JP4514935B2

JP4514935B2 - シリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材を用いた透水性ブロック

Info

Publication number: JP4514935B2
Application number: JP2000334406A
Authority: JP
Inventors: 雅行加納; 毅田中; 徹井田; 昇中尾; 理貴長谷川; 健司山岸; 浩司大川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002136997A

Description

【０００１】
本発明は、シリカ（ＳｉＯ2）含有泥土スラッジからなる単粒度骨材を用いた透水性ブロックに関するものである。なお、シリカ含有泥土スラッジとは、建設汚泥、浚渫土処理濁水、砕石プラント（含む砂利プラント）で発生する濁水、同プラントで発生する石粉などのシリカ含有副産物を対象とし、これらのものから水を分離して得られた泥分、あるいは更に濃縮脱水して得られた泥土ケーキのことである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
道路や建築用等の砕石，砕砂を生産する砕石プラントは、石切り場で発破した１ｍ程度の大きさの石をプラント上流部分にある原料工場（破砕室）に投入し、破砕機により破砕し、篩で砕石を粒度別に篩分けし、規格外の大きな砕石については破砕と篩分け選別を繰り返して行き、最終的に規格粒度別に破砕選別された砕石、砕砂を製品として出荷するようにしたものであり、粒度５ｍｍ以下のコンクリート用細骨材を生産する製砂設備はプラント下流部分に設置されている。
【０００３】
砕石プラントの製砂設備では、製品品質の向上を目的として付着泥分、不要微細石粒子などを除去すべく破砕品を水で洗浄するようにしている。特にコンクリート用細骨材（砕砂）では製品中に含まれる７５μｍ以下の微細石粒子の含有量が制限されており、細骨材生産の際には、前記微細石粒子を除去するなどのために粒度５ｍｍアンダーの破砕品の水洗が行われる。この水洗を行う湿式の設備での使用後の洗浄水は、７５μｍ以下程度の微細な石粒子及び／又は泥分を重量で５〜１０％程度含む泥水であり、「濁水」と呼ばれている。そしてこの濁水は、シックナとフィルタプレス等の濃縮・脱水用の機械設備、あるいは沈殿池式設備により、水と分離された泥分が濃縮脱水されて、シリカを含有し水分を含む泥土スラッジである泥土ケーキにされる。なお、このような濁水の処理による泥土ケーキは「濁水ケーキ」と呼ばれており、例えばコンクリート用細骨材を生産する場合、重量で細骨材生産量の約１０％程度発生する。
【０００４】
そして近年、環境保全の観点から廃棄物の減少を図るべく、この泥土ケーキは生石灰、セメント等と単に混合されて、埋立て材、盛土材などの低強度材として利用されている。
【０００５】
ところが、上記の方法で得られる製品の強度（一軸圧縮強度）は１０ｋｇ／ｃｍ²程度以下と低く、用途が前述の埋立て材、盛土材など低強度の土木資材に限られてしまい、常時安定的に大量需要がなく利用量の拡大が期待できず、有効な廃棄物低減化になっていないのが実情である。
【０００６】
次に、同じく砕石副産物である石粉（乾燥石粉）について説明する。砕石プラントの製砂設備では、粒度５ｍｍアンダーの破砕品について、前述した７５μｍ以下の微細石粒子を除去するためにエアセパレータ等の乾式分級機で分級し、しかる後、除去仕切れずに残った微細石粒子の除去を前述の水洗により行うという製砂工程を採用している設備もある。このような製砂工程の場合、前記エアセパレータ等による分級によって主に７５μｍ以下の微細石粒子が副産物として発生する。この微細な石粒子は石粉（乾燥石粉）と呼ばれている。コンクリート用細骨材を生産する場合、石粉は重量で細骨材生産量の約１０％程度発生する。
【０００７】
また、砕石プラントにおいて製砂設備の上流部分には、前述したように粒度別に砕石を生産するための破砕機や篩装置などが備えられており、これらの装置では集塵機によって捕集される集塵ダストとして微細な石粒子（粒度：平均１５μｍ）である石粉（乾燥石粉）が副産物として発生する。
【０００８】
ところがこのような石粉についても、高流動コンクリートの混合材である石灰石粉の代替え品として利用すべく開発が進められているものの、現状ではこれ以外には用途がなく、実質的に廃棄物となっているのが実情である。なお、河川の岩石を原石とするいわゆる砂利プラントで副産物として発生する濁水、石粉についても、資源として利用されていないのが実情であり、ここではこの砂利プラントをも含めて砕石プラントという。
【０００９】
