JP2005320190A

JP2005320190A - セメント

Info

Publication number: JP2005320190A
Application number: JP2004138313A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hosooka; 敏夫細岡; Masami Tsunekawa; 昌美恒川; Toyoharu Nawa; 豊春名和; Satoru Sasaki; 覚佐々木; Hidero Shimamura; ▲ひで▼郎嶋村
Original assignee: HOSOOKA BIO HIGHTECH KENKYUSHO; HOSOOKA BIO HIGHTECH KENKYUSHO KK
Current assignee: HOSOOKA BIO HIGHTECH KENKYUSHO; HOSOOKA BIO HIGHTECH KENKYUSHO KK
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】本発明は、土木工事の主材料に対して、従来より安価で、且つ大量に配合でき、圧縮強さの低いセメントを提供することを目的としている。
【解決手段】貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物：３０〜６０質量％及びフライアッシュ：７０〜４０質量％を粉砕、混合し、圧縮強さが５〜２０Ｎ／ｍｍ²を呈するセメントである。この場合、さらに、貝殻類以外の石灰含有物質、珪素含有物質及び石膏から選ばれた１種又は２種以上を添加しても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントに係わり、特に、土壌改良材、人工埋立材、盛土材、路床材、路盤材、法面補強材等に混合し、それらを固化するのに有効な比較的低強度のセメント（以下、ソフトセメントと称する）に関する。

近年、建物、道路、橋梁、護岸等の工事を行うため、大量のコンクリートが消費される。そして、建造物の強化の見地からコンクリートの製造には、一般に、コンクリートの強度を高めるため、固化材として添加するセメント自体の結合力（強度ともいう）が高いことが望ましい。

現在、日本工業規格で規定されているセメントには、ポルトランドセメント（ＪＩＳＲ５２１０参照）、高炉セメント（ＪＩＳＲ５２１１参照）、シリカセメント（ＪＩＳＲ５２１２参照）、フライアッシュセメント（ＪＩＳＲ５２１３参照）及びエコセメント（ＪＩＳＲ５２１４参照）の５種類ある。このうち、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥を主原料とするエコー・セメントを除くと、いずれのセメントも石灰質物質及び粘土質物質を加熱、溶融して形成したクリンカー（主成分：ＣａＯ及びＳｉＯ₂）に、石膏（主成分：ＣａＳＯ₄）を混合すると共に、高炉スラグ、シリカ質原料、フライアッシュを適宜添加して製造されている。これらのセメントは、強さ（ＪＩＳＲ５２０１に規定）が弱いものでも３２.５Ｎ／ｍｍ²以上とかなり高い。

一方、土木工事には、前記コンクリートを利用するものに限られず、傾斜地を切り通した道路の側壁（法面）や砕石場跡の急斜面での土砂崩れ防止工事、平坦地の道路の路床工事、路盤工事、あるいは駐車場、公園、野球場、サッカー場等のスポーツ広場の表層工事や緑化材、埋立地の埋立工事ばかりでなく、田畑の土壌改良工事もある。これらの工事では、前記コンクリートに代え、固化材（セメント等）を添加した土砂が主原料となる。

特に、生活環境について一段と厳しい要求が高まっている最近では、工事跡の道路、広場等をこれまでよりも透水性及び保水性に優れたものにすることが望まれている。また、都会では、駐車場のように、植栽性よりもむしろ耐摩耗性が大きいことが望ましい場所もある。そのような場所は、植栽性がなくても自動車等の利用で削れて粉塵を発生せず、且つ通気性、透水性、保水性、耐浸食性及び熱伝導性に優れた土木用材料で形成されているのが良いとされている。さらに、大気中のＣＯ₂増加に起因する温暖化や、都市部におけるヒートアイランド現象（都市は、コンクリート、アスファルト等の土木用材料で構成されているので、特に夏季には、熱がこもり一つの高温な島のようになってしまうことをいう）の抑制がクローズアップされている。そのため、少々対策に費用がかかっても、ビルディングの屋上を緑化したり、また、傾斜地を切り通した道路の側壁（法面）の下部（法面に沿った２ｍ程度）は、従来は植栽性があることが望まれていた。しかし、最近は、草刈作業の手間を省いたり、植物が交通の邪魔にならない、あるいは山火事等の予防の観点から、非植栽性であるのが良いと言われており、さらに、その部分は、コンクリートを利用したのでは、美観上好ましくないので、周囲環境にマッチした色彩になっていることが望まれている。

