JPH1025138A

JPH1025138A - 硬化性無機質組成物

Info

Publication number: JPH1025138A
Application number: JP27803596A
Authority: JP
Inventors: Tatsutoshi Nakano; 龍俊中野; Masatake Kamiya; 昌岳神谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】硬化反応性に優れ、得られる無機質硬化体の
強度、耐水性及び常温硬化性に優れた硬化性無機質組成
物を提供する。【解決手段】反応性無機質粉体（Ｉ）、アルカリ金属
珪酸塩、及び、水からなる硬化性無機質組成物であっ
て、前記反応性無機質粉体（Ｉ）が、下水汚泥を１００
０〜２０００℃で溶融し、急冷することにより得られる
溶融スラグからなるものである硬化性無機質組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築等の分
野において好適に用いられる無機質硬化体を得ることが
できる硬化性無機質組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリの存在下で熱により硬化する硬
化性無機質組成物は、土木、建築等の用途に好適な無機
質硬化体を形成することができるので有用である。この
ような硬化性無機質組成物としては、硬化反応性に優
れ、また、得られる無機質硬化体の強度や耐水性等が優
れていることが求められる。

【０００３】硬化性無機質組成物としては、各種のもの
が知られており、例えば、特開平４−５９６４８号公報
には、アルカリ金属珪酸塩水溶液とメタカオリン、コラ
ンダム、ムライトの製造時に発生する集塵装置の灰、フ
ライアッシュ等の無機固体成分とを配合し、更に、充填
材、有機ベントナイト等を添加した硬化性無機質組成物
が開示されている。また、特開平４−６１３８号公報に
は、アルカリ金属珪酸塩水溶液、上述の無機固体成分及
び充填材を混練後型内に注入し加熱硬化させた成形体が
開示されている。

【０００４】しかし、このような硬化性無機質組成物に
使用される上述の無機固体成分のうち、安定かつ安価に
供給可能であるカオリンやフライアッシュについて検討
したところ、カオリンは、結晶性が高いのでアルカリと
ほとんど反応せず、充分な性能を有する無機質硬化体を
得ることができない。また、フライアッシュは、産出す
る発電所により反応性のバラツキがあり、反応速度が非
常に遅く、硬化反応性に劣る。

【０００５】ところで、下水道の整備拡充に伴い、発生
する下水汚泥の量は年々増加している。このような下水
汚泥は、焼却灰化により減量化、安定化した後、処分さ
れている。しかしながら、その発生量の増大とともに、
処分地の確保が深刻な問題となっている。このため、下
水汚泥の有効利用の観点から、このような焼成下水汚泥
の再資源化への取組が積極的に推進されており、例え
ば、透水性レンガ、結晶化ガラス等への焼成下水汚泥の
利用等の再資源化技術の開発が進んでいる。

【０００６】しかし、このような再資源化技術は、製品
化に高温での焼成工程を必要とするので、大がかりな設
備投資を必要とする。また、土木、建築材料として一般
的なセメント製品等は、焼成工程を必要としないので、
これらに比べると、用途的に限定される。従って、焼成
下水汚泥の更なる有効利用を図るために、汎用性の高い
再資源化技術が望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、下水汚泥の有効利用を可能とし、硬化反応性に優
れ、得られる無機質硬化体の強度、耐水性及び常温硬化
性に優れた硬化性無機質組成物を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応性無機質
粉体（Ｉ）、アルカリ金属珪酸塩、及び、水からなる硬
化性無機質組成物であって、上記反応性無機質粉体
（Ｉ）が、下水汚泥を１０００〜２０００℃で溶融し、
急冷することにより得られる溶融スラグからなるもので
ある硬化性無機質組成物である。以下に本発明を詳述す
る。

【０００９】本発明の硬化性無機質組成物は、反応性無
機質粉体（Ｉ）、アルカリ金属珪酸塩、及び、水からな
る。上記反応性無機質粉体（Ｉ）は、下水汚泥を１００
０〜２０００℃で溶融し、急冷することにより得られる
溶融スラグからなる。

【００１０】上記溶融スラグは、下水処理場等から一般
的に発生する下水汚泥を、消石灰、有機高分子凝集剤等
を用いて脱水した後、溶融し、それを冷却、固化するこ
とにより得られる。

【００１１】上記溶融の温度は、１０００〜２０００℃
である。１０００℃未満であると、得られる溶融スラグ
の反応性が乏しく、２０００℃を超えると、スラグ化す
るのに必要なコストが大きいので、上記範囲に限定され
る。好ましくは、１０００〜１６００℃である。

【００１２】上記溶融に際しては、脱水された上記下水
汚泥を、直接燃焼させることにより溶融してもよく、脱
水された上記下水汚泥を、１０００℃以下の温度で焼成
して下水汚泥焼却灰とした後、溶融してもよい。

