(57)【要約】【課題】産業廃棄物である燃焼灰を、セメントおよび、クラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を用いて、強度と重金属類の溶出抑制を兼ね備えた路盤材およびその製造方法を提供する。【解決手段】燃焼灰とセメントにクラフトパルプ製造工程から発生する黒液を添加してなる路盤材であり、好ましくは、全固形分中に２０〜８０質量％、セメントが全固形分中に２０〜８０質量％，黒液が固形分質量で０．１〜４．０％含有し、燃焼灰を固形分中に２０〜８０質量％、セメントを全固形分中に２０〜８０質量％、を予め均一に分散するよう子混合した後にクラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を全固形分中に０．１〜４．０固形質量％、水を全固形分に対し２０〜７０％添加し、混練し、路盤材を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼灰とセメントにクラフトパルプ製造工程から発生する黒液を添加してなることを特徴とする路盤材。
【請求項２】
前記路盤材は全固形分中に２０〜８０質量％、セメントが全固形分中に２０〜８０質量％，黒液が固形分質量で０．１〜３．８％含有することを特徴とする請求項１記載の路盤材。
【請求項３】
燃焼灰を固形分中に２０〜８０質量％、セメントを全固形分中に２０〜８０質量％、クラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を全固形分中に０．１〜４．０固形質量％、水を全固形分に対し２０〜７０％添加し、混練することを特徴とする路盤材の製造方法。
【請求項４】
燃焼灰、セメントを予め均一に分散するように混合した後に、黒液および水を添加して混練することを特徴とする請求項３記載の路盤材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路盤材の製造方法に関し、詳細には産業廃棄物として埋め立てされている燃焼灰をセメントとクラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を添加することにより、強度の高い路盤材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製紙工場のボイラーや焼却炉より排出する燃焼灰は、一部セメント原料などに有効利用されているが、大部分が埋め立てされるなど有効利用はあまりなされていなかった。
【０００３】
最近では、燃焼灰の処理や有効利用方法などについての研究・検討がなされているが、その一つに燃焼灰を建築材の骨材として有効利用するという考えが提案されている（特許文献１）。しかしながら、各種の燃焼灰を建築材の骨材として有効利用するには、所定の強度を発現させるために多量のセメントを必要とし、建築材のコスト面を圧迫するという問題点があった。
【０００４】
また、土壌の改質処理方法として、石炭灰と少量のセメントを添加する方法が開示されている（特許文献２）。これは灰に土質の水分を吸収して崩れない程度にセメントを加えるのみで、埋め戻しの用途であり、重金属類が溶出することへの配慮は全くなく、産業上の用途は特定の業態・業種のみが使用できるものである。
【０００５】
このように燃焼灰は、建築、土木材料として使用した際には強度を必要とし、また土壌とみなされる可能性があるため、重金属類の溶出抑制が必須であることから用途が限定されてきた。
【特許文献１】特開平８−１１３７７７号公報
【特許文献２】特開２００３−５５９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃焼灰、セメントおよび、クラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を用いて、強度と重金属類の溶出抑制を兼ね備えた路盤材およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためには、燃焼灰をセメントで固化する際に、黒液を使用することで、路盤材として十分な強度と重金属類の溶出抑制を達成する方法であり、以下の発明を含む。
（１）燃焼灰とセメントにクラフトパルプ製造工程から発生する黒液を全固形分に対して０．１％添加してなる路盤材。
（２）前記路盤材は全固形分中に２０〜８０質量％、セメントが全固形分中に２０〜８０質量％，黒液が固形分質量で０．１〜  ４．０％含有する（１）記載の路盤材。
（３）燃焼灰を固形分中に２０〜８０質量％、セメントを全固形分中に２０〜８０質量％、クラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生した黒液を全固形分中に０．１〜４．０固形質量％、水を全固形分に対し２０〜７０％添加し、混練することを特徴とする路盤材の製造方法。
