JP2004285605A

JP2004285605A - 多量の石炭灰を含む混練物による構造物の構築方法

Info

Publication number: JP2004285605A
Application number: JP2003076697A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Saito; 栄一斉藤; Takayuki Idemoto; 高行井手元; Kazuto Fukutome; 和人福留
Original assignee: Hazama Gumi Ltd; Hazama Corp
Current assignee: Hazama Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】石炭灰を含む混練物による構造物を良好な施工効率で構築可能となし、石炭灰の消費量を高めることができる構造物の構築構築方法を提供する。
【解決手段】セメントと、多量の石炭灰と、最適含水比程度の水粉体比の水とを含む材料からなる混練物で構造物を構築するための工法であって、所定量の石炭灰及びセメント等の固化材と、最適含水比程度の水粉体比の水とを練り混ぜて生成した混練物を、構造物の構築現場あるいはその近傍まで搬送し、搬送された混練物を構造物の構築現場に層状に敷き均した後に、混練物上から面状に振動を加えて流動状態にすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は多量の石炭灰を含む混練物による構造物の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所から発生する石炭灰は、環境保護や資源活用の観点から有効に利用することが求められている。このような要望を満たすため、石炭灰にセメント、硬化促進剤、多量の水を加え、従来のコンクリートやモルタルのような混練物を生成し、この混練物を型枠に流し込んで打設することによりプレキャスト部材などを形成し、これにより石炭灰の消費・活用が実施されている。
また前述の石炭灰の活用方法よりも、混練物の品質やコストを改善し、石炭灰の消費量を増やすために、本出願人は、特開平１０−３１１１４２号公報（特許文献１）に記載した混練物の打設工法を発明した。この混練物の打設工法は、練混ぜ水量を最適含水比程度まで少なくし、スランプが０ｃｍ程度の固練りの混練物を生成してホッパー内に投入し、ホッパーを起振機等で振動させることにより混練物を流体化させ、これを打設して構造物を構築する方法である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１１１４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の打設工法では、ホッパーを起振機等で振動させて流体化した混練物を施工現場に打設しているため、ホッパーから放出した後の取り扱いが難しく、施工効率が低下しやすいため石炭灰の消費量を高めることが難しい。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、石炭灰を含む混練物による構造物を良好な施工効率で構築可能となし、石炭灰の消費量を高めることができる基礎構造物の構築構築方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、多量の石炭灰と、固化材と、最適含水比程度の水粉体比の水とを含む材料からなる混練物で構造物を構築するための工法であって、所定量の石炭灰及び固化材と、最適含水比程度の水粉体比の水とを練り混ぜて生成した混練物を、前記構造物の構築現場あるいはその近傍まで搬送し、搬送された前記混練物を前記構造物の構築現場に層状に敷き均した後に、前記混練物上から面状に振動を加えて流動状態にすることを特徴とする構造物の構築方法が提供される。