【００１３】上記溶融スラグは、平均粒径０．１μｍ〜
１０ｍｍのものが好ましい。０．１μｍ未満であると、
粉砕コストが大きくなり、１０ｍｍを超えると、反応性
が乏しくなる。より好ましくは、０．１〜５００μｍで
ある。

【００１４】上記溶融スラグとしては、ＳｉＯ₂の含有
量が１０〜８０重量％のものが好ましい。１０重量％未
満であると、反応性が乏しくなり、８０重量％を超える
と、反応性が乏しくなる。より好ましくは、１５〜６０
重量％である。また、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が５〜８０重
量％のものが好ましい。５重量％未満であると、反応性
が乏しくなり、８０重量％を超えると、反応が速すぎて
急結する場合がある。より好ましくは、１０〜６０重量
％である。また、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｐ₂Ｏ ₅、Ｍｇ
Ｏ等を含有するものであってもよい。

【００１５】本発明においては、上記反応性無機質粉体
（Ｉ）にさらに、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体が添加されたものを好適に用いることができる。上
記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体を上記溶融
スラグに添加することにより、上記溶融スラグの硬化反
応性が更に向上する。

【００１６】上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体としては、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃を主成分とし、
ＳｉＯ₂の含有量が１０〜９０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃の含
有量が９０〜１０重量％のものが好ましい。このような
ものとしては特に限定されず、例えば、フライアッシ
ュ、メタカオリン、ガラス粉、ムライト等のアルミナ系
研磨剤の製造時に発生するダスト、焼成ボーキサイト、
フライアッシュ、及び、粘土等を溶射することにより得
られる無機質粉体等が挙げられる。好ましくは、これら
のものに機械的エネルギーを作用させることにより活性
化したものである。

【００１７】また、上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質
無機質粉体は、結晶質の無機質粉体に機械的エネルギー
を作用させて活性化することにより得ることができる。
上記結晶質の無機質粉体としては特に限定されず、例え
ば、カオリン；アルミナ（各変態を含む）；ダイアスポ
ア（α−Ａｌ₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）、ベーマイト（γ−Ａｌ
₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）、ハイドラルジライト（γ−Ａｌ₂Ｏ
₃・３Ｈ₂Ｏ）等の水和アルミナ；ボーキサイト；ばん
土頁岩；水酸化アルミニウム；シリマナイト、カイアナ
イト、アンダリュサイト等のシリマナイト族鉱物（Ａｌ
₂ＳｉＯ₅）；ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）；黄玉、ズニ石、デュモルチーライト等のＯＨの
他にＦ、Ｃｌ、Ｂ等の揮発成分を含んだアルミナ珪酸
塩；その他の結晶性の高い各種産業廃棄物等が挙げられ
る。

【００１８】機械的エネルギーを作用させる上記ＳｉＯ
₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体及び上記結晶質の無
機質粉体としては、機械的エネルギーの利用効率の観点
から、平均粒径０．１μｍ〜１ｍｍのものが好ましい。
より好ましくは、０．１〜１００μｍのものである。

【００１９】上記機械的エネルギーとしては特に限定さ
れず、例えば、圧縮力、せん断力、衝撃力等によるエネ
ルギーが挙げられる。上記機械的エネルギーを作用させ
る方法としては特に限定されず、例えば、粉砕を目的と
して一般的に使用されている粉砕装置を用いて行うこと
ができる。このような粉砕装置としては特に限定され
ず、例えば、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体攪
拌型ミル等の衝撃、摩擦、圧縮、せん断等が複合したボ
ール媒体型ミル；ローラーミル；乳鉢等が挙げられる。
また、衝撃、摩砕が主であるジェット粉砕装置等を使用
することも可能である。これらのうち、機構的に処理粉
体に有効に機械的エネルギーを付与することが可能であ
るので、ボール媒体型ミルが好ましい。

【００２０】上記機械的エネルギーを作用させるに際し
ては、セメントクリンカー、珪砂、石灰石等の粉砕時に
通常使用される粉砕助材を使用してもよい。上記粉砕助
材としては特に限定されず、例えば、メチルアルコール
等のアルコール類、トリエタノールアミン等のエタノー
ルアミン類等の液体系のもの；ステアリン酸ナトリウ
ム、ステアリン酸カルシウム等の固体系のもの；アセト
ン蒸気等の気体系のもの等が挙げられる。

【００２１】上記機械的エネルギーは、０．１〜３０ｋ
Ｗｈ／ｋｇが好ましい。０．１ｋＷｈ／ｋｇ未満である
と、硬化反応性向上の効果が小さく、３０ｋＷｈ／ｋｇ
を超えると、粉砕装置への過大な負荷、媒体としてのボ
ールや容器の激しい磨耗による処理粉体のコンタミネー
ション、コスト等の生産性の面での不利等の不都合があ
る。より好ましくは、０．２〜１５ｋＷｈ／ｋｇであ
る。上記機械的エネルギーは、処理粉体を投入して上記
粉砕装置を運転する際に、上記粉砕装置に供給した電力
を処理粉体単位重量で表したものである。

