(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰と、
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であって１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2 （以下、Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2 という）を１０〜４０重量％および残部に２ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、Ｃ2Ｓという）、３ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、Ｃ3Ｓという）の一種以上を含む焼成物に石膏を添加した水硬性組成物とを、前記石炭灰に対して内割りで２〜５０重量％、含有する硬化材に、
水を混合したことを特徴とする空洞充填材。
【請求項２】
石炭灰と、
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であって３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3
（以下、Ｃ3Ａという）を１０〜４０重量％および残部にＣ2Ｓ、Ｃ3 Ｓの一種以上を含む焼成物に石膏を添加した水硬性組成物とを、前記石炭灰に対して内割りで２〜５０重量％、含有する硬化材に、
水を混合したことを特徴とする空洞充填材。
【請求項３】
水に、遅延剤、流動化剤、増粘剤の一種以上が添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載された空洞充填材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面や地下の地盤中の空洞あるいは地上構造物等の空洞に充填し、地盤や構造物の安定化および固定化等を図るための流動性が高くかつ硬化性を備えた空洞充填材に係り、とくに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造される水硬性組成物（エコセメントともいう）および石炭火力発電所等から発生する石炭灰を硬化材に使用した空洞充填材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水道管やガス管などの工事における埋め戻し、道路や鉄道下等のインバート材、地下空間の空洞充填材として、コンクリートやモルタル、もしくは砂や建設発生土を改良した改良土等が用いられている。
たとえば、シールド工法により１次施工されたセグメント内に、上下水道管を設置した後、水道管の固定および止水を目的として、セグメントと水道管の隙間に流動性および硬化性を備えた充填材を充填することが行われており、この充填材として、気泡モルタル、コンクリート等が用いられ、これらの材料には、あまり強度を必要としないが、透水係数が小さいものが選ばれる。
【０００３】
また、鉄道、道路のトンネルのインバート部には、路床材としてインバートコンクリート、固化処理土等が充填されている。
その他、廃坑の空洞部への充填、護岸壁等で囲まれた空洞部への裏込め材等に、砂や砂利やコンクリートの充填が行われている。
【０００４】
また、現在、産業廃棄物として発生する粉末状の石炭灰は、一部の再利用はされているものの、かなりの量が埋め立てられ、今後さらに建設される石炭火力発電所等からの発生により、その有効利用が課題となっている。
現在の有効利用先としては、路盤材、セメント原料、コンクリート骨材、コンクリート混和材、地盤改良材等に使用されているが、有効利用率は小さく、約半分は埋め立てられて、処分地の確保も困難になっている。
【０００５】
また、石炭灰同様、都市ゴミや下水汚泥等の一般廃棄物および産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効利用、再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処理に関する決定的な方法はなく、現状は、埋め立てに頼っている。
しかしながら、最近、セメントの製造分野では、廃棄物の有効利用および再資源化を目的として、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料としてエコセメントが製造されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような空洞充填材として、従来の材料では以下のような問題を生じる。
充填材としてコンクリートやモルタルを使用した場合には、過剰の強度が得られ、埋め戻し材としては好ましくない。
また、建設発生土による充填材は、発生土によって特性が大きく変化し、含水比、粒径の調整等の作業が必要となる。
さらに、流動性、充填性が悪く、複雑な形状の箇所を充填する場合には、振動を加えて充填するなどの作業を必要とする。
また、上記の材料で流動性を高くした場合、強度が低下する事や、ブリージング水が多くなるため、充填部の上部に空洞が生じ、再度の充填が必要となる。
【０００７】
本発明は、これらの問題点を解決し、さらに、石炭灰、都市ごみ焼却灰の両方を同時に有効利用するための空洞充填材の利用技術を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明者らは、種々の研究の結果、石炭灰に、ゴミ焼却灰、下水汚泥等を原料の一部として得られたエコセメントを混合した硬化材に水を混合した材料が、各種産業廃棄物を利用する手段として有効であるだけでなく、その硬化体が、長期の強度、圧送性、自己充填性の良好な空洞充填材になることを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】
