(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント及びパルプを主体とした有機補強繊維を含有し、常圧養生して得られる無機硬化体において、溶融温度が１２００℃以上、（ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2で表わされる塩基度１．３０〜１．８０、粉末度２０００〜５０００cm2／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下である廃棄物溶融スラグ粉末を１０〜５０質量％配合してなるセメント系無機硬化体。
【請求項２】
セメント、パルプを主体とした有機補強繊維及び廃棄物溶融スラグ粉末を含有する混合物に水を加えて混練し、抄造又は押出成形し、次いで常圧養生することを特徴とする請求項１記載のセメント系無機硬化体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物から得られる溶融スラグを配合したセメント系無機硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント系硬化体は、一般にセメントに補強繊維を配合し、抄造成形あるいは押出成形によって製造されている。
近年、補強繊維としては、ノンアスベスト化の要請により主にパルプが用いられているが、これを用いた硬化体は、吸水による寸法変化が大きくなることや耐火性が低くなり不燃材としての特性が得られない等の問題が生じていた。また、製造時にグリーンシートを積み上げ、養生後に相互の板がくっつき合って剥がせないという問題もあった。
斯かる問題を解決するために、炭酸カルシウム粉末や鉄鋼水砕スラグ等の汎用充填材が配合されてきたが、この場合においても次ような問題が生じていた。
すなわち、炭酸カルシウムを配合した場合には、６５０℃付近において脱炭酸の分解を生じることにより、板体は加熱に対して亀裂、爆裂等の有害な変形を起こし、不燃性、耐火性を重要視する材料には適さないという欠点があり、鉄鋼水砕スラグを配合した場合には、スラグの塩基度が実質的に１．８０或いはそれ以上あることから、潜在的にセメントと反応して水和生成物を形成し、吸水による寸法変化が大きくなり、また不燃材としての特性も得られない等の問題が生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、パルプを使用した場合でも寸法変化が小さく、施工した後に亀裂の発生がなく、且つ熱的に不活性（不燃性、耐火性）であり、更に製造養生後の硬化板の剥がれ性が良好なセメント系無機硬化体を提供するとことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討したところ、特定の溶融スラグ粉末を一定量配合することにより、寸法変化率が低く、且つ不燃性及び耐火性に優れたセメント系無機硬化体が得られること見出し本発明を完成した。
【０００５】
すなわち本発明は、セメント及びパルプを主体とした有機補強繊維を含有し、常圧養生して得られる無機硬化体において、溶融温度が１２００℃以上、（ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2で表わされる塩基度１．３０〜１．８０、粉末度２０００〜５０００cm2／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下である廃棄物溶融スラグ粉末を１０〜５０質量％配合してなるセメント系無機硬化体及びその製造法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる溶融スラグは、一般廃棄物又は下水汚泥等の廃棄物を単独又は二種以上組み合わせて、１２００℃以上で溶融し、溶融後に水中において水砕化したものである。
すわなち、１２００℃以上で溶融することによりダイオキシン等を分解・無害化すると共に、低沸点の水銀、鉛、カドミウム、亜鉛等の重金属類をガス化して、その含有量を国の定める基準値以下に低減したものである。
尚、当該溶融スラグには、溶融温度を下げるために、必要に応じてドロマイト、石灰石、生石灰、消石灰等の石灰源を加えてもよい。
【０００７】
斯かる溶融スラグの成分は、廃棄物の種類によって変動し、特に限定されるものではないが、大凡ＣａＯが２０〜５０質量％、Ａｌ2Ｏ3が１０〜２０質量％、ＭｇＯが１〜８質量％、ＳｉＯ2が３０〜４５質量％である。
【０００８】
溶融スラグの塩基度は、（ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2で表した値が、１．３０〜１．８０であることが必要である。
