JP2006000721A - 土木建築用資材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、リサイクル資材中に含まれる化学物質のうち、とくに硫黄やセレンの溶出防止に着目し、これらの物質の溶出を完全に防止できるか、無害と言える程度に抑制するための方法を開発することによって、路盤材などとして使用しても安全な土木建築用資材の製造方法を提案すること。
【解決手段】
各種化学成分を含むリサイクル資材１００質量部に対し、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質を１〜１００質量部（外数）の割合で添加することを特徴とする土木建築用資材の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、産業活動で発生する各種副生物の如きリサイクル資材を、土木建築用資材（路盤材、地盤改良材等）として用いる場合に、施工後に地下水や風雨等に曝されることによる周辺環境に及ぼす影響の少ない資材にするための土木建築用資材の製造方法に関する。

近年、地球環境の保全意識の高まりから、各種産業副産物（廃棄物）の有効利用、すなわちこれらをリサイクル資材として再利用することが検討されている。このような背景の下で、火力発電所などで発生する石炭灰もまたそのリサイクル資材の代表例であり、これらのさらなる有効利用への道が模索されている。そして、その有効利用の一つとして、石炭灰は、路盤材や地盤改良材のような土木建築用資材の一部としての再利用が検討されてきた。ここで、路盤材とは、路床の上に設けられた路盤からの荷重を分散させ路床に伝える役割をもつ部分に使用される材料のことであり、地盤改良材とは、軟弱地盤の改良のために使用される材料のことである。

しかし、土木建築用資材は、常に風雨に曝される環境において使用されるものであり、その周囲には常に水分が存在する。従って、前記リサイクル資材を利用したこれらの土木建築用資材が水分と接した場合に、もし、これらの土木建築用資材から有害な化学物質が溶出し、この溶出した化学物質が周辺環境に影響を及ぼすことがあったとしたら、それらは大きな社会問題となる。従って、リサイクル資材を使用する土木建築用資材を路盤材等として使う場合、上述した化学物質が溶出しないように処理することが必要である。
なお、上記土木建築用資材から溶出する可能性のある化学物質のうち、周辺環境に影響を及ぼすかもしれないものとしては、カドミウム（Ｃｄ）や水銀（Ｈｇ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）などが代表的なものである。

上記化学物質のうち、クロムは、高濃度排水としてメッキ工場排水や皮なめし工場の排水中に高濃度に含まれている他、生コン工場やコンクリート二次製品工場、ダム工事現場、トンネル工事現場などのセメントを使用する現場などから出る排水中にも低・中濃度程度含有している場合がある。また、特殊な例では、工場跡地等に高濃度に含まれている他、そこから地下水に浸入していたりする場合もある。

従来、こうしたクロムの溶出を防止する技術として、上記土木建築用資材からの６価クロムの溶出を防止する技術として各種の方法が提案されている。例えば、こうした技術の一つとして、高炉スラグ溶出水中の還元性の硫黄（Ｓ^2-、Ｓ⁰、Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）によって、クロム酸化合物含有物質中の６価クロムを還元し完全に安定化することで、その溶出を防止する技術があった（特許文献１）。
特開平１１−１０４６９９号公報

近年、地球環境問題や生活環境の保護に対する意識が益々高まり、環境を汚染する可能性のある化学物質の排出規制が厳しくなってきている。たとえば、環境基本法では、人の健康の保護及び生活環境の保全のうえで望ましい基準として、終局的に、土壌をどの程度に保っていくのかという目標、すなわち環境基準を規定している。そのうち、水質汚濁に係る環境基準では、人の健康に関する項目として、６価クロム以外にもカドミウム、シアン、鉛、砒素、総水銀、アルキル水銀、ＰＣＢ、セレンの他、１５項目が挙げられている。したがって、６価クロム以外の上記重金属等の化学物質についても、その排出を抑制することが強く求められている。

そこで、本発明の目的は、上記リサイクル資材中に含まれる可能性のある上掲の化学物質のうち、とくに硫黄（以下、単にＳと書く）やセレン（以下、単にＳｅと書く）の溶出防止に着目し、これらの物質の溶出を完全に防止できるか、無害と言える程度のごく少量のものに抑制するための方法を開発することによって、路盤材などとして使用しても安全な土木建築用資材を製造する方法を提案することにある。

