(57)【要約】【課題】安価で高い強度が得られる石灰系のリサイクル固化材を提供する。【解決手段】都市ゴミ等の無機原料を焙焼して得た焙焼灰を粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けてリサイクル無機材料とし、該リサイクル無機材料には１５．０〜３０．０重量％のＣａＯと３．０〜２５．０重量％の炭素粉が含まれ、かつ、前記リサイクル無機材料に、３５．０〜６５．０重量％の生石灰と５．０〜２０．０重量％の石膏を添加する。このようにして得られるリサイクル固化材は、添加する生石灰の量が少なくて済み、コスト安を実現することができる。また、炭素粉と土中の鉄分及び塩分との反応による発熱を伴う水分蒸発によって良好な土質改良効果が得られ、石膏によりエトリンガイトが生成されるため、高い強度が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ゴミ等の無機原料を焙焼して得た焙焼灰を粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けてリサイクル無機材料とし、該リサイクル無機材料に、生石灰及び石膏を所定の割合で添加してなるリサイクル固化材であって、
前記リサイクル無機材料には、１５．０〜３０．０重量％のＣａＯと、３．０〜２５．０重量％の炭素粉が含まれていることを特徴とするリサイクル固化材。
【請求項２】
前記リサイクル無機材料が、さらに、１５．０〜３０．０重量％のＳｉＯ2 と、５．０〜１５．０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と、２．０〜８．０重量％のＦｅ2 Ｏ3 と、４．０〜１０．０重量％のＳＯ3 と、１．０〜８．０重量％の塩素を含むことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル固化材。
【請求項３】
前記リサイクル無機材料に添加される生石灰が、３５．０〜６５．０重量％を占めることを特徴とする請求項１又は２に記載のリサイクル固化材。
【請求項４】
前記リサイクル無機材料に添加される石膏が、５．０〜２０．０重量％を占めることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のリサイクル固化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤を建築用地や駐車場用地等として使用できるようにするために好適なリサイクル固化材に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の水や有機物等を含む土地やヘドロ等のいわゆる不良土を建築用地や駐車場用地等として使用できるようにするために、従来から、石灰系やセメント系等の固化材が用いられている。石灰系の固化材は、生石灰（酸化カルシウム，ＣａＯ）を主成分とし、生石灰が土中の水と接触すると直ちに化学反応して水を吸収し土の塑性を改善（固化）すると共に、粘土鉱物とのポゾラン反応（硬化反応）によって安定した鉱物を生成し、地盤の安定化を促進する。このような石灰系の固化材の原料として用いられる焼却灰の焼成方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１８６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に市販されている石灰系の固化材は、土の物性改良という点ではセメント系の固化材よりも優れており、また、セメント系固化材を使用した場合のように固くなり過ぎて土地の再開発時等に再掘削が困難になることはないが、強度が不足するという場合があった。しかし、強度の向上を図るために生石灰の配合量を増やすとコスト高になるという問題があった。                  
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、安価で高い強度が得られる石灰系のリサイクル固化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】
（１）本発明のリサイクル固化材は、都市ゴミ等の無機原料を焙焼して得た焙焼灰を粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けてリサイクル無機材料とし、該リサイクル無機材料に、生石灰及び石膏を所定の割合で添加してなるリサイクル固化材であって、
前記リサイクル無機材料には、１５．０〜３０．０重量％のＣａＯと、３．０〜２５．０重量％の炭素粉が含まれていることを特徴とする。
【０００７】
