(57)【要約】【課題】表面に保護層を形成しなくても耐海水性に優れるコンクリートを製造することができる水硬性組成物を提供する。【解決手段】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を含む水硬性組成物。前記焼成物としては、廃棄物起源材料の有効利用の促進や、コンクリートの作業性、強度発現性、耐海水性等の向上の観点から、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を１０〜２０質量％かつ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３の合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２を含むものであることが好ましい。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を含むことを特徴とする水硬性組成物。
【請求項２】
焼成物が、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を１０〜２０質量％かつ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３の合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２を含むものである請求項１に記載の水硬性組成物。
【請求項３】
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏、高炉スラグ粉末、水および骨材を含むことを特徴とするコンクリート。
【請求項４】
焼成物が、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を１０〜２０質量％かつ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３の合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２を含むものである請求項３に記載のコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰等の生活・産業廃棄物を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を含む水硬性組成物並びに前記焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を用いたコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋構造物や港湾構造物に使用されるコンクリートでは、海水中に含まれる塩化物イオンがコンクリート表面から浸透し、経時とともにコンクリート深部へ侵入する。コンクリート中の塩化物イオンの濃度が高くなると、コンクリート中の鋼材が発錆・腐蝕するため、コンクリートの劣化が生じ、コンクリートがひび割れたり、剥離するという問題がある。
【０００３】
従来より、コンクリート表面からの塩化物イオンの浸透を防ぐ方法として、コンクリートの表面にＦＲＰライニング等の保護層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３４４８５号公報（請求項４、［００１８］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来法では、コンクリートの硬化後にその表面に保護層を形成する必要があり手間のかかるものであった。また、表面の保護層の点検・補修が必要となるという欠点も有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を用いることによって、コンクリート表面に保護層を形成しなくても耐海水性に優れるコンクリートを製造することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００７】
即ち、本発明は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を含むことを特徴とする水硬性組成物である（請求項１）。前記焼成物としては、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を１０〜２０質量％かつ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３の合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２を含むものであることが好ましい（請求項２）。
また、本発明は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏、高炉スラグ粉末、水および骨材を含むことを特徴とするコンクリートである（請求項３）。前記焼成物としては、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を１０〜２０質量％かつ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３の合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２を含むものであることが好ましい（請求項４）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物について説明する。
前記焼成物の原料としては、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上と、必要に応じて、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などが用いられ、さらには、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原料を用いても良い。
【０００９】
本発明においては、廃棄物から主に由来する塩素およびナトリウム、カリウム等のアルカリを、焼成工程で蒸気圧の低いアルカリ塩化物に変換して揮発させて除去するため、上記焼成物の原料調整において、アルカリ塩化物を生成するのに十分な量のアルカリ源または塩素源を添加する、即ち、アルカリ量に比べ塩素量が過剰な原料に対してはアルカリ源を添加し、一方、塩素量に比べアルカリ量が過剰な場合は塩素源を添加することが好ましい。
なお、アルカリ源としては、炭酸ナトリウムまたはアルカリ含有廃棄物を使用することができる。塩素源としては、塩化カルシウムまたは塩化ビニル樹脂等の塩素含有廃棄物を使用することができる。
【００１０】
上記成分調整した原料を１２００〜１４５０℃で焼成した後、粉砕して、焼成物の粉砕物を調製する。
本発明において、焼成物の粉砕物のブレーン比表面積は３０００〜５５００ｃｍ２／ｇであることが好ましい。なお、本発明においては、前記焼成物を粉砕する際に石膏を添加し同時に粉砕しても良い。この場合、焼成物と石膏の混合粉砕物（混合粉砕物）のブレーン比表面積は、３０００〜５５００ｃｍ２／ｇであることが好ましい。
焼成物の粉砕物または混合粉砕物のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、コンクリートの強度発現性や耐海水性が低下するので好ましくない。ブレーン比表面積が５５００ｃｍ２／ｇを越えると、コンクリートの作業性が低下するので好ましくない。
【００１１】
