JP2005238143A - セメント含有物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セメント固化土壌、コンクリートガラ等のセメント含有物を効率的に処理でき、固結した状態を緩和して物理性を改善し、またｐＨを持続的に低下させて緑化用の土壌等として再生することができる、新規なセメント含有物の処理方法を提供すること。
【解決手段】 セメント固化土壌、コンクリートガラ、又はコンクリート破砕物等のセメント含有物に、炭水化物を含む有機物を混合し、嫌気性発酵により有機酸及び脂肪酸エステルを生成させて前記セメント含有物と反応させることを特徴とする。
有機物としては、キノコを採り終えた菌床（廃菌床）が好適に用いられる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、セメント含有物の処理方法に関する。さらに詳しくは、液状化防止等のためにセメント固化材を混入した土壌（セメント固化土壌）や、コンクリートガラ、コンクリート破砕物等を対象とし、これらを緑化基盤土壌として再生させるためのセメント含有物の処理方法の技術分野に属する。

従来、建築現場や大規模開発地域では、耐震性向上や液状化防止等のため地盤安定化処理を実施することが多い。その際には水酸化カルシウムや炭酸カルシウム等を含むセメント系固化材が施用されている。その結果、これらの地盤は固結してしまい、孔隙がなくなって緑化用としては利用できなくなるという問題があった。また、ｐＨ９〜１１という植物が生育できないような高いｐＨを示すため、そのままの状態で植栽しても植物の生育が阻害されたり枯損したりする等、緑化する際の障害になっていた。

一方、解体工事の現場等で発生するコンクリートガラやコンクリート破砕物の処理も大きな問題となっている。特に、高度成長期に建設された既存建物の解体工事やリニューアル工事が今後大きく増えることが予想され、それに伴いコンクリートガラ量も飛躍的に増加すると見られている。このことから、近年再生コンクリートに関する研究が活発化している。
なお、コンクリートガラは、骨材として再利用する方法が一般的に知られているが、十分な品質の骨材を製造するためには、２次処理、３次処理を必要とし、手間・コスト面で多くの問題があった。

上記のようなセメント含有物のｐＨ調整方法として、（特許文献１）には、セメントコンクリート廃材を破砕中、破砕後、その破砕物を分級した後のうちの少なくとも１つの段階で、堆肥の生成過程で得られる酸性物質と反応させるセメントコンクリート廃材再利用材料の製造方法が開示されている。
この方法は、明細書中の「堆肥の生成過程で得られる物質は、わら・草・動物の排泄物などの廃物を積み重ね腐らせて肥料を作る過程で得られる二酸化炭素、各種有機酸および腐植酸等である」（段落００１３）の記載から明らかなように、好気性発酵が主であるため、アルカリを中和するのに十分な有機酸が十分に生成せず、実際には処理効率が低いという問題があった。
また、セメント含有物に対して有機酸を別途散布することも試みられたが、この方法は一時的なｐＨの下降に留まり、持続的な処理は困難であった。さらに、有機酸を別途施用するのはコストが高いという問題もあった。

さらに、上述の従来技術は、いずれもセメント含有物の高いｐＨに注目し、それを中和することを目的とするものであったが、緑化用として利用するためには、固結したセメント含有物を物理的に軟化させ、土壌の細孔構造の発達を促すことも重要である。しかし、そのような観点から検討された有効な処理方法はなかった。

特開平７−６８２３６号公報（請求項１、段落００１３）

そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、セメント固化土壌、コンクリートガラ等のセメント含有物を効率的に処理でき、固結した状態を緩和して物理性を改善し、またｐＨを持続的に低下させて緑化用の土壌等として再生することができる、新規なセメント含有物の処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のセメント含有物の処理方法は、請求項１として、セメント含有物に、炭水化物を含む有機物を混合し、嫌気性発酵により有機酸及び脂肪酸エステルを生成させて前記セメント含有物と反応させることを特徴とする。

上記手段によれば、有機物に対し環境中に普遍的に存在する微生物が作用して、積極的な嫌気性発酵を経て効率的に有機酸が生成し、同時に脂肪酸エステルが生成する。有機酸はセメント含有物を化学的に腐食するとともにｐＨを低下させる。脂肪酸エステルはセメント中のカルシウムと結合して塩を形成する際に膨張して固結した土壌を膨軟化させる。これらの作用によって物理性および化学性を改善し、緑化用等として利用可能な状態に再生する。

