(57)【要約】本発明は、リサイクルガラを原料とするとするジオポリマーセメント及びその製造プロセスであって、その特徴によれば、粉砕、均質化、アルカリ化及び常温での養生または化合物の強制的な養生により得られる、リサイクルガラス（廃棄物）、アルカリ及び水から構成されるジオポリマーセメントそのものや、特定の硬質固体型の結合構造を生産することができ、また、環境から生じた廃棄物の完全再利用という環境に優しいコンセプトと連携し、コンクリートスラブ、コンクリ、繊維複合材料及び被覆材料の生産に広く適用される、メタカオリン、高炉スラグ、フライアッシュまたは火山岩から構成される一般セメントに代わる新しいジオポリマー基質として、非常に効率的、安全的、経済的に使用され得るジオポリマーセメント及びその製造プロセスに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の割合のリサイクルガラス（廃棄物）、アルカリと水で構成される固体形剛構造結合剤ジオポリマーセメントであり、用途により使用量が異なるリサイクルガラスから造られるジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項２】
更にリサイクルガラス４５％から８０％、アルカリ０．５％から５％、水２５％から５５％で構成され、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１に記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項３】
更にアルカリは水酸化カリウム或いは水酸化ナトリウムであり、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１または２に記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項４】
更に自然或いは合成無機充填剤２５％から３５％で構成、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至３の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項５】
更に合成不活性無機充填剤は酸化アルミニウム、酸化亜鉛或いは酸化マグネシウムであり、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至４の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項６】
更に自然不活性無機充填剤は、粘土鉱物、ケイ酸塩或いはアルミノケイ酸塩であり、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至５の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項７】
更に繊維状不活性物質―自然或いは合成繊維１％から５％、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至６の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項８】
更に全体構成の繊維状不活性物質―自然或いは合成繊維１％から５％、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至７の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項９】
繊維状不活性物質―自然繊維、おがくず、セルロース繊維、もみ殻或いはサトウキビのかすであり、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至８の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項１０】
繊維状不活性物質―合成繊維は、ナイロン或いはガラスファイバーであり、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至９の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項１１】
建設廃棄物が含まれ、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至１０の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項１２】
建設廃棄物は全体の１％から５％で構成されており、その他ジオポリマーセメントの特性がそのまま維持される請求項１乃至１１の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【請求項１３】
リサイクルガラスから造られるジオポリマーセメントの製造プロセスが、粉砕、均質化、アルカリ化、及び、常温或いは強制的な養生（硬化）、すなわち、モルタルのレオロジー整合性を得るための常温での養生、或いは効果を促進するため常温とは異なる温度での養生に基づいており、
