JP4886115B2 - セメントミルク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理場で大量に発生する下水汚泥を焼却して得られる下水汚泥焼却灰(以下単に焼却灰という)をセメントミルク内に混和材として混入して構成したセメントミルクに係り、特に産業廃棄物の一種として廃棄されていた焼却灰を有効に混入して構成し得るセメントミルクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメントミルクを製造するに当たっては、例えば特開平６−２５６０５６号公報、特公平７−５３５９７号公報或いは特開平８−１５７８２３号公報等に例示する如く、水とセメントとを混合してなる基礎的セメントミルク内に、ベントナイト、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末等の混和材が多量に混入されて構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、前述のベントナイト、フライアッシュ等の混和材は比較的高価であるため、セメントミルクの製造原価が高価になる問題があった。
【０００４】
一方で従来から下水処理施設に於いては、経常的に下水から除去した有機質を多量に含む下水汚泥が大量に発生していた。このように大量に発生した下水汚泥は、多くの場合に焼却処理されて焼却灰として産業廃棄物の一種として産業廃棄物処理場に埋め立て廃棄処理されていた。
【０００５】
また、前述の下水処理施設に於いては、下水処理が日常的に稼働している限りは下水汚泥が発生し、かつこの下水汚泥を焼却した焼却灰は、下水処理場が稼働する限りは永久に発生し続けるので、従来のようにその焼却灰の処理を埋め立てのみに頼っていたのでは、何時かは埋め立て処理施設が行き詰まり、従来の下水処理システムが成り立たなくなってしまう問題があった。
【０００６】
本発明に係るセメントミルクは、前述の多くの問題点に鑑み開発された全く新規な発明であって、特に、前述のようにセメントミルクの中に混入されるベントナイト、フライアッシュの混和材の一部に代えて焼却灰を使用して産業廃棄物を有効利用すると共に、セメントミルクの製造原価を著しく低減せしめることを可能とした画期的な技術を提供するものである。
【０００７】
また、本発明に於いては、セメントミルクの中に混和材として使用される焼却灰の比率を著しく高めることが出来、かつ焼却灰をセメントミルク内に混入することによって、従来の前述のベントナイト等の混和材のみを使用した場合以上の特定の性能を高めることが出来る全く新しいセメントミルクの技術を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本件特許出願人等は、前述の従来の大きな問題点を改善するために、大量に廃棄されていた焼却灰をセメントミルクの混和材として積極的に利用するものであって、その第１発明の要旨は、セメントミルクにおいて、セメントミルクにおいて、下水汚泥焼却灰とベントナイトよりなる混和材の合計量に対して、下水汚泥焼却灰が１０〜７０重量％混合されており、前記下水汚泥焼却灰は、粉砕または分級により平均粒径が２〜２０μｍに粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にあることを特徴とするセメントミルクである。
【０００９】
前述の第１発明においては、焼却灰をセメントミルク内に混和材として混入してセメントミルクを構成したので、従来大量に廃棄処理されていた焼却灰を有効に利用することが出来る。かつこの焼却灰をベントナイトの一部に置換することが出来るので、セメントミルクのコストを著しく低減することが出来る。
【００１０】
また、焼却灰をセメントミルク内に混入した場合にはセメントミルク内で高アルカリ環境下に曝されて可溶性珪酸を遊離し、遊離された可溶性珪酸の珪酸イオンとセメントの水和の際に生じるカルシウムイオンとが凝固反応をするので、セメントミルクの強度をより増大させることが出来る。従ってベントナイト、珪石微粉末、山粘土粉末等の混和材をセメントミルク内に混入した場合よりも大きな強度を得ることが出来る。そのため焼却灰を使用した場合には、他のベントナイト等を使用する場合よりもセメント量を少なくすることが出来る。
【００１１】
前述のようにセメントミルクの中に混入する焼却灰が１０重量％より少ない場合には混合の効果が小さくなり、他方で混入する焼却灰が７０重量％を超えると、後述の表８から分かるように、所定のファンネル粘度を得るためには、焼却灰とベントナイトの合計混和材量を著しく大きくする必要があり、実用的でない。従って、セメントミルクの中に混入する焼却灰の量は１０〜７０重量％が有効である。
【００１２】
本発明に於いて、セメントミルク内に混合される焼却灰を粉砕または分級により粒度調整したので、ブレーン比表面積を大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くすることが出来、かつ製造時におけるワーカビリティもより向上させることが出来る。
【００１３】
特に、下水汚泥焼却灰の平均粒径を２〜２０μｍに限定したので、ブレーン比表面積をより確実に大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くし、かつ製造時のワーカビリティもより向上させることが出来る。
【００１４】
更に、セメントミルクに混合される焼却灰のブレーン比表面積を９０００ｃｍ２／ｇ以上にすることにより、固化時の一軸圧縮強度を更に高くし、製造時に於けるワーカビリティも更に向上させることが出来る。なお、ブレーン比表面積を１６０００ｃｍ２／ｇを越えた場合には、その効果は飽和してくると共に、粒度調整に要するエネルギー消費量が大きくなって来る作用を有する。
【００１５】
本発明に係るセメントミルクの第２発明の要旨は、セメント、ベントナイト、粉砕または分級により粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にある下水汚泥焼却灰を混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法である。
【００１６】
前述の発明に於いては、粉砕または分級により粒度調整された焼却灰を使用したので、ワーカビリティを向上させることが出来、これによって製造が容易になり、得られたセメントミルクの固化時における一軸圧縮強度も高くすることが出来る作用を有している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のセメントミルクの一実施例を具体的に説明すると、次に詳述する通りである。前述のように定義した「焼却灰」には、「焼却灰原粉」とその粒度を調整した「粒度調整焼却灰」があり、かつこの粒度調整焼却灰の中には粉砕した「粉砕焼却灰」とフルイで分級した「分級焼却灰」の２種類がある。従って、本明細書に於いて、全てを含む場合には単に「焼却灰」と表現し、粉砕焼却灰と分級焼却灰の両者を含む場合には、「粒調整焼却灰」と表現し、後述の実施例のように「粉砕焼却灰」と「分級焼却灰」を特定して使用する場合には、これ等を夫々具体的用語で表現する。
