JP4026105B2

JP4026105B2 - 地盤改良材の製造方法

Info

Publication number: JP4026105B2
Application number: JP34633199A
Authority: JP
Inventors: 茂小松; 典史三小田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001164247A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ缶などのアルミ製品を溶解してアルミ地金を製造する際に発生するアルミ溶解残灰の有効利用に関し、このアルミ溶解残灰を原料とした混和材を混合した地盤改良材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
アルミニウムおよびアルミニウム合金からなる製品は、その加工の容易性、耐久性、軽量性の面から車両を初めとして日用品に至るまで種々雑多な製品に使用されている。これらのアルミ製品は、回収されアルミ地金として再生されているが、特に近年省資源の観点よりアルミ缶を初めとする日用品の回収が図られている。
これらのアルミ製品をアルミ地金に再生するには、これらの製品にフラックスを添加して溶解する工程で酸化物を主要構成物とする残灰が発生する。これがアルミドロスである。
このアルミドロスには、金属アルミ、窒化物、炭化物とフラックスに由来する塩化物を含んでいる。これが水と接触した場合、水と反応ししてアンモニアや塩化ガスや不快臭の炭化水素ガスを発生するため、無害化処理を施した後、廃棄処理する必要がある。この様に、アルミドロスを処理するには、無害化処理費用が必要である他に、廃棄場所も無くなってきている上に、その発生量も増加の傾向にある。よって上記アルミドロスの有効利用および処理方法について種々研究されている。
【０００３】
本出願人も、上記アルミドロスの有効利用方法について、特開平５−２９４６８５号公報において、アルミドロスに石灰質材料を添加して、８００〜１５００℃で焼成し、カルシウムアルミネートを主構成物とする焼成物を得て、これを速硬性水硬性材料とする再利用方法を開示している。
【０００４】
また、特開平６−１４２６３６号公報および特開平７−２７５８２７号公報において、アルミドロスと石灰質材料と水との混合物を加熱し、得られた中間生成物を更に３００〜４００℃に加熱してＣ_３ＡＨ_１．５および／またはＣ_１２Ａ_７Ｈを主構成物とする速硬性水硬性材料を得る再利用方法を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人が出願した上記出願は、アルミドロスと石灰質材料で処理して得られた中間生成物を更に高温で処理し、得られた処理物を速硬性水硬性材料として、再利用するものであり、それなりの効果を有し、再利用方法としては有効である。しかしながら、その利用方法がセメントの混和材料として用い、補修材料、緊急工事材料、吹き付け材料などセメントを早期に硬化させる必要性のある特殊な箇所に使用されるものであり、用途が限定され、常時使用されるものでないといった問題点を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、セメントなど水硬性材料に混合する材料として、更に合理的な処理方法について研究した結果、アルミドロスを次に示す方法で処理して、得られた生成物を使用する方法を発明するに至った。
請求項１の発明は、生石灰、消石灰、セメント製造設備のサスペンションプレヒータの最下段サイクロン産物またはセメント製造設備の仮焼炉産物と、アルミドロスと、水とを反応させることにより、ハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物を得て、このハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物と石膏とを混合して混合物を得るとともに、更に、当該混合物を、生石灰、消石灰またはセメントに混合する地盤改良材の製造方法である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記ハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物１００重量部に対して、石膏を３５〜４００重量部を混合することからなる請求項１に記載の地盤改良材の製造方法地盤改良材の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明は、アルミ缶などのアルミ製品廃棄物を溶解し、アルミ地金インゴットを製作する際に副生成物としてアルミニウム酸化物を主構成物とするアルミドロスが発生する。このアルミドロスと石灰質材料と水とを混合し、加熱反応させハイドロガーネット（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・６Ｈ_２Ｏ）を主構成物とする生成物（以下、単にハイドロガーネットと記す）を得る。このハイドロガーネットと石膏とを混合した地盤改良材用混和材と、この混和材を石灰質材料および／または水硬性材料に添加した地盤改良材およびその製造方法に関するものである。
