JP6472280B2 - 固化材及びその製造方法 - Google Patents
固化材及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6472280B2 JP6472280B2 JP2015048559A JP2015048559A JP6472280B2 JP 6472280 B2 JP6472280 B2 JP 6472280B2 JP 2015048559 A JP2015048559 A JP 2015048559A JP 2015048559 A JP2015048559 A JP 2015048559A JP 6472280 B2 JP6472280 B2 JP 6472280B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cement clinker
- mass
- amount
- solidified material
- waste
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 94
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 26
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 115
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 51
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 44
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 41
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 34
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 31
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 31
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 31
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 23
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 claims description 23
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 13
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 11
- 229910001583 allophane Inorganic materials 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 3
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 25
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 18
- 238000011161 development Methods 0.000 description 16
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 15
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 12
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 4
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 4
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 4
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 3
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- KSPIHGBHKVISFI-UHFFFAOYSA-N Diphenylcarbazide Chemical compound C=1C=CC=CC=1NNC(=O)NNC1=CC=CC=C1 KSPIHGBHKVISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 238000009614 chemical analysis method Methods 0.000 description 1
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 150000004683 dihydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Description
本発明は、固化材及びその製造方法に関する。
近年、分別やリサイクルの普及等により、都市ごみの処分量が減少しているため、最終処分場を利用できる残余年数は微増傾向にある。しかし、大量に発生し続ける都市ごみを、将来的にどのように処理していくかは、我が国の持続的な経済発展において、極めて重大な問題である。
また、都市ごみの大量発生源である都市部の周辺に、新たな最終処分場を確保することは、規制の強化等により困難な状況になっており、都市部のごみを地方に押し付けるという、新たな社会問題が生じている。
また、都市ごみの大量発生源である都市部の周辺に、新たな最終処分場を確保することは、規制の強化等により困難な状況になっており、都市部のごみを地方に押し付けるという、新たな社会問題が生じている。
収集された都市ごみの多くは、減容を主目的として焼却処理される。焼却処理によって生じた焼却灰（都市ごみ焼却灰）の一部は、さらに熱処理を施した後、溶融スラグとして再利用される。しかし、溶融スラグは、その用途の開発が困難であり、製造に多量のエネルギーを必要とする等の問題を有している。このため、都市ごみ焼却灰の多くは最終処分されているのが現状である。
都市ごみ焼却灰の活用技術として、エコセメントが挙げられる。エコセメントは、都市ごみ焼却灰を主とした各種廃棄物を、製品１トンにつき、乾燥質量で５００ｋｇ以上を原料として使用して製造されたセメントである。
エコセメントは、コンクリート製品や土木工事向けの生コンクリートの水硬性材料として、ポルトランドセメントと同様に使用されている。しかし、原料として都市ごみ焼却灰等の廃棄物を使用しているため、エコセメント中の重金属類（特に、クロム）の含有率は、ポルトランドセメントに比べて多い。地盤改良土からの六価クロムの溶出量について、土壌汚染対策法や水質汚濁防止法等によって規制があることから、エコセメントは、地盤改良土用の固化材としては不向きであった。
エコセメントは、コンクリート製品や土木工事向けの生コンクリートの水硬性材料として、ポルトランドセメントと同様に使用されている。しかし、原料として都市ごみ焼却灰等の廃棄物を使用しているため、エコセメント中の重金属類（特に、クロム）の含有率は、ポルトランドセメントに比べて多い。地盤改良土からの六価クロムの溶出量について、土壌汚染対策法や水質汚濁防止法等によって規制があることから、エコセメントは、地盤改良土用の固化材としては不向きであった。
原料として廃棄物を多量に使用し、かつ、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を低減することができる固化材として、例えば、特許文献１には、セメントと、キレート化合物を含有してなる六価クロム溶出低減剤とを含有してなるセメント組成物が記載されている。
また、特許文献２には、セメント系固化材及び、石炭又は亜炭の粉末の混合物からなることを特徴とする地盤改良材が記載されている。