また、請求項２は、請求項１記載の処理方法において、有機物の炭素率（Ｃ／Ｎ比）が２０以上であることを特徴とする。

また、請求項３は、請求項１又は２記載の処理方法において、有機物が、キノコを採り終えた菌床であることを特徴とする。

上記手段によれば、従来大量に廃棄されていたキノコを採り終えた菌床（以下、廃菌床ということがある）が有効に利用される。また廃菌床は、炭素率が高く、菌類の酵素によって木材中のヘミセルロース、リグニンが分解された状態であるので、嫌気性発酵がより効率的に進行する。

また、請求項４は、請求項１〜３のいずれか記載の処理方法において、セメント含有物と有機物との混合体の上下に保水剤による不透水層を設け、過湿状態を保って嫌気性発酵を促進することを特徴とする。

上記手段によれば、膨潤した保水剤層が不透水層を形成し、これによってセメント含有物が過湿かつ通気を遮断された状態に置かれることにより、嫌気性発酵が効率的に進行する。また、発酵により生成した有機酸等が保水剤層によって領域内に閉じ込められ、外部に流出しないため、効果がより持続する。

さらに、請求項５は、請求項１〜４のいずれか記載の処理方法において、セメント含有物が、セメント固化土壌、コンクリートガラの混合土壌、又はコンクリート破砕物であることを特徴とする。

上記手段によれば、特に対象とするセメント含有物の種類が特定される。
なお、セメント固化土壌とは、土にセメントやセメント系固化材を添加混合したものをいい、セメント改良土、セメント系固化処理土とも呼ばれるものである。また、コンクリートガラとは、例えば解体現場等で発生する直径１０〜３００ｍｍ程度のコンクリート塊をいう。

本発明の処理方法によれば、セメント固化土壌等のセメント含有物に、炭水化物を多く含む有機物を混合し、保水剤で空気を遮断する等して積極的に嫌気性発酵を起こさせるので、セメント含有物が効率的に腐食、膨軟化し、かつｐＨが持続的に低下して緑化用の土壌として再生することが可能となる。
特に、有機物として廃菌床を用いた場合には、炭素率が高く、リグニン等が既に分解されていること等に起因して、有機酸等を効率的に生成させることができる。また、廃棄物の有効利用ともなり、環境保全に資するものである。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセメント含有物の処理方法は、セメント含有物に、炭水化物を多く含む有機物を混合し、嫌気性発酵により有機酸及び脂肪酸エステル等を生成させ、それらとセメント含有物とを反応させることを特徴とする。対象となるセメント含有物としては、セメント系固化材等により固結したセメント固化土壌、コンクリートガラの混合土壌、コンクリート破砕物等が適用可能である。

炭水化物は液化・加水分解されて単糖や高級脂肪酸となり、嫌気性発酵によって酢酸、プロピオン酸、ギ酸等の有機酸を生成する。具体的には、例えばグルコースを出発物質とする場合には、次の（化１）及び（化２）のような発酵が進む。また、それと同時に脂肪酸エステルも生成する。この生成反応は一様ではないが、一つには菌の増殖、死滅に伴い、細胞膜のリン脂質に起因して起こっていると考えられる。これら有機酸・脂肪酸エステル等が、セメント含有物に作用し、セメント含有物を腐食、膨軟化させる。そのメカニズムは、セメント固化土壌やコンクリート中で結合材の役割を担っている水酸化カルシウム等のセメント水和物に有機酸が反応してこれを分解し、また、脂肪酸エステルがセメント中のカルシウムと結合して塩を形成する際に、膨張して固結した土壌を膨軟化させるためと考えられる。また、有機酸は嫌気性発酵により持続的に生成するため、セメント含有物のｐＨを低下させ、緑化に耐える状態まで中和することができる。

有機物から酢酸等の有機酸もしくは脂肪酸エステルへの生成反応に関与する微生物は、酸生成菌と呼ばれている微生物集団であり、環境中に一般的に存在する細菌である。具体的には、クロストリジウム（Clostridium）、バシラス（Bacillus）、シュードモナス（Pseudomonas）、スタフィロコッカス（Staphylococcus）、エシェリヒア（Escherichia）等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