これにより、セメントと溶融スラグの反応がスラグ表面の一部に抑えられて粒子同士の結合が増し、強度の増進が図れ、骨材としての機能が発揮できる。また、過剰な水和が抑えられることにより寸法変化の増大を防ぐことができる。また、水和生成物量を低く抑えることで、水分の蒸発量が減り、不燃材としての特性が得られる。更に、セメントとスラグの水和反応が表面にて進行するため、セメントから水酸化カルシウムの溶出を防ぎ、養生後の硬化板同士の相互のくっつきを防ぐことができる。
【０００９】
塩基度が１．８０を超えると反応性が高くなり過ぎ、セメント量を増加させた場合と同じように寸法変化率が増大し、その割に強度の増大が少なく、不燃性の特性も得られない。また、養生後に硬化板がくっつき合う問題も生じる。
一方、１．３０未満では、反応性がなく寸法変化率の増大は少ないが、強度が低下し、所定の製品強度が得られない。
【００１０】
溶融スラグ粉末の粉末度は、２０００〜５０００cm2／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下であることが必要である。
この範囲より粗いと、硬化体の強度が低くなると共に表面のざらつき等が生じ、建築材料として良好な表面性が得られにくくなる。一方、細か過ぎると強度の低下と共に吸水による寸法変化の低減率が減少し、また不燃材としての特性も得られなくなる。更に、過度の粉砕により含有する微量重金属の溶出が増加する可能性も高くなる。
【００１１】
溶融スラグ粉末は、全配合量の１０〜５０質量％配合される。
斯かる配合量とすることにより、優れた強度（かさ密度１．５ｇ／cm3以上、曲げ強度２５Ｎ／mm2程度以上）を有し、吸水による寸法変化が小さく、また不燃材としての特性をもつ硬化体が得られる。
溶融スラグ粉末の配合量が１０質量％以下では、寸法変化率の低減、不燃材特性の改善及び養生後の硬化板のくっつき合いの問題が解決されず、５０質量％以上では、製品として充分な強度が得られなくなる。
【００１２】
本発明において用いられるセメントとしては、普通ポルトランドセメントおよびＪＩＳに規定された低熱、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、白色ポルトランドセメントの他、同様にJISに規定された高炉、シリカ、フライアッシュの混合セメント類やエコセメント等が挙げられる。特に、エコセメントは、廃棄物利用の溶融スラグと共に使用して、エコ化率を向上することができることから好ましい。
【００１３】
斯かるセメントの配合量は、常圧養生においては４０〜７０質量％程度とするのが好ましい。
【００１４】
本発明において用いられる有機補強繊維類としては、パルプ、ビニロン、ポリプロピレン、レーヨン、各種麻類等が挙げられ、これらを２種以上組み合わせて用いることもできる。このうち、不燃性の点からパルプを主体とした有機繊維類の配合が好ましい。尚、パルプの濾水度は、カナディアンスタンダードフリーネス(csf)で１５０〜６００mLである。
また、有機補強繊維の他に、ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維等の汎用無機質繊維類を組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
有機補強繊維類の配合量は、３〜１５質量％、特に４〜１０質量％とするのが好ましい。
【００１６】
本発明のセメント系無機硬化体には、必要に応じて通常のセメント系硬化体に用いられる他の混和材、例えば充填材等を配合することができる。充填材としては、例えば石灰石、各種スラグ、珪石、フライアッシュ、ワラストナイト、マイカ、タルク、セピオライト、珪藻土、シリカフューム、カオリン、ゼオライト、粘土類、二水石膏、無水石膏、製品スクラップ等の汎用の鉱物質粉末が挙げられる。
斯かる充填材は、必要に応じて数種類を組み合わせて使用でき、１０〜３０質量％配合するのが好ましい。
【００１８】
本発明のセメント系無機硬化体は、セメント、有機補強繊維類及び溶融スラグ粉末を含有する混合物に水を加えて混練し、抄造又は押出成形し、次いで養生することにより製造できる。
例えば、抄造成形する場合は、セメント、溶融スラグ及び有機質補強繊維を混合し、これらの原料配合物に水を加えて混練してスラリーとし（スラリーの温度は、２５℃以上、特に２８〜４０℃が好ましい）、このスラリーに必要に応じて凝集剤を添加して、丸網抄造機、長網抄造機、フローオン等の汎用の抄造機によって抄造し、必要に応じてメーキングロールを用いて薄いフィルムを巻き取りグリーンシート（板厚：３〜２０mm程度）を製造する。次いで、抄造したグリーンシートを、保持圧力１０〜３０Ｎ／mm2の範囲程度で、面プレスして成形する。