さらに、特許文献３には、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．２０〜２．４５、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６１質量％以上、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３含有量が６〜１４質量％で、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３のＸ線回折角（２θ）が１２．１°のピークの半値幅が、０．２°以上、０.２５°以下であり、かつブレーン比表面積が３，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇになるように粉砕した際のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が８．５以上であることを特徴とするセメントクリンカー、及び該セメントクリンカーを用いた固化材が記載されている。
また、特許文献２には、セメント系固化材及び、石炭又は亜炭の粉末の混合物からなることを特徴とする地盤改良材が記載されている。
さらに、特許文献３には、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．２０〜２．４５、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６１質量％以上、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３含有量が６〜１４質量％で、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３のＸ線回折角（２θ）が１２．１°のピークの半値幅が、０．２°以上、０.２５°以下であり、かつブレーン比表面積が３，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇになるように粉砕した際のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が８．５以上であることを特徴とするセメントクリンカー、及び該セメントクリンカーを用いた固化材が記載されている。
特許文献３に記載されたセメントクリンカーを用いた固化材は、強度発現性等に優れかつ製造原価が低いものである。
しかし、上記セメントクリンカーは、原料を還元雰囲気下で焼成する際に、３ＣａＯ・ＳｉＯ2（エーライト；以下、「Ｃ3Ｓ」ともいう。）の分解を原因とする固化材の強度発現性の低下を防ぐために、水硬率を高く（２．２０〜２．４５）設定している。
ここで、セメントクリンカーの水硬率を高くするには、原料中のＣａＯの量を多くする必要がある。このため、特許文献３に記載されたセメントクリンカーでは、その原料として、ＣａＯの含有量が少ない廃棄物（例えば、都市ごみ焼却灰）の使用量を増やすことが困難であった。したがって、上記セメントクリンカー中の全クロム量の上限値は、１５０ｍｇ／ｋｇと、一般的なポルトランドセメントクリンカーと同程度であった。
本発明は、セメントクリンカーの原料（以下、「クリンカー原料」ともいう。）として用いられる都市ごみ焼却灰の使用量を増加させることができ、また、セメントクリンカー中の全クロム量が多くても、該セメントクリンカーを含む固化材を用いた地盤改良土からの、六価クロムの溶出量を低減することができ、さらには、優れた強度発現性を有する固化材を提供することを目的とする。
しかし、上記セメントクリンカーは、原料を還元雰囲気下で焼成する際に、３ＣａＯ・ＳｉＯ2（エーライト；以下、「Ｃ3Ｓ」ともいう。）の分解を原因とする固化材の強度発現性の低下を防ぐために、水硬率を高く（２．２０〜２．４５）設定している。
ここで、セメントクリンカーの水硬率を高くするには、原料中のＣａＯの量を多くする必要がある。このため、特許文献３に記載されたセメントクリンカーでは、その原料として、ＣａＯの含有量が少ない廃棄物（例えば、都市ごみ焼却灰）の使用量を増やすことが困難であった。したがって、上記セメントクリンカー中の全クロム量の上限値は、１５０ｍｇ／ｋｇと、一般的なポルトランドセメントクリンカーと同程度であった。
本発明は、セメントクリンカーの原料（以下、「クリンカー原料」ともいう。）として用いられる都市ごみ焼却灰の使用量を増加させることができ、また、セメントクリンカー中の全クロム量が多くても、該セメントクリンカーを含む固化材を用いた地盤改良土からの、六価クロムの溶出量を低減することができ、さらには、優れた強度発現性を有する固化材を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００〜２．１０、フリーライム量が０．１〜１．０質量％、全クロム量が２００ｐｐｍ以上、及び、全クロム量中の全六価クロムの割合が１５質量％以下であるセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含む固化材であって、上記固化材中、ＳＯ3の割合が３．５〜１５質量％で、かつ石灰の割合が０．２〜２０質量％（ＣａＯ換算）である固化材によれば、本発明の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］ 水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００〜２．１０、フリーライム量が０．１〜１．０質量％、全クロム量が２００ｐｐｍ以上、及び、全クロム量中の全六価クロムの割合が１５質量％以下であるセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含む固化材であって、上記固化材中、ＳＯ3の割合が３．５〜１５質量％で、かつ石灰の割合が０．２〜２０質量％（ＣａＯ換算）であることを特徴とする固化材。
［２］ 前記［１］に記載の固化材を製造するための方法であって、（ａ）都市ごみ焼却灰を含むクリンカー原料を、還元剤の存在下で還元焼成して、セメントクリンカーを得るクリンカー調製工程と、（ｂ）上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を混合及び粉砕して、固化材を得る固化材調製工程、を含むことを特徴とする固化材の製造方法。
［３］ 工程（ｂ）において、上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕する前記［２］に記載の固化材の製造方法。
［４］ 工程（ａ）において、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、都市ごみ焼却灰を２５０ｋｇ以上の量で用いる前記［２］または［３］に記載の固化材の製造方法。
［５］ 前記［１］に記載の固化材を用いた地盤改良方法であって、アロフェン及び非晶質成分を合計で２０質量％以上（乾燥土における換算値）の割合で含む土壌１ｍ３当たり、上記固化材を５０〜４００ｋｇの量で添加し混合することを特徴とする地盤改良方法。
［１］ 水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００〜２．１０、フリーライム量が０．１〜１．０質量％、全クロム量が２００ｐｐｍ以上、及び、全クロム量中の全六価クロムの割合が１５質量％以下であるセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含む固化材であって、上記固化材中、ＳＯ3の割合が３．５〜１５質量％で、かつ石灰の割合が０．２〜２０質量％（ＣａＯ換算）であることを特徴とする固化材。
［２］ 前記［１］に記載の固化材を製造するための方法であって、（ａ）都市ごみ焼却灰を含むクリンカー原料を、還元剤の存在下で還元焼成して、セメントクリンカーを得るクリンカー調製工程と、（ｂ）上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を混合及び粉砕して、固化材を得る固化材調製工程、を含むことを特徴とする固化材の製造方法。
［３］ 工程（ｂ）において、上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕する前記［２］に記載の固化材の製造方法。
［４］ 工程（ａ）において、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、都市ごみ焼却灰を２５０ｋｇ以上の量で用いる前記［２］または［３］に記載の固化材の製造方法。