セメント含有物に混合する有機物としては、炭水化物を含むものであれば適宜選択して用いることができる。具体的には、オガクズ、野菜クズ、剪定クズ等を挙げることができる。ただし、条件によっては、オガクズや剪定クズ等の木質材料はリグニンなどの難分解性物質の存在により発酵が進みにくい場合があるので留意する。なお、これらは、いずれか一種を用いることができるし、二種以上を併用しても良い。また、上記有機物の中でも、炭素率（Ｃ／Ｎ比）が２０以上、就中４０以上のものが好ましい。炭素率が２０未満であると、アンモニアが優位に生成し、有機酸等の生成効率が低下するため好ましくない。

また、上記の有機物の中でも、キノコを採り終えた菌床（廃菌床）が特に好適に用いられる。廃菌床は、広葉樹オガコ、針葉樹オガコ、廃ホダオガコ、ビール粕等を基材とし、栄養添加物としてフスマ、コーンブラン、乾燥オカラ等を混合した培地に対して、マイタケ菌等の各種キノコ菌を接種し、成長したキノコの子実体を採取した後の菌床である。この菌床は、炭素率が高く（２０以上）、また培地中の分解されにくい組織であるヘミセルロース、リグニン等が分解されているため、嫌気性発酵をより効率的に起こすことができる。また、廃菌床は、従来は一日に数百トン排出され、その処理が問題となっていたが、本発明によりその有効利用を図ることができる。

嫌気性発酵を積極的に起こすには、適宜手段により行うことができる。具体的には、セメント含有物をビニールシート等で被覆して空気を遮断する方法、セメント含有物を水に浸す方法、定期的に水を散布して過湿状態を維持する方法等を挙げることができる。

また、セメント含有物と有機物との混合体の上下に膨潤した保水剤による不透水層を設け、過湿状態を保つことによって嫌気性発酵を促すことができる。これにより、セメント含有物が常に過湿状態に置かれ、空気と遮断されて還元状態となるため、嫌気性発酵をより効率的に行うことができる。また、嫌気性発酵により生成した有機酸等が、保水剤層によって遮断され外部へ流出しないため、セメント含有物と反応する領域内における有機酸等の濃度を高く維持することができ、効果をより持続させることができる。保水剤としては、特に限定されるものではなく、でんぷん系、セルロース系、ポリアクリル酸系、ポバール系、ポリオキシエチレン系の高吸水性ポリマー、及びポリエステル等の通常のポリマー材料にグリコール、水溶性無機物、でんぷん等の吸水性材料を多量に添加した複合材料等を挙げることができる。なお、処理後の保水剤は、そのまま土壌と混合して土中に分散させれば、土壌保水性を向上させる資材としての役割を担わせることができる。

その他の発酵条件は場合に応じて適宜設定することができる。例えば、有機物の混合量は、セメント含有物の種類にもよるが、セメント含有物のセメント分に対し２０〜５０ｖｏｌ％程度とすることが好ましい。

また、セメント固化土壌のｐＨが非常に高い場合、初期条件を整えて発酵を進みやすくするために、上記の有機物に加えて、さらにｐＨ調整剤を添加することができる。ｐＨ調整剤は、セメント含有物のｐＨを低下させ、より嫌気性発酵に適した状態に改質するものであり、具体例としては、リン酸液等の中和剤等を挙げることができる。
さらに、有機物のＣ／Ｎ比が高すぎて発酵速度が遅くなると予想される場合には、汚泥コンポスト等の即効性窒素を用いてＣ／Ｎ比を調整することができる。これらは、微生物の栄養源となって嫌気性発酵を早めることができるが、過剰に加えると、有機酸を生成する発酵が阻害されて逆に処理効率が低下するため、Ｃ／Ｎ比が２０以下にならないようにする。

また、反応後のセメント含有物の電気伝導度が高い場合（１．０ｄＳ／ｍ以上）、水でリーチング処理し、緑化に適した土壌とすることができる。

なお、上記のリーチング処理により、生成した有機酸が一部流出してしまい、ｐＨが上昇する場合がある。このような場合には、上述のｐＨ調整剤を加え、ｐＨを調整することで緑化基盤土壌に適した状態とすることができる。