都市ゴミ等の無機原料を焙焼して得られる焙焼灰（リサイクル無機材料）を主原料とする石灰系の固化材では、基本的に微粒であることが要件となるが、固化材として重要な機能を持つ酸化カルシウム（ＣａＯ）成分の含有量をできるだけ多くし、添加配合する生石灰の量を少なくすることが好ましい。しかるに、ロータリーキルンで５００〜１３００℃に焙焼して得られる焙焼灰は粒度がほぼ３０ｍｍ以下に分布しているため、そのままではＣａＯは１５重量％程度を占めるに過ぎない。ＣａＯ成分は粒度が小さいため、これを焙焼灰中で富化するには焙焼灰中の微粒部分のみを採取する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明では、焙焼灰をふるい（例えば、振動ふるい機）にかけて適切な微粒部分のみ採取するが、その振動ふるい機のふるい目としては０．６ｍｍが適切である。このふるい下０．６ｍｍ以下のものを選別し、ＣａＯ成分の割合を１５〜３０重量％としている。ＣａＯ成分が１５重量％未満では、後で添加する生石灰の量が増えリサイクル固化材がコスト高になる。その上限は３０．０重量％を超えても構わないが、目下の焙焼技術ではこの程度（３０．０重量％）のＣａＯの富化は無理なく可能であるが、これ以上の富化は技術的に難しい面がある。
【０００９】
このようにＣａＯ成分が富化されたリサイクル無機材料では、添加する生石灰の量が少なくて済み、コスト安を実現することができる。また、炭素粉が含まれていることにより土中の鉄分及び塩分と反応して発熱を伴う水分蒸発によって土質改良効果が発現する。さらに、石膏を添加配合することによりエトリンガイト（セメント水和物）を生成することができ含水比の高い粘性土の固化に有利となり強度の向上を図ることもできる。駐車場用地の施工例では、このようなリサイクル固化材を５０〜１５０ｋｇ／ｍ3 程度投入（配合）すればよいことを確認している。
【００１０】
（２）前記リサイクル無機材料が、さらに、１５．０〜３０．０重量％のＳｉＯ2 と、５．０〜１５．０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と、１．０〜８．０重量％のＦｅ2 Ｏ3 と、４．０〜１０．０重量％のＳＯ3 と、１．０〜８．０重量％の塩素を含むのが好ましい。このようにすれば、シリカ（ＳｉＯ2 ）成分、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）成分及び酸化第二鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）成分により、それらの成分（シリカやアルミ粉、鉄粉、塩分等）の含有量が極めて少ない有機質土等の土であっても安定化を確実なものにすることができる。また、三酸化硫黄（ＳＯ3 ）成分は、後で添加する石膏（ＣａＳＯ4 ）によっても供給されるが、ポゾラン反応に続いてエトリンガイトを生成させる。このエトリンガイトにより処理土の粒子間が縦横に固結されるため強度が一段と高くなる。
【００１１】
ＳｉＯ2 成分が１５重量％未満、Ａｌ2 Ｏ3 成分が５重量％未満、Ｆｅ2 Ｏ3 成分が２．０重量％未満では、塩素が２重量％未満では、シリカやアルミ粉、鉄粉、塩分等の含有量が少ない有機質土等の土を充分に安定化できないことが懸念され、また、ＳＯ3 成分が４重量％未満の場合、充分な量のエトリンガイトが生成されないことが懸念される。一方、ＳｉＯ2 成分が３０．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 成分が１５．０重量％、Ｆｅ2 Ｏ3 成分が８．０重量％、ＳＯ3 が１２．０重量％、塩素が８．０重量％、ＳＯ3 が１０．０重量％、をそれぞれ超えても土質の安定化に支障はないが、都市ゴミ等を無機原料とする場合には、これらの値が得られる重量％のほぼ上限である。
【００１２】
（３）前記リサイクル無機材料に添加される生石灰が、３５．０〜６５．０重量％を占めるのが好ましい。このようにすれば、コスト高にならず、土の塑性改善（固化）を良好に進行させることができ、地盤の安定化が促進され強度が向上する。３５．０重量％未満（Ｍ６０超）では強度が低くなりすぎ６５重量％を超える（Ｍ４０未満) とコスト高になる。
【００１３】
