(57)【要約】【課題】  マグネシア系の結合材を使用することによって、より多くの量のＰＳ灰を含有させることができ、しかもその固形体は建築材料として所要の圧縮強度を有するマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法、及びその固形体を提供する。【解決手段】  マグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを混合させて固形体を製造する場合、結合材として、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを所定割合になるように計量し、この結合材と、該結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のペーパースラッジ灰とを混合させ、これらを水硬化させる。【選択図】  図１
2014024728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを混合させて固形体を製造する場合、
前記結合材として、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを所定割合になるように計量し、この結合材と、該結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のペーパースラッジ灰とを混合させ、これらを水硬化させて、次の（ｉ）及び（ｉｉ）の少なくとも一方を満足するようになすことを特徴とするマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法。
（ｉ）前記固形体の比重が１．７０以下であり、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上である。
（ｉｉ）前記固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である。
【請求項２】
前記酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合は、前記結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下にし、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満にし、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下にする請求項１記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法。
【請求項３】
前記（ｉｉ）を満足する場合、前記結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換える請求項１又は２記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法。
【請求項４】
水硬化を行う前に、圧縮強度を増大させるべく、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合させる請求項１から３のいずれかに記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法。
【請求項５】
マグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを混合させ、これらを水硬化させてなる固形体であって、
前記結合材は、所定割合の酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを有しており、この結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のペーパースラッジ灰を含有しており、次の（ｉ）及び（ｉｉ）の少なくとも一方を満足していることを特徴とするマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
（ｉ）前記固形体の比重が１．７０以下であり、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上である。
（ｉｉ）前記固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である。
【請求項６】
前記酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合は、前記結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下である請求項５記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
【請求項７】
前記（ｉｉ）を満足する場合、前記結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換えてなる請求項５又は６記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
【請求項８】
水硬化を行う前に、圧縮強度を増大させるべく、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合してある請求項５から７のいずれかに記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
【請求項９】
外形が、球状、柱状、筒状又は板状に成形してある請求項５から８のいずれかに記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
【請求項１０】
水硬化を行う前に適宜の微生物剤を混合させ、又は、前記固形体の表面に適宜の微生物剤を付着させてなる請求項５から９のいずれかに記載のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体。
【請求項１１】
マグネシア系の結合材と請求項９又は請求項１０に記載した固形体を混合させ、或いはマグネシア系の結合材、ペーパースラッジ灰及び請求項９又は請求項１０に記載した固形体を混合させ、その後、水硬化させることを特徴とする固形体の製造方法。
【請求項１２】
水硬化させる前に、適宜のｐＨ調整剤又は／及び適宜の微生物剤を混合させる請求項１１記載の固形体の製造方法。
【請求項１３】
固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である場合、マグネシア系の結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換える請求項１１又は１２記載の固形体の製造方法。
【請求項１４】
外形が球状、柱状、筒状又は板状、或いは断面がＴ形状、Ｌ形状又はＵ形状になるように成形する請求項１１から１３のいずれかに記載の固形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法及びその固形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙工場では、製紙原料のうち紙にできなかった微細繊維や、タルク、カオリン等の填料、および古紙混入異物等からなる製紙汚泥であるペーパースラッジが大量に排出する。産業廃棄物であるペーパースラッジは減量化させるために焼却される。焼却によって灰に変じたものがペーパースラッジ灰（以後、ＰＳ灰ともいう。）である。
【０００３】
ＰＳ灰は埋め立て処分にする産業廃棄物であり、埋め立て処分をしないで済むように、従来から、その大規模な再生利用の開発が建築あるいは建設分野を主とする諸分野で図られてきている。
【０００４】
ＰＳ灰の化学成分は二酸化珪素、三酸化アルミニウム、酸化第二鉄等から構成され、その化学成分と構成は通常のセメントに近い。
【０００５】
一方、一般にＰＳ灰は環境基準を大きく超えるフッ素及びその化合物（以後、フッ素等ともいう。）を溶出する。フッ素等の溶出量は、環境基準で制限値０．８ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【０００６】
更に、建築あるいは建設の構造分野では鉄筋などの鋼材の錆を防ぐために塩化物イオンの規制が厳しく設けられているが、ＰＳ灰にはこの規制値を大きく越える量の塩化物イオンが含まれている。
【０００７】
ＰＳ灰は、その化学成分と構成が通常のセメントに近いので、建築あるいは建設分野でセメントへの助材あるいはセメントとの混合による粗骨材などといった固形物の製造に大規模に再生利用することが期待できる。しかし、実際には、フッ素等や塩化物イオンの存在によって、数々の制限を受ける。ＰＳ灰それ自体あるいはセメントからなる固形物は、それらからのフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下でなければ、一般的な製品として商品化できない。このことは塩化物イオンの場合についても当てはまる。さびを嫌う鋼材などを内蔵する構造用コンクリートにＰＳ灰を使用する場合、該コンクリートは、フッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下であり、かつ、該コンクリートに含まれる塩化物イオンもある値（例えば、塩化物量の場合では０．３ｋｇ／１ｍ３）以下でなければ、一般的な製品として商品化できない。
