(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分により硬化可能な成分を含有する水硬性固化材と、ペーパースラッジを燃焼したときの燃焼ガスから捕集して得られ、比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ以上である飛灰とを混合してなり、前記水硬性固化材に対する前記飛灰の混合割合が、０．５重量倍以上２重量倍以下であることを特徴とする土壌改良材。
【請求項２】
前記飛灰は、前記ペーパースラッジを９００℃以上の温度で燃焼したときの燃焼ガスから捕集したものであることを特徴とする請求項１に記載の土壌改良材。
【請求項３】
前記飛灰が、２０〜５５ｗｔ％のＣａＯ、１５〜３０ｗｔ％のＳｉＯ２、５〜２０ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１〜１０ｗｔ％のＭｇＯ、１０ｗｔ％未満のＫ２Ｏ、及び１０ｗｔ％未満のＰ２Ｏ５を主成分として含有し、該主成分が７０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌改良材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ペーパースラッジの焼却灰、特に、焼却することにより得られる飛灰を利用した土壌改良材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製紙工場の廃液中の固形分はペーパースラッジとして分離回収されていて、焼却により減容化された後、焼却灰として処分されている。しかし、焼却灰が多量に発生するため、その処分が容易でなく、焼却灰の再利用が検討されている。
【０００３】
例えば土木、建築の用途では、焼却灰をセメント原料や軽量骨材に利用するものが知られている。セメント原料として利用する場合、焼却灰はセメントと類似の成分を含有しているが、それ自体には水硬性がなく、石灰石、粘土、珪石等とともに焼却灰を調合及び焼成してクリンカを形成することにより利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ペーパースラッジを焼却すると、焼却後に炉内に残留する炉底灰が発生する他に、焼却炉から燃焼ガスとともに排出される飛灰も発生する。
【０００５】
このような飛灰は、通常の処分場ではなく、管理型の最終処分場に廃棄しなければならず、焼却炉内に残留する炉底灰に比べて手間を要するものである。しかも、この飛灰は、焼却炉の形式によっては、焼却炉内に残留する炉底灰より多く発生する場合もあり、廃棄処理が容易でなかった。
【０００６】
そこで、この発明では、ペーパースラッジを焼却することにより発生する飛灰を有効に再利用することができる土壌改良材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１の発明は、水分により硬化可能な成分を含有する水硬性固化材と、ペーパースラッジを燃焼したときの燃焼ガスから捕集して得られ、比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ以上である飛灰とを混合してなり、前記水硬性固化材に対する前記飛灰の混合割合が、０．５重量倍以上２重量倍以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、前記飛灰は、前記ペーパースラッジを９００℃以上の温度で燃焼したときの燃焼ガスから捕集したものであることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記飛灰が、２０〜５５ｗｔ％のＣａＯ、１５〜３０ｗｔ％のＳｉＯ２、５〜２０ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１〜１０ｗｔ％のＭｇＯ、１０ｗｔ％未満のＫ２Ｏ、及び１０ｗｔ％未満のＰ２Ｏ５を主成分として含有し、該主成分が７０ｗｔ％以上であることを特徴とする。
【００１０】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
この発明の土壌改良材は、水硬性固化材と飛灰とを混合したものであって、水分を多量に含有した泥土に散布或いは混合することにより、泥土の性状を改善して改良土とし、運搬、締め固めを容易にするものであり、また、改良土の強度を増進するものである。
【００１２】
まず、この発明の土壌改良材に使用される水硬性固化材は、泥土中の水分により硬化可能な成分を含有したものであり、例えばセメント系固化材、石灰系固化材等が挙げられる。
【００１３】
セメント系固化材としては、各種ポルトランドセメント、アルミナセメント等の特殊セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントなどの水硬性セメントが例示できる。前記混合セメントとしては、ペーパースラッジを焼却して得られる焼却灰を、他のセメント原料とともに調合して、焼成及び粉砕することにより製造されたセメントであってもよい。
【００１４】
また、石灰系固化材は、生石灰を含有する固化材であり、例えば水硬性セメントに生石灰を混合したもの等、従来から土壌改良材として使用されているものであってもよい。
【００１５】
次に、この発明において使用される飛灰は、ペーパースラッジを焼却して得られる飛灰であり、再生紙の精製工程の廃液等、製紙工場の廃液から分離されたペーパースラッジを焼却することにより得られる焼却灰のうち、燃焼ガスとともに焼却炉から排出される粒子やそれと同等の粒子からなる飛灰である。この飛灰は、例えば燃焼ガスからバグフィルタ等を用いて捕集することで得ることができる。
【００１６】
このような飛灰は、焼却後に炉内に残留し、水封装置等により冷却されて排出される砂状の炉底灰に比べて微細な粒子が多く含まれた粉末であり、３０μｍ以下の微粒子が多量に含まれている。そのため、単位重量当たりの表面積（比表面積）が大きく、焼却後に炉内に残留し、冷却されて排出される炉底灰に比べて格段に大きな比表面積を有している。その比表面積は、水硬性固化材の比表面積よりも大きなものである。本発明では、ペーパースラッジの飛灰が微粒子化するための粉砕等の処理を施さなくてもこのような比表面積を有しているために、そのまま利用することができる。ここでは、５０００ｃｍ２／ｇ以上の比表面積を有するものを用いるのが好ましく、特に８０００ｃｍ２／ｇ以上のものを用いるのが好適である。
【００１７】
また、この飛灰は、ペーパースラッジが高温、例えば９００℃以上の温度で燃焼されることにより炭素分が十分に除去された灰分であり、２０〜５５ｗｔ％のＣａＯ、１５〜３０ｗｔ％のＳｉＯ２、５〜２０ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１〜１０ｗｔ％のＭｇＯ、１０ｗｔ％未満のＫ２Ｏ、及び１０ｗｔ％未満のＰ２Ｏ５を主成分として含有していて、通常、この主成分の含有の合計量が７０ｗｔ％以上となっている。この飛灰の成分は、ごみ等の一般焼却灰に比べて組成が安定していて、重金属等の有害物質の含有量が非常に少ない。また、飛灰は水と接触させることなく捕集したものであるため、焼却炉から水と接触させてから取り出された炉底灰とも異なる成分となっている。
【００１８】
飛灰は、このような成分を含有していて、しかも前記のように大きな比表面積を有するものであるため、まず、比表面積が大きくて水を吸着し易く、泥土中を自由に移動できて泥土の流動性に大きく寄与する自由水を減少させて補強しやすい。また、小さい粒子が多く存在するため、土粒子の間に入り込んで改良土を補強することができる。さらに、ＳｉＯ２が多く含まれた微粒子であるため、水硬性固化材中の石灰とのポゾラン反応を起こし易く、改良土の強度を増加することができる。しかも、組成が安定していて重金属等の有害物質の含有量が少ないため、溶出物が生じにくい。
【００１９】
本発明では、このような飛灰を前記の水硬性固化材と混合することにより土壌改良材として使用する。
【００２０】
飛灰と水硬性固化材との混合割合は、水硬性固化材の成分、飛灰の成分、泥土の含水量等に応じて、水硬性固化材の重量に対して飛灰の重量が、０．５倍以上２倍以下の範囲となるように調整される。飛灰の重量が０．５倍より小さい場合には、改良土の締め固め後の強度の改善効果が少なくて水硬性固化材の使用量が増えるとともに、飛灰の使用量が少なくて飛灰の有効利用を十分に図れない。一方、飛灰の重量が２倍より大きい場合には、飛灰の使用量に応じた改良土の強度が得られず、また、飛灰の使用量が多くて泥土を廃棄する必要が生じて手間がかかるからである。
【００２１】
このような本発明の土壌改良材は、泥土に対して散布或いは混合し、その後放置して養生することにより使用する。泥土に対する土壌改良材の混合割合は、泥土の含水率、組成、粒度分布等の性状などにより調整すればよく、例えば、予め対象となる泥土の一部に対して試し練り試験を行うことにより、使用割合を決定することができる。
【００２２】
なお、この発明の土壌改良材は、ペーパースラッジを焼却することにより得られる飛灰をそのまま水硬性固化材と混合したものであるが、飛灰の組成が大きく変動して飛灰中に塩素化合物や重金属等の有害物質が含まれるような場合には、予めこれらの成分を除去する処理を飛灰に施したり、これらの溶出を防ぐ安定剤を添加して使用することも可能である。
【００２３】
【実施例】
以下この発明の実施例について説明する。
【００２４】
〔比較例１〜４〕
まず、泥土にペーパースラッジの飛灰を異なる混合割合で混合して締め固め後の改良土の強度の変化を測定した。
【００２５】
用いた泥土は、表１に示すような粒度分布を有する粘性土であり、含水比は５７．１％であり、スランプは２１ｃｍであった。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
一方、用いた飛灰は、再生紙の精製工程の廃液から回収されたペーパースラッジを流動床焼却炉で９００℃で焼却し、その際燃焼ガスとともに排出されてバグフィルタにより捕集されたものであり、表２に示すような成分を含有していた。また、複数のサンプルを採取して比表面積をブレーン値により測定したところ８０００ｃｍ２／ｇ〜８８００ｃｍ２／ｇの範囲であった。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
そして、改良土の締め固め後の強度は、一定量の泥土に異なる量の飛灰を混練りし、１時間の養生時間の経過後に、地盤工学基準Ｔ７１６の「締固めた土のコーン指数試験」に準拠したコーン貫入試験により改良土のコーン指数として測定した。
【００３０】
結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３から明らかな通り、飛灰を混合しない比較例１に比べ、飛灰を混合した比較例２〜４ではコーン指数が僅かに増加し、飛灰の混合割合に比例して泥土の強度が増加した。
【００３３】
しかしながら、比較例２〜４のように飛灰だけを混合する場合、第３種処理土に要求されるコーン指数４００ＫＮ／ｍ２以上の強度や、第２種処理土に要求されるコーン指数８００ＫＮ／ｍ２以上の強度を得るには、飛灰の混合量を極めて多量に使用しなければならず、再利用や廃棄する改良土も多量になるため好ましくない。
【００３４】
〔比較例５〕
ペーパースラッジの飛灰を混合する代わりに、泥土に普通ポルトランドセメントを５０ｋｇ／ｍ３となるように混合して、泥土の締め固め後の強度を測定した。
【００３５】
まず、用いた普通ポルトランドセメントは、ＪＩＳ規格品であり、比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上のものである。
【００３６】
また、泥土は、含水比が４９．８％でスランプが１１ｃｍである他は、比較例１〜４と同一の泥土を使用した。
【００３７】
そして泥土の締め固め後の強度は、普通ポルトランドセメントを泥土に混練りし、１時間、３時間、６時間、２４時間の養生時間経過後に、比較例１〜４と同一の方法によりコーン指数として測定した。
【００３８】
得られた結果を、養生時間に対するコーン指数の変化として図１に示し、２４時間経過後の強度を表４に示した。
【００３９】
〔実施例１〜４〕
比較例１〜４で用いた飛灰と比較例５で用いた普通ポルトランドセメントとを、異なる混合割合で混合することにより、実施例１〜４の土壌改良材を作成し、この土壌改良材を比較例５で用いた泥土に混合して、改良土の締め固め後の強度の変化を測定した。普通ポルトランドセメントに対する飛灰の混合割合は、実施例１の０．５重量倍から実施例４の２重量倍までとした。
【００４０】
そして改良土の締め固め後の強度は、普通ポルトランドセメント量が泥土に対して５０ｋｇ／ｍ３となるように各実施例の土壌改良材を泥土に混練りしてから、比較例５と同一にして測定した。
【００４１】
得られた結果を、養生時間に対するコーン指数の変化として図１に示し、２４時間経過後の強度を表４に示した。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
表４から明らかな通り、比較例５及び実施例１〜４では泥土に対して同じ量の普通ポルトランドセメントを混合したが、飛灰を混合していない比較例５に比べて、飛灰を混合した実施例１〜４ではコーン指数が増加した。しかも、普通ポルトランドセメントに対する飛灰の混合割合の増加に伴い、コーン指数が増加している。
【００４４】
ここでは、実施例１〜４のコーン指数が、普通ポルトランドセメントのみを混合した比較例５のコーン指数より３００〜９００ＫＮ／ｍ２以上大きい値となっている。実施例１〜４と同等以上の飛灰を混合して測定した前記の比較例２〜４のコーン指数の増加分が２０〜６４ＫＮ／ｍ２であることを考慮すれば、著しく大きな値であるといえる。
【００４５】
また、図１では、飛灰を混合していない比較例５と、飛灰を混合した実施例１〜４とのコーン指数の差は養生時間が少ない間は小さく、養生時間の経過とともにその差が混合割合に比例して拡大していた。これは、実施例１〜４では遅い反応速度で継続するポゾラン反応によるものと推測することができる。
【００４６】
従って、表４及び図１から普通ポルトランドセメントと飛灰との相乗的な作用により改良土の締め固め後の強度が増加できることが確認できた。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述の通り、この発明によれば、水分により硬化可能な成分を含有する水硬性固化材と、ペーパースラッジを焼却することにより得られる飛灰とを混合し、水硬性固化材に対する飛灰の混合割合を、０．５重量倍以上２重量倍以下にして土壌改良材としたので、飛灰が泥土中の自由水を吸着しやすいとともに水硬性固化材とのポゾラン反応を起こし易くて、水硬性固化材により得られる改良土の強度を飛灰により向上することができ、そのためペーパースラッジを焼却することにより発生する飛灰を有効に再利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  養生時間に対するコーン指数の変化を示すグラフである。
【図１】
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