(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃タイヤを含む燃料であって当該廃タイヤの含有量が６〜１００ｗｔ％の燃料を流動床ボイラーで燃焼して得た焼却灰１００質量部に対し、
骨材を４０〜１００質量部、セメントを１０〜４０質量部、水を１０〜５０質量部、ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを１〜１５質量部配合して混練した後に、
振動加圧成型し、養生した後に、
破砕して得た、骨材。
【請求項２】
前記焼却灰中の亜鉛の含有量が０．２〜２ｗｔ％であり、硫黄の含有量が４〜８ｗｔ％である、請求項１記載の骨材。
【請求項３】
（１）廃タイヤを含む燃料を流動床ボイラーで燃焼して焼却灰を準備する工程、
（２）前記焼却灰１００質量部に対し、
骨材を４０〜１００質量部、
セメントを１０〜４０質量部、
水を１０〜５０質量部、および
ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを１〜１５質量部配合し、混練して混合物を得る工程、
（３）前記混合物を振動加圧成型した後、養生して、成形体を得る工程、ならびに
（４）前記成形体を破砕する工程、を含む、骨材の製造方法。
【請求項４】
前記燃料中の廃タイヤの含有量が６〜１００ｗｔ％である、請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記焼却灰中の亜鉛の含有量が０．２〜２ｗｔ％であり、硫黄の含有量が４〜８ｗｔ％である、請求項３記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃タイヤを含む燃料の焼却灰を用いて製造される再生骨材であって、硬化遅延による再生骨材成形品製造時の型崩れが発生しない、高強度の再生骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市ゴミや下水汚泥等の一般廃棄物および産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効利用、再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処理に関する決定的な方法はなく、現状は埋め立てに頼っている。しかし、最近、セメントの製造分野では、廃棄物の有効利用および再資源化を目的として、都市ゴミ焼却灰等の廃棄物を原料として製造されたエコセメントが製造されている（特許文献１）。また、骨材と、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰を原料として製造されたセメントからなり、振動加圧成型機によるゼロスランプコンクリートを用いた即時脱型により成型されるポーラスコンクリート成型体が製造されている（特許文献２）。一方、木屑やRPF等を主成分とする燃料を流動床ボイラーで燃焼した焼却灰に小石（ビリ）とセメントと水を加えて混練した後に、振動加圧成型機で成型し、1日間養生した場合に、ヤードに払い出して成型体を破砕して再生骨材を製造することもできる。
【０００３】
近年の石油や石炭の高騰により、木屑やRPF等の安価な燃料の使用量が増加し、発熱量の高い廃タイヤの使用量が増加する傾向にあり、燃料中の廃タイヤの比率が増加する傾向にある。タイヤには架硫促進助剤の酸化亜鉛が４〜８ｗｔ％含まれており、廃タイヤを含む燃料を流動床ボイラーで燃焼した焼却灰は酸化亜鉛の含有量が多くなる。酸化亜鉛はセメント等の硬化遅延剤として知られている（特許文献３、特許文献４、特許文献５）。このため、廃タイヤを含む燃料の焼却灰を用いて上記の方法で再生骨材を製造すると1日の養生では硬化しないため、ヤードに払い出すときに成型体が型崩れをしてしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６５４４６号公報
【特許文献２】特開平１１−２６３６７８号公報
【特許文献３】特開平９−２５４１３６号公報
【特許文献４】特開平２００１−３１４８５２号公報
【特許文献５】特開平２００４−４３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、廃タイヤを含む燃料の焼却灰を用いて製造される再生骨材であって、硬化遅延による再生骨材成形品製造時の型崩れが発生しない、高強度の再生骨材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】
【０００６】