また、他のシリカ含有副産物として、浚渫土処理濁水、建設汚泥がある。浚渫土処理濁水について説明すると、通常、浚渫土（湖沼、川、ダム湖などを浚渫する際に発生する土砂）は含水率が高く、ふるい分け機などによって浚渫土を大・中・小の石、砂などに分離する際には、水洗に伴う濁水が発生する。また、建設汚泥は、周知のように、地中連続壁工法、泥水式シールド工法、高圧噴射攪拌工法などの土木建設工事に伴って発生する含水率が高く粒子の微細な泥状の掘削物である。
【００１０】
ところが、このような浚渫土処理濁水や建設汚泥については、その大部分が減容化のために泥土ケーキ（シリカ含有泥土スラッジ）にされているだけであり、環境保全の観点からも廃棄物の低減につながる有用なプロセスが強く希求されている。
【００１１】
そこで、本出願人は、上述の如き建設汚泥、浚渫土処理濁水、砕石プラント（含む砂利プラント）で発生する濁水、同プラントで発生する石粉などのシリカ含有副産物から得られる各泥土ケーキ（シリカ含有泥土スラッジ）を対象として、その用途の拡大を図るべく鋭意調査、研究を行い、先に、シリカ含有泥土スラッジの処理方法を開発し提案した（特願２０００−２１２４号参照）。
【００１２】
上記提案のシリカ含有泥土スラッジの処理方法の基本構成は、シリカ含有泥土スラッジにカルシウム化合物を混合して泥土質原料を得る混合工程と、前記泥土質原料を原料として造粒を行って造粒物を得る造粒工程と、前記造粒物を水熱処理により固化して固化物を得る水熱固化（オートクレーブ養生）工程とを備えてなるもので、この処理方法を泥土ケーキ（シリカ含有泥土スラッジ）に施して得られた固化物は、強度及び低吸水性に優れ、コンクリート用細骨材、道路用路盤材、園芸用資材など広い用途に利用可能となり、引いては廃棄物の減少化を図ることができた。
【００１３】
そして、更に用途の拡大を図ることを目的として鋭意調査、研究を行った結果、上記シリカ含有泥土スラッジの新たな用途として舗装用ブロックの内の、特に透水性ブロックへの適用を見出したものである。
【００１４】
ところで、近年、歩道や遊歩道、公園広場等の舗装材として様々な形状の舗装用ブロック（インターロッキングブロック）が使用されている。この舗装用ブロックは、骨材、砂、セメントを原料とし、これに水を加えて混合した上で成形機にかけてブロック形状とし、更に自然養生、又は蒸気養生して製造される。この内、透水性ブロックについては、原料の配合比は一般的な舗装用ブロックの配合比と同等であるが、透水性の機能を付加するために骨材の粒度構成を調整する必要が生じる。つまり、普通の舗装用ブロックの製造の際は、一般には粗骨材（粒度２０〜５ｍｍ）：砂（粒度５〜０ｍｍ）を１：２程度の割合で混合し、できるだけ骨材で緻密な状態となるように粒度構成を調整するのに対して、透水性ブロックの場合はできるだけ骨材同士の隙間を開けることが望ましく、従って骨材として単粒度（ブロックメーカにより単粒度の範囲は異なるが、一例では１０〜５ｍｍ等）の骨材が使用されている。
【００１５】
ところが、上記のような単粒度骨材を、砕石プラントにおいて破砕機により岩石を一次破砕、二次破砕して直接得ようとする場合、その破砕産物の粒度構成は、最大塊寸法は破砕機の設定により異なるが、図３に示すように最大塊〜０．１５ｍｍまで幅広い粒度で構成されている。従って、通常は、この破砕産物を２０ｍｍ或いは１３ｍｍ、５ｍｍのふるい目で篩い分けし、粒度２０〜５ｍｍを２００５砕石（ＪＩＳＡ５００５）或いは粒度１３〜５ｍｍを６号砕石（ＪＩＳＡ５００１）、粒度５〜０ｍｍを砕砂として、無駄なく活用されていたのが、透水性ブロックの原料として例えば１０〜５ｍｍの単粒度を抜き取ったのでは、残り分である粒度２０〜１０ｍｍ（６号砕石の場合粒度１３〜１０ｍｍ）は骨材として使用できず、盛土材として処分されるか再度破砕して砕砂とするなど、非効率的な処理を取らざるを得なかった。また、図３に示す粒度カーブの場合を例に算出すると、粒度１０〜５ｍｍの単粒度の割合は全体の僅か３０％しか採取できず、破砕によりわざわざ製造するのでは非効率で、無駄が多い。なお、図３に示す破砕産物は、硬質砂岩をコーンクラッシャで破砕した例である。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みなしたものであって、その目的は、シリカ含有泥土スラッジを用いて、上述した砕石プラントにおける破砕工程や製砂工程に影響を及ぼすことなく、単粒度骨材を製造する方法並びにその単粒度骨材を用いた透水性ブロックを提供するものである。
