(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却灰に対して質量比で２〜３０％の、シラノール塩若しくはシロキサン又はその両方を添加したものを混練及び造粒し３８０℃以上に加熱して得られた平均粒径１ミリメートル以上の骨材とセメント組成物とを混合して得られることを特徴とするコンクリート製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、従来、処理が困難とされていた廃棄物焼却灰を有効に活用することができる骨材及び混和材とそれを利用したコンクリート製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物焼却灰は、都市ゴミ等一般廃棄物や事業所などから出る産業廃棄物の焼却灰として多量に発生している。
かかる焼却灰は、埋立地に搬入し、普通は埋立処理されている。
重金属の溶出防止のために、キレート剤を添加することもあるが、化学的安定性に問題があることが指摘されている。
【０００３】
また、焼却灰の大気中への飛散や、有害重金属、ダイオキシン類の溶出が懸念される上、埋立地を新規に作ることが困難な状況となっている。
さらには、臭気、飛散の危険性のため、埋立地までに搬送する際の運搬効率が悪い上、埋立材として使用しても得られる地盤強度が劣悪であり、必ずしも最良の処理方法とは言い難い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、係る従来技術の問題に鑑み、廃棄物焼却灰を骨材、もしくは混和材として利用することによって、廃棄物焼却灰を有効に活用して処理することができる骨材及び混和材とそれを利用したコンクリート製品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、まず第一に廃棄物焼却灰にシラノール塩、若しくはシロキサン又はその両方を添加し、３８０℃以上に加熱、好ましくは５８０℃以上に加熱し、混和材とすることをその要旨とする。
なお、焼却灰は飛灰であってもよい。
ここでシラノール塩とは、モノ、ジ又はトリシラノールを含む化合物及びそれらの金属塩を含む化合物であって３８０℃以上において熱分解により、少なくとも部分的に、酸化ケイ素構造（Ｓｉ−Ｏ）になるものをいう。
シロキサンとは化合物中にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する物質が少なくとも含有されているものであって３８０℃以上において熱分解により、少なくとも部分的に、酸化ケイ素構造になるものをいう。
なお、シラノール塩、若しくはシロキサンにフッ素元素を含有していてもよい。
第二に、廃棄物焼却灰に結合材を添加し、造粒し、平均粒径１ミリメートル以上の骨材とすることをその要旨とする。
なお結合材は、シラノール塩、若しくはシロキサン、又はその両方であってもよい。
第三に、本発明に係る混和材又は骨材を原料として結合材を用いて固化し、コンクリート製品とすることをその要旨とする。
なお、結合材は、セメントであってもよい。
【０００６】
本発明においては、重金属、ダイオキシン類を含有する廃棄物焼却灰にシラノール塩、シロキサンを添加し、３８０℃以上、好ましくは５８０℃以上に加熱することで、シラノール塩、シロキサンが熱分解して生成する酸化ケイ素のフレームワーク構造の中に、重金属類を固溶状態で固定することができる。
ダイオキシン類の分解生成物であり前駆体となる無機塩化物も同様に固定することができ、８５０℃以上で加熱したときには、ダイオキシン類の分解生成物を固定すると同時に、分解生成物からの再合成を抑制することができる。
廃棄物焼却灰は、酸化ケイ素を主成分とする無機物であり、シラノール塩、シロキサンも熱処理後、酸化ケイ素となる。
よって、本発明に係る混和材を使用すれば、ポゾラン反応が進行し、セメントの水和により生成する水酸化カルシウムと混和材が反応し、緻密なケイ酸カルシウムを形成する。
特に、焼却灰として飛灰を用いれば、粒子が小さく、表面積が大きいのでポゾラン反応が速く進行し、緻密で強度の大きい材料が比較的若い材齢で得られる。
また、粒径が０．１ｍｍ以上と大きいものは、骨材として使用することもでき、その際、骨材粒子がシラノール塩、シロキサンが分解して生成した酸化ケイ素で包含された形態となるので、セメントとの相性がよく、骨材、セメントペースト間の付着力が強靱で強いコンクリートとすることができる。
