(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細骨材としてのスラグと、下水汚泥焼却灰、石炭灰、ゴミ焼却灰、ペーパースラッジ焼却灰及びこれらの混合物からなる群より選択される球状化加工された焼却灰からなるセメント組成物用改質材とを含むセメント組成物であって、前記スラグ及び前記改質材の合計に対する前記改質材の配合割合が５〜４０重量％であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
前記スラグが、ゴミ焼却灰溶融スラグ、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ、廃鋳造砂及びこれらの混合物からなる群より選択されるスラグである請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記スラグ及び前記改質材の合計に対する前記改質材の配合割合が１０〜３０重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載のセメント組成物。
【請求項４】
前記改質剤の配合割合が、セメント組成物全量に対して１．５〜２０重量％であり、かつ前記スラグの割合が、セメント組成物全量に対して３０〜５０重量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンシステンシー等が向上されたセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のスラグを廃棄せず再利用する方法として、これらをコンクリート、モルタル等のセメントを含んだ硬化用組成物（以下「セメント組成物」という。）の骨材、混和材等として用いることが従来より行われている。特に、社会生活に伴い多量に廃棄され処分が難しいゴミ焼却灰を処理して得られるスラグを、砂の代替材料としてセメント組成物の細骨材等の骨材として利用することは、良質な骨材の枯渇に悩む建設業界にとって極めて有益である。
【０００３】
しかしながら、これらのスラグは、細骨材としてセメント組成物中に配合した場合、セメント組成物のコンシステンシーを減少させるという問題点がある。
【０００４】
スラグ含有セメント組成物のコンシステンシーを向上する方法としては、スラグを磨砕加工した後に配合することが考えられる。しかしながら、このような加工はコスト増を招く上、磨砕加工に際し発生する微粉末の処理が困難であるという問題点がある。
【０００５】
スラグ含有セメント組成物のコンシステンシーを向上する他の方法としては、スラグの配合比率を一定以下とするべく、天然骨材と共にセメント組成物に配合することが挙げられるが、この場合、多くのスラグを効率的に再利用することができないという問題点がある。
【０００６】
ところで、焼却灰を廃棄又は再利用するための方法として、下水汚泥焼却灰を、浮遊状態で溶融温度以上の火炎中に滞留させ、その後に冷却することにより、球状化加工をすることが提案されている。このような球状化加工された焼却灰は、何らかの再利用方法が見出されるのではないかと期待されているが、これをコンシステンシーを低下させるスラグと共にセメント組成物に添加することは従来知られていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゴミ焼却灰溶融スラグ等のスラグを細骨材としてセメント組成物中に多く配合した際のコンシステンシーの低下を防止でき、且つ下水汚泥焼却灰等の焼却灰を資源として有効活用しうるセメント組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、細骨材としてのスラグと、下水汚泥焼却灰、石炭灰、ゴミ焼却灰、ペーパースラッジ焼却灰及びこれらの混合物からなる群より選択される球状化加工された焼却灰からなるセメント組成物用改質材とを含むセメント組成物であって、前記スラグ及び前記改質材の合計に対する前記改質材の配合割合が５〜４０重量％であることを特徴とするセメント組成物が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるセメント組成物用改質材は、球状化加工された焼却灰からなる。
【００１２】
前記焼却灰としては、下水汚泥焼却灰、石炭灰、ゴミ焼却灰、ペーパースラッジ及びこれらの混合物等の各種の焼却灰を用いることができる。
【００１３】
前記球状化加工とは、焼却灰の粒子の形状が略球状になるような加工をいい、具体的には例えば、前記焼却灰を、粉末状のまま燃焼用気体と共にバーナーへ供給し、火炎中において浮遊状態で溶融させた後、浮遊状態で冷却し、焼却灰自身の表面張力により球状化する加工を挙げることができる。通常の溶融、冷却及び粉砕によりスラグとした焼却灰がセメント組成物に添加した際にコンシステンシーを低下させるのに対し、このような球状化加工された焼却灰は、セメント組成物に添加した際のコンシステンシーを著しく高めることができる。
