JP4112666B2

JP4112666B2 - 固化材

Info

Publication number: JP4112666B2
Application number: JP08357598A
Authority: JP
Inventors: 克之酒巻; 啓至大森; 宏太佐々木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11278911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として製造してなる焼成物（以下、エコセメントクリンカーという）と石膏及び石灰を使用した固化材に係わり、特に、残土改良及び火山灰質粘性土の固化に適した固化材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下道、地下鉄、共同溝などの大型土工、建築物の地下開削工事、電気、電話、ガス、上下水道等の敷設工事に際しては、大量の残土が発生する。この内、粘性土は、その性状からハンドリングが悪く、固化材等で処理している。また、粘性土も含め他の砂質系の土質も、建設発生土の有効利用の観点から、残土を固化材等で改良して様々な用途に有効利用するケースが増大している。
【０００３】
また、日本では、火山が多く、各地に火山灰起源の土が分布している。国土の狭い日本では、地盤の性状に関わらず道路、工場、宅地等の開発が行われている。火山灰質粘性土は、自然状態では、しっかりした土層を形成しているが、土工機械等により一旦乱されると軟弱化し、施工が困難となるばかりでなく、地盤としての支持力も大幅に低下するため、固化材等による改良が一般に行われている。
【０００４】
これらの固化材として、一般のセメントあるいはセメント系固化材も用いられるが、残土処理及び火山灰質粘土の改良に関しては生石灰や消石灰が効果的であると言われている。
【０００５】
しかし、生石灰は、土中の水分と反応して激しい発熱とこれに伴う水蒸気を発生すること、また、生石灰の微粉、乾いた土の飛散により、市街地での使用には制約がある。更に、生石灰は通常、塊状で使用されるため、対象土と混合して消化が終了した後、再度混合する必要があり、施工手間がかかる。一方、消石灰は、土と石灰のポゾラン反応により強度が増加するが、この反応は、長期に起こるものであり、短期間で所定の強度を発現させるためには不都合である。更に、高い強度が要求される場合には、生石灰に比較して多量の消石灰が必要となり、不経済である。
これらの問題を解決するために、粉末の生石灰を用い、石灰含有率を低下させ、かつポルトランドセメントと石膏を配合した固化材が開示されている（例えば特許第８−２５０３７７１号）。また、セメント、石灰、石膏を主成分とした他の固化材も提案されている（例えば、特公昭６３−４５２７６号、特公昭５８−５７３７９号等）。しかし、これらに用いられるセメントの原料である石灰石や粘土は、限りある資源である。
【０００６】
一方、近年、都市ゴミや下水汚泥等の一般廃棄物及び産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効利用、再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処理に関する決定的な方法はなく、現状は、埋め立てに頼っている。しかし、最近、セメントの製造分野では、廃棄物の有効利用及び再資源化を目的として、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料とした焼成物（以下「エコセメントクリンカー」という）が製造されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、固化材として満足できる性能を具備しかつ、限りある資源を大切にするため、廃棄物の有効利用及び再資源化が図れるエコセメントクリンカーを利用し得る固化材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる実情に鑑み本発明者は鋭意研究を行った結果、上記エコセメントクリンカーに、一定量の石膏及び石灰を混合した固化材が、含水比の低減効果が高く、また火山灰質粘性土等の有機土壌に対しても有効であり、早期に高い強度を発現することを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち本発明は、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２種以上を原料とし、Ｃ ₃ Ａを１０〜４０重量％含有し、かつＣ₂Ｓ及び／又はＣ₃Ｓを含有する焼成物１００重量部に対し、石膏５〜５０重量部と生石灰及び／又は消石灰１０〜６０重量部とを混合したことを特徴とする固化材を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエコセメントクリンカーは、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２種以上を原料とし、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂（Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂）、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂（Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂）、及び３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（Ｃ₃Ａ）の１種又は２種以上を１０〜４０重量％含有し、かつ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₃Ｓ）を含有する焼成物である。なお、これに石膏を加えたものはエコセメントと称する。
【００１１】
このエコセメントクリンカーの原料は貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物、更には普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原料であってもよい。
【００１２】
