JP2004076307A - 高機能緑化ブロックおよび緑化壁構造 - Google Patents

Abstract

【目的】廃ガラス、下水スラッジ焼却灰等の廃棄物を主原料として得られる発泡ガラス質の高機能緑化ブロックおよびこれを保持する緑化壁構造の提供。
【構成】廃棄物原料として、ソーダ石灰系廃ガラスと下水スラッジ焼却灰、発泡剤としてアルカリ土類金属の炭酸塩鉱物を使用し、８００℃から９００℃の焼成で得られる、主として細孔径１０ミクロン以上の連続気孔を有する遅効性肥料効果を併せ持つ発泡ガラスに穴開け加工を施し、さらに裏面に繊維マットを張り付けることにより、保水性、断熱性、耐凍害性、植物育成能、吸音性能などに優れた高機能緑化ブロックおよびこれを保持した壁構造。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、廃棄物を原料として製造される連続気孔を有する発泡ガラスを用いた緑化ブロックおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、住民から廃棄され、自治体等で分別収集されている廃ガラスは、地方においては遠方のガラス工場に運ばれてリサイクルされているが処理コストも高く、その一部は選別限界や不純物の混入によりカレット工場でも資源化が出来ずに、相当量が近隣の処分場で埋め立てられている。
また下水スラッジの処理については、その肥料としての効果と有用性は知られているものの、重金属の含有が問題であることからその多くは有効利用されず、焼却や熔融スラグ化処理で減量化して埋め立て処分されている。
【０００３】
一方、快適な生活空間や都市環境を構成し、環境負荷を低減する目的に使用される緑化用材については、使用環境・目的に応じて土の代替やその機能を制御・調整された培地材が人工土壌として、またそれを保持するための容器として、様々な形状の緑化用コンクリート二次製品等が製造されている。
【０００４】
例えば、前記の分野に用いる緑化用材として、通気性と保水性を利用した連続気泡型の発泡ガラス製植栽容器が提案されたり、特開平５−３３１９５８にあるように、コケ類を対象とし、粘土を主原料とした素焼きの燒結不十分な状態で生成されたブリックの細孔に、コケの胞子や養分を保持させた緑化ブリックが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
廃ガラスや下水スラッジ等の廃棄物の処分、都市のヒートアイランド現象や都市型洪水の発生等が社会問題化している今日、循環の輪を構成し持続可能な循環型社会の形成のために、自然と調和した快適な生活環境得るための方策として、廃棄物を自然や人間生活に有用な物として資源化・リサイクルすることや、都市緑化を推進することなどが求められている。
【０００６】
しかしながら、廃棄物対策の現状は、埋め立て処分場の限界に対応するために、発生物の多くがエネルギーを加えて焼却、熔融処理等で減容化して埋め立て処分されているのみであり、有用かつ効果的なリサイクルが課題となっていた。
【０００７】
また、地球の温暖化、都市の景観向上、ヒートアイランド現象の緩和等、快適な空間を構成する策として緑化推進が求められているが、従来様々提案されている人工土壌のような培地材や、積み上げ可能な緑化ブロック、プランターのような容器等は、壁面や屋上等の制限された環境の中での効果的植物育成、経済性、メンテナンス等の観点から何れも一長一短があった。
【０００８】
例えば、特開平５−３３１９５８では、養分の保持方法としてブリックの毛管現象を利用して含浸させる方法であるが、外部環境では雨水の影響によって短期間に養分が流出してしまう他、粘土質原料を焼成した素焼きブリックでは、大部分の気孔は細孔半径１０ミクロン以下であるので凍結破損が発生し易く、細孔径が小さいために多くの植物の根は侵入できず、緑化基盤を形成するには至らない。