［５］ 前記［１］に記載の固化材を用いた地盤改良方法であって、アロフェン及び非晶質成分を合計で２０質量％以上（乾燥土における換算値）の割合で含む土壌１ｍ３当たり、上記固化材を５０〜４００ｋｇの量で添加し混合することを特徴とする地盤改良方法。
本発明の固化材によれば、該固化材に用いられるセメントクリンカーの原料中の都市ごみ焼却灰の使用量を増加させることができる。
また、本発明の固化材によれば、セメントクリンカー中の全クロム量が多くても、該セメントクリンカーを含む固化材を用いた地盤改良土からの六価クロムの溶出量を低減することができる。
さらに、本発明の固化材は、強度発現性に優れたものである。
また、本発明の固化材によれば、セメントクリンカー中の全クロム量が多くても、該セメントクリンカーを含む固化材を用いた地盤改良土からの六価クロムの溶出量を低減することができる。
さらに、本発明の固化材は、強度発現性に優れたものである。
本発明の固化材は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００〜２．１０、フリーライム量が０．１〜１．０質量％、全クロム量が２００ｐｐｍ以上、及び、全クロム量中の全六価クロムの割合が１５質量％以下であるセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含む固化材であって、上記固化材中、ＳＯ3の割合が３．５〜１５質量％で、かつ石灰の割合が０．２〜２０質量％（ＣａＯ換算）のものである。
上記水硬率は、２．００〜２．１０、好ましくは２．０１〜２．０８、より好ましくは２．０２〜２．０６である。該値が２．００未満であると、固化材の強度発現性が低下する。該値が２．１０を超えると、廃棄物（特に、ＣａＯの含有量が少ない都市ごみ焼却灰）の使用量を増やすことが困難になる。
上記水硬率は、２．００〜２．１０、好ましくは２．０１〜２．０８、より好ましくは２．０２〜２．０６である。該値が２．００未満であると、固化材の強度発現性が低下する。該値が２．１０を超えると、廃棄物（特に、ＣａＯの含有量が少ない都市ごみ焼却灰）の使用量を増やすことが困難になる。
本発明に用いられるセメントクリンカーのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）は、好ましくは１．３０〜１．９０、より好ましくは１．４０〜１．８０である。該値が１．３０以上であると、液相量が大きくないため、セメントクリンカーの製造がより容易となる。該値が１．９０以下であると、廃棄物の使用量をより増やすことができる。
本発明に用いられるセメントクリンカーの鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、好ましくは１．５０〜２．１０、より好ましくは１．６０〜１．９０である。該値が１．５０以上であると、セメントクリンカーの被粉砕性がより良好になり、製造コストが低減する。該値が２．１０以下であると、固化材の品質を確保するために必要な石膏の量が小さいため、製造コストが低減する。
本発明に用いられるセメントクリンカーのフリーライム量は、０．１〜１．０質量％、好ましくは０．２〜０．８質量％、より好ましくは０．３〜０．６質量％である。該値が０．１質量％未満であると、焼成によってクリンカーを製造する際に必要な熱量が多くなる。該値が１．０質量％を超えると、固化材の強度発現性が低下する。
本発明に用いられるセメントクリンカー中の全クロム量は、２００ｐｐｍ以上、より好ましくは３００ｐｐｍ以上、特に好ましくは３５０ｐｐｍ以上である。本発明においては、該値が２００ｐｐｍ以上であっても、上記セメントクリンカーを含む固化材を用いた地盤改良土からの、六価クロムの溶出量が低いことから、セメントクリンカーの原料中の廃棄物の使用量（特に、都市ごみ焼却灰）を増加させることができる。該値の上限は特に限定されないが、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を低減する（例えば、土壌汚染対策法における六価クロムの溶出量の基準値以下（０．０５ｍｇ／リットル以下）とする）観点から、好ましくは９００ｐｐｍ以下、より好ましくは８００ｐｐｍ以下、特に好ましくは７００ｐｐｍ以下である。
なお、本明細書中、「セメントクリンカー中の全クロム量」とは、セメントクリンカー中の六価クロムと三価クロムの合計量である。また、「ｐｐｍ」は質量基準である。
なお、本明細書中、「セメントクリンカー中の全クロム量」とは、セメントクリンカー中の六価クロムと三価クロムの合計量である。また、「ｐｐｍ」は質量基準である。
上記全クロム量中の全六価クロム（固溶性六価クロムおよび水溶性六価クロムの合計）の割合は、１５質量％以下、好ましくは１２質量％以下、より好ましくは１０質量％以下である。該割合が１５質量％を超えると、地盤改良土からの六価クロムの溶出量が増大する。
本発明に用いられるセメントクリンカーの原料としては、ポルトランドセメントクリンカーの製造に用いられる一般的な原料を使用することができる。具体的には、石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ原料；珪石、粘土等のＳｉＯ2原料；粘土等のＡｌ2Ｏ3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のＦｅ2Ｏ3原料を使用することができる。
さらに、前記原料に加えて、廃棄物を原料の一部として使用することができる。
ここで、本明細書中、「廃棄物」とは、産業廃棄物または一般廃棄物をいう。
産業廃棄物とは、事業活動に伴って生じた廃棄物をいう。産業廃棄物の例としては、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、製鉄汚泥等）、建築廃材、コンクリート廃材、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設発生土（建設工事に伴い副次的に発生する土砂（例えば、地盤の掘削により生じるボーリング廃土）、及び建設汚泥（例えば、地盤改良工事で生じる、セメントミルクと掘削土の混合物））等が挙げられる。
一般廃棄物とは、産業廃棄物以外の廃棄物をいう。
一般廃棄物の例としては、都市ごみ焼却灰、下水汚泥乾粉、及び貝殻等が挙げられる。
これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、リサイクルが進んでいない廃棄物を利用する観点から、都市ごみ焼却灰を原料の一部として使用することが望ましい。
ここで、本明細書中、「廃棄物」とは、産業廃棄物または一般廃棄物をいう。
産業廃棄物とは、事業活動に伴って生じた廃棄物をいう。産業廃棄物の例としては、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、製鉄汚泥等）、建築廃材、コンクリート廃材、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設発生土（建設工事に伴い副次的に発生する土砂（例えば、地盤の掘削により生じるボーリング廃土）、及び建設汚泥（例えば、地盤改良工事で生じる、セメントミルクと掘削土の混合物））等が挙げられる。
一般廃棄物とは、産業廃棄物以外の廃棄物をいう。
一般廃棄物の例としては、都市ごみ焼却灰、下水汚泥乾粉、及び貝殻等が挙げられる。
これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、リサイクルが進んでいない廃棄物を利用する観点から、都市ごみ焼却灰を原料の一部として使用することが望ましい。
上記廃棄物の使用量は、廃棄物の有効利用の促進の観点から、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、好ましくは４００ｋｇ以上、より好ましくは５００ｋｇ以上である。また、上記廃棄物の使用量の上限は、固化材の強度発現性の観点から、好ましくは８００ｋｇ、より好ましくは７００ｋｇである。
また、原料として使用される上記廃棄物のうち、都市ごみ焼却灰の使用量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、都市ごみ焼却灰の利用促進の観点から、好ましくは２５０ｋｇ以上、より好ましくは３００ｋｇ以上、特に好ましくは３５０ｋｇ以上である。また、上記都市ごみ焼却灰の使用量の上限は、固化材の強度発現性の観点から、好ましくは６５０ｋｇ、より好ましくは５５０ｋｇである。