【００２２】上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体は、平均粒径０．１〜３００μｍのものが好まし
い。０．１μｍ未満であると、作成コストが大きくな
り、３００μｍを超えると、反応性が乏しくなる。より
好ましくは、０．１〜５０μｍである。

【００２３】上記反応性無機質粉体（Ｉ）として上記Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体が配合されたも
のを用いる場合においては、上記反応性無機質粉体
（Ｉ）中の上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉
体の含有量は、１重量％以上が好ましい。１重量％未満
であると、上記溶融スラグの硬化反応性を向上させるこ
とができない。より好ましくは、１〜６０重量％であ
り、更に好ましくは、１〜４０重量％である。

【００２４】本発明において用いられる上記アルカリ金
属珪酸塩は、一般式Ｍ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂ （式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｋ及びＮａからなる群から選択さ
れた少なくとも１種を表す、ｎは、０又は正の整数を表
す）で表されるものである。上記一般式において、ｎが
０のときは、アルカリ金属酸化物となり、水に溶解して
結果的にアルカリ金属水酸化物を生じるが、本発明にお
いては、この場合をも含むことができる。本発明におい
ては、これらのうち、ｎが８以下のものが好ましい。８
を超えると、水と混合してアルカリ金属珪酸塩水溶液と
した場合に、ゲル化を起こしやすく粘度が急激に上昇
し、粉体との混合が困難になる。より好ましくは、ｎが
０．５〜３．０である。

【００２５】上記アルカリ金属珪酸塩の添加量は、反応
性無機質粉体（Ｉ）１００重量部に対して３〜３００重
量部が好ましい。３重量部未満であっても、３００重量
部を超えても、得られる硬化性無機質組成物の硬化反応
性性が不充分となる。より好ましくは、１０〜２００重
量部である。

【００２６】上記アルカリ金属珪酸塩は、予め水溶液と
してから添加することが、上記アルカリ金属珪酸塩の分
散性が向上するので、好ましい。この場合において、上
記水溶液の濃度は、１〜７０重量％が好ましい。１重量
％未満であると、得られる硬化性無機質組成物の硬化反
応性が不充分となり、７０重量％を超えると、得られる
硬化性無機質組成物の粘度が高くなり、成形が困難にな
る。より好ましくは、３０〜６０重量％である。

【００２７】本発明において用いられる上記水の添加量
は、反応性無機質粉体（Ｉ）１００重量部に対して１０
〜３００重量部が好ましい。１０重量部未満であると、
得られる硬化性無機質組成物の成形が困難になり、３０
０重量部を超えると、得られる硬化性無機質組成物を硬
化させて得られる無機質硬化体の強度が低下する。より
好ましくは、２０〜２００重量部である。

【００２８】本発明においては、上記反応性無機質粉体
（Ｉ）、上記アルカリ金属珪酸塩、及び、上記水に加え
て、更に必要に応じて、補強繊維、無機質充填材、軽量
骨材等を添加してもよい。

【００２９】上記補強繊維としては、得られる無機質硬
化体に付与すべき性能に応じて適宜のものを使用するこ
とができる。このようなものとしては特に限定されず、
例えば、ビニロン、ポリプロピレン、アクリル、レーヨ
ン、アラミド等の合成繊維；ガラス繊維、チタン酸カリ
ウム、ロックウール等の無機繊維；カーボン繊維；鋼繊
維等の一般にセメント等の無機硬化材料に使用されてい
るもの等が挙げられる。これらのものは、メッシュ状で
使用することもでき、長繊維又は短繊維のものを使用す
ることもできる。

【００３０】上記補強繊維として短繊維のものを使用す
る場合においては、細すぎると混合時に再凝集し、交絡
によりファイバーボールが形成されやすくなるので、得
られる無機質硬化体の強度が充分でなく、また、得られ
る無機質硬化体の表面の凹凸が激しくなり良好な外観の
ものが得られず、太すぎたり短すぎると、補強効果が不
充分になるので、繊維径１〜５００μｍ、繊維長１〜１
５ｍｍのものが好ましい。

【００３１】上記補強繊維の添加量は、反応性無機質粉
体（Ｉ）１００重量部に対して１０重量部以下が好まし
い。１０重量部を超えると、上記補強繊維の分散性、得
られる無機質硬化体の耐熱性等に問題が生じる場合があ
る。

【００３２】上記無機質充填材は、硬化時及び乾燥時の
収縮低減、スラリーの流動性向上等を図るものである。
このようなものとしては特に限定されず、例えば、珪
砂、珪石粉、フライアッシュ、スラグ、マイカ、シリカ
ヒューム、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、
粘土等が挙げられる。

【００３３】上記無機質充填材は、平均粒径０．０１μ
ｍ〜１ｍｍのものが好ましい。０．０１μｍ未満である
と、硬化時及び乾燥時の収縮低減効果が不充分であり、
１ｍｍを超えると、得られる硬化性無機質組成物の流動
性が悪化し、得られる無機質硬化体の表面の凹凸が大き
くなる。

