(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未硬化セメント含有廃泥を脱水して含水率が５０〜７５％の脱水ケーキとした後、チェーン式打撃破砕乾燥機により強制粉砕乾燥して含水率が１２％以下、未硬化セメントが２０％以上の水硬性乾燥粉を得ることを特徴とするセメント含有廃泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地盤改良工事等に伴って発生するスライムや生コン工場等から発生する生コン廃泥等のセメント含有廃泥の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントを使用する土木工事や建設工事においては、セメントを含有する各種廃泥が発生する。例えば、軟弱地盤の改良工事、掘削地盤の止水工事、地中杭や地中壁の構築などには、薬液注入工法や高圧噴射注入工法などにより、改良すべき地盤にセメントミルク等のセメント系固化材を注入するが、これに伴ってスライムと称されるセメント含有廃泥が多量に発生する。
【０００３】
このスライムは固形分濃度が数％程度の極めて含水率の高いスラリーであり、セメント系固化材に由来するセメント及び改良地盤等から削り取った土砂を含有する。このセメントの一部は硬化しているが、大部分は未硬化のままである。未硬化のセメントを含有するスライムはかなり強いアルカリ性を示し、そのままでは廃棄や埋立処分することができず、また固化性があるので取り扱いも容易ではない。
【０００４】
地盤改良工事現場では、発生するスライムの減容や運搬の利便のために、タンク等に集めたスライムをベルトプレス等の脱水設備で脱水処理し、含水率が４０〜７０％程度の脱水ケーキとしてスライム処理センターに運搬する。スライム処理センターでは、この脱水ケーキに生石灰や高分子系吸水材等を添加して更に水分を減らした状態で固化させて、最終処分場に搬入して廃棄処分するのが一般的である。したがって、その処理コストが多大なものとなり、このスライムの再利用等が望まれている。
【０００５】
また、生コン工場や建設現場では、生コン輸送車やポンプ車の洗浄の際に未硬化のセメントを含む生コン廃泥が発生する。この生コン廃泥は上記のスライムと同様に処理に困っており、多大な費用をかけて固形化して廃棄されているのが実情である。
【０００６】
しかしながら、未硬化のセメントを含むとはいえ、その固形分濃度や水和の程度がまちまちで、これらをそのまま原料セメントとして再利用することはできない。これらの固化処理したものを埋め戻し材とすることも提案されているが、多量の水分を減らすための脱水操作をしても、まだ数十％の水分を含むので、水分調整のため脱水ケーキに多量の乾燥粉を添加する必要があり、もしこの乾燥粉を脱水ケーキから調製するとすれば乾燥費用がかさみ、実用性がなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、地盤改良工事等に伴って発生するスライムや生コン工場等から発生する生コン廃泥等のセメント含有廃泥の効率的な処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、セメント含有廃泥を脱水ケーキとし、これを強制的に粉砕乾燥することによって、サラサラの乾燥粉として回収することができ、またこの乾燥粉が水硬性を有し、セメント代替材やセメント混和材等として有効利用できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、未硬化セメント含有廃泥を脱水して含水率が５０〜７５％の脱水ケーキとした後、チェーン式打撃破砕乾燥機により強制粉砕乾燥して含水率が１２％以下、未硬化セメントが２０％以上の水硬性乾燥粉を得ることを特徴とするセメント含有廃泥の処理方法である。
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の処理方法を適用できる未硬化セメント含有廃泥としては、地盤改良工事等で発生するスライムや、生コン工場、建設現場、セメント二次製品工場等で発生する生コン廃泥などがあげられる。前者のスライムは、例えば軟弱地盤の改良工事、掘削地盤の止水工事、地中杭や地中壁の構築工事において、薬液注入工法や高圧噴射注入工法などにより、改良すべき地盤にセメントミルク等のセメント系固化材を注入するが、これに伴って回収される泥漿状の廃泥である。後者の生コン廃泥は、生コン輸送車、ポンプ車、機械設備等の洗浄の際に回収される泥漿状の廃泥である。これらは、多くの場合、固形分濃度が１０％にも満たないシャブシャブの状態であり、いずれも未硬化のセメントを含み、さらに改良地盤に由来する土砂や、砂、砂利等の骨材を含む。