【００１８】
図１は本発明に使用する焼却灰原粉の顕微鏡写真（１４８０倍）である。この焼却灰原粉の粒度分布は、１０％径が２．９６μｍ、５０％径が１７．５７μｍ、９０％径が５９．０３μｍであり、ブレーン比表面積は７５１７ｃｍ２／ｇであった。なお一般的に焼却灰原粉のブレーン比表面積は７０００〜８０００程度の範囲にある。
【００１９】
図２は本発明に用いられる焼却灰原粉を３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の１，４９０倍の顕微鏡写真であり、図３は焼却灰原粉を１回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフ、図４は同様に３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフ、図５は同様に５回粉砕して製造した粒径の分布を示すグラフである。
【００２０】
本実施例では、本実施例を具体的に説明する前に、本発明で使用する焼却灰の特性について説明し、かつこのようにして得られた焼却灰原粉を更に粉砕して得られる粉砕焼却灰について説明する。
【００２１】
本発明で使用出来る焼却灰としては、下水処理に石灰や塩化第二鉄を使用せずに、高分子凝集剤を使用して得られたものが好ましい。このような焼却灰の組成は通常次のような範囲にある。
【００２２】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２） ４０〜５０％
酸化カルシウム（ＣａＯ） ５〜１０％
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３） ５〜１２％
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％
酸化マグネシウム（ＭｇＯ） ５〜１０％
五酸化リン（Ｐ２Ｏ５） ５〜１５％
酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ） ０．５〜３％
塩化物 １００ｍｇ／ｋｇ
【００２３】
前項のように、高分子凝集剤を使用して得られた焼却灰は使用する焼却灰を下水処理材に石灰や塩化第二鉄を使用せずに、高分子凝集剤を使用して得られた汚泥を焼却処理した際に発生するものを使用したので、前述の下水処理材に石灰や塩化第二鉄を使用した焼却灰の如く、吸水率が高くなる恐れのある水酸化カルシルムが多量に含有されることがなく、そのために強度、耐久性に劣るようなセメントミルクを構成する心配がない。
【００２４】
本発明者等は、前述の図１に示す顕微鏡写真に示す如く、焼却したままの、即ち粉砕する以前の焼却灰原粉は、団粒化して粒径の大きいものが多く大きな粒径範囲となるので、これを解砕等の手段によって粉砕することにより大きな固まりを微細化して全体の大きさを揃えるようにしたところ、前述の図２に示す顕微鏡写真或いは図３乃至図５に示す粒径の分布を示すグラフに示す粉砕焼却灰を得ることが出来た。
【００２５】
図２の顕微鏡写真は、焼却灰原粉を３回粉砕した粉砕焼却灰を拡大したものであるが、前述の図１の粉砕する焼却灰原粉と比較して、その粒径のバラツキが著しく小さくなっていることが明らかである。また、図３、図４、図５は夫々焼却灰原粉を１回、３回、５回粉砕した粉砕焼却灰の粒径（μｍ）の分布をグラフで表したものであるが、既に記載した焼却灰原粉の分布（[００２５]参照）と比較すると、その粒径の分布範囲が著しく小さくなっていることが明らかである。
【００２６】
即ち、焼却灰原粉の粒径は、前述の通りの分布であるのに対して、１回、３回、５回粉砕した粉砕焼却灰は、図３、図４、図５に示す如く、約１〜７０μｍの分布に納まっていることが明らかである。また、図６に例示する粉砕調整された高炉スラグ微粉末の粒径と、前述の図３、図４、図５に示す粉砕焼却灰とを比較した場合には、両者の粒径の範囲が類似していることが明らかである。
【００２７】
前述のように、未処理焼却灰を粉砕するに当たっては、サンプルミル微粉砕機を使用した。このサンプルミル微粉砕機は、結晶状の固まりをすりつぶして細粒化する方法ではなくて、大きな固粒状の固まりを解砕して粒子状にする粉砕方式であって、これによって粉砕焼却灰の粒径を揃えて、その粒径の分布範囲を小さくすることが出来るようにしたものである。また、使用する粉砕機の種類、性能等によって、１回乃至５回粉砕しても、得られる粒径は夫々異なっていた。従って、一定の大きさ以下の粒径を得るため粉砕回数は粉砕機の性能に左右されており、一定していない。
【００２８】
更に、本件発明者等は、焼却灰原粉と粉砕焼却灰との差異を別の角度から測定した。即ち、両者の安息角（°）をパウダーテスターによって測定して比較した処、次の第１表に示す如き結果が得られた。
【００２９】
【表１】
【００３０】
前述のように、焼却灰原粉に比較して粉砕した粉砕焼却灰は安息角が小さくなっており、これにより粉体として流動性が大きく良い方向に変化していることが明らかである。このように安息角及び粒径が小さくなることは、流動性が良くなり、従って流動範囲の広がりが大きくなり、粉末をセメントミルクに混入する際に、取り扱いが良く、作業性を良くし、かつ均一に混ぜて混入することが出来る。
【００３１】
セメントミルク内に混入される混和材の粒径は安息角やセメントミルクの流動性に大きな影響を及ぼすものであるが、本発明者等が種々の実験をした処、前述の粉砕焼却灰の粒径が８０ミクロン以下にした場合には、焼却灰をセメントミルク内に混入する際の取り扱い及び作業性を向上させると共に、セメントミルクの流動性を著しく向上させることが明らかとなった。
【００３２】
また、焼却灰の粒径が８０ミクロン域に偏っている場合と、１ミクロン域に偏っている場合とでは、安息角やセメントミルクの流動性に大きな影響を及ぼすことも明らかとなり、好ましくは焼却灰の平均粒径が２〜２０ミクロンであることが望ましいことも判明した。
【００３３】
更に、本発明に使用する焼却灰のブレーン比表面積が大きいほど、セメントミルクの固化時における一軸圧縮強度は高くなる。ブレーン比表面積は７０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、９０００〜１６０００ｃｍ２／ｇとすることがより好ましい。焼却灰原粉のブレーン比表面積の範囲は前述のように７０００〜８０００ｃｍ２／ｇ程度の範囲にあるが、更に大きくするには焼却灰原粉を粉砕またはフルイ分級により粒度調整することにより実施することが出来る。
【００３４】
次に本発明の実施に当たって、セメントミルクの製造に使用されている使用材料について説明すると以下の通りである。
【００３５】
セメントＣ：普通ポルトランドセメント
（太平洋セメント社製ｐｃ＝３．１６）
ベントナイトＶ：クニゲルＶ１（クニミネ工業株式会社製）
焼却灰：焼却灰または５回粉砕した粉砕焼却灰
【００３６】
前述の試験に於いては、焼却灰原粉と粉砕した粉砕焼却灰について粒度分布とブレーン比表面積についても、比較試験を実施した。
【００３７】
