(57)【要約】【課題】焼却灰，石炭灰を低コストで大量に有効利用できるエコ石灰セメント及びその製造方法並びにエコ石灰セメント固化体の製造方法を提供する。【解決手段】都市ごみ焼却灰４０〜９８重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメントである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみ焼却灰４０〜９８重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項２】
都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰及び生石灰を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１に記載のエコ石灰セメントの製造方法。
【請求項３】
都市ごみ焼却灰２０〜９７重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項４】
都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰，生石灰，及び石膏を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項３に記載のエコ石灰セメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１，又は３において、焼却飛灰，下水汚泥焼却灰の少なくとも一方が混合されていることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項６】
請求項１，３，５の何れかに記載のエコ石灰セメントに、５〜６０重量％の水を加え、混練後、締固め・養生により固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法。
【請求項７】
請求項１，３，５の何れかに記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、１０ＭＰａ以上で圧縮成型して固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法。
【請求項８】
石炭灰８０〜１重量％、生石灰２０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、残部が都市ごみ焼却灰であることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項９】
請求項８に記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、圧縮成型して固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法。
【請求項１０】
都市ごみ焼却灰１〜９７重量％、生石灰１０〜１重量％、石炭灰２５〜１重量％、セメント２０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項１１】
都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰，生石灰及びセメントを含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１０に記載のエコ石灰セメントの製造方法。
【請求項１２】
都市ごみ焼却灰１〜９６重量％、生石灰２０〜１重量％、石炭灰５０〜１重量％、石膏１０〜１重量％、セメント４０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメント。
【請求項１３】
都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰，生石灰，石膏及びセメントを含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１２に記載のエコ石灰セメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はごみ焼却施設から排出された都市ごみ焼却灰，あるいは火力発電所から排出された石炭灰を主原料とするエコ石灰セメント、及びエコ石灰セメントの固化体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般都市ゴミの大半は焼却施設において焼却処理され、焼却灰として減容化された後、埋立て処分されている。しかしながら、今後、焼却灰の埋立て処分に要する埋立て地の確保はますます困難になるものと考えられる。
【０００３】
上記問題の解決策として、いわゆるエコセメントが開発されている。このエコセメントとは、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物、更に普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等を混合して成分調整したものを原料とし、これを１２００〜１５００℃で焼成してクリンカー（エコセメントクリンカー）とし、これを粉砕後、石膏及び石灰を混合することにより製造されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
このようにエコセメントは、高温で焼成することが必要であるため、処理に要するエネルギーが非常に大きく、また処理施設の消耗も非常に早いなど、コスト上大きな問題がある。
【０００５】