【０００８】
以上のことから、産業廃棄物であるペーパースラッジ灰と結合材とからなる固形体に力学的物性（比重、強度）をもたせて商品化する場合、その固形体に要求される性能は次のいずれかになる。
（ａ）力学的物性とフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下であること。
（ｂ）力学的物性、フッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ以下及び塩化物イオンも規制値以下であること。
（ｃ）力学的物性と塩化物イオンが規制値以下であること。
（ｄ）力学的物性のみ。
【０００９】
このうち、（ｃ）と（ｄ）は、如何に力学特性が優れていても、フッ素等の溶出量が不明の場合、商品化ができない。（ｂ）は、力学的物性が構造耐力に関係する、しないのいずれの場合にでも適用できる。（ａ）は構造耐力に関係しない仕上げ用の部品などの建材に適用できる。
【００１０】
ＰＳ灰を無条件で使用する場合、すなわち、前記（ｂ）の場合、フッ素等と塩化物イオンの問題を同時に解決するような技術を考える必要がある(例えば、後記する特許文献１)。しかし、この場合大規模な設備と施設が必要である。一方、ＰＳ灰を、（ａ）のように、構造耐力に関係しない仕上げ用の部品などの建材への適用を試みる場合は、フッ素等と塩化物イオンの問題を同時に解決するような技術は実際的でないし、また合理的でない。フッ素等の溶出を抑える技術だけを確立すればよい。
【００１１】
以上のことから、産業廃棄物であるペーパースラッジ灰と結合材とからなる固形体に対して、比重がコンクリートの分類に準じると第二種コンクリート程度以下と小さく、かつ、圧縮強度は逆に高圧縮強度である固形体、または商品化にあたって必要となるフッ素等の溶出量が環境基準以下となる固形体の少なくとも一方を満足することを発明するに至った。
【００１２】
ＰＳ灰を再生利用する場合の先行技術の例を挙げると、次の通りである。
【００１３】
ＰＳ灰を再生利用した例の代表的なものとして、セメント原料への利用が知られている。後記する特許文献２には、固形分で約１０〜６０重量％のＳｉＯ２と固形分で約１０〜５０重量％のＡｉ２Ｏ３と固形分で約３〜５０重量％のＣａＯとを含有するＰＳ灰をセメントに重量比で３割以下となるように配合してなるセメント組成物が開示されている。実施例によると、ＰＳ灰／セメント重量の割合を１／９〜３／７まで変化させた場合、その割合が大きくなると圧縮強度が小さくなる傾向が示されている。特に、ＰＳ灰／セメント重量の割合＝１／９と３／７の場合、材齢２８日で後者の圧縮強度は前者の約０．３３倍を示すに過ぎない。すなわち、通常のポルトランドセメントなどの場合、圧縮強度低下が著しくなるため、ＰＳ灰を多く添加することができないことが示されている。
【００１４】
また、ＰＳ灰を用いた人工骨材の例として、後記する特許文献３には、ＰＳ灰に、水及び／又は温水、生石灰並びにセメントを加え、６０〜９５℃で５〜１０分間混合し、粒状に成形する造粒工程を行い、その後造粒品を前養生した後、恒温槽やオートクレーブ等の養生室にて４０〜２５０℃で３〜２４時間、望ましくは１８０℃で５時間、水蒸気養生することによって固化体を製造する方法が開示されている。この特許では、ＰＳ灰とセメントを主要材料とする人工骨材の製造はかなりの設備を必要とすることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４９０１９１１号
【特許文献２】特開平７−６９６９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３０３２号公報
【特許文献４】特許第４０６５４０２号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】笠井芳夫編著：コンクリート総覧、ｐｐ．５４−５５、１９９８．６、技術書院
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献２に見られるように、ポルトランドセメントなどのセメント組成物にあっては、ＰＳ灰をセメントに重量比で３割を超える量配合すると所要の圧縮強度を得ることができず、建築材料として利用することができないことが分かる。
【００１８】
また、特許文献３における固化体の製造方法にあっては、造粒工程では造粒機造を要し、更に粒工程及び水蒸気養成工程において加熱を要するため、そのような設備のない例えば屋外では実施することができない。また、造粒工程を要するため、板、柱といった任意の形状に成形することができない。
【００１９】
一方、発明者は、ＰＳ灰に対するフッ素等の溶出の封じ込め方法を鋭意研究してきており、ＰＳ灰に酸化マグネシウムと硫酸マグネシウムを添加して水硬化すると、その固形体から溶出するフッ素等の量はかなり低減できることを知見として得ている。
【００２０】
発明者は、この知見を更に発展させ、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムの他に塩化マグネシウムを混合攪拌した粉体を着想するに至った。ここでは、この３つの材料はいずれもマグネシウムであるので、この混合攪拌して得られた粉体をマグネシア系の結合材と称することにする。このマグネシア系の結合材はフッ素等の溶出を格段に抑えることができ、産業廃棄物であるＰＳ灰を使用した固形体を商品化することができる。また、この結合材は、同時に高炉セメントやポルトランドセメント以上の結合力を有する結合材であり、更により多くの量のＰＳ灰を含有させることができることも実験結果から知見として得た。
【００２１】
合わせて、ＰＳ灰とマグネシア系の結合材との水硬させる製造方法は、先の特許文献３における固化体の製造方法とは全く異なり、ターボミキサーなどの高速攪拌機での製造であり、極めて容易である。
【００２２】
本発明は、以上のような予備的な実験結果から得られた知見に基づくものであり、マグネシア系の結合材を使用することによって、より多くの量のＰＳ灰を含有させることができ、しかもその固形体は建築材料として所要の圧縮強度を有し、また、該固形体からフッ素等の溶出も抑えることができるマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体を製造する方法及びその固形体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
酸化マグネシウムを主原料とし、それに塩化マグネシウムと硫酸マグネシウムのいずれか一方、あるいはその両方を加えた材料(既に記述したように、ここでは、マグネシア系の結合材と称する)で構成するマグネシア系の結合材が提案されてきている。この結合材を水硬化した固形体は、製造において環境に与える負荷が少ない一方、結合性が高く、高硬度で緻密な塗装面を与える点において、一般セメントであるポルトランドセメントにない優れた特性を有している。しかし、一方において、原料となる酸化マグネシウム、塩化マグネシウム及び硫酸マグネシウムの配合割合、水硬化にあたっての水量及び混合・攪拌方法などによって膨張やひび割れなどの数々の変状を呈するので、マグネシア系の結合材を固形体にする製造方法は大変難しい。本発明者は、このマグネシア系の結合材をＰＳ灰に添加して水硬化させて固形体を製造することの可能性を鋭意検討した結果、マグネシア系の結合材の組成とその割合及び水量を調整することによって、より多くの量のＰＳ灰を含有させても建築材料として所要の圧縮強度を有する固形体を製造することができる、並びに、ＰＳ灰を再生利用して商品化する場合の要件である「フッ素等の溶出を抑える」こともできるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【００２４】
すなわち、（１）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体の製造方法は、マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを混合させて固形体を製造する場合、前記結合材として、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを所定割合になるように計量し、この結合材と、該結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のＰＳ灰とを混合させ、これらを水硬化させて、次の（ｉ）及び（ｉｉ）の少なくとも一方を満足するようになすことを特徴とする。