その結果、粒度分布は既に説明した通りであるが、３回の粉砕と５回の粉砕とでは、その差異はほとんど認められなかった。また、粉砕１〜５回の粉砕焼却灰のブレーン比表面積は、それぞれ１２２１１ｃｍ２／ｇ、１２７４０ｃｍ２／ｇ、１２６９９ｃｍ２／ｇであった。なお３回粉砕と５回粉砕のブレーン比表面積は僅かに逆転した値となっているが、前述のように３回以上粉砕を重ねてもそれほど変化はみられず、上記値の差は測定誤差の範囲といえる。
【００３８】
更に、３２５メッシュ（４４μｍ）のフルイで分級した分級焼却灰のブレーン比表面積は８４２４ｃｍ２／ｇで、粒度分布は１０％径が２．６８ｍ、５０％径が１３．３７μｍ、９０％径が３１．０９μｍであった。なお参考までに入手して測定した高炉スラグの比表面積はおよそ４０００ｃｍ２／ｇ程度であり、その粒度分布は１０％径が１．８９μｍ、５０％径が８．２７μｍ、９０％径が２３．２２μｍであった。
【００３９】
本発明に係るセメントミルクを製造する作液要領は次のように行った。即ち、先ず邪魔板が容器内壁に対照に２枚付帯された円筒容器へ水道水を９００ｇ投入し、攪拌機に設置した。かつ攪拌機の攪拌羽根は、タービン型を用いて回転数を３５０ｒｐｍに調整した。その後で規定量のベントナイト及び前述の焼却灰原粉（混和材）５０〜２００ｇを約３０秒かけて徐々に投入した後で、２分間攪拌した。
【００４０】
２分間の攪拌が終了した後で直ちに規定量の普通ポルトランドセメント２５０ｇを約３０秒かけて徐々に投入して１分間攪拌して作液を完了した。前記攪拌に当たっては、新東科学株式会社製のスリーワンモータを使用した。この攪拌機の羽根の回転数は、粘度発現により回転抑制作用が働くが、本攪拌機は回転数を一定に保持する機能を持った機種を使用した。
【００４１】
次に、前述のセメントミルクを製造する作液要領に従って、セメントミルクの混和材となるベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を３０％対７０％、５０％対５０％、７０％対３０％にした試料を作製し、夫々についてセメントミルク性状(流動性)を調べた処、次の表２に示すような結果が得られた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
前記表２によって明らかな如く、ベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を３０％対７０％にしたＡ試料、ベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を５０％対５０％にしたＢ試料及びベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を７０％対３０％にしたＣ試料のいずれの場合にも、ファンネル粘性、見掛粘度、塑性粘度、降伏値に於いて、ほとんど大きな差異がなく、いずれの試料の場合のセメントミルクの流動性に於いても優れていることが判明した。
【００４４】
本発明者等は、前述のようなベントナイトと粉砕焼却灰との混合比率を３段階に変化させ、夫々のセメントミルクの流動性について試験をし、前記表２に示す如き試験結果を得ることが出来たが、本発明者等は、更に別の角度から本発明に係るセメントミルクの性状について試験した。
【００４５】
即ち、後述の表３、表４、表５に示す如く、ベントナイトに混合される粉末を（ａ）珪石微粉末、（ｂ）粉砕焼却灰(５回)及び（ｃ）山粘土粉末にし、かつベントナイトと粉末との混合比率をＡ３０％対７０％、Ｂ５０％対５０％及びＣ７０％対３０％の３種類の混合比率とし、更にこれ等のベントナイトと粉末とよりなる混和材の量を１０、２０、３０、４０、５０・・・・ｋｇに変化させ、このように変化させて製作したセメントミルクに付いて性状(流動性)を試験した結果、次の表３、表４及び表５に示すような結果が得られた。
【００４６】
【表３】
【００４７】
【表４】
【００４８】
【表５】
【００４９】
前述の表３、表４及び表５に示す如く、本発明のようにセメントミルクの混合材として焼却灰微細化粉末を使用した場合には、他の珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用した場合にも、全体的にセメントミルクの流動性が良く、しかも焼却灰微細化粉末を大量に混入することが出来ることが判明した。
【００５０】
即ち表３の「Ａ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が３０％対７０％である場合」には、粉砕焼却灰を使用する場合と、他の２粉末である珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用する場合とでは、その他の２粉末を使用するケースよりも１０〜２０ｋｇ増量してもセメントミルクの流動性が同等であることが明らかとなった。
【００５１】
しかし、表４の「Ｂ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が５０％対５０％である場合」のケースでは、粉砕焼却灰(５回)を使用するケースには、その他の２粉末を使用するケースよりも５〜１０ｋｇ増量してもセメントミルクの流動性が同等であることが明らかである。
【００５２】
また、表５の「Ｃ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が７０％対３０％である場合」のケースでは、粉砕焼却灰を使用するケースには、セメントミルクの流動性にはほとんど差異がみられない。従って、これ等のことを総合すると、粉砕焼却灰を使用する場合には、他の珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用する場合よりも大量に混入することが可能であることが判明した。
【００５３】
更に、本発明者等は、前述のように、粉砕焼却灰(５回)の他に、珪石微粉末及び山粘土粉末についても、ベントナイトに対する粉末の混合比率を５０％対５０％にしたセメントミルクの一軸圧縮強度測定をし、更に混和材としてベントナイトのみを使用したセメントミルクの一軸圧縮強度を測定したものと比較した処、次の表６に示す如き結果が得られた。
【００５４】
【表６】
【００５５】
前記表６に表示されているように、混和材として粉砕焼却灰(５回)を使用した場合には、珪石微粉末或いは山粘土粉末を混和材として使用した場合よりも、一軸圧縮強度が大きいことが明らかとなった。しかも、混和材としてベントナイトのみを使用した場合よりも、一軸圧縮強度が少し大きいことが明らかとなった。
【００５６】
なお、焼却灰原粉の一軸圧縮強度(平均)は、３．９４ｋｇf／ｍ２であり、３２５メッシュのフルイで分級した分級焼却灰の一軸圧縮強度(平均)は、４．２２ｋｇf／ｃｍ２であった。参考までに図７に焼却灰原粉を基準とした粒度調整焼却灰の一軸圧縮強度(平均)の増加傾向のグラフを示す。
【００５７】
