(57)【要約】【課題】これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有し、且つ、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体を提供する。【解決手段】クリンカアッシュを主成分とし、嵩比重が１．２〜１．６の範囲内で、圧縮強度が１．８〜１２ＭＰａの範囲内にあり、且つ、見掛気孔率が３２〜４６％の範囲内にあることを特徴とする。また、吸水率が２０〜３５％の範囲内にあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリンカアッシュを主成分として５５重量％以上含有し、
嵩比重が１．２〜１．６の範囲内にあり、圧縮強度が１．８〜１２ＭＰａの範囲内にあり、且つ、
見掛気孔率が３２〜４６％の範囲内にあることを特徴とするクリンカアッシュ成形体。
【請求項２】
吸水率が２０〜３５％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のクリンカアッシュ成形体。
【請求項３】
試験体に対し重量比１０倍量の室温の浸漬水に１２時間浸漬し、当該浸漬水を排除した後に、前記試験体に対し重量比１０倍量の室温の新たな浸漬水に浸漬して３時間煮沸し、当該新たな浸漬水を排除する加速操作と、
当該加速操作後の試験体に対し重量比１０倍量の室温の抽出水に２４時間浸漬して抽出を行う抽出操作とを有する溶出試験において、
前記抽出操作を８回繰り返した後の抽出水の水素イオン指数の値が、ｐＨ≧１０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリンカアッシュ成形体。
【請求項４】
珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分とし、４５重量％未満の範囲内で配合されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のクリンカアッシュ成形体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のクリンカアッシュ成形体を製造する方法であって、
クリンカアッシュを主成分とし、必要により珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分として混合し、これらをアルカリ水溶液により混練してスラリを調整する工程と、
調整したスラリを所定の容器に収容して硬化反応を行う工程とを有し、
焼成工程及び／又は高圧圧縮工程を経ることなく前記クリンカアッシュを主成分とする硬化反応により固化することを特徴とするクリンカアッシュ成形体の製造方法。
【請求項６】
前記アルカリ水溶液は、アルカリ金属水酸化物の水溶液であることを特徴とする請求項５に記載のクリンカアッシュ成形体の製造方法。
【請求項７】
前記硬化反応による固化の際に、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、及び、酸化カルシウムなどのカルシウム化合物を含有してなることを特徴とする請求項５又は６に記載のクリンカアッシュ成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭火力発電所などから排出される石炭灰であるクリンカアッシュの特徴を有効に利用したクリンカアッシュ成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所などからは多量の石炭灰が廃棄物として排出される。この石炭灰は、ボイラー出口の集塵器で集められた微小な球状粒子からなるフライアッシュと、ボイラー底部の水槽に落ちて堆積し砂状に砕かれたクリンカアッシュとに区別される。そのうち、フライアッシュは、微小粒子からなり取り扱い易く他の物質との混用も容易なことから、コンクリート混和材やセメントを使わないコンクリートといわれるジオポリマーの原料など様々な用途に有効利用されている。
【０００３】
これに対して、クリンカアッシュは、堆積物を粉砕した塊状粒子であり粒径が不揃いで取り扱い難く他の物質との混用も容易でないことから、各種材料として実用化することが難しいという問題があった。しかし、クリンカアッシュの塊状粒子は、開口気孔を有する多孔性材料であり、その機能を生かした用途展開が種々提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１においては、クリンカアッシュ、有機質廃棄物、粘度廃棄物を組み合わせて焼成固化し、河川や湖水などの汚染浄化材及び植生土壌として用いることのできる開口気孔を有する多孔質セラミック塊の製造方法が提案されている。また、下記特許文献２においては、クリンカアッシュを主成分とし、これに粘土鉱物質を混合した成形体を焼成固化してセラミック成形体とし、コンブ等の海藻を養殖するために用いることのできる藻礁が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０９５５８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２６２１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１及び特許文献２においては、多孔質セラミック塊又はセラミック成形体を固化するために焼成工程が必要であり化石燃料の使用を必要とする。そのため、製造工程が煩雑であると共にエネルギー消費が大きく、製造コストが嵩むという問題があった。また、環境保護の観点から産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用しようとする発明の趣旨に逆行することにもなる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の諸問題に対処して、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有し、且つ、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、粒径を調整したクリンカアッシュをアルカリ水溶液でスラリにするだけで固化し、且つ、クリンカアッシュの開口気孔が閉鎖されにくいことを見出して本発明の完成に至った。