そこで、本出願人は、先に、土木工事の対象（又は用途）に応じて、優れた耐浸食性及び/又は植栽性を発揮するばかりでなく、都市部におけるヒートアイランド現象の抑制や周囲にマッチした環境形成に有効な舗装材及びその製造方法を提供した。それは、「セメント０．５〜１０．０重量％と、０．１ｍｍ以下の微粉末を５０重量％以上含有する骨材粉末９０．０〜９９．５重量％とからなるセメント混合骨材粉末１００重量％に対し、水を２０〜４０重量％含有してなる」舗装用材料である。また、その製造方法としては、「混練機で混練した上記舗装用材料を２〜３日養生した後、少なくとも１回以上横持ちして該舗装用材料の固まりをほぐし、再度養生する」ものであった（特許文献１参照）。また、この舗装用材料をさらに改良、発展させた土木用材料も提案している（特許文献２参照）。これらの材料（発明者は、ホソライトと称しているので、以下ホソライトと記す）で施工した地盤は従来に比較して、優れた透水性、保水性、耐浸食性及び/又は植栽性を発揮するばかりでなく、都市部におけるヒートアイランド現象の抑制や周囲にマッチした環境形成に有効であることが実証されつつある。

ところで、そのような地盤は、必ずしもコンクリートのように強固でなくても良く、強度は落ちても、むしろ透水性、保水性、耐浸食性及び/又は植栽性に優れていることが望ましい。その観点に立つと、上記従来技術による舗装用材料あるいは土木用材料は、強度が大き過ぎる場合もある。その原因は、固化材として添加するセメントの強さが前記したように高いため、施工体（これらを混合した地盤）の強度が必要以上に高まると考えられる。また、該強度を低めるため、セメントの配合量を少なくすると、セメントが均一に分散できるには少なく、これを混合した地盤の強度に位置に応じて偏りが生じてしまうという別の問題が発生する。従って、これらの問題を解消するには、従来より大量に配合でき、且つ圧縮強度の低い固化材の実現が熱望される。なお、従来より大量に配合する都合上、該セメントは従来より安価であると一層良い。
特許第３０８０２８８号公報特願２００２−１３８２１５の明細書特開昭５４−３９４３４号公報特開平７−１６５４４６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、土木工事の主材料に対して、従来より安価で、且つ大量に配合でき、強度が低く、セメントの製造時にＣＯ₂の大気放出がないセメントを提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため、従来のセメントを見直した。そして、その主原料たる石灰質物質に貝殻類を採用すると共に、未焼成でクリンカーを形成せずに利用すれば良いことを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物：３０〜６０質量％及びフライアッシュ：７０〜４０質量％を粉砕、混合し、圧縮強さが５〜２０Ｎ／ｍｍ²であることを特徴とするセメントである。この場合、さらに、貝殻類以外の石灰含有物質、珪素含有物質及び石膏から選ばれた１種又は２種以上を添加しても良い。

本発明に係るソフトセメントを土壌改良材、人工埋立材、盛土材、路床材、路盤材、法面補強材等の固化材として用いると、傾斜地に切り通した道路の側壁や砕石場の土砂崩れが防止できるばかりでなく、都市部におけるヒートアイランド現象の抑制や周囲にマッチした環境形成ができるようになる。また、従来は主に焼却処理され、有効な用途の無かった貝殻類を焼成せずに大量に利用するので、得られるセメントは従来より安価であるばかりでなく、省エネ、省資源等、環境問題の解消にも効果がある。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、セメントの主原料となる石灰質物質として貝殻類（類としたのは、カキ殻、ミール貝殻も含め、広い意味での貝殻の意味である）に着目した。着目した理由は、東北・北海道だけで年間２０万トン以上発生し、その処理が今後の社会問題（貝肉が完全に除去されていないと、堆積中に腐敗し臭気が発生したり、ハエが集る源になり、周辺からクレームがつく等）になりつつあるからである。

現在、この貝殻類は、破砕して、海底のヘドロの腐敗で生成する酢酸の中和剤、燐を含有する排水の濾過材、燐除去材等に再利用したり、養鶏用飼料、土壌改良剤、アスファルトの砕石代用、貝細工品等に利用されている。また、その組成がＣａＣＯ₃であるので、セメントの製造時に石灰石を焼成しクリンカとする際に、貝殻を投入処理することも行われている（例えば、特許文献３及び４参照）。

ところが、貝殻類を破砕しただけで海に投入すると、かえって水質汚染という別の問題を起こす。養鶏用飼料として利用するには、残っている貝肉が腐っていないことが必要であるし、土壌改良剤としては石灰より効果が小さく、アスファルトの砕石の代用としては強度が弱い。また、セメントのクリンカーには、塩素が禁物で少量しか使えないという問題がある。