【００１１】
先ず、本発明の処理方法は、この固形分濃度が低い廃泥を、この種の廃泥や汚泥等の脱水に通常使用される脱水設備、例えばベルトプレスやフィルタープレスなどを用いて脱水し、水分が５０〜７５％（固形分濃度２５〜５０％）程度の脱水ケーキにする。廃泥の発生量が少ない場合はそのまま廃泥処理施設に運搬し、そこで脱水してもよいが、多量に発生する場合はその発生現場に脱水設備を設置し、脱水減容したのち廃泥処理施設に運搬することが好ましい。
【００１２】
次いで、本発明の処理方法において、この含水ケーキを強制粉砕乾燥し、含水率が１２％以下の乾燥粉末とする。この強制粉砕乾燥は、供給材料に機械的な粉砕力を加えつつ熱風を吹き込み、粉砕と乾燥を同時に行う操作であり、気流乾燥法の一種である。
【００１３】
強制粉砕乾燥に用いられる設備としては、アーム式打撃破砕乾燥機、ハンマー式打撃破砕乾燥機、チェーン式打撃破砕乾燥機などがあるが、乾燥効率や設備メンテナンスの面から、特にチェーン式打撃破砕乾燥機が好ましい。チェーン式打撃破砕乾燥機は、竪型筒形の本体と、それに内蔵する複数のリンクチェーンを取り付けた垂直軸と、それを回転する駆動装置及び付帯装置とから構成される。
【００１４】
チェーン式打撃破砕乾燥機の仕組みは、供給機により乾燥機上部の投入口に投入された脱水ケーキが垂直軸の周りを高速回転するチェーンにより解砕されて細かくなり、熱風により乾燥され、粒子の飛散速度以上になって乾燥管に導かれ、ここで更に水分を失ってサイクロンセパレータで捕集される。乾燥粉はサイクロンセパレータから搬出するが、必要ならこの一部を乾燥管に循環してもよい。乾燥粉の水分調製は、サイクロンセパレータ入口に設けた温度計の温度設定により調節することができる。また必要に応じて、サイクロンセパレータの下部に吸引ファンなどを設置し、乾燥機内を減圧にすることにより、減圧乾燥してもよい。
【００１５】
乾燥機に供給する熱風は、専用の熱風発生装置を設置してもよく、また近くに廃棄物燃焼炉などがあればこの廃熱を利用してもよい。熱風の温度は通常１２０〜６００℃程度であり、風量は脱水ケーキの水分量にもよるが、脱水ケーキ１トン当たり１００〜３００ｍ３ 程度でよい。上記のチェーン式打撃破砕乾燥機を使用すると、燃料（灯油の場合）１リットルで脱水ケーキ約３０Ｋｇを処理することができ、極めて効率が高い。
【００１６】
強制粉砕乾燥された本発明の水硬性乾燥粉（以下、乾燥粉と略すことがある）は、含水率が１２％以下、好ましくは１０％以下にすることがよい。なお、本発明でいう含水率とは、１０５℃に保持したとき蒸発する水分をいう。乾燥粉の含水率が１２％を超えると乾燥粉中の未硬化セメント分の水和反応が進行し、保存性が低下するので好ましくない。熱風の温度と風量を上げ、さらに乾燥粉の循環率を高くすれば、乾燥粉の含水率は１％以下にも低下させることができるが、乾燥費用が増大し、処理設備の生産性も低下するので、含水率は５％程度にすることがよい。
【００１７】
本発明の水硬性乾燥粉は、未硬化のセメント分を２０％以上、発生源によっては５０％以上も含有する。そして、乾燥粉はセメントと同様に水和させることができ、中にはセメントに近い強度を発現する乾燥粉もあることが判明した。本発明の乾燥粉の利用方法は、これをセメント代替材又はセメント混和材として利用する。
【００１８】
乾燥粉をセメント代替材として使用するには、セメントの代わりに乾燥粉を用いたモルタルを調製し、これについてＪＩＳに規定する強度試験を行い、強度を測定する。この結果、セメントに近い強度を発現する乾燥粉は、セメントの全部と代替することができる。また、セメントに較べて強度発現性の低い乾燥粉であっても、あまり強度が要求されない用途、例えば土壌改良材、セメントブロックなどには、セメントの全部と代替することができる。
【００１９】
また、乾燥粉の別の利用方法として、セメントの一部をこれと置換する、いわゆるセメント混和材がある。すなわち、セメントミルク、セメントモルタルやセメントコンクリートの調製において、セメントの一部を乾燥粉と置換することにより、セメントの配合量を減らすことができる。例えば、家庭用セメント調製品や佐官用セメントモルタルなどに配合してもよい。また、セメントブロック、セメント製踏石、セメント製側溝蓋等の各種セメント二次製品の製造工程で、通常のセメントに乾燥粉を配合することもできる。また、乾燥粉を配合すると、これに含まれるセメント分以外の微粉や砂等は骨材として利用できるので、骨材の配合量も減らすことが可能となる。
【００２０】
また、本発明の乾燥粉の別の用途としては、地盤改良工事等で発生するスライム、生コン工場等で発生するセメント廃泥、下水処理場で発生する下水汚泥、各種工場で発生する含水汚泥等の含水廃泥を固化処理し、これらを再利用するための水分調整硬化材として使用できる。これらの含水廃泥をベルトプレス等の脱水機で例えば含水率５０％程度の脱水ケーキとし、これに等量の乾燥粉を混合すると、含水率が２５％程度となり、例えばパン型造粒装置、ドラム型造粒装置、高速造粒装置等を用いて、直径数ｍｍの粒状物に造粒することが可能となる。これを養生すると、乾燥粉に由来する未硬化セメント分が硬化し、圧壊強度の高い造粒物が得られる。
【００２１】
このようにして含水廃泥と乾燥粉から得られた造粒物は、上下水道管の埋設工事、地下鉄工事、トンネル工事などの埋め戻し材として有効利用できる。また最近、液状化対策として注目されている地盤中の間隙水を排出する工法、例えばグラベルドレーン工法では、挿入材料として砕石を使用するが、砕石に代えてこの造粒物を使用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらによってなんら制限を受けるものではない。
【００２３】
実施例１
高圧噴射注入工法による地盤改良工事現場で回収された含水率が９０％以上のスライムを、ベルトプレス脱水装置で脱水し、含水率が約５０％の脱水ケーキとした。次いで、この脱水ケーキを強制粉砕乾燥装置により、乾燥粉を調製した。強制粉砕乾燥装置には、株式会社フジモトポルコン製のＦＭ型チェーン式打撃破砕乾燥機（商品名クダケラ）１００Ｄ型を使用した。この原料装入装置へ脱水ケーキを５００Ｋｇ／ｈｒで供給し、熱風吹込口から６５０℃の熱風を８０ｍ３ ／ｈｒで送風し、乾燥管出口の温度を１１０℃に維持するように操作して、乾燥粉を２７０Ｋｇ／ｈｒで得た。得られた乾燥粉は含水率が７．５％であった。
【００２４】
次に、この乾燥粉と普通ポルトランドセメント及び標準砂を用いて、表１の配合割合で各種モルタルを調製し、これらのモルタルについてＪＩＳ  Ｒ５２０１に基づきモルタル強度試験を行い、圧縮強さ（材齢７日）を測定した。モルタルの配合割合及び強度試験の結果を表１に掲げる。表１において、圧縮強さの欄の（  ）内はセメントを１００としたときの強度比を表す。
【００２５】
また、この乾燥粉について、ＪＩＳ  Ｒ５２０３に基づき水和熱を測定した。乾燥粉に対する配合水量を変えてモルタルのフロー値を測定し、ＪＩＳで規定するセメントのフロー値にほぼ近くなるよう水量を求めたところ、乾燥粉が１０００重量部（６３．５％）に対し水５７５重量部（３６．５％）であった。このモルタルについて水和熱を測定したところ、材齢７日で３１８Ｊ／ｇであった。
【００２６】
【表１】
0003933737.tif 000002
【００２７】
実施例１の乾燥粉又は普通ポルトランドセメント、骨材として砕砂及び細目砂を用い、表２に示す配合割合で、セメントブロック用のモルタルを調製した。このモルタルについてＪＩＳ  Ｒ５２０１に準じてモルタルの強度試験を行い、曲げ強さ（材齢７日及び２８日）を測定した。モルタルの配合割合及び強度試験の結果を表２に掲げる。表２において、配合割合の水の下欄は水セメント比（Ｗ／Ｃ）を、曲げ強さの下欄はセメントを１００としたときの強度比を表す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
実施例１の含水率５０％の脱水ケーキ１００重量部に、実施例１の乾燥粉４０重量部を混合したものを、高速造粒装置に３００Ｋｇ／ｈｒで供給して造粒し、造粒物を７日間養生して固化させた。得られた造粒物は、粗粒率が３．３６、表乾比重が２．１３、絶乾比重が１．７７、吸水率が２０．２％であった。
【００３０】
次に、セメントとして普通ポルトランドセメント、骨材としてこの造粒物（人工砂）又は標準砂を用いて、表３の配合割合で各種モルタルを調製し、これらのモルタルについてＪＩＳ  Ｒ５２０１に基づきモルタル強度試験を行い、圧縮強さ（材齢７日）を測定した。モルタルの配合割合及び強度試験の結果を表３に掲げる。表３において、圧縮強さの欄の（  ）内は標準砂を１００としたときの強度比を表す。
【００３１】
【表３】
0003933737.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、セメント含有廃泥を脱水ケーキとした後、これをチェーン式打撃破砕乾燥機により強制的に粉砕乾燥することによって、水硬性乾燥粉として回収することができ、また、この水硬性乾燥粉がセメント代替材やセメント混和材として再利用でき、さらに水硬性乾燥粉が含水汚泥の処理にも活用できる。また、その処理費用も低廉であり、実用性はきわめて高い。