（４）前記リサイクル無機材料に添加される石膏が、５．０〜２０．０重量％を占めるのが好ましい。このようにすれば、コスト高にならず、エトリンガイトが適度に生成され粘性土粒子の移動が妨げられ固化を促進することができる。５．０重量％未満では充分な強度が得られず、２０．０重量％を超えるとコスト高になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のリサイクル固化材は、１５．０〜３０．０重量％の生石灰と、５．０〜２５．０重量％の炭素粉が含まれた粒度０．６ｍｍ以下のリサイクル無機材料を主原料とするので、添加する生石灰の量が少なくて済み、コスト安を実現することができる。また、炭素粉が土中の鉄分及び塩分と反応することによって発熱を伴う水分蒸発によって良好な土質改良効果が得られ石膏によりエトリンガイトが生成されるため、高い強度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係るリサイクル固化材について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、リサイクル固化材の主原料となるリサイクル無機材料を生成するためのフローを示す。まず、原料受入ヤード１では、各排出事業者から排出された無機原料を受入ホッパー２に投入する。次いで、コンベヤ３により無機原料を逐次搬出し、磁選機４により磁力で鉄類を除去し、トロンメル選別機５によって不純物（粗大物）を除去する。不純物が除去された無機原料は、再度、磁選機４により鉄類が除去された後、非鉄分離機６によって非鉄類が分離され、原料投入ホッパー７に投入される。一方、粗大物は破砕機８によって破砕され、磁選機４により鉄類が除去された後、再び、受入ホッパー２と磁選機４の間にフィードバックされる。
【００１６】
次いで、上述の原料投入ホッパー７に接続されたスクリューフィーダから不純物が除去された無機原料がコンベヤ１０を経由して焙焼炉（ロータリーキルン）１１に定量供給される。ロータリーキルン１１は、乾燥ゾーン、加熱ゾーン、焙焼ゾーンに分かれており、無機原料は、最終的に再生油が注入されて溶融直前の温度で焙焼され、その焙焼灰が振動ふるい機１２によって段階的にふるい分けられ、粒度０．６ｍｍ以下のリサイクル無機材料を得ることができる。一方、ロータリーキルン１１で焙焼に使用したガスは再生油の供給を受けて再燃焼室１３で完全燃焼され、その排ガスを熱交換器１４によって空気と熱交換し、その加熱空気が焙焼炉の助燃空気として使用される。さらに、その排ガスが減温塔１５で水噴射により減温された後、消石灰が注入された後バグフィルタ１６で煤塵が捕集され煙突１７から大気に放出される。
【００１７】
前述したように、ロータリーキルン１１で５００〜１３００℃で焙焼された焙焼灰は粒度が最大で約３０ｍｍ程度に分布しているため、そのままではＣａＯは１５重量％を占めるに過ぎないが、上記のように粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けられたリサイクル無機材料は、ＣａＯ成分が富化されており３０重量％程度のＣａＯを含んでいる。なお、ロータリーキルン１１で焙焼された焙焼灰（全体）をさらに微粉砕してもＣａＯ成分は富化されず、結果として、後で（添加）配合する生石灰の量が多くなり好ましくないことが確認されている。そこで、本発明では、上述のように、焙焼灰を微粉砕することなく振動ふるい機１２によってふるい分けることでＣａＯ成分に富むリサイクル無機材料を得るようにしている。
【００１８】
粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けられたリサイクル無機材料の好ましい組成（重量％）としては、例えば、ＣａＯ（１５．０〜３０．０）、ＳｉＯ2 （１５．０〜３０．０）、Ａｌ2 Ｏ3 （５．０〜１５．０）、Ｆｅ2 Ｏ3 （２．０〜８．０）、ＳＯ3 （４．０〜１２．０）、炭素（５．０〜２５．０）、塩素（２．０〜８．０）、その他（６．０〜１２．０）を挙げることができる。また、さらに好ましい一例としては、ＣａＯ（３０．０）、ＳｉＯ2 （１６．５）、Ａｌ2 Ｏ3 （９．５）、Ｆｅ2 Ｏ3 （６．１）、ＳＯ3 （８．５）、炭素（１６．４）、塩素（４．０）、その他（７．０）を挙げることができる。
【００１９】
酸化カルシウム（ＣａＯ）成分は、土及び土質安定材中に含有されるシリカ成分（ＳｉＯ2 ）及びアルミナ成分（Ａｌ2 Ｏ3 ）等と化学反応して処理土を安定化させると共に、その反応を促進するために処理土のｐＨ値を高めてアルカリ性としてポゾラン反応（硬化反応）を促進する。シリカ（ＳｉＯ2 ）成分、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）成分及び酸化第二鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）成分は、それらの成分の含有量が極めて少ない有機質土等の土であっても安定化を確実なものにする。ＣａＯ成分が１５重量％未満では、後で添加する生石灰の量が増えリサイクル固化材がコスト高になる。その上限は３０．０重量％を超えても構わないが、都市ゴミ等を原料とする焙焼灰中でこれ以上の富化は難しいと判断される。
【００２０】