本発明は、混練物を構造物の構築現場に層状に敷き均した後に、混練物上から面状に振動を加えて流動状態にする施工方法であるため、この施工方法が適用可能な構造物は、従来のブロック構造体などのプレキャスト部材に限定されず、例えば、ダムの堤体、路盤、べた基礎、人工地盤、盛土、堰堤などのような構造物、すなわち、混練物が層状に打設されながら構築される構造物に適用することができる。したがって、混練物に含まれる石炭灰を有効かつ大量に消費することが可能になる。
【０００６】
本発明において、前記固化材はセメント、消石灰の少なくとも一方を含むものであるか、あるいは、セメント、消石灰の少なくとも一方を含むものに、さらに、石膏を加えたものである。
このようにセメント等を石炭灰に加えた混練物に振動を加えて流動状態、すなわち、流体化させて固化させれば、たとえ、石炭灰に重金属類などの有害物質が含まれていても、これらの物質は溶出し難いように固化体中に封じ込められる。また石膏、消石灰の少なくとも一方がセメントに添加された固化材を用いた場合には、有害物質の溶出量は、固化材がセメントのみの場合よりも更に大きく低減させることが可能になる。
【０００７】
本発明において、構造物は、例えば、ダムの堤体、電車や自動車などの車両通行用の路盤、構造物のべた基礎、人工地盤、盛土、堰堤などがある。
【０００８】
本発明において、最適含水比とは、ＪＩＳＡ１２１０−１９７９の突き固めによる土の締固め試験方法に規定されている値であって、最大乾燥密度が得られる含水比をいい、混練物が振動締め固めにより流動状態に変化する限界の水粉体比とほぼ一致するものである。また最適含水比程度とは、概ね、最適含水比以上であって、練上がり材料のスランプが２ｃｍ程度以下の範囲に収まる程度である。さらに、水粉体比とはセメント及び石炭灰の粉体に対する水の重量比をいい、｛（水の重量）／（セメント重量＋石炭灰重量）×１００｝の式から求めることができる。
【０００９】
本発明において、石炭灰、固化材及び水を混練する際に、セメントと石炭灰との重量比は、石炭灰の品質に応じて変更するものの、概ね石炭灰の９５〜８０重量部に対して、セメントを５〜２０重量部混ぜ合わせる。すなわち、混練物が硬化した時の圧縮強度は、石炭灰の品質によって異なり、所要の圧縮強度を得るためにはセメントの重量比を増加させなければならない場合もあり、したがって、セメントと石炭灰との総重量に対して、セメントを概ね重量比３〜２０％の範囲で増減させる調整を行う。
【００１０】
本発明では、石炭灰、固化材及び水を混練する工程を２工程から構成することも可能である。すなわち、最初に、それぞれ所定量が計量されたセメントと石炭灰とを練り混ぜる空練り工程を行い、次いで、空練りされたセメントと石炭灰との粉体に対し、最適含水比程度の水粉体比の水を練り混ぜて混練物を生成する水粉体混練工程を行い、これら空練り工程と水粉体混練工程との二工程から前記混練工程を構成することもできる。
【００１１】
本発明において、混練物に振動を加えて流動状態にする工程では、搬送された前記混練物が流動状態になる程度の振動数、振幅および振動時間で加振すれば良く、例えば、振動数ほぼ３０００〜５０００ｒｐｍ程度、振幅ほぼ０．５〜２．０ｍｍ程度の振動を概ね３０秒〜２分間程度加えれば良い。
【００１２】
本発明において、構築現場に層状に敷き均した混練物上に面状に振動を加える装置は、少なくとも、混練物上に置かれる板状体と、前記混練物を流動状態にするための振動を前記板状体に与える振動体とを備えたものを使用することができる。また前記板状体には棒状振動体をほぼ直角に下方へ突設させ、板状体が混練物上に置かれたときに棒状振動体が混練物中に挿入されるように構成することも可能である。このように棒状振動体を板状体に突設させれば、混練物の敷き均し層厚を大きくしても、混練物の下端に至るまで速やかな流体化が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施態様における加振工程を示した簡略図であり、図２は本発明の一実施態様における各工程の流れを示した簡略図である。
本発明では、石炭火力発電所等から出荷された石炭灰を混練物製造プラント１６まで搬送し、ここで、所定重量の石炭灰と所定重量のセメントとをミキサーで練り混ぜて均質な粉体材料を作り、この均質化された粉体材料に、概ね最適含水比以上で、練上がり材料のスランプが２ｃｍ程度以下の範囲に収まる程度の海水又は水をミキサーに供給し、粉体材料と練り混ぜて混練物を生成する。このとき、混練物は固練りの状態であり、ミキサーにより混合された従来の流動状態のコンクリートとは全く異なる状態にある。
