(57)【要約】【課題】産業廃棄物として発生する石炭灰と廃ガラスを利用して保水性のコンクリートブロックを作り、安くて施工上問題のない保水性及び吸水性に優れ、緑化可能なコンクリートブロックの提供。【解決手段】表面に発泡ガラス８，８・・を有した発泡ガラス層２を形成し、内部には骨材の一部を石炭灰で置き換えることで、吸水性や保水性を備えた保水性ブロックである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に発泡ガラスを有し、内部に通水孔及び空隙を有するモルタルやコンクリートブロック、又はそれらの層を有することを特徴とする発泡ガラスを用いた保水性ブロック。
【請求項２】
表面の発泡ガラスを被覆層として形成した請求項１に記載の発泡ガラスを用いた保水性ブロック。
【請求項３】
上記発泡ガラスを有する部分あるいは発泡ガラスで被覆した層が１〜５ｃｍの凹凸形状とした請求項１、又は請求項２記載の発泡ガラスを用いた保水性ブロック。
【請求項４】
表面に光触媒または光触媒とゼオライトなどの吸着剤を含むモルタルを被覆してコケ類の生育をおさえた請求項１、請求項２、又は請求項３記載の発泡ガラスを用いた保水性ブロック。
【請求項５】
上記表面の凹凸のうち凸の部分にのみ表面に光触媒または光触媒と吸着剤を含むモルタルを被覆して凸の部分のコケ類の生育をおさえ、凹の部分でコケ類の生育を促すようにした請求項１、請求項２、又は請求項３記載の発泡ガラスを用いた保水性ブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は産業廃棄物の石炭灰と廃ガラスを発泡させた発泡ガラスを有効に活用し、公共工事等で用いる保水性を備えたコンクリートブロックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭灰をコンクリートブロックの構成材料として用いるものとしては、単に石炭灰を骨材の一部と置き換えたもの、或いは石炭灰が軽量であることを利用して軽量コンクリートブロックとしたりするものなどがある。また、発泡ガラスをコンクリートブロックの構成材料として用いるものとしては、発泡ガラスをコンクリートの表面に被覆することにより光の反射を大きくさせたものなどがある。
【０００３】
また、コンクリートの吸水性を増加させたものとしては、中に微粉砕した繊維を混入させたものがある。そして、コンクリートの表面を緑化するものとしては表面をポーラスコンクリートにし、空隙に植生基盤材を挿入したもの、あるいはコンクリートブロックに凹型の部分を設け、そこに植生基盤材を挿入したものなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートは水密性が高く吸水率も通常のコンクリートの場合約１％以下である。このため、骨材の一部を石炭灰で置き換えた場合、石炭灰の持つ空隙により水密性が低下し吸水率や保水率が増加する。しかし、この場合コンクリートの強度が低下するため、大量に使用する場合にはコンクリートブロックの基準強度を満足しない。このため強度の低下する分を石炭灰やセメントの粒度分布を改善したり、ゼオライトやシリカフュームを加え補ったりする必要があるが、これらを加えるとそれによるコストアップが生じる。
【０００５】
また、コンクリートに発泡ガラス等ガラス質の物を添加するとアルカリ骨材反応により、コンクリートがひび割れを起こしたりする。そして、コンクリートに繊維を混入させた場合、コンクリート製造時に材料の混合性が低下して材料が十分に混ざらない為、繊維を細かく微粉砕する必要がある。軽量コンクリートブロックとしての利用は建築用としての利用が殆どであり、石炭灰にケイ酸、石灰、パーライト等を加えプレス成形後蒸気養生したり、或いはオートクレーブ養生したり、焼成したりする必要があり、コストアップとなる。
【０００６】
この為、産業廃棄物としての石炭灰や廃ガラスをコンクリートブロックとして有効に活用出来ていないのが現状である。また、表面をポーラスコンクリートにし、空隙に植生基盤材を挿入したり、あるいはコンクリートブロックに凹型の部分を設けてそこに植生基盤材を挿入したりした場合、たとえば雨水や流水により空隙の植生基盤材が流出するおそれがあり、コンクリートブロック面の緑化は容易でない。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点を解決する為になされたものであって、その解決すべき課題は、産業廃棄物としての石炭灰と廃ガラスを発泡させた発泡ガラスを最大限に活用して、吸水性や保水性が高くて安価で施工上問題のない保水性及び吸水性に優れ、緑化可能なコンクリートブロックを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明が採った手段は、表面に発泡ガラスを有し表面からの水分の蒸発を促すとともに、内部に通水孔及び空隙を有することで、内部に吸水性や保水性を備えたコンクリートブロックとするものである。