（４）燃焼灰、セメントを予め均一に分散するように混合した後に、黒液および水を添加して混練する（３）記載の路盤材の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の路盤材はボイラーおよび焼却炉から排出される燃焼灰を使用しても、土木資材としての使用に耐え得る強度を持ち、重金属類の溶出がない路盤材およびその製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明で使用される燃焼灰としては、農業系バイオマスを燃焼させて得られる草木灰あるいは、石炭などの固体燃料、木材ペレット、樹皮などのバイオマス固形化燃料、ＲＰＦ、ＲＤＦなどの廃棄物固形化燃料、廃紙、廃タイヤ、黒液、製紙スラッジ、活性汚泥、脱水下水汚泥などの廃棄物系バイオマスを燃焼した際に発生する灰の他に、ガス化した際に発生する灰も用いることができる。燃焼灰は、１種または複数から選ばれた燃料または廃棄物を燃焼させて得られた燃焼灰であればよく、複数の燃焼灰を混合しても原料の燃焼灰として用いることもできる。
【００１０】
また、本発明において原料に使用する燃焼灰の成分は、ＳｉＯ２の比率が４０％以下で、かつＣａＯの比率が１５％以上であることが好ましい。ＳｉＯ２は基本的に路盤材として固化を行った際に、短期間での強度への寄与が少ない。他方ＣａＯは１５％以上で長期間固化物を土木資材として使用した際に、雨や空気中の炭酸ガスに暴露された際に固化強度維持に必要なカルシウム分の変質、劣化を防ぐことが期待できる。
【００１１】
本発明で使用されるセメントとしては、高炉セメントが挙げられるが、例えば高炉セメントの場合、高炉スラグをポルトランドセメントに均一に混合したものとし、その配合率によってＡ種、Ｂ種、Ｃ種に分類されるが、特に限定されるものではない。また、セメントは高炉セメント，ポルトランドセメントに限らず，使用には入手が容易な市販のものが好ましいが，それに限定されるものでもない。セメントの添加率は、固形物換算で燃焼灰とその他泥等の他原料の混合物合計重量に対し２０％以上、８０％以下の間で使用される。２０％未満の場合、固化物はできるものの強度が低く、特にすり減り磨耗が大きいので路盤材の使用には好ましくない。一方、セメントが８０％を超えると強度の上昇幅は平衡に近づき、上昇するが、コスト面で不利となる。
【００１２】
また、本発明において燃焼灰とセメントに添加する黒液は、クラフトパルプ製造工程の蒸解工程から発生したものであり、黒液中に存在するリグニンスルホン酸の存在により、硬化促進剤として働き、必要最低限のセメントを使用して硬化凝結させることができる。この黒液には，蒸解薬液由来のアルカリ薬品などの無機物の他，パルプ原料の木質材料から溶出したリグニン等の有機物が黒液固形分として，１５〜２５％程度含まれている。黒液の添加率は、燃焼灰，セメントとその他泥等の他原料の混合物合計重量に対し，固形物換算で０．１％以上添加する。０．１％未満の場合には、強度が黒液無添加時と同等であり，黒液添加の意味を成さない。一方、黒液が４．０％を超えると強度の上昇幅は無くなるため好ましくなくい。さらに過剰に添加すると逆に黒液無添加時よりも強度は低くなるため好ましくない。
【００１３】
本発明においては特に規定はしていないが路盤材の原料として、燃焼灰、セメントの他に建設汚泥などの他原料も用いることができる。建設工事などでは、建設汚泥や清掃汚泥などの汚泥が排出されるが、これらの汚泥は使用目的がなく、これまでは埋め立てるなど最終処分されていた。しかしながら、路盤材などの原料に使用し有効利用されるため、産業廃棄物削減や環境保護の面からも有益である。
【００１４】
また、セメントとともに水和反応に必要な水を付与させるが、一般水道、工業用水、または工場排水等の不純物を取除く目的で、別途薬品を添加した処理水が好適に使用できる。
【００１５】
水和反応を進める水の添加量が最終固形物の強度に影響を与えることが古くから知られているが、特に水量が多い場合は、固化の養生に時間が掛かることと、固化後の強度が低くなる。また、極端に水量が少ない場合は、水和反応に必要な量が不足することにより、固化が困難となるため、常識的な範囲での水量添加により好適に使用できる。
【００１６】
本発明においては、予め乾燥状態のセメントと燃焼灰を均一に分散するように混合し、次いで黒液や水分を加えることが好ましい。従来からのセメントと燃焼灰の混練方法においては、水を含めて全ての原料をほとんど時間差のない状態での添加、混練する方法が常法とされてきた。この従来法においては、高濃度での混練ゆえに均一な分散の判定に熟練を要する。また、混練時間が延び、安易に分散性を向上させるために水分添加量が多くなる傾向があった。これらを解決するために鋭意研究を重ねた結果、セメントと燃焼灰は乾いた状態での混合の方が、より短時間で均一に分散することが明らかとなった。
