(57)【要約】  【課題】透水性ブロックの透水機能、保水機能、水質浄化機能をより一層向上しつつ、石炭灰の新たな再利用の用途を提供する。  【解決手段】透水性ブロックを、セメントと炭と石炭灰との混合物に水を添加して硬化させ、透水機能、吸水機能、水質浄化機能の何れか一又は複数の機能を具備するブロック状とした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと炭と石炭灰との混合物に水を添加して硬化させ、透水機能、吸水機能、水質浄化機能の何れか一又は複数の機能を具備するブロック状としてなることを特徴とする透水性ブロック。
【請求項２】
石炭灰がフライアッシュである請求項１記載の透水性ブロック。
【請求項３】
炭が竹炭である請求項１又は２記載の透水性ブロック。
【請求項４】
合計を１００としてセメント、炭、石炭灰、水の組成比が、２０〜６０：１０〜３５：５〜３０：１０〜５０である請求項１、２又は３記載の透水性ブロック。
【請求項５】
前記混合物に、更に炭素繊維を添加して硬化させ、ブロック状としてなる請求項１、２、３又は４記載の透水性ブロック。
【請求項６】
前記混合物に、更に石炭灰ゼオライトを添加して硬化させ、ブロック状としてなる請求項１、２、３、４又は５記載の透水性ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透水性を有するブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セメント製のブロックに透水性を付与するものとしては、セメントペーストをバインダとして多数の粗骨材を結合させたポーラスコンクリートや、セメントと炭の混合物に水を添加して硬化させたブロック等が種々考えられている（例えば、非特許文献１参照）。このような透水性ブロックは、表面から内部に水を浸透させて排出する透水機能や、内部に水を保持する保水機能、水中の汚濁物質の吸着機能を有しているため、法面構造体や透水性舗装などの土木工事資材、花壇や植木鉢等の園芸用資材、水中の汚濁物質や藻類を除去するための水質浄化用資材などとしての用途が開発されつつある。
【非特許文献１】土田  大輔、外４名，「竹炭入りコンクリートによる水質浄化」，福岡県保健環境研究所年報，福岡県保健環境研究所，平成１３年１２月２８日，第２８号（平成１２年度），ｐ１０５−１０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述のような土木工事資材、園芸用資材、水質浄化用資材等の需要がますます高まりつつある今日においては、この種の透水性ブロックに、より高い透水機能、保水機能、水質浄化機能等が望まれており、単にセメントと炭とを硬化させた従来の透水性ブロックは、いささか能力不足であることが否めない。
【０００４】
また別の問題として、環境保全や廃棄物処理の観点から、火力発電所から多量に排出される石炭灰の有効な再利用用途が模索されている。現状において石炭灰は、コンクリート組成の一つとして再利用されてはいるが、可能な限り多量の石炭灰を使用する観点から、その用途はコンクリート平板、階段ブロック、境界ブロック、擁壁、消波ブロック、漁礁ブロック等の比較的大型なコンクリート構造物に限られているのが現状である。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような問題に鑑みて、透水性ブロックの透水機能、保水機能、水質浄化機能をより一層向上しつつ、石炭灰の新たな再利用の用途を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明の透水性ブロックは、セメントと炭と石炭灰との混合物に水を添加して硬化させ、透水機能、吸水機能、水質浄化機能の何れか一又は複数の機能を具備するブロック状としてなることを特徴としている。
【０００７】
石炭火力発電所のボイラから排出される石炭灰には、カルシウム化合物が多量に含まれているため、透水性ブロックを水と接触させると、組成中のカルシウム化合物が溶出し、酸性の水質汚濁物質を凝集させて難溶性化合物を形成して共沈し、水質汚濁を除去することができる。また、石炭灰は多孔性であるため、水や水中の汚濁物質を吸着する能力も有している。したがって、このような透水性ブロックであれば、従来のようなセメントと炭とを固化した透水性ブロック以上の透水機能、保水機能、吸着機能を発揮し、土木工事資材、園芸用資材、水質浄化用資材として極めて優れたものとすることができる。また、その高い保水性能により、近年問題となっている都市のヒートアイランド現象の対策のための保水資材、蒸発冷却資材としても活用することができる。そしてこのように透水性ブロックの組成に石炭灰を適用することは、石炭灰の新たな用途を創生することに繋がり、環境問題や廃棄物問題の解決の一助ともなる。さらに石炭灰は、セメントに通常添加される骨材としての砂の代用品ともなるため、透水性ブロックの製造に掛かるコストの削減を図ることもできることとなる。