本発明におけるハイドロガーネットは、上記アルミドロスと石灰質材料と水とを反応させて得られる。
【０００９】
上記アルミドロス組成物としては、例えば、金属Ａｌ：２〜４０、Ａｌ_２Ｏ_３：４０〜６０重量％、ＡｌＮ：５〜３０％、ＭｇＯ：２〜１０％、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４：１〜３％、その他として、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｃｌ、ＳＯ_３等が含まれている。このアルミドロスと石灰質材料との混合割合は、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３のモル比換算で２．５〜４．０程度、特に３〜３．５程度するのが好ましい。
【００１０】
水の添加量は添加する石灰分が酸化物（ＣａＯ）か水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）_２）の状態かによって変化するが、石灰分が水酸化物の状態にあるとして、アルミドロスと石灰質材料との混合物に対して、１００〜６００重量％を目安とし、上記石灰分の状態および石灰質材料に付随して添加される物質、例えば粘土質材料の吸水性を考慮して、適宜定める。
添加する石灰質材料の状態としては、酸化物の状態にある方が水と接触すると水酸化物に変化する際に熱を発生するとともに、水酸化物より水に対する活性度が大きく、発熱量も多く反応系の温度が高くなるため、上記アルミドロス中のアルミ化合物との反応速度が増すので好ましい。
このような状態にある石灰質材料としては、生石灰の他、セメントを製造する際、セメント材料を予熱するサスペンションプレヒータの最下段サイクロン産物または、仮焼炉産物などを例示することが出来る。これらの産物は、石灰分がほとんど酸化物となっている。
【００１１】
上記ハイドロガーネットと石膏とは、ハイドロガーネットと石膏とをそれぞれ単独で粉砕したのと混合するか、或いは両者を混合した後、所定の粉末度に粉砕しても良い。或いは、上記ハイドロガーネットと石膏との混合物を水硬性材料、例えばセメントクリンカー等と粉砕すると、粉砕熱により上記ハイドロガーネットの乾燥も同時に行うことが出来るので好ましい。また、粉砕は、各材料単独でそれぞれ粉砕した後、混合しても良い。
石膏の添加量は、ハイドロガーネット１００重量部に対して３５〜４００重量部とする。石膏の添加量が３５重量部未満では、ハイドロガーネットと反応してエトリンガイトを生成する量が不足し、４００重量部を越えると添加量が過剰となり未反応の石膏が残り、強度に悪影響を及ぼすので好ましくない。好ましい添加量は、５０〜２５０重量部である。また、上記ハイドロガーネットと石膏とを混合した混合物中の組成物であるＳＯ_３とＡｌ_２Ｏ_３とのモル比（ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３）が０．５〜５となるよう石膏を添加しても良い。
添加する石膏としては、二水、半水および無水と何れの状態でも良く、特にll型無水石膏が好ましい。
【００１２】
ハイドロガーネットと石膏との混合物よりなる混和材を石灰質材料および／または水硬性材料に混合して地盤改良材とする場合、上記混和材の添加量は、地盤改良を行う対象土の土質により変わってくるので、特に限定されない。例えば、含水率が低く、砂質系の土では、添加量を多くすると、上記ハイドロガーネットと石膏との反応に土中の水分が消費され、セメント鉱物の生成に必要な水量が不足すると共に、エトリンガイト生成による膨張により、改良地盤に悪影響を及ぼす場合がある。従って、地盤を改良する対象土の土質により適宜上限を定めればよい。混合すべき水硬性材料、例えばセメント系固化材に対し、添加しない場合と同等程度の圧縮強さを得られる添加量としては１００重量部以下である。下限値は、経済性を考慮すれば５重量部以上とすることが好ましい。
【００１３】
上記ハイドロガーネットと混合する石灰質材料としては、生石灰および消石灰のいずれでも良く、使用する地盤の状況に応じて定めればよい。しかしながら、消石灰の方が取り扱いが容易である。また、石灰質材料と上記水硬性材料との混合物に対しても、同様に本発明の混和材を混合して使用可能である。
水硬性材料としては、ＪＩＳＲ５２１０に規定するポルトランドセメント、ＪＩＳＲ５２１１高炉セメント、ＪＩＳＲ５２１３フライアッシュセメント、ＪＩＳＲ５２１２シリカセメント、その他特殊セメント、および上記セメントを主構成物とするセメント系固化材、または高炉スラグ等が使用可能である。
【００１４】
上記の方法にて製造された地盤改良材を土と所定の割合で混合しすると、通常のセメント系固化材の反応に加え、まず添加したハイドロガーネットと石膏が反応し、カルシウムスルホアルミネート水和物（エトリンガイト：３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を生成する。この後、セメント鉱物の生成またはポゾラン反応により地盤を改良するものである。このエトリンガイトの生成は、セメント鉱物の生成を阻害するフミン酸が存在しても影響されない。従って、一般の軟弱地盤の改良から、フミン酸を含む有機質土の改良まで行うことが出来る。
【００１５】
【実施例】