【００１７】
乾燥状態のセメントと１種または２種以上の燃焼灰を混合する方法として一例を挙げると、回転羽根や攪拌軸を有する公知の混合装置に乾燥状態のセメントと燃焼灰を投入して混合し、次いで黒液や水分を含む泥や水を加えて混練する。但し、混合と混練を同一機械にて行った場合、換言すると水分を含んでの混練後に続けて乾燥物だけでの混合を行うと徐々に軸または混練装置の内部に付着物が成長する場合があるため、好ましくは混合と混練について別工程とし、乾燥物の混合終了後に混練装置へ投入する方法が良い。
【００１８】
燃焼灰の混合ならびに燃焼灰とセメントの混合時間は１〜５分程度が想定される。１分より短いと均一性に欠け、混合後の最終製品での強度が十分に出ないことがある。また、５分を超えた場合、品質で問題となる点はないが、エネルギー的に不経済である。
【００１９】
本発明の処理方法で得られた処理灰、セメント、黒液、水などの混合物を均一に混和するためには、公知の混練装置を用いて混練することが好ましい。また、連続処理およびバッチ処理も設備のスペースから適宜選択すれば良い。次に示す機器にもちろん限定されることなく、混練ができるものであれば好適に使用できる。以下に機器の一例を挙げると、日工ダッシュミキサー、ドラムミキサー、傾胴ミキサー、リボンミキサー、アイリッヒインテンシブミキサー、ペレガイアミキサー等の公知の混合攪拌装置を好適に用いることができる。また、攪拌時間については、機器により攪拌能力に特徴があるため規定は行わないが、目安として１〜１５分程度である。
【００２０】
セメント、黒液の他に硫酸第一鉄を用いることも更に好ましい。即ち、硫酸第一鉄は六価クロムの還元剤として、また鉛の不溶出化剤としての機能を持つため、溶出濃度に応じて適宜添加できるが、セメントに含まれることがある六価クロムの溶出抑制を目的とするため、セメントを加える際に添加するのも好ましい。
【００２１】
混練後は、固化後の破砕を想定して作業しやすい形状にて養生固形化する。また、養生期間（材齢）については、過剰な乾燥エネルギーを加えることなく固化を行うため、およそ１〜２８日間の養生、好ましくは７日間程度の養生を行う。
【実施例】
【００２２】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明について説明するが、もちろん本発明はこれによって何ら制限されるものではない。なお、特に示さない限り、燃焼灰は以下の燃焼灰を用いた。また、特に示さない限り、実施例及び比較例における薬品の添加率は燃焼灰、セメント等の全固形分の割合として質量％で示す。また、実施例１に処理に関する詳細を示し、他の実施例と比較例においては差異を明らかにするため主な変更点を表１に評価結果とともに示す。
【００２３】
１．燃焼灰の性状
タイヤ４８質量％、製紙スラッジ３７質量％、廃材等の木質原料１５質量％を燃料とした流動床炉のバグフィルター捕集燃焼灰を燃焼灰とした。また、燃焼灰をＸＲＦにて測定し、酸化物としてＳｉＯ２  ２３．６％、Ａｌ２Ｏ３  ９．１％、Ｆｅ２Ｏ３  ３．５％、ＣａＯ  ４１．３％の比率で含有されていた。
【００２４】
（Ａ）圧縮強度試験
（ア）強度用サンプル作成方法
ＪＩＳ  Ａ  １１３２（：２００６）「コンクリート強度試験用供試体の作り方」に準拠し、サンプルを作成した。
（イ）圧縮強度試験方法
ＪＩＳ  Ａ  １１０８（：２００６）「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠し、測定を行った。
【００２５】
（Ｂ）溶出試験方法
平成１５年環境省告示第１８号に準じて行った。即ち、試料を十分風乾後、非金属製である目開き２ｍｍの篩を通過させたもの５０ｇを、１、０００ｍＬの蓋つきのポリエチレン容器に取り、純水（ｐＨ５．８〜６．３）を５００ｍＬ加えて試料液を調整した。この試料液を、常温、大気圧下で、産廃溶出振とう機（タイテック社製）を用いて６時間連続振とうした（振とう幅４〜５ｃｍ、振動数２００回／分）。次いで、振とう後の試料液を３０分間静置した後、毎分約３、０００回転で２０分間遠心分離した。上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、濾液を取り、定量に必要な量を正確に計り取り、これを検液とした。
【００２６】
（Ｃ）フッ素の測定方法
検液をオートアナライザー（ＳＷＡＡＴ／ビーエルテック（株）製）で定量した（ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２の３４．１）。
（Ｄ）六価クロムの測定方法
検液をジフェニルカルバミド吸光光度法により定量した（ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２の６５．２．１）。
（Ｅ）ホウ素、鉛、セレン、砒素、カドミウムの測定方法