また、焼却灰をセメント補助剤としたり、固化させて建築材とすることが試みられている。例えば、▲１▼焼却灰を篩上物と篩下物に分け、篩下物を焼成し、固化材として用いる方法（例えば、特許文献４参照）、▲２▼焼却灰を粘土やガラス粉末と混合して成型し焼成することにより固化する方法（例えば、特許文献５参照）、▲３▼セメント、砂利などと混合して固化体を成型後、８５０度以上で焼成する方法（例えば、特許文献６参照）などいくつか提案されているが、いずれも、８００℃以上の高温で焼成する必要がある。
【０００６】
さらにまた、２５０〜３５０℃程度の水熱反応を利用して焼却灰を固化する方法（例えば、特許文献７参照）もあるが、強度が比較的小さいという問題がある。
【０００７】
このように上記エコセメントとする方法、セメント補助剤とする方法等、何れの方法にも問題があり、一般的に普及するには至っていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１６５４４６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−２１８６４５号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−２７８９１１号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開２０００−２８１３９７号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開２００２−２９８２１号公報
【００１３】
【特許文献６】
特許公開２００２−９７０６５号公報
【００１４】
【特許文献７】
特開２００１−２０５２４１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように都市ごみ焼却灰は、埋立て処分が一般的であるが、その埋立て地の確保が困難であり、焼却灰自体の有効利用が緊急の課題となっている。しかし、上記従来の焼却灰の有効利用は、焼成する方法がほとんどであり、高コストであるという問題がある。
【００１６】
また、火力発電所から排出される石炭灰も産業廃棄物として埋立て処分されており、上記同様にその有効利用が緊急の課題となっている。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、焼却灰，あるいは石炭灰を低コストで大量に有効利用できるエコ石灰セメント及びその製造方法並びにエコ石灰セメント固化体の製造方法を提供することを課題としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、都市ごみ焼却灰４０〜９８重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメントである。
【００１９】
ここで本発明における都市ごみ焼却灰とは、焼却施設で焼却処理されてこの焼却施設内に溜まった灰及び燃焼排ガス中から回収される飛灰を含むものであって、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３）を主成分としている。
【００２０】
また本発明における石炭灰は二酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）を主成分としている。
【００２１】
そして請求項１において、焼却灰，石炭灰，生石灰を上記重量％に規制したのは以下の理由による。
【００２２】
まず、焼却灰の重量％については、焼却灰の大量処分の観点からは多いほど良いのであるが、この焼却灰を固化体として有効利用する観点からは所要の強度を有する必要がある。即ち、焼却灰が４０重量％未満の場合には、焼却灰の大量処分の観点から効果が低く、一方焼却灰が９８重量％を越えた場合には、必要な強度が得られない。そこで焼却灰の含有量は４０〜９８重量％とした。
【００２３】
また石炭灰が３０重量％を超えると、それだけ焼却灰の処分量が減少することから焼却灰の大量処分の観点から見て不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００２４】
また生石灰が３０重量％を超えると、十分な強度が得られなくなり、またコストが高くなり不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００２５】
また主原料と混合材料とを混合したものを、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下となるよう微粉砕するようにしたのは、このように微粉砕することにより、固化体とした場合の強度を向上できるからである。最大粒径２００μｍを越える粒子が全体の１０％を越えて含まれると、必要な強度が得られなくなり、また均質性の低い材料となる。
【００２６】
請求項２の発明は、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰及び生石灰を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１に記載のエコ石灰セメントの製造方法である。
【００２７】
ここで都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級するのは、１９ｍｍの篩を通過しない粒径の焼却灰が異物（陶器片，鉄片等）を多く含むことと、次の微粉砕工程での処理に要する時間が長くなり、生産効率が低下するからである。
【００２８】
請求項３の発明は、都市ごみ焼却灰２０〜９７重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメントである。
【００２９】
ここで焼却灰，石炭灰，生石灰及び石膏を上記重量％に規制したのは以下の理由による。
【００３０】