従来技術が抱えている上述した課題の解決に向けて鋭意研究した結果、発明者らは、下記要旨構成にかかる本発明を開発するに到った。即ち、本発明は、各種の化学成分を含むリサイクル資材１００質量部に対し、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質を１〜１００質量部（外数）の割合で添加することにより、自然環境下において無害なリサイクル資材にする土木建築用資材の製造方法である。

本発明において、前記化学成分とは、ＳまたはＳｅであり、前記リサイクル資材とは、石炭灰であり、Ｃａイオンを溶出する前記物質とは、Ca(OH)₂、鉄鋼スラグ、普通ポルトランドセメント、アルミナセメントおよび廃コンクリートのうちのいずれか１種以上であり、そのＣａイオンを溶出する前記物質とは、粒径が２mm以下のものが、リサイクル資材のうちの２mm以下の粒径を有するものの質量に対して、１〜１００質量部含有するものでもよい。

本発明によれば、リサイクル資材に対して、水の存在下においてＣａイオンを溶出する物質を添加することにより、各種重金属等の化学物質の溶出を完全に防止できるか、無害と言える程度のごく少量のものに抑制することができる土木建築用資材を提供することが可能になる。
従って、本発明によれば、石炭灰の如きリサイクル資材を、路盤材や土壌改良材等の土木建築用資材として、安全に利用できる形態のものにすることができる。

上述したリサイクル資材中に含まれる重金属等の化学物質は、一般に、Ｃａ化合物として、あるいはＣａ化合物として生成した後に分解した化学物質（以下、「Ｃａ化合物等」という）として存在しているのが普通である。そして、このようなリサイクル資材を土木建築用資材として用いた場合には、Ｃａイオンが前記Ｃａ化合物等とともに溶出することが考えられる。

土木建築用資材の結晶粒界や気孔表面には、ＳやＳｅ等のような化学物質が、Ｃａ化合物等として微量に分布している場合もある。なお、これらの化学物質はもともと、土木建築用資材中に微量にしか含まれていないため、一般には、これらの物質が単独で周辺に溶出していくというようなことは少なく、該土木建築用資材中のＣａイオンとともに、溶出していくことが多い。即ち、前記化学物質は、この資材が水と接触したときに、結晶粒界やクラックを伝わって該資材の外表面にまでＣａイオンとともに拡散しながら、外部に溶出していくものと考えられる。

一般に、物質Ａの濃度が高い水と、物質Ａの濃度が低い水とが接した場合、物質Ａは、濃度の高い水から濃度の低い水へと濃度勾配を無くす方向に移動することが知られている。本発明は、この原理を応用したものであり、土木建築用資材と接触する外部の水のＣａイオン濃度を、土木建築用資材の結晶粒界および開気孔内の水のＣａイオン濃度よりも高くすることによって、結晶粒界および開気孔表面から土木建築用資材外部へのＣａイオンの溶出、ひいてはそのＣａイオンとともに溶出する化学物質の溶出を防止するようにしたのである。即ち、土木建築用資材が水と接触したとしても、その中に含まれるＳやＳｅ等のような微量の有害物質を土木建築用資材の中に封じ込めようという思想である。

本発明は正に、リサイクル資材から製造される土木建築用資材中に含まれる可能性のあるＳやＳｅ等のような微量の化学物質が溶出する場合に、これを有効に防止する方法として、前記リサイクル資材１００質量部に対して、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質を１〜１００質量部（外数）添加した土木建築用資材を用いることにしたのである。それは、Ｃａイオンを溶出する物質の添加量が１質量部未満では、土木建築用資材の周囲に存在する水中のＣａイオンの濃度が十分ではないため、土木建築用資材の中にＣａ化合物等を封じ込めることができないからである。一方１００質量部超では、それ以上加えても、土木建築用資材の中にＣａ化合物等を封じ込める効果に変化が現れないからである。

前記リサイクル資材に、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質を添加するとき、該土木建築用資材と接する外部水のＣａイオン濃度は、１００〜２０００ppmとなるようにすることが好ましい。その理由は、１００ppm未満だと、土木建築用資材の中にＣａ化合物等を完全に封じ込めることができないからである。一方、２０００ppm超だと、それ以上加えても、土木建築用資材の中にＣａ化合物等を封じ込める効果に変化が現れないからである。なお、前記Ｃａイオン濃度は、２００ppm以上であることがより好ましい。