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係るシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材を用いた透水性ブロックは、シリカ含有泥土スラッジにカルシウム化合物を３〜１５質量％添加して含水率が１５〜２５％の混合物を得る混合工程と、前記混合物を原料として造粒を行って造粒品を得る造粒工程と、前記造粒品を水熱処理により固化して固化物を得る水熱固化工程と、前記固化物を篩い分けして所定粒度範囲の単粒度骨材を得る篩い分け工程と、を有する製造方法により製造されたシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材に、固化材と水を混合しその混合物を所定のブロック形状に成形してなることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明者等は、先に提案したシリカ含有泥土スラッジの処理方法（特願２０００−２１２４号参照）の開発において、シリカ含有泥土スラッジ（泥土ケーキ）とカルシウム化合物を混合した後の混合物（泥土質原料）の含水率が５〜３５％の範囲内であれば、所定強度の固化品が得られ、含水率が５％未満では強度が得難いこと、含水率が３５％を超えては造粒が難しくなることを見出し、更にその後の造粒では、ミキサー（混合機）の回転数が高い（１７２０ｒｐｍ）場合と低い（１０３２ｒｐｍ）場合とで造粒品の粒度が異なること、すなわち高い場合には粒の成長が起こり難く比較的細かい粒度になりやすく、一方低い場合には粒が成長して比較的大きな粒度になりやすいことを見出した。そして今般、シリカ含有泥土スラッジ（泥土ケーキ）にカルシウム化合物を３〜１５質量％添加して含水率を１５〜２５％の範囲内の混合物とした後に造粒を行うと、ふるい目で２．５ｍｍ以上の粒度の造粒品が多く製造できることを見出し、本発明をなしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【００２１】
本発明に係るシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材の製造方法は、基本的には図１に示す工程に従って実施される。処理対象のシリカ含有泥土スラッジとしては、上述したように浚渫土処理濁水、建設汚泥或いは砕石プラントで発生する濁水のいずれかを濃縮脱水処理してなる泥土ケーキ、又は砕石プラントで発生する石粉に水を加えてなる泥土ケーキである。本例で使用するシリカ含有泥土スラッジは、砕石プラントで発生する濁水を処理して得た泥土ケーキである。
【００２２】
さて図１に示すように、先ず、砕石プラントからの泥土ケーキにカルシウム化合物を３〜１５質量％の範囲内で添加して混合し、含水率が１５〜２５％の混合物を造る（混合工程１）。この混合において、カルシウム化合物の添加量を３〜１５質量％の範囲に限定するのは、下工程の水熱固化工程３でトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・５Ｈ₂Ｏ）などのカルシウムシリケート（ケイ酸カルシウム）を生成させて固化を得るためであって、この添加量が３質量％未満ではその作用が十分に期待できなくなるとともに、混合物の含水率の高い側（２５％）での調整がし難くなり、また１５質量％超では前記作用が飽和するとともに、混合物の含水率の低い側（１５％）での調整がし難くなるためである。また、混合後の混合物の含水率を１５〜２５％の範囲に限定するのは、この範囲であれば下工程の造粒工程２で粒成長が十分に平均的になされ、ふるい目で２．５ｍｍ以上の粒度の造粒品が多く製造できるためであって、含水率が１５％未満では水分が少なく十分な粒成長がなされず、また２５％超では水分が多く粒度の大きな物ができ粒度にばらつきが生じるようになるためである。なお、本例ではカルシウム化合物として生石灰を使用し、また混合には高速縦ブレード式混合機を使用した。
【００２３】
次に、上記混合物を原料として造粒を行い粒状の造粒物を得た（造粒工程２）。この造粒には、本例では上記混合の場合と同様に高速縦ブレード式混合機を使用した。すなわち、同じ高速縦ブレード式混合機により混合と造粒とを行った。また、本例では高速縦ブレード式混合機の回転羽根の回転数を上記の混合時には１３００〜２５００ｒｐｍの範囲で設定し、本造粒時には４００〜１１００ｒｐｍの範囲で設定した。この運転条件にて上記混合物を用いて造粒したところ、粒度（ふるい目）が約１０〜１ｍｍの範囲で、粒子同士の結合性が高く空隙率が小さくて細密化された粒状の造粒物が得られた。
【００２４】