（ｉ）前記固形体の比重が１．７０以下であり、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上である。
（ｉｉ）前記固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である。
【００２５】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体の製造方法にあっては、マグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを混合させて固形体を製造する場合、結合材として、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを所定割合になるように計量する。本発明者が検討した結果、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの３種類の原料を用い、それらを所定の割合で混合させることによって、当該結合材を水硬化させて得られる固形体にひび割れ又は膨張或いはその他の変状を招来することなく、高圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００２６】
かかるマグネシア系の結合材を用いた場合、当該結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のＰＳ灰を混合させても、これらを水硬化させて得られた固形体は１０Ｎ／ｍｍ２程度〜８０Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度を有する。つまり、本発明方法によれば、特許文献２に見られるように、従来のポルトランドセメントなどのセメントとＰＳ灰との固形物に比べて略２〜５倍のＰＳ灰を混合させることができ、従ってＰＳ灰を高効率に処理することができる一方、建築材料として低圧縮強度から超高圧縮強度までの幅広い圧縮強度を備えることができる。
【００２７】
また、該固形体はその比重が１．４以上１．７０以下と、ポルトランドセメント又は高炉セメントを用いたコンクリートに比べて非常に軽いため、これを用いる壁、床あるいはブロック等の建材は軽量化を図ることができる。
【００２８】
また、ＰＳ灰の混合割合が高いにも拘わらず、このような固形体からのフッ素等の溶出量は０．８ｍｇ／Ｌ未満であり、その固形体はフッ素等の環境基準を満足するので、商品化ができる。
【００２９】
また、（２）本発明に係るマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法は、前記酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合は、前記結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下にし、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満にし、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下にすることを特徴とする。
【００３０】
本発明のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法にあっては、マグネシア系の結合材を構成する酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合はそれぞれ次のようにする。すなわち、結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下にし、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満にし、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下にする。これによって、高い圧縮強度の固形体を、ひび割れ又は膨張或いはその他の変状を招来することなく、確実に製造することができる。
【００３１】
（３）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体の製造方法は、前記（ｉｉ）を満足する場合、前記結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換えることを特徴とする。
【００３２】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体の製造方法にあっては、前記（ｉｉ）を満足する場合、すなわち固形体のフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満であることを満足する場合、前記結合材をフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換える。
【００３３】
結合材を高炉セメントで９割の質量比となるように置き換えた場合であっても、当該固形体から溶出されるフッ素等の濃度を０．８ｍｇ／Ｌ未満に抑制することができる。従って、かかる範囲内でマグネシア系の結合材の一部を高炉セメントに置き換えることができる。高炉セメントはマグネシア系の結合材に比べて単位質量当たりの価格がかなり低く、マグネシア系の結合材の一部を高炉セメントに置き換えることによって固形体の製造コストを大幅に低くすることができる。
【００３４】
（４）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体の製造方法は、水硬化を行う前に、圧縮強度を増大させるべく、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合させることを特徴とする。
【００３５】
本発明のマグネシア系の結合材とペーパースラッジ灰とを主材とした固形体の製造方法にあっては、前述した水硬化を行う前に、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合させる。珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合して得られた固形体の圧縮強度は、それを混合せずに得られた固形体の圧縮強度より高い。そこで、設計上必要となる圧縮強度に応じて、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を結合材及びＰＳ灰の混合物中に混合させる。これによって、結合材及びＰＳ灰の混合割合をそれぞれ変更することなく、所要の圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００３６】
（５）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを混合させ、これらを水硬化させてなる固形体であって、前記結合材は、所定割合の酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを有しており、この結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のＰＳ灰を含有しており、次の（ｉ）及び（ｉｉ）の少なくとも一方を満足していることを特徴とする。
（ｉ）前記固形体の比重が１．７０以下であり、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上である。
（ｉｉ）前記固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である。
【００３７】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを混合させ、これらを水硬化させてなる固形体であって、前記結合材は、所定割合の酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを有しており、この結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のペーパースラッジ灰を含有しており、前記（ｉ）及び（ｉｉ）の少なくとも一方を満足しているため、前同様、当該結合材を水硬化させて得られる固形体にひび割れ又は膨張或いはその他の変状を招来することなく、高圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００３８】
かかる結合材にあっては、当該結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下のＰＳ灰を混合させても、これらを水硬化させて得られた固形体は１０Ｎ／ｍｍ２程度〜８０Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度を有する。つまり、特許文献２に見られるように、従来のポルトランドセメントなどのセメントとＰＳ灰との固形物に比べて略２〜５倍のＰＳ灰を混合させることができ、従ってペーパースラッジ灰を高効率に処理することができる一方、建築材料として低圧縮強度から超高圧縮強度までの幅広い圧縮強度を備えることができる。
【００３９】
また、固形体はその比重が１．４以上１．７０以下と、ポルトランドセメント及び高炉セメントに比べて非常に軽いため、これを用いる構造物の軽量化を図ることができる。
【００４０】
また、このような固形体からのフッ素等の溶出量は０．８ｍｇ／Ｌ未満であり、ＰＳ灰の混合割合が高いにも拘わらず、その固形体はフッ素等の環境基準を満足する。
【００４１】
（６）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、前記酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合は、前記結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下であることを特徴とする。
【００４２】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの割合は、前記結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下であるため、前同様、高い圧縮強度の固形体を、ひび割れ又は欠け等を招来することなく確実に製造することができる。
【００４３】
（７）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、前記（ｉｉ）を満足する場合、前記結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換えてなることを特徴とする。
【００４４】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、前記（５）又は（６）において、前記（ｉｉ）を満足する場合、すなわち固形体のフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満であることを満足する場合、前記結合材をフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換えることによって構成されている。これによって、前同様、結合材を高炉セメントで９割の質量比となるように置き換えた場合であっても、当該固形体から溶出されるフッ素等の溶出量を０．８ｍｇ／Ｌ未満に抑制することができる。従って、かかる範囲内で結合材の一部を高炉セメントに置き換えることができる。高炉セメントはマグネシア系の結合材に比べて単位質量当たりの価格がかなり低く、マグネシア系の結合材の一部を高炉セメントに置き換えることによって固形体の製造コストを大幅に低くすることができる。
【００４５】
（８）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、水硬化を行う前に、圧縮強度を増大させるべく、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合してあることを特徴とする。
【００４６】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、水硬化を行う前に、圧縮強度を増大させるべく、適宜量の珪酸ソーダ又はアクリル樹脂を混合して構成してある。これによって、前同様、結合材及びペーパースラッジ灰の混合割合をそれぞれ変更することなく、所要の圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００４７】
（９）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、外形が、球状、柱状、筒状又は板状に成形してあることを特徴とする。
【００４８】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、固形体の外形が、球状、柱状、筒状又は板状に成形してあるため、適用状況に応じて至適な外形の固形体を選択することができる。これによって、より効果的な適用状態になすことができる。
【００４９】
（１０）本発明に係るマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、水硬化を行う前に適宜の微生物剤を混合させ、又は、前記固形体の表面に適宜の微生物剤を付着させてなることを特徴とする。
【００５０】
本発明のマグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体にあっては、その内部及び／又は表面に適宜の微生物剤を備える。微生物剤としては環境浄化作用を奏するものであればよいが、バチルス属に属する細菌が好適である。また、バチルス属に属する細菌と乳酸菌・酵母等の他の細菌とを適宜混合させたものも適用することができる。微生物剤の混合量は適宜でよいが、例えば固形体の０．１質量％〜１．０質量％程度になるように混合することができる。なお、いずれの場合も、施工後に確実に菌数を増大させるために、使用する微生物に応じた培養基を混合しておくとよい。このような固形体にあっては、有機物等で汚染された川・池等の水層圏に設置すると、含有するＰＳ灰の作用によってアンモニア態窒素及びＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）等の汚染指標の値が減少する。更に、含有する微生物の作用によって前記汚染指標の値がより減少するのに加え、亜硝酸態窒素の値も減少する。
【００５１】
従来、水層圏を清浄化するために、軽量骨材あるいは軽石に上述の微生物剤を加え、これをポルトランドセメントなどのセメントで水硬化して得られる、更に内部の空隙が大きい固形体が用いられている(例えば、前記した特許文献４)。しかし、マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体を汚染された水層圏を清浄化できることは、発明者の知見する範囲内では先行する特許文献や非特許文献に見出されなかった。マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、軽量骨材あるいは軽石に上述の微生物剤を加え、これをポルトランドセメントなどのセメントで水硬化して得られる、更に内部の空隙が大きい固形体に比べて、格段に汚染された水層圏を清浄化できることが実験で見出された。
【００５２】
（１１）本発明に係る固形体の製造方法は、マグネシア系の結合材と（９）又は（１０）に記載した固形体を混合させ、或いはマグネシア系の結合材、ペーパースラッジ灰及び（９）又は（１０）に記載した固形体を混合させ、その後、水硬化させることを特徴とする。
【００５３】
本発明に係る固形体の製造方法にあっては、マグネシア系の結合材と（９）又は（１０）に記載した固形体を混合させ、その後、水硬化させる。或いはマグネシア系の結合材、ペーパースラッジ灰及び（９）又は（１０）に記載した固形体を混合させ、その後、水硬化させる。このとき、（９）又は（１０）に記載した固形体は人工骨材として機能している。このような人工骨材を用いることによって、更に軽量化を図ることができる。
【００５４】
（１２）本発明に係る固形体の製造方法は、前記（１１）において、水硬化させる前に、適宜のｐＨ調整剤又は／及び適宜の微生物剤を混合させることを特徴とする。
【００５５】
本発明の固形体の製造方法にあっては、水硬化させる前に、適宜のｐＨ調整剤又は／及び適宜の微生物剤を混合させる。ｐＨ調整剤としては酸性剤又はアルカリ性剤を用いることができる。固形体を適用する目的に応じて、対応するｐＨ調整剤を選択して適宜量だけ混合する。また、ｐＨ調整剤に代えて、又はｐＨ調整剤とともに微生物剤を混合させる。これによって、例えば水質浄化を行うことができる。一方、ｐＨ調整剤とともに微生物剤を混合させた場合、微生物剤に含まれる微生物の生育環境を整えることができる。
【００５６】
（１３）本発明に係る固形体の製造方法は、（１１）又は（１２）において、固形体のフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である場合、マグネシア系の結合材をフッ素及びその化合物の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換えることを特徴とする。
【００５７】
本発明の固形体の製造方法にあっては、固形体のフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満である場合には、マグネシア系の結合材をフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満を満たす範囲内で高炉セメントに置き換える。前同様、マグネシア系の結合材を高炉セメントで９割の質量比となるように置き換えた場合であっても、当該固形体から溶出されるフッ素等の濃度を０．８ｍｇ／Ｌ未満に抑制することができる。従って、かかる範囲内でマグネシア系の結合材の一部を高炉セメントに置き換えることができる。高炉セメントはマグネシア系の結合材に比べて単位質量当たりの価格がかなり低く、マグネシア系の結合材の一部を高炉セメントに置き換えることによって固形体の製造コストを大幅に低くすることができる。
【００５８】
（１４）本発明に係る固形体の製造方法は、（１１）から（１３）のいずれかにおいて、
外形が球状、柱状、筒状又は板状、或いは断面がＴ形状、Ｌ形状又はＵ形状になるように成形することを特徴とする。
【００５９】
本発明の固形体の製造方法にあっては、固形体の外形が球状、柱状、筒状又は板状、或いは断面がＴ形状、Ｌ形状又はＵ形状になるように成形するため、適用状況に応じて至適な形状の固形体を得ることができる。これによって、より効果的な施工状態になすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る固形体を製造する手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る固形体を製造する手順を示すフローチャートである。
【図３】第３実施形態に係るＰＳ灰含有固形体を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】第３実施形態に係るＰＳ灰含有固形体を製造する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明に係る固形体を製造する手順を示すフローチャートである。
図１に示したように、マグネシア系結合材の原料である酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを計量してミキサーにそれぞれ投入する（ステップＳ１・Ｓ２）。ここで、酸化マグネシウムとしては、水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムを６００℃程度の温度で焼成した高活性のものを用いることができる。なお、ミキサーとしてはオムニミキサーを用いることができるが、より高速に撹拌することが可能なターボミキサーを用いてもよい。
【００６２】
ところで、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び塩化マグネシウムのみを用いた場合、当該原料に水を混合して水硬させてなる固形体において、吸湿性が高いため反り及び膨張が生じ易いのに加え、耐水性及び耐久性が低く、また酸性化によって内蔵させた鉄筋等の鋼材を腐食させる虞がある。一方、結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用いた場合、当該原料に水を混合して水硬させてなる固形体に膨張又はひび割れが発生する。
【００６３】
これに対して、結合材の原料として酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用いた場合は、後述する如くこれら３つの原料を所定の割合で混合することによって、固形体に前述した如き反り、膨張及びひび割れが生じることなく、耐水性及び耐久性に優れるのに加え、中性付近のｐＨに容易に調整することができ、更にポルトランドセメント及び高炉セメントを水硬化したセメントペーストに比べて非常に高い圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００６４】
ここで、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの３原料を混合する割合はマグネシア系の結合材を構成する原料の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下であることが好ましい。より好ましい混合割合は、マグネシア系の結合材を構成する原料の総質量に対して酸化マグネシウムが５割であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下である。これによって、高い圧縮強度の固形体を、ひび割れ又は欠け等を招来することなく確実に製造することができる。
【００６５】
次に、ＰＳ灰を計量してミキサーに投入して、前述したマグネシア系の結合材及びＰＳ灰をよく混合させる（ステップＳ３〜Ｓ５）。ＰＳ灰を混合する量は、前述した結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下が好適である。ここで、建築材料のうち、構造用のコンクリートの場合、普通セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は２４Ｎ／ｍｍ２程度であり、高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は３０Ｎ／ｍｍ２程度であり、超高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は８０Ｎ／ｍｍ２程度である。なお、また、一般に、建築材料として使用する場合のセメントモルタルあるいはコンクリートの場合、その強度は１０Ｎ／ｍｍ２程度あればよい。
【００６６】
本発明にあっては前述した如く、ＰＳ灰の混合量は結合材の総質量の０．７倍以上にしてある。ＰＳ灰の混合量が結合材の総質量の０．７倍未満である場合、ＰＳ灰の処理割合が低い一方、その固形体の圧縮強度が超高強度セメントの圧縮強度より大きくなってしまい、不要に高い圧縮強度の固形体が形成されてしまうこととなって実用的でない。これに対しＰＳ灰の混合量が結合材の総質量の０．７倍以上である場合、施工実情に応じた実用的な圧縮強度の固形体を得ることができるとともに、結合材の総質量と同程度以上の割合でＰＳ灰を処理することができ、ＰＳ灰の処理効率が格段に高い。
【００６７】
また、より好ましいＰＳ灰の混合量は、結合材の総質量の１．０倍以上である。ＰＳ灰の混合量が結合材の総質量の１．０倍以上である場合、ＰＳ灰の処理効率を更に向上させることができることに加え、水の混合割合に拘わらず不要に高い圧縮強度の固形体が形成されてしまうことが回避されるので、より実用的である。
【００６８】
一方、ＰＳ灰の混合量がマグネシア系の結合材の総質量の１．５倍以上である場合、その固形体は構造物の強度として必要な１０Ｎ／ｍｍ２を下回ってしまうため、建築物の構造用コンクリートの代用として、一般に利用することができない。これに対して、本発明にあっては前述した如く、ＰＳ灰の混合量は結合材の総質量の１．５倍以下になしてあるため、その固形体の強度は、建築物の構造用コンクリート強度として必要な１０Ｎ／ｍｍ２を下回ることが回避されるので、建築物の構造用コンクリートの代用として適宜利用することができる。
【００６９】
なお、本実施例ではＰＳ灰よりマグネシア系の結合材を先にミキサーへ投入したが、本発明はこれに限らず、マグネシア系の結合材よりＰＳ灰を先にミキサーへ投入してもよい。
【００７０】
次に、適宜量の水をミキサー内に投入して（ステップＳ６）、マグネシア系の結合材、ＰＳ灰及び水を十分に撹拌混練する（ステップＳ７）。ここで、投入する水の量としては、スランプフローが１３０ｍｍ〜１４０ｍｍ程度に収まるように、例えば（水の質量）／（結合材の総質量）の比が０．２４以上０．３３以下となるように設定するとよい。
【００７１】
マグネシア系の結合材、ＰＳ灰及び水の混練が終了すると、混練物を予め作製した型枠内に流し込み（ステップＳ８）、混練物の水硬化・養成を行った後（ステップＳ９）、離型することによってＰＳ灰含有固形体を得る（ステップＳ１０）。
【００７２】
このようにして得られたＰＳ灰含有固形体にあっては、ＰＳ灰を結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下で含有しているため、その結果として可及的に多くの量のＰＳ灰が処理されることとなる。また、ＰＳ灰含有固形体の比重が１．４程度〜１．７０程度と、ポルトランドセメント及び高炉セメントに比べて非常に軽い特性を奏する。更に、後述するようにＰＳ灰含有固形体からのフッ素等の溶出量が０．８ｍｇ／Ｌ未満であり、環境基準を満足している。一方、当該ＰＳ灰含有固形体の圧縮強度は１０Ｎ／ｍｍ２を超え８０Ｎ／ｍｍ２程度以下であるので、建築材として利用できる実用的な圧縮強度を備えている。
【００７３】
なお、例えば砂利といった骨材に対応した複数の凹部を設けてなる型枠内に前記混練物を流し込んで水硬化・養成を行った後、離型することによって、人工骨材を製造することもできる。その際、人工骨材は、外形が球状、柱状、筒状又は板状その他、種々の形状であってよい。
【００７４】
更に、かかる人工骨材をステップ５でミキサーに投入して、更にマグネシア系の結合材を投入して混合させた後、あるいはマグネシア系の結合材とＰＳ灰を投入して混合させた後、ステップＳ６からステップＳ１０までの操作を行って、かかる人工骨材を含有する固形体、或いは、かかる人工骨材とＰＳ灰とを含有する固形体を得るようにしてもよい。
【００７５】