セメントミルクには、セメントが硬化材として固化強度を得るために混合されるが、混和材は一部でセメントミルクの強度発現に関与している。しかし、その強度発現の寄与率は混和材の粒径によって差を生じている。前述の表６によると粉砕焼却灰を混和材として使用した場合の方が、他の珪石微粉末、山粘土粉末或いはクニゲルＶ１を混和材として使用した場合よりも大きな強度を得ることが明らかであるので、この粉砕焼却灰を混和材として使用した場合には、セメントを削減することが可能となり、セメントミルクのコストをより低下にすることが出来る。
【００５８】
以上の説明でも明らかな如く、本発明を実施した場合には、セメントミルクの混和材として粉砕焼却灰をベントナイトに対して約７０％迄使用することが出来ることが明らかとなった。かつ、該粉砕焼却灰を使用する場合には、ベントナイトに対する焼却灰の比率をより大きくすることが出来ると共に、セメントミルクに焼却灰を混入するための取り扱い及び作業性を夫々高めることが出来ることが判明した。また、粉砕焼却灰を混和材としてセメントミルクに混合した場合には、ベントナイトと同等か或いはそれ以上に一軸圧縮強度を高めることが可能であることが判明した。
【００５９】
更に、本発明者等はセメントミルクの混和材として、粉砕焼却灰のベントナイトに対する比率をどの範囲まで大きくすることが出来るかについて、試験をした結果、表７に示すような結果が得られた。
【００６０】
【表７】
【００６１】
また、前述のセメントミルクの混和材として、ベントナイトに対する粉砕焼却灰(５回)の比率をどの範囲まで大きくすることが出来るか否かを判断するための説明用データを次の表８によって表示する。この表８に清水混練によるセメントミルク状の内の特にファンネル粘性等によって、セメントミルク内に混和される混和材の必要量を表示したものである。
【００６２】
【表８】
【００６３】
上記表８を参照しながら表７で(1)の２３秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量、(2)の３０秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量、(3)の４０秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量をみると明らかなように、クニゲルＶ１が３０％、粉砕焼却灰が７０％までは、粉砕焼却灰を２０％づつ増量させると、各ファンネル粘度まで発現させるための混和材の必要量は１．５倍乃至２倍以下であることが明らかである。
【００６４】
しかし、例えばクニゲルＶ１を２０％、粉砕焼却灰を８０％にすると、粉砕焼却灰を１０％しか増やしていないにも関わらず、混和材の必要量が一挙に１．５倍になっていることが判明した。
【００６５】
即ち、(1)の２３秒台のファンネル粘性を得るためには、９０ｋｇの混和材が必要であり、(2)の３０秒台のファンネル粘性を得るためには、１３０ｋｇの混和材が必要であり(3)の４０秒台のファンネル粘性を得るためには、１５０ｋｇの混和材が必要となることが明らかである。
【００６６】
これ等のことからも、クニゲルＶ１が７０％、粉砕焼却灰が３０％乃至クニゲルＶ１が３０％、粉砕焼却灰が７０％までは、段階的に規則的な混和材の増量が成り立っているのに対し、クニゲルＶ１が２０％で粉砕焼却灰が８０％になると、規則性を失い、混和材の必要量が一挙に増大し、実用化が困難となるのは明らかである。
【００６７】
【発明の効果】
本発明に係るセメントミルクは、焼却灰をセメントミルク内に混和材として混入してセメントミルクを構成したので、従来大量に廃棄処理されていた焼却灰を有効に利用することが出来る。かつこの焼却灰をベントナイトの一部に置換することが出来るので、セメントミルクのコストを著しく低減することが出来る等の大きな効果を有している。
【００６８】
また、焼却灰をセメントミルク内に混入した場合にはセメントミルク内で高アルカリ環境下に曝されて可溶性珪酸を遊離し、遊離された可溶性珪酸の珪酸イオンとセメントの水和の際に生じるカルシウムイオンとが凝固反応をするので、セメントミルクの強度をより増大させることが出来る。従ってベントナイト、珪石微粉末、山粘土粉末等の混和材をセメントミルク内に混入した場合よりも大きな強度を得ることが出来る。そのため焼却灰を使用した場合には、他のベントナイト等を使用する場合よりもセメント量を少なくすることが出来る効果を有している。
【００６９】
特に、セメントミルクの中に混入する焼却灰が１０重量％より少ない場合には混合の効果が少なくなり、他方で混入する焼却灰が７０重量％を超えると、後述の表９から分かるように、所定のファンネル粘土を得るためには、焼却灰とベントナイトの合計混和材量を著しく大きくする必要があり、実用的でない。従って、セメントミルクの中に混入する焼却灰の量を１０〜７０重量％にすることによって、大きな効果を得ることが出来る。
【００７０】
セメントミルク内に混合される焼却灰を粉砕または分級などにより粒度調整した場合には、ブレーン比表面積を大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くすることが出来、かつ製造時におけるワーカビリティもより向上させることが出来る効果を有している。更に、セメントミルクに混合される焼却灰の平均粒径を２〜２０μｍに限定した場合には、ブレーン比表面積をより確実に大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くし、かつ製造時のワーカビリティもより向上させることが出来る効果を有している。
【００７１】
セメントミルクに混合される焼却灰のブレーン比表面積を９０００ｃｍ２／ｇ以上にした場合には、固化時の一軸圧縮強度を更に高くし、製造時に於けるワーカビリティも更に向上させることが出来る。なお、ブレーン比表面積を１６０００ｃｍ２／ｇを超えた場合には、その効果は飽和してくると共に、粒度調整に要するエネルギー消費量を大きくすることが出来る効果を有している。
【００７２】
更に、本発明のセメントミルクに於いて、粉砕または分級などにより粒度調整された焼却灰を使用した場合には、ワーカビリティを向上させることが出来、これによって製造が容易になり、得られたセメントミルクの固化時における一軸圧縮強度も高くすることが出来る効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用する焼却灰原粉の顕微鏡写真（１４８０倍）である。
【図２】 本発明に用いられる焼却灰を３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の１，４９０倍の顕微鏡写真である。
【図３】 焼却灰を１回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフである。
【図４】 ３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフである。
【図５】 ５回粉砕して製造した粒径の分布を示すグラフである。
【図６】 粉砕調整された高炉スラグ微粉末の粒径である。