前記課題を解決するため鋭意研究の結果、本発明者らは廃タイヤを含む燃料の焼却灰を用いて再生骨材を製造する際に、ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを配合することで、硬化遅延による再生骨材成形品製造時の型崩れが発生しない、高強度の再生骨材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【発明の効果】
【０００７】
廃タイヤを含む燃料の焼却灰にはタイヤの加硫促進助剤である酸化亜鉛が多く含まれており、この焼却灰を用いて再生骨材を製造する際に成形品の硬化を遅延させる。しかし、本発明の再生骨材は、廃タイヤを含む燃料の焼却灰にケイ酸ソーダ、硫酸バンドあるいはアルミン酸ソーダを配合して製造されるので、硬化遅延による再生骨材成形品製造時の型崩れが発生しない。本発明の再生骨材は、高強度であるため、歩道、車道等の舗装材として適する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明によれば、廃タイヤを含む燃料を流動床ボイラーで燃焼して得た焼却灰１００質量部に対し、骨材を４０〜１００質量部、セメントを１０〜４０質量部、水を１０〜５０質量部、ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを１〜１５質量部配合して混練した後に、振動加圧成型し、養生した後に、破砕して得た、再生骨材が提供される。
【０００９】
[焼却灰]
焼却灰とは燃料を焼却した後に残った灰をいう。焼却灰には、燃焼ガスとともに吹き上げられる球状の微粒子のフライアッシュおよび焼却炉の炉底に落下したボトムアッシュが含まれる。本発明で用いる焼却灰は、廃タイヤを含む燃料を流動床ボイラーにて燃焼した廃棄物である。廃タイヤとしては、自動車、自転車等に使用されていた廃タイヤを用いてよい。燃料中の廃タイヤの含有量は、１〜１００ｗｔ％が好ましく、６〜１００ｗｔ％がより好ましい。燃料の他の成分は、石炭、木屑、RPF、ペーパースラッジ等である。
【００１０】
本発明において用いる焼却灰中の亜鉛の含有量は、０．２〜２ｗｔ％、特に１〜１．５％であり、硫黄の含有量は４〜８ｗｔ％、特に５．５〜７ｗｔ％が好ましい。
[骨材]
骨材とは、コンクリートを製造するのに用いられる砂、砂利、砕石、およびこれらに類似する材料である。質量の８５％以上が５ｍｍ網ふるいに留まる骨材を粗骨材という。本発明で使用する骨材として、例えば天然骨材、軽量骨材、砕石、小石等が挙げられるが特にこれらに限定されるものではない。本発明においては粗骨材を用いることが好ましく、その粒径は２．５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲が好ましい。粗骨材の配合部数は焼却灰１００質量部に対して４０〜１００質量部が好ましい。４０質量部より少ないと再生骨材の経済性が悪化し、１００質量部よりも多いと強度が低下する。本発明に用いる粗骨材としては小石が好ましい。本発明において「〜」はその両端の数値を含む。
【００１１】
[セメント]
セメントとは、水と混練した際に硬化する性質を有する無機接着剤をいう。本発明では、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、白色などのポルトランドセメントの他、シリカフューム、シリカ、フライアッシュ、高炉スラグなどの無機混和剤を混合した混合セメントが用いられる。本発明で用いるセメントは、酸化カルシウムを含むことが好ましい。後述するとおり、セメントの水和反応により生じる水酸化カルシウムと、本発明で用いるケイ酸ソーダ等に由来する成分が反応して、再生骨材製造における硬化反応を促進しうるからである。
【００１２】
本発明に用いるセメントに減水剤やＡＥ減水剤などの混和剤、及び材料分離抵抗性を高めるための増粘剤等を添加することは一向に差し支えない。減水剤とはセメントの強度を向上させて、セメント製造に必要な水量を低減させる薬剤であり、ＡＥ減水剤とは、減水剤の機能に加えてコンクリート中に微細な独立気泡を一様に分散させる機能を有する薬剤である。ＡＥ減水剤としては、リグニンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩、オキシカルボン酸塩などが挙げられる。
【００１３】
セメントの配合部数は焼却灰１００質量部に対して１０〜４０質量部が好ましい。前記配合部数が１０質量部より少ないと再生骨材の強度が低下し、４０質量部以上では強度の向上効果が飽和する。
【００１４】
[水]
本発明で使用する水は焼却灰１００質量部に対して１０〜５０質量部が好ましい。１０質量部より少ないと振動加圧成型体の強度が弱く、成型直後に型崩れが発生する。水の配合部数が５０質量部より多いと振動加圧成型体が軟らかくなりすぎるために、成型直後に型崩れが発生する。また、必要に応じて有害成分の溶出を抑制するために、キレート剤や硫化ソーダ等を添加しても良い。