まず、焼却灰の重量％については、焼却灰の大量処分の観点からは多いほど良いのであるが、この焼却灰を固化体として有効利用する観点からは所要の強度を有する必要がある。即ち、焼却灰が２０重量％未満の場合には、焼却灰の大量処分の観点から効果が低く、一方焼却灰が９７重量％を越えた場合には、必要な強度が得られない。そこで焼却灰の含有量は２０〜９７重量％とした。
【００３１】
また石炭灰が３０重量％を超えると、それだけ焼却灰の処分量が減少することから焼却灰の大量処分の観点から見て不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００３２】
また生石灰が３０重量％を超えると、十分な強度が得られなくなり、またコストが高くなり不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００３３】
さらにまた石膏が２０重量％を超えるとコストが高くなり不経済である。一方１重量％未満では強度増加の効果が十分得られない。
【００３４】
また主原料と混合材料とを混合したものを、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下となるよう微粉砕するようにしたのは、請求項１と同じ理由である。
【００３５】
請求項４の発明は、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と石炭灰，生石灰，及び石膏を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項３に記載のエコ石灰セメントの製造方法である。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１，又は２において、焼却飛灰，下水汚泥焼却灰の少なくとも一方が混合されていることを特徴としている。
【００３７】
請求項６の発明は、請求項１又は３に記載のエコ石灰セメントに、５〜６０重量％の水を加え、混練後、締固め・養生により固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法である。
【００３８】
請求項７の発明は、請求項１又は３に記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、１０ＭＰａ以上で圧縮成型して固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法である。
【００３９】
ここで成型圧力を１０ＭＰａ以上としたのは、１０ＭＰａ未満の場合、固化体の強度が十分に得られないからである。なお、成型圧力を大きくするほど固化体の強度が大きくなるが、圧縮成型装置の経済性を考慮すれば最大成型圧力は４０〜５０ＭＰａが現実的となる。
【００４０】
請求項８の発明は、石炭灰８０〜１重量％、生石灰２０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、残部が都市ごみ焼却灰であることを特徴とするエコ石灰セメントである。
【００４１】
上記石炭灰，生石灰，石膏の重量％を規制したのは以下の理由による。
【００４２】
石炭灰の重量％については、石炭灰の大量処分の観点からは多いほど良いのであるが、この石炭灰を固化体として有効利用する観点からは所要の強度を有する必要がある。即ち、石炭灰が１重量％未満の場合には、石炭灰の大量処分の観点から効果が低く、一方石炭灰が８０重量％を越えた場合には、必要な強度が得られない。そこで石炭灰の含有量は８０〜１重量％とした。
【００４３】
また生石灰及び石膏が２０重量％を超えると、それだけ石炭灰の処分量が減少することから不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００４４】
残部を都市ごみ焼却灰としたのは、都市ごみ焼却灰をできるだけ大量処分するとの観点からである。しかし本請求項８の発明は、焼却灰は必ずしも含有しなくてもよい。
【００４５】
請求項９の発明は、請求項８に記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、圧縮成型して固化させることを特徴とするエコ石灰セメント固化体の製造方法である。
【００４６】
ここで水を５〜６０重量％としたのは、混合水が６０重量％を超えると、エコ石灰セメントの凝結に要する時間が長くなり、生産効率が低下するからである。一方、１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００４７】
請求項１０の発明は、都市ごみ焼却灰１〜９７重量％、生石灰１０〜１重量％、石炭灰２５〜１重量％、セメント２０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメントである。請求項１１の発明は、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰，生石灰及びセメントを含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１０に記載のエコ石灰セメントの製造方法である。
【００４８】
請求項１２の発明は、都市ごみ焼却灰１〜９６重量％、生石灰２０〜１重量％、石炭灰５０〜１重量％、石膏１０〜１重量％、セメント４０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とするエコ石灰セメントである。
【００４９】
請求項１３の発明は、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰，生石灰，石膏及びセメントを含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕することを特徴とする請求項１２に記載のエコ石灰セメントの製造方法である。
