JP3655396B2

JP3655396B2 - モルタル・コンクリ−ト用混和材およびこれを用いたモルタル・コンクリ−ト

Info

Publication number: JP3655396B2
Application number: JP18111996A
Authority: JP
Inventors: 賢二野崎; 隆雄田野崎; 文敏新沼; 篤雄亀岡; 明彦江藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: JPH107442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モルタル・コンクリ−ト用混和材及びこの混和材を用いたモルタル・コンクリ−ト、特に産業廃棄物である焼却灰を用いたモルタル・コンクリ−ト用混和材及びこの混和材を用いたモルタル・コンクリ−トに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製紙排水、食品排水、下水道網の整備に伴い発生する汚泥量が増加し、焼却処理による灰の発生量が増加しつつある。これらは、主として都市・工場地域で発生し、大部分が埋め立て処分されているが、わが国の限られた空間の有効利用の点からして、望ましいものではなく、しかも、埋め立て処分に要するコストが無視できないものがあり、その対策が求められている。
【０００３】
このような焼却灰の有効利用先として、タイル・レンガ等の建築資材あるいは軽量骨材の原料等に使用されることがあるが、粘土等既存の原料に比べ、品質が安定せず高コストになるという欠点がある。加えて、１ケ所の焼却場当たりの焼却灰発生量が少なく、大量生産による低コスト化をはかる資材の原料としては適切とは言いがたい状況にある。
【０００４】
一方、近年のリサイクル資源の有効活用の動きに伴い、各種の廃棄物がコンクリ−ト用混和材として各種条件のもと、単独若しくは複数種混合されて使用されることがあるが、焼却灰をコンクリ−ト用混和材として使用できれば、その有効活用先として大いに貢献することができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焼却灰は、その種類や焼却条件によって様々な性状を示し、焼却灰をコンクリ−ト用混和材として使用するに当たって、特に空気連行性に影響するＡＥ剤等の混和剤の吸着問題があり、モルタル・コンクリ−トの品質を不安定なもの、例えば、コンクリートの空気連行性を著しく低下させ、寒冷地における耐凍結融解性を維持できなくなるなどの問題を生じるおそれがある。
【０００６】
混和剤の吸着特性に関しては、メチレンブルー吸着量試験がセメント混和剤の吸着特性とある程度相関する部分があり、特に石炭灰の評価項目に加えられることもあるが、前述した様々な性状を示す焼却灰と多様化した混和剤種の組み合わせにおいて、メチレンブル−色素と同等の吸着特性を示すと言いがたいものが多い。すなわち、メチレンブル−染料は代表的なチアジン染料にして、酸化条件下で青色、還元条件下で無色の酸化還元指示薬であるが、下水泥、製紙スラッジ、籾殻等の焼却灰等において、還元状態にある焼却灰も多く、これらについては、適用できない欠点がある。
【０００７】
このように、各種焼却灰をコンクリ−ト用混和材として利用するに当たって、簡単・迅速に焼却灰の特性を評価できるものがないのが現状である。従って、この発明は、空気連行剤等の混和剤吸着特性を焼却灰の表面状態、特に微粒部分量をそのＢＥＴ比表面積との対応により管理することで、簡単・迅速に焼却灰の特性を評価し、前記様々な態様の焼却灰が極めて簡単に利用できるモルタル・コンクリ−ト用混和材およびこれを用いたモルタル・コンクリ−トを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明のモルタル・コンクリ−ト用混和材によれば、２５重量％スラリーのｐＨが５．０以上、電気伝導度が１０ｍＳ／ｃｍ以下の焼却灰であって、該焼却灰の４５μｍ篩通過粒子の含有量が該粒子のＢＥＴ比表面積値に対応して下記の（１）〜（５）いずれか一であることを特徴とする。
(1) ＢＥＴ比表面積値が１０ｍ²/g 以上にあっては、５重量％未満
(2) ＢＥＴ比表面積値が５〜１０ｍ²/g 未満にあっては、１０重量％未満
(3) ＢＥＴ比表面積値が２．５〜５ｍ²/g 未満にあっては、１３重量％未満
(4) ＢＥＴ比表面積値が１．２〜２．５ｍ²/g 未満にあっては、２５重量％未満
(5) ＢＥＴ比表面積値が１．２ｍ²/g 未満にあっては、３６重量％未満
【０００９】
また、この発明のモルタル・コンクリ−トは、前記記載の混和材を用いてなるものである。以下、この発明を詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明が対象とする混和材は、一般に認識されているところの５ｍｍ篩を全通し、０．３ｍｍ篩通過率が質量で８５％以上有するものであり、１０ｍｍ篩を全通し、５ｍｍ篩通過率８５％以上の細骨材とは、通常、別途に添加するものをいう。このような混和材であって、この発明で使用する焼却灰は、▲１▼自然・生活排水発生泥焼却灰（港湾運河堆積物、浚渫ヘドロ、下水汚泥等の焼却灰）、▲２▼農林水産廃棄物焼却灰（籾殻、藁、間伐材、落葉、魚介類内蔵、畜産廃棄物等の焼却灰）、▲３▼各種製造業排水スラッジ焼却灰（食品排水汚泥、製紙排水汚泥、医療廃棄物等の焼却灰）等が、後述する条件にしたがって、その種類、燃焼方式を制限することなく使用することができる。例えば、燃焼方式は、スト−カ式、流動床式等を問わず、また、後述の粒度条件にしたがって飛灰のみならずクリンカ部分にも適用可能である。さらにこれら焼却灰は、それぞれ単独、あるいは、複数種を混合使用することもでき、またさらには重金属等の僅少な都市ゴミ焼却灰にも適用可能である。
【００１１】
