(57)【要約】【課題】シュレッダーダストや焼却灰、フライアッシュなどを固化して水硬性複合物を製造する際に、混練時間を短く、単位水量を少なく、施工し易く、耐久性及び強度に富む水硬性複合物を得る。【解決手段】水硬性固化材としてのセメントをマトリクスとしてシュレッダーダスト等の破砕残渣物及び／または焼却灰等の粉粒状体を固化して水硬性複合物を製造する方法であって、水硬性固化材と、破砕残渣物及び／または粉粒体とを混練りする際に、起泡剤によって生成された所定量の気泡を導入する。これにより、混練り時間等の短縮を図ることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性固化材をマトリクスとして破砕残渣物及び／または粉粒状体を固化して水硬性複合物を製造する方法であって、前記水硬性固化材と、前記破砕残渣物及び／または粉粒体とを混練りする際に、気泡を導入することを特徴とする水硬性複合物の製造方法。
【請求項２】
前記気泡は、合成界面活性系又は加水分解蛋白系起泡剤により生成されたことを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項３】
前記破砕残渣物は、シュレッダーダストまたは合成樹脂破砕片であることを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項４】
前記粉粒状体は、焼却灰、溶融スラグ、フライアッシュ、炭、または金属粉であることを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項５】
前記水硬性固化材は、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、アルミナセメント、エコセメント、または混合セメントであることを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項６】
前記水硬性固化材は、前記気泡に混入して使用することを特徴とする請求項５に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項７】
フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、またはゼオライトの無機混和材が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入することを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項８】
アクリル、アクリル共重合を主成分とし、あるいはメチルセルロースを主成分とするもの、完全ケン化型ポリビニルアルコールを主成分とする有機剤が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入することを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項９】
リグニン、メラミン、ナフタリンスルホン酸、またはポリカルボン酸系減水剤が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入することを特徴とする請求項１に記載の水硬性複合物の製造方法。
【請求項１０】
請求項２記載の気泡と、請求項５乃至請求項８に記載の材料の少なくとも１種類が混入された気泡とを別系統で導入することを特徴とする水硬性複合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性固化材としてのセメントをマトリクスとしてシュレッダーダストや焼却灰、フライアッシュなどを固化して水硬性複合物を製造する製造方法に関し、特に混練時間を短く、単位水量を少なく、施工し易く、耐久性及び強度に富む水硬性複合物が得られるようにした製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境負荷低減を目的として、マトリクスを構成するセメントなどの水硬性固化材と、都市ごみ等の廃棄物焼却灰、産業廃棄物としてのペーパスラッジ等を混練して固化させた水硬性複合物を製造する技術が「エコセメント」等として種々提案されている（たとえば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１７２９５４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４５６５１号公報。
【０００４】