【０００８】
本発明の透水性ブロックの組成に用いるのに適した石炭灰には、フライアッシュ、クリンカアッシュ、流動床灰（ＰＦＢＣ灰）が挙げられるが、このなかでもフライアッシュであれば、とりわけ多量且つ安価に入手できる。
【０００９】
また、特に吸着性能に優れた炭としては、竹炭を挙げることができる。
【００１０】
さらに、上述したような各機能を有効に発揮し得る透水性ブロックは、セメント、炭、石炭灰、水の組成比を、２０〜６０：１０〜３５：５〜３０：１０〜５０（合計１００％）としたものである。
【００１１】
透水性ブロックにより高い強度が必要な場合には、セメントと炭と石炭灰との混合物に、更に炭素繊維を添加して硬化させ、これをブロック状とすることが望ましい。
【００１２】
また、透水性ブロックにより高い吸着性能が必要な場合には、セメントと炭と石炭灰との混合物、又はセメントと炭と石炭灰と炭素繊維との混合物に、更に石炭灰ゼオライトを添加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
以上に詳述したように、本発明の透水性ブロックは、セメントと竹炭と石炭灰を加え、これらの混合物に水を添加して硬化させてブロック状としたものであり、従来の透水性ブロックは通常と比較して、極めて高い透水機能、保水機能、水質浄化機能を有するものである。したがって、土木工事資材、園芸用資材、河川等の護岸用資材、水質浄化用資材、ヒートアイランド現象対策用の保水・蒸発冷却資材などとして適用するのに極めて適した高機能な透水性ブロックの低価格での提供が可能であるとともに、石炭灰にこのような新たな再利用の用途を拓き、環境問題や廃棄物問題の解決の一助とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
この実施形態は、セメント、炭、及び石炭灰の混合物に水を添加して固化させた透水性ブロックである。本実施形態においてセメントには、一般的なポルトランドセメントを用いている。炭には、竹材を燃焼させて得られる竹炭を用いている。石炭灰には、石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから発生した石炭灰を電気集塵機で捕集したフライアッシュを用いている。そして、これらの材料を略均一に混ぜ合わせて混合物とし、これに水を添加してペースト状としたものを円筒状の型枠に投入したのち所定時間を掛けて硬化させることによって、透水性ブロックを得るようにしている。竹端とフライアッシュは、砂等の細骨材の代用品としても機能する。ここで、セメント、竹炭、フライアッシュ、水の混合比は、例えば１０：７：３：６としている（図１；供試体１の組成を参照）。このようにして作成される透水性ブロックは、セメントに加えた竹炭とフライアッシュによって、極めて高度な多孔性を備えるものとなり、透水機能、保水機能、吸着機能の全ての機能を有している。
【００１６】
以下、図１に示すように、本実施形態の透水性ブロック（供試体１）について行った水浸透試験、及び凝集浄化試験の試験方法と結果について説明する。なお、何れの試験についても、比較例として、セメントと砂と竹炭と水とを組成比１０：３：７：６で混合して硬化させたブロック状の供試体２と、セメントと砂と水とを組成比１０：１０：６で混合して硬化させたブロック状の供試体３とを用いている。また、各試験において、供試体１〜２の形状や大きさはほぼ同一にしてある。
【００１７】
＜水浸透試験＞  供試体１〜３として容積７００ｃｍ３の円柱状資材をそれぞれ図１に示す組成比で作成し、各供試体を１０００ｍｌビーカにに入れ、このビーカを８００ｍｌにフィルアップできる推量をメスシリンダにて測定した。なお、全く透水性（保水性，吸水性）のない資材を同様に試験した場合には、８００ｍｌから資材の容積７００ｃｍ３を差し引くと１００ｍｌだけ注水できることになるため、各供試体については最終的な投入推量から１００ｍｌ減じた値を差し引き透水量とした。試験に使用した水は水温２０℃の水道水であり、供試体の浸透確認時間は水の浸透が安定する時間として１０分間としている。
【００１８】