【０００９】
請求項２においては、発泡ガラスを層状とすることにより、発泡ガラスの水分の蒸発をより効果的とするものである。
【００１０】
請求項３においては、発泡ガラスを有する部分あるいは発泡ガラスの層の表面に１〜５ｃｍの凹凸を付けることにより、コケ類の胞子の着装を促すとともに、発芽した胞子の流水或いは風雪による滑落を抑制し、また、表面積を大きくすることで水分の蒸発量を向上し、湿度を高くしてコケ類の繁殖を促すものである。
【００１１】
請求項４においては、該ブロックを公園の園路用ブロックとして用いた場合、コケ類が繁殖して人が滑って転ぶことを防止する為、表面に光触媒または光触媒と吸着剤を含むモルタルを被覆してコケ類の生育を抑えるものである。この場合、発泡ガラスが表面に多くの孔あるいは凹凸を有することから被覆した光触媒又は光触媒と吸着剤を含むモルタルが剥離しにくくその効果が長持ちするものである。
【００１２】
請求項５においては、該ブロックが大気の浄化用として機能する場合で、凸の部分では光触媒作用で空気中の窒素酸化物を分解し、凹部では溶出した窒素、或いは燐を受け止めて肥料分としコケ類の成育を促すものである。また、公園の園路用ブロックとして用いた場合、凹部ではコケ類を成育させ緑化を図ると共に、人の足が載る凸部はコケ類の繁殖を抑制して人が滑って転ぶことを防止するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は実施の形態に係る保水性ブロックの構成図、図２はブロックを敷設した状態を示す断面図、図３は既設壁面に保水性ブロックを敷設した状態を示す断面図である。
【００１４】
本発明の実施形態に係るブロックＡは図１に示すように、骨材の一部を石炭灰で置き換えたコンクリート層１と、その表面には多数の発泡ガラス８，８・・が点在した発泡ガラス層２から構成されている。ここで、発泡ガラス８とは廃ガラスを高温の釜で発泡させたものである。
【００１５】
ブロックＡを製造する場合には、型枠の底面に発泡ガラスを敷設し、その上に骨材の一部を石炭灰で置き換えたコンクリート配合物を投入する。そして、バイブレーターをかけた後天端均をし、蒸気養生して製造する。なお、発泡ガラスがコンクリート配合物に埋没するのを防ぐために、発泡ガラスを型枠の底面に敷設する時に寒天或いは砂を用いることもできる。また、表面に凹凸を有する型枠を用いてその凹部分に発泡ガラスを敷設して製造することもある。
【００１６】
骨材の一部として使用される石炭灰には、フライアッシュとクリンカアッシュがある。また、このとき発泡ガラスあるいは石炭灰には種子や弱酸性溶液あるいは砕石あるいは接着剤や顔料及び繊維を混入してもよい。また、ポーラスコンクリートとしてもよい。また、養生方法は自然養生でもよい。養生後脱型して製品置き場へ移動させ段積みし、自然養生する。
【００１７】
このとき、コンクリートの細骨材の一部を石炭灰で置き換えた層がコンクリートブロックの基準強度を満たさない場合、或いはブロックに鉄筋を挿入する場合は、骨材の一部を石炭灰で置き換えない層を設置することもできる。
また、植物が生育するにはＰＨで６〜７の弱酸性が好適とされているのに対し、コンクリートはＰＨで１１〜１３の強アルカリ性であることから、弱酸性の水溶液を上記保水性コンクリートに吸水させることによりこのアルカリ性を改善させたり、水溶性の肥料を吸水させることによりコケ類の生育を促すこともできる。
【００１８】
また、コケ類の生育を促すよう内部に水分の貯水槽と養分の貯留槽を設置することもできる。図４は貯水槽３を有すブロック形態を示す具体例であり、この場合、保水性コンクリート層４が通水性を有することから該貯留槽３からブロック表面５へ晴天時に適宜水分が供給され、ブロック表面５が適度な水分を有することができる。なお、貯留槽３内には工事によって発生する土を投入し、ブロック重量を増加させ、ブロックの安定を図ることができる。この場合、土と共に植生基盤材あるいは保水材、肥料などを投入することもできる。また、ブロック表面５或いは背面に通水孔や通気孔を設け雨天時に貯留槽３に水分を補給することもできる。
【００１９】