先ず、リサイクルガラスが完全な粉砕材料が得られるまで砕かれ、次いで、配合の主要成分：リサイクルガラス、アルカリ及び水が、自然または合成の不活性無機充填剤、自然または合成の繊維、または、土木建設からの廃棄物といった他の材料と共に均質化され、次いで、均質化された化合物が水酸化カリウム或いは水酸化ナトリウムといったアルカリと水を用いてアルカリ化されてモルタルが得られ、最後に、モルタルを常温で１２時間、或いは、６５℃から７５℃の温室で２時間から４時間乾燥させ、硬質固体物質、ジオポリマーセメントが得られる請求項１乃至１２の何れかに記載のジオポリマーセメント及びその製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般土木建築向け化合物に関し、より具体的には、リサイクルガラスを原料とするジオポリマーセメント及びその製造プロセスであって、その特徴によれば、粉砕、均質化、アルカリ化及び常温での養生または化合物−主要成分は粉砕ガラス、アルカリ及び水である−の強制的な養生により得られる、リサイクルガラス（廃棄物）、アルカリ及び水から構成されるジオポリマーセメントそのものや、特定の硬質固体型の結合構造を生産することができ、また、環境から生じた廃棄物の完全再利用という環境に優しいコンセプトと連携し、コンクリートスラブ、コンクリ、繊維複合材料及び被覆材料の生産に広く適用される、メタカオリン、高炉スラグ、フライアッシュまたは火山岩から構成される一般セメントに代わる新しいジオポリマー基質として、非常に効率的、安全的、経済的に使用され得るものであり、また、高強度性、高耐久性、高精度性を基本的に備えることで、取り扱いが簡単で、使用者に安全で、コストが低く、更に、特性に関わらず、一般的な特性や配合によって、様々なタイプの廃棄物ガラス、用途、使用者に合わせて使用可能となる、ジオポリマーセメント及びその製造プロセスに関する。
【０００２】
近年、工業化は経済発展を引き起こしたが特に工業が少ない国の都市のコントロールなしの人口増加にもつながっている。その結果、物の消費量が増えそれに伴いゴミも増え、更にこれらゴミの不適切な処理法により環境への影響も及ぼしている。
【０００３】
現在、殆どのゴミは埋め立てられ、環境に大きく影響しており環境専門家の心配の種である。この様な問題の解決策の一つとしてリサイクルがあり、リサイクルすることにより、雇用及び収入促進に繋がる。その理由は、捨てられるゴミの７割が建設ゴミであり、その内８割は、ガラス等のリサイクル可能廃棄物である。即ち、土木建設のゴミのリサイクルは殆どゼロに等しく、このリサイクルを増やすためには建設ゴミの安全な再利用方法を活性化する必要がある。
【０００４】
従って、この様な課題はゴミ処理企業・行政をはじめ社会全体の安全、効率的、経済的に有効な取り組みが必要となり、埋立地に捨てられたゴミの中の数多く捨てられているガラスのリサイクルを図ることが重要である。
【０００５】
ジオポリマーセメントは常温で固まり、殆どの岩石骨材と強力な化学結合、最小限の処理がなされた天然素材或いは副産物から造ることができ、ＣＯ２排出量削減にも貢献する。
【０００６】
ジオポリマーセメントは、革新的な材料であり、建設、インフラ岩石骨材との化学結合が簡単に行われるので、コンクリートの製造にポートランドセメントの代替えとして利用可能である。
【０００７】
現在、ジオポリマーセメント製造には、アルカリ性試薬可溶性ケイ酸ナトリウム或いは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水といった天然アルミノケイ酸塩ベースの材料が使われている。通常のジオポリマーセメントの製造に使われる骨材として主にカオリン、焼成ラテライト、火山岩、鉱業廃棄物、高炉スラグ、石炭製造から出るフライアッシュが使われる。
【０００８】
今回の発明の趣旨であるジオポリマーセメントの製造技術法等を文献等で調べた結果、同発明に記載されているリサイクルガラスから製造されるジオポリマーセメントの技術法は発見できていない。
【０００９】
ジオポリマーセメントの主な骨材は非晶構造で三次元構造のアルミノケイ酸塩ができやすいため、リサイクルガラスをベースとした新しい非晶構造且つ無機基質、その材料のデリバティブを提案し、これによりセメント製造に低エネルギーコスト、環境にやさしい製造法、環境に良い家造り、グリーンハウス、排出量削減と繋がり、生産に低エネルギーコストが図れる。
【００１０】
ジオポリマーセメントの主な骨材であるメタカオリン（カオリン、焼成ラテライト）、火山岩、高炉スラグ、フライアッシュの代わりとなる骨材の提案とするリサイクルガラスは、非晶構造であるため熱処理を必要としない。更に、ガラスは家庭及び工業の廃棄物であり、度々埋立地に捨てられ環境汚染に繋がり、人体への悪影響も与えるリスクがあり、この廃棄物を無くし、新たな製品を造ることは環境にとっても非常に良いことであり、自然に分解されないガラスを利用することは非常に正しく有効である。
【００１１】
廃棄物ガラスには、様々な生産プロセスで造られたもの、平らな物、ラミネート上の物、強化ガラス、ホウケイ酸ガラス、透明、色物、電球、蛍光灯、容器、削りかす等様々なガラスがある。いわゆる、家庭・工業・建設工事からでた廃棄ガラスを適切な方法で加工すれば、新たなジオポリマーマトリクスができ、メタカオリン、高炉スラグ、フライアッシュの代わりとなる。
【００１２】
従って、本発明の目的はリサイクルガラスで造るジオポリマーセメントをシンプルな構造、堅牢、最小限の骨材、シンプルな用途、安全、使いやすく、効率が良いジオポリマー製造の提案である。通常捨てられるガラスの廃棄物は鉱物と強く化学結合し、ポートランドセメントと比較してもポートランドセメント以上の物であり、ポートランドセメントは水酸化カルシウムを含んだ遷移領域があるため、脆く強度も低い。
【００１３】
更に、ジオポリマーセメント製造は加熱不要であることを強調する。ガラスはプレスセメント系材料であり、他のジオポリマーセメントと違いエネルギー削減と地球温暖化の原因であるＣＯ２排出量削減に繋がる。ポートランドセメントのクリンカは、炭酸カルシウムの焼成、空気中にＣＯ２を排出するが、リサイクルガラスで造られる物は空気中汚染が少ない。
【００１４】
このコンセプトにより、温度はジオポリマーセメントの固めるプロセスをスピードアップさせ、６５℃で４時間の熱処理を行った後の機械的圧縮強度は約４１ＭＰａ、２４時間で殆ど機械的強度を達している。