本発明において、処理対象とする前記リサイクル資材とは、火力発電所などで副生物として発生する石炭灰や各種のスラグが代表的である。特に、石炭灰を対象とすることを好適とする。

ここで、前記石炭灰とは、石炭火力発電所において石炭を燃やすことにより発生するものであり、例えばボイラの底部から回収されるクリンカアッシュや、電器集塵器などから回収される微粉末（フライアッシュ）などである。

また、前記スラグとは、都市ゴミ溶融スラグ、焼却灰溶融スラグ等の一般廃棄物溶融スラグなどが挙げられる。このうち、一般廃棄物の溶融スラグとは、都市ゴミや焼却灰等の廃棄物を燃焼熱や電気から得られた熱エネルギー等により超高温（1,200℃以上）下で加熱、燃焼させ、無機物を溶融した後に冷却したガラス質の固化物のことである。

本発明において、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質としては、Ca(OH)₂、鉄鋼スラグ、普通ポルトランドセメント、アルミナセメントおよび廃コンクリートなどのいずれか１種以上を用いることが好ましい。ここで、鉄鋼スラグとしては、転炉スラグ、二次精錬スラグ、脱りんスラグ、脱硫スラグまたは電気炉酸化スラグを用いることができる。二次精錬スラグとは、転炉等から出鋼した溶鋼に脱硫、脱燐、脱ガス等の処理をしたときに生成するスラグの総称である。電気炉酸化スラグとは、溶鋼中に酸素を吹き込んで不要な成分を酸化する酸化精錬時に生成するスラグである。

なお、この物質が、鉄鋼スラグと廃コンクリート以外である場合には、その添加量を１〜６０質量部程度とすることがより好ましい。
１質量部未満では、Ｃａイオンの溶出量が少なく化学物質の溶出抑制効果が安定しない。一方、６０質量部を超えると、廃コンクリートと鉄鋼スラグ以外のものは微粉状の物質がほとんどであるため、全体の粒度分布として微粒部が多くなりすぎ、土木建築用資材として好ましくないためである。好ましくは、１〜２０質量部であり、さらに好ましくは４〜１６質量部である。

前記普通ポルトランドセメントとは、最も一般的に生産されている代表的なセメントであり、その主な組成化合物は、珪酸三カルシウム(3CaO・SiO₂)、珪酸二カルシウム(2CaO・SiO₂)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al₂O₃)および鉄アルミン酸四カルシウム(4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃)などである。

前記アルミナセメントとは、土木建築に使われる普通ポルトランドセメントとは化学成分が大きく異なり、その組成は、アルミナ（Al₂O₃）量が多く、CaO量が少ないことが特徴である。なお、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質としては、Ｃａイオンを溶出するものであれば、上記以外にも、Ｃａ脱硫剤またはＣａ脱硫剤と混合した石炭灰を用いることもできる。

Ｃａイオンを溶出する上記物質は、その平均粒度が４０mm以下のものを用いることが好ましい。その理由は、その平均粒度が４０mm超だと、Ｃａイオンが土木建築用資材の外部に存在する水に円滑に溶出しにくくなるからである。

また、Ｃａイオンを溶出する物質は、２mm以下の粒度のものが、粒度が２mm以下のリサイクル材の質量に対して１〜１００質量部の割合で含まれていることが好ましい。その理由は、１質量部未満だと、Ｃａイオンが円滑に土木建築用資材の外部に存在する水に溶出しないからである。一方、１００質量部超の場合には、この物質の比率を高くしても、Ｃａイオンの円滑な溶出には目立った効果は得られないからである。
なお、粒度が２mm以下のＣａイオンを溶出する物質の量を、リサイクル資材の粒度が２mm以下のものの質量に対して規定した理由は、土壌環境基準にみられるように、一般に人体や地下水等に影響を及ぼす土壌は、その粒度が２mm以下とされており、この点、リサイクル資材においても同様と考えられるからである。

本発明にかかる土木建築用資材を製造するにあたっては、リサイクル資材と前記Ｃａイオンを溶出する物質の両者を、重機または混合機によって混合する。また、破砕して利用するリサイクル資材に対しては、破砕プラントにおいて前記Ｃａイオンを溶出する物質を添加するか、破砕プラントに装入する前において前記Ｃａイオンを溶出する物質を添加する。