【００３４】上記無機質充填材の添加量は、反応性無機
質粉体（Ｉ）１００重量部に対して８００重量部以下が
好ましい。８００重量部を超えると、上記反応性無機質
粉体（Ｉ）の割合が低くなるので、硬化反応性が不充分
となる。より好ましくは、１００〜５００重量部であ
る。

【００３５】上記軽量骨材は、得られる無機質硬化体の
軽量化を図るものである。このようなものとしては特に
限定されず、例えば、スチレン、塩化ビニリデン系、フ
ェノール、ウレタン、エチレン等の合成樹脂発泡体；ガ
ラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルー
ン、シリカバルーン、パーライト等の無機質発泡体等が
挙げられる。これらは、単独で又は２種以上を併用する
ことができる。

【００３６】上記軽量骨材の比重は、０．０１〜１が好
ましい。０．０１未満であると、得られる無機質硬化体
の機械的強度が低下し、１を超えると、軽量化の効果が
得られない。上記軽量骨材の添加量は、反応性無機質粉
体（Ｉ）１００重量部に対して０．１〜１００重量部が
好ましい。０．１重量部未満であると、軽量化の効果が
得られず、１００重量部を超えると、得られる無機質硬
化体の機械的強度が低下する。

【００３７】本発明の硬化性無機質組成物の調製方法と
しては特に限定されず、例えば、セメント組成物を調製
する際に通常使用される、オムニミキサー、アイリッヒ
ミキサー、万能ミキサー、ライカイ機等に、上記反応性
無機質粉体（Ｉ）、予め調製した上記アルカリ金属珪酸
塩の水溶液、及び、所望により添加される上記補強繊
維、無機質充填材、軽量骨材等を供給し、混合する方法
等を採用することができる。

【００３８】本発明の硬化性無機質組成物から無機質硬
化体を得る方法としては特に限定されず、例えば、注入
法、プレス法、押し出し法等により所望の形状に賦形し
た後、硬化させる方法等を採用することができる。

【００３９】上記硬化の温度は、常温でもよいが、１〜
３００℃が好ましい。１℃未満であると、硬化速度が低
下し、３００℃を超えると、硬化時の収縮が大きくな
り、得られる無機質硬化体にクラック等が発生する。よ
り好ましくは、１０〜１５０℃である。

【００４０】本発明２は、反応性無機質粉体（ＩＩ）、
アルカリ金属珪酸塩、及び、水からなる硬化性無機質組
成物である。

【００４１】本発明２の硬化性無機質組成物は、上記反
応性無機質粉体（Ｉ）の代わりに、反応性無機質粉体
（ＩＩ）を配合してなるものである。上記反応性無機質
粉体（ＩＩ）は、平均粒径が０．１μｍ〜１ｍｍである
火山ガラス質粉体と、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無
機質粉体とからなる。本発明２においては、上記平均粒
径が０．１μｍ〜１ｍｍである火山ガラス質粉体及び上
記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体を併用する
ことにより、所望の硬化反応性を有する硬化性無機質組
成物とする。

【００４２】上記火山ガラス質粉体は、火山活動によっ
て発生した火山軽石、火山岩、凝灰岩、火山灰等のガラ
ス質を含有する固体火山噴出物を、解砕、粉砕、分級等
により加工することにより得ることができる。このよう
なもののうち、白土又はシラスと呼ばれる火山ガラス質
粉体を好適に用いることができる。

【００４３】上記火山ガラス質粉体の平均粒径は、０．
１μｍ〜１ｍｍである。０．１μｍ未満であると、火山
ガラス質粉体を作製することが困難であり、１ｍｍを超
えると、反応性が低すぎて使用することができないの
で、上記範囲に限定される。好ましくは、０．１〜１０
０μｍである。

【００４４】上記火山ガラス質粉体としては、ＳｉＯ₂
及びＡｌ₂Ｏ₃の合計含有量が７０重量％以上のものが
好ましい。７０重量％未満であると、反応性が乏しくな
る。より好ましくは、７０〜１００重量％である。

【００４５】上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体としては、上述のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無
機質粉体として例示したもの等が挙げられる。

【００４６】上記反応性無機質粉体（ＩＩ）中のＳｉＯ
₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体の含有量は、１重量
％以上が好ましい。１重量％未満であると、上記火山ガ
ラス質粉体の硬化反応性を向上させることができない。
より好ましくは、１〜６０重量％であり、更に好ましく
は、１〜４０重量％である。

【００４７】本発明２においては、上記反応性無機質粉
体（ＩＩ）として、上記平均粒径が０．１μｍ〜１ｍｍ
である火山ガラス質粉体及び上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃
系非晶質無機質粉体に、更に、セメント、石灰、スラグ
からなる群より選択される少なくとも１種のカルシウム
系無機質粉体を配合したものを好適に用いることができ
る。