一方、産業廃棄物のうち、廃自動車や家電製品を工業用シュレッダーで破砕し、回収金属を取り除いた破砕残渣物であるシュレッダーダストがある。これらは通常、再利用されることなく最終処分場に埋め立てられる場合が多い。これらシュレッダーダストや、廃棄物焼却灰、各種合成樹脂の破砕片等をセメント等の水硬性固化材で固化させた水硬性複合物が製造できれば、資源リサイクル、省資源の観点から好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、シュレッダーダストには金属くず、廃プラスチック、ガラス等、比重がかなり異なるものが混在し、それらの大きさも様々である場合が多い。このため、セメント等の固化材料と、シュレッダーダスト等の破砕残渣物を均等に混ぜることは大変難しく、セメントがシュレッダーダストの回りに十分行き渡るようにするには長時間の混練りが必要である。また硬化前の取り扱いを容易にするために、所定のコンシステンシーを得るように多くの水を用いると、硬化後の強度と耐久性が低下する。また、焼却灰やフライアッシュの粒状体の添加比率を多くすると、混練後の水硬性複合物は粗く粘りも強くなり、取り扱いが難しくなるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決することを目的とし、短い混練時間で均等に混練りができ、適正な配合水量にすることができ、さらに混練後の比重や粘りを調整して、取り扱いが容易なようにした水硬性複合物の製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、混練し易く、硬化後は強度と耐久性に優れ、シュレッダーダスト等の破砕残渣物、焼却灰、合成樹脂などの破砕片、溶融スラグ、フライアッシュ、炭、金属の粉末などを多く含む硬化物を得るための混練条件について、鋭意深く検討を行った結果、配合水を投入する段階で気泡を導入することで、上記の従来の課題を一気に解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、水硬性固化材をマトリクスとして破砕残渣物及び／または粉粒状体を固化して水硬性複合物を製造する方法であって、前記水硬性固化材と、前記破砕残渣物及び／または粉粒体とを混練りする際に、気泡を導入することを特徴とする。
【０００９】
このとき前記気泡は、合成界面活性系又は加水分解蛋白系起泡剤により生成することが好ましい。
【００１０】
また、前記破砕残渣物として、シュレッダーダストまたは合成樹脂破砕片を用いることが好ましい。
【００１１】
同様に、前記粉粒状体として、焼却灰、溶融スラグ、フライアッシュ、炭、または金属粉を用いることが好ましい。
【００１２】
前記水硬性固化材は、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、アルミナセメント、エコセメント、または混合セメントを使用することが好ましい。
【００１３】
前記水硬性固化材は、前記気泡に混入して使用するが好ましい。
【００１４】
フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、またはゼオライトの無機混和材が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入するか、アクリル、アクリル共重合を主成分とし、あるいはメチルセルロースを主成分とするもの、完全ケン化型ポリビニルアルコールを主成分とする有機剤が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入するか、リグニン、メラミン、ナフタリンスルホン酸、またはポリカルボン酸系減水剤が少なくとも１種類以上混入された気泡を導入することが好ましい。
【００１５】
以上の場合、単独の気泡と、気泡に混入される材料の少なくとも１種類が混入された気泡とを別系統で導入するようにすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について、各実施の形態、実施例をもって説明する。
本発明の水硬性複合物の製造方法において、水硬性複合物のマトリクスを構成する水硬性固化材としてのセメント種類としては、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、アルミナセメント、エコセメント、または混合セメントが好適である。これらのうち、エコセメントは環境負荷低減型セメントして、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥等の廃棄物を主原料として成分調整されたセメントをさし、本発明では普通形エコセメント、速硬形エコセメントをいずれも適用可能である。
【００１７】
本発明で材料混練りに際し、導入される気泡は、合成界面活性系又は加水分解蛋白系起泡剤によって発泡されるのが好適である。例えば（株）エヌエムビー社製商品名「７０７」，（株）セルフォーム技術研究所社製商品名「セルフォームＬ−５０」，竹本油脂（株）社製起泡剤商品名「エアーセットＡ」，第一化成産業（株）社製商品名「パールクリート」，「モノクリート」等がある。その他の気泡剤も利用することができる。
【００１８】
導入する気泡の大きさの種類と投入量は、目標とする比重と強度、混練する材料の種類と状態によって適宜設定することが好ましい。気泡の導入量は例えば６００〜８００リットル／ｍ３、好ましくは６５０〜７５０リットル／ｍ３がよい。気泡の大きさは、例えば１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２５０μｍ程度がよい。
【００１９】
本発明の気泡を導入して製造する水硬性複合物の製造方法では、硬化させようとする破砕残渣物、粉粒状体の種類と材料に応じて、混練時における気泡の導入量を変更することが好ましい。例えば、破砕残渣物としてのシュレッダーダストや、粉粒状体としての焼却灰は、単味で用いてもよいし、併用して用いるまたは混合して用いることも可能である。またシュレッダーダストや焼却灰は乾いた状態でもよく、濡れた状態でも、本発明の手法は適用できる。濡れた時より乾いた時に投入する気泡導入量は多くなるが、混練後硬化が始まる時における比重は、変動幅を少なくすることができる。すなわち安定した品質の硬化物を得ることができる。
【００２０】
気泡導入量は容積で計量もできるが、吐出量は吐出時間と速度で管理することができる。発泡装置としては例えば（株）セルフォーム技術研究所の気泡発生装置「セルエース」などがある。よりよい効率を得ながら、気泡の大きさと供給量を確保する手段としてはノズルを選ぶ方法も考えられる。気泡の投入は機械化・自動化が可能である。
【００２１】
フライアッシュやゼオライトなどの無機混和材を気泡とともに混ぜるには、起泡剤加水時にこれらを混入することが好ましい。無機混和材の大きさは５０μｍ以下でよく、好ましくは３０μｍ以下が望ましい。これらの無機混和材は水硬性固化材としてのセメントと混ぜてもよく、必要に応じて気泡と共に、またはセメント又は他の材料と共に混入することも可能である。たとえば起泡剤で生成した気泡のみを供給する系統と、気泡にセメント、無機混和材、有機剤、減水剤等の他の添加材料を混入させた気泡を供給する系統とを分けて設置し、両者を混練り時に導入するタイミングを、同時にしたり、時間差を設けて行ったりすることで、混練り効率を調整することができる。セメントと他の材料と起泡剤とを一緒に用いる場合は、起泡剤を希釈する容器の中に攪拌器を用いる必要がある。さらに、これら無機混和材の供給装置は、生成された単独気泡あるいは添加剤を混入した気泡を導入するための系統（装置）と同様に機械化・自動化が可能である。
【００２２】
減水剤は、セメントペーストを混練するときに用いることができる。また、セメントペーストに導入する気泡の一部として用いることも可能である。使用する減水剤種類は、特に制限はない。例えば、ポリカルボン酸系減水剤も好適であり、ポリカルボン酸系減水剤の具体例としては、主成分がポリカルボン酸エーテル系の複合物（カルシウム・ベース）等がある。例えば（株）エヌエムビー社製商品名「ＳＰ−８ＨＥ」、花王（株）商品名「マイテイ２０００ＴＨ」等がある。また、ポリカルボン酸系の他にも、特に制限はない。リグニン系もメラミン系もナフタリン系も用いることができる。例えば、主成分が変性リグニン、アルキルアリスルホン酸及び活性持続ポリマーの複合物等がある。例えば（株）エヌエムビー社製の商品名「レオビルトＳＰ−９ＨＥ、又はＳＰ−９Ｒ」等がある。また、例えば主成分が高縮合芳香族スルホン酸化合物のものも利用することができ、例えば（株）エヌエムビー社製の商品名「レオビルトＮＬ−１４４０」等がある。また、例えば主成分がナフタリンスルホン酸・ホルマリン高縮合物塩のものも利用することができ、例えば花王（株）社製商品名「マイテイ１５０又は１００」等がある。その他の減水剤も利用することができる。
【００２３】
混練時において気泡が存在することにより、混練り材料の流動性が増し、混練し易く混練時間を短縮できる。しかし、硬化後の気泡の存在は、強度不良または軽量化の原因になる場合がある。ほとんどの気泡は、混練後の打設時に乾いたシュレッダーダストや焼却灰に吸収されるが、もっと確実に気泡をなくすには打設時に消泡剤を併用することも可能である。たとえばかなり濡れた状態のシュレッダーダストや焼却灰、フライアッシュ、貝灰を用いる場合は、セメントペーストの水量を減らしたり、消泡剤を用いることも考慮することが好ましい。たとえばかなり水分を含む焼却灰を用いた場合、混練後、打設のために約２０ｍの距離を搬送している途中、気泡が適度に消えていくことが確認できた。
【００２４】
硬化物中の気泡を少なくすることは、結果的に単位容積に対するシュレッダーダストや焼却灰などの導入量を多くすることである。泡の量を調節することにより硬化物の比重と強度を管理できる。
【００２５】
本発明を適用するための水硬性複合物を混合するミキサーは、パン型ミキサー、オムニミキサー、傾胴型ミキサーなど特に制限はない。小規模である場合、ハンドミキサーも用いることができる。なお、短い時間で混練ができ、短い時間で混合物を均等に分散できる。しかも、気泡を用いない従来の製造方法と比べると、減水剤も配合水量が少なくなり、硬化物の強度と耐久性の増進が得られる。
【００２６】
同じ材料を用い、減水剤と配合水量だけが異なる場合、本発明によりできた水硬性複合物は、従来の製造方法でできたものより２０％以上軽い場合においても、強度は大きい。しかも減水剤の使用量は１／２以下とすることが可能である。混練時間も短く、粘りも少ない。
【００２７】
破砕残渣物としてのシュレッダーダスト、合成樹脂破砕片、廃棄物粉粒状体としての溶融スラグ、フライアッシュ、炭、金属の微粉末、貝灰など種々のものが混練され、なお含水率がかなり異なる場合においても、本発明の手法は有効である。混練所要時間が短いので、施工性を満たす量の泡を早く補給できる。なお、泡の量は多くなっても、水量としてはわずかであるため、硬化物の強度と耐久性に対する影響は小さい。
【００２８】
本発明の手法で得られた水硬性複合物の養生は、従来のそれと同様の手段を採用することができる。例えば、蒸気養生も採用することができ、これによりひび割れ等の悪影響が発現することがない。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の作用を、従来の方法（比較例）と比較した各種実験結果を以下の実施例によって説明する。