【００１４】
次に、固練り状態の混練物１３を、搬送手段としてのダンプカー１４に積載し、地山１７に囲まれたダム堤体１１の構築現場まで搬送し、このダンプカー１４から施工装置１５の混練物受け口１５ａに降ろす。上記混練物製造プラント１６から施工装置１５までの搬送工程において、混練物１３は固練り状態のまま搬送されるため、該工程で使用される搬送装置には混練物１３がほとんど付着せず、従来のコンクリート用搬送装置と比較すると、搬送装置の掃除を格段に容易に行うことができる。
【００１５】
ここで、施工装置１５は、混練物を施工現場に層状に敷き均した後に、この混練物上から面状に振動を加えて流動状態にすることができるものであれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、車輪により走行可能に構成された本体部１５ｄと、ダンプカー１４から供給される混練物１３を受け取る混練物受け口１５ａと、混練物を施工現場に排出するための排出口１５ｂと、混練物を混練物受け口１５ａから排出口１５ｂまで送るため本体部１５ｄに設けられたフィーダー（図示せず）と、混練物を層状に敷き均して混練物上から面状に振動を加えるために上下動可能に設けられた加振板１５ｃと、この加振板１５ｃに振動を与えるための加振装置（図示せず）とを備えるように構成される。
【００１６】
施工装置１５は、図１の矢印Ｍ方向に走行しながら、排出口１５ｂから混練物１３を施工現場に排出し、加振板１５ｃで混練物を上から押圧しながら層状に敷き均し、混練物に加振板１５ｃから面状の振動を与えて流動状態にし、層状の混練物流動体１２を形成して締め固める。混練物に与える振動は、振動数ほぼ３０００〜５０００ｒｐｍ程度、振幅ほぼ０．５〜２．０ｍｍ程度の振動を概ね３０〜６０秒間程度とする。以上のような振動により、固練り状態の混練物１３は流動状態に変化し、やがて硬化して構築物が構成される。
【００１７】
次に、混練物上から面状に振動を加えた場合の流体化作用を検証するための実験結果について説明する。
石炭灰１２５０ｋｇ／ｍ^３、水３５０ｋｇ／ｍ^３、セメント５０ｋｇ／ｍ^３、石膏２５ｋｇ／ｍ^３を練り混ぜて混練物を生成し、この混練物を直径１２０ｃｍの型枠内に打設し、まき厚５０ｃｍに敷き均した。そして、５５０Ｗの振動モーターを２基取り付けた直径１００ｃｍの鋼板で、混練物上から面状に振動を加えた。
図３は混練物中に設置された間隙水圧計による測定結果であり、間隙水圧計は混練物の層の下端から５ｃｍ、２５ｃｍ、４０ｃｍの高さに設置されている。また図４は加振後７０秒後の各深さにおける間隙水圧の値と比重１．７の液体の静水圧との各グラフである。図３及び図４のグラフから、加振後６０秒程度で水圧が一定値まで上昇し、水は混練物を構成する粒子間に充分に行き渡り、締固め後の層厚４０ｃｍの深さまでは混練物が充分に流体化したものと推定できる。これを確認するため、加振後に型枠を外し、縦に切断して断面を目視した結果、まき厚５０ｃｍの混練物は下端までほぼ均一に流体化して締め固められていた。
【００１８】
さらに、材齢２８日で圧縮強度試験を行ない、その結果を図５（ａ）の表と図５（ｂ）のグラフに示した。
図５（ａ）（ｂ）における実施例は、直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円筒形のコア供試体を上記実験現場で採取し、これを現場養生した後に試験したものであり、比較例は上記実験と同じ混練物を試験室の振動台上で完全に流体化させて採取した同じサイズのコア供試体を水中養生した後に試験したものである。また図５中におけるケース名、１〜６は、使用する石炭灰の種類、固化材の種類の条件が異なるものである。
図５（ａ）（ｂ）の表とグラフからは、本発明の実施例においても、比較例とほぼ同じ圧縮強度が得られることが判った。すなわち、上面から面状に振動を加えて混練物を流体化させる本発明の施工方法を実施すれば、試験室の振動台上で混練物を完全に流体化させたものとほぼ同じ品質の固化体が得られることが判る。