【００１９】
また、押出成形する場合は、原料配合物に少量の水を加えて混練して混練物とし、この混練物を押出成形機にかけることにより、口金を通して一定の形状のものが成形できる。押出成形機は汎用の物が用いられるが、真空脱気機構を有する必要がある。押出成形によれば、薄物から厚物、密実から中空の複雑な形状までの物が製造できる。得られた成形体について養生が行われるが、常圧養生の場合、５０〜８０℃で３〜１２時間蒸気養生を行い、その後１〜４週間程度後養生を行うのが好ましい。また、蒸気養生を行わないで、そのまま１〜４週間程度の自然養生を行うことでもよい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
尚、実施例及び比較例に用いた原料及び試験方法は以下の通りである。
＜原料＞
１．普通セメント：太平洋セメント（株）製、粉末度3,270cm2/g
２．エコセメント：太平洋セメント（株）製、粉末度3,180cm2/g
３．溶融スラグ：廃棄物を１２５０℃溶融、急冷水砕化、粉砕したスラグ粉末
＜実施例使用粉末＞
▲１▼塩基度＝1.44、CaO＝34.3、Al2O3＝15.7、MgO＝4.6、SiO2＝37.8質量％
▲２▼塩基度＝1.72、CaO＝38.0、Al2O3＝16.2、MgO＝4.9、SiO2＝34.3質量％
＜比較例使用粉末＞
▲３▼塩基度＝1.15、CaO＝28.8、Al2O3＝15.7、MgO＝4.1、SiO2＝42.4質量％
▲４▼塩基度＝1.93、CaO＝42.5、Al2O3＝14.7、MgO＝6.2、SiO2＝32.8質量％（鉄鋼水砕スラグ：鉄鋼製造時の副生水砕スラグ、第一セメント（株）製）
４．炭酸カルシウム粉末：奥多摩工業（株）製、粉末度3,580cm2／ｇ
５．晒パルプ：ニュージーランド産パルプ、濾水度（カナディアンスタンダードフリーネス：csf）270mL
【００２１】
＜試験方法＞
１．粉末度：JIS R5201の粉末度試験に準じて測定
２．かさ密度：JIS A5430にて測定（ｇ／cm3）
３．曲げ強度：JIS A5430にて測定（Ｎ／mm2）
４．寸法変化率：JIS A5430にて測定（％）
５．熱伸縮率：旧建設省告示第2999号耐火性能試験法に準じ、耐火曲線に従って２時間、１０１０℃まで加熱し、冷却後の伸縮率（収縮率）を測定
６．表面試験：旧建設省告示第１８２８号不燃材料の表面試験に準じ、表面試験において、加熱中から試験後３０秒までのキレツの発生有無を評価
キレツなし：○、軽微なキレツあり：△、板厚を超えるキレツが数本以上あり：×、とした
７．剥がれ性：製造養生後、相互に積み重ねた硬化板の脱板のしやすさを評価脱板が可能である：○、脱板時くっつきがあり１ロット中１割程度の表面に跡が残る：△、脱板時くっつきがあり５割前後の表面に跡が残る：×
【００２２】
実施例１〜６、比較例１〜６
表１〜２に示す原料を用い、通常の丸網抄造機によって抄造し、メーキングロールに４層巻き取り、厚さ６mm、大きさ９１０×１８２０mmのグリーンシートを得た。このグリーンシートを２０Ｎ／mm2にて面プレスを行い、１ロット約１００枚として相互に積み上げた。成形体を６０℃、６時間蒸気養生後、約２０℃で約２週間湿空養生を行った後に、吸着脱板装置を用いて一枚ごとに板を剥がし、その板を乾燥して試験を行った。結果を表１及び表２に併せて示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
実施例７〜１１、比較例７〜１２
表３〜４に示す原料を用いて、真空脱気機構を有する押出成形機によって、１０×２００mmの口金を通して成形し、１ロット約５０枚として相互に積み上げた。成形体を６０℃、１２時間蒸気養生後、約２０℃で約２週間湿空養生した後に、一枚ごとに板を剥がし、その板を乾燥して試験を行った。結果を表３及び表４に併せて示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
以上より、本発明の硬化体は、比較品に比べて吸水による寸法変化が小さく、熱に対する伸縮率も小さく、製造養生時の硬化板の剥がれ性も良好であることが示された。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の溶融スラグを配合したセメント系無機硬化体は、優れた強度を有し、吸水による寸法変化率が低く、且つ不燃性・耐火性に優れ、建築材料の内装材として有用である。また製造養生時の硬化板の剥がれ性が良好であることから製造時の脱板が可能となり生産性にも優れる。