なお、石炭灰の一例として例示したフライアッシュやクリンカアッシュの入手方法は特に限定されるものではないが、たとえば火力発電所における副産物として安価に入手可能である。  フライアッシュは、例えば、石炭の燃焼時に発生する溶融状態となった灰（石炭灰）の粒子が、高温の燃焼ガス中を浮遊して運搬された後に、ボイラ出口での温度低下により粒径微粒子となったところを電気集塵機にて補足することで入手可能である。このようにして得られたフライアッシュは、直径１５μｍ程度の微粒子であり、（光学）顕微鏡での観察により球形であることが確認される。このため、コンクリートやモルタルにフライアッシュを混入すれば、これらの施工時の流動性が向上する。フライアッシュの主成分は、シリカとアルミナである。
【００２０】
また、クリンカアッシュは、例えば、石炭を燃やしたときにボイラ底部の水槽（クリンカホッパ）に落下した石炭灰を回収し、これを破砕機にて破砕粉砕し、粒度調整して得ることができ、上記水槽において赤熱状態から急冷水洗されるので化学的に安定している。また、その粒径は粒度調整により、ほとんどが粗砂〜細礫程度の大きさとなっていることがより好ましい。クリンカアッシュは、シリカとアルミナとを主成分とし、小さな孔隙を多数有する、いわば多孔質の石炭灰である。
【００２１】
したがって、クリンカアッシュは、砂などの一般の土壌構成材料と比較して通水性、保水性に優れている。その為に、コンクリート組成物の水分保持に好適である。上記フライアッシュ、クリンカアッシュとは、すでに説明したようにその発生箇所により分類されるものであり、環境技術協会および日本フライアッシュ協会の編集・発行による「石炭灰ハンドブック第３版」の１章１７ページにもその定義が記載されている。
【００２２】
このクリンカアッシュの保水性を調べるために、クリンカアッシュを屋内に放置し含水比の変化を調べた結果を下記のグラフ１に示す。その結果、クリンカアッシュはそのまま放置したとしても、１０日ほどは含水比が約５０％あることが明らかとなった。また、完全に水分がなくなるのには２６日ほどかかった。
【００２３】
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【００２４】
上記記載の保水性コンクリートは骨材の一部を石炭灰で置き換えることにより製造できる。その性能を調べるため、石炭灰を混入した材料構成でコンクリートを成形し、石炭灰を混入しないコンクリートと比較した。配合条件を表−１に、得られたコンクリートの強度及び吸水率を表−２に示す。なお、表−１、２において石炭灰のうちフライアッシュをＦＡ、クリンカアッシュをＣＡで表示している。
【００２５】
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【００２６】
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【００２７】
表−１に示すように実施例では細骨材の一部を石炭灰で置き換えたものである。水とセメントの配合はミキサーでの混合状況を見ながら所定のワーカビリチーが得られるように補正した。
【００２８】
表−２に示すように細骨材の一部を石炭灰で置き換えることにより、コンクリートの強度が低下する。コンクリート二次製品の基準強度を１８Ｎ／ｍｍ２とすると、バラツキを考慮した工場での目標強度は３０Ｎ／ｍｍ２程度であり、ＣＡを用いた場合の配合２では目標強度を満足しない。また、ＦＡを用いた場合の配合６以上に石炭灰を用いた場合は目標強度を満足しなくなる。この場合、目標強度を満足する最大の吸水率は２．１９％となった。これは表−２の石炭灰なしの場合の吸水率０．７０％の約３倍である。
【００２９】
また、石炭灰を加えることによる強度低下を補うため、モルタル接着増強剤や各種コンクリート混和剤を添加したり、石炭灰或いはセメントの粉末度を改善したりすることもできる。上記配合は基本的配合であり、目標とする強度を満たす範囲で配合材料の割合を変更したり、配合材料に消石灰を添加したりすることもできる。また、吸水性を増加させるため、繊維を混入させることもあり得る。
【００３０】
なお、上記保水性ブロックＡには背後の水圧の軽減及び給水のため、コンクリート層１に通水孔を設けることもできる。また、ポーラスコンクリートとして用いることもできる。
【００３１】
上記保水性ブロックの効果を調べるため実験を行った。１００ｃｍ×１００ｃｍ×１０ｃｍの保水性ブロックＢを製作し、屋外で砂を敷いてその上にブロックＢを敷設し、植被率が３０％となるようにコケ類を植え付け、その生育状況を観察した。なお、保水性ブロックＢの表面の発泡ガラス層２には最大約５ｃｍの凹凸をつけた。その結果、６ヵ月後の状況で保水性ブロックＢの植被率は５０％となった。
【００３２】