なお、上記廃棄物の使用量（質量）は乾燥質量である。
また、原料として使用される上記廃棄物のうち、都市ごみ焼却灰の使用量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、都市ごみ焼却灰の利用促進の観点から、好ましくは２５０ｋｇ以上、より好ましくは３００ｋｇ以上、特に好ましくは３５０ｋｇ以上である。また、上記都市ごみ焼却灰の使用量の上限は、固化材の強度発現性の観点から、好ましくは６５０ｋｇ、より好ましくは５５０ｋｇである。
なお、上記廃棄物の使用量（質量）は乾燥質量である。
本発明に用いられるセメントクリンカーは、還元焼成によって得ることができる。該セメントクリンカーの製造方法の一例としては、都市ごみ焼却灰を含むクリンカー原料を、還元剤の存在下で、フリーライム量が０．１〜１．０質量％になるように焼成する方法が挙げられる。
上記クリンカー原料は、所望の水硬率（２．００〜２．１０）等を有するセメントクリンカーが得られるように各原料を混合した後、還元焼成される。各原料を混合する方法は、特に限定されるものではなく、慣用の装置等を用いて行うことができる。
上記クリンカー原料は、所望の水硬率（２．００〜２．１０）等を有するセメントクリンカーが得られるように各原料を混合した後、還元焼成される。各原料を混合する方法は、特に限定されるものではなく、慣用の装置等を用いて行うことができる。
上記還元剤としては、コークス、活性炭、廃木材、廃プラスチック、重油スラッジ、及び都市ごみ等の廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊等の可燃性物質が挙げられる。
ここで、本明細書中、「還元焼成」とは、還元雰囲気下で焼成することをいう。
還元焼成によってセメントクリンカーを製造することで、原料の廃棄物中にクロムが含まれていても、酸化雰囲気下で生じ易い六価クロムの生成を抑制することができる。また、廃棄物を加熱（焼成）する工程において、廃棄物が一時的に酸化雰囲気下で加熱されることで六価クロムが生成しても、その後に還元雰囲気での加熱（焼成）が行われることによって、六価クロムが三価クロムに還元されることから、セメントクリンカー中の六価クロムの量を低減することができる。
クリンカー原料を上記還元剤の存在下で焼成する方法によれば、得られるセメントクリンカー中の六価クロムの量をより低減し、全クロム量中の全六価クロムの割合をより低くすることができる。
ここで、本明細書中、「還元焼成」とは、還元雰囲気下で焼成することをいう。
還元焼成によってセメントクリンカーを製造することで、原料の廃棄物中にクロムが含まれていても、酸化雰囲気下で生じ易い六価クロムの生成を抑制することができる。また、廃棄物を加熱（焼成）する工程において、廃棄物が一時的に酸化雰囲気下で加熱されることで六価クロムが生成しても、その後に還元雰囲気での加熱（焼成）が行われることによって、六価クロムが三価クロムに還元されることから、セメントクリンカー中の六価クロムの量を低減することができる。
クリンカー原料を上記還元剤の存在下で焼成する方法によれば、得られるセメントクリンカー中の六価クロムの量をより低減し、全クロム量中の全六価クロムの割合をより低くすることができる。
原料を焼成する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルン等の慣用の装置を使用することができる。
また、上記還元焼成は、焼成のためのバーナーの炎が、焼成の終了前のセメントクリンカーに直接当たるように行うことが好ましい（以下、「炎膜焼成」ともいう。）。
還元剤の存在下での焼成と、炎膜焼成を併用することで、得られたセメントクリンカーに含まれる全クロム量中の全六価クロムの割合をさらに低減することができる。
また、上記還元焼成は、焼成のためのバーナーの炎が、焼成の終了前のセメントクリンカーに直接当たるように行うことが好ましい（以下、「炎膜焼成」ともいう。）。
還元剤の存在下での焼成と、炎膜焼成を併用することで、得られたセメントクリンカーに含まれる全クロム量中の全六価クロムの割合をさらに低減することができる。
以下、還元焼成の一例として、ロータリーキルンを用いた場合について説明する。
焼成に使用する燃料としては、主燃料である石炭の他、重油、天然ガス、及び燃料代替廃棄物（例えば、廃油、廃タイヤ、及び廃プラスチック等）等が挙げられる。
焼成温度は、好ましくは１，３００〜１，６００℃であり、焼成時間は、好ましくは１０〜１２０分間、より好ましくは２０〜１００分間である。
ロータリーキルンを用いて炎膜焼成を行う方法としては、（ａ）主バーナーからの炎の方向に角度を付けて、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法、（ｂ）主バーナーの設置位置を中心位置からずらすことで、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法、（ｃ）主バーナー以外に補助バーナーを設置することで、炎の形状を制御しやすいようにして、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法等が挙げられる。
焼成に使用する燃料としては、主燃料である石炭の他、重油、天然ガス、及び燃料代替廃棄物（例えば、廃油、廃タイヤ、及び廃プラスチック等）等が挙げられる。
焼成温度は、好ましくは１，３００〜１，６００℃であり、焼成時間は、好ましくは１０〜１２０分間、より好ましくは２０〜１００分間である。
ロータリーキルンを用いて炎膜焼成を行う方法としては、（ａ）主バーナーからの炎の方向に角度を付けて、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法、（ｂ）主バーナーの設置位置を中心位置からずらすことで、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法、（ｃ）主バーナー以外に補助バーナーを設置することで、炎の形状を制御しやすいようにして、炎がセメントクリンカーをなめるように加熱（焼成）する方法等が挙げられる。
還元剤の存在下でセメントクリンカーを焼成する方法としては、ロータリーキルン内に還元剤を供給する方法等が挙げられる。
上記還元剤は、ロータリーキルンの出口側あるいはロータリーキルンの途中から供給することが好ましい。また、上記還元剤は、ロータリーキルン用の主燃料に比べて燃焼速度の遅いもの、または、主燃料と同様の燃焼速度を有しかつ主燃料よりも粗い粒のものが好ましい。
上記還元剤は、ロータリーキルンの出口側あるいはロータリーキルンの途中から供給することが好ましい。また、上記還元剤は、ロータリーキルン用の主燃料に比べて燃焼速度の遅いもの、または、主燃料と同様の燃焼速度を有しかつ主燃料よりも粗い粒のものが好ましい。
上記還元剤の粒径は、好ましくは０．１〜２０ｍｍである。該粒径が０．１ｍｍ以上であれば、焼成の極初期段階において還元剤が燃えきってしまうことがないため、セメントクリンカー中の六価クロムの量を低減することができ、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を低減することができる。該粒径が２０ｍｍ以下であると、セメントクリンカー中に未燃焼状態の還元剤が残存することが起こりにくいため、固化材の強度発現性が向上する。
上記還元剤の使用量は、ロータリーキルン内に送入されたクリンカー原料１００質量部当たり、好ましくは５〜２０質量部、より好ましくは１０〜２０質量部である。該量が５質量部以上であると、セメントクリンカー中の六価クロムの量をより低減できる。該量が２０質量部以下であると、過剰な量（六価クロム量をゼロにするための量を超える量）の還元剤を使用せずにすみ、経済的である。
焼成後、得られたセメントクリンカーは、該セメントクリンカーの温度が４００℃以下になるまで、４０℃／分間以上の冷却速度で冷却されることが好ましい。該冷却速度が４０℃／分間以上であれば、セメントクリンカー中の三価クロムが、空気中の酸素により六価クロムに酸化されることを防ぐことができる。