固化盤、堰堤、盛土などの構造物を考慮した場合、まき厚５０ｃｍは実際の工事で採用される程度の層厚であり、上記実験においても、混練物を層厚５０ｃｍ程度に敷き均して施工すれば、良好な品質の固化体が得られることが判ったことから、本発明は短時間で広い範囲に渡る施工が可能であると考えられる。
【００１９】
次に、石膏、消石灰の少なくとも一方をセメントに加えたものを固化材とした場合の有害物質の溶出抑制効果について説明する。
石膏、消石灰の少なくとも一方をセメントに加えてなる固化材と、多量の石炭灰と、最適含水比程度の水とからなる混練物を流体化させて固化体を形成し、環境庁告示４６号「土壌の汚染に係る環境基準」に規定された方法により溶出実験を行なった。調査対象の有害物質は、砒素、セレン、フッ素及びホウ素とした。実験結果から、石膏、消石灰の少なくとも一方をセメントに加えてなる固化材を用いて形成した固化体は、溶出する有害物質が大きく低減することが判った。また、ほぼ同じ圧縮強度を示した固化体では、固化材としてセメントのみを用いた場合よりも、セメントと石膏を用いた場合のほうが、溶出量が小さくなることも判った。これは、セメントと石膏を混入したことにより、有害物質が溶出し難い形状の結晶ができたことが原因であると考えられる。また砒素とフッ素に関しては、固化材として石膏と消石灰を用いたほうが、セメントと石膏を用いた場合よりも、良好な溶出抑制効果が得られた。
実験結果から、低コストで溶出抑制効果があると認められた配合例は、石炭灰１２５０ｋｇ／ｍ^３、高炉セメント５０ｋｇ／ｍ^３、石膏２５ｋｇ／ｍ^３、水３５０ｋｇ／ｍ^３である。４種類の石炭灰に関し、上記配合で固化体を形成して溶出実験を行なった結果、いずれの石炭灰に付いても、有害物質は、上記環境庁告示４６号で定められた基準値を下回るものであった。
セメント、石膏、消石灰からなる固化材と、多量の石炭灰と、最適含水比程度の水とからなる混練物を流体化させて固化体を形成すれば、有害物質の溶出量を低減できて、石炭灰を低コストかつ安全に有効利用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、混練物上から面状に振動を加えて流動状態にすることにより、良好な品質の固化体を得る施工方法であるため、従来のブロック構造体などのプレキャスト部材だけではなく、例えば、ダムの堤体、路盤、べた基礎、人工地盤、盛土、堰堤などの広範囲に及ぶ構造物にも適用可能である。したがって、石炭灰を多量に含む混練物の利用範囲を拡大することができて、石炭灰の有効利用が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様における加振工程を示した簡略図である。
【図２】本発明の一実施態様における各工程の流れを示した簡略図である。
【図３】混練物中に設置された間隙水圧計による測定結果を示すグラフである。
【図４】加振後７０秒後の各深さにおける間隙水圧の値と、比重１．７の液体の静水圧とのグラフである。
【図５】本発明の実施例と比較例とにおいて、混練物を流体化させて形成した固化体の圧縮強度を示す表である。
【符号の説明】
１１ダム堤体（構造物）
１３混練物
１４ダンプカー
１５施工装置
１６混練物製造プラント

Claims

多量の石炭灰と、固化材と、最適含水比程度の水粉体比の水とを含む材料からなる混練物で構造物を構築するための工法であって、所定量の石炭灰及び固化材と、最適含水比程度の水粉体比の水とを練り混ぜて混練物を生成する混練工程と、該混練工程で生成された混練物を搬送手段によって前記構造物の構築現場あるいはその近傍まで搬送する搬送工程と、搬送された前記混練物を前記構造物の構築現場に層状に敷き均した後に、前記混練物上から面状に振動を加えて流動状態にする加振工程とを含む構造物の構築方法。
前記固化材は、セメント、消石灰の少なくとも一方を含むものである請求項１に記載の構造物の構築方法。
前記固化材は、セメント、消石灰の少なくとも一方を含むものに、さらに、石膏を加えたものである請求項１に記載の構造物の構築方法。