【図７】 エコリパウダーの比表面積と一軸圧縮強度増加率の関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理場で大量に発生する下水汚泥を焼却して得られる下水汚泥焼却灰(以下単に焼却灰という)をセメントミルク内に混和材として混入して構成したセメントミルクに係り、特に産業廃棄物の一種として廃棄されていた焼却灰を有効に混入して構成し得るセメントミルクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメントミルクを製造するに当たっては、例えば特開平６−２５６０５６号公報、特公平７−５３５９７号公報或いは特開平８−１５７８２３号公報等に例示する如く、水とセメントとを混合してなる基礎的セメントミルク内に、ベントナイト、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末等の混和材が多量に混入されて構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、前述のベントナイト、フライアッシュ等の混和材は比較的高価であるため、セメントミルクの製造原価が高価になる問題があった。
【０００４】
一方で従来から下水処理施設に於いては、経常的に下水から除去した有機質を多量に含む下水汚泥が大量に発生していた。このように大量に発生した下水汚泥は、多くの場合に焼却処理されて焼却灰として産業廃棄物の一種として産業廃棄物処理場に埋め立て廃棄処理されていた。
【０００５】
また、前述の下水処理施設に於いては、下水処理が日常的に稼働している限りは下水汚泥が発生し、かつこの下水汚泥を焼却した焼却灰は、下水処理場が稼働する限りは永久に発生し続けるので、従来のようにその焼却灰の処理を埋め立てのみに頼っていたのでは、何時かは埋め立て処理施設が行き詰まり、従来の下水処理システムが成り立たなくなってしまう問題があった。
【０００６】
本発明に係るセメントミルクは、前述の多くの問題点に鑑み開発された全く新規な発明であって、特に、前述のようにセメントミルクの中に混入されるベントナイト、フライアッシュの混和材の一部に代えて焼却灰を使用して産業廃棄物を有効利用すると共に、セメントミルクの製造原価を著しく低減せしめることを可能とした画期的な技術を提供するものである。
【０００７】
また、本発明に於いては、セメントミルクの中に混和材として使用される焼却灰の比率を著しく高めることが出来、かつ焼却灰をセメントミルク内に混入することによって、従来の前述のベントナイト等の混和材のみを使用した場合以上の特定の性能を高めることが出来る全く新しいセメントミルクの技術を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本件特許出願人等は、前述の従来の大きな問題点を改善するために、大量に廃棄されていた焼却灰をセメントミルクの混和材として積極的に利用するものであって、その第１発明の要旨は、セメントミルクにおいて、セメントミルクにおいて、下水汚泥焼却灰とベントナイトよりなる混和材の合計量に対して、下水汚泥焼却灰が１０〜７０重量％混合されており、前記下水汚泥焼却灰は、粉砕または分級により平均粒径が２〜２０μｍに粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にあることを特徴とするセメントミルクである。
【０００９】
前述の第１発明においては、焼却灰をセメントミルク内に混和材として混入してセメントミルクを構成したので、従来大量に廃棄処理されていた焼却灰を有効に利用することが出来る。かつこの焼却灰をベントナイトの一部に置換することが出来るので、セメントミルクのコストを著しく低減することが出来る。
【００１０】
また、焼却灰をセメントミルク内に混入した場合にはセメントミルク内で高アルカリ環境下に曝されて可溶性珪酸を遊離し、遊離された可溶性珪酸の珪酸イオンとセメントの水和の際に生じるカルシウムイオンとが凝固反応をするので、セメントミルクの強度をより増大させることが出来る。従ってベントナイト、珪石微粉末、山粘土粉末等の混和材をセメントミルク内に混入した場合よりも大きな強度を得ることが出来る。そのため焼却灰を使用した場合には、他のベントナイト等を使用する場合よりもセメント量を少なくすることが出来る。
【００１１】
前述のようにセメントミルクの中に混入する焼却灰が１０重量％より少ない場合には混合の効果が小さくなり、他方で混入する焼却灰が７０重量％を超えると、後述の表８から分かるように、所定のファンネル粘度を得るためには、焼却灰とベントナイトの合計混和材量を著しく大きくする必要があり、実用的でない。従って、セメントミルクの中に混入する焼却灰の量は１０〜７０重量％が有効である。
【００１２】
本発明に於いて、セメントミルク内に混合される焼却灰を粉砕または分級により粒度調整したので、ブレーン比表面積を大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くすることが出来、かつ製造時におけるワーカビリティもより向上させることが出来る。
【００１３】
特に、下水汚泥焼却灰の平均粒径を２〜２０μｍに限定したので、ブレーン比表面積をより確実に大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くし、かつ製造時のワーカビリティもより向上させることが出来る。
【００１４】
更に、セメントミルクに混合される焼却灰のブレーン比表面積を９０００ｃｍ２／ｇ以上にすることにより、固化時の一軸圧縮強度を更に高くし、製造時に於けるワーカビリティも更に向上させることが出来る。なお、ブレーン比表面積を１６０００ｃｍ２／ｇを越えた場合には、その効果は飽和してくると共に、粒度調整に要するエネルギー消費量が大きくなって来る作用を有する。
【００１５】
本発明に係るセメントミルクの第２発明の要旨は、セメント、ベントナイト、粉砕または分級により粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にある下水汚泥焼却灰を混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法である。
【００１６】
前述の発明に於いては、粉砕または分級により粒度調整された焼却灰を使用したので、ワーカビリティを向上させることが出来、これによって製造が容易になり、得られたセメントミルクの固化時における一軸圧縮強度も高くすることが出来る作用を有している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のセメントミルクの一実施例を具体的に説明すると、次に詳述する通りである。前述のように定義した「焼却灰」には、「焼却灰原粉」とその粒度を調整した「粒度調整焼却灰」があり、かつこの粒度調整焼却灰の中には粉砕した「粉砕焼却灰」とフルイで分級した「分級焼却灰」の２種類がある。従って、本明細書に於いて、全てを含む場合には単に「焼却灰」と表現し、粉砕焼却灰と分級焼却灰の両者を含む場合には、「粒調整焼却灰」と表現し、後述の実施例のように「粉砕焼却灰」と「分級焼却灰」を特定して使用する場合には、これ等を夫々具体的用語で表現する。
【００１８】