また、セメントクリンカーの温度が４００℃以下になると、セメントクリンカー中の三価クロムが空気中の酸素により六価クロムに酸化される可能性は、極めて小さくなる。
なお、セメントクリンカーの温度が４００℃以下まで冷却された後の焼成物の冷却速度は、特に限定されない。
また、セメントクリンカーの温度が４００℃以下になると、セメントクリンカー中の三価クロムが空気中の酸素により六価クロムに酸化される可能性は、極めて小さくなる。
なお、セメントクリンカーの温度が４００℃以下まで冷却された後の焼成物の冷却速度は、特に限定されない。
セメントクリンカーを４０℃／分間以上の冷却速度で冷却する方法としては、エアークエンチングクーラーを使用して冷却する方法、セメントクリンカーを水中に投入して冷却する方法、及びセメントクリンカーに散水して冷却する方法等が挙げられる。
本発明の固化材は、上述したセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含むものである。
上記固化材のブレーン比表面積は、固化材の強度発現性や製造等に係るコスト、さらには地盤改良土の耐久性等の観点から、好ましくは２，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇである。
上記石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏、又はこれらの混合物等が挙げられる。
固化材中のＳＯ3の割合（セメント中のＳＯ3と、セメントの調製とは別に後添加される石膏中のＳＯ3と、他の任意に配合可能な後述の高炉スラグ微粉末等に含まれるＳＯ3の合計量の割合）は、３．５〜１５質量％、好ましくは４〜１２質量％、より好ましくは６〜１０質量％である。該割合が３．５質量％未満では、固化材を含むスラリーを調製する際に、スラリーの粘性が高くなって作業性が劣るとともに、強度発現性が低下する。該割合が１５質量％を超えると、固化材の強度発現性が低下するとともに、固化材を適用した土壌の硬化が遅延する。
上記固化材のブレーン比表面積は、固化材の強度発現性や製造等に係るコスト、さらには地盤改良土の耐久性等の観点から、好ましくは２，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００〜４，５００ｃｍ２／ｇである。
上記石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏、又はこれらの混合物等が挙げられる。
固化材中のＳＯ3の割合（セメント中のＳＯ3と、セメントの調製とは別に後添加される石膏中のＳＯ3と、他の任意に配合可能な後述の高炉スラグ微粉末等に含まれるＳＯ3の合計量の割合）は、３．５〜１５質量％、好ましくは４〜１２質量％、より好ましくは６〜１０質量％である。該割合が３．５質量％未満では、固化材を含むスラリーを調製する際に、スラリーの粘性が高くなって作業性が劣るとともに、強度発現性が低下する。該割合が１５質量％を超えると、固化材の強度発現性が低下するとともに、固化材を適用した土壌の硬化が遅延する。
上記石灰としては、生石灰、消石灰、ドロマイト焼成物またはこれらの混合物を用いることができる。
固化材中の石灰の割合は、ＣａＯ換算で、０．２〜２０質量％、好ましくは１〜１５質量％、より好ましくは２〜１３質量％、特に好ましくは３〜１２質量％である。該割合が０．２質量％未満であれば、固化材を土壌に適用した場合における、六価クロムの溶出量が増大する。該割合が２０質量％を超えると、固化材の強度発現性が低下する。
固化材中の石灰の割合は、ＣａＯ換算で、０．２〜２０質量％、好ましくは１〜１５質量％、より好ましくは２〜１３質量％、特に好ましくは３〜１２質量％である。該割合が０．２質量％未満であれば、固化材を土壌に適用した場合における、六価クロムの溶出量が増大する。該割合が２０質量％を超えると、固化材の強度発現性が低下する。
本発明の固化材は、高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。高炉スラグ微粉末の配合量は、セメントクリンカー粉砕物１００質量部当たり、好ましくは１０〜１５０質量部、より好ましくは２０〜１００質量部、特に好ましくは４０〜８０質量部である。該配合量が１０質量部以上であると、高炉スラグ微粉末を用いることによる利点（水密性の向上等）を十分に得ることができる。該配合割合が１５０質量部以下であると、固化材の強度発現性（特に、一軸圧縮強さ）等が向上する。
また、固化材の材料として、さらにフライアッシュ、珪石粉末及び石灰石粉末等を含んでいてもよい。
また、固化材の材料として、さらにフライアッシュ、珪石粉末及び石灰石粉末等を含んでいてもよい。
本発明の固化材の製造方法は、（ａ）都市ごみ焼却灰を含むクリンカー原料を、還元剤の存在下で還元焼成して、セメントクリンカーを得るクリンカー調製工程と、（ｂ）上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を混合及び粉砕して、固化材を得る固化材調製工程、を含む。
工程（ａ）において、還元焼成によってセメントクリンカーを得る方法は、上述のとおりである。
工程（ｂ）における「混合及び粉砕」とは、（ｉ）セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕すること、（ｉｉ）セメントクリンカーの粉砕物と、石膏の粉砕物（または既存の石膏粉末）と、石灰の粉砕物（または既存の石灰粉末）を混合すること、（ｉｉｉ）セメントクリンカーと石膏を混合して粉砕した後、得られた混合物と石灰の粉砕物（または既存の石灰粉末）を混合すること等を含む。
また、強度発現性（一軸圧縮強さ）を向上させる観点から、工程（ｂ）において、セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕することが好ましい。
固化材の原料として、さらに高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、珪石粉末及び石灰石粉末等を使用する場合は、工程（ｂ）において、これらの粉末を適宜、添加して混合すれば良い。
工程（ａ）において、還元焼成によってセメントクリンカーを得る方法は、上述のとおりである。
工程（ｂ）における「混合及び粉砕」とは、（ｉ）セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕すること、（ｉｉ）セメントクリンカーの粉砕物と、石膏の粉砕物（または既存の石膏粉末）と、石灰の粉砕物（または既存の石灰粉末）を混合すること、（ｉｉｉ）セメントクリンカーと石膏を混合して粉砕した後、得られた混合物と石灰の粉砕物（または既存の石灰粉末）を混合すること等を含む。
また、強度発現性（一軸圧縮強さ）を向上させる観点から、工程（ｂ）において、セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕することが好ましい。
固化材の原料として、さらに高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、珪石粉末及び石灰石粉末等を使用する場合は、工程（ｂ）において、これらの粉末を適宜、添加して混合すれば良い。
本発明の固化材を用いた地盤改良方法としては、１）地盤改良対象土に固化材を粉体のまま添加して混合するドライ添加、２）固化材と水を混合してなるスラリーを、地盤改良対象土に添加して混合するスラリー添加、が挙げられる。
スラリー添加を行う場合、水と固化材の質量比（水／固化材の比）は、好ましくは０．５〜１．５、より好ましくは０．６〜１．２である。
地盤改良対象土に対する、本発明の固化材の使用量は、対象土の性状や施工条件、固化処理した土の要求強度にもよるが、土壌１ｍ３当り、好ましくは５０〜５００ｋｇ、より好ましくは１５０〜４００ｋｇである。
本発明において、地盤改良の対象となる土としては、特に限定されるものではないが、優れた強度発現性が期待できる観点から、アロフェン及び非晶質成分を合計で、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上（乾燥土における換算値）の割合で含むもの（一般的に、「火山灰質土」と呼ばれるもの）が好適である。
スラリー添加を行う場合、水と固化材の質量比（水／固化材の比）は、好ましくは０．５〜１．５、より好ましくは０．６〜１．２である。