【０００９】
即ち、本発明に係るクリンカアッシュ成形体は、請求項１の記載によれば、
クリンカアッシュを主成分として５５重量％以上含有し、
嵩比重が１．２〜１．６の範囲内にあり、圧縮強度が１．８〜１２ＭＰａの範囲内にあり、且つ、
見掛気孔率が３２〜４６％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のクリンカアッシュ成形体であって、
吸水率が２０〜３５％の範囲内にあることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１又は２に記載のクリンカアッシュ成形体であって、
試験体に対し重量比１０倍量の室温の浸漬水に１２時間浸漬し、当該浸漬水を排除した後に、前記試験体に対し重量比１０倍量の室温の新たな浸漬水に浸漬して３時間煮沸し、当該新たな浸漬水を排除する加速操作と、
当該加速操作後の試験体に対し重量比１０倍量の室温の抽出水に２４時間浸漬して抽出を行う抽出操作とを有する溶出試験において、
前記抽出操作を８回繰り返した後の抽出水の水素イオン指数の値が、ｐＨ≧１０であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載のクリンカアッシュ成形体であって、
珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分とし、４５重量％未満の範囲内で配合されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るクリンカアッシュ成形体の製造方法は、請求項５の記載によれば、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のクリンカアッシュ成形体を製造する方法であって、
クリンカアッシュを主成分とし、必要により珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分として混合し、これらをアルカリ水溶液により混練してスラリを調整する工程と、
調整したスラリを所定の容器に収容して硬化反応を行う工程とを有し、
焼成工程及び／又は高圧圧縮工程を経ることなく前記クリンカアッシュを主成分とする硬化反応により固化することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、請求項６の記載によれば、請求項５に記載のクリンカアッシュ成形体の製造方法であって、
前記アルカリ水溶液は、アルカリ金属水酸化物の水溶液であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、請求項７の記載によれば、請求項５又は６に記載のクリンカアッシュ成形体の製造方法であって、
前記硬化反応による固化の際に、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、及び、酸化カルシウムなどのカルシウム化合物を含有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体は、クリンカアッシュを主成分として５５重量％以上含有する。また、クリンカアッシュ成形体の嵩比重が１．２〜１．６の範囲内にあり、圧縮強度が１．８〜１２ＭＰａの範囲内にある。更に、クリンカアッシュ成形体の見掛気孔率が３２〜４６％の範囲内にある。これらのことより、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有するクリンカアッシュ成形体を提供することができる。
【００１７】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体は、吸水率が２０〜３５％の範囲内にある。このことにより、クリンカアッシュ成形体は、軽量であるにも拘らず十分な強度を有すると共に吸水率が高く、例えば、ヒートアイランド現象を抑止するための庭の敷石など種々の用途に使用することができる。
【００１８】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体は、所定の加速操作と抽出操作とを有する溶出試験において、抽出操作を８回繰り返した後の抽出水の水素イオン指数の値が、ｐＨ≧１０である。このことにより、クリンカアッシュ成形体は、軽量であるにも拘らず十分な強度を有すると共に、持続的に雑草の繁殖を防ぐことのできる防草敷石など種々の用途に使用することができる。
【００１９】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体は、珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分として混合してもよい。このとき、副成分の量は、４５重量％未満の範囲内で配合するようにしてもよい。このことにより、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュの有効利用に加え、他の産業廃棄物を副成分として有効利用することができる。
