JP5540286B2 - 路盤材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、これも珪酸アルカリを入れると早い段階で固化が始まることは一般的に知られており、混練後の作業性が悪くなること。また、有害物質を閉じ込める効果も記載されているが、文中では供試体を粉砕することなく、重金属が溶出しにくい形態での溶出試験を行っており、現状の環境問題を鑑みると実情に合わない技術と言える。付記するならば、この時期は重金属の溶出試験が確立されて無いに等しく、例えば平成15年環境省告示第18号に基づく溶出試験方法を行うことにより当時の技術ではフッ素、ホウ素、鉛、クロム等をはじめとする重金属類の溶出が見られることが多く、また、許容値を超えることがある。
(1)燃焼灰を粘土質土壌固形分に対し50〜400質量%、かつセメントを粘土質土壌と燃焼灰の混合物の固形分に対し35〜80質量%添加してなる路盤材。
(2)前記粘土質土壌が0.004〜0.06mmからなるシルト主体である(1)に記載の路盤材。
(3)前記粘土質土壌に加える燃焼灰はSiO2の比率が40%以下で、かつCaOの比率が15%以上である(1)又は(2)に記載の路盤材。
(4)前記粘土質土壌に添加された燃焼灰質量が100〜200質量%である(1)〜(3)のいずれか1項に記載の路盤材。
(5)粘土質土壌、燃焼灰、セメントの混合物固形分に対し硫酸バンドをアルミナ換算で0.5〜5.0質量%添加してなる(1)〜(4)のいずれか1項記載の路盤材。
(7)粘土質土壌、燃焼灰、セメントの混合物固形分に対し硫酸バンドをアルミナ換算で0.5〜5.0質量%添加する(6)に記載の路盤材の製造方法。
本発明で使用される粘土質土壌としてはシルトを主体としたものを使用する。シルトとは砂と粘土の中間の大きさのもので、一般に微砂とも呼ばれている。地質学・岩石学では1/16〜1/256mm(約0.004〜0.06mm)、土壌学では0.002〜0.02mmの粒子をさし、1/256mmより小さなものを泥土、1/16mmより大きなものを砂として分類されている。本発明においては1/16〜1/256mmの大きさのものをシルトとして有効利用するものである。ただ、シルトは発生する産業においても厳密に分画している事例は多くなく、砂分を回収した後に沈殿池にて沈降したものを廃棄処理しているのが実情である。こうした事情も鑑み、シルト分以外の粒径のものが多少含まれても本発明においては好適に使用できるものである。
(財)石炭利用総合センターの「石炭灰有効利用の動向について」(平成14年7月31日)によると石炭灰の化学的特性について138試料の各成分の平均値が示されており、SiO2が58.76%、最小値のサンプルでも44.5%も含まれる。一方でCaOは平均値で3.58%、最大値でも11.7%しか含まれないため、配合比率には注意が必要である。
言い換えれば、従来法においては、カルシウム分を含むセメントにpH調整液である強酸を加えることにより、強度を維持する成分が溶解してしまうため、その後に水分の存在下で固化養生しても結着能力が劣るため、本来のセメント強度が得られなかったといえる。
なお、本件において硫酸バンドの添加率は粘土質土壌、燃焼灰、セメントの混合物固形分に対し硫酸バンドをアルミナ換算で0.5〜5.0質量%添加することで好適に使用できる。0.5%未満ではpHの変動が無く、一方5.0%を超えるとpHの低下幅が小さくなっていくのに対して強度の低下が大きくなる。
セメントの添加率は、固形分換算で粘土質土壌と燃焼灰の混合物合計質量に対し35%以上、80%以下の間で使用される。35%未満の場合、固形物はできるものの強度が低く特にすり減り磨耗が大きいので路盤材の使用には好ましくない。一方、セメントが80%を超えると強度の上昇幅は平衡に近づき、上昇するが、コスト面で不利となる。
すなわち、硫酸鉄は6価クロムの還元剤として、また、鉛の不溶出化剤としての機能を持つため、溶出濃度に応じて適宜添加できるが、セメントに含まれることがある6価クロムの溶出抑制を目的とするため、セメントを加える際に添加するのも好ましい実施形態である。
また、養生固化の期間(材齢)については、過剰な乾燥エネルギーを加えることなく固化を行うため、およそ1〜28日間の養生、好ましくは7日間程度の養生を行う。
採石場にて砕石後、製品として分級した残さについて沈殿池で沈殿させて濃縮したものを原料のシルトとして使用した。
このときのシルトについてレーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac_ MT−3300EX)を用いて粒径を測定すると平均粒径11.44μm、62μm以上が5.6%、3.9μm以下が28.0%含有からなるものであった。
タイヤ48質量部、製紙スラッジ37質量部、廃材等の木質原料15質量部を燃料とした流動床炉のバグフィルター捕集燃焼灰を燃焼灰(1)とした。また、燃焼灰をXRFにて測定し、酸化物としてSiO2、Al2O3、Fe2O3、CaOを含有比率として表3に記載した。