【００５０】
ここで請求項１０〜１３における各主原料や混合材料の重量％の規制理由は以下の通りである。即ち、本請求項１０〜１３では、セメントを混合したので、必要な強度を得ることができ、その分、生石灰，石膏の混合量を例えば請求項１〜９の場合より少なくしている。生石灰や石膏の混合量を増加すると強度は向上するものの、急激に凝固し易い、あるいは乾燥し易いといったいわゆるワーカビリティが悪化するといった傾向がある。本請求項１０〜１３では、セメントの混合により必要な強度を確保して生石灰や石膏の混合量を少なくできるので、上記ワーカビリティを改善できる。
【００５１】
そして上記ワーカビリティの改善及び強度増加効果は、セメントの混合量を１重量％以上とすることにより得られ、この混合量を増加するほど大きくなる。一方、セメントの最大混合量は、生石灰及び石炭灰のみを混合する場合は２０重量％、さらに石膏を混合する場合は４０重量％とするのが目標とする強度等からみて経済的である。
【００５２】
また石炭灰は流動性を高める観点からは多量に混合することが望ましいが、石炭灰を増大するとそれだけ焼却灰の処理量が減少してしまう。請求項１０〜１３では、セメントを混合したので、必要な流動性が得られており、そのため石炭灰の混合量を少なくし、その分焼却灰の処理量を確保できる。
【００５３】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、都市ごみ焼却灰４０〜９８重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％を混合し、さらにこの混合体の９０重量％以上を最大粒径２００μｍ以下としたので、所要の強度を有する固化体とし得るエコ石灰セメントを得ることができ、都市ごみ焼却灰を埋め立て地を要することなく大量処分でき、かつ有効利用できる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と、石炭灰及び生石灰を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕するようにしたので、請求項１に記載のエコ石灰セメントを製造することができる。
【００５５】
請求項３の発明によれば、都市ごみ焼却灰２０〜９７重量％、生石灰３０〜１重量％、石炭灰３０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下としたので、所要の強度を有する固化体に固化できるエコ石灰セメントを得ることができ、都市ごみ焼却灰を埋め立て地を要することなく大量処分でき、かつ有効利用できる。
【００５６】
請求項４の発明によれば、都市ごみ焼却灰を１９ｍｍ以下の篩で分級してなる主原料と石炭灰，生石灰，及び石膏を含む混合材料とを混合し、混合体の９０重量％以上が２００μｍの篩を通過するまで微粉砕ようにしたので、請求項３に記載のエコ石灰セメントを製造することができる。
【００５７】
請求項５の発明によれば、請求項１，又は３のものに、焼却飛灰，下水汚泥焼却灰の少なくとも一方を混合したので、固化体とした際の所要の強度を確保しながら焼却飛灰，下水汚泥焼却灰の処理にも貢献できる。
【００５８】
請求項６の発明によれば、請求項１又は３に記載のエコ石灰セメントに、５〜６０重量％の水を加え、混練後、締固め・養生により固化させたので、簡単な操作によりエコ石灰セメントの固化体を得ることができる。
【００５９】
請求項７の発明によれば、請求項１又は３に記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、１０ＭＰａ以上で圧縮成型して固化させたので、固化体の強度を大きく向上できる。
【００６０】
ここで請求項６に記載したように、圧縮成型なしで固化させた固化体は、比較的低強度であるが、最終的に１５ＭＰａ以上の強度が期待できる。さらに硬化速度が速く、１時間程度で３  ＭＰａの強度が期待でき、緊急災害時の固化材、空洞充填材として利用可能である。また、絶乾状態の単位重量が１２ｋＮ／ｍ３  程度と軽量である。
【００６１】
一方、請求項７に記載したように、圧縮成型して固化させた固化体は、高強度で軽量という特性がある。例えば、２０ＭＰａのプレスで圧縮成型した場合は３０ＭＰａの強度をもち、絶乾状態の単位体積重量が１６〜１７ｋＮ／ｍ３  である固化体が製造できる。さらに例えば４０ＭＰａの高圧のプレスで圧縮成型することにより３０ＭＰａ以上の強度をもつ固化体が製造できる。
【００６２】
このように本発明によれば、都市ゴミ焼却灰からエコ石灰セメントを製造でき、エコ石灰セメントの固化体を製造できる。そして本発明では、都市ゴミ焼却灰を主原料としたことにより焼却灰を大量にかつ有効利用でき、焼却灰の処理費の大幅なコストダウンが可能になる。そして本発明のエコ石灰セメントは様々な有益な特性を持つので、有効利用の可能性が極めて高い。さらに焼成など高温処理を必要とせず微粉砕だけで製造できるので、低コストで大量の焼却灰を有効利用できる。
【００６３】
請求項８の発明によれば、石炭灰８０〜１重量％、生石灰２０〜１重量％、石膏２０〜１重量％を含み、残部を都市ごみ焼却灰としたので、所望の強度を有するエコ石灰セメントを得ることができ、ひいては火力発電所から排出された石炭灰を埋め立て地を要することなく大量処分でき、かつ有効利用できる。
【００６４】
請求項９の発明によれば、請求項８に記載のエコ石灰セメントに５〜６０重量％の水を加え、圧縮成型して固化させたので、強度の高いエコ石灰セメント固化体が得られる。
【００６５】