［実施例１］
表１に示す組成のアルミドロス粉末とセメント原料仮焼物と水とを重量比で１：３：８の割合で割合で混合し、この混合物を９０℃に保持した状態で４８時間反応させ、続いて濾過後、乾燥した。この生成物をＸ線で確認したところハイドロガーネット（Ｃ_３ＡＨ_６）が主要構成物であることが確認された。その他として、粘土鉱物も確認された。
宇部三菱マテリアル製セメント系地盤改良材（ＵＳ−１０）１００重量部に対し、上記で得られたハイドロガーネット１００重量部にll型無水石膏を６０重量部混合した混和材を５〜１５０重量部配合した地盤改良材（Ａ）と、上記生成物（ハイドロガーネット）粉末１００重量部に対しll型無水石膏を４０〜４５０重量部混合した混和材を上記セメント系地盤改良材（ＵＳ−１０）１００重量部に対して２５重量部混合した地盤改良材（Ｂ）を製造した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
［実施例２］
実施例１で製造した地盤改良材（Ａ）および（Ｂ）を、含水率８６％、湿潤密度１．４５７ｇ／ｃｍ^３の一般土壌に対し１５０ｋｇ／ｍ^３添加してミキサにて混合し、φ５０×１００ｍｍのモールドに詰め、所定期間養生した後、圧縮強度を測定した。その結果は、図１および図２に示すとおりである。また、改良材（Ａ）について、水改良材比６０％で混練したスラリーのフロー値をＰロート法により測定した。その結果は、図４に示すとおりである。
【００１８】
［実施例３］
また、別途高知県で採取した含水率５９．６％、湿潤密度１．３１０ｇ／ｃｍ^３の有機質土に対し、地盤改良材（Ａ−４）を水改良材比（Ｗ／Ｃ）６０％となるように混練したスラリーを、上記有機質土に対し７〜１６％の割合となるように添加してホバートミキサーにて混合し、φ５０×１００ｍｍのモールドに詰め、所定期間養生後、圧縮強度を測定した。その結果は、図３に示すとおりである。
【００１９】
［実施例４］
市販の消石灰１００重量部に対し、実施例１で製造したハイドロガーネットの粉末１００重量部に対しll型無水石膏７５重量部混合した混和材を２０または８０重量部混合した石灰系の地盤改良材を製造し、埼玉県で採取した含水率５９．１％、湿潤密度１．３３８ｇ／ｃｍ^３の関東ローム質土に対し、前記石灰系地盤改良材を１５重量％添加してホバートミキサーにて混合し、φ５０×１００ｍｍのモールドに詰め、所定期間養生した後圧縮強度を測定した。その結果は、図５に示す通りである。
【００２０】
［従来例］
宇部三菱セメント製地盤改良材（商品名：ＵＳ１０）を使用し、実施例２および３で使用した土または上記市販の消石灰と実施例４の土とを混合し、同様に強度測定を行った。その結果は、図１、３または図５に示す通りである。
【００２１】
【発明の効果】
アルミドロスより生成したハイドロガーネットを主要構成物とする反応生成物は、添加する石膏と反応し、エトリンガイトを生成し、地盤改良材用混和材として有効であることが確認された。
上記ハイドロガーネットと石膏よりなる混和材を添加した地盤改良材は、乾式混合から湿式混合まで使用可能である。したがって、表層地盤から深層地盤の改良にも使用することができる。しかも、この際生成されるエトリンガイトは、セメント鉱物の生成を阻害するフミン酸の影響を受けないため、一般の軟弱地盤から植物の腐食した土壌を含む軟弱地盤、およびヘドロの固化まで、あらゆる土壌に対しても有効な地盤改良材を提供することが可能である。
【００２２】
産業廃棄物として廃棄処理されているアルミドロスを有効に利用できるため、低価格で地盤改良材を製造することが出来るばかりでなく、省資源および地球環境にとって有効な利用方法である。
【００２３】
本発明の混和材は、石灰系の地盤改良材、特に消石灰に添加する場合においても、固化の過程で水の消費量が多いので、消石灰を単独で使用する場合に比べ、含水量の多い土壌まで適用範囲を広げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地盤改良材に関し、ハイドロガーネットの添加量を変化させた場合の、強度推移図である。
【図２】本発明の地盤改良材に関し、ハイドロガーネットに対し石膏の添加量を変化させた場合の強度推移図である。
【図３】本発明の地盤改良材を、有機質土に添加した場合の、添加量と強度との関係図である。
【図４】本発明の改良材に関し、ハイドロガーネットの添加量とフロー値との関係図である。
【図５】本発明の地盤改良材用混和材を石灰系の地盤改良材に混合した場合の強度推移図である。

Claims

生石灰、消石灰、セメント製造設備のサスペンションプレヒータの最下段サイクロン産物またはセメント製造設備の仮焼炉産物と、アルミドロスと、水とを反応させることにより、ハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物を得て、
このハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物と石膏とを混合して混合物を得るとともに、
更に、当該混合物を、生石灰、消石灰またはセメントに混合する地盤改良材の製造方法。
上記ハイドロガーネットを主要構成成分とする生成物１００重量部に対して、石膏を３５〜４００重量部を混合することからなる請求項１に記載の地盤改良材の製造方法。