石炭78質量部、RPF17質量部、製紙スラッジ5質量部を燃料とした流動床炉のバグフィルター捕集燃焼灰を燃焼灰(2)とした。また、燃焼灰(1)と同様に灰中のSiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO を含有比率として表3に記載した。
(あ)強度用サンプル作成方法
JIS A 1132(:2006)「コンクリート強度試験用供試体の作り方」に準拠し、サンプルを作成した。
(い)圧縮強度試験方法
JIS A 1108(:2006)「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠し測定を行った。
平成15年環境省告示第18号に順じて行なった。すなわち、試料を十分風乾後、非金属製である目開き2mmの篩を通過させたもの50gを、1,000mLの蓋つきのポリエチレン容器に取り、純水(pH5.8〜6.3)を500mL加えて試料液を調整した。この試料液を、常温、大気圧下で、産廃溶出振とう機(タイテック社製)を用いて6時間連続振とうした(振とう幅4〜5cm、振動数200回/分)。ついで、振とう後の試料液を、30分間静置した後、毎分約3,000回転で20分間遠心分離した。上澄み液を孔径0.45μmのメンブレンフィルターでろ過し、ろ液を取り、定量に必要な量を正確に計り取り、これを検液とした。
検液をイオンクロマトグラフ(ICS−2000/(株)日本ダイオネクス社製)で定量した(JIS K 0102の34.2、水質環境基準告示付表6)。
(D)ホウ素の測定方法
検液をICP発光分光分析装置(CIROS−120/(株)リガク社製)で定量した(JIS K 0102の47.3)。
(E)六価クロムの測定方法
検液をジフェニルカルバミド吸光光度計で定量した(JIS K 0102の65.2.1)。
(F)鉛、セレン、砒素、カドミウムの測定方法
検液をICP発光分光分析法で定量した(JIS K 0102記載の各項目)。
絶乾質量2,381gの燃焼灰(固形分総質量の47.6%)に対し、高炉Bセメント1,429g(固形分総質量の28.6%)添加し、アイリッヒミキサー((株)日本アイリッヒ社製)を用いて予備攪拌として1分間混合した。ついで固形分濃度64.5%のシルトを(固形分総質量の23.8%)、シルトの持ち込み水分を考慮して全部で1,846g添加し、調整水を1,775g加えて、混練を2分間行った。固化養生期間(材齢)を7日間経た後の圧縮強度は、9.1N/mm2であった。また、固化したサンプルについて平成15年環境省告示第18号に従い溶出試験を行ったがフッ素、ホウ素、鉛、六価クロム、セレン、砒素、カドミウムいずれの元素の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ20.8%、41.7%、37.5%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は14.2N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ15.0%、59.0%、26.0%、とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は7.7N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ22.0%、39.0%、39.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は15.4N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ37.0%、18.6%、44.4%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は12.8N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ27.0%、45.0%、28.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は10.4N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ14.0%、56.0%、28.0%とし、粉体状の硫酸バンドを固形分総質量比率で2%添加した以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は7.1N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
燃焼灰(1)と燃焼灰(2)を質量比で2:1になるように取り分け、次いで前述のアイリッヒミキサーを用いて予備攪拌として1分間混合したものを供試灰とした。シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ15.0%、59.0%、26.0%、とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は6.7N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ71.4%、0%、28.6%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は5.1N/mm2。重金属の溶出量は土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ62.5%、0%、37.5%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は8.4N/mm2。重金属の溶出量も土壌汚染対策法の環境基準値以下であった。
