(57)【要約】【課題】  ゴミ焼却炉やその他の処理工程で排出されるスラグを用いて効果的に土質改良した改良土を提供する。【解決手段】  土重量に対して、１０〜３０重量％のスラグと３〜１０％の石灰系固化材とを混合して成る。スラグは、焼却炉の灰または下水汚泥を、高温で溶融した溶融スラグであって、急速冷却して、砂利状に形成されたものである。石灰系固化材は、石灰を主成分としてＳｉＯ２を２０％程度含む材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
土重量に対して、１０〜３０重量％のスラグと３〜１０％の石灰系固化材とを混合してなることを特徴とする改良土。
【請求項２】
上記スラグは、焼却炉の灰または下水汚泥を高温で溶融した溶融スラグであって、急速冷却して、砂利状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の改良土。
【請求項３】
上記スラグは、下水汚泥を溶融したものであり、処理土重量に対して２０％程度混合したものであることを特徴とする請求項２記載の改良土。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゴミ焼却炉から排出されるスラグを用いて土質改良した改良土に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ焼却炉から排出される灰の処理方法として、ゴミを焼却した残りの灰をさらに１４００℃以上の高温で溶融して溶融スラグとし、この溶融スラグを水を張った水槽に落とすことにより、急冷され細かい砂利状のスラグを形成するものがある。この溶融スラグは、焼却灰中のダイオキシン等の有害化学物質を分解して無害化し、鉛などの有害元素は溶融スラグのガラス質中に取り込まれて一体化し、外には出ないものとなる。従来、このスラグの処理方法としては、単に埋め立て処分している場合が多い。また、一部のスラグはインターロッキングの材料やアスファルト舗装の骨材として用いられている。
【特許文献１】特開平５−２０８１８２号公報
【特許文献２】特開平８−３１１４４６号公報
【特許文献３】特開２００２−１７９４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術の溶融スラグの用途では、近年益々ゴミ焼却量が増大していることから、排出されるスラグも増加し、上記の建設材料としての利用程度では処理が追いつかず、埋め立て処分場も不足しており、スラグの処理がゴミ問題の中の一つの課題となっていた。
【０００４】
この発明は上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、ゴミ焼却炉やその他の処理工程で排出されるスラグを用いて効果的に土質改良した改良土を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、土重量に対して、１０〜３０重量％のスラグと３〜１０％の石灰系固化材とを混合してなる改良土である。上記スラグは、焼却炉の灰または下水汚泥を高温で溶融した溶融スラグであって、急速冷却して、砂利状に形成されたものである。特に、上記スラグは、下水汚泥を溶融したものであり、処理土重量に対して２０％程度混合したものである。上記石灰系固化材は、生石灰を主成分とした材料である。
【発明の効果】
【０００６】
この発明の改良土は、焼却炉等から排出される灰を高温で溶融処理した溶融スラグを用いているので、有害化学物質がなく、優雅な元素もガラス質のスラグ中に閉じこめられ、流れ出ることがない。特に、石灰系固化材とスラグともに用いることにより、例えば路床や路盤の強度を高めたり、コストの安価な地盤を形成することができる。さらに、スラグの混合割合を変えることにより任意の硬さに調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明のスラグを用いた土質改良の一実施の形態について説明する。この実施形態のスラグは、ゴミ焼却炉の消却灰を１４００℃以上の高温により溶融し、その溶融スラグを、水を張った水槽中に落として急速に冷却し、砂利状に形成したものである。このスラグの成分は、二酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）及び酸化カルシウム（生石灰、ＣａＯ）を主成分とする。このスラグは、例えば直径数ｍｍ以下の粒度に形成されている。
【０００８】
この実施形態の改良土は、さらに石灰系固化材を加える。加える石灰系固化材としては、例えば酸化カルシウムが約６０％、二酸化ケイ素が約２０％、その他、酸化アルミニウムを数％程度含む材料である。
【０００９】
この実施形態の改良土は、より少ない石灰系固化材によりポラゾン反応、エトリンガイドの生成反応、炭酸化反応が促進され、スラグを添加しない場合より少量の固化材で目的とする土強度が得られる。
【００１０】
この反応は、先ず生石灰（ＣａＯ）が、土中の水と水和反応して消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）となり、土中の水分を下げる。消石灰は、微粒子であり、強い吸収性により土中の水分をさらに下げる。また、生石灰と比較して水和反応後の消石灰は、嵩密度が小さく、処理土が膨張して、周辺の土を圧縮し土壌の強度を高める。さらに、水和反応の際に発生する熱が、土中の水分を蒸発させるとともに、後述する反応をより促進する。また、水和反応の後、イオン交換して土粒子の表面反発力を減少させて土をほぐすため、土質安定材の混合効率が向上し、作業性がよく、強度も高める。以上が、土質改良材の施工後の短期的な固化効果である。