【００１４】
このような球状化加工は、例えば、フレーム溶融炉（中外炉工業株式会社製）等により、火炎温度1400℃以上、炉内温度850℃以上の条件で行うことができる。
【００１５】
前記球状化加工された焼却灰の粒径は、特に限定されないが、平均粒径として１〜１００μｍの範囲とすることができる。
【００１６】
本発明のセメント組成物は、細骨材としてのスラグ及び前記本発明のセメント組成物用改質材を含む。
【００１７】
前記スラグとしては、セメント組成物中に配合した際コンシステンシーの増加をもたらしうる各種のスラグを好ましく挙げることができる。具体的には例えば、ゴミ焼却灰溶融スラグ、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ、廃鋳造砂及びこれらの混合物等のスラグを好ましく用いることができる。
【００１８】
前記ゴミ焼却灰溶融スラグは、ごみを焼却した後溶融させて得られる固化物である。具体的には例えば、社会生活から発生するごみを焼却し、生成した灰をバーナー式溶融炉若しくは電気炉等の溶融炉又はコークスベッド等を用いて１１００〜１６００℃程度の温度で熱処理して溶融し、水冷又は単に常温で放置すること等により冷却して得ることができる。また、前記焼却と溶融の工程を同時に行い、前記ゴミ焼却灰溶融スラグを得ることもできる。
【００１９】
前記高炉スラグとしては、高炉水砕スラグ微粉末等を用いることができる。
【００２０】
前記製鋼スラグ及び非鉄金属スラグとしては、それぞれ、製鋼、非鉄金属の精製、ニッケルの精製等の過程において副生するスラグを用いることができる。
【００２１】
前記細骨材としてのスラグの粒径は、特に限定されないが、最大粒径10mm以下、好ましくは5mm以下のものを用いることができる。
【００２２】
本発明のセメント組成物中においては前記スラグ及び前記改質材の合計に対する前記改質材の配合割合が５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％である。この範囲で改質材を配合することにより、コンシステンシー向上の効果を得ることができる。
【００２３】
本発明のセメント組成物全量に対する前記改質材及び前記スラグの配合割合は、前記スラグ及び改質材の配合割合が上述の範囲である限りにおいて特に限定されないが、前記改質材の割合を１．５〜２０重量％、前記スラグの割合を３０〜５０重量％の範囲とすることができる。
【００２４】
本発明のセメント組成物は、前記改質材及び前記スラグの他に、セメント、水、粗骨材、前記スラグ以外の細骨材、混和材、混和剤等の、通常のセメント組成物に配合される他の成分を含むことができる。
【００２５】
本発明のセメント組成物の用途は、特に限定されず、前記改質材及びスラグを配合しない通常のコンクリート、モルタル等のセメント組成物と同様に、一般的な建築材料等として用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物用改質材は、ゴミ焼却灰溶融スラグ等のスラグをセメント組成物中に多く配合した際のコンシステンシーの低下を、簡便に抑制することができる。
【００２７】
本発明のセメント組成物は、スラグに加えて特定の改質材を含むため、ゴミ焼却灰溶融スラグ等のスラグを多く含みながらコンシステンシーの低下が少なく、廃棄物を性能の良好な建築材料等として安価且つ効率的に利用することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
【製造例１】
焼却灰（下水汚泥焼却灰）を、溶融パウダー設備（中外炉工業株式会社製）にて、火炎温度約1700℃、炉内の温度約800℃の条件下で球状化加工し、改質材を得た。この改質材の平均粒径は約20μｍであった。
【００３０】
【実施例１及び比較例１〜３】
水、セメント（普通ポルトラントセメント）、細骨材、粗骨材（天然骨材、秩父産、硬質砂岩砕石）、減水剤（リグニンスルホン酸化合物、商品名「ポゾリスNo.70」、（株）エヌエムビー社製）及びAE助剤（アルキルアリルスルホン化合物、商品名「マイクロエマ３０３A」、（株）エヌエムビー社製）、並びに製造例１で得た改質材又は石灰石微粉末（奥多摩石灰工業社製、商品名「TR-325」）のいずれかを、表１に示す配合割合で配合し、水セメント比（質量比）５５％、細骨材率（体積比）４６％のコンクリート組成物を得た。なお、比較例１においては、細骨材として川砂（大井川産）を用い、実施例１及び比較例２〜３においては、細骨材としてスラグ（ゴミ溶融スラグ、アーク式溶融炉由来の急冷スラグ）を用いた。