地盤改良対象土に対する、本発明の固化材の使用量は、対象土の性状や施工条件、固化処理した土の要求強度にもよるが、土壌１ｍ３当り、好ましくは５０〜５００ｋｇ、より好ましくは１５０〜４００ｋｇである。
本発明において、地盤改良の対象となる土としては、特に限定されるものではないが、優れた強度発現性が期待できる観点から、アロフェン及び非晶質成分を合計で、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上（乾燥土における換算値）の割合で含むもの（一般的に、「火山灰質土」と呼ばれるもの）が好適である。
［セメントクリンカーＡの製造］
セメントクリンカーの原料（クリンカー原料）として、エコセメント用の調合原料を使用した。上記クリンカー原料中の廃棄物の量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、
５１７ｋｇであった。また、廃棄物に含まれる都市ごみ焼却灰の量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、３５６ｋｇであった。
上記クリンカー原料について、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ‐１４（セメント製造用原料の化学分析方法）」に準拠して化学組成を測定した。結果を表１に示す。
セメントクリンカーの原料（クリンカー原料）として、エコセメント用の調合原料を使用した。上記クリンカー原料中の廃棄物の量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、
５１７ｋｇであった。また、廃棄物に含まれる都市ごみ焼却灰の量は、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、３５６ｋｇであった。
上記クリンカー原料について、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ‐１４（セメント製造用原料の化学分析方法）」に準拠して化学組成を測定した。結果を表１に示す。
上記クリンカー原料を、ロータリーキルンを用いて、以下の方法で焼成してセメントクリンカーＡを製造した。
ロータリーキルンとしては、メインバーナーに補助バーナーを追加したものを使用した。ロータリーキルンのメインバーナーの運転条件（燃焼種類、焚量（石炭の時間当たりの使用量））は固定したまま、補助バーナーの運転条件を変更することで、バーナーフレームの大きさ及び形状を変更した。
ロータリーキルンの主燃料としては石炭を使用した。該石炭の焚量を補助バーナー側で調整することで、焼成後のセメントクリンカー中のフリーライム量が０．１〜１．０質量％となるようにした。
還元剤としては、コークス（東海産興社製；粒径：０．１〜３ｍｍ；固定炭素量：９９質量％以上）を使用した。還元剤の吹き込みは、補助バーナー側から行った。還元剤の使用量は、ロータリーキルン内に送入されたクリンカー原料１００質量部に対して、１８質量部となるようにした。
また、補助バーナーの炎の大きさ及び形状を変更して、バーナーの炎が、焼成の終了前のセメントクリンカーに直接当たるように調整することで、炎膜焼成を行った。
焼成条件としては、焼成温度は１，４５０℃とし、焼成時間は４０分間とした。
焼成後のセメントクリンカーの冷却には、エアークエンチングクーラーを使用した。冷却速度は４０℃／分間以上になるように調整した。
［セメントクリンカーＢ〜Ｆの製造］
表２に示す焼成条件および還元剤の使用量で焼成した以外は、セメントクリンカーＡの製造と同様にしてセメントクリンカーＢ〜Ｆを得た。
ロータリーキルンとしては、メインバーナーに補助バーナーを追加したものを使用した。ロータリーキルンのメインバーナーの運転条件（燃焼種類、焚量（石炭の時間当たりの使用量））は固定したまま、補助バーナーの運転条件を変更することで、バーナーフレームの大きさ及び形状を変更した。
ロータリーキルンの主燃料としては石炭を使用した。該石炭の焚量を補助バーナー側で調整することで、焼成後のセメントクリンカー中のフリーライム量が０．１〜１．０質量％となるようにした。
還元剤としては、コークス（東海産興社製；粒径：０．１〜３ｍｍ；固定炭素量：９９質量％以上）を使用した。還元剤の吹き込みは、補助バーナー側から行った。還元剤の使用量は、ロータリーキルン内に送入されたクリンカー原料１００質量部に対して、１８質量部となるようにした。
また、補助バーナーの炎の大きさ及び形状を変更して、バーナーの炎が、焼成の終了前のセメントクリンカーに直接当たるように調整することで、炎膜焼成を行った。
焼成条件としては、焼成温度は１，４５０℃とし、焼成時間は４０分間とした。
焼成後のセメントクリンカーの冷却には、エアークエンチングクーラーを使用した。冷却速度は４０℃／分間以上になるように調整した。
［セメントクリンカーＢ〜Ｆの製造］
表２に示す焼成条件および還元剤の使用量で焼成した以外は、セメントクリンカーＡの製造と同様にしてセメントクリンカーＢ〜Ｆを得た。
得られたセメントクリンカーＡ〜Ｆについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０４（セメントの蛍光Ｘ線分析法）」に準拠して化学分析を行い、水硬率、ケイ酸率、鉄率、ボーグ式によるＣ3Ｓ（エーライト；３ＣａＯ・ＳｉＯ2）、Ｃ2Ｓ（ビーライト；２ＣａＯ・ＳｉＯ2）、Ｃ3Ａ（アルミネート相；３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）、及びＣ4ＡＦ（フェライト相；４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）の含有率を算出した。
また、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ０１（遊離酸化カルシウムの定量方法）」に準拠して、セメントクリンカーのフリーライム量を測定した。結果を表２に示す。
さらに、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ−５１（セメント及びセメント原料中の微量成分の定量方法）」に準拠して、セメントクリンカー中の全クロム量（セメントクリンカー中の六価クロムと三価クロムの合計量）を測定した。
また、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ０１（遊離酸化カルシウムの定量方法）」に準拠して、セメントクリンカーのフリーライム量を測定した。結果を表２に示す。
さらに、「セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ−５１（セメント及びセメント原料中の微量成分の定量方法）」に準拠して、セメントクリンカー中の全クロム量（セメントクリンカー中の六価クロムと三価クロムの合計量）を測定した。
また、以下の手順に従って、セメントクリンカー中の全六価クロム量（固溶性六価クロム及び水溶性六価クロムの合計の量）を測定した。
［セメントクリンカー中の全六価クロム量の測定方法］
（１）１０質量％硫酸ナトリウム溶液５００ｍｌを収容した１リットルの合成樹脂製容器に、セメントクリンカー粉砕物１ｇを投入して、密栓する。
（２）上記合成樹脂製容器を、振とう機に取り付けて、２４時間振とうさせることによって、六価クロムを抽出する。
（３）振とう後、試料全量をろ過して、ろ液と残渣を回収する。
（４）回収したろ液に含まれる六価クロムの量を、ジフェニルカルバジド吸光光度法を用いて測定する。
（５）回収した残渣を全て合成樹脂製容器に戻した後、１０質量％硫酸ナトリウム溶液５００ｍｌを合成樹脂製容器内に再び供給して密封し、上記（２）〜（４）の作業を行うことを、３回繰り返す。
（６）測定した六価クロムの量の積算量を、試料中の全クロム量（固溶性六価クロムと水溶性六価クロムの合計量）とする。
さらに、得られた全クロム量と全六価クロムの量から、全クロム量中の全六価クロムの割合を算出した。結果を表３に示す。
［セメントクリンカー中の全六価クロム量の測定方法］
（１）１０質量％硫酸ナトリウム溶液５００ｍｌを収容した１リットルの合成樹脂製容器に、セメントクリンカー粉砕物１ｇを投入して、密栓する。
（２）上記合成樹脂製容器を、振とう機に取り付けて、２４時間振とうさせることによって、六価クロムを抽出する。