図１は本発明に使用する焼却灰原粉の顕微鏡写真（１４８０倍）である。この焼却灰原粉の粒度分布は、１０％径が２．９６μｍ、５０％径が１７．５７μｍ、９０％径が５９．０３μｍであり、ブレーン比表面積は７５１７ｃｍ２／ｇであった。なお一般的に焼却灰原粉のブレーン比表面積は７０００〜８０００程度の範囲にある。
【００１９】
図２は本発明に用いられる焼却灰原粉を３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の１，４９０倍の顕微鏡写真であり、図３は焼却灰原粉を１回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフ、図４は同様に３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフ、図５は同様に５回粉砕して製造した粒径の分布を示すグラフである。
【００２０】
本実施例では、本実施例を具体的に説明する前に、本発明で使用する焼却灰の特性について説明し、かつこのようにして得られた焼却灰原粉を更に粉砕して得られる粉砕焼却灰について説明する。
【００２１】
本発明で使用出来る焼却灰としては、下水処理に石灰や塩化第二鉄を使用せずに、高分子凝集剤を使用して得られたものが好ましい。このような焼却灰の組成は通常次のような範囲にある。
【００２２】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２） ４０〜５０％
酸化カルシウム（ＣａＯ） ５〜１０％
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３） ５〜１２％
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％
酸化マグネシウム（ＭｇＯ） ５〜１０％
五酸化リン（Ｐ２Ｏ５） ５〜１５％
酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ） ０．５〜３％
塩化物 １００ｍｇ／ｋｇ
【００２３】
前項のように、高分子凝集剤を使用して得られた焼却灰は使用する焼却灰を下水処理材に石灰や塩化第二鉄を使用せずに、高分子凝集剤を使用して得られた汚泥を焼却処理した際に発生するものを使用したので、前述の下水処理材に石灰や塩化第二鉄を使用した焼却灰の如く、吸水率が高くなる恐れのある水酸化カルシルムが多量に含有されることがなく、そのために強度、耐久性に劣るようなセメントミルクを構成する心配がない。
【００２４】
本発明者等は、前述の図１に示す顕微鏡写真に示す如く、焼却したままの、即ち粉砕する以前の焼却灰原粉は、団粒化して粒径の大きいものが多く大きな粒径範囲となるので、これを解砕等の手段によって粉砕することにより大きな固まりを微細化して全体の大きさを揃えるようにしたところ、前述の図２に示す顕微鏡写真或いは図３乃至図５に示す粒径の分布を示すグラフに示す粉砕焼却灰を得ることが出来た。
【００２５】
図２の顕微鏡写真は、焼却灰原粉を３回粉砕した粉砕焼却灰を拡大したものであるが、前述の図１の粉砕する焼却灰原粉と比較して、その粒径のバラツキが著しく小さくなっていることが明らかである。また、図３、図４、図５は夫々焼却灰原粉を１回、３回、５回粉砕した粉砕焼却灰の粒径（μｍ）の分布をグラフで表したものであるが、既に記載した焼却灰原粉の分布（[００２５]参照）と比較すると、その粒径の分布範囲が著しく小さくなっていることが明らかである。
【００２６】
即ち、焼却灰原粉の粒径は、前述の通りの分布であるのに対して、１回、３回、５回粉砕した粉砕焼却灰は、図３、図４、図５に示す如く、約１〜７０μｍの分布に納まっていることが明らかである。また、図６に例示する粉砕調整された高炉スラグ微粉末の粒径と、前述の図３、図４、図５に示す粉砕焼却灰とを比較した場合には、両者の粒径の範囲が類似していることが明らかである。
【００２７】
前述のように、未処理焼却灰を粉砕するに当たっては、サンプルミル微粉砕機を使用した。このサンプルミル微粉砕機は、結晶状の固まりをすりつぶして細粒化する方法ではなくて、大きな固粒状の固まりを解砕して粒子状にする粉砕方式であって、これによって粉砕焼却灰の粒径を揃えて、その粒径の分布範囲を小さくすることが出来るようにしたものである。また、使用する粉砕機の種類、性能等によって、１回乃至５回粉砕しても、得られる粒径は夫々異なっていた。従って、一定の大きさ以下の粒径を得るため粉砕回数は粉砕機の性能に左右されており、一定していない。
【００２８】
更に、本件発明者等は、焼却灰原粉と粉砕焼却灰との差異を別の角度から測定した。即ち、両者の安息角（°）をパウダーテスターによって測定して比較した処、次の第１表に示す如き結果が得られた。
【００２９】
【表１】
前述のように、焼却灰原粉に比較して粉砕した粉砕焼却灰は安息角が小さくなっており、これにより粉体として流動性が大きく良い方向に変化していることが明らかである。このように安息角及び粒径が小さくなることは、流動性が良くなり、従って流動範囲の広がりが大きくなり、粉末をセメントミルクに混入する際に、取り扱いが良く、作業性を良くし、かつ均一に混ぜて混入することが出来る。
【００３１】
セメントミルク内に混入される混和材の粒径は安息角やセメントミルクの流動性に大きな影響を及ぼすものであるが、本発明者等が種々の実験をした処、前述の粉砕焼却灰の粒径が８０ミクロン以下にした場合には、焼却灰をセメントミルク内に混入する際の取り扱い及び作業性を向上させると共に、セメントミルクの流動性を著しく向上させることが明らかとなった。
【００３２】
また、焼却灰の粒径が８０ミクロン域に偏っている場合と、１ミクロン域に偏っている場合とでは、安息角やセメントミルクの流動性に大きな影響を及ぼすことも明らかとなり、好ましくは焼却灰の平均粒径が２〜２０ミクロンであることが望ましいことも判明した。
【００３３】
更に、本発明に使用する焼却灰のブレーン比表面積が大きいほど、セメントミルクの固化時における一軸圧縮強度は高くなる。ブレーン比表面積は７０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、９０００〜１６０００ｃｍ２／ｇとすることがより好ましい。焼却灰原粉のブレーン比表面積の範囲は前述のように７０００〜８０００ｃｍ２／ｇ程度の範囲にあるが、更に大きくするには焼却灰原粉を粉砕またはフルイ分級により粒度調整することにより実施することが出来る。
【００３４】
次に本発明の実施に当たって、セメントミルクの製造に使用されている使用材料について説明すると以下の通りである。
【００３５】
セメントＣ：普通ポルトランドセメント
（太平洋セメント社製ｐｃ＝３．１６）
ベントナイトＶ：クニゲルＶ１（クニミネ工業株式会社製）
焼却灰：焼却灰または５回粉砕した粉砕焼却灰
【００３６】
前述の試験に於いては、焼却灰原粉と粉砕した粉砕焼却灰について粒度分布とブレーン比表面積についても、比較試験を実施した。
【００３７】