検液をＩＣＰ発光分光分析法で定量した（ＣＩＲＯＳ−１２０／（株）リガク社製）で定量した（ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２記載の各項目）。
【００２７】
実施例１
燃焼灰を３６％（固形分）に対し、高炉セメントＢ種を２８％（固形分）添加し、アイリッヒミキサー（（株）日本アイリッヒ社製）を用いて予備攪拌として１分間混合した。次いで、泥を３６％（固形分）添加し、固形分濃度２０．６％の黒液を固形分として１．０％、と共に調整水を全固形分に対し４６％加えて、混練を２分間行った。固化養生期間（材齢）を７日間経た後の圧縮強度は、７．３６Ｎ／ｍｍ２であった。また、固化したサンプルについて平成１５年環境省告示第１８号に従い溶出試験を行ったが、フッ素、ホウ素、鉛、六価クロム、セレン、砒素、カドミウムいずれの元素の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下（フッ素０．８ｍｇ／Ｌ、ホウ素１．０ｍｇ／Ｌ、鉛０．０１ｍｇ／Ｌ、六価クロム０．０１ｍｇ／Ｌ、セレン０．０１ｍｇ／Ｌ、砒素０．０１ｍｇ／Ｌ、カドミウム０．０１ｍｇ／Ｌ）であった。
【００２８】
実施例２
黒液の添加率を固形分として４．０％（黒液を９７１ｇ），調整水を全固形分に対し３５％とした以外は実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は，６．６０Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００２９】
実施例３
燃焼灰の配合率を８０％（固形分），高炉セメントＢ種の配合率を２０％（固形分），調整水を全固形分に対し３５％，黒液を固形分として４．０％加え，実施例１と同様に処理を行った。なお，この時，泥は添加していない。材齢７日間の圧縮強度は，５．５８Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３０】
実施例４
燃焼灰の配合率を２０％（固形分），高炉セメントＢ種の配合率を８０％（固形分），調整水を全固形分に対し３５％，黒液を固形分として４．０％加え，実施例１と同様に処理を行った。なお，この時，泥は添加していない。材齢７日間の圧縮強度は，１０．４０Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３１】
実施例５
黒液の添加率を固形分として０．１％，調整水を全固形分に対し４９％とした以外は実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は，６．６７Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３２】
実施例６
燃焼灰の配合率を４０％（固形分）に対し，高炉セメントＢ種の配合率を４０％（固形分），泥の配合率を２０％（固形分），調整水を全固形分に対し２０％，黒液を固形分として１．０％加え，実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は，５．２６Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３３】
実施例７
燃焼灰の配合率を４０％（固形分）に対し，高炉セメントＢ種の配合率を４０％（固形分），泥の配合率を２０％（固形分），調整水を全固形分に対し７０％，黒液を固形分として１．０％加え，実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は，５．２６Ｎ／ｍｍ２，重金属の溶出量も土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３４】
実施例８
黒液の添加率を固形分として８．０％，調整水を全固形分に対し３９％とした以外は実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は、４．９２Ｎ／ｍｍ２であった。重金属の溶出量は土壌汚染対策法の基準値以下であった。
【００３５】
比較例１
黒液は添加せず、調整水を全固形分に対し５０％とした以外は実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は、４．８３Ｎ／ｍｍ２であった。重金属の溶出量は土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３６】
比較例２
黒液の添加率を０．０５％、調整水を全固形分に対し４９％とした以外は実施例１と同様に処理を行った。材齢７日間の圧縮強度は、４．１３Ｎ／ｍｍ２であった。重金属の溶出量は土壌汚染対策法規定の基準値以下であった。
【００３７】
【表１】
2013256779.tif 000002