【００４８】上記カルシウム系無機質粉体は、アルカリ
の存在下でカルシウム成分を溶出し、上記火山ガラス質
粉体及び上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体
からの溶出成分、並びに、上記アルカリ金属珪酸塩と良
好な反応性を発揮する。

【００４９】上記カルシウム系無機質粉体としては、カ
ルシウムの含有量が、３０重量％以上のものが好まし
い。３０重量％未満であると、反応性が乏しくなる。よ
り好ましくは、３０〜１００重量％である。

【００５０】上記カルシウム系無機質粉体は、セメン
ト、石灰、スラグからなる群より選択される少なくとも
１種のカルシウム系無機質粉体である。上記セメント
は、水と反応し硬化する性質を有する無機質材料であ
る。このようなものとしては特に限定されず、例えば、
各種ポルトランドセメント；高炉セメント、シリカセメ
ント、フライアッシュセメント等の混合セメント；アル
ミナセメント、膨張セメント、超速硬セメント等の特殊
セメント等が挙げられる。上記石灰は、酸化カルシウ
ム、水酸化カルシウム（消石灰）のことである。上記ス
ラグは、製鉄工場で銑鉄を製造する際に発生する無機質
材料、汚泥等の加熱急冷処理時に発生する無機質材料等
である。

【００５１】上記カルシウム系無機質粉体は、平均粒径
０．１〜５００μｍのものが好ましい。０．１μｍ未満
であると、作成コストが高くなり、５００μｍを超える
と、反応性が乏しくなる。より好ましくは、０．１〜１
００μｍである。

【００５２】上記反応性無機質粉体（ＩＩ）として上記
カルシウム系無機質粉体が更に配合されたものを用いる
場合においては、上記反応性無機質粉体（ＩＩ）中の上
記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体及び上記カ
ルシウム系無機質粉体の合計含有量は、１重量％以上が
好ましい。１重量％未満であると、上記火山ガラス質粉
体の硬化反応性を向上させることができない。より好ま
しくは、１〜６０重量％であり、更に好ましくは、１〜
４０重量％である。

【００５３】本発明１及び本発明２においては、上記Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体中のＡｌ₂Ｏ₃
成分を２０重量％以上含有するものを好適に用いること
ができる。上記Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上含有す
る無機質粉体を上記溶融スラグに添加し、更に、機械的
エネルギーを作用させることにより、上記溶融スラグの
硬化反応性が向上する。

【００５４】上記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体中のＡｌ₂Ｏ₃成分の含有量が２０重量％未満であ
ると、反応性が低く、添加しても良好な硬化体を得るこ
とができず、上記Ａｌ₂Ｏ₃成分の含有量は、１００重
量％であってもよい。

【００５５】上記Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上含有
する無機質粉体としては特に限定されず、例えば、上記
ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体として例示し
たもの、上記結晶質の無機質粉体として例示したもの等
が挙げられる。

【００５６】上記Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上含有
する無機質粉体としては、機械的エネルギーの利用効率
の観点から、平均粒径０．１μｍ〜１ｍｍのものが好ま
しい。より好ましくは、０．１〜１００μｍのものであ
る。

【００５７】上記溶融スラグと、上記Ａｌ₂Ｏ₃成分を
２０重量％以上含有する無機質粉体とからなる混合材料
中の上記Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上含有する無機
質粉体の含有量は、０．５〜５０重量％が好ましい。
０．５重量％未満であると、上記溶融スラグの硬化反応
性を向上させることができず、５０重量％を超えると、
反応が速すぎて可使時間が非常に少なくなる場合があ
る。より好ましくは、１〜３０重量％である。

【００５８】本発明１及び本発明２においては、上記Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体中のＡｌ₂Ｏ₃
成分が０．５〜３０ｋＷｈ／ｋｇの機械的エネルギーを
作用させて得られるものを好適に用いることができる。
上記機械的エネルギーは０．５〜３０ｋＷｈ／ｋｇであ
る。０．５ｋＷｈ／ｋｇ未満であると混合粉体の反応性
の向上レベルが小さく、３０ｋＷｈ／ｋｇを超えると粉
砕装置への過大な負荷、媒体としてのボールや容器の激
しい摩耗による処理粉体のコンタミネーション、コスト
等の生産性面での不利等の不都合があるため上記範囲に
限定される。

【００５９】本発明３は、反応性無機質粉体（ＩＩ
Ｉ）、アルカリ金属珪酸塩、及び、水からなる硬化性無
機質組成物である。

【００６０】本発明３の硬化性無機質組成物は、上記反
応性無機質粉体（Ｉ）の代わりに、反応性無機質粉体
（ＩＩＩ）を配合してなるものである。上記反応性無機
質粉体（ＩＩＩ）は、Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上
含有する無機質粉体に０．５〜３０ｋＷｈ／ｋｇの機械
的エネルギーを作用させることにより得られるＳｉＯ₂
−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体と、セメント、石灰、
スラグからなる群より選択される少なくとも１種のカル
シウム系無機質粉体とからなる。