【００２０】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体の製造方法は、スラリを調整する工程と、このスラリを容器に収容して硬化反応を行う工程とを有している。スラリを調整する工程においては、クリンカアッシュを主成分とし、必要により珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするものを副成分として混合する。次に、これらの混合物をアルカリ水溶液により混練してスラリを調整する。次に、硬化反応を行う工程においては、調整したスラリを所定の容器に収容して、これを室温〜９０℃の雰囲気下で硬化反応を行う。
【００２１】
なお、本発明に係るクリンカアッシュ成形体の製造方法は、焼成工程、高圧圧縮工程、又は焼成工程と高圧圧縮工程との組み合わせ工程などを必要としない。本発明においては、クリンカアッシュを主成分とする硬化反応により固化することができる。このことにより、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体の製造方法を提供することができる。
【００２２】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体の製造方法においては、  アルカリ金属水酸化物の水溶液をアルカリ水溶液として使用するようにしてもよい。このことにより、エネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体の製造方法を提供することができる。
【００２３】
また、上記構成によれば、本発明に係るクリンカアッシュ成形体の製造方法においては、クリンカアッシュの硬化反応による固化の際に、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、及び、酸化カルシウムなどのカルシウム化合物を含有するようにしてもよい。このことにより、上記各効果を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１のクリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図２】実施例１のクリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と見掛気孔率の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１のクリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と吸水率の関係を示すグラフである。
【図４】実施例１の見掛気孔率と吸水率の関係を示すグラフである。
【図５】実施例１のクリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と嵩比重の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２のアルカリ水溶液の濃度と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２のアルカリ水溶液の濃度と見掛気孔率の関係を示すグラフである。
【図８】実施例２のアルカリ水溶液の濃度と吸水率の関係を示すグラフである。
【図９】実施例４の防草試験の様子を示す写真である。
【図１０】実施例５のヒートアイランド抑制試験の様子を示す写真である。
【図１１】実施例５のヒートアイランド抑制試験の経過時間と測定温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るクリンカアッシュ成形体をその製造方法の実施形態により説明する。なお、本発明は、下記の実施形態にのみ限定されるものではない。
【００２６】
＜クリンカアッシュの調整＞
本発明において、クリンカアッシュとは、上述のように、石炭火力発電所などから多量に排出される石炭灰の一部であり、有用利用されにくい廃棄物である。このクリンカアッシュは、ボイラー底部の水槽に落ちた堆積物を砂状に砕いた状態で入手することができる。その主成分は、一般に二酸化ケイソ（ＳｉＯ２、以下「シリカ」ともいう）４０〜７５重量％、水酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、以下「アルミナ」ともいう）１５〜３５重量％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）２〜２０重量％、酸化カルシウム（ＣａＯ）１〜１０重量％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）１〜３重量％などといわれている。
【００２７】
入手できるクリンカアッシュは、粉砕された塊状粒子であり粒径が不揃いである。このような不揃いの粒子を固化しても良好な物性（特に圧縮強度）を得ることが難しい。なお、本発明においては、主成分として使用するクリンカアッシュの粒径及び粒度分布に関して特に限定するものではないが、所定の粒径以下のものを調整する分級操作を行ってから使用することが好ましい。例えば、篩分器の目開きが５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、或いは２ｍｍなどのメッシュを通過したクリンカアッシュを使用することが好ましい。
【００２８】
なお、本発明者らは、クリンカアッシュ成形物の圧縮強度について検討した結果、篩分器の目開き２ｍｍのメッシュを通過したクリンカアッシュ（以下「粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュ」という）を主成分として使用することで良好な物性値を得たが、本発明はこの目開き２ｍｍに限定するものではない。また、粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュを主成分として使用する際に、成形物の骨材として粒径が２ｍｍより大きなクリンカアッシュを副成分として配合するようにしてもよい。
【００２９】