【００１５】
［ケイ酸ソーダ、硫酸バンド、アルミン酸ソーダ］
本発明は、焼却灰と骨材とセメントと水からなる混合物に、さらにケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを添加する。ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよびアルミン酸ソーダの配合部数は、焼却灰１００質量部に対して１〜１５質量部であり、４〜１０質量部がより好ましい。前記配合部数が１質量部未満であると、再生骨材の強度向上効果が十分でないことがある。一方、前記配合量が１５質量部を超えると、セメントの硬化が急激に進行し、十分な強度の再生骨材成形体が得られなくなる場合がある。ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよびアルミン酸ソーダは、２つ以上を併用してもよい。この場合、合計の配合部数が、焼却灰１００質量部に対して１〜１５質量部となることが好ましく、４〜１０質量部となることがより好ましい。
【００１６】
ケイ酸ソーダとは、ケイ酸のナトリウム塩をいい、工業的にはＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏで表される。ｎはＳｉＯ２とＮａ２Ｏとの分子比を示し、この値によりケイ酸ソーダの性状が異なる。ケイ酸ソーダは、ｎが１未満であると固体に、ｎが１以上であると液体、すなわち水ガラスとなる。このため市販されているケイ酸ソーダは、ＳｉＯ２の含有量を表示する場合が多い。本発明においては、ＳｉＯ２の含有量は特に限定されないが、２０〜５０ｗｔ％が好ましく、２８〜３８ｗｔ％がより好ましい。ＳｉＯ２の含有量がこの範囲であると、ケイ酸ソーダは水ガラスとなる。
【００１７】
硫酸バンドとは硫酸アルミニウムである。一般に市販の硫酸には、アルミナの含有量が表示されているが、本発明においては、アルミナ含有量は特に限定されない。
アルミン酸ソーダとは、メタアルミン酸ナトリウム（ＮａＡｌＯ２）またはオルトアルミン酸ナトリウム（Ｎａ３ＡｌＯ３）をいう。
【００１８】
[振動成形]
本発明では、まず、上記した焼却灰と小石とセメントと水を所定の割合で、すなわち焼却灰１００質量部に対し、骨材を４０〜１００質量部、セメントを１０〜４０質量部、水を１０〜５０質量部、ケイ酸ソーダ、硫酸バンドおよび／またはアルミン酸ソーダを１〜１５質量部で配合し、この配合物を１〜１０分間混合混練し、得られたペーストを型枠内に投入し、加圧と外部振動により十分な加圧振動締め固めを行う。加圧は、油圧式あるいは空気圧式の加圧装置等を使用することができる。外部振動は、型枠に取り付け可能な振動機やテーブルバイブレーター等を使用して発生させることができる。好ましい振動成形条件は、例えば振動数が４５００〜９０００ｒｐｍ、振動加速度が１０〜２０９ｇ、加圧力が０．０５〜１．５ｋｇｆ／ｃｍ２、振動加圧時間は３〜１０秒である。
【００１９】
[再生骨材成形体]
振動成形された再生骨材成形体は、振動締め固め後、即時脱型することにより大量生産が可能である。型枠から脱型した成形体の養生方法は、室温で放置して養生しても良く、あるいは蒸気養生、噴霧養生であっても良く、特に限定されない。約1日養生後にヤードに払い出し、粉砕機により再生骨材成型体を粉砕して、所望の大きさの再生骨材を得る。
【００２０】
[再生骨材]
本発明の再生骨材の特徴は、高い強度を備えているところにあり、本発明の再生骨材は５Ｎ／ｍｍ２以上（１日間、２０℃の恒温室養生）の曲げ強度を有する。よって本発明の再生骨材を用いて構築される舗装は、付加される荷重が比較的小さくてすむ歩道、運動場および駐車場は勿論、その荷重が比較的大きい道路、例えばコンクリート舗装要綱の交通量区分に示されるＢ交通区分程度まで十分に実用に耐えうるものである。
【００２１】
本発明の再生骨材は、再生骨材中の亜鉛の含有量が０．１〜２ｗｔ％、特に０．７〜１％であり、硫黄の含有量が４〜８ｗｔ％、特に５〜７ｗｔ％であってもよい。
［作用］
本発明による硬化促進機構については、不明な点が多いが、ケイ酸ソーダや、アルミン酸ソーダなどを添加することにより、硬化遅延剤である酸化亜鉛が存在しても、セメントや焼却灰のポゾラン反応が促進されて、再生骨材成型体の硬化が促進されるためと考えられる。ポゾラン反応とは、シリカ（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主な組成とするポゾランが、セメントの水和反応に由来する水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）と常温でゆっくり反応し、結合能力をもつ化合物を生成する反応をいう。ただし、本発明はこの機構に限定されない。