各種リサイクル資材に対し、水の存在下でＣａイオンを溶出する種々の物質を混合機を使用して混合することにより、土木建築用資材を製造した。そして、この土木建築用資材に対して、ＳやＳｅについての溶出試験を行った。この溶出試験は、環境庁告示４６号法溶出試験に基づいて行った。ここで、リサイクル資材としては、石炭灰を用いた。なお、Ｓｅの環境基準値は、Ｓｅ：０．０１ppmである。また、Ｓについては、環境基準値は設定されていないが低い方が好ましい。

（試験１）
まず、上記リサイクル資材に対して、Ｃａイオンを溶出する物質を添加せずに製造した土木建築用資材（比較例１）について溶出試験を行った。その結果を表１に示す。表１から、リサイクル資材として石炭灰を用いた場合には、Ｓｅの値が上記環境基準値を上回った。

（試験２）
次に、Ｃａイオンを溶出する物質として、Ca(OH)₂を添加して製造した土木建築用資材について溶出試験を行った。その結果を表２に示す。なお、Ca(OH)₂は、粒度が全て２mm以下のもので、平均粒度は０．００２mmのものを用いた。また、表２を含め全ての表における粒度が２mm以下の添加量とは、リサイクル資材のうちの２mm以下のもの１００質量部に対してＣａイオンを溶出する物質のうちの２mm以下のものの質量部を表わす。

（試験３）
次に、Ｃａイオンを溶出する物質として、普通ポルトランドセメントを添加して製造した土木建築用資材について溶出試験を行った。その結果を表３に示す。なお、普通ポルトランドセメントは、粒度が全て２mm以下のもので、平均粒度は０．０１５mmのものを用いた。

（試験４）
次に、Ｃａイオンを溶出する物質として、アルミナセメントを添加して製造した土木建築用資材について溶出試験を行った。その結果を表４に示す。なお、アルミナセメントは、粒度が全て２mm以下のもので、平均粒度は０．０１８mmのものを用いた。

（試験５）
次に、Ｃａイオンを溶出する物質として、製鋼スラグ（転炉スラグ）を添加して製造した土木建築用資材について溶出試験を行った。その結果を表５に示す。なお、製鋼スラグは、粒度が２mm以下のものが製鋼スラグの全添加量の２５％にあたり、平均粒度は１０mmのものを用いた。

（試験６）
次に、Ｃａイオンを溶出する物質として、廃コンクリートを添加して製造した土木建築用資材について溶出試験を行った。その結果を表６に示す。なお、廃コンクリートは、粒度が２mm以下のものが廃コンクリート全添加量の１５％に当たり、平均粒度は１５mmのものを用いた。

試験２〜６の結果から、本発明に適合して製造された実施例については、いずれも溶出するＳの濃度が低減し、Ｓｅの濃度が上記環境基準値を下回っていることがわかった。
従って、本発明に係る土木建築用資材では、リサイクル資材由来のＳおよびＳｅの周辺環境への溶出を、効果的に防止することができることがわかる。

本発明は、石炭灰からなるリサイクル資材を、セメント用資材、コンクリート用資材、土工用・地盤改良用資材、道路用（路盤材・アスファルト）資材および肥料用資材として用いた場合に、その資材に含有される重金属等の化学物質の溶出を防止することが必要となる分野で利用できる。

Claims (5)

1. 各種の化学成分を含むリサイクル資材１００質量部に対し、水の存在下でＣａイオンを溶出する物質を１〜１００質量部（外数）の割合で添加することを特徴とする土木建築用資材の製造方法。
2. 前記化学成分が、硫黄またはセレンであることを特徴とする請求項１に記載の土木建築用資材の製造方法。
3. 前記リサイクル資材が、石炭灰であることを特徴とする請求項１または２に記載の土木建築用資材の製造方法。
4. Ｃａイオンを溶出する前記物質が、Ca(OH)₂、鉄鋼スラグ、普通ポルトランドセメント、アルミナセメントおよび廃コンクリートのうちから選ばれるいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の土木建築用資材の製造方法。
5. Ｃａイオンを溶出する前記物質は、粒径が２mm以下のものが、リサイクル資材のうちの２mm以下の粒径を有するものの質量に対して、１〜１００質量部含有するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の土木建築用資材の製造方法。