【００１５】
本発明は、今までと異なったコンセプトを持ち、リサイクルガラスで様々な需要に合ったジオポリマーセメントを造ることとなる。このコンセプトと高度な技術品質により、効率、強度、機能、多用途性、安全、整合性、信頼性と経済性が非常に良いものとなる。更に、この高度な技術により製造・ウォーカビリティーの改善及び利点をもたらすと同時にガラスといった廃棄物の処理問題への解決にもなる。
【００１６】
本発明は、リサイクルガラス使用工程、粉砕、均質化、アルカリ化、常温或いは加熱での養生（硬化）により適切な物理化学的解決策、構造策、膠着性、独自の結合性構造を持つ砕いたガラス、アルカリ、水で構成されたジオポリマーセメントの近代的且つ効率的な使用方法である。これは、セメントプレート、一般コンクリート、繊維複合材料、被覆材として使用可能である。
【００１７】
本ジオポリマーセメントは、従来とは異なったコンセプトの製造方法により適切な使用用途を目的とするが、特殊且つ複雑な方法での製造ではなく、現在のジオポリマーセメント製造技術方の形やモデル、低効率やパフォーマンス、事故、低い耐久性及び強度、低ウォーカビリティー、使用の困難、無駄、環境汚染、高エネルギー消費量といった問題を解決することができる。
【００１８】
本発明のメリット及び目的は、構造成分と製造プロセスを合わせて読んで頂けると更に理解できるものである。
【００１９】
本発明、「リサイクルガラスから造られるジオポリマーセメント及びその製造プロセス」は、一般の物とは異なった結合性構造、粉砕、均質化、アルカリ化、常温或いは加熱での養生、リサイクルガラス（廃棄物）、アルカリ、水を使用し、普通のポートランドセメントの代替えとして用途に合った量により様々な形で使用可能である。
【００２０】
リサイクルガラスから製造されるジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、おおよそ４５％から８０％のリサイクルガラス、０．５％から５％のガラス、２０％から５５％の水を基本配合とする一般組成が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２１】
リサイクルガラスから製造されるジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、水酸化カリウム或いは水酸化ナトリウムといったアルカリが含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２２】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、２５％から３５％の範囲の自然或いは合成充填剤を基本配合とする一般組成が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２３】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、酸化アルミニウム、酸化亜鉛または酸化マグネシウムといった不活性合成無機充填剤が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２４】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、鉱物粘土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩といった不活性自然無機充填剤が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２５】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、不活性繊維材料―自然或いは合成の繊維が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２６】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、１％から５％の範囲の不活性繊維材料―自然或いは合成の繊維を基本配合とする一般組成が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２７】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、おがくず、セルロース繊維、もみ殻或いはサトウキビのかすといった不活性繊維材料―自然繊維が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２８】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、ナイロン、ポリプロピレン、ガラス繊維といった不活性繊維材料―合成繊維が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００２９】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、土木建築からの廃棄物が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００３０】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメント及びその製造プロセスには、１％から５％の範囲の土木建築廃棄物を基本配合とする一般組成が含まれ、その他のジオポリマーセメント特性はそのまま維持される。
【００３１】