（３）振とう後、試料全量をろ過して、ろ液と残渣を回収する。
（４）回収したろ液に含まれる六価クロムの量を、ジフェニルカルバジド吸光光度法を用いて測定する。
（５）回収した残渣を全て合成樹脂製容器に戻した後、１０質量％硫酸ナトリウム溶液５００ｍｌを合成樹脂製容器内に再び供給して密封し、上記（２）〜（４）の作業を行うことを、３回繰り返す。
（６）測定した六価クロムの量の積算量を、試料中の全クロム量（固溶性六価クロムと水溶性六価クロムの合計量）とする。
さらに、得られた全クロム量と全六価クロムの量から、全クロム量中の全六価クロムの割合を算出した。結果を表３に示す。
［セメント１〜６の製造］
セメントクリンカーＡ〜Ｆと石膏（新日鐵住金社の鹿島製鉄所製の排脱二水石膏）を、同時にボールミルを用いて粉砕することで、表４に示すブレーン比表面積及び石膏の含有率を有するセメント１〜６を製造した。なお、粉砕時に、粉砕助剤としてジエチレングリコールを、粉砕物の全量中の割合で２００ｐｐｍの量になるように使用した。
セメントクリンカーＡ〜Ｆと石膏（新日鐵住金社の鹿島製鉄所製の排脱二水石膏）を、同時にボールミルを用いて粉砕することで、表４に示すブレーン比表面積及び石膏の含有率を有するセメント１〜６を製造した。なお、粉砕時に、粉砕助剤としてジエチレングリコールを、粉砕物の全量中の割合で２００ｐｐｍの量になるように使用した。
［実施例１］
得られたセメント１に、高炉スラグ微粉末（エスメント関東社製；商品名：エスメント ４０００；ブレーン比表面積：４，３５０ｃｍ２／；ＳＯ３含有率：１．８質量％）、無水石膏（タイ国産の天然無水石膏；ブレーン比表面積：３，７００ｃｍ２／ｇ；ＳＯ３含有率：５５質量％）、生石灰（奥多摩工業社製；商品名：タマライム；ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ）、及び消石灰（奥多摩工業社製；商品名：タマエース；ブレーン比表面積：１４，０００ｃｍ２／ｇ）を表５及び表６に示す配合で混合して、固化材を得た。
なお、表５中、「粉体混合」とは、固化材の製造において、予め製造されたセメントと、セメント以外の粉体状の各材料を混合することによって、固化材を得たことを意味する。また、表５中、「同時粉砕」とは、固化材の製造において、セメントクリンカー、石膏、石灰、及び高炉水砕スラグ（高炉スラグ微粉末の粉砕前の材料）を同時に粉砕することによって、固化材を得たことを意味する。
得られたセメント１に、高炉スラグ微粉末（エスメント関東社製；商品名：エスメント ４０００；ブレーン比表面積：４，３５０ｃｍ２／；ＳＯ３含有率：１．８質量％）、無水石膏（タイ国産の天然無水石膏；ブレーン比表面積：３，７００ｃｍ２／ｇ；ＳＯ３含有率：５５質量％）、生石灰（奥多摩工業社製；商品名：タマライム；ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ）、及び消石灰（奥多摩工業社製；商品名：タマエース；ブレーン比表面積：１４，０００ｃｍ２／ｇ）を表５及び表６に示す配合で混合して、固化材を得た。
なお、表５中、「粉体混合」とは、固化材の製造において、予め製造されたセメントと、セメント以外の粉体状の各材料を混合することによって、固化材を得たことを意味する。また、表５中、「同時粉砕」とは、固化材の製造において、セメントクリンカー、石膏、石灰、及び高炉水砕スラグ（高炉スラグ微粉末の粉砕前の材料）を同時に粉砕することによって、固化材を得たことを意味する。
地盤改良対象土として、関東ローム（神奈川県川崎市産；含水比：９３．８％；湿潤密度：１．５２ｇ／ｃｍ３；アロフェン及び非晶質成分の含有率：５５質量％）を使用した。
ここで、含水比は、「ＪＩＳ Ａ １２０３（土の含水比試験方法）」に準拠して得られた１１０℃恒量値である。湿潤密度は、「ＪＩＳ Ａ １２１０（突固めによる土の締固め試験方法）」に準拠して得られた値である。アロフェン及び非晶質成分の含有率は、「土壌中のアロフェンおよび非晶質無機成分の定量に関する研究」（北川、農技研報告、Ｎｏ．２９、ｐｐ．１〜４８、１９７７）に記載された方法に準拠して得られた、乾燥土における換算値である。
得られた固化材と水を、水と固化材の質量比（水／固化材の比）が１．０となるように混合してスラリーを得た後、上記地盤改良対象土と上記スラリーを、ホバートミキサーを用いて３分間混合して、地盤改良土を得た。
なお、固化材の使用量は、地盤改良対象土１ｍ３当り３００ｋｇとなる量であった。
得られた地盤改良土の材齢７日における一軸圧縮強さを、「ＪＩＳ Ａ １２１６（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して測定した。
また、材齢７日の地盤改良土について環境省告示１８号に準拠して六価クロムの溶出試験を行い、「ＪＩＳ Ｋ ０１０２（工場排水試験方法）」に準拠して、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を測定した。結果を表６に示す。
ここで、含水比は、「ＪＩＳ Ａ １２０３（土の含水比試験方法）」に準拠して得られた１１０℃恒量値である。湿潤密度は、「ＪＩＳ Ａ １２１０（突固めによる土の締固め試験方法）」に準拠して得られた値である。アロフェン及び非晶質成分の含有率は、「土壌中のアロフェンおよび非晶質無機成分の定量に関する研究」（北川、農技研報告、Ｎｏ．２９、ｐｐ．１〜４８、１９７７）に記載された方法に準拠して得られた、乾燥土における換算値である。
得られた固化材と水を、水と固化材の質量比（水／固化材の比）が１．０となるように混合してスラリーを得た後、上記地盤改良対象土と上記スラリーを、ホバートミキサーを用いて３分間混合して、地盤改良土を得た。
なお、固化材の使用量は、地盤改良対象土１ｍ３当り３００ｋｇとなる量であった。
得られた地盤改良土の材齢７日における一軸圧縮強さを、「ＪＩＳ Ａ １２１６（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して測定した。
また、材齢７日の地盤改良土について環境省告示１８号に準拠して六価クロムの溶出試験を行い、「ＪＩＳ Ｋ ０１０２（工場排水試験方法）」に準拠して、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を測定した。結果を表６に示す。
［実施例２〜７、比較例１〜５］
表５及び表６に示す配合で混合した固化材を用いた以外は、実施例１と同様にして地盤改良土を得た。
得られた地盤改良土の一軸圧縮強さ、及び、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を、実施例１と同様にして測定した。結果を表６に示す。
表５及び表６に示す配合で混合した固化材を用いた以外は、実施例１と同様にして地盤改良土を得た。
得られた地盤改良土の一軸圧縮強さ、及び、地盤改良土からの六価クロムの溶出量を、実施例１と同様にして測定した。結果を表６に示す。
本発明の固化材に用いられるセメントクリンカーＡ〜Ｃ（実施例１〜７）は、都市ごみ焼却灰の使用量が３５６ｋｇと、大きいものである。
また、表６から、全クロム量が３９３ｐｐｍ以上（表３）であるセメントクリンカーＡ〜Ｃを含む固化材であっても、地盤改良土からの六価クロムの溶出量が低い（０．０２ｍｇ／リットル以下）ことがわかる（実施例１〜７）。
また、実施例３〜７と比較例１〜２を比較すると、本発明の固化材は強度発現性（特に、短期〜中期の強度発現性である一軸圧縮強さ）に優れていることがわかる。
さらに、実施例４と実施例５を比較すると、固化材の製造において、セメントクリンカー、石膏、及び石灰等の材料を同時に粉砕した場合（実施例５）、これらの材料を同時に粉砕しない場合（実施例４）に比べて、一軸圧縮強さがより大きくなることがわかる。
また、表６から、全クロム量が３９３ｐｐｍ以上（表３）であるセメントクリンカーＡ〜Ｃを含む固化材であっても、地盤改良土からの六価クロムの溶出量が低い（０．０２ｍｇ／リットル以下）ことがわかる（実施例１〜７）。
また、実施例３〜７と比較例１〜２を比較すると、本発明の固化材は強度発現性（特に、短期〜中期の強度発現性である一軸圧縮強さ）に優れていることがわかる。