ＳｉＯ2 成分が１５重量％未満、Ａｌ2 Ｏ3 成分が５重量％未満、Ｆｅ2 Ｏ3 成分が２．０重量％未満では、塩素が２重量％未満では、シリカやアルミ粉、鉄粉、塩分等の含有量が少ない有機質土等の土を充分に安定化できないことが懸念され、また、ＳＯ3 成分が４重量％未満の場合、充分な量のエトリンガイトが生成されないことが懸念される。一方、ＳｉＯ2 成分が３０．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 成分が１５．０重量％、Ｆｅ2 Ｏ3 成分が８．０重量％、ＳＯ3 が１２．０重量％、塩素が８．０重量％、ＳＯ3 が１０．０重量％、をそれぞれ超えても土質の安定化に支障はないが、都市ゴミ等を無機原料とする場合には、これらの値が得られる重量％のほぼ上限である。
【００２１】
このような組成を有するリサイクル無機材料に、生石灰（ＣａＯ）と石膏（ＣａＳＯ4 ）を所定の割合で添加することによって本発明で言うリサイクル固化材を得ることができる。生石灰の好ましい配合は、３５．５〜６５．０重量％とする。この点につき、以下のような強度（一軸圧縮強度）試験を行ったので、その試験結果の一例を示す図２を参照して、生石灰の配合割合と強度の関係を説明する。
（１）使用した土の性状
採取土：シールド排出土
含水比：４９．７％
単位体積重量：１．６８０ｔ／ｍ3 
（２）固化材（リサイクル固化材）の添加量
１２０ｋｇ／ｍ3 
（３）供試体寸法
φ５×１０ｃｍ
図２における縦軸は強度（一軸圧縮強度）ｋｇ／ｃｍ2 、横軸は生石灰に対する固化材（リサイクル無機材料）の配合比率を示し、Ｍ０は生石灰のみ、Ｍ１００はリサイクル無機材料のみである。
【００２２】
同図の実線から明らかなように、リサイクル無機材料に対する生石灰の配合割合を３０．０〜９０．０重量％としたリサイクル固化材では、生石灰のみ（Ｍ０）の強度を上回る強度が得られることが判る。これは、この範囲の生石灰を含むリサイクル固化材の固化性能が生石灰そのもののよりも優れていることを意味している。しかし、コスト安を実現するためには、高い強度が維持される範囲で配合する生石灰の割合をできるだけ少なくする必要があり、上述のように３５．５〜６５．５重量％とするのが好ましい。３５．５重量％未満（Ｍ６０超）では強度が低くなり、６５．５重量％を超える（Ｍ３５．５未満) とコスト高になるからである。
【００２３】
石膏の固化性能を評価するために行った同様の試験により、例えば、リサイクル無機材料に対する生石灰の配合割合を５０．０重量％としたリサイクル固化材に、１０．０重量％の石膏を添加配合した場合、１１．０ｋｇ／ｃｍ2 の強度が得られることを確認している。図２と比較すれば、石膏による顕著な固化効果が判る。このように、石膏を添加することで強度を顕著に向上させることができるが、その適正配合範囲は５．０〜２０．０重量％とする。５．０重量％未満では充分な強度が得られないことが懸念され、２０．０重量％を超えるとコスト高になるからである。
【００２４】
以上から、好ましいリサイクル固化材としては、まず、１５．０〜３０．０重量％のＣａＯと、３．０〜２５．０重量％の炭素粉を含む粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けられたリサイクル無機材料を主原料とするが、より好ましくは、そのリサイクル無機材料が、さらに、１５．０〜３０．０重量％のＳｉＯ2 、５．０〜１５．０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、２．０〜８．０重量％のＦｅ2 Ｏ3 、４．０〜１２．０重量％のＳＯ3 、１．０〜８．０重量％の塩素を含み、かつ、３５．０〜６５．０重量％の生石灰と、５．０〜２０．０重量％の石膏を添加配合したものとなる。このようなリサイクル固化材では、市販の石灰系固化材よりも２割程度高い強度が得られることが実験により確認されている。
【００２５】
なお、本発明は、リサイクル無機材料の製造方法を特定するものではなく、結果として、リサイクル無機材料が粒度０．６ｍｍ以下にふるい分けられて少なくとも１５．０〜３０．０重量％の生石灰と５．０〜２５．０重量％の炭素粉が含まれていればよく、そのリサイクル無機材料は、実施の形態で説明した製造方法とは異なる製造方法で製造されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係るリサイクル無機材料の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】リサイクル無機材料に対する生石灰の配合割合を変化させた場合のリサイクル固化材の一軸圧縮強度の試験結果を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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