本発明において、クリンカアッシュを有効利用する１つの特徴は、その開口気孔の気孔率の高さにあると考えられる。ここで、開口気孔とは、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５−１９９２「耐火煉瓦の見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」の解説の定義による「溶媒が容易に侵入する気孔」を採用する。なお、実施形態において使用する粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュの見掛気孔率を上記ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５−１９９２に準拠して測定したところ、４６．４％であった。
【００３０】
本実施形態においては、クリンカアッシュの見掛気孔率の高さを利用して、嵩密度が小さい割に強度が強く、その結果として吸水率が高くなることを利用する。例えば、ヒートアイランド現象の抑止するための庭の保水性敷砂利、保水性ブロック、透水性の高い舗装材・透水性ブロック、イオン交換体ブロック、コンブなどを養殖する藻礁、珊瑚の増殖ブロックなどが挙げられる。また、保水性を有する防犯用の庭の景観砂利、保水性・防草性の景観砂利（防草性については後述する）なども挙げられる。
【００３１】
＜第１の副成分＞
本発明においては、クリンカアッシュ単独（副成分なし）においても、アルカリ水溶液を介した硬化反応による成形物は実用的に十分な圧縮強度を有している。しかし、副成分としてカルシウム化合物の粉体を併用するようにしてもよい。カルシウム化合物を併用することにより、固化したクリンカアッシュ成形物の圧縮強度が更に向上する（詳細は後述する）。なお、クリンカアッシュにカルシウム化合物を混合することで圧縮強度が向上する理由については定かではないが、スラリの調整及び硬化反応の工程（後述する）において、クリンカアッシュからアルカリ条件下で溶出する可溶性シリカ（ＳｉＯ２）とのポゾラン反応の可能性を有しているとも考えられる。クリンカアッシュに混合するカルシウム化合物の粉体とは、例えば、硫酸カルシウム（石膏）、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム（生石灰）などを挙げることができる。
【００３２】
＜第２の副成分＞
本発明においては、産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができる。本実施形態においては、通常は廃棄され利用されることのない他の産業廃棄物を有効利用するためにクリンカアッシュの副成分として混合することができる。これらの副成分は、無機化合物を主体とするものが好ましく、また、クリンカアッシュと同様にシリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有するものが好ましい。更に、カルシウム化合物を含有するものでもよい。
【００３３】
これらの無機化合物としては、珪砂廃土、木節粘土、廃石膏ボード、貝殻などの無機化合物を主体とするもの（以下「珪砂廃土等」という）が挙げられる。また、無機物のみからなるものではなく有機物を含有するものであるが、シリカ（ＳｉＯ２）を多く含有する植物の廃材、例えば、稲わら、もみ殻、スギナなどを利用してもよい。
【００３４】
なお、副成分として混合するカルシウム化合物の粉体（第１の副成分）及び珪砂廃土等（第２の副成分）の量は、両成分併せて４５重量％未満の範囲内で配合することが好ましい。混合する副成分の量が４５重量％以上となる場合には、固化したクリンカアッシュ成形物の圧縮強度が低下することがあり、実用的な用途に使用できないので好ましくない。また、圧縮強度を低下させない範囲であれば、珪砂廃土等に限らず木粉などを増量材として混合してもよい。
【００３５】
＜スラリ調整工程＞
スラリの調整は、「粉体混合 ⇒ アルカリ水溶液混合・撹拌」の各段階を経て行う。以下、各段階について説明する。
【００３６】
１．粉体混合
本実施形態においては、まず、主成分であるクリンカアッシュ、第１の副成分であるカルシウム化合物の粉体、及び、第２の副成分である珪砂廃土等を粉体混合する。なお、第１の副成分及び第２の副成分については、必要により所定量を混合すればよい。粉体の混合装置は、特に限定するものではないが、無機粉体の混合に使用されるものが好ましく、回転円筒形・二重円錐形・Ｖ形・リボン形・スクリュウー形などを挙げることができる。また、実用的にはセメント混練装置を使用することもできる。これらの装置により、主成分と副成分が粉体状で均一になるまで混合する。
【００３７】
２．アルカリ水溶液混合・撹拌
次に、均一に混合された粉体にアルカリ水溶液を混合して均一に撹拌する。この混合・撹拌装置も、特に限定するものではないが、粉体と液体とを混合してスラリを調整できる装置を使用する。なお、上記の粉体混合とアルカリ水溶液混合・撹拌を同一の装置で行うことが好ましく、実用的にはセメント混練装置などを使用することもできる。また、スラリ状となった混合物を更に撹拌することにより、クリンカアッシュの粒径が更に細かく均一になって、クリンカアッシュ成形物の圧縮強度が向上するようにしてもよい。
【００３８】
ここで、アルカリ水溶液とは、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、アルミン酸ナトリウム及びアルミン酸カリウムなどの水溶液を挙げることができる。なお、本実施形態においては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液であることが好ましい。特に、工業的な取扱い及び製造コスト等の面から水酸化ナトリウム水溶液であることがより好ましい。
【００３９】