【０００９】
また、特開２００１−２０４２６１では、廃ガラスを原料として通気性と保水性を有する発泡ガラス質の容器を提案しているが、単に発泡ガラスの保水性のみを利用しているだけである他、ソーダ石灰系廃ガラスの主成分は　ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ等であり、植物の成長に必要な多種のミネラル成分が含まれず溶出もしないことから、肥料成分の定期的補充が必要となること、またそれ単独では強度不足で大きな容器や緑化基盤が得られないこと等、緑化機能も低くまたそれ以外の機能を併せ持たないこと等から、使用条件や環境面からの制限も多く、普及上の障害となっていた。
【００１０】
さらにコンクリート二次製品として市販されている緑化用材は、ボーラスコンクリートのように、骨材間空隙に培地を保持させるものや、法面などに積み上げ可能な形状とした緑化ブロックがあるが、コンクリート製の緑化ブロックは、毛管力や保水力も弱く、単に苗や床土を保持するため植物育成に適した床土の容器として用いているので、水や肥料等の管理に手間と維持経費が多大である他、積み重ねたり敷きならべて使用する物であり垂直な壁面緑化には適さない。
【００１１】
とりわけ、道路から発生した騒音は遮音壁や法面ブロックから跳ね返る欠点があるので、道路に面した垂直あるいは急勾配の壁面の緑化ブロックには、景観の他に吸遮音性の付加などの機能も求められているが、従来は遮音壁に蔦類植物を這わせる程度であり、高い吸音機能を併せ持つ緑化ブロックはなかった。
【００１２】
本発明は、廃棄物の処理・有効利用と快適な環境を構成するための課題を解決するために、廃ガラスや下水スラッジ等の廃棄物を原料とし、透水性、保水性、断熱性、吸音性、耐久性、施工性等に優れ、しかも遅効性肥料効果を併せ持った発泡ガラス質の高機能緑化ブロックとその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
研究では前述の課題を解決するために、高い保水性と吸音性、断熱性、凍結融解抵抗性等を得るために▲１▼基材は廃ガラスを主原料として細孔半径１０ミクロン以上の連続気孔が多い発泡ガラスとする。▲２▼長期的に肥料効果を発揮する発泡ガラスとする。▲３▼苔類よりも大きな植物がブロック表面を覆える構造にする。▲３▼壁面緑化が可能で吸音性にも優れた高機能ブロック構造にする等の解決手段に取り組んだ。
【００１４】
上記の目的を達成するために具体策として▲１▼については、気孔の量が多く気孔径も大きくするために、発泡剤は、独立気孔が多くできる炭化珪素ではなく、価格も低廉でより分解温度が高く、分解温度範囲も広く、しかも生成した細孔は連続気孔で径が大きい発泡ガラスを得るために、石灰石やドロマイト等のアルカリ土類炭酸塩鉱物を発泡剤として使用する。
【００１５】
▲２▼については、下水スラッジを配合することによって、植物の成長に必要な多種のミネラルがガラス構造中に保持されて徐々に溶出する遅効性肥料としての効果が期待できるようにする。
【００１６】
▲３▼については、連続した気孔が多く切断加工性が良好な発泡ガラスに、目的に合わせて苗やそれを保持する培地材の空間として貫通したあるいは一定の深さまで開削して凹み穴を開けた構造にするとともに、屋上、法面、壁面等様々な目的に対応するためにコンクリート製品と複合・接着し易く、しかも保水・透水性や吸音機能を高くする目的から、図１に示したように繊維質素材のマットを張り付ける。
【００１７】
【作用】
前記の廃ガラス、発泡剤、下水スラッジ等の配合物を焼成すると、最初に付着・吸着水が蒸発し、３００℃から５００℃において有機物は燃焼し、５５０℃からガラスの軟化熔融が始まる。
