JP2008050481A

JP2008050481A - 微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材

Info

Publication number: JP2008050481A
Application number: JP2006228798A
Authority: JP
Inventors: Masami Tsushima; 雅己対馬; Naoki Tokumitsu; 直樹徳光
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: JP3936992B1

Abstract

【課題】本発明は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粒径４２５μｍ以下に微粉砕したゴミ溶融スラグと添加率５重量％以上の消石灰の混合による、実用上十分な圧縮強度を得る路盤改良材を提供する。
【解決手段】本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径４２５〜１０μｍの範囲に対して、消石灰５〜１５重量％添加したものである。特に、本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍに対して、消石灰１０重量％添加したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材に関する。

従来、都市ごみの焼却灰の再利用に着目し、地下水位が高く緩い砂質土地盤の液状化防止用の地盤改良材が知られている（特許文献１を参照）。
この公知技術では、前記地盤改良材は、都市ごみの焼却灰を溶融して得られたスラグと、硬焼生石灰と、セメントと、透水性材料と、石膏を適宜配合した組成からなるものである。
一般に、対象となる土に対して、生石灰、消石灰、セメントなどの安定材を添加して改良を行っている。
安定材を添加して処理した土、すなわち安定処理土の効果は、通常、水の存在の元に、安定材がそれ自身及び土粒子との間で化学反応して水和物を生成し、これが未反応の土粒子・安定材の間隙を埋めることによってなされる。
セメントは、焼成工程で六価クロムが入り、これを地盤材料と混合することによって、六価クロムが残留し、これが溶出する可能性があり、溶出量が土壌環境基準に適合しているかが問題となる。
また、急冷工程を経た都市ごみ焼却施設から排出される溶融スラグの持つ潜在水硬性を活用し、これを圧縮強度に優れた硬化材とすること及びこの硬化材を用いて硬化体を製造する製造方法が知られている（特許文献２を参照）。
この公知技術では、前記硬化材は、急冷工程を経た都市ごみ溶融スラグの微粉末に、粉体で提供されるアルカリ刺激材を均一に添加混合したものであって、これに水を加えることによってその中のアルカリ刺激材のアルカリ刺激作用によって硬化させるものである。
アルカリ刺激材としては、メタ珪酸塩、水ガラス又は水酸化ナトリウムのほかに、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、硝酸マグネシウム及びアルミン酸ナトリウム等も検討の余地があるが、前三者はこれを使用した場合は硬化するものの実用上十分な圧縮強度を得ることはできないし、後三者を使用した場合は全く硬化しない。
特開平１０−１３０６４５号公報特開２００５−６０１８９号公報

本発明は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粒径４２５μｍ以下に微粉砕したゴミ溶融スラグと添加率５重量％以上の消石灰の混合による、実用上十分な圧縮強度を得る路盤改良材を提供することを目的とする。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径４２５〜１０μｍの範囲に対して、消石灰５〜１５重量％添加したものである。
特に、本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍに対して、消石灰１０重量％添加したものである。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、土材料と微粉砕したゴミ溶融スラグの混合土が微粉砕による比表面積の増加と、これに伴う潜在水硬性が発揮され、強度が増大する。
土材料と微粉砕したゴミ溶融スラグ、さらに消石灰を添加した混合土は、スラグの潜在水硬性と消石灰による硬化が複合的に発揮され、とりわけ微粉砕粒径２５０ミクロン〜１０ミクロンの範囲では、下層路盤や路床の改良に充分活用できる。
特に経済性の観点から、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０ミクロンに対して、消石灰１０重量％の添加が下層路盤や路床の改良に、より有効的である。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材について、以下に説明する。
一般家庭や事業所から排出される可燃性ゴミは、各自治体の焼却施設により焼却処分されているが、近年ダイオキシン等の除去のため、高温還元雰囲気１８００℃の高温で焼却する溶融炉、例えばシャフト炉式ガス化溶融炉で多様なゴミを溶融するようになっている。
このような都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物は、年間数万トンも排出され、その再資源化が望まれている。
本発明は、この溶融施設から排出されるゴミ溶融スラグを微粉砕することによって生じる潜在水硬性に着目し、これに安定材として消石灰を混合して地盤改良材を生成して地盤の安定処理を行い、改質を図るものである。

社団法人日本道路協会、舗装施工便覧によると、下層路盤は各路盤材を所定の仕上がり厚さが得られるように均一に敷きならし、所定の締固め度が得られるまで締め固め、かつ所定の形状に平坦に仕上げるものである。
下層路盤の築造工法には、粒状路盤工法、セメント安定処理工法及び石灰安定処理工法があり、セメント安定処理の一軸圧縮強さの基準が９８０ｋＮ／ｍ^２（０．９８ＭＰａ）、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）である。
なお、養生期間は１０日である。

そこで、溶融施設から直接排出されるゴミ溶融スラグと市販の粉末粘土により供試体(直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ)を作成し、一軸圧縮強さを調べるために一軸圧縮試験機で試験を行った。
溶融施設から直接排出されるゴミ溶融スラグ(粒径２．３６ｍｍ〜０．１５ｍｍ、密度２．８７ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．６０％)と、市販の粉末粘土(密度２．７２ｇ／ｃｍ^３)との混合割合による応力σ（ｋＮ／ｍ^２）、軸ひずみε（％）を比較検討した。
図１に示すように、粘土＆スラグ２５重量％では粘土単独より応力が小さく、粘土＆スラグ７５重量％では他の混合土より、応力が大きいが、かなり小さなひずみで破壊に至る。
一方、粘土＆スラグ５０重量％では応力、軸ひずみとも徐々に増加する。
図２に示すように、粘土＆スラグ５０重量％で、ゴミ溶融スラグの粒径を２．３６ｍｍ、４２５μｍ、２５０μｍ、７５μｍ、１０μｍとした場合を示す。
図２より、一軸圧縮強さｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）が最大となるのは、ゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍである。

