JP4112667B2

JP4112667B2 - 流動化埋め戻し用固化材

Info

Publication number: JP4112667B2
Application number: JP08357698A
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: JPH11278883A

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水硬性組成物（以下、エコセメントという）を使用した流動化埋め戻し用固化材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下道、地下鉄、共同溝などの大型構造物、建築物の地下開削部分、電気、電話、ガス、上下水道等の地下埋設物の埋め戻しに際しては、陥没防止等のため充分密な土の充填が求められるが、作業空間が狭いため、転圧機械はもちろん、その他のタンパー等の締め固め機械でも満足な締め固めができない。このような場合、過去には、粒径の揃った砂を多量の水と流し込む水締めを行ってきたが、このような砂が枯渇し、現在では山砂に頼っている。しかし、この山砂も枯渇化の傾向にあるばかりでなく、自然破壊、ダンプ公害等の問題もある。
【０００３】
これらの問題を解決するために、現地発生土に水と固化材を加えて混合し、流動性と自硬性持たせたものを埋め戻す方法が提案されている（例えば、特開昭６３−２３３１１５号、特開平１−３１２１１８号等）。しかし、これらに用いられる固化材は、一般のセメントあるいは、これにスラグ、石膏等を加えた一般の固化材であり、母材となるセメントの原料は限りある資源である。また、流動化埋め戻しに用いる固化材として、例えば、特開平７−２６５４２号、特開平７−９０２７２号等記載のものが提案されているが、これらもセメントが主成分であり、上記と同様の問題がある。
【０００４】
流動化埋め戻し材料は、現地発生土に水と固化材を混合したものであり、求められる性能として、適度の流動性と地山と同等以上の強度が挙げられる。適度の流動性については水量の調整により比較的安易に目標を満足できるが、強度発現については、一般の地盤改良に比較して極端に水量が多いこと及び発生土に多くの有機分を含んでいる場合があるなどして難しい。また道路の埋め戻し等は早期の交通開放のため、早期の強度発現が求められる。
【０００５】
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てエコセメントが製造されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、流動化埋め戻し用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を図ることができるエコセメントの用途を拡大し得る流動化埋め戻し用固化材を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、エコセメントを用いた固化材が、含水量の多い土壌でも高い強度発現性を示し、有機土壌に対しても早期に強度が発現し、流動化埋め戻し用固化材として有効であり、かつ資源保護及び廃棄物の有効利用の点でも好ましいことを見出し本発明を完成した。
【０００８】
すなわち本発明は、（Ａ）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を含有する焼成物並びに（Ｂ）石膏からなる水硬性組成物（エコセメント）を含有することを特徴とする流動化埋め戻し用固化材を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエコセメントは、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）を含有する焼成物並びに石膏からなる水硬性組成物である。
【００１０】
このエコセメント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。
【００１１】
エコセメントは、上記の原料を１２００〜１５００℃で焼成したクリンカーを粉砕後、石膏を添加して製造される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、強度の発現性から、石膏は、焼成物１００重量部に対して１〜３０重量部添加するのが好ましい。
【００１５】
また、上記のＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂及びＣ₃Ａは、これら石膏とで水和物たるエトリンガイトを生成する。更に石膏とＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの水和によって生成する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、含水量の多い場合でも高い強度発現性を示すばかりでなく、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。従って、エコセメントは、流動化埋め戻し用の固化材として適している。
【００１６】
流動化埋め戻し材料には、早期の強度発現が求められる事例がある。すなわち、道路下の管等の埋め戻しにおいては、早期の交通開放のために、舗装等の上部工事を埋め戻し終了からなるべく速く実施するとともに、交通荷重に耐えうる強度を早期に発現することが求められる。エコセメント中のＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂及び／又は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り、この面でもエコセメントは流動化埋め戻し用固化材として好適である。また、Ｃ₃Ｓ、Ｃ₂Ｓ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。
【００１７】
発生土の性状によって、あるいは高い流動性を得るために水量を多くする場合には、エコセメントのみでは、強度発現が低い場合がある。この場合には、エトリンガイトの生成を更に促すために、各種の石膏（硫黄成分の補充）やスラグ（アルミ成分の補充）などを添加することが有効である。これらの添加量は対象土の性状や求められる強度に応じて設定する。更に、強度を増加させるためには、一般のセメントや石灰等のポゾラン物質を添加して対応することも可能である。また、これらの物質は、凝結時間の調節にも有効であり、高い流動性を長い時間維持したい場合にも有効である。
即ち、本発明の固化材に副材として、一般のセメント（ポルトランドセメント、混合セメント等）、スラグ、フライアッシュ等の石炭灰、生石灰及び消石灰から選ばれる一種以上を添加することができ、これらの添加量は必要に応じて適宜に設定することができる。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。なお、本実施例は例示であり、本発明の範囲はこれにより限定されるものではない。
【００１９】
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、この焼成物１００重量部に対して無水石膏を７重量部添加してブレーン比表面積が４５００cm²／ｇのエコセメントを製造した。製造した焼成物の鉱物組成を表２に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
このエコセメントを固化材Ａとし、固化材Ａ１００重量部に対して普通ポルトランドセメントを４０重量部添加した固化材Ｂと普通ポルトランドセメント（以下、「ＯＰＣ」という）を使用して以下の実験を行った。
【００２３】
表３に示す性状の砂質土及びシルトを用い、表４に示す配合で流動化埋め戻し材料を混練し、直後及び３０分後にフローを測定するとともに、５φ×１０cmの型枠に成型後、２０℃にて所定材齢まで養生し、一軸圧縮強さを求めた。混練は、ホバートミキサーにて５分間行った。また、フローは日本道路公団規格（ＪＨＳＡ３１３）、一軸圧縮強さは地盤工学会基準（ＪＧＳＴ５１１）により求めた。結果を表５に示す。
【００２４】
【表３】

【００２５】
【表４】

【００２６】
【表５】

【００２７】
本発明の固化材Ａは、初期強度の発現性がＯＰＣに比較して優れ、材齢３時間で人が乗って作業できる程度の強度を発現する。特に、シルトのような含水量の多い土質では、ＯＰＣでは７日後になっても１kgf／cm²に満たないのに対し、本発明品は１日後には１kgf／cm²を超える強度発現を示した。しかし、強度発現が早いことに起因してフローロスが大きい。３０分程度までは作業時間の確保が可能であるが、これ以上の作業時間が要求される場合には、本発明の固化材Ｂのように、一般のセメントを混入することにより、調整が可能となる。この際、初期強度の発現はやや遅れるものの、１日以降の強度は固化材Ａを上回る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の流動化埋め戻し用固化材は、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料とするため、廃棄物の有効利用が図られ、かつ、含水量の多い土壌でも早期に高い強度を発現する。

Claims

（Ａ）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を含有する焼成物並びに（Ｂ）石膏からなる水硬性組成物を含有することを特徴とする流動化埋め戻し用固化材。
更に、セメント、スラグ、石炭灰、生石灰及び消石灰から選ばれる１種又は２種以上を配合することを特徴とする請求項１記載の流動化埋め戻し用固化材。