燃焼灰(2)を用いてシルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ15.5%、59.5%、25.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は4.8N/mm2。重金属の溶出量はフッ素のみ土壌汚染対策法の環境基準値を逸脱した。
燃焼灰(1)を用いてシルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ19.0%、71.0%、10.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は2.3N/mm2。重金属の溶出量はフッ素と鉛が土壌汚染対策法の環境基準値を逸脱した。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ16.0%、32.0%、52.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は15.5N/mm2。重金属の溶出量は六価クロムのみが土壌汚染対策法の環境基準値以下を逸脱した。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ49.2%、20.7%、30.1%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は5.4N/mm2。重金属の溶出量は六価クロムのみが土壌汚染対策法の環境基準値以下を逸脱した。
シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ11.6%、62.4%、26.0%とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は7.4N/mm2。重金属の溶出量はフッ素のみが土壌汚染対策法の環境基準値以下を逸脱した。
燃焼灰(1)と燃焼灰(2)を質量比で1:2になるように取り分け、次いで前述のアイリッヒミキサーを用いて予備攪拌として1分間混合したものを供試灰とした。シルト、燃焼灰、高炉Bセメントの固形分総質量比率をそれぞれ15.5%、59.5%、25.0%、とした以外は実施例1と同様に処理を行った。材齢7日間の圧縮強度は5.6N/mm2。重金属の溶出量はフッ素のみ土壌汚染対策法の環境基準値を逸脱した。
Claims (6)
- 農業系バイオマスを燃焼させて得られる草木灰あるいは、石炭などの固体燃料、木材ペレット、樹皮などのバイオマス固形化燃料、RPF、RDFなどの廃棄物固形化燃料、廃紙、廃タイヤ、黒液、製紙スラッジ、活性汚泥、脱水下水汚泥などの廃棄物系バイオマスのうち、1種または複数から選ばれた燃料または廃棄物を燃焼させて得られた燃焼灰を粘土質土壌固形分に対し50〜400質量%、かつセメントを粘土質土壌と燃焼灰の混合物の固形分に対し35〜80重量%添加してなることを特徴とする路盤材。
- 前記粘土質土壌が0.004〜0.06mmからなるシルト主体であることを特徴とする請求項1記載の路盤材。
- 前記粘土質土壌に添加された燃焼灰質量が100〜200質量%であることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の路盤材。
- 粘土質土壌、燃焼灰、セメントの混合物固形分に対し硫酸バンドをアルミナ換算で0.5〜5.0質量%添加してなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の路盤材。
- 農業系バイオマスを燃焼させて得られる草木灰あるいは、石炭などの固体燃料、木材ペレット、樹皮などのバイオマス固形化燃料、RPF、RDFなどの廃棄物固形化燃料、廃紙、廃タイヤ、黒液、製紙スラッジ、活性汚泥、脱水下水汚泥などの廃棄物系バイオマスのうち、1種または複数から選ばれた燃料または廃棄物を燃焼させて得られた燃焼灰を粘土質土壌固形分に対し50〜400質量%、かつセメントを粘土質土壌と燃焼灰の混合物の固形分に対し35〜80質量%添加して路盤材を製造する方法において、乾燥状態の燃焼灰とセメントを予め均一に分散するように混合し、ついで水分を含む粘土質土壌と調整水を添加、混練することを特徴とする路盤材の製造方法。
- 粘土質土壌、燃焼灰、セメントの混合物固形分に対し硫酸バンドをアルミナ換算で0.5〜5.0質量%添加することを特徴とする請求項5記載の路盤材の製造方法。
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