その結果、粒度分布は既に説明した通りであるが、３回の粉砕と５回の粉砕とでは、その差異はほとんど認められなかった。また、粉砕１〜５回の粉砕焼却灰のブレーン比表面積は、それぞれ１２２１１ｃｍ２／ｇ、１２７４０ｃｍ２／ｇ、１２６９９ｃｍ２／ｇであった。なお３回粉砕と５回粉砕のブレーン比表面積は僅かに逆転した値となっているが、前述のように３回以上粉砕を重ねてもそれほど変化はみられず、上記値の差は測定誤差の範囲といえる。
【００３８】
更に、３２５メッシュ（４４μｍ）のフルイで分級した分級焼却灰のブレーン比表面積は８４２４ｃｍ２／ｇで、粒度分布は１０％径が２．６８ｍ、５０％径が１３．３７μｍ、９０％径が３１．０９μｍであった。なお参考までに入手して測定した高炉スラグの比表面積はおよそ４０００ｃｍ２／ｇ程度であり、その粒度分布は１０％径が１．８９μｍ、５０％径が８．２７μｍ、９０％径が２３．２２μｍであった。
【００３９】
本発明に係るセメントミルクを製造する作液要領は次のように行った。即ち、先ず邪魔板が容器内壁に対照に２枚付帯された円筒容器へ水道水を９００ｇ投入し、攪拌機に設置した。かつ攪拌機の攪拌羽根は、タービン型を用いて回転数を３５０ｒｐｍに調整した。その後で規定量のベントナイト及び前述の焼却灰原粉（混和材）５０〜２００ｇを約３０秒かけて徐々に投入した後で、２分間攪拌した。
【００４０】
２分間の攪拌が終了した後で直ちに規定量の普通ポルトランドセメント２５０ｇを約３０秒かけて徐々に投入して１分間攪拌して作液を完了した。前記攪拌に当たっては、新東科学株式会社製のスリーワンモータを使用した。この攪拌機の羽根の回転数は、粘度発現により回転抑制作用が働くが、本攪拌機は回転数を一定に保持する機能を持った機種を使用した。
【００４１】
次に、前述のセメントミルクを製造する作液要領に従って、セメントミルクの混和材となるベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を３０％対７０％、５０％対５０％、７０％対３０％にした試料を作製し、夫々についてセメントミルク性状(流動性)を調べた処、次の表２に示すような結果が得られた。
【００４２】
【表２】
前記表２によって明らかな如く、ベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を３０％対７０％にしたＡ試料、ベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を５０％対５０％にしたＢ試料及びベントナイトと焼却灰原粉との混合比率を７０％対３０％にしたＣ試料のいずれの場合にも、ファンネル粘性、見掛粘度、塑性粘度、降伏値に於いて、ほとんど大きな差異がなく、いずれの試料の場合のセメントミルクの流動性に於いても優れていることが判明した。
【００４４】
本発明者等は、前述のようなベントナイトと粉砕焼却灰との混合比率を３段階に変化させ、夫々のセメントミルクの流動性について試験をし、前記表２に示す如き試験結果を得ることが出来たが、本発明者等は、更に別の角度から本発明に係るセメントミルクの性状について試験した。
【００４５】
即ち、後述の表３、表４、表５に示す如く、ベントナイトに混合される粉末を（ａ）珪石微粉末、（ｂ）粉砕焼却灰(５回)及び（ｃ）山粘土粉末にし、かつベントナイトと粉末との混合比率をＡ３０％対７０％、Ｂ５０％対５０％及びＣ７０％対３０％の３種類の混合比率とし、更にこれ等のベントナイトと粉末とよりなる混和材の量を１０、２０、３０、４０、５０・・・・ｋｇに変化させ、このように変化させて製作したセメントミルクに付いて性状(流動性)を試験した結果、次の表３、表４及び表５に示すような結果が得られた。
【００４６】
【表３】
【表４】
【表５】
前述の表３、表４及び表５に示す如く、本発明のようにセメントミルクの混合材として焼却灰微細化粉末を使用した場合には、他の珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用した場合にも、全体的にセメントミルクの流動性が良く、しかも焼却灰微細化粉末を大量に混入することが出来ることが判明した。
【００５０】
即ち表３の「Ａ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が３０％対７０％である場合」には、粉砕焼却灰を使用する場合と、他の２粉末である珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用する場合とでは、その他の２粉末を使用するケースよりも１０〜２０ｋｇ増量してもセメントミルクの流動性が同等であることが明らかとなった。
【００５１】
しかし、表４の「Ｂ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が５０％対５０％である場合」のケースでは、粉砕焼却灰(５回)を使用するケースには、その他の２粉末を使用するケースよりも５〜１０ｋｇ増量してもセメントミルクの流動性が同等であることが明らかである。
【００５２】
また、表５の「Ｃ試料の混合比率のクニゲルＶ１対粉末が７０％対３０％である場合」のケースでは、粉砕焼却灰を使用するケースには、セメントミルクの流動性にはほとんど差異がみられない。従って、これ等のことを総合すると、粉砕焼却灰を使用する場合には、他の珪石微粉末或いは山粘土粉末を使用する場合よりも大量に混入することが可能であることが判明した。
【００５３】
更に、本発明者等は、前述のように、粉砕焼却灰(５回)の他に、珪石微粉末及び山粘土粉末についても、ベントナイトに対する粉末の混合比率を５０％対５０％にしたセメントミルクの一軸圧縮強度測定をし、更に混和材としてベントナイトのみを使用したセメントミルクの一軸圧縮強度を測定したものと比較した処、次の表６に示す如き結果が得られた。
【００５４】
【表６】
前記表６に表示されているように、混和材として粉砕焼却灰(５回)を使用した場合には、珪石微粉末或いは山粘土粉末を混和材として使用した場合よりも、一軸圧縮強度が大きいことが明らかとなった。しかも、混和材としてベントナイトのみを使用した場合よりも、一軸圧縮強度が少し大きいことが明らかとなった。
【００５６】
なお、焼却灰原粉の一軸圧縮強度(平均)は、３．９４ｋｇf／ｍ２であり、３２５メッシュのフルイで分級した分級焼却灰の一軸圧縮強度(平均)は、４．２２ｋｇf／ｃｍ２であった。参考までに図７に焼却灰原粉を基準とした粒度調整焼却灰の一軸圧縮強度(平均)の増加傾向のグラフを示す。
【００５７】
セメントミルクには、セメントが硬化材として固化強度を得るために混合されるが、混和材は一部でセメントミルクの強度発現に関与している。しかし、その強度発現の寄与率は混和材の粒径によって差を生じている。前述の表６によると粉砕焼却灰を混和材として使用した場合の方が、他の珪石微粉末、山粘土粉末或いはクニゲルＶ１を混和材として使用した場合よりも大きな強度を得ることが明らかであるので、この粉砕焼却灰を混和材として使用した場合には、セメントを削減することが可能となり、セメントミルクのコストをより低下にすることが出来る。
【００５８】