（実施例１）
表１に示す配合率（混合比率）に従って、従来の製造方法（比較例）と本発明の気泡を用いる製造方法の実施例により硬化物を製造した。なお、表１においてセメントは太平洋セメント（株）社製の早強セメント、無機材としてエルケム・ジャパン（株）社製商品名「９４０−Ｕ」のシリカフュームと中部電力（株）のゼオライトを用いた。減水剤はナフタリンスルホン酸・ホルマリン高縮合物塩を主成分とした花王（株）製商品名「マイテイ１５０」、気泡剤は第一化成産業（株）社製商品名「パールクリート」を、発泡機は（株）セルフォーム技術研究所の商品名「セルエース」を用いた。焼却灰は、解体建築物を１，０００℃以上で燃やしたものであり、よく混合した。実験に用いる時は絶乾（絶対乾燥）状態であった。ミキサーは容量１００リットルのパン型ミキサーを用いた。
【００３０】
［表１］
2004292258.tif 000002
【００３１】
比較例として、セメントとシリカフューム・ゼオライトの混合品をよく混ぜた上、減水剤と水を混練し、さらに焼却灰を投入、本練りを行った。本発明の実施例による方法では、シリカフューム・ゼオライトの混合品をよく混ぜてペースト状にした上、気泡を導入し泡状のペーストにした後、比較例で用いた量と同量の焼却灰を投入、本練りを行った。焼却灰は乾いていたために、かなりの量の泡が消えていくことが認められた。
【００３２】
比較例と実施例による方法によるモルタルを、規定のφ１０×２０ｃｍ型枠に打設し、材令２８日における比重と強度を測定した。表２に結果を示す。なお、打設時、比較例によるモルタルは粘りが強いが、実施例によるモルタルは比重が比較的に軽く作業し易かった。本練り時間は、比較例では６分間を要したが、実施例による手法では１．５分間で混練できた。
【００３３】
［表２］
2004292258.tif 000003
【００３４】
（実施例２）
表３に示す配合率に従って、従来の方法（比較例）と本発明の実施例による方法により硬化物を製造した。なお、表３においてセメントは住友大阪セメント（株）社製の普通ポルトランドセメント、無機材は太平洋セメント（株）の高炉スラグ微粉末と中部電力（株）のゼオライトの混合品を、減水剤はポリカルボン酸を主成分とする（株）エヌエムビー社製商品名「レオビルト８Ｎ」を、細骨材は木更津産山砂を表乾状態で用いた。気泡剤は第一化成産業（株）社製商品名「モノクリート」を用いた。発泡機は（株）セルフォーム技術研究所の「セルエース」であり、シュレッダーダストは室内装飾材の廃品を粉砕したものであり絶乾状態で用いた。ミキサーはパン型ミキサーで容量は１４０リットルであった。
【００３５】
［表３］
2004292258.tif 000004
【００３６】
比較例と本発明の実施例によるモルタルを、規定のφ１０×２０ｃｍ型枠に打設し、材令５６日における比重と強度を測定した。結果は表４に示す。本練り時間は、比較例では４分間を要したが、実施例では１分間を要した。脱型した結果、比較例の供試体は比重は大きく、コンクリート表面にジャンカが目立った。
【００３７】
［表４］
2004292258.tif 000005
【００３８】
（実施例３）
表５に示す配合率に従って、従来の製造方法（比較例）と本発明の気泡を用いる製造方法により硬化物（実施例）を製造した。なお、表５においてセメントは太平洋セメント（株）社製の早強セメント、無機混和材は中部電力（株）社製のゼオライトとフライアッシュの混合品を、減水剤はポリカルボン酸を主成分とする花王（株）社製の商品名「マイテイ２０００ＴＨ」を、粗細骨材は（株）夏目砕石の石英片岩硬質砕石砕砂を表乾状態で用いた。気泡剤は第一化成産業（株）社製商品名「パールクリート」を用いた。シュレッダーダストは電線の被覆材を粉砕したものであり、灰は建築廃棄物の焼却灰である。灰は５０％程度の吸水状態であった。ミキサーはパン型であり、容量は１４０リットルである。
【００３９】
［表５］
2004292258.tif 000006
【００４０】
比較例と本発明の実施例によるコンクリートをφ１ｍのボイト管に高さ１ｍまで打設した。また、規定のφ１０×２０ｃｍ型枠に打設し、材令２８日における比重と強度を測定した。本練り時間は、比較例では６分間行ったが、充分に混練できたとは見えない。なお、粘りが強く左官仕上げが難しかった。本発明による手法では、１．５分間で充分に混練できた。ボイド管を取り除いてみると、比較例でのコンクリートは、材料分離したままで、セメントで被覆されていない状態のシュレッダーダストと灰が塊状の状態にある箇所が散見された。
【００４１】
［表６］
2004292258.tif 000007
【００４２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、破砕残渣物としてのシュレッダーダスト、合成樹脂破砕片、廃棄物焼却灰のような粉粒状体と、水硬性固化材としてのセメントとを混練りする際に、その混練時間を十分短縮することができる。また、混練りされるは材残渣物、粉粒状体が多種混合しても、また濡れた状態でも、濡れて吸水状態が異なる状態であっても十分な混練り状態を確保できる。この結果得られた水硬性複合物は、軽量で強度と耐久性に優れ、さらにこれらを軽量骨材とすることも可能にできるという効果を奏する。