また、ステップＳ６で水を投入する前、又は水の投入と平行して、適宜のｐＨ調整剤を適宜量投入することによって、固形体のｐＨを所要のｐＨに調整するようにしてもよい。
【００７６】
このようにして得られる人工骨材を含有する固形体、あるいは、人工骨材とＰＳ灰とを含有する固形体にあっては、前述した型枠によって、外形が球状、柱状、筒状又は板状、或いは断面が長方形状、Ｔ形状、Ｌ形状又はＵ形状その他、種々の形状に成形することができる。そこで、人工骨材を含有する固形体、或いは人工骨材とＰＳ灰とを含有する固形体を建築材として適用する場合、人工骨材として適用する場合、また建築物以外の構造物として適用する場合等、その適用状況に応じた形状に成形する。これによって、適用状況に応じた所要の目的を果たすことができる。
【００７７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＰＳ灰含有固形体について説明する。
本ＰＳ灰含有固形体の製造工程にあっては、ＰＳ灰の混合工程に続いて珪酸ソーダ又は／及びアクリル樹脂を更に混合させること以外は、前述した第１実施形態におけるＰＳ灰含有固形体の各製造工程と同じである。
【００７８】
珪酸ソーダ又は／及びアクリル樹脂を混合して得られたＰＳ灰含有固形体の圧縮強度は、珪酸ソーダ及びアクリル樹脂を混合せずに得られたＰＳ灰含有固形体の圧縮強度より高い。そこで、設計上必要となる圧縮強度に応じて、適宜量の珪酸ソーダ又は／及びアクリル樹脂をマグネシア系の結合材及びＰＳ灰の混合物中に混合させる。これによって、マグネシア系の結合材及びＰＳ灰の混合割合をそれぞれ変更することなく、所要の圧縮強度の固形体を得ることができる。
【００７９】
固形体は設計上種々の圧縮強度が要求されるが、それらの全てに対応するためには、マグネシア系の結合材を構成する３種の原料の混合割合及びＰＳ灰の混合割合を種々変更させて得た各固形体の圧縮強度を測定するという非常に多くの予備試験を実施しなければならないが、前述した如く珪酸ソーダ又は／及びアクリル樹脂を混合した場合、結合材を構成する３種の原料の混合割合及びＰＳ灰の混合割合をそれぞれ変更することなく、所要の圧縮強度の固形体を得ることができるため、予備試験に要する煩雑な手間を可及的に低減することができる。
【００８０】
なお、珪酸ソーダ又は／及びアクリル樹脂の添加量とその固形体の圧縮強度との関係は予め求めておく。例えば、結合材の総質量と等量のＰＳ灰を混合させた固形体の圧縮強度と、これに結合材の総質量の０．３質量％の珪酸ソーダを混合させた固形体の圧縮強度と比較すると、後者の圧縮強度は前者の圧縮強度より略２２％上昇する。同様の試験を珪酸ソーダの混合割合を異ならせて実施することによって珪酸ソーダの混合量と圧縮強度の増加量との関係を予め求めることができ、その結果から必要とする圧縮強度になすための珪酸ソーダの混合量を求めることができる。
【００８１】
なお、珪酸ソーダとして例えば、富士化学株式会社の珪酸ソーダを使用することができ、またアクリル樹脂として例えば、丸菱油化工業株式会社のノンネンＲ０６６を使用することができる。なお、珪酸ソーダ及びアクリル樹脂はこれらの製品に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００８２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＰＳ灰含有固形体について説明する。
図３及び図４は第３実施形態に係るＰＳ灰含有固形体を製造する手順を示すフローチャートであり、微生物剤を更に混合するようにしてある。
【００８３】
第１実施形態で説明したステップＳ１〜ステップＳ４の操作と同様にして、結合材の原料である酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの計量、ミキサーへの投入、ＰＳ灰の計量及びミキサーへの投入を実施する（ステップＳ２１〜Ｓ２４）。
【００８４】
次に、環境浄化作用を奏する微生物を主とする微生物剤を計量して前記ミキサーに投入し、これらマグネシア系の結合材、ＰＳ灰及び微生物剤をよく混合させる（ステップＳ２５〜Ｓ２７）。なお、更に、砂・小石・砂利等の骨材を混合してもよい。結合材及びＰＳ灰と骨材との混合割合を調整することによって、内部に多くの空隙を有する固形体を製造することができるからである。
【００８５】
ここで、微生物剤としては、例えばＢＢ菌（株式会社ビッグバイオ製）を用いることができる。この微生物剤はバチルス・サブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルス・チューリンゲンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）及びバチルス・スパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）の菌体とその培養基を含有している。なお、微生物剤としては、複数種類の微生物を混合させたものでもよいが、１種類の微生物を用いたものでもよい。微生物としてはバチルス属に属するものが好適である。また、バチルス属に属するものと乳酸菌・酵母等の他の細菌とを適宜混合させたものも適用することができる。なお、いずれの場合も、施工後に確実に菌数を増大させるために、使用する微生物に応じた培養基を混合しておくとよい。
【００８６】
微生物剤の混合量は適宜でよいが、例えば固形体の０．１質量％〜１．０質量％程度になるように混合することができる。
【００８７】
次に、前同様に適宜量の水をミキサー内に投入して（ステップＳ２８）、マグネシア系の結合材、ＰＳ灰、微生物剤及び水を十分に撹拌混練する（ステップＳ２９）。そして、混練が終了すると、混練物を予め作製した型枠内に流し込み（ステップＳ３０）、混練物の水硬化・養成を行った後（ステップＳ３１）、離型することによってＰＳ灰含有固形体を得る（ステップＳ３２）。
【００８８】
このようなＰＳ灰含有固形体にあっては、有機物等で汚染された川・池等の水層圏に設置すると、含有するＰＳ灰の作用によってアンモニア態窒素及びＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）等の汚染指標の値が減少する。更に、含有する微生物の作用によって前記汚染指標の値がより減少するのに加え、亜硝酸態窒素の値も減少する。
【００８９】
従来、水層圏を清浄化するために、軽量骨材あるいは軽石に上述の微生物剤を加え、これをポルトランドセメントなどのセメントで水硬化して得られる、更に内部の空隙が大きい固形体が用いられている（例えば、特許文献４）。しかし、マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体を汚染された水層圏を清浄化できることは、発明者の知見する範囲内では先行する特許文献や非特許文献に見出されなかった。マグネシア系の結合材とＰＳ灰とを主材とした固形体は、軽量骨材あるいは軽石に上述の微生物剤を加え、これをポルトランドセメントなどのセメントで水硬化して得られる、更に内部の空隙が大きい固形体に比べて、格段に汚染された水層圏を清浄化できることが実験で見出された。
【００９０】
なお、ＰＳ灰含有固形体は、適用場所に応じて、外形が球状、柱状又は板状、或いは、断面が長方形状、Ｔ形状、Ｌ形状、Ｕ形状等、種々の形状に成形することができる。また、前述した型枠を種々設計することによって、筒状又は網状等、表面積が大きい形状になすとよい。これによって、汚染された水層圏をより効率的に清浄化することができる。
【００９１】
更に、このように微生物剤を混合させたＰＳ灰含有固形体によって人工骨材を得、該人工骨材をミキサーに投入して混合させた後、あるいはマグネシア系の結合材とＰＳ灰を投入して混合させた後、ステップＳ６からステップＳ１０までの操作を行って、該人工骨材を含有する固形体、あるいは、該人工骨材とＰＳ灰とを含有する固形体を得るようにしてもよい。
【００９２】
また、ステップＳ２８で水を投入する前、又は水の投入と平行して、適宜のｐＨ調整剤を適宜量投入することによって、固形体のｐＨを微生物剤に含まれる微生物の生育環境に応じたｐＨに調整するようにしてもよい。
【００９３】
なお、本実施の形態では、微生物剤をマグネシア系の結合材及びＰＳ灰に混合する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、前述したステップＳ２５，Ｓ２６をスキップして固形体を形成させた後、当該固形体の表面に微生物剤を付着させるようにしてもよい。固形体の表面に微生物剤を付着させるには、例えば微生物剤を少量の水で溶解させ、得られた溶液を固形体の表面に塗布又は噴霧等する。また、前記溶液内に固形体を浸漬させてもよい。
【実施例】
【００９４】
次に、比較試験等を行った結果について説明する。
（実施例１）
マグネシア系の結合材の組成について検討した結果を説明する。
マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用い、両者の混合割合を種々異ならせて得られた固形体の状態を観察した。また、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用い、これらの混合割合を種々異ならせて得られた固形体の状態を観察した。後者の場合にあっては、ＰＳ灰を添加した場合と、添加しない場合についてもそれぞれ固形体を形成してその状態を観察した。各固形体の混合割合を表１に示し、各固形体の状態を観察した結果を表２に示した。
【００９５】
なお、前記した非特許文献１に述べられているように、結合材の原料として酸化マグネシウム及び塩化マグネシウムのみを用いた場合、耐水性及び耐久性が低く、また酸性化によって内蔵させた鉄筋等の鋼材を腐食させる虞があるため、検討対象から除外した。
【００９６】
マグネシア系の結合材の原料は、酸化マグネシウム（製品名ＡＭ−２）、硫酸マグネシウム（製品名ＭＧ−３Ｋ）、塩化マグネシウム（製品名工業用クリスタリン）（いずれも（株）赤穂化成製）を用いた。
【００９７】
【表１】
2014024728.tif 000003
【００９８】
【表２】
2014024728.tif 000004
【００９９】
表１に示したように、比較例１〜１２は、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用いた場合の各混合割合をそれぞれ示しており、比較例１３〜１５は、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用いた場合の各混合割合をそれぞれ示している。また、結合材の原料組成とその混合割合は本発明例１と同じであるが、ＰＳ灰を混合していないものを対象例１とした。
【０１００】
表２の比較例１〜１２から明らかなように、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用いた場合、酸化マグネシウムの混合割合が質量比で０．４〜０．６７の範囲では、いずれの場合にあっても得られた固形体にひび割れ又は膨張若しくは変状が観察された。また、固形体の割れ又は変状等はＰＳ灰の有無に拘わらずに生じていた。これより、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用いた場合、酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムの混合割合、並びにＰＳ灰の混合割合に因らず、その固形体に割れ又は変状等が生じることが分かる。
【０１０１】
また、表２の比較例２、３、４、１３から明らかなように、酸化マグネシウムの混合割合が質量比で０．６である場合、マグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム及び硫酸マグネシウムのみを用いたとき、及びマグネシア系の結合材の原料として酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用いたときであっても、その固形体に割れ又は変状等が生じていた。これより、酸化マグネシウムの混合割合は０．５、即ち５割以下であることが好ましい。また、以下の結果も踏まえると、より好ましい酸化マグネシウムの混合割合は５割である。
【０１０２】
一方、表２の比較例１４及び１５から明らかなように、結合材の原料として酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用いたときであっても、硫酸マグネシウムに対する塩化マグネシウムの混合割合が質量比で０．２５と比較的少量である場合は、ＰＳ灰の有無に拘わらず、その固形体に割れ又は変状等が観察された。これより、塩化マグネシウムの混合割合は、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの総質量の１割を超えることが必要である。同様に、硫酸マグネシウムの混合割合は、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの総質量の４割未満であることが必要である。
【０１０３】
これに対して、本発明例１の固形体にあっては、割れ又は変状等は観察されなかった。また、対象例１の固形体にも割れ又は変状等は観察されなかった。
【０１０４】
これらの結果及び本発明者の経験から、硫酸マグネシウムの混合割合は、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの総質量の２．５割以上であり、また塩化マグネシウムの混合割合は、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの総質量の２．５割以下であることが好ましい。
【０１０５】
以上より、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの３原料を混合する割合は、結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割以下であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下であることが好ましい。また、より好ましい混合割合は、マグネシア系の結合材の総質量に対して酸化マグネシウムが５割であり、硫酸マグネシウムが２．５割以上４割未満であり、塩化マグネシウムが１割を超え２．５割以下である。
【０１０６】
（実施例２）
次に、ＰＳ灰の混合割合を検討した結果について説明する。
実施例１で示した本発明例１を構成する結合材にＰＳ灰を相異なる割合で混合し、水硬・養成して得られた各固形体の圧縮強度及び比重をそれぞれ測定した結果を次の表３に示す。なお、各結合材は同じ配合割合で構成してあり、基準となる結合材の特性はＰＳ灰を混合していない対象例２として記載してある。なお、圧縮強度はＪＩＳ１１０８に定められた試験方法に従って測定した。
【０１０７】
【表３】
2014024728.tif 000005
【０１０８】
表３から明らかなように、ＰＳ灰の混合割合が結合材の総質量の１．５倍の場合、得られた固形体の圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２を上回っていたが、ＰＳ灰の混合割合が結合材の総質量の２．０倍以上である場合は、得られた固形体の圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２を下回っていた。前述した如く、一般に、建築材料として使用する場合のセメントモルタルあるいはコンクリートの場合、その強度は１０Ｎ／ｍｍ２程度あればよいので、ＰＳ灰を混合できる上限は結合材の総質量の１．５倍程度であることが分かる。
【０１０９】
次に、ＰＳ灰を計量してミキサーに投入して、前述したマグネシア系の結合材及びＰＳ灰をよく混合させる（ステップＳ３〜Ｓ５）。ＰＳ灰を混合する量は、前述した結合材の総質量の０．７倍以上１．５倍以下が好適である。ここで、建築材料のうち、構造用のコンクリートの場合、普通セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は２４Ｎ／ｍｍ２程度であり、高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は３０Ｎ／ｍｍ２程度であり、超高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は８０Ｎ／ｍｍ２程度である。なお、また、一般に、建築材料として使用する場合のセメントモルタルあるいはコンクリートの場合、その強度は１０Ｎ／ｍｍ２程度あればよい。
【０１１０】
一方、ＰＳ灰の混合割合が結合材の総質量の０．７倍の場合、得られた固形体の圧縮強度は８０．３Ｎ／ｍｍ２であった。前述した如く、建築材料のうち、構造用のコンクリートの場合普通セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は２４Ｎ／ｍｍ２程度であり、高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は３０Ｎ／ｍｍ２程度であり、超高強度セメントを用いたコンクリートの圧縮強度は８０Ｎ／ｍｍ２程度である。ＰＳ灰の混合量がマグネシア系の結合材の総質量の０．７倍未満である場合、ＰＳ灰の処理割合が低い一方、その固形体の圧縮強度が超高強度セメントの圧縮強度より大きくなってしまい、不要に高い圧縮強度の固形体が形成されてしまうこととなって実用的でない。従って、ＰＳ灰を混合できる下限は結合材の総質量の０．７倍程度であることが分かる。これによって、施工実情に応じた実用的な圧縮強度の固形体を得ることができるとともに、マグネシア系の結合材の総質量と同程度以上の割合でＰＳ灰を処理することができ、高効率でＰＳ灰を処理することができる。
【０１１１】
また、より好ましいＰＳ灰の混合量は、マグネシア系の結合材の総質量の１．０倍以上である。ＰＳ灰の混合量が結合材の総質量の１．０倍以上である場合、ＰＳ灰の処理効率を更に向上させることができることに加え、表３に示したように、水の混合割合に拘わらず不要に高い圧縮強度の固形体が形成されてしまうことが回避されるので、より実用的である。