本発明の固化材は、上記の原料を１２００〜１５００℃で焼成したクリンカー（エコセメントクリンカー）を粉砕後、石膏及び石灰を混合し製造される。
【００１３】
上記焼成物のＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂及びＣ₃Ａのアルミニウム源は、主に焼却灰に由来するものであるが、これらの焼成物中の含有量が１０重量％未満の場合は、焼却灰の使用量が少ないこととなり、これらの有効利用及び再資源化の観点から好ましくない。一方、これが４０重量％を超えると、水和の進行により、過大な膨張を起こすことがあり、好ましくない。
【００１４】
焼成物中には、Ｃ₂Ｓ及び／又はＣ₃Ｓを含有することが必要である。これは、Ｃ₂Ｓ及び／又はＣ₃Ｓが水和によりカルシウムシリケート水和物を生じ、長期的に安定な強度をもたらすからである。
【００１５】
本発明に用いる石膏は、無水石膏、二水石膏、半水石膏のいずれも使用できるが、強度の発現性及び改良体の安定性の面から、溶解速度の遅い無水石膏が好ましい。石膏は、エコセメントクリンカー１００重量部に対して５〜５０重量部添加するのが好ましい。５重量部未満では、強度発現性が乏しく、また、５０重量部を超えると強度発現も低くなるばかりでなく、改良体の膨張による安定性の低下が生じることがある。特に好ましい範囲は、エコセメントクリンカー１００重量部に対して、１０〜４０重量部である。
【００１６】
本発明に用いる生石灰及び／又は消石灰は、エコセメントクリンカー１００重量部に対して１０〜６０重量部添加するのが好ましい。１０重量部未満では、含水比の低減効果が少ないことに加え、強度発現性も低下する。また、６０重量部を超えると石灰を単独で用いた場合のような問題点が発生するばかりでなく、残土改良に用いた場合には粘性土以外の土質の強度発現性が低下する。特に好ましい範囲は、エコセメントクリンカー１００重量部に対して、２０〜５０重量部である。
【００１７】
生石灰は、土中の水分と反応し、消石灰となって水を吸収するとともに、消化反応による発熱で水分を蒸発させ、含水量の低下をもたらせる。また、消化による体積膨張により周囲の土への圧密効果を及ぼす。更に、生石灰、消石灰は、水への溶解により生じるカルシウムイオンが土粒子表面に吸着し、凝集を促すとともに、長期的には、土粒子と石灰とのポゾラン反応によって強度増加に寄与する。従って、生石灰の方が消石灰よりも効果が高いが、固化材に水を加えてスラリーとして使用する場合には消石灰が適する。
【００１８】
【発明の効果】
エコセメントクリンカー中のＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａは添加する石膏とで水和物としてエトリンガイトを生成する。更に、Ｃ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの水和及び生石灰の消化によって生じるＣａ（ＯＨ）₂を消費するかたちでもエトリンガイトを生成する。このエトリンガイトは、自重の約４５％が結晶水であることから、見掛けの含水量の低下と高い強度発現性を示す効果がある。また、エトリンガイトの生成反応は、有機物の存在下でも順調に進行するため、有機土壌に対しても非常に有効である。更に、エコセメントクリンカー中のＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａがエトリンガイトを生成する反応は、他のセメント鉱物よりも極めて早く、早期の強度発現に有効である。なお、Ｃ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの水和によるカルシウムシリケート水和物の生成により、長期的な強度も安定して確保できる。また石灰は、長期的に強度増加に寄与する。
従って、本発明の固化材は、資源の有効利用が図れるのみならず、固化材としての性能にも優れる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰２９．７重量％、石灰石粉６８．６重量％、アルミ灰１．５重量％、粘土０．２重量％を原料として、ロータリーキルンを用いて１３００〜１４５０℃でエコセメントクリンカーを焼成した。得られたクリンカーは、縦型ミルでブレーン比表面積が４０００cm²／ｇとなるよう粉砕した。この鉱物組成を表２に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
このエコセメントクリンカーの粉砕物（エコ粉砕物）と粒径３mm以下の生石灰及び比表面積４，０００cm²／ｇの無水石膏を用いて表３に示す配合の固化材を試製した。
【００２４】
表４に示す性状の砂質土及び関東ロームを用い、表３のそれぞれの固化材を砂質土で４％、関東ロームで１２％（いずれも湿潤試料に対する外割重量百分率）添加混合した。混練物は、５φ×１０cm及びＣＢＲモールドに成型後、２０℃にて所定材齢まで養生し、一軸圧縮強さ及び水浸膨張量を求めた。混練は、ホバートミキサーにて５分間行った。また、一軸圧縮強さは地盤工学会基準（ＪＧＳＴ５１１）、水浸膨張量は地盤工学会基準（ＪＧＳＴ７２１）により求めた。
結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】

【００２６】
【表４】

【００２７】
以上の結果から石膏配合量が少ないと膨張量は少ないものの、強度発現性が乏しく、また、砂質土の場合、配合量に伴う強度の変動幅がロームよりも大きいことが判る。これに対し、石膏配合量が多い場合にも強度が低下し、これに加えて膨張量が多くなる。なお、含水比の低い砂質土の方が大きな膨張を示す。
一方、生石灰の配合量が少ないと、強度発現性が低く、特にロームの方がその影響を大きく受ける。生石灰の配合量が多い場合には、ロームでは強度が高くなる傾向にあるものの、砂質土では大きく低下する。また、膨張量も生石灰量を多くすることで大きくなるが、石膏を増量した場合と比較するとその程度は小さいことが判る。

Claims

都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２種以上を原料とし、Ｃ ₃ Ａを１０〜４０重量％含有し、かつＣ₂Ｓ及び／又はＣ₃Ｓを含有する焼成物１００重量部に対し、石膏５〜５０重量部と生石灰及び／又は消石灰１０〜６０重量部とを混合したことを特徴とする固化材。