【００１８】
６５０℃付近から急激な軟化が始まり、８００℃から９００℃にかけて石灰石粒子の分解によって炭酸ガスが発生することで、連続した気孔を多く持つ発泡ガラスとなり、有機物が分解した下水スラッジはガラス原料の発泡に伴って細孔構造の表面に多く取り込まれていくとともに、冷却によってそれは固化する。
【００１９】
なお、固化した発泡ガラス素材中の空隙量は、配合条件や焼成条件によって変化するが、発泡剤の種類を石灰石およびドロマイト等のアルカリ土類金属の炭酸塩にすることや下水スラッジの配合によって、ガラス組成中のカルシウムや他の無機成分が増加し、熔融時におけるガラスの表面張力や粘性が変化し、大きな連続気孔が多く生成することになる。
【００２０】
下水スラッジの多くはパルプや食品分解物であるので、灰化された無機成分の多くは植物や動物由来であり、ガラス構造中に不均一に（主として細孔の内壁部に多く）保持された下水スラッジの無機成分は、自然環境の中で水中に徐々に熔けだし、植物の成長に必要な微量ミネラル成分を補給する遅効性肥料効果の役割を果たす。
【００２１】
次にこの発泡ガラス素材に穴を開けて苗を保持させて育成すると、ガラスの低熱伝導性と連続した細孔によって得られる高い断熱効果や、細孔に保持された水分の潜熱効果等によって、植物の根は外気温度変化の熱ストレスから防御されることになる。
【００２２】
さらに加えて裏面に不織布のような繊維質のマットが張り付けてあることで、水の保持力や吸音性等の機能がいっそう高まり、セメントコンクリートのような他の材料との付着力も向上し、二次製品化によって機能や施工性に優れた製品が可能となる。
【００２３】
なお、吸音特性は細孔が連続し、径の分布が幅広いほど良好であるが、炭化珪素を発泡剤として得られた発泡ガラスの細孔は独立気孔が多く、しかも細孔径の分布が狭い特徴があるので、吸音率が低く吸音範囲も狭い。
【００２４】
本発明のように大きい細孔径まで連続して幅広い分布の細孔径である場合は、自動車や通常の会話に多い波長とされる５００ヘルツから１２００ヘルツを中心として幅広く高い吸音能を有しているし、裏面に張り付けたの繊維質マットはそれよりも高い周波数を吸音する特徴があるので、幅広い波長域の音極めて効率よく吸音することができる。
【００２５】
また、図２に示したように、壁面緑化の場合は上部に灌水すれば、壁面全体に水分や養分の補給が可能となるし、道路の吸遮音壁として使用すれば騒音の低下の他に、景観の改善やドライバーの視覚的効果によって快適な運転環境を提供できる。
【００２６】
【実施例１】
廃ガラス原料と石灰石等の炭酸塩鉱物を発泡剤とする発泡ガラスを得るにはどような焼成条件が適しているかを確認するために、８００℃から９５０℃の範囲で焼成試験を行った結果、表１に示したように８００℃から９００℃の温度範囲で、嵩密度小さく吸水率の大きい良好な発泡ガラスが得られることが確認できた。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【実施例２】
下水スラッジ熔融スラグ、下水スラッジ焼却灰等を発泡ガラス原料として使用した場合、発泡ガラスが得られるかどうか、また配合量によって焼成性状がどのように変化するかについて調べるために、配合割合を変えて９００℃で焼成試験を行った結果、原料の種類と配合割合、焼成速度等によっても発泡度は変化するが、通常、屋上緑化などで使用している人工土壌の嵩密度である０．８以下の条件に合致する発泡ガラスを得るためには、廃ガラス原料に対して熔融スラグは２０％以下、焼却灰は２５％以下の配合割合が良好であり、表２に示したような物性の発泡ガラスが得られることが確認できた。
【００２９】
【表２】