次に、クリンカアッシュを主成分とする粉体とアルカリ水溶液とを混合してスラリを調整する際の粉体と液体との混合比率、及び、アルカリ水溶液の濃度について説明する。まず、粉体と液体との混合比率は、その後の成形操作に適正なスラリ状の混合物を得られることを考慮して決定することが好ましい。また、この比率は、副成分の種類と混合比率により、適宜選定するようにする。例えば、珪砂廃土等を副成分として混合する場合には、アルカリ水溶液の量を混合粉体に対して３０〜５０重量％の範囲程度で調整するようにしてもよい。なお、本実施形態においては、アルカリ水溶液の量を混合粉体に対して４０重量％程度で調整することにより、成形操作に良好なスラリを得ることができた。
【００４０】
一方、アルカリ水溶液の濃度は、混合粉体中に含まれるシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、カルシウム化合物などからアルカリ水溶液に溶出して硬化反応を生じさせる量であって、上記のアルカリ水溶液の量との関係で適宜選定するようにする。例えば、アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を選定し、上記のように混合粉体に対して３０〜５０重量％を使用する場合には、規定度１．５Ｎ以上、好ましくは２．５Ｎ以上で使用するようにしてもよい。
【００４１】
＜硬化反応工程＞
次に、調整したスラリを所定の容器に収容して各無機化合物とアルカリ水溶液との反応が完結するまで硬化反応を行う。この時使用する容器の形状と大きさは、クリンカアッシュ成形物の使用目的によって、適宜選定するようにする。例えば、ブロック状、円柱状、方形、球形などいずれであってもよく、その大きさも特に限定されるものではない。また、目的によっては、成形後のクリンカアッシュ成形物を破砕して砂利状にしてもよい。
【００４２】
硬化反応は、室温から高温までどのような温度範囲で行ってもよいが、本発明においては熱処理エネルギーをできるだけ使用しない方法で固化を完結させることができる。また、硬化反応は、乾熱処理で行ってもよく、或いは湿熱処理で行ってもよい。また、高圧下で処理するようにしてもよいが、常圧下で処理することが好ましい。
【００４３】
本実施形態においては、例えば、室温〜１３０℃の温度の常圧下で行うことができる。また、室温〜１００℃の温度の常圧下で行うことが好ましく、更に、室温〜８０℃の温度の常圧下で行うことがより好ましい。なお、室温で硬化する場合には、数日から数週間を要する場合もある。一方、４０〜８０℃程度の温度と常圧下で行う場合には、２４〜７２時間、好ましくは４８時間程度で硬化反応を行うことができる。硬化反応後は、型から取出し余剰の水分を乾燥するようにする。
【００４４】
このように、クリンカアッシュの成形は、アルカリ水溶液との混合のみにより固化することができ、焼成工程、高圧圧縮工程、又は焼成工程と高圧圧縮工程との組み合わせ工程などを必要としない。よって、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低い製造方法によりクリンカアッシュ成形体を提供することができる。
【００４５】
次に、上述のように説明したクリンカアッシュ成形体の製造方法について、各実施例により具体的に説明する。なお、本発明は、以下の各実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例１】
【００４６】
本実施例１は、クリンカアッシュ成形体を構成する主成分と副成分の比率を変化させ、物性に及ぼす影響を検討するものである。本実施例１においては、粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュを主成分とし、硫酸カルシウムを第１の副成分、窯業廃棄物であるキラ粘土（珪砂廃土）を第２の副成分とし、水酸化ナトリウム水溶液を使用してクリンカアッシュ成形体を製造した。各試験における各成分の配合比率及び水酸化ナトリウム水溶液の濃度を表１に示す。なお、本実施例１においては、水酸化ナトリウム水溶液の配合量（液量）は、混合粉体に対して４０重量％で統一した。また、硬化反応条件は、８０℃で４８時間として統一した。また、本実施例１は、小スケールで実施したことから、スラリの調整にジューサーミキサー試験機を使用した。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
本実施例１においては、クリンカアッシュ成形体の圧縮強度、見掛気孔率、吸水率、嵩比重の各物性について評価した。以下に各物性の評価方法について説明する。
【００４９】
＜圧縮強度＞
本実施例１において、圧縮強度の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８−２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。
【００５０】
＜見掛気孔率＞
本実施例１において、見掛気孔率の測定は、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５−１９９２「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」に準拠して測定した。なお、試料の飽水は煮沸法により行った。
【００５１】
＜吸水率＞
本実施例１において、吸水率の測定は、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５−１９９２「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」に準拠して測定した。なお、試料の飽水は煮沸法により行った。
【００５２】
＜嵩比重＞