本発明の空洞充填材は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であってＣ11Ａ7ＣａＣｌ2、Ｃ11Ａ7ＣａＦ2、Ｃ3Ａの一種以上を１０〜４０重量％および残部にＣ2Ｓ、Ｃ3Ｓの一種以上を含む焼成物に石膏を添加した水硬性組成物と、石炭灰とを含有する硬化材に、水を混合したものである。（請求項１）
そして、上記空洞充填材は、硬化材中の水硬性組成物と石炭灰の配合量が、石炭灰に対して水硬性組成物が内割りで２〜５０重量％であるものを含む。（請求項２）
さらに、上記空洞充填材は、水に、遅延剤、流動化剤、増粘剤の一種以上が添加されているものを含む。（請求項３）
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる石炭灰は、石炭火力発電所から発生する灰の事で、微粉炭燃焼によって生成され、燃焼ボイラの燃焼ガスから空気余熱器、節炭器などを通過する際に落下採取された石炭灰、集塵機で採取された石炭灰、および燃焼ボイラの炉底に落下した石炭灰いずれも使用できるほか、流動床燃焼によって発生した流動床灰も使用する事ができる。
【００１１】
電気集塵器等で採取された粒径が細かく、球状粒子の含有率が高い石炭灰、あるいは粗い石炭灰を分級して得られた石炭灰微粉は、空洞充填材に使用した場合、流動性、ブリージング特性および強度特性が良好となる。
【００１２】
本発明で用いるエコセメントは、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であってＣ11Ａ7ＣａＣｌ2、Ｃ11Ａ7ＣａＦ2、Ｃ3Ａの一種以上を１０〜４０重量％および残部にＣ2Ｓ、Ｃ3Ｓの一種以上を含む焼成物に石膏を添加した水硬性組成物である。
なお、ここで使用する原料は、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物、更には普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原料であってもよい。
【００１３】
係る原料を１２００〜１５００℃で焼成して得たクリンカーを粉砕後、この焼成物に石膏を添加してエコセメントを製造する。
この焼成物中のアルミニウム源は焼却灰から主に由来するので、Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2、Ｃ11Ａ7ＣａＦ2、Ｃ3Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が１０重量％未満では、焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の有効利用および再資源化の観点から好ましくない。
また、４０重量％を超えると水和の進行によって過大に膨張する場合がある。
【００１４】
本発明に用いる石膏は、無水石膏、二水石膏、半水石膏のいずれも使用でき、強度の発現性から、石膏は、焼成物１００重量部に対して１〜３０重量部添加するのが好ましい。
このようにして製造された水硬性組成物は、水和反応時間が長く、早強性を必要とする施工には硬化促進剤等を必要としない。
また、調整したスラリーの粘性が短時間で高くなるため、ブリージングが小さくなる。
【００１５】
上記石炭灰とエコセメントの混合量は、石炭灰に対してエコセメントを内割りで２〜５０重量％とするのが好ましい。
２重量％を下回る添加量では強度が発現し難く、また、５０重量％を超えると、強度が空洞充填材としては高すぎるほか、流動性も悪くなる。
【００１６】
添加剤としては、遅延剤、流動化剤、増粘剤（分離低減剤）等を必要に応じて使用することができる。
遅延剤は、可使時間を長く必要とする施工の場合に添加する。遅延剤としては、グルコン酸、クエン酸等があげられる。
流動化剤は、長距離を圧送する場合、水比を上げずに流動性を上げる場合、充填性を良好なものとする場合に添加する。流動化材として、コンクリート用のＡＥ剤、ＡＥ減水剤や界面活性剤を用いると、有効に作用する。
【００１７】
分離低減剤は、水比が高い場合や、粉体の粒度が粗い等のスラリーの状態でブリージング水が多くなる場合、また、ブリージングの発生を抑えなければならない施工の場合添加する。分離低減剤としては、ベントナイト等の無機系のもの、メチルセルロースなどの有機系のもののいずれも用いることができる。
ここで、遅延剤、流動化剤、増粘剤（分離低減剤）等の添加剤は、その効果を充分に発揮させるために、あらかじめ水に添加して溶解あるいは膨潤させておくことが好ましく、とくに、増粘剤のベントナイトは、その膨潤性を高くするため、あらかじめ水に添加し、充分に膨潤させるのがよい。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。なお、これらは例示であり本発明を限定するものではない。
まず、本発明で使用するエコセメントの製造方法について説明する。エコセメントは標準型および低塩素型の２種類のセメントを製造した。
【００１９】
（実施例１）
▲１▼標準型エコセメント
表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰４３．３重量％、石灰石粉５４．５重量％、アルミ灰１．３重量％、粘土０．９重量％を原料として、ロータリーキルンを用いて１３００〜１４５０℃でクリンカーを焼成した。
得られた焼成物すなわちエコセメントクリンカーは、縦型ミルでブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇになるよう粉砕し、この焼成物１００重量部に対して無水石膏を１２重量部添加してブレーン比表面積が４７００ｃｍ2／ｇの水硬性組成物すなわちエコセメントａを製造した。
なお、製造した焼成物の鉱物組成を表２に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