請求項１０，１１の発明によれば、都市ごみ焼却灰１〜９７重量％、生石灰１０〜１重量％、石炭灰２５〜１重量％にさらにセメント２０〜１重量％を添加し、全体の９０重量％以上を最大粒径２００μｍ以下としたので、生石灰の混合量を少なくでき、生石灰の混合量が多い場合に生じる急激な凝固によるワーカビリティの悪化の問題を改善でき、また大幅な強度増加を図ることができる。
【００６６】
また請求項１２，１３の発明によれば、都市ごみ焼却灰１〜９６重量％、生石灰２０〜１重量％、石炭灰５０〜１重量％、石膏１０〜１重量％にさらにセメント４０〜１重量％を添加し、全体の９０重量％以上を最大粒径２００μｍ以下としたので、生石灰や石膏の混合量を少なくでき、生石灰や石膏の混合量が多い場合に生じる急激な凝固や乾燥によるワーカビリティの悪化の問題を改善でき、また大幅な強度増加を図ることができる。
【００６７】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明に係るエコ石灰セメントの製造について説明する。
本発明のエコ石灰セメントは、例えば図１に示すフローに従って製造される。まず、都市ゴミ焼却灰をゴミ清掃工場の焼却設備から採取し、乾燥後、分級処理を行う。この分級処理は１９〜２ｍｍ篩により行なわれ、より好ましくは２ｍｍの篩により分級するのが最適である。この分級で得られる篩下物の細かい焼却灰をエコ石灰セメントの主原料とする。
【００６８】
また、篩上物はそのままでも良いが、混合に先立って予め磁力選別処理を行うことが好ましい。磁力選別処理の方法・条件は、公知の方法によって実施することができる。
【００６９】
都市ゴミ焼却灰中多量に含まれるＳｉ、Ｎａ、Ｋ等のほとんどは陶磁器及びガラスに含まれていたものであり、上記篩分けによって選別することが可能である。篩上物には陶磁器及びガラスのほか、空き缶等の金属（主として鉄分）も多く含まれており、これは磁力選別処理により効果的に選別することができる。選別された鉄等は、別途に再資源化することができる。
【００７０】
続いて、上記分級処理によって得られた篩下物の焼却灰に、生石灰、石炭灰、石膏を適量に加えて混合し、この混合体を微粉砕処理する。
【００７１】
この微粉砕処理は、上記混合体の最大粒径が２００μｍ以下程度になるまで微粉砕機によって行なわれる。この微粉砕機として通常の破砕機が使用可能であるが、本実施形態では、重力式ミキサ（容積０．７５ｍ３  ）を用いた。なお、本発明における微粉砕はミキサーを使用したものに限定されないことは勿論である。
【００７２】
上記重力式ミキサーに鉄球（直径３ｃｍを２０個、直径２ｃｍを２０個、直径１ｃｍを１０個）と、上記原料（焼却灰、生石灰、石炭灰、石膏）を入れ、１分間に３０回転程度の回転速度で１時間〜１２０時間程度連続回転させる。これにより本発明に係るエコ石灰セメントが製造される。
【００７３】
本実施形態では、上記ミキサーを１２時間連続回転させることにより、平均粒径４０μｍ程度のエコ石灰セメントが製造された。
【００７４】
図２は本実施形態におけるエコ石灰セメントの粒度分布を示す特性図であり、縦軸は体積、横軸は粒径を対数表示により表している。
【００７５】
図２に示すように、粒度分布は、８０μｍと３．５μｍをピークとした２つの凸形である。このような粒度分布となったのは、本実施形態における焼却灰が破砕しやすいものと破砕しにくいものとから構成されていたことが原因と考えられる。
【００７６】
表１は本実施形態で用いた都市ゴミ焼却灰の化学組成を示す。表１に示すように、本実施形態における焼却灰は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）、及び酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３  ）を主成分としており、その重量比は採取日により若干の違いがある。
【００７７】
【表１】
2004292300.tif 000003
【００７８】
図３は本実施形態の焼却灰のＸ線回析装置（ＲＩＮＴ−２５００（株）リガク）による定性分析結果を示す。焼却灰はムライト（Ａｌ６  Ｓｉ２  Ｏ１３  ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）が主組成である。
【００７９】
表２は石炭灰の化学成分を示す。同表に示すように石炭灰の主成分は二酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３  ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）である。
【００８０】
【表２】
2004292300.tif 000004
【００８１】
図４は固化したエコ石灰セメントのＸ線解析装置（ＲＩＮＴ−２５００（株）リガク）による定性分析結果を示す。同図に示すようにカルサイト（ＣａＣＯ２  ）とゲレナイト（Ｃａ２  Ａｌ２  ＳｉＯ２  ）が主組成である。水和反応によりカルサイトが生成されている。
【００８２】
焼却灰の主構成物であるムライト（Ａｌ６  Ｓｉ２  Ｏ１３  ）の強度（ＣＰＳ）が小さく、量的に少なくなっていることが特徴的である。
【００８３】
次に本発明の効果を確認するために行なった実験例について説明する。
【００８４】
〔実験例１〕
分級した細かい焼却灰に、全重量に対して生石灰５〜２０重量％、石炭灰５〜２０重量％となるように混合し、この混合体を全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍとなるように微粉砕することによりエコ石灰セメントを製造した。このエコ石灰セメントを用いて一定の密度（絶乾状態で単位体積重量１３ｋＮ／ｍ３  程度）になるように、突固めて直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱供試体を作製した。この供試体を一週間と四ヶ月の養生後、圧縮強度試験を行った。