【０００７】
廃棄物焼却灰に結合材を添加し、造粒し、平均粒径１ミリメートル以上の骨材とすることにより、粒径の小さな焼却灰粒子の飛散を防ぐとともに、焼却灰中の重金属類の溶出抑制、ダイオキシン類の分解、固定を行うことができる。
なお、結合材は、シラノール塩、若しくは、シロキサン又はその両方であってもよい。
粒径の小さな飛灰等をセメントで固化して建築資材として活用する際には、ポゾラン活性のある場合でもセメントに対して３０％程度の添加量が限度である。
限られた容積で低コストで処理するためには、できるだけ少量のセメントで固化することが必要となるが、細骨材程度の粒径まで造粒し、骨材として用いることで使用するセメントに対して最大３倍程度の重量を処理することができる。
造粒した骨材は、多孔質であるため、砂や砂利を骨材とするものよりも軽量であり、熱伝導率が小さく、断熱性、吸音性に優れている上、骨材の粒度結合材の配合量を適切に定めることにより、骨材間に空隙を形成し、透水性能を実現することもできる。
さらに、造粒物自身の吸水性を生かし、吸水性能、保水性能も実現することもできる。
【０００８】
本発明に係る混和材、又は骨材、あるいはこれらの両方を結合材を用いて固化し、コンクリート製品とすることで建設材料として用いることができる。
なお、結合材はセメントであってよい。
本発明においては、混和材又は骨材の状態で、既に重金属、ダイオキシン類等有害物質の溶出の危険性は解消されているが、これらをセメントなどの結合材を用いて固化し、封止することにより、より安全なものとなる。
このとき、結合材、水の配合量を適切に定めることにより、任意の曲げ強度、圧縮強度を発現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず、廃棄物焼却灰にシラノール塩、若しくは、シロキサン又はその両方を添加し、加熱して得られる混和材又は骨材が重金属類及びダイオキシン類を固定する効果を確認した。
図１に一般廃棄物焼却飛灰にシラノール塩、シロキサン混合物を１０％添加し、９００℃で熱処理した試料の処理前後における重金属類の溶出試験結果（環境庁告示第１３号による）、及びダイオキシン類含有量測定結果（厚生省告示第１９２号による）を示す。
その結果、重金属溶出試験にて飛灰中から水銀０．０００９ｍｇ／ｌ、カドミニウム０．０５６ｍｇ／ｌ、鉛０．７４ｍｇ／ｌ、セレン０．００９ｍｇ／ｌ検出されたものが本発明における上記処理をすることにより、検出されなくなった。
また、ダイオキシン類含有量も４９００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇであったものが、２８ｐｇ−ＴＥＱ／ｇまで低下している。
従って、重金属類及びダイオキシン類の本発明に係る処理により、重金属類の溶出抑制、ダイオキシン類の分解、固定が可能であり、水質汚濁防止法、及びダイオキシン類対策特別措置法に基づく環境基準を満たしていることがわかる。
図２に、（財）高輝度光科学研究センターにおける一般廃棄物焼却飛灰中のクロムの処理前後における蛍光XAFSスペクトル（ＣＣｒＫ）吸収端を示す。
グラフ中、（ａ）が飛灰、（ｂ）が飛灰を本発明による処理をしたものである。
なお、（ｃ）Cr（OH）３、（ｄ）Cr２O３、（ｅ）Na２CrO４、（ｆ）CrO３の標準試料スペクトルを示す。
その結果、５９９０ｅＶ付近の６価クロムによるものとされるブロードなピークが処理後に消滅しており、処理後は６価クロムが価数を変えた状態で固定されていることがわかる。
次に、本発明に係る混和材がポゾラン反応活性を有することを確かめた。
図３に、セメントに本発明に係る混和材を内割で１０％添加し、水／セメント比０．５で養生した際の水酸化カルシウム生成量の経時変化を示す。
比較のため、火力発電所石炭灰を用いたが、水酸化カルシウム生成量は、火力発電所石炭灰と同様、混和材添加無しに比べて減少した。
これは、ポゾラン反応により、水酸化カルシウムが消費されていることを意味し、火力発電所石炭灰よりは若干劣るものの、高いポゾラン反応活性を示していることがわかる。
次に、本発明に係る混和材、骨材、それらを利用したコンクリート製品の製造例を示すが、同様の作用、効果を有する限りにおいてこの条件に限定されるものではない。
図４に本発明に係る混和材、骨材及びこれらを利用するコンクリート製品の製造方法の手順の一例を示す。