（実施例２）
▲２▼低塩素型エコセメント
表３に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰２９．７重量％、石灰石粉６８．６重量％、アルミ灰１．５重量％、粘土０．２重量％を原料として、ロータリーキルンを用いて１３００〜１４５０℃でクリンカーを焼成した。
得られた焼成物すなわちエコセメントクリンカーは、縦型ミルでブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇになるよう粉砕し、この焼成物１００重量部に対して無水石膏６重量部と半水石膏６重量部添加してブレーン比表面積が４７００ｃｍ2／ｇの水硬性組成物すなわちエコセメントｂを製造した。
なお、製造した焼成物の鉱物組成を表４に示す。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
【表４】
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【００２５】
実施例１および２で製造したエコセメントａおよびｂを使用して、空洞充填材としての特性を把握するため、強度特性、流動性、ブリージング特性について検討した。
使用した材料を表５に示す。
また、石炭灰の比重、粒度、比表面積を表６に示す。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
【表６】
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【００２８】
（実施例３）
表７に示す配合で、石炭灰にセメントを混合した粉体に、所定量の水を混合し、２分撹拌した。
この各配合について、最適な配合を調べるため、混合直後のスラリーを型枠に注入し、１日後にΦ５×ｈ１０ｃｍの供試体を取り出し、ビニール袋で密閉した後、２０℃で所定期間養生し、一軸圧縮強度を測定した。
結果を表８に示す。
なお、流動化材のマイティ１５０および増粘剤のベントナイトはあらかじめ水に添加して溶解あるいは膨潤させておいた。
【００２９】
ブリージング率の測定は、調合したスラリーを、５００ｃｃメスシリンダーに充填し、２４時間静置後、上部の浮水量を測定し、ブリージング率を算出した。
結果を表９に示す。
フロー値は、調合したスラリーを、直径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダを平板上にのせ、スラリーを充填してシリンダを引き上げたときの広がりを測定した。
結果を表１０に示す。
【００３０】
【表７】
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【００３１】
【表８】
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【００３２】
石炭灰に対するエコセメントの添加量は１重量％の場合、１日後の強度が０．５ｋｇｆ／ｃｍ2を下回る。（Ｎｏ．１）
充填後に上部で作業するためには、およそ０．５ｋｇｆ／ｃｍ2以上が必要であり、エコセメント量は２重量％以上が好ましい。
特に空洞充填材としては、数ｋｇｆ／ｃｍ2程度の強度が必要であることから、５〜１０重量％のエコセメント添加量が好ましい。
【００３３】
エコセメントは、標準型、低塩素型ともに空洞充填材として必要な強度特性を得ることが出来る。
標準型は初期の強度発現が遅いが、長期の強度増加が大きく、長期にわたって安定性が必要な施工に使用するとよい。（Ｎｏ．３、４）
また、低塩素型は初期強度発現が高く、長期の伸びは小さいため、速硬性が求められる施工に使用するとよい。（Ｎｏ．６、７）
【００３４】
ブリージング率の測定結果は、表９に示すように、エコセメント５重量％を用いた場合、２４時間後に３重量％のブリージング率となる。（Ｎｏ．３）
増粘材として、ベントナイトを使用した場合、ブリージング率がほぼ０％となる。（Ｎｏ．８）
このように、ブリージングを抑制する場合には、ベントナイト等の増粘材を添加することが有効である。
【００３５】
フロー値の測定結果は、表１０に示すように、エコセメント５重量％で２５ｃｍであるが、さらに複雑な形状からなる重点個所を充填する場合、もしくは圧送管にて長距離を圧送する場合に流動性が問題となる。（Ｎｏ．３）
このような場合、流動化剤としてコンクリート用のＡＥ減水剤を使用した場合、３０ｃｍを超えるフロー値が得られた。（Ｎｏ．９）
流動化剤の添加は流動性、充填性が向上する。
【００３６】
【表９】
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【００３７】
【表１０】
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【００３８】
（実施例４）
幅１ｍ、高さ１ｍ、長さ２ｍの直方体の箱の中に外径２０ｃｍ、長さ２ｍの管を平行に縦横２本づつ合計４本配置し、表７のＮｏ．４の配合のスラリーを、箱の管の周囲の空間に自己充填のみで充填する実験を行った。
その結果、硬化体は、４本の管の周囲を完全に覆い、未充填部もなく、充填性に優れている事が確認された。
そして、１ヶ月経過した後も、収縮等の発生もなく、上部が大気にさらされている状態でも十分な硬化体が形成されている事が確認された。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の石炭灰充填材は、大量の石炭灰を使用するとともに、大量の都市ごみ、下水道焼却灰等を原料とした水硬組成物すなわちエコセメントを使用するので、廃棄物の有効利用に大きく役立ち、廃棄物を処分場を使わずに、大量に処分することが出来る。
また、本発明の空洞充填材は、石炭灰とエコセメントを使用しているため、空洞充填材として、流動性が高く、自己充填性にも優れている。