このような焼却灰をモルタル・コンクリ−ト用混和材として適用するに当たって、焼却灰は、その２５重量％スラリーのｐＨが５．０以上、電気伝導度が１０ｍＳ／ｃｍ以下であることが第一の要件である。すなわち、元来、焼却灰はカルシウム・ナトリウムなどのアルカリ・アルカリ土類金属元素を多量に含むため、抽出・水溶液はアルカリ性を呈し、これを前提とした肥料・土壌改良材としての有効利用が可能であった。しかし、焼却に伴う大気汚染防止のための対策、主としてＳＯｘ系の排出防止のために、燃焼方法においてこれらの大気汚染物質を灰分に付着させ除去するプロセスが普及しつつあるため、各種焼却灰の抽出・水溶液のｐＨが４以下の強酸性を呈するものが多くみられるようになっている。しかしながら、通常、鉄筋が補強材として使用されるモルタル・コンクリ−トでは、鉄筋の発錆を抑えるために製品全体のｐＨが１１以上のアルカリ性であることを前提に設計が行われており、前記強酸性の焼却灰をモルタル・コンクリ−ト用混和材として添加することは好ましくない。
【００１２】
一方、ｐＨは、水溶液に溶存する金属イオンと陰イオンに対応する水酸イオンの量を指標としたものであり、金属イオン量などを直接示すものでないため、例えば、中性域でも、塩分濃度の高い海水と純水との識別ができないなどの欠点がある。前記様々な性状を有する焼却灰は塩分を多量に含むことも多く、この場合も前記鉄筋の発錆問題を生じる。。したがって、この発明は、焼却灰のｐＨと共に、電気伝導度（ＥＣ）をも指標とし、これら高酸性域、あるいは塩分含有量の多い焼却灰は、混和材としての使用は好ましくなく除外する。ちなみに電気伝導度（ＥＣ）は、溶液のもつ電気抵抗率の逆数に相当し、Ｃａ²⁺、Ｍｇ²⁺などの陽イオンに基づく伝導度（ＣＥＣ）と、ＯＨ^- 、ＳＯ^2-などの陰イオンに基づく伝導度（ＡＥＣ）の絶対値の総計であり、焼却灰の２５重量％スラリー電気伝導度が１０ｍＳ／ｃｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
次に、焼却灰は、その４５μｍ篩通過粒子の含有量が該粒子のＢＥＴ比表面積値に対応して所定の範囲となるように制限することを第２の要件とする。前述したように焼却灰は、空気連行性に影響するＡＥ剤等の混和剤の吸着問題があり、また、焼却灰には一部活性炭化した未燃焼カ−ボンが含まれており、活性炭化した未燃焼カ−ボンは、蛋白質あるいは塩分を含有する廃棄物の焼却時に発生するＮＨ₃ 、Ｃｌ等のガスを吸着しており、これらは、モルタル・コンクリ−ト混合時にトラップしたり、硬化体で溶出するなどの恐れがあり好ましくない。この発明は、焼却灰中の微粉部分のＢＥＴ比表面積値に注目し、この値が特に空気連行性、あるいは各種ガス吸着特性と高い相関があることを見いだし、これを適用せんとするものである。
【００１４】
周知のようにＢＥＴ比表面積値は、被測定物の表面に窒素分子を吸脱着させ、その差圧により比表面積を測定するものであり、被測定物の有する開気孔すべての量を測定することができる。しかも、装置・測定方法とも極めて簡単・迅速な測定法であり、かかる測定値から混和材としての特性を評価する。すなわち、前記各種焼却灰の表面は、平滑・緻密ではなく、必ず凹凸や気孔があり、真球として計算される比表面積よりも実際は広い比表面積を有しており、この凹凸や気孔は、吸水し、モルタル・コンクリ−トにおいて、単位水量比を増加させるのみならず、分散・空気連行・その他各種目的をもって添加されるセメント混和剤をも吸着する。これらの吸着特性を、焼却灰中の４５μｍ篩通過粒子量と該粒子のＢＥＴ比表面積値を求め、両者の値から総合的にモルタル・コンクリ−ト用混和材としての特性を評価する。
【００１５】
評価に当たっては、前記各種の焼却灰中に占める４５μｍ篩通過粒子のＢＥＴ比表面積値が高ければ、その粒子の含有量を少なく制限し、逆にＢＥＴ比表面積値が低ければ、含有量を大きく許容する。具体的には、
(1) ＢＥＴ比表面積値が１０ｍ²/g 以上にあっては、５重量％未満
(2) ＢＥＴ比表面積値が５〜１０ｍ²/g 未満にあっては、１０重量％未満
(3) ＢＥＴ比表面積値が２．５〜５ｍ²/g 未満にあっては、１３重量％未満
(4) ＢＥＴ比表面積値が１．２〜２．５ｍ²/g 未満にあっては、２５重量％未満
(5) ＢＥＴ比表面積値が１．２ｍ²/g 未満にあっては、３６重量％未満
とする。
【００１６】
４５μｍ篩通過粒子のＢＥＴ比表面積値に対応して、該通過粒子の含有量が前記規制された量以上になると、いずれも、モルタル・コンクリ−トにおける空気連行性の低下が著しくなり、寒冷地における耐凍結融解性を維持できなくなる等、混和材として使用する上で好ましくない。
【００１７】
従って、焼却灰の微粒部分が前記範囲内になければ、例えば、焼却灰を水洗いあるいは分級等の操作、さらには、各種焼却灰、フライアッシュ、石灰石微粉、高炉スラグ、消石灰等の鉱物質微粉を混合するなどして、前記４５μｍ篩通過粒子のＢＥＴ比表面積値に対応して、該通過粒子の含有量が前記規制された量以内になるようにし、これら規制された焼却灰をモルタル・コンクリート用混和材として使用することにより耐凍結融解性に優れたモルタル・コンクリートとすることができる。
【００１８】
尚、比表面積測定法として空気透過式のブレ−ン法があり、セメントの測定等に使用されているが、ブレ−ン法による比表面積値は、被測定物の微細気孔までは検出しておらず、ＢＥＴ比表面積値に対して０．１〜０．５の小さい値を示し、しかもこの値は、前述したＢＥＴ比表面積値に対応するような明確な相関関係は見いだせないものであった。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。尚実施例はあくまでも例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
（実施例１）
表１に各種の焼却灰（混和材）のｐＨ、ＥＣ、化学組成、及び４５μｍ篩通過粒子（以下４５μｍ篩下と称す）の重量割合とＢＥＴ比表面積を示す。尚、該粒子のメチレンブル−吸着量を併記する。メチレンブル−吸着量は、セメント協会法によるもので、０．６２ｍｇ／ｇで飽和に達し、差が殆ど認められないものであった。
【００２０】
【表１】