【００６１】上記Ａｌ₂Ｏ₃を２０重量％以上含有する
ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体は、Ａｌ₂Ｏ
₃の含有量が２０重量％未満であると、アルカリ珪酸塩
との反応性が低く、強度、耐水性の高い硬化体を得るこ
とができないので、上記範囲に限定される。上記Ａｌ₂
Ｏ₃の含有量は、好ましくは、２０〜９５重量％であ
り、より好ましくは２５〜８０重量％である。このよう
なものとしては特に限定されず、例えば、上記ＳｉＯ₂
−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体として例示したもの、
上記結晶質の無機質粉体として例示したものに機械的エ
ネルギーを作用させて活性化することにより得られるも
の等が挙げられる。また、これら無機質粉体とシリカヒ
ューム、珪藻土、白土、アエロジル、珪砂等のＳｉＯ₂
を主成分とする粉体と混合した混合粉体等が挙げられ
る。

【００６２】上記機械的エネルギーとしては、上述の機
械的エネルギーと同じものを用いることができる。

【００６３】上記反応性無機質粉体（ＩＩＩ）中の上記
Ａｌ₂Ｏ₃を２０重量％以上含有するＳｉＯ₂−Ａｌ₂
Ｏ₃系非晶質無機質粉体の含有量は、１重量％以上が好
ましい。１重量％未満であると、強度、耐久性に乏しく
なる。より好ましくは、１〜８０重量％であり、更に好
ましくは、５〜４０重量％である。

【００６４】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００６５】実施例１〜５下水汚泥処理粉体の作製（溶融スラグ（Ａ）、溶融スラグ（Ｂ）の作製）場所の
異なる下水処理場において発生した２種の下水汚泥を、
１４００℃で溶融後、冷却することにより得られたスラ
グ塊を粉砕し、溶融スラグ（Ａ）及び溶融スラグ（Ｂ）
を作製した。

【００６６】（下水汚泥焼却灰（ａ）、下水汚泥焼却灰
（ｂ）の作製）溶融スラグ（Ａ）及び溶融スラグ（Ｂ）
を作製する際に用いた２種の下水汚泥を、８００℃で焼
成し、下水汚泥焼却灰（ａ）及び下水汚泥焼却灰（ｂ）
を作製した。

【００６７】溶融スラグ（Ａ）、溶融スラグ（Ｂ）、下
水汚泥焼却灰（ａ）及び下水汚泥焼却灰（ｂ）の組成を
蛍光Ｘ線により、平均粒径をレーザー回折法により、結
晶構造をＸ線により評価した。結果を表１に示した。

【００６８】

【表１】

【００６９】表２に示す配合の組成物をオムニミキサー
により５分間混合した。得られた混合物を、幅１５０ｍ
ｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの型枠内に注入し、
オーブン内で、表２に示す温度及び時間で硬化させ、無
機質硬化体を得た。なお、珪石粉として住友セメント社
製のもの（ブレーン比表面積９０００ｃｍ²／ｇ）を、
ワラストナイトとしてＷｏｌｋｅｍ社製ケモリットＡ−
６０を、フライアッシュとして関東電化工業社製のもの
（平均粒径２０μｍ）を、ビニロン繊維としてクラレ社
製ＲＭ１８２（繊維長６ｍｍ、繊維径１４μｍ）を用い
た。

【００７０】得られた無機質硬化体を切断して、幅１５
０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を作製
し、曲げ強度及び熱水試験後の強度維持率について、下
記方法により評価した。結果を表２に示した。

【００７１】評価方法１．曲げ強度８５℃で硬化された試験片は、５０℃で１０時間乾燥さ
せ、更に、気乾状態で２４時間放置後、ＪＩＳＡ１
４０８に準拠して測定した。常温（２５℃）で硬化され
た試験片は、気乾状態で２４時間放置後、ＪＩＳＡ１
４０８に準拠して測定した。

【００７２】２．熱水試験後の強度維持率試験片を９８℃の熱水中に２時間浸漬し、２４時間乾燥
させた後、上記曲げ強度の評価方法により曲げ強度を測
定し、浸漬前の曲げ強度と浸漬後の曲げ強度とから強度
維持率を求めた。

【００７３】

【表２】

【００７４】実施例６〜１０ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体の調製（非晶質無機質粉体（１））カオリン（ＡＡカオリン、
平均粒径４．５μｍ、山陽クレー社製）に、三菱重工社
製ウルトラファインミルＡＴ−２０（ジルコニアボール
１０ｍｍφ使用、ボール投入量４４ｋｇ、カオリン投入
量２ｋｇ、粉砕助剤としてトリエタノール２５重量％及
びエタノール７５重量％の混合物を１０ｇ添加）を用い
て、４．０ｋＷｈ／ｋｇの機械的エネルギーを作用さ
せ、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体を調製し
た。このものを、非晶質無機質粉体（１）とした。

