１種を主体とした骨材を焼結バイン
ダで一体化した透水性セラミックブロックであって、Ｘ
線回折により得られる回折ピークの、ＣaＯとＳiＯ₂あ
るいはＣaＯとＡl₂Ｏ₃とＳiＯ₂を含む複酸化物の結晶構
造に起因する回折ピークから計算された結晶性成分の含
有量が、５０〜１００重量％の範囲内にあることを特徴
とする透水性セラミックブロック。
【請求項２】前記複酸化物が、アノルサイト、β−ウォ
ラストナイト、およびゲーレナイトのうちの少なくとも
１種であることを特徴とする請求項１に記載の透水性セ
ラミックブロック。
【請求項３】前記ブロックの断面において確認される骨
材あるいは焼結バインダと一体化した骨材が、実質的に
４．７５〜０．５ｍｍの粒子と、その周囲に存在する
０．５ｍｍ以下の粒子により構成されていることを特徴
とする請求項１または２に記載の透水性セラミックブロ
ック。
【請求項４】前記０．５ｍｍ以下の粒子が陶磁器質を主
体とすることを特徴とする請求項１または２に記載の透
水性セラミックブロック。
【請求項５】前記空隙率が１０〜４０％であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透水性セラミ
ックブロック。
【請求項６】前記断面において、任意の２０ｍｍの長さ
の直線を引いて測定したときに、該直線上で確認され
る、骨材の粒子径が最大９．５ｍｍを実質的に越えるこ
とはなく、かつ、骨材あるいは焼結バインダと一体化し
た骨材の実質的個数が平均４〜２０個存在することを特
徴とする請求項３〜５のいずれかにに記載の透水性セラ
ミックブロック。
【請求項７】前記断面において、２０ｍｍの直線上で骨
材あるいは焼結バインダと一体化した骨材の存在してい
ない部分を空隙としたとき、該空隙の実質的個数が、平
均４〜１８個存在していることを特徴とする請求項３〜
６のいずれかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項８】前記断面において、２０ｍｍの直線上に存
在する、骨材あるいは焼結バインダと一体化した骨材お
よび空隙のそれぞれの個数が、平均４〜１０個である請
求項３〜７のいずれかに記載の透水性セラミックブロッ
ク。
【請求項９】前記下水汚泥溶融スラグまたはゴミ溶融ス
ラグが、水砕スラグである請求項１〜８のいずれかに記
載の透水性セラミックブロック。
【請求項１０】前記セラミックブロックが、灼熱減量が
３％以下である請求項１〜９のいずれかに記載の透水性
セラミックブロック。
【請求項１１】前記セラミックブロックが、陶磁器質粒
子を主体とした骨材からなる表層を有する２層構造体で
ある請求項１〜１０のいずれかに記載の透水性セラミッ
クブロック。
【請求項１２】前記表層は、厚さが３〜１０ｍｍのプレ
ートである請求項１１記載の透水性セラミックブロッ
ク。
【請求項１３】前記表層は、空隙率が２５〜４５％で、
かつ、基材よりも高い空隙率を有する請求項１２記載の
透水性セラミックブロック。
【請求項１４】前記表層は、モース硬度が６以上である
請求項１１記載の透水性セラミックブロック。
【請求項１５】前記表層は、ＡＳＴＭＥ３０３に準拠
して求めた湿潤時における滑り抵抗値が４０ＢＰＮ以上
である請求項１１記載の透水性セラミックブロック。
【請求項１６】前記セラミックブロックが、側面形状が
台形である請求項１〜１５のいずれかに記載の透水性セ
ラミックブロック。
【請求項１７】前記セラミックブロックは、側面に目地
幅規制用の突起が設けられている請求項１〜１６のいず
れかに記載の透水性セラミックブロック。
【請求項１８】下水汚泥溶融スラグおよびゴミ溶融スラ
グから選ばれる１種以上を７５重量％以上含み、かつ
０．５ｍｍ以下の粒子を７〜２５重量％含む骨材と、焼
結バインダを含む混合物を成形した後、該成形体を８０
０〜１２００℃の範囲の温度で焼成する方法であって、
前記下水汚泥溶融スラグまたはゴミ溶融スラグがガラス
質を主体としており、焼成する工程において結晶化を進
行させ、Ｘ線回折により、ＣaＯとＳiＯ₂、あるいはＣa
ＯとＡl2Ｏ₃とＳiＯ₂を含む複酸化物の結晶構造を示す
明確な回折ピークが得られ、ＣaＯとＳiＯ₂、あるいは
ＣaＯとＡl₂Ｏ₃とＳiＯ₂を含む複酸化物の結晶構造に起
因する回折ピークから計算された結晶性成分の含有量が
５０〜１００重量％の範囲内にあることを特徴とする透
水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項１９】前記回折ピークが、アノルサイト、β−
ウォラストナイト、ゲーレナイトのうち少なくとも１種
と同定される回折ピークからなることを特徴とする請求
項１８に記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項２０】前記骨材の０．５ｍｍ以下の粒子が陶磁
器質粒子である請求項１８または１９記載の透水性セラ
ミックブロックの製造方法。
【請求項２１】前記主体となる骨材である下水汚泥溶融
スラグおよびゴミ溶融スラグが、４．７５ｍｍ以下の粒
子を８０重量％以上含むことを特徴とする請求項１８〜
２０のいずれかに記載の透水性セラミックブロックの製
造方法。
【請求項２２】前記焼結バインダが、長石、粘土、天然
石、陶磁器、ガラス、下水汚泥溶融スラグ、下水汚泥焼
却灰、ゴミ溶融スラグ、ゴミ焼却灰の粉末から選ばれた
少なくとも１種類である請求項１８〜２１のいずれかに
記載の透水性セラミックブロックの製造方法。
【請求項２３】前記成形用糊剤として、カルボキシメチ
ルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、でんぷ
ん、水ガラスおよびセメントから選ばれた少なくとも１
種類である請求項１８〜２２のいずれかに記載の透水性
セラミックブロックの製造方法。
【請求項２４】前記成形する工程において、振動プレス
を用いる請求項１８〜２３のいずれかに記載の透水性セ
ラミックブロックの製造方法。