【００２１】
次に、表１に示す各混和材について、ＪＩＳＡ６２０１−１９９１おける水量比測定法により、豊浦標準砂混合と同じフロ−値を出すのに要した水量比を測定すると共に、表２に示すモルタル配合により空気連行量、及びモルタル中の塩素含有量を測定した。結果を表３に示す。コンクリ−トの必要空気連行量は、ＪＩＳＡ５３０８に規格されるように通常は４．５％とされるが、モルタルにあっては、この量より多く、空気連行量７．２％がコンクリートに相当する空気連行量とされる。また、塩素含有量は、モルタル中での０．０２％がコンクリ−ト中の許容限度０．３０ｋｇ／ｍ³ に相当するものであり、表３より明らかのように本発明の各混和材にあっていずれもこれを達成させていることが理解されよう。
【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
（実施例２）
実施例１に示した各混和材を用いて、表４に示す配合によりコンクリ−トを調製した。高性能減水剤はスランプ１８ｃｍを目標に調整し、空気連行剤は一定とした。次いで、空気連行量を求めると共にＪＩＳＡ６２０４による凍結融解試験を行い、相対動弾性係数が６０％以下となる凍結融解の繰り返しサイクル数を求めた。結果を表５に示すように、この発明による混和材は、凍結融解性に優れたものであることがわかる。
【００２５】
【表４】