【００７５】（非晶質無機質粉体（２））カオリン（Ａ
Ａカオリン、平均粒径４．５μｍ、山陽クレー社製）４
６重量％と水酸化アルミニウム（ＣＬ−３１０、平均粒
径１０μｍ、住友化学工業社製）５４重量％とからなる
混合粉体に、三菱重工社製ウルトラファインミルＡＴ−
２０（ジルコニアボール１０ｍｍφ使用、ボール投入量
４４ｋｇ、混合粉体投入量２ｋｇ、粉砕助剤としてトリ
エタノール２５重量％及びエタノール７５重量％の混合
物を１０ｇ添加）を用いて、４．０ｋＷｈ／ｋｇの機械
的エネルギーを作用させて、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非
晶質無機質粉体を調製した。このものを、非晶質無機質
粉体（２）とした。

【００７６】（非晶質無機質粉体（３））ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体であるメタカオリン（ＳＡ
ＴＥＮＴＯＮＥＳＰ３３、エンゲルハード社製）を、
非晶質無機質粉体（３）とした。

【００７７】（非晶質無機質粉体（４））フライアッシ
ュ（ＪＩＳＡ６２０１に準拠、平均粒径２０μｍ、
関東電化工業社製）を、分級機（ＴＣ−１５、日清エン
ジニアリング社製）を用いて分級し、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂
Ｏ₃系非晶質無機質粉体を調製した。このものを、非晶
質無機質粉体（４）とした。

【００７８】（非晶質無機質粉体（５））作用させる機
械的エネルギーを１０．０ｋＷｈ／ｋｇとしたこと以外
は、非晶質無機質粉体（１）として非晶質無機質粉体を
調製した。このものを、非晶質無機質粉体（５）とし
た。

【００７９】（無機質粉体（６））作用させる機械的エ
ネルギーを０．０５ｋＷｈ／ｋｇとしたこと以外は、非
晶質無機質粉体（１）として無機質粉体を調製した。こ
のものを、無機質粉体（６）とした。

【００８０】非晶質無機質粉体（１）〜（５）及び無機
質粉体（６）の組成を蛍光Ｘ線により、平均粒径をレー
ザー回折法により、結晶構造をＸ線により評価した。結
果を表３に示した。

【００８１】

【表３】

【００８２】表４に示す配合及び硬化条件としたこと以
外は、実施例１と同様にして試験片を作製し、評価し
た。結果を表４に示した。

【００８３】

【表４】

【００８４】実施例１１〜１５Ａｌ₂Ｏ₃を２０重量％以上含有する無機質粉体（Ａｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（１））Ａｌ₂Ｏ₃を２０
重量％以上含有する無機質粉体であるカオリン（ＡＡカ
オリン、平均粒径４．５μｍ、山陽クレー社製）を、Ａ
ｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（１）とした。

【００８５】（Ａｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（２））Ａｌ
₂Ｏ₃を２０重量％以上含有する無機質粉体である水酸
化アルミニウム（ＣＬ−３１０、平均粒径１０μｍ、住
友化学工業社製）を、Ａｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（２）
とした。

【００８６】（Ａｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（３））Ａｌ
₂Ｏ₃を２０重量％以上含有する無機質粉体であるメタ
カオリン（ＳＡＴＥＮＴＯＮＥＳＰ３３、エンゲルハ
ード社製）を、Ａｌ₂Ｏ₃含有無機質粉体（３）とし
た。

【００８７】反応性無機質粉体の調製表５に示す組成の混合粉体に、三菱重工社製ウルトラフ
ァインミルＡＴ−２０（ジルコニアボール１０ｍｍφ使
用、ボール投入量４４ｋｇ、混合粉体投入量２ｋｇ、粉
砕助剤としてトリエタノール２５重量％及びエタノール
７５重量％の混合物を１０ｇ添加）を用いて、表５に示
す機械的エネルギーを作用させて、反応性無機質粉体
（Ｉ）〜（ＩＶ）を調製した。反応性無機質粉体（Ｉ）
〜（ＩＶ）の組成比を蛍光Ｘ線により、平均粒径をレー
ザー回折法により評価した。結果を表５に示した。

【００８８】

【表５】

【００８９】表６に示す配合及び硬化条件としたこと以
外は、実施例１と同様にして試験片を作製し、評価し
た。結果を表６に示した。

【００９０】

【表６】

【００９１】比較例１、２表７に示す配合及び硬化条件としたこと以外は、実施例
１と同様にして試験片を作製し、評価した。結果を表７
に示した。

【００９２】

【表７】

【００９３】実施例１６〜２０火山ガラス質粉体（火山ガラス質粉体（Ａ））北海道で産出する白土を、
火山ガラス質粉体（Ａ）とした。（火山ガラス質粉体（Ｂ））福島県で産出する白土を、
火山ガラス質粉体（Ｂ）とした。（火山ガラス質粉体（Ｃ）、火山ガラス質粉体（Ｄ））
鹿児島県で産出するシラスを、火山ガラス質粉体（Ｃ）
及び火山ガラス質粉体（Ｄ）とした。

