(57)【要約】【課題】  ゴミ焼却炉やその他の廃棄物処理工程で排出されるスラグを大量に用いることができ、性能も良好な路盤材を提供する。【解決手段】  体積比で土１に対して、廃棄物処理によるスラグを１〜４の割合で混合し、さらにこの混合土材料に、石灰系固化材を１ｍ３当たり４０〜８０ｋｇを混合してなる。スラグは、ゴミ焼却炉の灰または下水汚泥を高温で溶融した溶融スラグであって、水で急速冷却して、砂利状に形成されたものである。石灰系固化材は、生石灰を主成分とした材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積比で土１に対して、廃棄物処理によるスラグを１〜４の割合で混合し、さらにこの混合土材料に、石灰系固化材を１ｍ３当たり４０〜８０ｋｇを混合してなることを特徴とする路盤材。
【請求項２】
上記スラグは、焼却炉の灰または下水汚泥を高温で溶融した溶融スラグであって、急速冷却して、砂利状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の路盤材。
【請求項３】
上記石灰系固化材は生石灰を主成分とした材料であり、上記混合土材料に前記石灰系固化材を混ぜて７日以上養生したものであることを特徴とする請求項２記載の路盤材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゴミ焼却炉から排出されるスラグを用いた路盤材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ焼却炉から排出される灰の処理方法として、ゴミを焼却した残りの灰をさらに１４００℃以上の高温で溶融して溶融スラグとし、この溶融スラグを水を張った水槽に落とすことにより、急冷され細かい砂利状のスラグを形成するものがある。この溶融スラグは、焼却灰中のダイオキシン等の有害化学物質を分解して無害化し、鉛などの有害元素は溶融スラグのガラス質中に取り込まれて一体化し、外には出ないものであり、一定粒度の範囲の砂状の材料である。従来、このスラグの処分方法としては、単に埋め立て処理している場合が多い。また、一部のスラグはインターロッキングの材料やアスファルト舗装の骨材として用いられている。
【特許文献１】特開平８−３１１４４６号公報
【特許文献２】特開２００２−１７９４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術の溶融スラグの用途では、近年益々ゴミ焼却量が増大していることから、排出されるスラグも増加し、上記アスファルトやインターロッキング等の建設材料としての利用程度では処理が追いつかないものである。しかも、埋め立て処分場も不足しており、スラグの処理が廃棄物処理における一つの大きな課題となっていた。
【０００４】
また、形状が砂利状のスラグであってもそのまま建設材料として用いるには、性能上不適格であり、そのまま大量に土木・建設資材として用いることはできなかった。少量であれば各種骨材や資材の一部として、土砂や資材に混ぜて用いられているが、その混合量は僅かであり、廃棄物処理により生まれる大量のスラグの有効な処理法や利用用途が求められていた。
【０００５】
この発明は上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、ゴミ焼却炉やその他の廃棄物処理工程で排出されるスラグを大量に用いることができ、性能も良好な路盤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】
この発明は、体積比で土１に対して、廃棄物処理によるスラグを１〜４の割合で混合し、さらにこの混合土材料に、石灰系固化材を１ｍ３当たり４０〜８０ｋｇを混合してなる路盤材である。
【０００７】
上記スラグは、ゴミ焼却炉の灰または下水汚泥を高温で溶融した溶融スラグであって、水で急速冷却して、砂利状に形成されたものである。上記石灰系固化材は生石灰を主成分とした材料であり、上記混合土材料に前記石灰系固化材を混ぜて７日以上養生したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の路盤材は、焼却炉等から排出される灰を高温で溶融処理した溶融スラグを大量に用いることができ、従来単に埋め立て処分していたスラグを有効に大量に利用することができる。しかも、このスラグは有害化学物質がなく、有害な元素もガラス質のスラグ中に閉じこめられ、流れ出ることがない。特に、石灰系固化材とスラグを混合することにより、路盤の強度を高め、コストも安価に下層路盤等を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明のスラグを用いた路盤材の一実施の形態について説明する。この実施形態のスラグは、ゴミ焼却炉の焼却灰を１４００℃以上の高温により溶融し、その溶融スラグを、水を張った水槽中に落として急速に冷却し、砂利状に形成したものである。このスラグの成分は、二酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）及び酸化カルシウム（生石灰、ＣａＯ）を主成分とする。このスラグは、例えば直径数ｍｍ以下の粒度に形成されている。
【００１０】
一方、道路建設において、道路の規格により下層路盤材と上層路盤材が規定されている。上層路盤材はその道路規格により所定の厳格な条件が規定されており、水に対する影響度を示す塑性指数（ＩＰ）は、４以下とされている。これに対して、下層路盤材は相対的に規格が緩やかであり、要求される条件は塑性指数（ＩＰ）が６以下とされている。ここで、塑性指数（ＩＰ）とは、液性限界（ＷＬ）と塑性限界（ＷＰ）との差を言う。液性限界（ＷＬ）とは、土が液体から塑性体に移る境界の含水比（％）を言い、塑性限界（ＷＰ）とは、土が塑性体から半固体に移る境界の含水比（％）を言う。
【００１１】
この実施形態の路盤材は、土と混合し、さらに石灰系固化材を加える。加える石灰系固化材としては、例えば酸化カルシウムが約６０％、二酸化ケイ素が約２０％、その他、酸化アルミニウムを数％程度含む材料である。
【００１２】
この実施形態では、スラグと土を混合し、石灰系固化材によりポラゾン反応、エトリンガイドの生成反応、炭酸化反応が促進され、目的とする土強度が得られる。この反応は、先ず石灰系固化材の生石灰（ＣａＯ）が、土中の水と水和反応して消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）となり、土中の水分を下げる。消石灰は、微粒子であり、強い吸収性により土中の水分をさらに下げる。また、生石灰と比較して水和反応後の消石灰は、嵩密度が小さく、処理土が膨張して、周辺の土を圧縮し土壌の強度を高める。さらに、水和反応の際に発生する熱が、土中の水分を蒸発させるとともに、後述する反応をより促進する。また、水和反応の後、イオン交換して土粒子の表面反発力を減少させて土をほぐすため、土質安定材の混合効率が向上し、作業性がよく、強度も高める。以上が、土質改良材の施工後の短期的な固化効果である。
【００１３】
また、長期的な効果としては、土壌中のＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３と石灰分とのポゾラン反応が進行し、ケイ酸カルシウム水和物、アルミン酸カルシウム水和物が生成して土粒子間を結合させ、さらにこの土質改良材中のシリカやアルミナにより、これらの成分の少ない土壌においても固化反応を確実に生じさせる。また、ポゾラン反応に石膏（ＣａＳＯ４）が加わることにより、針状結晶エトリンガイトが生成し、土粒子間を結合し固める。さらに、消石灰が土中の炭酸ガスと反応して、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）となり、処理土を緻密にする。
【００１４】
これらの反応は以下の式のように成される。
石灰水和反応
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋１５．９３Ｊ．／ｍｏｌ
ポゾラン反応
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳｉＯ２→ケイ酸カルシウム水和物
Ｃａ（ＯＨ）２＋Ａｌ２Ｏ３→アルミン酸カルシウム水和物
エトリンガイト生成反応
Ｃａ（ＯＨ）２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＳＯ４→エトリンガイト
石灰の炭酸化
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３
各材料の混合する割合は、体積比で土１に対して、廃棄物処理によるスラグを１〜４の割合で混合する。さらに、この混合土材料に、石灰系固化材を１ｍ３当たり４０〜８０ｋｇを混合し、６日以上、好ましくは７〜１４日程度養生する。これにより、十分な性能の路盤材、ここでは下層路盤材ができあがる。
【００１５】
この実施形態の下層路盤材によれば、有機質土壌のようにシリカやアルミナが少なく、一般の石灰系土質改良材では反応性の悪い土壌においても、スラグ中のシリカやアルミナによりより効果的に土壌の固化を促進し、強度を高めることができる。これにより、大量のスラグを含有させても、下層路盤材として要求される塑性指数（ＩＰ）６以下を満たすことができる。また、修正ＣＢＲ（９０％）値も、２０以上を満たすことができ、路盤材形成コストを抑えることができる。また、スラグは、水に溶けないため、下層路盤材が軟弱化または再泥化する可能性もない。