【００１１】
また、長期的な効果としては、土壌中のＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３と石灰分とのポゾラン反応が進行し、ケイ酸カルシウム水和物、アルミン酸カルシウム水和物が生成して土粒子間を結合させ、さらにこの土質改良材中のシリカやアルミナにより、これらの成分の少ない土壌においても固化反応を確実に生じさせる。また、ポゾラン反応に石膏（ＣａＳＯ４）が加わることにより、針状結晶エトリンガイトが生成し、土粒子間を結合し固める。さらに、消石灰が土中の炭酸ガスと反応して、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）となり、処理土を緻密にする。
【００１２】
これらの反応は以下の式のように成される。
石灰水和反応
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋１５．９３Ｊ．／ｍｏｌ
ポゾラン反応
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳｉＯ２→ケイ酸カルシウム水和物
Ｃａ（ＯＨ）２＋Ａｌ２Ｏ３→アルミン酸カルシウム水和物
エトリンガイト生成反応
Ｃａ（ＯＨ）２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＳＯ４→エトリンガイト
石灰の炭酸化
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３
各材料の混合する割合は、処理する土重量に対して、１０〜３０重量％のスラグと３〜１０％の石灰系固化材とを混合する。混合は、処理する土の異物や転石を除去しスラグを所定量混合し、その後石灰系固化材を所定量混合し養生する。これにより、改良土ができあがる。さらに、粒度調整すると、下層路盤材として用いることができる。
【００１３】
この発明の改良土によれば、有機質土壌のようにシリカやアルミナが少なく、一般の石灰系土質改良材では反応性の悪い土壌においても、スラグ中のシリカやアルミナによりより効果的に土壌の固化を促進し、強度を高めることができる。これにより、石灰系土質改良材の使用量を減らすことが可能であり、土質改良のコストを抑えることができる。また、スラグは、水に溶けないため、改良土が再泥化する可能性も低い。
【００１４】
なお、この発明の石灰系固化材は、石灰を主成分とするものであれば良く、適宜の補助成分を含んでいても良く、生石灰のみの固化材でも良い。
【００１５】
また、石灰系固化材の代わりにセメント系固化材を用いて、土質を改良しても良く、その場合にも、本願発明の焼却炉スラグや下水汚泥スラグを用いて、効果的に土質を改良することができ、廃棄物である焼却炉スラグや下水汚泥スラグの有効利用に寄与する。
【実施例１】
【００１６】
次のこの発明の改良土の実施例について説明する。この実施例は、ゴミ焼却炉から排出される灰を溶融しスラグにしたものを用いた実施例である。この溶融スラグの組成を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
この消却炉スラグを処理土に混合した場合の一軸圧縮強度と、ＣＢＲ値を図１，図２に示す。一軸圧縮強度とは、構造物等の直接基礎などの設計や、斜面の安定性の評価に用いる指標である。ＣＢＲとは、土の強度特性を示す指標であって、土の単位荷重と標準単位荷重（締め固めた良好な砕石層から得られた荷重）との比率を百分率で表したものである。従って、ＣＢＲ値が１００以上である場合、締め固めた良好な砕石層よりも強度の高い材料であると言える。
【００１９】
図１，図２より、焼却炉スラグについて、固化材を処理土の５重量％添加した場合、スラグ添加量０％の場合に対して、スラグを添加したものは一軸圧縮強度は若干の低下が見られるが、ＣＢＲ値がスラグ添加量３０％の場合、１３３％と大きく向上している。また、添加量１０〜２０％でもＣＢＲ値は８０％以上であり、使用する石灰系固化材の使用量を減らすことができる効果あるので、処理土の使用目的によりスラグ添加量を調節して種々の用途に用いることができる。
【実施例２】
【００２０】
この実施例は、下水汚泥を脱水して溶融しスラグにしたものを用いた例である。この溶融スラグの組成を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
この下水汚泥スラグを処理土に混合した場合の一軸圧縮強度と、ＣＢＲ値を図３，図４に示す。図３，図４より、下水汚泥スラグの場合、スラグ添加量０％の場合に対して、スラグを添加したものは一軸圧縮強度及びＣＢＲ値の増大が見られる。特にスラグ添加量２０％の場合、一軸圧縮強度及びＣＢＲ値が最大を示している。従って、処理土の使用目的により高い強度を必要とする場合は、スラグ添加量２０％が適当と言える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】消却炉スラグを、処理土に対して０％〜３０％混合した場合の一軸圧縮強度を示すグラフである。
【図２】消却炉スラグを、処理土に対して０％〜３０％混合した場合のＣＢＲ値を示すグラフである。
【図３】下水汚泥スラグを、処理土に対して０％〜３０％混合した場合の一軸圧縮強度を示すグラフである。
【図４】下水汚泥スラグを、処理土に対して０％〜３０％混合した場合のＣＢＲ値を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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