次いで、上記造粒物を水熱処理用反応容器（オートクレーブ）にてオートクレーブ養生して固化する（水熱固化工程３）。オートクレーブ養生条件は１８０℃の温度で５時間とした。その結果、造粒物中のＳｉＯ₂とＣａＯとが反応してトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・５Ｈ₂Ｏ）などのカルシウムシリケート（ケイ酸カルシウム）が生成されて、粒子同士が強固に固着し空隙率の小さい固化物となり、比重：１．５以上（１．５０〜１．９５）、吸水率：２５％以下（１０．０〜２４．４％）の固化物が得られた。
【００２５】
次いで、上記の固化物を篩い分けして所定粒度範囲の単粒度骨材を得る（篩い分け工程４）。この篩い分けにより、ふるい目で２．５ｍｍ以上の粒度の造粒品（骨材）が多く製造でき、単粒度骨材を効率良く製造することができた。
【００２６】
因みに、上述した工程を用い、泥土ケーキに生石灰を５質量％添加した場合と、１２質量％添加した場合の粒度分布の比較を行った。この時の混合物の含水率は生石灰５質量％の場合２０％、１２質量％の場合１３％であった。また、造粒工程３では高速縦ブレード式混合機の回転羽根の回転数を高速（１７２０ｒｐｍ）と低速（１０３２ｒｐｍ）で行った。得られた固化物を篩い分けした結果を表１及び図２に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１及び図２から理解されるように、混合物の含水率が２０％の場合にあっては、造粒工程を混合工程と同じ高速の回転速度で行ったのでは、粒度１０〜５ｍｍの単粒度分の収率が５３％であるのに対し、低速で行うと粒の成長が促進され、単粒度分の収率が７０％と１７％も向上することが分かる。一方、例えば更に細かい単粒度分（粒度５〜２．５ｍｍ）の収率を上げたい場合は、生石灰の添加量を多めにして混合物の含水率を１３％とやや低めに調整すればよく、このように混合物の含水率を１３％と調整した場合にあっても、前述と同様に造粒工程を低速で行うと粒の成長が促進され、単粒度分の収率が４６％と高速のときの収率３７％よりも９％も向上することが分かる。すなわち、目的とする粒度に合わせて混合物の含水率を生石灰（カルシウム化合物）の添加量で調整し、造粒工程において混合機の回転速度を１１００ｒｐｍ以下４００ｒｐｍ以上で造粒することで特定の粒度範囲の単粒度分を増加させることができる。
【００２９】
このように本発明によれば、シリカ含有泥土スラッジ（泥土ケーキ）にカルシウム化合物を３〜１５質量％添加して含水率が１５〜２５％の混合物とすることで、更に必要により造粒工程で混合機の回転数を調整することで、所定粒度の単粒度構成の骨材を泥土ケーキから効率良く製造することができる。
【００３０】
上記で製造された単粒度骨材（１０〜５ｍｍ）を用い、セメント、砂、水を所定量添加したものを成形して透水性ブロックを製造した。このようにして製造された透水性ブロック（２００×１００×６０ｍｍ）の曲げ強度は２．９ＭＰａ、透水係数は１×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃであり、何れも市販の透水性ブロックと遜色のないものであった。
【００３１】
以上述べたように、本発明（請求項１）に係るシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材用いた透水性ブロックは、市販の従来ブロックと変わらない曲げ強度、透水性を有し、舗装用の透水性ブロックとして使用が期待される。また、同透水性ブロックは、粒子が細かい通常７５μｍ以下のシリカ含有泥土スラッジを主原料として用いて効率良く製造することができ、シリカ含有泥土スラッジ（汚泥ケーキ）の有効活用が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【図２】本発明に係る造粒品を篩い分けした場合のふるい目寸法と通過百分率の関係を示すグラフ図である。
【図３】岩石を破砕して得た破砕産物を篩い分けした場合のふるい目寸法と通過百分率の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１：混合工程２：造粒工程３：水熱固化工程
４：篩い分け工程

Claims

シリカ含有泥土スラッジにカルシウム化合物を３〜１５質量％添加して含水率が１５〜２５％の混合物を得る混合工程と、前記混合物を原料として造粒を行って造粒品を得る造粒工程と、前記造粒品を水熱処理により固化して固化物を得る水熱固化工程と、前記固化物を篩い分けして所定粒度範囲の単粒度骨材を得る篩い分け工程と、を有する製造方法により製造されたシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材に、固化材と水を混合しその混合物を所定のブロック形状に成形してなることを特徴とするシリカ含有泥土スラッジからなる単粒度骨材を用いた透水性ブロック。