【００２６】
【表５】

【００２７】
次に、前記コンクリ−ト供試体を２８日水中養生した後、ＣＯ₂ ガス濃度０．５％中で、20℃−60％湿度の雰囲気で２８日間暴露し、割裂した。割裂面にフエノ−ルフタレイン１％液を噴霧し、未着色部分を中性化進行部分として平均中性化深さを測定した。結果を前記表５に併せて示す。この発明では耐中性化に対し優れた性能を示すが、比較例では中性化が大幅に進行したものがみられた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、様々な性状を示す各種の焼却灰をモルタル・コンクリ−ト用混和材として好適に使用でき、特に、空気連行剤等の混和剤吸着特性に関連する耐凍結融解性に関して優れたモルタル・コンクリ−トとすることができる。

Claims

２５重量％スラリーのｐＨが５．０以上、電気伝導度が１０ｍＳ／ｃｍ以下の焼却灰であって、該焼却灰の４５μｍ篩通過粒子の含有量が該粒子のＢＥＴ比表面積値に対応して下記の（１）〜（５）いずれか一であることを特徴とするモルタル・コンクリ−ト用混和材。
(1) ＢＥＴ比表面積値が１０ｍ²/g 以上にあっては、５重量％未満
(2) ＢＥＴ比表面積値が５〜１０ｍ²/g 未満にあっては、１０重量％未満
(3) ＢＥＴ比表面積値が２．５〜５ｍ²/g 未満にあっては、１３重量％未満
(4) ＢＥＴ比表面積値が１．２〜２．５ｍ²/g 未満にあっては、２５重量％未満
(5) ＢＥＴ比表面積値が１．２ｍ²/g 未満にあっては、３６重量％未満
請求項１記載の混和材を用いてなることを特徴とするモルタル・コンクリ−ト。