本実施例１において、嵩比重の測定は、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５−１９９２「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」に準拠して測定した。なお、試料の飽水は煮沸法により行った。
【００５３】
上記の各方法によって測定した試験１〜１０のクリンカアッシュ成形体の各物性値を表２に示す。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
次に、本実施例１において得られた各物性値を実用的な面から評価した。本実施形態に係るクリンカアッシュ成形体に要求される諸物性は、用途によって異なるものである。本実施例１においては、クリンカアッシュの特徴である開口気孔による吸水率の高さを利用してヒートアイランド現象を抑制に有効な庭の景観砂利を対象として評価した。
【００５６】
まず、クリンカアッシュ成形体の圧縮強度を評価した。図１は、クリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と圧縮強度の関係を示すグラフである。景観砂利に要求される圧縮強度は、一般に１．８〜１２ＭＰａとされており、これを本実施例１の評価基準とした。表２において、試験１、試験２、試験３、試験４、試験５及び試験６の試料が十分な圧縮強度を有しており、特に試験４の試料が大きな値を示していた。これを図１で確認すると、クリンカアッシュの配合割合が５５重量％〜１００重量％において、実用的な圧縮強度を有するクリンカアッシュ成形体と評価できる。その評価結果を下記の表３に示す。
【００５７】
次に、クリンカアッシュ成形体の見掛気孔率を評価した。図２は、クリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と見掛気孔率の関係を示すグラフである。本実施例１において対象とする景観砂利には、見掛気孔率は特に要求されていない。しかし、ヒートアイランド現象の抑制を考慮すると吸水率の高さが有用となり、これに関係する開口気孔による見掛気孔率を検討する必要がある。成形前のクリンカアッシュの見掛気孔率の値が４６．４％であり、これをできる限り閉鎖することなく成形されたクリンカアッシュ成形体が有効である。そこで、成形前のクリンカアッシュの見掛気孔率の値を略７０％以上保持しているものを有効として、本実施例１における見掛気孔率の評価基準を３２〜４６％の範囲内とした。
【００５８】
表２において、３０％以上の見掛気孔率を示す試験１、試験２、試験３、試験４、試験５、試験６、試験９及び試験１０の試料が有効な見掛気孔率を有しており、特に試験６の試料が大きな値を示していた。これを図２で確認すると、クリンカアッシュの配合割合が５５重量％〜１００重量％において、有効な見掛気孔率を有するクリンカアッシュ成形体と評価できる。その評価結果を下記の表３に示す。
【００５９】
次に、クリンカアッシュ成形体の吸水率を評価した。図３は、クリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と吸水率の関係を示すグラフである。本実施例１において対象とする景観砂利には、吸水率は特に要求されていない。しかし、ヒートアイランド現象の抑制を考慮すると吸水率の高さが有用となる。なお、上述のように、クリンカアッシュ成形体の吸水率は、見掛気孔率と相関関係を有するものと考えられる。そこで、本実施例１における吸水率の評価基準を２０〜３５％の範囲内とした。
【００６０】
表２において、２１％以上の吸水率を示す試験１、試験２、試験３、試験４、試験５、試験６、試験９及び試験１０の試料が有効な吸水率を有しており、特に試験６の試料が大きな値を示していた。これを図３で確認すると、クリンカアッシュの配合割合が５５重量％〜１００重量％、及び、０重量％〜１５重量％において、有効な吸水率を有するクリンカアッシュ成形体と評価できる。その評価結果を下記の表３に示す。また、図４は、見掛気孔率と吸水率の関係を示すグラフである。図４において、見掛気孔率と吸水率には、正の相関があることが確認できた。
【００６１】
次に、クリンカアッシュ成形体の嵩比重を評価した。図５は、クリンカアッシュ（ＣＡ）の配合割合と嵩比重の関係を示すグラフである。本実施例１において対象とする景観砂利には、嵩比重は特に要求されていない。しかし、景観砂利である以上、風で飛ぶような軽いものは好ましくない一方、作業・運搬には重くない方が好ましい。そこで、１つの指標として軽量コンクリートの嵩比重１．４を考慮して、本実施例１における嵩比重の評価基準を１．２〜１．６の範囲内とした。表２において、全ての試料の嵩比重が１．２〜１．６の範囲内にあり、適度な嵩比重を有するクリンカアッシュ成形体と評価できる。その評価結果を下記の表３に示す。
【００６２】
【表３】
2020066550.tif 000005
【００６３】
次に、各物性の評価を総合的に評価して、本実施例１で適切なクリンカアッシュ成形体を確認した。表３において、４つの物性値を全て満足する試験１、試験２、試験３、試験４、試験５及び試験６を良好な試料として評価した。また、特に良好な試験４及び試験５を優良な試料として評価した。一方、４つの物性値のうち×を有する試料は、不良として評価した。
【００６４】
このように、表３の総合評価の結果からすると、クリンカアッシュの配合割合が５５重量％〜１００重量％の範囲内、特に好ましくは６０重量％〜８０重量％の範囲内でクリンカアッシュ成形体を製造することがよい。このことにより、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有し、且つ、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体及びその製造方法を提供することができる。
【実施例２】
【００６５】