【００８５】
表３は、上記生石灰，石炭灰の混合率（重量％）と強度を示す。同表において、Ｉは生石灰２０重量％、石炭灰２０重量％、ＩＩは生石灰１０重量％、石炭灰２０重量％、ＩＩＩ  は生石灰２０重量％、石炭灰１０重量％、ＩＶは生石灰１０重量％、石炭灰１０重量％、Ｖは生石灰５重量％、石炭灰１０重量％、ＶＩは、生石灰５重量％、石炭灰５重量％の場合の実験結果を示す。
【００８６】
一週間養生後、Ｉの強度は０．９２ＭＰａ、ＩＩの強度は１．１１ＭＰａ、ＩＩＩ  の強度は３．５７ＭＰａ、ＩＶの強度は３．２５ＭＰａ、Ｖの強度が１．５８ＭＰａ、ＶＩの強度が１．１２ＭＰａであり、その中でＩＩＩ  の強度が最も大きい。同様に、四ヶ月養生後でも、Ｉ〜ＶＩの中でＩＩＩ  が最も大きい。このことから単に生石灰、石炭灰を増加させても強度は増加せず、また生石灰、石炭灰を少なくしても強度は増加しないことが判る。すなわち、特定の混合率で最も強度が大きくなることが明らかになった。なお、養生は、気温２０±３、湿度９０％以上のコンクリート養生室に気中に静置して行った。以下の実験例も同じ養生方法で行っている。
【００８７】
【表３】
2004292300.tif 000005
【００８８】
〔実験例２〕
上記実験例１では混合材料には石膏が加えられていないが、本実験例２では石膏も加えている。本実験例２では、焼却灰と、これに添加する生石灰、石炭灰、石膏の混合率（重量％）を表４に示すように６種類とし、混合微粉砕をミキサーで１時間行い、エコ石灰セメントを製造した。
【００８９】
そして図５に示すように、上記エコ石灰セメントに２０重量％の水を加え、混練りした後、これを直径５ｃｍ高さ１０ｃｍの円柱型枠に入れて締固めを行った。その後、４週間養生を行った後、固化させた供試体で圧縮試験を行った。
【００９０】
上記供試体の圧縮強度を表４に示す。試料番号▲１▼，▲２▼，▲３▼の場合、生石灰は何れも２０重量％、石炭灰は何れも１０重量％と同じであり、石膏だけは１５、５、１重量％と変化させてある。
【００９１】
圧縮強度は、試料番号▲１▼（石膏１５重量％）の場合６．７ＭＰａ、試料番号▲２▼（石膏５重量％）の場合６．４ＭＰａ、試料番号▲３▼（石膏１重量％）の場合５．４ＭＰａである。すなわち、石膏量が多い方が強度が大きいが、その値の変化は小さい。
【００９２】
試料番号▲４▼と▲５▼では、生石灰量は１０重量％、石炭灰は１０重量％と同じであり、石膏については試料番号▲４▼は１５重量％、試料番号▲５▼は５重量％と変化させてある。また試料番号▲６▼では、生石灰，石炭灰は５．０重量％であり、石膏については１．０重量％となっている。試料番号▲４▼の強度は６．７ＭＰａ、試料番号▲５▼の強度は１３．７ＭＰａ，試料番号▲６▼の強度は４．３ＭＰａである。試料番号▲１▼〜▲６▼の中でも、試料番号▲５▼の強度が、もっとも大きく、その値は他と比較しても２倍以上ある。このことから本実施形態の焼却灰の場合、試料番号▲５▼の混合率が最適であると考えられる。すなわち、強度を最も大きくするには、生石灰、石膏の混合量を単に増加させるのではなく、試料番号▲５▼に示す混合率付近に設定するのが効果的であることが判る。
【００９３】
【表４】
2004292300.tif 000006
【００９４】
〔実験例３〕
本実験例では、圧縮強度と混合水と養生期間の関係を調べた。
焼却灰７５重量％、生石灰１０重量％、石炭灰１０重量％、石膏５重量％とし、ミキサーによる１２時間微粉砕によりエコ石灰セメントを製造した。本実験例３における混合率は上記表４の試料番号▲５▼と同じである。このエコ石灰セメントに対して、水の混合率を４０重量％，及び４５重量％として上記と同様に供試体を製造した。
【００９５】
図７は、上記供試体の圧縮強度と養生日数の関係を示す。同図に示すように混合水が４０重量％の場合、圧縮強度は、養生日数２週間まで増加するが、その後の一週間は強度が増加しない。そしてまたその後、強度が増加する。強度の伸びが一定でないが、養生日数の増加と共に確実に強度が増加している。
【００９６】
一方混合水が４５重量％の場合は、初期の強度増加が３週間程度まで継続するが、その後は強度はほとんど変化しない。
【００９７】
上記混合水が４５重量％の場合、固化体の絶乾状態の単位重量は１１．１〜１３．２ｋＮ／ｍ３  で、４０重量％の水を加えた場合、１２．８〜１３．０ｋＮ／ｍ３  である。絶乾状態の単位重量は、４０重量％の方が重くなる。養生後の湿潤状態の単位重量は二つとも値は大きく変わらず、１７．５〜１９．０ｋＮ／ｍ３  である。この値は、通常の土砂の単位重量と同じであり、また軽量骨材コンクリートの重量とも同じである。
【００９８】
〔実験例４〕
本実験例４では凝結特性を調べた。
本発明のエコ石灰セメントは凝結時間が、短いという特性がある。その特性を明らかにするために従来のセメントの凝結試験に準じて凝結試験を行った。本来の凝結試験は、標準軟度になるような混合水量を加えて試験を行うが、エコ石灰セメントは早期に凝結するので、本来の凝結試験と同様に標準軟度になる混合水量を定めることができない。そこで、混合水を４０重量％、４５重量％、６０重量％となるように加えて３種類の供試体を製造し、凝結試験を行った。凝結の始発、凝結の終結はセメント凝結試験と同じとした。なお、エコ石灰セメントは実験例３と同じエコ石灰セメントを用いた。
【００９９】
表５は上記凝結試験によるエコ石灰セメントの試験結果を示す。水を４０重量％混合した場合、凝結の始発が９分１０秒、凝結の終結が４４分とかなり短い。普通ポルトランドセメントの凝結の始発は６０分以上、超早強でも４４分以上である。これらの値と比較するとコンクリートの凝結より、時間が短い。
【０１００】