上記保水性ブロックの別の効果を調べるため実験を行った。３０ｃｍ×３０ｃｍ×１０ｃｍの保水性ブロックＣと同じ大きさで通常のコンクリートで製作したブロックＤを製作し、屋外に下半分が水に浸かるようにして上から太陽光が当たるようにして放置した。その結果、３時間後、ブロックＣはブロックＤより表面温度が１℃低かった。
【００３３】
植物が生育するにはＰＨで６〜７の弱酸性が好適とされている。しかし、コンクリートはＰＨで１１〜１３の強アルカリ性であり、また、石炭灰のＰＨは６〜１０で一般的にアルカリ性である。このため、弱酸性の水溶液を上記保水性コンクリートに吸水させることによりこのアルカリ性を中和させることができる。また、水溶性の肥料を吸水させることによりコケ類の生育を促すことができる。
【００３４】
保水性ブロックは通常のブロックと同様に施工できる。保水性ブロックを法面７に敷設した状態を図２に示す。なお、既設壁面６に設置する場合は図３に示すように、まず、既設壁面６に削孔して孔をあけ、保水性ブロックＡ，Ａ・・を積み重ねて既設壁面６を被覆する。アンカー設置後、グラウト等でアンカーを固定して既設壁面６と一体化する。この場合、保水性ブロックＡ，Ａ・・が通水孔を有する場合はあらかじめ既設壁面６に通水孔を設置しておくことが望ましい。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。たとえば、目標強度の設定も現場条件、使用場所、使用方法等によって随時変更すればよい。また、ブロックとしてコンクリート製に限らず、モルタル製でもよい。また、中に鉄筋や補強繊維，保水材を挿入したりポーラスコンクリートとして用いたりすることもできる。
【００３６】
本実施の形態においては保水性ブロックを法面、既設壁面に敷設する方法について説明したが、この他の土木構造物にも適用することが出来る。また、ブロックの取り付け方法は今回アンカーを使用したが他の方法を用いることもできる。また、使用場所、使用方法も任意である。また、ブロックの形状としては方形状に限らず、任意であり、ブロック内に鉄筋挿入用の孔を形成してもよい。また、ブロックの厚み及び大きさも任意である。そして、保水性ブロックの配合割合は用いる場所及び石炭灰、発泡ガラスの性状を勘案しながら決定すればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上の通り本発明のコンクリートブロックにおいてはコンクリートが吸水性及び保水性を持つことから、屋外で用いた場合、表面の温度を通常のコンクリートより低くでき、都市のヒートアイランド現象の緩和につながる。また、水分のある場所で用いた場合、表面にコケ類の生育を促すことから、緑化にもつながる。
また、河川や道路に用いた場合流水や雨水により貯留槽内の土や養分が流出することがない。
これらのことから、火力発電所から発生する石炭灰や廃ガラスを発泡させた発泡ガラスを大量に使用することができ、資源循環型社会の形成にも寄与できる。
【００３８】
そして、発泡ガラスを有する部分あるいは発泡ガラスの層の表面に凹凸を付けることにより、コケ類の胞子の着装を促すとともに、発芽した胞子の流水或いは風雪による滑落を抑制し、また、表面積を大きくすることで水分の蒸発量を向上し、湿度を高くしてコケ類の繁殖を促すものである。
【００３９】
本発明のブロックを公園の園路用ブロックとして用いた場合、コケ類が繁殖して人が滑って転ぶことを防止する為、表面に光触媒または光触媒と吸着剤を含むモルタルを被覆してコケ類の生育を抑えることが出来る。この場合、発泡ガラスが表面に多くの孔あるいは凹凸を有することから被覆した光触媒又は光触媒と吸着剤を含むモルタルが剥離しにくくその効果が長持ちする。
【００４０】
さらに該ブロックは大気の浄化用として機能する。凸の部分では光触媒作用で空気中の窒素酸化物を分解し、凹部では溶出した窒素、或いは燐を受け止めて肥料分としコケ類の成育を促す。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる保水性ブロックの構造を示す構造図である。
【図２】法面に保水性ブロックを敷設した状態を示す断面図である。
【図３】既設壁面に保水性ブロックを敷設した状態を示す断面図である。
【図４】保水性ブロックの別形態。
【符号の説明】
１  コンクリート層
２  発泡ガラス層
３  貯水槽
４  保水性コンクリート層
５  ブロック表面
６  既設壁面
７  法面
８  発泡ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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