【００３１】
これらのコンクリート組成物について、JIS A 1101に従いスランプ試験を行い、配合直後のコンシステンシーを、スランプの値として測定した。結果を表2に示す。
【００３２】
さらに、これらのコンクリート組成物を硬化させ、材令７日及び２８日の圧縮強度を測定した。結果を表2に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【表２】
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【００３５】
実施例１及び比較例１〜３の結果より、本発明の改質材を配合したコンクリート組成物は、骨材としてスラグを用いているにも拘らず、天然骨材を採用した比較例１に近い高いスランプの値を示し、且つ骨材としてスラグを用いた比較例２〜３と比べて、同等の硬化物の圧縮強度を示した。
【００３６】
【実施例２〜４及び比較例４】
細骨材及び改質材の配合割合を表３に示す通りとした他は、実施例と同様の配合にてコンクリート組成物を調製し、配合直後のスランプ値を同様に測定した。
測定結果を表３に示す。また、細骨材と改質材の総重量に占める改質材の重量％を、置換率として併せて表３に示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
さらに、実施例１〜４における置換率とスランプの値との関係を図１に示す。
図１の結果から、置換率が10〜30％である場合に、良好なコンシステンシーの改善が得られる傾向があることが分かる。
【００３９】
【実施例５〜７及び比較例５〜１０】
コンクリート組成物の配合割合を表４に示す通りとした他は実施例１と同様に操作し、コンクリート組成物を得、スランプ値を測定した。なお、改質材としては製造例１で得た改質材を用い、細骨材は比較例５、７及び９において川砂（大井川産）を用い、実施例５〜７並びに比較例６、８及び１０においてはスラグ（ゴミ溶融スラグ、アーク式溶融炉由来の急冷スラグ）を用いた。結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】
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【００４１】
また、表４中の実施例５Bにおいては置換率（細骨材と改質材の総重量に占める改質材の重量％）はいずれも１０％であるが、これを５％、２０％又は３０％とした他は実施例５Bと同様に操作し（それぞれ実施例５A、５C及び５D）、コンクリート組成物を得、スランプ値を測定した。結果を、比較例５及び６の結果と共に図２に示す。
【００４２】
さらに、実施例５A〜５Dと同様に、実施例６B及び７Bにおける置換率を５％、２０％又は３０％とした他は実施例６Bと同様に操作し（それぞれ実施例６A、６C及び６D）又は７Bと同様に操作し（それぞれ実施例７A、７C及び７D）、コンクリート組成物を得、スランプ値を測定した。実施例６A〜６Dの結果を、比較例７及び８の結果と共に図３に示す。また、実施例７A〜７Dの結果を、比較例９及び１０の結果と共に図４に示す。
【００４３】
さらに、実施例5B、6B及び7B並びに比較例5〜10のコンクリート組成物を硬化させ、材令７日及び28日の圧縮強度を測定した。結果を表５に示す。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
表５の結果より、本発明の改質材を配合したセメント組成物は、骨材としてスラグを用いているにも拘らず、天然骨材を採用した比較例と同等の硬化物圧縮強度を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２〜４及び比較例４における、スラグからなる細骨材の一部を本発明の改質材で置換した割合の重量比（置換率）と、得られたコンクリート組成物のスランプの値との関係を示すグラフである。
【図２】実施例５A〜５D及び比較例５〜６における、スラグからなる細骨材の一部を本発明の改質材で置換した割合の重量比（置換率）と、得られたコンクリート組成物のスランプの値との関係を示すグラフである。
【図３】実施例６A〜７D及び比較例７〜８における、スラグからなる細骨材の一部を本発明の改質材で置換した割合の重量比（置換率）と、得られたコンクリート組成物のスランプの値との関係を示すグラフである。
【図４】実施例７A〜７D及び比較例９〜１０における、スラグからなる細骨材の一部を本発明の改質材で置換した割合の重量比（置換率）と、得られたコンクリート組成物のスランプの値との関係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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