【００９４】火山ガラス質粉体（Ａ）〜（Ｄ）の組成を
蛍光Ｘ線により、平均粒径をレーザー回折法により、結
晶構造をＸ線により評価した。結果を表８に示した。

【００９５】

【表８】

【００９６】表９に示す配合及び硬化条件としたこと以
外は、実施例１と同様にして試験片を作製し、評価し
た。結果を表９に示した。

【００９７】

【表９】

【００９８】実施例２１〜２５カルシウム系無機質粉体（カルシウム系無機質粉体（Ｉ））白色セメント（秩父
小野田セメント社製）を、カルシウム系無機質粉体
（Ｉ）とした。（カルシウム系無機質粉体（ＩＩ））スラグ（エスメン
ト、新日鉄化学社製）を、カルシウム系無機質粉体（Ｉ
Ｉ）とした。

【００９９】（カルシウム系無機質粉体（ＩＩＩ））消
石灰（河合石灰社製）を、カルシウム系無機質粉体（Ｉ
ＩＩ）とした。（カルシウム系無機質粉体（ＩＶ））普通ポルトランド
セメント（秩父小野田セメント社製）を、カルシウム系
無機質粉体（ＩＶ）とした。（カルシウム系無機質粉体（Ｖ））消石灰（河合石灰社
製）を、カルシウム系無機質粉体（Ｖ）とした。カルシウム系無機質粉体（Ｉ）〜（Ｖ）の組成を蛍光Ｘ
線により、平均粒径をレーザー回折法により評価した。
結果を表１０に示した。

【０１００】

【表１０】

【０１０１】表１１に示す配合及び硬化条件としたこと
以外は、実施例１と同様にして試験片を作製し、評価し
た。結果を表１１に示した。

【０１０２】

【表１１】

【０１０３】比較例３、４表１２に示す配合及び硬化条件としたこと以外は、実施
例１と同様にして試験片を作製し、評価した。結果を表
１２に示した。

【０１０４】

【表１２】

【０１０５】実施例２６〜３０表１３に示す配合及び硬化条件としたこと以外は、実施
例１と同様にして試験片を作製し、評価した。結果を表
１３に示した。

【０１０６】

【表１３】

【０１０７】比較例５〜６表１４に示す配合及び硬化条件としたこと以外は、実施
例１と同様にして試験片を作製し、評価した。結果を表
１４に示した。

【０１０８】

【表１４】

【０１０９】

【発明の効果】本発明は、上述の構成よりなるので、硬
化反応性に優れ、強度、耐水性及び常温硬化性に優れた
無機質硬化体を得ることができ、土木、建築等の各種の
分野において好適に用いることができる。また、再資源
化の要望が高い下水汚泥や火山噴出物等を有効に活用す
ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応性無機質粉体（Ｉ）、アルカリ金属
珪酸塩、及び、水からなる硬化性無機質組成物であっ
て、前記反応性無機質粉体（Ｉ）が、下水汚泥を１０００〜２０００℃で溶融し、急冷するこ
とにより得られる溶融スラグからなるものであることを
特徴とする硬化性無機質組成物。
【請求項２】前記反応性無機質粉体（Ｉ）にさらに、
ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体が添加されて
なる請求項１記載の硬化性無機質組成物。
【請求項３】反応性無機質粉体（ＩＩ）、アルカリ金
属珪酸塩、及び、水からなる硬化性無機質組成物であっ
て、前記反応性無機質粉体（ＩＩ）が、平均粒径が０．１μｍ〜１ｍｍである火山ガラス質粉体
と、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質粉体からなる
ことを特徴とする硬化性無機質組成物。
【請求項４】前記反応性無機質粉体（ＩＩ）にさら
に、セメント、石灰、スラグからなる群より選択される
少なくとも１種以上のカルシウム系無機質粉体が添加さ
れてなる請求項３記載の硬化性無機質組成物。
【請求項５】前記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機
質粉体中のＡｌ₂Ｏ₃成分が２０重量％以上含有するも
のである請求項２、３又は４記載の硬化性無機質組成
物。
【請求項６】前記ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機
質粉体中のＡｌ₂Ｏ₃成分が０．５〜３０ｋＷｈ／ｋｇ
の機械的エネルギーを作用させて得られるものである請
求項２、３、４又は５記載の硬化性無機質組成物。
【請求項７】反応性無機質粉体（ＩＩＩ）、アルカリ
金属珪酸塩、及び、水からなる硬化性無機質組成物であ
って、前記反応性無機質粉体（ＩＩＩ）が、Ａｌ₂Ｏ₃成分を２０重量％以上含有する無機質粉体
に、０．５〜３０ｋＷｈ／ｋｇの機械的エネルギーを作
用させて得られるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質無機質
粉体と、セメント、石灰、スラグからなる群より選択さ
れる少なくとも１種以上のカルシウム系無機質粉体から
なることを特徴とする硬化性無機質組成物。