本発明において上記焼成物は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（以降、Ｃ３Ａと略す）を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（以降、Ｃ４ＡＦと略す）を１０〜２０質量％かつＣ３ＡとＣ４ＡＦの合計量が２０〜３５質量％、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（以降、Ｃ２Ｓと略す）及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ２（以降、Ｃ３Ｓと略す）を含むものであることが好ましい。焼成物が前記鉱物組成を有するものであれば、該焼成物の調製において廃棄物起源材料の有効利用を促進することができるうえ、コンクリートの作業性、強度発現性、耐海水性等を良好なものとすることができる。
【００１２】
本発明の水硬性組成物は、上記焼成物の粉砕物と、石膏および高炉スラグ粉末を含むものである。
石膏としては、無水石膏、ニ水石膏、または半水石膏が挙げられる。
石膏の量は、焼成物の粉砕物１００質量部に対してＳＯ３換算で１．０〜６．５質量部が好ましく、１．５〜６．０質量部がより好ましい。石膏の量が、焼成物の粉砕物１００質量部に対してＳＯ３換算で１．０質量部未満では、コンクリートの作業性が低下するので好ましくない。６．５質量部を越えると、コンクリートの強度発現性や耐海水性が低下するので好ましくない。
石膏のブレーン比表面積は３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。なお、本発明においては、
前記のように焼成物を粉砕する際に石膏を添加し同時に粉砕しても良いし、焼成物の粉砕物に石膏を添加し混合しても良い。後者の場合、焼成物の粉砕物と石膏との混合物（混合物）のブレーン比表面積は、３０００〜５５００ｃｍ２／ｇであることが好ましい。混合物のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、コンクリートの強度発現性や耐海水性が低下するので好ましくない。ブレーン比表面積が５５００ｃｍ２／ｇを越えると、コンクリートの作業性が低下するので好ましくない。
【００１３】
高炉スラグ粉末の量は、焼成物の粉砕物１００質量部に対して５〜１５０質量部が好ましく、１５〜１００質量部がより好ましい。高炉スラグ粉末の量が、焼成物の粉砕物１００質量部に対して５質量部未満では、コンクリートの耐海水性が低下するので好ましくない。１５０質量部を越えると、コンクリートの初期強度発現性が低下するので好ましくない。
高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、３０００〜１００００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇであることがより好ましい。高炉スラグ粉末のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、コンクリートの耐海水性が低下するので好ましくない。１００００ｃｍ２／ｇを越えると、コストが高くなるうえ、コンクリートの作業性が低下するので好ましくない。
【００１４】
本発明のコンクリートは、前記焼成物の粉砕物、石膏、高炉スラグ粉末に加えて、水および骨材を含むものである。
骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等の細骨材、砕石等の粗骨材を使用することができる。水としては、水道水等を使用することができる。
なお、本発明のコンクリートにおいては、減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤を含む）、消泡剤等の混和剤を、本発明の目的を阻害しない範囲で使用することは差し支えない。なかでも、減水剤を使用することはコンクリートの作業性、強度発現性等が向上するので好ましいことである。
【００１５】
本発明において、コンクリートの混練方法は、特に限定するものではなく、例えば、
▲１▼焼成物の粉砕物、石膏、高炉スラグ粉末、骨材、水を個別にミキサに投入し混練する、
▲２▼予め焼成物の粉砕物と石膏を混合しておき（または焼成物と石膏を同時粉砕しておき）、該混合物、高炉スラグ粉末、骨材、水をミキサに投入し混練する、
▲３▼予め焼成物の粉砕物、石膏および高炉スラグ粉末を混合しておき、該混合物、骨材、水をミキサに投入し混練する、
などの方法が挙げられる。
また、養生方法も特に限定するものではない。
【００１６】
【試験例】
以下、試験例により本発明を説明する。
１．都市ゴミ焼却灰を原料とした焼成物の調製
表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰３２．６質量％、石灰石粉６４．２質量％、鉄原料２．７質量％、ソーダ灰（炭酸ナトリウム９９．６質量％含有：セントラル硝子社製）１．４５質量％を配合して成分調整した原料をロータリーキルンを用いて、１３００〜１４５０℃で焼成して、焼成物を調製した。表２に焼成物の鉱物組成を示す。
【００１７】
【表１】
2004137113.tif 000002
【００１８】
【表２】
2004137113.tif 000003
【００１９】
２．水硬性組成物の調製
上記得られた焼成物を縦型ミルで粉砕した後、半水石膏を焼成物の粉砕物１００質量部に対してＳＯ３換算で２．１質量部添加・混合して焼成物の粉砕物と半水石膏の混合物（混合物）を製造した。該混合物のブレーン比表面積は３９００ｃｍ２／ｇであった。該混合物および高炉スラグ粉末（ブレーン比表面積４５５０ｃｍ２／ｇ）を用いて、表３に示す割合の水硬性組成物を調製した。
【００２０】
【表３】
2004137113.tif 000004
【００２１】
３．コンクリート材料
コンクリート材料として、以下の材料を使用した。
水硬性組成物；上記調製した水硬性組成物
セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
高炉スラグ粉末；ブレーン比表面積４５５０ｃｍ２／ｇの高炉スラグ粉末
細骨材；陸砂
粗骨材；砕石
減水剤；「ポゾリスＮｏ．７０」（エヌエムビー（株）製）
水；水道水
【００２２】
表３の水硬性組成物および前記材料を、表４に示す割合で混練し、１０×１０×４０ｃｍの供試体を作製し、２８日間水中養生後、２０℃・湿度６０％の条件で２８日間乾燥させ、塩分浸透試験を行った。塩分浸透試験は、ＡＳＴＭ−Ｄ−１１４８−９８に準拠して作製した人工海水中に供試体を１年間浸漬して（なお、人工海水は１ケ月毎に交換した）、供試体表面からの塩分浸透深さを測定した。
結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】
2004137113.tif 000005
【００２４】
表４より、本発明の水硬性組成物を用いたコンクリート（試験例１〜４）では、塩分浸透深さが小さく、耐海水性が良好であることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水硬性組成物を用いたコンクリートでは、コンクリート表面に保護層を形成しなくても耐海水性に優れるものである。したがって、本発明のコンクリートを用いることにより、海洋構造物や港湾構造物の構築の手間を大幅に低減することができる。
また、本発明の水硬性組成物またはコンクリートは、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造するものであるので、資源の有効利用に大いに貢献することができる。