図２は、この水浸透試験の結果を示す一覧表である。同図において各供試体に対する透水量は、一秒間につき供試体１００ｃｍ３あたりの透水量（ｍｌ）として示している。まず、供試体３の透水量は１５（ml/cm3・s）であり、通常のセメントと砂とに水を添加して硬化させたセメントブロックでも若干の透水性、保水性、吸水性があることがわかる。また、供試体２の透水量は５０（ml/cm3・s）であり、セメントと砂と竹炭とに水を添加して硬化させた従来の透水性ブロックの透水機能は通常のセメントブロックと比して高いものであることがわかる。これらに対して、本実施形態のセメントブロックである供試体１の透水量は８０（ml/cm3・s）であったことから、供試体２と比較すると、砂の代わりにフライアッシュを添加することで、透水機能、吸水機能、保水機能を飛躍的に向上させることができることが示されている。これは、フライアッシュが高度な多孔性を有していることに起因するものと考えられる。
【００１９】
＜凝集浄化試験＞  直径１．２ｍ，高さ０．５７ｍの円筒水槽に、供試体１〜３として容積４００００ｃｍ３の円柱状資材と、水温１０〜２５℃の汚濁水（池水）とを満水状態で入れ、２ヶ月間観察を行うことによって、各供試体についての凝集回収物の一日あたりの量（ｍｇ）と、試験開始から２日後の水槽の透明度（ｃｍ）を調査した。
【００２０】
図３は、この凝集浄化試験の結果を示す一覧表である。まず、供試体３の凝集物の回収物の量は４（mg/日）、透明度は１３（cm）であった。このことから、セメントだけでも水中に溶出するカルシウム化合物が汚濁物質を凝集させてその凝集物を沈殿させることが分かる。また、供試体２の凝集物の回収物の量は２０（mg/日）、透明度は３４（cm）であった。このことから、竹炭に汚濁物質を吸着させることで、従来の透水性ブロックは通常のセメントブロックよりも高い水質浄化機能を有することが分かる。これらに対して供試体１の凝集物の回収物の量は１８０（mg/日）、透明度は５０（cm）以上であった。したがって、フライアッシュから水中で溶出するカルシウム化合物が汚濁物質を凝集させて沈殿させる作用は、セメント中のカルシウム化合物による同作用よりも遙かに高く、またフライアッシュに多量の汚濁物質を吸着させることもできることが示された。
【００２１】
以上の試験結果より、本実施形態の透水性ブロックは、セメントと砂とを水で硬化させた通常のセメントブロックや、セメントと砂と竹炭とを水で硬化させた従来の透水性ブロックとは比較にならないぐらいの高い透水機能、保水（吸水）機能、水質浄化機能を有しているものといえる。したがって、本実施形態の透水性ブロックは、法面構造体や透水性舗装などの土木工事資材、花壇や植木鉢等の園芸用資材、生物親和性や浄化性を有する河川等の護岸用資材、水中のリン等の汚濁物質やアオコ等の藻類、或いは重金属を始めとするその他の汚濁物質を除去するための水質浄化用資材、都市におけるヒートアイランド現象対策としての保水・蒸発冷却資材などとして適用することによって、高い利用価値が得られる極めて優れた透水性ブロックであるといえる。また本実施形態は、これまで廃棄物として処理されてきたフライアッシュに、新たに有用な用途を与え得るものである。なお、セメント、炭、石炭灰、水が、２０〜６０：１０〜３５：５〜３０：１０〜５の比率を充たす透水性ブロックにおける上記各試験結果から得られた組成の最適値は、セメント４１％、炭２２％、石炭灰１３％、水２４％であった。
【００２２】
なお、各種用途によって、透水性ブロックにより高い強度が要求される場合には、セメント、炭、石炭灰に炭素繊維（カーボンファイバ）を添加して、それに水を加えて硬化させるとよい。また、透水性ブロックにより高い吸着性能が要求される場合には、セメント、炭、石炭灰の混合物に、石炭灰から作られた多孔質の石炭灰ゼオライトを添加して、それに水を加えて硬化させるとよい。さらに、炭には竹炭以外に、多種の木材から得られる木炭を適用してもよく、石炭灰にはクリンカアッシュや流動床灰等を適用してもよい。その他、透水性ブロックの組成比や形状、大きさについても上記実施形態に限られるものではなく、用途によって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る透水性ブロック及び比較例の組成比を示す一覧表。
【図２】同実施形態及び比較例についての水浸透試験結果を示す一覧表。
【図３】同実施形態及び比較例についての凝集浄化試験結果を示す一覧表。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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