そこで、発明者は、貝殻類をセメントの石灰質物質に利用するには、貝肉等の有機物及び塩分の除去を事前に行うことにし、その手段を種々検討した。その結果、粉砕、篩い分け等の物理的除去、細菌を利用した化学的除去により、それらの分離に成功し、分離後の主として無機物質からなる残留物をセメントの石灰質物質として大量利用できると確信した。

次に、発明者は、圧縮強さが５〜２０Ｎ／ｍｍ²程度のセメントにするには、前記残留物にどのような物質を配合したら良いか研究を重ね、固化に有効なポゾラン反応を示すフライアッシュが適していることを見出した。つまり、貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物の３０〜６０質量％とフライアッシュの７０〜４０質量％とを、従来のセメントのように焼成（クリンカーと）せずに、単に粉砕、混合するようにした。ここで、セメントの目標強度を５〜２０Ｎ／ｍｍ²としたのは、５Ｎ／ｍｍ²未満では、土壌改良材、人工埋立材、盛土材、路床材、路盤材、法面補強材等の固化材として用いる際に、該セメントの使用量があまりにも多くなり、コスト的に不利であり、２０Ｎ／ｍｍ²超えでは現在のセメント強度に相当し、強さが過剰で土壌改良材、人工埋立材、盛土材、路床材、路盤材、法面補強材等の固化材として好ましくないからである。従って、前記の貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物：３０〜６０質量％及びフライアッシュ：７０〜４０質量％という数値の上下限は、本発明に係るセメントの目標強度を達成するための実験により定めた値である。

そして、このような本発明に係るソフトセメントを、実際に土壌改良材、人工埋立材、盛土材、路床材、路盤材、法面補強材等の主原料に水を加えてから固化材として利用したところ、得られた固化体の強度は従来より低下し、また位置による強度の偏りがないことが確認されたので、該ソフトセメントを本発明としたのである。

また、本発明では、貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物の３０〜６０質量％及びフライアッシュの７０〜４０質量％に、従来よりセメントの原料として利用されている貝柄類以外の石灰質物質、珪素含有物質及び石膏から選ばれた１種又は２種以上を添加してもかまわない。その方が、固化体の用途として有効なことがあるからである。なお、その石灰質物質としては、石灰石、消石灰等が、珪素含有物質としては、高炉水砕スラグ（製鉄滓）、珪砂、粘土等が利用できる。

このような本発明に係るソフトセメントを製造するには、例えば図１に示すような工程を経れば良い。なお、図１の工程で利用する分離機、脱水機、乾燥機及び混合機は、いずれも周知のもので十分である。また、本発明では、セメントの強度は、ＪＩＳＲ５２０１により圧縮強さを測定し、該セメントを固化材として使用する土壌改良、人工埋立、盛土、路床、路盤、法面補強材等の土木工事で形成した固化体の発現強度は、水和養生した円柱状試験片（高さ：１５０ｍｍ、直径５０ｍｍφ）をＪＩＳのコンクリート試験方法（ＪＩＳＡ１１０８）に準じて圧縮強さを測定した。さらに、土木工事で形成した固化体の位置によるそれら強度の偏りは、図２に示すように、施工面積全体を多数の領域に区分けし、各領域（英字記号）より前記円柱状試料をボーリング等で採取することで調査する。なお、上記固化体の発現強さは、測定の頻度や迅速性を配慮すると、上記円柱状試験片（高さ：１５０ｍｍ、直径５０ｍｍφ）の圧縮強さに代え、従来より土壌の強さを表すのに用いられている「土壌硬度」で代用をしても良い。

その土壌硬度の測定は、固化体の表面に対して鋼製コーン（円錐圧子）を一定速度で圧入し、その抵抗値（せん断抵抗）を求めるものである。具体的には、図３に示すように、固化体の試料１及び鋼製コーン２を材料試験機にセットし、０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で該コーン２を試料１に圧入し、ロードセル３の出力をストレインアンプ４で増幅してペンレコーダ５に記録する。本発明では、固化体の試料１の表面に対して頂角９０°の上記コーン２を深さ５．０ｍｍまで圧入した際の最大抵抗値Ｒ（τ、ρ）を次式で求め、圧縮強さの代用とする。

Ｒ（τ、ρ）＝Ｆ／［π（ｄｔａｎ（θ／２））²］
ここで、Ｆ：圧入荷重、ｄ：圧入深さ、θ：コーン頂角
この最大抵抗値Ｒ（τ、ρ）が圧縮強さＳｃの代用になることは、両者間には比例関係が成立するからである。