さらに、実施例４と実施例５を比較すると、固化材の製造において、セメントクリンカー、石膏、及び石灰等の材料を同時に粉砕した場合（実施例５）、これらの材料を同時に粉砕しない場合（実施例４）に比べて、一軸圧縮強さがより大きくなることがわかる。
Claims (5)
- 水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００〜２．１０、フリーライム量が０．１〜１．０質量％、全クロム量が２００ｐｐｍ以上、及び、全クロム量中の全六価クロムの割合が１５質量％以下であるセメントクリンカーの粉砕物、石膏、及び、石灰を含む固化材であって、上記固化材中、ＳＯ3の割合が３．５〜１５質量％で、かつ石灰の割合が０．２〜２０質量％（ＣａＯ換算）であることを特徴とする固化材。
- 請求項１に記載の固化材を製造するための方法であって、
（ａ）都市ごみ焼却灰を含むクリンカー原料を、可燃性物質（ただし、コークス、活性炭、廃木材、廃プラスチック、重油スラッジ、及び、廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊の中から選ばれるものに限る。）の存在下で還元焼成して、セメントクリンカーを得るクリンカー調製工程と、
（ｂ）上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を混合及び粉砕して、固化材を得る固化材調製工程、
を含むことを特徴とする固化材の製造方法。 - 工程（ｂ）において、上記セメントクリンカーと、石膏と、石灰を同時に粉砕する請求項２に記載の固化材の製造方法。
- 工程（ａ）において、セメントクリンカー１ｔｏｎ当たり、都市ごみ焼却灰を２５０ｋｇ以上の量で用いる請求項２または３に記載の固化材の製造方法。
- 請求項１に記載の固化材を用いた地盤改良方法であって、アロフェン及び非晶質成分を合計で２０質量％以上（乾燥土における換算値）の割合で含む土壌１ｍ３当たり、上記固化材を５０〜４００ｋｇの量で添加し混合することを特徴とする地盤改良方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015048559A JP6472280B2 (ja) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 固化材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015048559A JP6472280B2 (ja) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 固化材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016169262A JP2016169262A (ja) | 2016-09-23 |
| JP6472280B2 true JP6472280B2 (ja) | 2019-02-20 |
Family
ID=56982090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015048559A Active JP6472280B2 (ja) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 固化材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6472280B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110475756B (zh) * | 2017-03-23 | 2022-08-09 | 反向效应技术公司 | 来自焚烧残渣的碳酸化活化的熟料粘合剂 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4112666B2 (ja) * | 1998-03-30 | 2008-07-02 | 太平洋セメント株式会社 | 固化材 |
| JP4176660B2 (ja) * | 2003-03-11 | 2008-11-05 | 太平洋セメント株式会社 | 水硬性組成物 |
| JP5490352B2 (ja) * | 2006-11-30 | 2014-05-14 | 太平洋セメント株式会社 | セメントクリンカーの製造方法 |
| JP2009114011A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Taiheiyo Cement Corp | セメント添加材及びセメント組成物 |
| JP2012046704A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Mitsubishi Materials Corp | 固化材 |
-
2015
- 2015-03-11 JP JP2015048559A patent/JP6472280B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016169262A (ja) | 2016-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5636718B2 (ja) | セメント組成物及びその製造方法並びに砒素含有廃棄物の処理方法 | |
| JP5800387B2 (ja) | 土質改良材 | |
| JP6021753B2 (ja) | 混合セメント | |
| JP2009190904A (ja) | 固化材 | |
| JP2009114011A (ja) | セメント添加材及びセメント組成物 | |
| JP6333690B2 (ja) | セメントクリンカー、その製造方法、及び、固化材 | |
| WO2015037593A1 (ja) | 水硬性組成物 | |
| JPWO2006098202A1 (ja) | 焼成物 | |
| JP2006272174A (ja) | 焼結物の製造方法 | |
| JP5932478B2 (ja) | セメント組成物およびその製造方法 | |
| JP2013023422A (ja) | 焼成物の製造方法 | |
| JP4908072B2 (ja) | セメント添加材及びセメント組成物 | |
| JP2008137826A (ja) | セメントクリンカー並びにこれを用いたセメント及び固化材 | |
| TW201437177A (zh) | 混凝土及混合混凝土 | |
| JP5501590B2 (ja) | セメントクリンカーを用いた固化材 | |
| JP6472280B2 (ja) | 固化材及びその製造方法 | |
| JP6440537B2 (ja) | 固化材及びその製造方法 | |
| JP2010168256A (ja) | セメント添加材及びセメント組成物 | |
| JP5515329B2 (ja) | セメントクリンカー、セメント系固化材、土壌の固化処理方法及びセメントクリンカーの製造方法 | |
| JP2007169099A (ja) | 焼成物 | |
| JP2022135892A (ja) | クリンカ粉末及びその製造方法 | |
| JP5818623B2 (ja) | 低水和熱セメントクリンカおよび低水和熱セメント組成物 | |
| JP6004880B2 (ja) | ポルトランドセメントクリンカーの製造方法 | |
| JP4567504B2 (ja) | 焼成物 | |
| JP2016064940A (ja) | セメントクリンカーの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180223 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181204 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190122 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190122 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6472280 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |