(57)【要約】【課題】保水性、透水性に優れ且つ軽量な構造体を提供すること。【解決手段】石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体、例えば石炭灰造粒砂、セメント、水およびさらに必要に応じて砂または砕石を調合撹拌後、成形固結させて製造されたセメント系構造体。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体。
【請求項２】
石炭灰造粒砂、セメントおよび水を調合撹拌後、成形固結させて製造されたことを特徴とする、石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体。
【請求項３】
石炭灰造粒砂、セメント、砂または砕石および水を調合撹拌後、成形固結させて製造されたことを特徴とする、石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体。
【請求項４】
石炭灰造粒砂が、７５〜９８質量部の石炭灰と２〜２５質量部のセメントの合計１００質量部と１５〜４５質量部の水との調合物の、平均粒径が０．３〜１．５ｍｍの造粒物である、請求項１〜３のいずれかに記載のセメント系構造体。
【請求項５】
石炭灰造粒砂が、５０〜９７質量部の石炭灰、２〜２５質量部のセメント、および１〜２５質量部の造粒助剤の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水との調合物の、平均粒径が０．３〜１．５ｍｍの造粒物である、請求項１〜３のいずれかに記載のセメント系構造体
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰造粒砂を含むセメント系構造体に関する。さらに詳しくは高い保水性、透水性を持つセメント系構造体に関する。
【０００２】
なお、本発明においてセメント系構造体とは、セメント、骨材、さらに必要に応じて添加した一般的な各種セメント添加剤と水との混練物を、使用目的に応じた形状に成形した後硬化させて得られる硬化体をいう。
【０００３】
【従来の技術】
従来、道路の舗装には、セメントを使用した製品や粘土・陶土等を焼き固めたレンガ等の、いわゆる敷きブロックで路面を被覆する方法や、アスファルトやコンクリートを路面に流し込んで被覆する方法が採られてきた。特に、歩道は、敷きブロックで舗装する方法が一般的であり、形状、色が多種にわたるものが敷きブロックとして開発製品化され、わが国の歩道部分において広範囲に使用されてきた。
【０００４】
しかしながら、これらの敷きブロックには、次のような欠点があった。
（１）従来の敷きブロックは、水密性が高く、降雨時においては雨粒が表面で跳ね、歩行者の裾を濡らすことが頻繁に目撃された。
（２）従来の敷きブロックは、透水性に欠けるため、降雨量が増すとブロック表面を水が流れ、水溜りがいたるところに出現した。また、降雨量の大部分は地中に蓄えられることなく側溝に流失するため地中の保湿は困難となり、夏季では街路樹などの立ち枯れ防止のために頻繁に散水が行われている。
（３）従来の敷きブロックは、保水性に欠けるため、ブロック表面の乾燥が速く夏場の表面温度は５０℃以上の高温となり、快適な歩行ができる環境ではなかった。
（４）従来の敷きブロックでは、セメント、砂、砕石から構成されておりブロック１個当りの重量は、縦×横×高さが１０×２０×６ｃｍの製品で、２．５〜２．８ｋｇと重く輸送コストが割高であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これらの欠点の除去されたセメント系構造体、すなわち、保水性、透水性に優れ且つ軽量なセメント系構造体を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第１に、石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体によって達成される。
【０００８】
また、本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第２に、石炭灰造粒砂、セメント、水およびさらに必要に応じて砂または砕石を調合撹拌後、成形固結させて製造されたことを特徴とする、石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むセメント系構造体によって達成される。
【０００９】
上記本発明における好ましい態様では、石炭灰造粒砂は、７５〜９８質量部の石炭灰と２〜２５質量部のセメントの合計１００質量部と、１５〜４５質量部の水との調合物の、平均粒径が０．３〜１．５ｍｍの造粒物である。
【００１０】
また、他の好ましい態様では、石炭灰造粒砂は、５０〜９７質量部の石炭灰、２〜２５質量部のセメント、および１〜２５質量部の造粒助剤の合計１００質量部と、１５〜４５質量部の水との調合物の、平均粒径が０．３〜１．５ｍｍの造粒物である。
【００１１】
【発明の好ましい実施の形態】
本発明のセメント系構造体は、石炭灰造粒砂を多孔質材料として含むことを特徴とするが、構造体における石炭灰造粒砂の割合は、設定する保水率に応じて砕石もしくは砂の配合質量比により適宜設定することができる。また、砕石の添加量を、構造体の体積に対して、好ましくは５０〜７０％の容量比とすることで、保水率２０％以上の構造体を容易に得ることができる。
【００１２】
本発明おいて使用する石炭灰造粒砂としては、例えば石炭灰７５〜９８質量部、セメント２〜２５質量部の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水で調合した調合物を、平均粒径０．３〜１．５ｍｍに造粒したもの、あるいは石炭灰５０〜９７質量部、セメント２〜２５質量部および造粒助剤１〜２５質量部の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水で調合した調合物を、平均粒径０．３〜１．５ｍｍに造粒したものが好ましい。これらは強度、粒径の面から好ましい。また、石炭灰造粒砂にはそれ自体公知の重金属等の溶出抑制剤をさらに含有せしめても良い。なお、平均粒径は、質量基準径で定義されるものである。
【００１３】
石炭灰造粒砂製造原料の対象となる好ましい石炭灰としては、石炭火力発電所から大量に発生するフライアッシュが挙げられる。また、セメントは、特に限定されるものではなく、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントのセメント類や、潜在水硬性を有する高炉スラグを使用することができる。また、造粒助材としては、例えば工場排水処理後の微粒子状固体物質を含有する残渣、セメントキルンダスト、天然の粘土等の平均粒径が５μｍ以下である無機質微粒子が使用可能である。
【００１４】
石炭灰造粒砂の造粒は、通常の造粒装置を用いて行うことができるが、混合操作も兼ねることのできる装置を用いて行うのが望ましい。この様な装置としては、例えば転動造粒機、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー、円錐型スクリュー混合機、モルタルミキサー等を挙げることができる。
【００１５】
造粒装置で造粒された造粒物は、一定期間養生を行うことによりセメントの固化反応が進み、重金属等の溶出が抑制された造粒砂となる。
【００１６】
本発明のセメント系構造体は、セメント、石炭灰造粒砂および必要に応じて添加した砂または砕石に、水を添加して混練した後、混練物を所望形状の型枠に充填し、加圧成形することで容易に製造することができる。また現場配合により撹拌された材料を散布、転圧することも可能である。
【００１７】
上記方法で製造された本発明のセメント系構造体は、例えば敷きブロックとした場合には、歩道、駐車場、屋上などで、従来使用されていた材料と同様の方法で使用することができる。本発明のセメント系構造体を例えば歩道に適用すれば、従来品では得ることができなかった保水性、透水性に富む快適な歩道の提供が可能となる。
【００１８】
また、本発明のセメント系構造体は、その特徴である優れた保水性、透水性さらには軽量性を活かして、これら特性が要求される用途、例えば植木鉢、石積みブロックなどに用いることも可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、具体例をあげ、本発明をさらに詳しく説明する。
【００２０】
実施例１〜４
（１）多孔質材料
多孔質材料として用いた石炭灰造粒砂の原料配合割合は、石炭灰８５質量部、セメント５質量部および造粒助剤１０質量部とした。セメントとしては普通ポルトランドセメントを用い、造粒助剤としてはセメントキルンダストを用いた。造粒装置は、バッチ式の円錐型スクリューミキサーを用いて行った。石炭灰、セメントおよび造粒助剤は、予め造粒装置に仕込み十分に予備混合した後に、水を所定量加えた。水の添加割合は、石炭灰、セメントおよび造粒助剤合計量１００質量部に対し、３１質量部とした。
【００２１】
（２）構造体の作製
普通ポルトランドセメントに対して乾燥質量比で３倍量の上述した多孔質材料、および所要量の砕石（平均粒径１３ｍｍ）を配合し５分間空練り撹拌後、有限会社グローバル研究所発売のＧＢ−２０００（商品名）を７５０倍に水で希釈した水溶液を微粒子分散剤として徐々に投入しながら５分間撹拌した。これを縦×横×高さが９．８×１９．８×６ｃｍの型枠に充填後、所要の高さとなるまで加圧した。１時間静置した後、脱枠することにより、ブロック状構造体が得られた。各実施例における各材料の配合割合を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2004331476.tif 000002
【００２３】
（３）構造体の評価
得られたブロック状構造体については、その製品寸法を測定すると共に、次の▲１▼〜▲５▼の項目について評価を行った。ブロック状構造体の寸法および評価結果を表２に示す。表２には、市販品のセメント系ブロックについての結果を比較のために併記した。結果を、各評価項目毎に夫々図１〜５にも示した。
【００２４】
【表２】
2004331476.tif 000003
【００２５】
▲１▼構造体密度
表１に従い製造したブロック状構造体について、質量変化がなくなるまで乾燥させたブロック質量を乾燥質量とし、また同じブロックを２４時間水中に静置した後の質量を湿潤質量として、これらの質量をブロック体積で除して密度を測定した。結果を図１に示す。乾燥時で１．０７〜１．８５ｇ／ｃｍ３、湿潤時で１．５１〜２．０２ｇ／ｃｍ３となり、１個当りの質量は、乾燥時１．２〜２．２ｋｇ、湿潤時１．７〜２．４ｋｇとなり、砕石の使用量が増すにつれ大きくなる。市販品のセメント系ブロックと比較して非常に軽量な構造体であることが分かる。
【００２６】
▲２▼表面湿潤時間（毛管現象による吸水力）
表１に従い製造したブロック状構造体について、質量変化がなくなるまで乾燥させたブロックを、９．８×１９．８ｃｍの面を上下面として、高さ１ｃｍの水を入れた容器に静置した後、ブロック表面が完全に湿潤するまでの時間を測定したものである。結果を図２に示す。実施例において２．１〜３．１分で完全に湿潤化している。砕石の使用量の違いによる変化の小さいことが分かる。このことは、本発明の多孔質材料が、その粒子の内部に多数の微小な空隙部を内在させており、これが隣接する粒子間の間隙部とあいまって通気性を保有することとなり、その結果、強力な毛管現象が発現し、吸水力を高めているものと考えられる。市販品では、ブロック表面が完全に湿潤することはなかった。
【００２７】
▲３▼保水率
表１に従い製造したブロック状構造体について、湿潤質量から乾燥質量を差し引いた質量を保水量として、これをブロック体積で徐して百分率で算出した保水率を求めた。結果を図３に示す。
【００２８】
ブロック１個当りの保水率は、１８〜４３％となり、その実質保水量は、２０７〜４９６ｃｍ３となる。このことは、乾燥したブロックであれば降雨量に換算して１１〜２６ｍｍの雨量をブロック体内に保有していることとなる。砕石の使用量が増すにつれ保水率は低下することが分かる。
【００２９】
山の樹木が緑のダムと称されるように本発明による構造体が都市部における地下ダム効果を創出することが可能である。市販品では、保水率４．３％で保水量５０ｃｍ３であった。
【００３０】
▲４▼透水係数
表１に従い製造したブロック状構造体について、２４時間水中に静置した後の透水係数を変水位法により求めた。結果を図４に示す。砕石の使用量による違いはなく透水係数として１０−３ｃｍ／ｓｅｃを得ることができた。これは、砂・砂利混合物の１０−３〜１０−１ｃｍ／ｓｅｃと同程度の値である。すなわち、本発明の構造体は、砂・砂利混合物と同等の透水機能を発揮し、降雨時の跳水や水溜りの防止に有効である。また本発明の構造体を通過した水量は上記（６）保水力の項で述べた保水量をブロック体内に貯留し、余剰水は側溝に流出し、また一部は地中に浸透し蓄えられ街路樹などの潅養水となる。市販品では、１０−５ｃｍ／ｓｅｃであり透水性が極めて低い。
【００３１】
▲５▼地表の温度低減効果
図５は、実施例１の本発明の構造体からなるブロック歩道面と一般的なアスファルト舗装面における表面温度の違いを、ある１日について測定したものである。ブロックによる歩道面は、表面が湿潤状態であった。昼間では、アスファルト舗装面の４５℃に対し本発明からなる歩道面では３５℃、夜間ではアスファルト舗装面の２６℃の熱帯夜に対し本発明の構造体からなる歩道面では２１℃であった。このことは、本発明の構造体が毛管作用により地中およびブロック体内の水分を吸上げ表面から蒸散する際、気化熱により表面温度を低減することを示している。本発明の構造体が保水している間は表面が乾燥することはなく、夏場で５〜７日に一度ブロック表面が湿潤状態となる程度に散水することで、その機能を維持することができる。このことにより夏場の都市部では、夜間において気温が高い状態いわゆる温暖化（ヒートアイランド現象）の抑止効果をもたらすことができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のセメント系構造体は、透水性、吸水性および保水性に優れていることから、例えば敷きブロックとして使用した場合、ブロックを通した地中と大気間の水の行き来が容易になり、都市部における舗装によってもたらされる、水害や熱公害、さらには植物の枯死に繋がる悪影響が著しく緩和される。また、安価で入手容易な原材料から製造された多孔質材料を、従来用いられて来た砂、砕石と混合する容易な方法で製造可能であることからコスト面で優れているのに加え、軽量であることから、搬送、施工等の取り扱い性にも優れる。さらに、石炭灰の有効利用にも繋がることから、近年、石炭火力発電量の増加に伴う石炭灰の蓄積問題解決の一助にもなる利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構造体の持つ密度を示す図。
【図２】本発明の実施例の構造体の持つ表面湿潤時間を示す図。
【図３】本発明の実施例の構造体の持つ保水率を示す図。
【図４】本発明の実施例の構造体の持つ透水係数を示す図。
【図５】本発明の実施例１の構造体の施工面の表面温度とアスファルト舗装面の表面温度との違いを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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