【００１６】
なお、この発明の石灰系固化材は、石灰を主成分とするものであれば良く、適宜の補助成分を含んでいても良く、生石灰のみの固化材でも良い。
【００１７】
また、石灰系固化材の代わりにセメント系固化材を用いて、土質を改良しても良く、その場合にも、本願発明の焼却炉スラグや下水汚泥スラグを用いて、効果的に土質を改良することができ、廃棄物である焼却炉スラグや下水汚泥スラグの有効利用に寄与する。
【実施例１】
【００１８】
次のこの発明の路盤材の実施例について説明する。この実施例は、ゴミ焼却炉から排出される灰を溶融し水砕してスラグにしたものを用いた実施例である。このスラグの組成を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2006028212.tif 000002
【００２０】
また、このスラグの粒径加積曲線を一般的な砂と比較したものを図１に示す。この水砕スラグは、図１に示すように一般的な砂と粒径が近似したものであり、シリカやアルミナも多く、石灰系固化材との反応性が良い。
【００２１】
ゴミ焼却炉スラグを用いて、この実施例の下層路盤材を形成し、その各種試験数値を表２に示す。
【００２２】
【表２】
2006028212.tif 000003
【００２３】
表２によれば、養生日数が７日以上で、石灰系固化材を４０ｋｇ／ｍ３以上入れた混合土材料であるＮｏ．１、７〜１４、１７、１８の材料が、塑性指数ＩＰが６以下となった。表２より、養生日数が２〜３日では、塑性指数が要求を満たさないが、７日以上取ることにより基準を満たすようになることが分かった。また、スラグと土の比率が１：１の場合も、養生日数を十分に（ここでは１４日）取ることにより、組成指数は、路盤材の要件を満たすことが分かった。
【００２４】
また、この消却炉スラグを処理土に混合した場合の修正ＣＢＲ（９０％）値を、表２の一部の試料について求めたところ、Ｎｏ．２の試料が３９．６％、Ｎｏ．６の試料が２０．８％、Ｎｏ．１３の試料が３５．４％、Ｎｏ．１４の試料が３３．０％の値を示した。これは、下層路盤に要求される修正ＣＢＲ値である２０を超える値であり、下層路盤材としてこれらの材料が使用可能であることを示した。
【００２５】
従って、この実施例の配合割合で、十分な養生日数を取ることにより、修正ＣＢＲ値も下層路盤材の規格を満たす値を取ることができることが分かった。ここで、ＣＢＲ値とは、路盤の支持力を示す指標であって、土の単位荷重と標準単位荷重（締め固めた良好な砕石層から得られた荷重）との比率を百分率で表したものである。従って、ＣＢＲ値が１００以上である場合、締め固めた良好な砕石層よりも強度の高い材料であると言える。修正ＣＢＲとは、現場で施工したときに予想される締め固め度を、その土の最適含水比で得られる最大乾燥密度の９０％として、そのときのＣＢＲ値を締め固め度を変えたときのデータから推定した値である。下層路盤は、修正ＣＢＲ値（９０％）が２０以上要求される。
【実施例２】
【００２６】
次のこの発明の路盤材の他の実施例について説明する。この実施例は、下水汚泥を溶融し水砕してスラグにしたものを用いた実施例である。このスラグの組成を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
また、このスラグの粒径加積曲線を、一般的な砂及びゴミスラグと比較したものを図２に示す。この水砕スラグは、図２に示すように一般的な砂及びゴミスラグと比較して粒径が全体的に大きく、２ｍｍ程度の粒径の粒子を中心として分布している。
【００２９】
このスラグを用いて、体積比で土１に対して、スラグを１または１．５の割合で混合し、石灰系固化材を６０ｋｇ／ｍ３入れた混合土材料を形成し、７日間養生した。その結果、修正ＣＢＲ値（９０％）は、スラグ割合１の場合が９０、スラグ割合１．５の場合が１００であった。従って、スラグと土が１：１でも、十分に高い強度を有する路盤材を形成可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ゴミ焼却スラグと砂の粒径加積曲線を示すグラフである。
【図２】下水汚泥スラグと砂の粒径加積曲線を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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