以上の説明でも明らかな如く、本発明を実施した場合には、セメントミルクの混和材として粉砕焼却灰をベントナイトに対して約７０％迄使用することが出来ることが明らかとなった。かつ、該粉砕焼却灰を使用する場合には、ベントナイトに対する焼却灰の比率をより大きくすることが出来ると共に、セメントミルクに焼却灰を混入するための取り扱い及び作業性を夫々高めることが出来ることが判明した。また、粉砕焼却灰を混和材としてセメントミルクに混合した場合には、ベントナイトと同等か或いはそれ以上に一軸圧縮強度を高めることが可能であることが判明した。
【００５９】
更に、本発明者等はセメントミルクの混和材として、粉砕焼却灰のベントナイトに対する比率をどの範囲まで大きくすることが出来るかについて、試験をした結果、表７に示すような結果が得られた。
【００６０】
【表７】
また、前述のセメントミルクの混和材として、ベントナイトに対する粉砕焼却灰(５回)の比率をどの範囲まで大きくすることが出来るか否かを判断するための説明用データを次の表８によって表示する。この表８に清水混練によるセメントミルク状の内の特にファンネル粘性等によって、セメントミルク内に混和される混和材の必要量を表示したものである。
【００６２】
【表８】
上記表８を参照しながら表７で(1)の２３秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量、(2)の３０秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量、(3)の４０秒台のファンネル粘性を得るための混和材の必要量をみると明らかなように、クニゲルＶ１が３０％、粉砕焼却灰が７０％までは、粉砕焼却灰を２０％づつ増量させると、各ファンネル粘度まで発現させるための混和材の必要量は１．５倍乃至２倍以下であることが明らかである。
【００６４】
しかし、例えばクニゲルＶ１を２０％、粉砕焼却灰を８０％にすると、粉砕焼却灰を１０％しか増やしていないにも関わらず、混和材の必要量が一挙に１．５倍になっていることが判明した。
【００６５】
即ち、(1)の２３秒台のファンネル粘性を得るためには、９０ｋｇの混和材が必要であり、(2)の３０秒台のファンネル粘性を得るためには、１３０ｋｇの混和材が必要であり(3)の４０秒台のファンネル粘性を得るためには、１５０ｋｇの混和材が必要となることが明らかである。
【００６６】
これ等のことからも、クニゲルＶ１が７０％、粉砕焼却灰が３０％乃至クニゲルＶ１が３０％、粉砕焼却灰が７０％までは、段階的に規則的な混和材の増量が成り立っているのに対し、クニゲルＶ１が２０％で粉砕焼却灰が８０％になると、規則性を失い、混和材の必要量が一挙に増大し、実用化が困難となるのは明らかである。
【００６７】
【発明の効果】
本発明に係るセメントミルクは、焼却灰をセメントミルク内に混和材として混入してセメントミルクを構成したので、従来大量に廃棄処理されていた焼却灰を有効に利用することが出来る。かつこの焼却灰をベントナイトの一部に置換することが出来るので、セメントミルクのコストを著しく低減することが出来る等の大きな効果を有している。
【００６８】
また、焼却灰をセメントミルク内に混入した場合にはセメントミルク内で高アルカリ環境下に曝されて可溶性珪酸を遊離し、遊離された可溶性珪酸の珪酸イオンとセメントの水和の際に生じるカルシウムイオンとが凝固反応をするので、セメントミルクの強度をより増大させることが出来る。従ってベントナイト、珪石微粉末、山粘土粉末等の混和材をセメントミルク内に混入した場合よりも大きな強度を得ることが出来る。そのため焼却灰を使用した場合には、他のベントナイト等を使用する場合よりもセメント量を少なくすることが出来る効果を有している。
【００６９】
特に、セメントミルクの中に混入する焼却灰が１０重量％より少ない場合には混合の効果が少なくなり、他方で混入する焼却灰が７０重量％を超えると、後述の表９から分かるように、所定のファンネル粘土を得るためには、焼却灰とベントナイトの合計混和材量を著しく大きくする必要があり、実用的でない。従って、セメントミルクの中に混入する焼却灰の量を１０〜７０重量％にすることによって、大きな効果を得ることが出来る。
【００７０】
セメントミルク内に混合される焼却灰を粉砕または分級などにより粒度調整した場合には、ブレーン比表面積を大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くすることが出来、かつ製造時におけるワーカビリティもより向上させることが出来る効果を有している。更に、セメントミルクに混合される焼却灰の平均粒径を２〜２０μｍに限定した場合には、ブレーン比表面積をより確実に大きくすることが出来、これによって固化時の一軸圧縮強度を一層高くし、かつ製造時のワーカビリティもより向上させることが出来る効果を有している。
【００７１】
セメントミルクに混合される焼却灰のブレーン比表面積を９０００ｃｍ２／ｇ以上にした場合には、固化時の一軸圧縮強度を更に高くし、製造時に於けるワーカビリティも更に向上させることが出来る。なお、ブレーン比表面積を１６０００ｃｍ２／ｇを超えた場合には、その効果は飽和してくると共に、粒度調整に要するエネルギー消費量を大きくすることが出来る効果を有している。
【００７２】
更に、本発明のセメントミルクに於いて、粉砕または分級などにより粒度調整された焼却灰を使用した場合には、ワーカビリティを向上させることが出来、これによって製造が容易になり、得られたセメントミルクの固化時における一軸圧縮強度も高くすることが出来る効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用する焼却灰原粉の顕微鏡写真（１４８０倍）である。
【図２】 本発明に用いられる焼却灰を３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の１，４９０倍の顕微鏡写真である。
【図３】 焼却灰を１回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフである。
【図４】 ３回粉砕して製造した粉砕焼却灰の粒径の分布を示すグラフである。
【図５】 ５回粉砕して製造した粒径の分布を示すグラフである。
【図６】 粉砕調整された高炉スラグ微粉末の粒径である。
【図７】 エコリパウダーの比表面積と一軸圧縮強度増加率の関係を示す図である。
Claims (2)
- セメントミルクにおいて、
下水汚泥焼却灰とベントナイトよりなる混和材の合計量に対して、下水汚泥焼却灰が１０〜７０重量％混合されており、
前記下水汚泥焼却灰は、粉砕または分級により平均粒径が２〜２０μｍに粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にある
ことを特徴とするセメントミルク。 - セメント、ベントナイト、粉砕または分級により平均粒径が２〜２０μｍに粒度調整され、且つブレーン比表面積が９０００〜１６０００ｃｍ ２ ／ｇの範囲にある下水汚泥焼却灰を混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法。
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