【実施例】
【００２２】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本実施例は例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
［実施例１］
廃タイヤ２０ｗｔ％、木屑５５ｗｔ％、石炭２０ｗｔ％、ＲＰＦとペーパースラッジが５ｗｔ％の燃料を流動床ボイラーで燃焼して得た焼却灰のフライアッシュ（ＦＡ）８３質量部およびボトムアッシュ（ＢＡ）１７質量部に対して、小石（ビリ）を６７質量部、セメントを２５質量部、ケイ酸ソーダ（ＳｉＯ２含有量：３８ｗｔ％品）を８．３質量部、水を３３質量部、混練機（商品名：ジクロス、株式会社北川鉄鋼所製）で２１０秒間混練した後に、振動加圧成型機（型式：ＣＦ型、株式会社チヨダマシナリー製）を用いて約３０ｃｍ四方の再生骨材成型体を９個作製した。成型条件は、プレス振動機振動数８７Ｈｚ、プレス振動機加振力４７９０ｋｇ、テーブル振動機振動数９９Ｈｚ、テーブル振動数加振力８７８０ｋｇ、プレス圧力０．５５ｋｇｆ／ｃｍ２、プレス時間５．３秒であった。この再生骨材成型体を３０℃で２４時間養生し、ベルトコンベアに運んでヤードに１．５ｍの高さから落下させた際に型崩れの発生の程度を評価した。また、２４時間養生後の一軸圧縮強度（ＪＩＳ  Ａ８４０１に準拠）も測定した。
［実施例２］
実施例１のケイ酸ソーダの配合部数を８．３質量部から４．２質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［実施例３］
実施例１のケイ酸ソーダを硫酸バンド（アルミナ含有量：８ｗｔ％品）に変更した以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［実施例４］
実施例３の硫酸バンドの配合部数を８．３質量部から４．２質量部に変更した以外は実施例３と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［実施例５］
実施例２のケイ酸ソーダをアルミン酸ソーダ（固形）に変更した以外は実施例２と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［比較例１］
実施例１の廃タイヤの配合率を２０ｗｔ％から５ｗｔ％に、木屑の配合率を５５ｗｔ％から７０ｗｔ％に変更し、さらにケイ酸ソーダを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［比較例２］
実施例１のケイ酸ソーダを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［比較例３］
実施例１のセメントの配合部数を２５質量部から５０質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
［比較例４］
実施例１のケイ酸ソーダを生石灰（固形）に変更した以外は実施例１と同様にして、再生骨材成型体を製造し評価した。
【００２３】
結果を表１に示す。実施例と比較例の結果から、本発明の再生骨材は強度に優れることが明らかである。また、廃タイヤ配合率を向上させた焼却灰を用いた場合にも、強度に優れた再生骨材が得られることも明らかである。
【００２４】
表２には、比較例１と２で用いた焼却灰およびこれを用いて製造した再生骨材について、蛍光Ｘ線分析を行った結果を示す。比較例１および２で得られた再生骨材中の亜鉛濃度は約０．２および約０．９ｗｔ％であり、硫黄濃度は約５．４および約５．１ｗｔ％である。これらの再生骨材はケイ酸ソーダ等を用いずに、廃タイヤの含有量が２０ｗｔ％である燃料を焼却して得た焼却灰を用いて得られた再生骨材であり、表１に示すとおり、２４時間後の払い出し時に型崩れが生じている。
【００２５】
一方、実施例において、廃タイヤの含有量が２０ｗｔ％である燃料を焼却して得た焼却灰、およびケイ酸ソーダ等を用いて製造した再生骨材は、表１に示すとおり、２４時間後の払い出し時に型崩れを起こしていない。ケイ酸ソーダ等の添加量は、焼却灰１００質量部に対し１〜１５質量部程度であるので、実施例で製造した再生骨材中の亜鉛濃度および硫黄濃度は、比較例２で得られた再生骨材中の濃度とほぼ同じと考えられる。すなわち、本発明によれば、再生骨材中の亜鉛濃度が約０．９ｗｔ％、硫黄濃度が約５．１ｗｔ％であっても、優れた強度を有する再生骨材が得られることが明らかである。
【００２６】
【表１】
0005519307.tif 000002
【００２７】
【表２】
0005519307.tif 000003