水を４５重量％混合した場合、凝結の始発が１５分２０秒、凝結の終結が５７分である。さらに水を６０重量％混入した場合は、凝結の始発が１時間１３分、凝結の終結は４０時間である。水が多くても凝結は早いことが判る。
【０１０１】
【表５】
2004292300.tif 000007
【０１０２】
〔実験例５〕
本実験例５では、焼却灰７５重量％、生石灰１０重量％、石炭灰１０重量％、石膏５重量％としてエコ石灰セメントを製造し、締固めとプレス成型（圧縮成型）により供試体を製造した。図６はエコ石灰セメントを圧縮成型する固化方法のフローを示す。
【０１０３】
図６に示すように、エコ石灰セメントに、２０重量％の水を加え、混練り後、１０ＭＰａと２０ＭＰａの応力で直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱供試体に成型した。
【０１０４】
絶乾状態の単位体積重量は、締固めのとき１２．２〜１３．８ｋＮ／ｍ３  、１０ＭＰａのとき１３．１〜１３．６ｋＮ／ｍ３  、２０ＭＰａのとき１５．０〜１７．０ｋＮ／ｍ３  であった。これらの供試体の２週間養生後の圧縮強度は、締固めのときの強度は６．４２ＭＰａ、プレス応力１０ＭＰａのときの強度は５．９１ＭＰａ、プレス応力２０ＭＰａのときの強度は３６．８  ＭＰａであった。
【０１０５】
締固めたときの強度が、プレス応力１０ＭＰａで成型した強度より大きい。これは、供試体の絶乾状態の単位体積重量において、締固めで成型された値が、プレス応力１０ＭＰａで成型した値とほとんど同じであり、水の混合量がプレス応力１０ＭＰａの場合の方が、締固めで成型された場合より少ないことが原因として考えられる、しかし、両者の強度差は少ない。
【０１０６】
一方、プレス応力２０ＭＰａで成型した場合は、３０ＭＰａ以上の圧縮強度が得られている。これは高強度のコンクリートと同等の圧縮強度である。これは特筆すべきことである。
【０１０７】
〔実験例６〕
本実験例６は、請求項８，９の発明にかかるエコ石灰セメントの効果を確認するために行ったものである。
【０１０８】
図８は実験例６の結果を示す。本実験例６では、生石灰及び石膏の混合率をそれぞれ１０重量％一定とし、石炭灰の混合率を１０重量％〜８０重量％に変化させるとともに、残部を都市ごみ焼却灰とし、混合水量の割合を変化させて直径５０ｍｍ，高さ１００ｍｍの各供試体（試料番号▲１▼〜（１７））を作製した。そして各供試体の圧縮強度をそれぞれ７日，１４日，２１日，２８日，８４日の養成日数経過後に計測した。より具体的に説明すれば、試料番号▲１▼は石炭灰は含まず、生石灰，石膏をそれぞれ１０重量％，都市ごみ焼却灰を８０重量％とした試料を示し、試料番号（１７）は焼却灰は含まず、生石灰，石膏をそれぞれ１０重量％，石炭灰を８０重量％とした試料を示している。
【０１０９】
実験結果において、まず注目すべきは試料番号（１５），（１６）であり、この２つの試料は石炭灰が６０重量％で混合水量がそれぞれ３０重量％，４５重量％の場合に、８４日経過後の圧縮強度が３３〜３７Ｎ／ｍｍ２  と最も高いことを示しており、これは高強度コンクリートに匹敵する。また試料番号（１７）は、石炭灰８０重量％の場合に８４日経過後の圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ２  と非常に高いことを示しており、これらの試料（１５）〜（１７）から大量の石炭灰を含有させることにより圧縮強度を向上でき、石炭灰の有効利用が可能であることを示している。また石炭灰の混入率が４０重量％以下の試料番号▲２▼〜（１１）の場合には、混合水の多寡により圧縮強度は変動しているが、何れのピーク値も固化体として十分に有効利用できる強度である。
【０１１０】
また、何れの試料においても経時的な圧縮強度は８４日まで養成日数が経過するにしたがって増加している。石炭灰の混入率を２０重量％とした試料番号▲３▼〜▲５▼の場合には、混合水量を２５重量％（試料番号▲３▼）することにより、３０重量％，４５重量％（試料番号▲４▼，▲５▼）とした場合に比べて圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ２  と高くなっており、これはコンクリートと同じ性質である。石炭灰の混入率を４０重量％とした試料番号（１２）〜（１４）の場合には、混合水量が少ないほど圧縮強度が高くなっている。これに対して、石炭灰の混入率を３０重量％とした試料番号▲６▼〜（１１）の場合には、混合水量を２５重量％，３０重量％（試料番号▲６▼，▲７▼）とした場合に比べて、混合水量を３７．５重量％とした試料番号▲９▼の圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ２  と高くなっている。
【０１１１】
〔実験例７〕
図９（ａ），（ｂ）は実験例７の結果を示す。本実験例７では、生石灰，石膏がそれぞれ１０重量％一定、石炭灰の混入率がそれぞれ２０，４０，６０，８０重量％で、残部都市ごみ焼却灰とし、混合水量が３５重量％の各試料（試料番号１〜４）と、同様に石炭灰の混入率がそれぞれ２０，４０，６０，８０重量％で、混合水量が４５重量％の各試料（試料番号５〜８）の凝結特性を調べた。この凝結特性の計測方法は、上述の実験例４と同様である。
【０１１２】
試料番号１〜８の何れも石炭灰の混合率が増加するにしたがって凝結の始発時間が長くなっている。この凝結の始発時間の増加の割合は混合水量を４５重量％とした場合が大きくなっている。
【０１１３】