即ち、廃棄物焼却飛灰１、あるいは廃棄物焼却灰で粒径が０．１５ｍｍ以下のものを重量比２％から３０％のシラノール塩、シロキサン混合物２で混練し、混合造粒３後、８００℃以上で３０分焼成処理４する。
なお、灰中のダイオキシン類含有量によっては、３８０℃以上の温度でよい。
この生成物を混和材として用いる。
また、廃棄物焼却灰の内、ボトム灰など粒径が０．１５ｍｍ以上のものは重量比２％から３０％のシラノール塩、シロキサン混合物２で混練し、混合造粒３後に、８００℃以上で３０分焼成処理４する。
目的とするコンクリート製品の大きさによっては、焼却灰のうち粒径５ｍｍ以下のものをふるいわけて使用してもよい。
なお、飛灰中のダイオキシン類含有量によっては、３８０℃以上の温度でよい。
この生成物を骨材として用いる。
また、飛灰など粒径が０．１５ｍｍ以下と小さい焼却灰に結合材を添加し、回転炉で加熱し、造粒することで平均粒径１ｍｍ以上の粒子とし、これを骨材として用いてもよい。
結合材は、シラノール塩、シロキサンであってよい。
上述の骨材、又は混和材、あるいはその両方（図４にては焼成灰５）に結合材としてのセメント６、水を加えて混練し、施工現場に打設して硬化させることにより、道路の舗装材や建築物の構造駆体を含む任意のコンクリート製品７に成型することができる。
ただし、現場打設に代えて、工場における型込めとしてもよい。
廃棄物焼却灰のうち、粒径０．１５ｍｍ以上、５ｍｍ以下のものにシラノール塩、シロキサン混合物を１０％添加して混練し、９００℃で３０分熱処理したものを骨材とし、標準ポルトランドセメントを結合材とする以下に示す実施例の曲げ強度、圧縮強度を図５、図６にそれぞれ示す。
実施例１は、セメントに対して等量の骨材を使用したモルタル、実施例２は、セメントに対して、５０％の焼却灰起源の骨材を用い、残りの５０％を砂としたモルタル、比較例１は、セメントに対して３倍の砂を使用したモルタルである。
なお、曲げ強度、圧縮強度はＪＩＳ  Ｒ  ５２０１  セメントの強さ試験に基づき、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの角柱供試体を使用した。
実施例１は、比較例１には劣るものの、日本建築学会（ＪＡＳＳ  ７  Ｍ１０１）の透水性インターロッキングブロックの強度基準（曲げ強度３．０Ｎ／ｍｍ２、圧縮強度１７Ｎ／ｍｍ２）を満たしている。
また、実施例２は、日本建築学会の普通インターロッキングブロックの強度基準 （曲げ強度４．９Ｎ／ｍｍ２、圧縮強度３２Ｎ／ｍｍ２）を満たしている。
配合比を適切に変えることによって、強度を制御でき、用途に応じたコンクリート製品を提供することができる。
以上の説明において、図４の製造工程に基づいて製造するコンクリート製品は、タイルや歩道などの敷設用インターロッキングブロックや、側溝用、法面施工用などの二次製品として形成する他、鉢、擬木等の一般にコンクリートによって作られる任意の製品として成型することができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、廃棄物焼却灰をシラノール塩やシロキサンを添加して熱処理することにより、無害化できるので、廃棄物焼却灰を有効に活用することができるという優れた効果がある。
また、廃棄物焼却灰を造粒することによって、飛散を防ぎ、セメントと混練して硬化させることによって、大量の廃棄物焼却灰を処理、有効活用できるという優れた効果がある。
混和材や骨材を結合材、水、骨材と混練して硬化させることによって、十分な強度、耐久性を実現できるから、道路の舗装材、建築物の構造駆体を含むあらゆる用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】重金属類の溶出試験結果及びダイオキシン類含有量測定結果を示す。
【図２】クロムの蛍光XAFSスペクトル測定結果を示す。
【図３】本発明に係る混和材にセメントを混合した際の水酸化カルシウム生成量の調査結果を示す。
【図４】本発明におけるコンクリート製品の製造手順例を示す。
【図５】本発明におけるコンクリート製品の曲げ強度試験結果を示す。
【図６】本発明におけるコンクリート製品の圧縮強度試験結果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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