次に、上記した本発明に係るソフトセメントを利用する土木工事の施工方法は、例えば、以下のように行われる。まず、本発明に係るソフトセメントと、現場又は他所よりの搬入で準備した骨材とを混合し、水を加えて８〜４８時間養生する。その後、ある程度硬化した固まりを、人力又は機械を用いてほぐす。そして、養生場所と施工場所が異なる場合には、目的とする施工場所に移動し、散布（流し込み）及び適切な圧下を行ってから、放置して再度養生する。その結果、最初の養生時間及び施工場所での圧下の度合いを適切に調整することで、所望の発現強さで固化体が得られる。ここで、最初の養生時間を８〜４８時間としたのは、８時間未満では、硬化不足であり、４８時間超えでは現地に運搬、施工の後、発現強さが小さくなって不都合だからである。
また、圧下の程度については、使用するソフトセメントや骨材の種類及び量、外掛けする水分量に依存するので、予め小規模な試験を行い定めておくことになる。なお、この場合、混合にはアイリッヒミキサ、搬送にはダンプトラック、圧下には、ブルトーザーが好適に利用できる。

（実施例１）敷地面積が４８ｍ²の駐車場を、本発明に係るソフトセメントを混合した土木用材料で施工した。その際、まず地盤を浅く掘削（深さ０．５ｍ）して地ならしを行い、その上にソフトセメント８質量％と粒度０．１ｍｍ以下の微粉末を５５質量％含む骨材との混合物に水を外掛けで２５質量％加えて攪拌し、３６時間養生した土木用材料をロードローラで圧密した。混合、水添加は、アイリッヒミキサで行った。なお、この場合のソフトセメントは、貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物の５０質量％とフライアッシュ５０質量％とを、単に粉砕、混合したものであり、その圧縮強さは、１５Ｎ／ｍｍ²であった。

施工結果は、２１日養生後に施工地盤の円柱試料をサンプリングし、その発現強さを前記した土壌硬度を測定することで評価した。サンプリング位置は、４８ｍ²の敷地を１２等分して、各領域から１個の円柱試料を採取している。全体平均値は、１．５２Ｎ／ｍｍ²で、標準偏差は０．１２Ｎ／ｍｍ²と小さく、全体がほぼ均一した状態であったので、十分に駐車場として利用できることが明らかである。また、ヒートアイランド現象の抑制に必要な透水性及び保水性を調べるため、透水試験を行った。その結果、透水速度は５×１０^-6ｃｍ／ｓｅｃと植栽性を犠牲にしたにもかかわらず、透水性及び保水性も十分に認められた。
（比較例１）実施例１と同様に、敷地面積が４８ｍ²の駐車場を、従来のポルトランドセメントを固化材に利用した土木用材料で施工した。その際、まず地盤を浅く掘削（深さ０．５ｍ）して地ならしを行い、その上にポルトランドセメント４質量％と粒度０．１ｍｍ以下の微粉末を５５質量％含む骨材との混合物に水を外掛けで２５質量％加えて攪拌し、３６時間養生した土木用材料をロードローラで圧密した。混合、水添加は、アイリッヒミキサで行った。なお、この場合のポルトランドセメントには、圧縮強さが、４０Ｎ／ｍｍ²を呈するものを利用した。

施工結果は、２１日養生後に施工地盤の円柱試料をサンプリングし、その発現強さを前記した土壌硬度を測定することで評価した。サンプリング位置は、４８ｍ²の敷地を９等分して、各領域から１個の円柱試料を採取している。全体平均値は、１．５９Ｎ／ｍｍ²と強度としては満足できたが、標準偏差は０．１８Ｎ／ｍｍ²と大きく、全体に不均一な部分があった。また、ヒートアイランド現象の抑制に必要な透水性及び保水性を調べるため、透水試験を行った。その結果、透水速度は５×１０^-6ｃｍ／ｓｅｃと植栽性を犠牲にしたにもかかわらず、透水性及び保水性も十分に認められた。

本発明に係るソフトセメントの製造工程を示すフロー図である。施工工事地盤からの円柱試料のサンプリング位置を説明する平面図である。施工地盤の土壌硬度を測定する方法を示す図である。

符号の説明

１試料
２鋼製コーン
３ロードセル
４ストレインアンプ
５ペンレコーダ
６試験機のパネル

Claims

貝殻類を粉砕して有機物を分離した残留物：３０〜６０質量％及びフライアッシュ：７０〜４０質量％を粉砕、混合し、圧縮強さが５〜２０Ｎ／ｍｍ²であることを特徴とするセメント。
さらに、貝殻類以外の石灰含有物質、珪素含有物質及び石膏から選ばれた１種又は２種以上を添加してなることを特徴とする請求項１記載のセメント。