上記凝結の始発時間を、表６に示したコンクリートの凝結の基準値と比較すると、混合水量を４５重量％とした試料番号５〜８の場合は何れも始発時間が１時間以上と各コンクリートの始発時間より長くなっている。また、混合水量を３５重量％とした場合、試料番号１以外のものは始発時間が１時間以上と各コンクリートの始発時間より長くなっている。一方、試料番号１〜８の何れも、凝結の始発から終結までの時間は基準値より短かい。このことは混練りしてから凝結が始まるまでの時間が長いということ、及び打設した後は早期に凝結するということを意味している。これは施工のし易さという観点から見ると、ワーカビリティが高いといえる。
【０１１４】
以上のことから、エコ石灰セメントの圧縮強度と凝結時間の関係を検討することにより、さまざまな用途に適用可能であるといえる。
【０１１５】
【表６】
2004292300.tif 000008
【０１１６】
〔実験例８〕
本実験例８は請求項１０，１１の発明の作用効果を確認するために行なった。
分級した細かい焼却灰に、全重量に対して生石灰１〜１０重量％、石炭灰１〜２５重量％、セメント１〜２０重量％となるように混合し、この混合体を全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍとなるように微粉砕することによりエコ石灰セメントを製造した。このエコ石灰セメントを用いて一定の密度（絶乾状態で単位体積重量１３ｋＮ／ｍ３  程度）になるように、突固めて直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱供試体を作製した。この供試体を１週間養生後、圧縮強度試験を行った。
【０１１７】
表７は、上記焼却灰，生石灰，石炭灰，セメントの混合率（重量％）と強度を示す。同表において、焼却灰６５重量％、生石灰１０重量％、石炭灰２５重量％、セメント０重量％の場合の１週間養生後の強度は１．６ＭＰａであったのに対し、焼却灰４５重量％、生石灰１０重量％、石炭灰２５重量％、セメント１０重量％の場合の１週間養生後の強度は３．１６ＭＰａと大幅に増大した。
【０１１８】
【表７】
2004292300.tif 000009
【０１１９】
〔実験例９〕
上記実験例８では混合材料には石膏が加えられていないが、本実験例９では石膏も加えている。本実験例９では、焼却灰と、これに添加する生石灰、石炭灰、石膏及びセメントの混合率（重量％）を表８に示すように４種類とし、混合微粉砕をミキサーで１時間行い、エコ石灰セメントを製造した。具体的には、生石灰１０重量％一定、石炭灰２５重量％一定、及び石膏５重量％一定とし、セメントの添加量を０，３，５，１０重量％と変化させ、残りを都市ごみ焼却灰とした。これらの主原料及び混合材料を直径５ｃｍの鋼球を用いて微粉砕した。
【０１２０】
そして上記エコ石灰セメントに３５重量％の水を加え、混練りした後、これを直径５ｃｍ高さ１０ｃｍの円柱型枠に入れて締固めを行った。その後、４週間養生を行った後、固化させた供試体で圧縮試験を行った。
【０１２１】
上記表８に示すように、セメント０重量％の場合、４週間養生後強度は６．５７ＭＰａであるのに対し、セメントの重量％が３％，５％，１０％の場合、それぞれ９．８ＭＰａ、１１．６ＭＰａ、２２．１ＭＰａと大幅に増大している。このようにセメント量が増えるほど強度が増加する。そしてその強度は一般的なコンクリートと比較しても遜色のない強度である。
【０１２２】
【表８】
2004292300.tif 000010
【０１２３】
〔実験例１０〕
本実験例１０は、上記主原料，混合材料をさらに細かく微粉砕することにより強度をさらに高めることができることを確認するために行なった。
【０１２４】
従来は直径５ｃｍ  の鉄球で粉砕していたが、さらに微粉砕するために直径１０ｃｍの鉄球で微粉砕を行なった。
【０１２５】
上記微粉砕による粒度分布を図１０に示す。同図において、粒径が大きいエコ石灰セメントの特性線は直径５ｃｍ  の鉄球で微粉砕したものを示しており、エコ石灰セメントの特性線は直径１０ｃｍの鉄球で微粉砕したものである。
【０１２６】
同図に示すように上記２  つのエコ石灰セメントの通過百分率５０％  は、ほとんど変わらないが、エコ石灰セメントの大きな粒径が少なくなっていることが分かる。
【０１２７】
そして生石灰１０重量％，石炭灰２５重量％，石膏５重量％と、セメントと焼却灰とを合計で６０重量％とし、さらにセメントを０〜３０重量％とし、混合水量を２５〜４５重量％とした。
【０１２８】
結果を表９に示す。同表からセメント量が増えるほど、水分量が少ないほど強度が増加することが判る。この場合の強度は従来のコンクリートと比較しても遜色のない強度である。
【０１２９】
【表９】
2004292300.tif 000011
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるエコ石灰セメントの製造フローを示するフローチャートである。
【図２】上記エコ石灰セメントの粒度分布を示す特性図である。
【図３】ＸＲＤ解析による焼却灰の定性分析図である。
【図４】ＸＲＤ解析による固化したエコ石灰セメントの定性分析図である。
【図５】上記エコ石灰セメントを締め固める固化方法を示すフローチャートである。
【図６】上記エコ石灰セメントをプレス成型する固化方法を示すフローチャートである。
【図７】水の混合率を４０重量％，４５重量％のとした場合の、圧縮強度と養生日数の関係を示す特性図である。
【図８】請求項８，９の発明のエコ石灰セメントの効果を確認するために行った実験結果を示す図である。
【図９】上記エコ石灰セメントの混合水量を３５重量％，４５重量％とした場合の石炭灰混入率と凝結時間との関係を示す図である。
【図１０】エコ石灰セメントの粒度分布を表す特性図である。
【図１】
2004292300.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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