【００３０】
また、前記の実施例で得られた嵩密度０．３ｇ／ｃｍ３、吸水率１３６％であった発泡ガラスの物性や性能を調べた結果、表３、表４に示したように常温における熱伝導率は従来の素焼きブリックやコンクリートの素材より大幅に低く、透水係数も高い性能を示した。また細孔は素焼きブリックの細孔径よりも大きく半径１０ミクロン以上に分布していることや、吸音性能を測定した結果、８００ヘルツ前後を中心として、３００〜２０００ヘルツの幅広い吸音特性を有していること等が確認できた。なお、曲げ強度は珪酸カルシウム板並の０．４ＭＰａであった。
【００３１】
【表３】

【００３２】
【表４】

【００３３】
【実施例３】
下水焼却灰を原料として使用した本発明による発泡ガラスと市販の廃ガラスを用いた発泡ガラスについて、肥料効果を比較するために、代表的肥料成分について肥料分析法に基づいた試験をした結果、表５に示したように有効成分としてリンを多く含有していることが証明され、その効果が期待できることが確認できた。
【００３４】
【表５】

【００３５】
【実施例４】
実際に植物を育成した場合の遅効性肥料効果を検証するために、９００℃で焼成して得られた発泡ガラスに直径６．５ｃｍの穴を貫通させ、裏面にペットボトル再生繊維マットを張り付けたブロックを作製し比較試験に供した。試験は焼却灰混入発泡ガラス（配合は表２のＥ）の粉砕物と、焼却灰を混入していない市販発泡ガラスの粉砕物とを、それぞれに土を容積比で半々の割合で混合して穴の中に充填し、キュウリの苗を植え、水だけを同様に補給して生育状態を比較した結果、焼却灰を混入した発泡ガラスを使用した場合は混入していない物より重量比で３倍のキュウリが実り、しかも長期間生育を続け、その有効性が確認できた。
【００３６】
【実施例５】
下水焼却灰を配合し９００℃焼成で得られた発泡ガラス（配合は表２のＥ）のさらに耐凍結融解性能を確認するために、粘土瓦の試験法であるＪＩＳ−Ａ−５２０８に準じ、−２０℃気中凍結＋２０℃水中融解の条件で２０サイクル繰り返し、割れやはがれ等の欠点の有無を調べた結果、外観に異常は認められなかった。
【００３７】
【実施例６】
図２のように、実施例３と同様の緑化ブロックを、建築ブロック壁にセメントモルタルで張り付け、ベコニア、キリン草等の苗を植えた後、上部の灌水パイプから３日ごとに一定量の水を供給し、生育状態を観察した結果、苗は順調に成長し、壁面緑化できることが確認できた。なお、この場合の穴は、保持された苗土が流出し難いように、繊維マットを張り付けた裏面に対して４５度の傾きを持つように開削・貫通した穴を有する緑化ブロックを使用した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３９】
主原料は従来の市販工業用原材料ではなく、処理に苦慮しているガラス屑や下水焼却灰などの廃棄物をとしているので、原料コストも大幅に削減でき、しかも発泡ガラスは９００℃以下で得られるので、省資源・省エネルギーでリサイクル推進や環境負荷の低減に寄与できる。
【００４０】
本発明の緑化ブロックは軽量多孔質であり、裏面に繊維マットを張り付けてあるので、雨水や灌水などによって補給された水分は、発泡ガラス質部や繊維マット部の空隙に保水され、余剰の水分は繊維マット面を伝って排出されることにより根腐れし難い。
【００４１】
また、高い断熱性や保水性等の機能は、日射による植栽基盤の温度変化を低減、大量に保水された水の潜熱効果等によって植物の根を守り、配合された下水スラッジの遅効性肥料効果等の複合的機能を発揮することで、植物は管理手間が少なく順調に育成されるため、低廉な管理費で緑化が可能となる。
【００４２】
さらに、長期間を経れば、繊維マット部や発泡ガラス部の細孔に根が入り込むことで、植栽基盤が一体化されることや、微粒子の土壌は苗を保持するために開削した穴部にしか存在せず、発泡ガラスや繊維マットのフィルター効果によって土が流出しないので、屋上緑化で問題となっている配水管の詰まりも発生しない。
【００４３】
このように本発明の緑化ブロックやこれを用いた壁構造は、廃棄物を原料に製造され、緑化に必要な保水性の他、透水性、断熱性、吸音性等に極めて高い機能を有し、効果的にしかも低廉な管理費で壁面緑化ができるため、廃棄物のリサイクル推進と併せて都市・生活空間における景観の改善、ヒートアイランド現象や騒音の低減等、環境の改善や負荷の低減に有効な効果を提供出来る。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の緑化ブロック断面図
【図２】本発明の緑化壁構造

Claims (5)

1. ソーダ石灰ガラスあるいはこれを主成分とする廃材の微粉砕物１００部に対して、微粉砕したアルカリ土類金属炭酸塩鉱物をガラス微粉砕物に対して２部から６部重量割合で配合し、さらに乾燥した下水スラッジ焼却灰を最大で２５部、あるいは乾燥下水スラッジ焼却灰換算で同量の濾過脱水された下水スラッジ、または熔融処理した下水スラグを最大で２０部配合し、これを８００℃から９００℃の焼成温度で焼成せしめて得られることを特徴とする、連続気孔を有する発泡ガラス質の緑化ブロック。
2. 請求項１により得られる発泡ガラス質ブロックに貫通した穴を開けた後、貫通方向に対して裏面となる面に不織布あるいはロックウールまたはガラス繊維等、繊維形態によって空隙を有する繊維マットを張り付けた構造の緑化ブロック。
3. 請求項２により得られたブロックの穴に、緑化用の苗、または緑化用の植物の種を保持した苗床材を挿入することを特徴とする緑化ブロック。
4. 請求項３の緑化ブロックをあらかじめセメントコンクリート製のブロックに保持させることを特徴とする緑化ブロック。
5. コンクリートを基材とする壁面に、請求項２の緑化ブロックを張り付け、上部の繊維マット部から灌水させることを特徴とする緑化壁構造

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