本実施例２は、クリンカアッシュ成形体を構成する主成分と副成分の比率を統一して、スラリを調整する際のアルカリ水溶液の濃度が物性に及ぼす影響を検討するものである。本実施例２においては、上記実施例１と同様に、粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュを主成分とし、硫酸カルシウムを第１の副成分、窯業廃棄物であるキラ粘土（珪砂廃土）を第２の副成分とし、水酸化ナトリウム水溶液を使用してクリンカアッシュ成形体を製造した。各成分の配合比率及び水酸化ナトリウム水溶液の濃度を表４に示す。なお、本実施例２においては、上記実施例１と同様に、水酸化ナトリウム水溶液の配合量（液量）は、混合粉体に対して４０重量％で統一した。また、硬化反応条件は、８０℃で４８時間として統一した。
【００６６】
【表４】
2020066550.tif 000006
【００６７】
本実施例２においては、上記実施例１と同様に、クリンカアッシュ成形体の圧縮強度、見掛気孔率、吸水率、嵩比重の各物性について評価した。なお、各物性の評価方法は、上記実施例１と同様にして行った。
【００６８】
上記の各方法によって測定した試験１１〜１６のクリンカアッシュ成形体の各物性値を表５に示す。なお、試験１５及び試験１６の試料は、充分な固化が行われておらず、水浸漬中に崩壊したため、見掛気孔率、吸水率、嵩比重の測定が行えなかった。
【００６９】
【表５】
2020066550.tif 000007
【００７０】
次に、本実施例２において得られた各物性値を実用的な面から評価した。本実施例２においては、上記実施例１と同様に、ヒートアイランド現象を抑制に有効な庭の景観砂利を対象として評価した。従って、評価基準は、上記実施例１と同様である。
【００７１】
まず、クリンカアッシュ成形体の圧縮強度を評価した。図６は、アルカリ水溶液の濃度と圧縮強度の関係を示すグラフである。アルカリ水溶液の濃度が上昇するのに合わせて、圧縮強度が向上する。評価基準とした１．８〜１２ＭＰａを満足するのは、２．５Ｎ以上の濃度を使用した試験１１、試験１２及び試験１３であり、特に試験１１及び試験１２は良好であった。
【００７２】
一方、見掛気孔率と吸水率に関しては、測定不可であった試験１５及び試験１６を除き、評価基準を満足するのは、１．５Ｎ以上の濃度を使用した試験１１、試験１２、試験１３及び試験１４であった。なお、嵩比重は、いずれの試験においても評価基準を満足するものであった。それらの結果を表６に示す。
【００７３】
【表６】
2020066550.tif 000008
【００７４】
次に、各物性の結果を総合的に評価して、本実施例２で適切なアルカリ水溶液の濃度を確認した。表６において、４つの物性値を全て満足する試験１１、試験１２及び試験１３を良好な試料として評価した。また、特に良好な試験１２を優良な試料として評価した。一方、４つの物性値のうち×を有する試料は、不良として評価した。
【００７５】
このように、表６の総合評価の結果からすると、水酸化ナトリウム水溶液を使用し、その配合量（液量）を混合粉体に対して４０重量％とした場合には、アルカリ濃度が２．５Ｎ以上、特に好ましく５Ｎ程度でクリンカアッシュ成形体を製造することがよい。このことにより、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有し、且つ、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体及びその製造方法を提供することができる。
【実施例３】
【００７６】
本実施例３は、本実施形態に係るクリンカアッシュ成形体のアルカリ徐放性に関するものである。本実施形態に係るクリンカアッシュ成形体は、上述のように、アルカリ水溶液による硬化反応で固化する。従って、成形後のクリンカアッシュ成形体からは、余剰のアルカリが溶出する。なお、クリンカアッシュの開口気孔の作用により、アルカリの溶出には徐放性が認められる。この性質を利用して、景観砂利などに使用した際にアルカリが徐々に放出され、雑草の繁殖を抑える効果（防草性）が期待できる（実施例４に詳述する）。よって、本実施例３において溶出試験を行い、クリンカアッシュ成形体から溶出するアルカリの濃度及び繰り返し使用性（徐放性）を確認した。
【００７７】
本実施例３においては、上記実施例１と同様に、粒径が２ｍｍ以下のクリンカアッシュを主成分とし、硫酸カルシウムを第１の副成分、窯業廃棄物であるキラ粘土（珪砂廃土）を第２の副成分とし、水酸化ナトリウム水溶液を使用してクリンカアッシュ成形体を製造した。各成分の配合比率及び水酸化ナトリウム水溶液の濃度を表７に示す。なお、本実施例３においては、上記実施例１と同様に、水酸化ナトリウム水溶液の配合量（液量）は、混合粉体に対して４０重量％で統一した。また、硬化反応条件は、８０℃で４８時間として統一した。
【００７８】
【表７】
2020066550.tif 000009
【００７９】
＜溶出試験＞
本実施例３の各クリンカアッシュ成形体を破砕した小硬化体を試料として、それぞれ４個で４０ｇの試験体を準備した。次に、この試験体（４個で４０ｇ）を浸漬水として準備した常温の蒸留水４００ｍｌ中に１２時間浸漬した。次に、浸漬水を排除した試験体を新たな浸漬水として準備した常温の蒸留水４００ｍｌ中に浸漬して３時間煮沸した。次に、煮沸した浸漬水を排除した。これらの操作を加速操作とした。次に、加速操作を行った後の試験体を抽出水として準備した常温の蒸留水４００ｍｌ中に２４時間浸漬して抽出を行った。この操作を１回の抽出操作とした。
【００８０】
次に、上記抽出操作で得た各抽出水の水素イオン指数（ｐＨ）を測定した。更に、この抽出操作のみを８回繰り返した。一般に、アルカリによる防草性は、土のｐＨが１０以上あれば効果があるとされている。よって、本実施例３の評価基準を抽出操作８回後にｐＨ≧１０とした。測定した各抽出操作における抽出水のｐＨの値を表８に示す。
【００８１】
【表８】