リサイクルガラスから製造されたジオポリマーセメントの製造プロセスは、完全な粉砕、均質化、アルカリ化、及び、常温或いは強制的な養生（硬化）、すなわち、モルタルのレオロジー整合性を得るための常温での養生、或いは効果を促進するため常温とは異なる温度での養生に基づいている。最初にリサイクルガラスが完全にすり潰されるまで砕かれる。次に、配合の主要成分：リサイクルガラス、アルカリ及び水が、自然または合成の不活性無機充填剤、自然または合成の繊維、または、土木建設からの廃棄物といった他の材料と共に均質化される。続いて、均質化された化合物を水酸化カリウム或いは水酸化ナトリウムといったアルカリと水を用いてアルカリ化し、モルタルを得る。最後に、モルタルを常温で１２時間、或いは、６５℃から７５℃の温室で２時間から４時間乾燥させ、硬質固体物質、ジオポリマーセメントを得る。
【００３２】
重量比で粉砕ガラス４５％、アルカリ０．５％から５％及び水２０％から５５％のジオポリマーセメントベースは、常温での１２時間の養生後、２０ＭＰａから３０ＭＰａの機械的強度を達成する。６５℃から７５℃の温室での養生の場合、化合物は２時間でこの強度に到達する。つまり、養生プロセスの促進を望む場合、温度が重要な変数となる。
【００３３】
具体的に、粉砕後に得られるガラス廃棄物の細かさ、即ち粒径がその反応能力に関係しており、粒径が小さければ小さいほどジオポリマー化プロセスでのアルカリとの反応の割合が高くなるので、ジオポリマーセメントを得るためには、様々な所で発生したガラス廃棄物は粉砕して適切な粒径にする必要がある。ガラス粒径の平均サイズが２５０μｍから１μｍ以下であると、良好な反応性が得られる。粒子の細かさは、セメント系化合物、表面処理、モノシリック材料、複合材料として使用される、これから製造されるジオポリマー材料のタイプに従属する変数である。従って、粉砕ステップの後に分けられ、水の存在下、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムによってアルカリ化されたガラスは、粘度の急増に伴って一貫性を得て、養生により硬い固体材料へと変わり、Ｓｉ：Ａｌの化学量論、加えられる水の量、不活性無機充填剤の有無によって、様々な機械的強度を得ることになる。水酸化カルシウムといったアルカリを水酸化ナトリウムやケイ酸ナトリウムと共に加えることで養生プロセスが加速され、また、これらの物質によって材料の機械的強度が上昇する。
【００３４】
請求項に係る発明を限定するものではないが、セメント材料としての粉砕ガラスを最低４５％から８０％と、アルカリを１％から５％と、無機充填剤を２５％から３５％と、水とを、重量で３０％と５０％の化学量論比において製造される、粉砕ガラスの一部を不活性材料（無機充填剤）で置換したジオポリマー化合物が、一例として挙げられる。使用される無機充填剤は、滑石、カオリン、シルト岩、珪岩、片岩／頁岩、ラテライト土壌、即ち、各種のケイ酸塩および／または各種アルミノケイ酸塩といった粘土鉱物を主成分とする自然出発物質、および、石灰岩、ドロマイト質石灰石、生石灰といった不活性自然出発物質である他の自然物質に由来するものであってよい。アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化亜鉛、酸化マグネシウムは合成不活性物質であり、ガラスから造られるジオポリマー化合物に使用することもできる。モルタル、コンクリ、その他のモノリシック材の生産のために十分に粉砕された土木建設廃棄物を使用することもできる。これらの材料は組成にセメント系材料を有していることから、養生時間及び機械的強度の点で非常に好都合な特徴を有している。
【００３５】
従って、コンクリートにジオポリマーセメントを使用した場合、このコンクリートは、比較的短時間で高い強度を供するのに加え、化学的腐食、摩耗、熱衝撃、高温への耐性において、ポートランドセメントを使った通常のコンクリートを凌ぐことになる。
【００３６】
リサイクルガラスから造られたジオポリマーセメントおよびその製造プロセスは、その製造プロセスと適用において以下に述べる特有の効果を有する。即ち、通常のポートランドセメントの有効な代替品であり、製造プロセスでのエネルギー消費を抑え、製造中のＣＯ２の大気中への排出量を減らし、環境汚染を減らし、熱処理が不要で、生物分解が不可能なガラスのリサイクル能力が高く、火の元に晒されたときの高温への耐性が高く、耐熱・防音効果があり、耐火性が高く、強力な化学結合による優れた接着材であり、尚且つ、非晶質の無機基質である。
【００３７】
リサイクルガラスで製造されたジオポリマーセメントは上記に挙げられた通り、安全性、信頼性、ウォーカビリティー、強度、耐久性、劣化しにくい、収率やパフォーマンスが良く、使用者に安全、使いやすく、ローコストによりコストに見合った価値、誰にでも安全に使用してもらえる、用途の幅が広く、様々な種類のガラスが使え、環境に優しく、製剤の制度、法律・規定に沿ったジオポリマーであり、建設用途には数々のメリットがあるため、通常のポートランドセメントや一般のジオポリマーセメントを使用する者たちに抵抗無く受け入れられる物である。
【００３８】
リサイクルガラスで製造のジオポリマーセメント及びその製造プロセスはこの様なメリットがあり、多才な解決策、効率が良く、簡単且つ安全でありセメントとして使用、膠着剤、塗料（仕上げ）、金属性物質、鉱物、植物基材の結合剤、モノシリック材料、複合材料として色々な場所で使用可能であり、更に扱い安く非常に優れた特性を持つが、用途により使われる量は異なる。
【国際調査報告】
2017502913.tif 000002
2017502913.tif 000003
2017502913.tif 000004
2017502913.tif 000005
2017502913.tif 000006
2017502913.tif 000007