本発明により処理されたセメント含有物は、膨軟化し、孔隙を持った柔らかい構造であるとともに、ｐＨが高くないため、緑化用等の基盤として好適に再利用することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１）
まず、図１に示すような土壌のモデルカラムを作製した。このカラムは直径８．３ｃｍ、高さ１５．０ｃｍであり、高さ５．０ｃｍの塩ビ管を３層に重ねて防水テープで固定したものである。底は蓋がしてあって水は通らないようになっている。各層の中心には直径１２ｍｍの孔（ａ、ｂ、ｃ）を形成し、土壌のｐＨや酸化還元電位を測定するセンサー挿入のために用いた。また、最下層と下から２層目の下端付近には排水口（ｍ、ｎ）を設け、その排水口の先にはチューブを接続し、図示しないコックによって排水口を開閉することによって滞水層の水位を調節できるようにした。

カラム中でのセメント固化土壌の物理的変化を調べるために、定形のセメント固化土壌を作成してテストピースとし、カラム中に埋設することとした。テストピースの作成法は、土壌に湿り気を与え、セメント系固化材を混合してから定形の型に充填し、型を外して風乾させるというものである。このテストピースは円柱状で、直径２０ｍｍ、高さ１６ｍｍとした。

次に、モデルカラムの各層内に、実施例に応じて下記の有機物を所定量含む土壌をそれぞれ充填し、その中心にテストピースを５個ずつ埋設した。これに水分を加えて、排水口ｎを閉じ、排水口ｍを開放することによって最下層が滞水層になるよう調整した。これを３０℃恒温条件でインキュベートした。
そして、所定期間経過時のテストピースの硬度を木屋式硬度計によって測定した。その結果を図２〜１６に示す。なお、測定は５個のテストピースの各々について行い、各測定値を示した。
測定の結果、ｐＨ調整剤のみの比較例１に比べて、実施例１〜４では、いずれも嫌気性発酵が起こっていると思われる滞水層である下層において硬度の大きな低下が見られた。特に、廃菌床を用いた実施例１の効果は顕著であった。

＜有機物の種類＞
（実施例１） 廃菌床４０重量％
（実施例２） 廃菌床４０重量％、ｐＨ調整剤
（実施例３） 野菜クズ４０重量％、ｐＨ調整剤
（実施例４） 廃菌床４０重量％、汚泥コンポスト、ｐＨ調整剤
（比較例１） ｐＨ調整剤

実施例におけるモデルカラムの構造を示す図である。 実施例１の上層における硬度変化を示すグラフである。 実施例１の中層における硬度変化を示すグラフである。 実施例１の下層における硬度変化を示すグラフである。 実施例２の上層における硬度変化を示すグラフである。 実施例２の中層における硬度変化を示すグラフである。 実施例２の下層における硬度変化を示すグラフである。 実施例３の上層における硬度変化を示すグラフである。 実施例３の中層における硬度変化を示すグラフである。 実施例３の下層における硬度変化を示すグラフである。 実施例４の上層における硬度変化を示すグラフである。 実施例４の中層における硬度変化を示すグラフである。 実施例４の下層における硬度変化を示すグラフである。 比較例１の上層における硬度変化を示すグラフである。 比較例１の中層における硬度変化を示すグラフである。 比較例１の下層における硬度変化を示すグラフである。

符号の説明

ａ〜ｃ 取出口
ｍ、ｎ 排水口

Claims (5)

1. セメント含有物に、炭水化物を含む有機物を混合し、嫌気性発酵により有機酸及び脂肪酸エステルを生成させて前記セメント含有物と反応させることを特徴とするセメント含有物の処理方法。
2. 請求項１記載の処理方法において、有機物の炭素率（Ｃ／Ｎ比）が２０以上であることを特徴とするセメント含有物の処理方法。
3. 請求項１又は２記載の処理方法において、有機物が、キノコを採り終えた菌床であることを特徴とするセメント含有物の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか記載の処理方法において、セメント含有物と有機物との混合体の上下に保水剤による不透水層を設け、過湿状態を保って嫌気性発酵を促進することを特徴とするセメント含有物の処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれか記載の処理方法において、セメント含有物が、セメント固化土壌、コンクリートガラの混合土壌、又はコンクリート破砕物であることを特徴とするセメント含有物の処理方法。

Images