【０１１２】
一方、表３から明らかなように、ＰＳ灰を混合することによって、比重が低い固形体を得ることができるので、当該ＰＳ灰含有固形体を施工した構造物の軽量化を図ることができる。
【０１１３】
（実施例３）
次に、珪酸ソーダを混合した結果について説明する。
実施例２の本発明例４に示したＰＳ灰含有固形体と、当該固形体に珪酸ソーダを混合したＰＳ灰含有固形体との特性を比較した結果を次の表４に示した。なお、珪酸ソーダは富士化学(株)社製を用いた。
【０１１４】
【表４】
2014024728.tif 000006
【０１１５】
表４から明らかなように、マグネシア系の結合材の０．３質量％の珪酸ソーダを結合材及びＰＳ灰の混合物中に混合させた場合のＰＳ灰含有固形体の圧縮強度は７４．１Ｎ／ｍｍ２であり、珪酸ソーダを混合させていないＰＳ灰含有固形体の圧縮強度６０．９Ｎ／ｍｍ２に比べて、略２２％上昇していた。
【０１１６】
このように結合材及びＰＳ灰の混合割合をそれぞれ変更することなく、ＰＳ灰含有固形体の圧縮強度を上昇させることができるので、設計強度に対応した圧縮強度のＰＳ灰含有固形体を煩雑な手間を要さずに形成することができる。
【０１１７】
なお、本発明者の経験よりアクリル樹脂にあっても、このような珪酸ソーダと同様にＰＳ灰含有固形体の圧縮強度を上昇させることができるという知見を得ている。
【０１１８】
（実施例４）
次に、本発明に係るＰＳ灰含有固形体についてフッ素の溶出試験を行った結果について説明する。
【０１１９】
実施例２の対象例２に示した結合材とＰＳ灰とを質量比で１：９になるように計量して両者を混合し、この混合物に水を両者の比が６６：３４になるように添加してそれらを混練して水硬化させて固形体を得、材齢が１日、３日、７日になったときに当該固形体から溶出されたフッ素の濃度を測定した。その結果を表５に示した。
【０１２０】
なお、固形体からのフッ素の溶出試験は、土壌汚染対策法施行規則第五条第三項第四項の規定に基づく「環境大臣が定める土壌溶出量調査に係わる測定方法(平成１５年３月６日、環境省告示１８)」に従って行った。また、溶出試験は、土壌汚染対策法指定調査機関である(株)同人グローカルに委託した。
【０１２１】
【表５】
2014024728.tif 000007
【０１２２】
表５から明らかなように、フッ素の溶出量は、材齢が１日から０．５２ｍｇ／Ｌと環境基準値である０．８ｍｇ／Ｌ未満であり、材齢が３日及び７日は０．３７ｍｇ／Ｌとより低い濃度で推移していた。
【０１２３】
このように結合材とＰＳ灰とを質量比で１：９となるように混合した場合であっても、フッ素の溶出量は環境基準値未満で推移しており、本発明の如く結合材とＰＳ灰とを質量比で１：０．７〜１．５となるように混合した場合、フッ素の溶出量は当然に環境基準値未満である。
【０１２４】
ところで、以上の結果からＰＳ灰に対して本結合材が質量比で１割混合されていれば、フッ素の溶出量を環境基準値未満になすことができることが分かる。そのため、本結合材と高炉セメントとを質量比で１：９程度になるように混合する、すなわち本結合材の略９割を高炉セメントに置き換え、これにＰＳ灰を質量比で０．７〜１．５となるように混合した後、水硬化させて得られた固形体であってもフッ素の溶出量を環境基準値未満になすことができる。従って、本結合材の略９割を高炉セメントに置き換える場合も本発明に含まることができる。
【０１２５】
（実施例５）
次に、微生物剤を混合させたＰＳ灰含有固形体について検討した結果について説明する。
異なる量の微生物剤を混合させたＰＳ灰含有固形体をそれぞれリング状のブロックに成形・水硬化させておき、これらのブロックを人工汚水をそれぞれ貯留させた各水層内に各別に設置し、各水層内の人工汚水のＣＯＤ、アンモニア濃度及び亜硝酸態窒素濃度を経時的に測定して本発明例７及び８とした。なお、ブロックを設置していない水槽の人工汚水について同様に測定したものを対象例３とし、微生物剤を混合させていないＰＳ灰含有固形体から前同様にして得たブロックを設置した水槽の人工汚水について同様に測定したものを比較例１８とした。それらの結果を次の表７に示す。なお、表７中、Ｎ．Ｄは検出限界値以下であったことを示している。
【０１２６】
なお、本発明例７及び８のＰＳ灰含有固形体、及び比較例１８のＰＳ灰含有固形体の組成を次の表６に示す。また、前述した人工汚水の組成は次の通りである。すなわち、ＣａＣｌ２：７．５ｍｇ／Ｌ，ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：７．５ｍｇ／Ｌ，ＮａＣｌ：１２．５ｍｇ／Ｌ，ＮａＨＣＯ３：５００ｍｇ／Ｌ，ＫＨ２ＰＯ４：３５ｍｇ／Ｌ，ＮＨ４Ｃｌ３：１９１ｍｇ／Ｌ，ＫＣｌ：２５ｍｇ／Ｌ，グルコース：１５０ｍｇ／Ｌ，ペプトン（和光純薬工業株式会社）：５０ｍｇ／Ｌ，酵母エキス（関東化学株式会社）：５０ｍｇ／Ｌ，肉汁エキス（和光純薬工業株式会社社）：５０ｍｇ／Ｌであり、ｐＨが９．６６である。また、前述した微生物剤としてＢＢ菌（株式会社ビッグバイオ製）を用いた。
【０１２７】
【表６】
2014024728.tif 000008
【０１２８】
【表７】
2014024728.tif 000009
【０１２９】
表７から明らかなように、人工汚水だけの対象例３にあっては、ＣＯＤ及びアンモニア濃度が当初より高く、それぞれ１２０ｍｇ／Ｌ以上及び１０ｍｇ／Ｌ以上であった。これらの値を経時的に測定したところ、ＣＯＤの値は２週間程度経過後からやや低下し始めたが、１カ月程度経過しても８０ｍｇ／Ｌであった。また、アンモニア濃度の値は２０日〜２４日経過しても１０ｍｇ／Ｌであった。一方、亜硝酸態窒素の値は１日経過後から測定され始め、２週間〜３週間程度経過すると０．２ｍｇ／Ｌであり、４週間程度経過すると０．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度であった。
【０１３０】
一方、微生物剤を混合させていないＰＳ灰含有固形体を用いた比較例１８の場合、ＣＯＤ及びアンモニア濃度は対象例３より早くまた多量に低下していたが、亜硝酸態窒素の動向は対象例３と略同じであった。
【０１３１】
これに対して、微生物剤を混合させたＰＳ灰含有固形体を用いた本発明例７及び８にあっては、いずれもＣＯＤの動向は対象例３と略同じであったが、アンモニア濃度は比較例１８より早くまた多量に低下していた。更に、亜硝酸態窒素についても本発明例８にあっては略３週間で検出限界以下に抑制することができた。
【０１３２】
（実施例６）
次に、本発明に係るＰＳ灰含有固形体のｐＨを調整した結果について説明する。
実施例２の本発明例４に示したＰＳ灰含有固形体に重硫酸ソーダ（ｐＨ＝０．９）（赤穂化成(株)社製）を、ＰＳ灰含有固形体の１質量％添加し、そのｐＨを測定した結果を次の表８に示した。なお、ｐＨの測定は次のようにして行った。すなわち、材齢が１週間程度の固形体を微粉砕し、得られた粉体を質量比で１０倍の水中に投入し、十分に撹拌した後、その上清のｐＨをｐＨメータで測定した。
【０１３３】
なお、重硫酸ソーダを添加していないＰＳ灰含有固形体のｐＨを測定した結果を対象例４として、また前記ＰＳ灰含有固形体に用いたＰＳ灰及びマグネシア系の結合材のｐＨを測定した結果を参考例１及び２として示してある。なお、ＰＳ灰含有固形体のｐＨは前同様にして測定し、ＰＳ灰及び結合材は粉体であるので、その粉体を質量比で１０倍の水中に投入し、十分に撹拌した後、その上清のｐＨをｐＨメータで測定した。
【０１３４】
【表８】
2014024728.tif 000010
【０１３５】
表８の参考例１及び２から明らかなように、ＰＳ灰含有固形体に用いたＰＳ灰のｐＨは１１．４０であり、結合材のｐＨは９．６２であった。これらを混合して得られるＰＳ灰含有固形体のｐＨは、対象例４に示した通り１０．１１であり弱アルカリ性を示している。これに対し、本発明例９に示したように、重硫酸ソーダを添加したＰＳ灰含有固形体にあってはそのｐＨが８．３と中性側へ調整されていた。
【０１３６】
このように、本発明に係るＰＳ灰含有固形体にあってはそのｐＨを容易に調整することができる。従って、実施例５で説明した如き微生物剤を混合させる場合、その微生物剤に含まれる微生物の至適ｐＨに応じてＰＳ灰含有固形体のｐＨを調整することができる。これによって、当該微生物の増殖を促進させて、浄化作用を向上させることができる。
【０１３７】
なお、微生物剤を混合又は付着させていないＰＳ灰含有固形体の場合は、強アルカリ性のｐＨ調整剤を混合させることによって、ｐＨが１１以上の強アルカリ性に調整してもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｓ１    ステップＳ１
Ｓ２    ステップＳ２
Ｓ３    ステップＳ３
【図１】
2014024728.tif 000011
【図２】
2014024728.tif 000012
【図３】
2014024728.tif 000013
【図４】
2014024728.tif 000014