ゴミ溶融スラグを微粉砕することによって、比表面積が増し、潜在水硬性も増大するので、土材料と微粉砕したゴミ溶融スラグを混合することによって、潜在水硬性による硬化が進行し、さらに環境に優しい消石灰を添加して、より硬化を促進させることができる。
そこで、前記粘土＆スラグ５０重量％の乾燥重量比の混合割合で、ゴミ溶融スラグの微粉砕粒径を２．３６ｍｍ、４２５μｍ、２５０μｍ、７５μｍ、１０μｍとし、消石灰の添加率を５重量％、１０重量％、１５重量％とし、さらに養生期間を３日、７日、１０日として一軸圧縮試験(ひずみ速度１．０％／ｍｉｎ)を行った。
この供試体の寸法は、前述と同様に直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍで、３層の各層２５回の締め固めである。

図３に示すように、消石灰５重量％添加の場合、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）であるが、粘土＆スラグ５０重量％の乾燥重量比の混合割合で、それを超えるのは養生７日のスラグ粒径７５μｍ、１０μｍである。

図４に示すように、消石灰１０重量％添加の場合、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）であるが、粘土＆スラグ５０重量％の乾燥重量比の混合割合で、それを超えるのは養生７日のスラグ粒径２５０μｍ、７５μｍ、１０μｍである。

図５に示すように、消石灰１５重量％添加の場合、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）であるが、粘土＆スラグ５０重量％の乾燥重量比の混合割合で、それを超えるのは養生３日のスラグ粒径２５０μｍ、７５μｍ、１０μｍ及び養生７日のスラグ粒径４２５μｍ、養生１０日のスラグ粒径２．３６ｍｍである。

以上のように、消石灰の添加率を変えた場合、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）であるが、それを超えるには養生日数を増加すること及びスラグ粒径を小さくすることが影響する。
そこで、図６に示すように、養生１０日におけるゴミ溶融スラグのそれぞれの粒径での一軸圧縮強さｑｕ（ｋＮ／ｍ^２）及び消石灰の添加率（重量％）を調べた。
図６に示すように、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）以上となるのは、消石灰の添加率５重量％でゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍ以下である。
また、消石灰の添加率１０重量％ではゴミ溶融スラグの粒径４２５μｍ以下である。

したがって、上記試験は市販の粘土を使用したが、土材料と微粉砕したゴミ溶融スラグ、更に消石灰を添加した混合土の場合は、スラグの潜在水硬性と消石灰による硬化が複合的に発揮され、とりわけ微粉砕粒径２５０〜１０μｍの範囲では、下層路盤や路床の改良に充分活用できる。
さらに、経済性の観点から、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍに対して、消石灰１０重量％の添加が下層路盤や路床の改良に、より有効的である。

粘土＆スラグの混合率２５重量％、７５重量％に対して消石灰５重量％、１０重量％、１５重量％を添加しても、粘土＆スラグの混合率５０重量％とほぼ同様な増加傾向が予測される。

下層路盤や路床の実際の改良施工では、施工前にあらかじめ微粉砕したゴミ溶融スラグに消石灰を混合し、これを土と混合・攪拌した後、通常の施工と同様に転圧（締固め）して行うことができる。

一般住宅用の建設に際して、地耐力のない地盤にあらかじめ微粉砕したゴミ溶融スラグに消石灰５重量％程度添加し、これを土と２５重量％〜７５重量％の割合で表層から２ｍまでを混合・攪拌すれば、十分な地盤強度が得られることが予測される。

スラグ粒径２．３６ｍｍの一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。粘土とスラグの混合土（５０重量％）のみの一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。粘土とスラグの混合土（５０重量％）、消石灰５重量％添加の一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。粘土とスラグの混合土（５０重量％）、消石灰１０重量％添加の一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。粘土とスラグの混合土（５０重量％）、消石灰１５重量％添加の一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。粘土とスラグの混合土（５０重量％）、養生日数１０daysの一軸圧縮試験の結果を示すグラフ図である。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径４２５〜１０μｍの範囲に対して、土材料５０重量％＋ゴミ溶融スラグ５０重量％の混合土に消石灰５〜１５重量％添加したものである。
特に、本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍに対して、土材料５０重量％＋ゴミ溶融スラグ５０重量％の混合土に消石灰１０重量％添加したものである。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径４２５〜１０μｍの範囲のゴミ溶融スラグ５０重量％と土材料５０重量％とからなる混合土に消石灰５〜１５重量％添加したものである。
特に、本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径２５０μｍのゴミ溶融スラグ５０重量％と土材料５０重量％とからなる混合土に消石灰１０重量％添加したものである。

Claims

都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径４２５〜１０μｍの範囲に対して、消石灰５〜１５％添加したことを特徴とする微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材。
都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕したゴミ溶融スラグの粒径２５０μｍに対して、消石灰１０％添加したことを特徴とする請求項１記載の微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材。