2020066550.tif 000010
【００８２】
表８に示すように、評価基準とした抽出操作８回後にｐＨ≧１０を満足するのは、クリンカアッシュの配合比率が５５重量％以上である試験２１、試験２２、試験２３及び試験２４であった。このことにより、クリンカアッシュの開口気孔の作用により、アルカリの溶出に徐放性が認められることが分かる。
【実施例４】
【００８３】
本実施例４は、上記実施例３で確認したクリンカアッシュ成形体のアルカリ徐放性を利用して防草性を確認するものである。
【００８４】
本実施例４においては、アルカリ溶出性が防草性に及ぼす影響を検討するものである。本実施例４においては、クリンカアッシュ成形体として上記実施例３で良好なアルカリ溶出性を示した試験２３の試料（試験４と同じ）と同じものを使用した。使用したクリンカアッシュ成形体の各成分の配合比率及び水酸化ナトリウム水溶液の濃度を表９に示す。
【００８５】
【表９】
2020066550.tif 000011
【００８６】
＜防草試験＞
本実施例４においては、栽培容器に標準土（赤玉土５部、鹿沼土２部、培養土２部の配合）３００ｍｌを入れ、その上に防草用材料７０ｍｌを隙間のないように敷き詰めた。防草用材料としては、試験３１のクリンカアッシュ成形体（ハニカム形状）、並びに、比較試験１の市販の玉砂利、及び、比較試験２の成形前のクリンカアッシュを使用した。また、比較試験３として標準土のみ（防草用材料なし）を行った。
【００８７】
まず、各クリンカアッシュ成形体を破砕した小硬化体、市販の玉砂利、及び、成形前のクリンカアッシュをそれぞれ７０ｇ準備し、栽培容器に入れた標準土の上に敷き詰めた。次に、コマツナの種をそれぞれ１０粒播種して栽培し、発芽の有無及び生育の状態を確認した。各試験の評価結果を表１０に示す。また、図９は、防草試験の様子を示す写真である。
【００８８】
【表１０】
2020066550.tif 000012
【００８９】
表１０に示すように、比較試験１〜３においては播種後４日で発芽を確認した。なお、比較試験１の玉砂利では、他の比較試験２、３に比べ発芽本数が少なかった。これに対して、試験３１においては播種後１８日が経過しても発芽が認められなかった。また、表１０及び図９に示すように、比較試験１〜３において発芽したコマツナは、いずれも通常に生育した。このことから、良好な防草性を有するクリンカアッシュ成形体を提供することができる。
【実施例５】
【００９０】
本実施例５は、クリンカアッシュ成形体の高い吸水率を利用してヒートアイランド抑制効果を確認するものである。
【００９１】
本実施例５においては、クリンカアッシュ成形体として上記実施例１で作製した試験４の試料（試験２３と同じ）と同じものを使用した。使用したクリンカアッシュ成形体の各成分の配合比率及び水酸化ナトリウム水溶液の濃度を表１１に示す。
【００９２】
【表１１】
2020066550.tif 000013
【００９３】
＜ヒートアイランド抑制試験＞
本実施例５のクリンカアッシュ成形体及び比較試験４として市販の玉砂利を使用してヒートアイランド抑制効果を比較した。具体的には、直射日光の照射するマンション南向きのベランダ床面に白色ホーロー製大型トレイ（２３０ｍｍ×３００ｍｍ、深さ４０ｍｍ）を水平に配置し、その中に底面がメッシュ状になった２つの白色プラスチック製小型トレイ（９０ｍｍ×９０ｍｍ、深さ７５ｍｍ）を並べた。各トレイには、それぞれ本実施例５のクリンカアッシュ成形体を破砕した砂利又は市販の玉砂利を５００ｍｌ投入した。
【００９４】
次に、各トレイの砂利に対して、それぞれ５００ｍｌを散水した。各砂利が保水しきれない水は、小型トレイの底面のメッシュを介して外部に排出した。散水後５時間に亘って各砂利の表面温度を継時的に測定した。比較としてベランダ床面の温度も測定した。測定した温度データを表１２に示す。図１０は、ヒートアイランド抑制試験の様子を示す写真である。また、図１１は、経過時間と測定温度との関係を示すグラフである。
【００９５】
【表１２】
2020066550.tif 000014
【００９６】
表１２及び図１１に示すように、本実施例５のクリンカアッシュ成形体は、市販の玉砂利に比べて、長時間に亘り表面温度を低く維持することができる。このことは、クリンカアッシュ成形体の高い吸水率によるものであり、良好なヒートアイランド抑制効果を有するクリンカアッシュ成形体からなる景観砂利を提供することができる。
【００９７】
これまで説明したように本実施形態によれば、これまで十分に利用されることのなかった産業廃棄物であるクリンカアッシュを有効利用することができると共に、クリンカアッシュの特性である開口気孔の性能を阻害することなく十分な強度を有し、且つ、簡単な操作で成形固化することができるのでエネルギー消費が小さく製造コストが低いクリンカアッシュ成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ…試験３１（クリンカアッシュ成形体）、Ｂ…比較試験１（市販玉砂利）、
Ｃ…比較試験２（成形前のクリンカアッシュ）、Ｄ…比較試験３（標準土）、
Ｅ…試験４１（クリンカアッシュ成形体）、Ｆ…比較試験４（市販玉砂利）
Ｇ…ベランダ表面温度。
【図１】
2020066550.tif 000015
【図２】
2020066550.tif 000016
【図３】
2020066550.tif 000017
【図４】
2020066550.tif 000018
【図５】
2020066550.tif 000019
【図６】
2020066550.tif 000020
【図７】
2020066550.tif 000021
【図８】
2020066550.tif 000022
【図９】
2020066550.tif 000023
【図１０】
2020066550.tif 000024
【図１１】
2020066550.tif 000025