(57)【要約】【課題】経常的に発生する焼却灰の処理の途を広げて廃棄処分量を減少させるとともに、廃棄物の有効利用を図ることができ、且つ、環境破壊を防ぎ、加えてボックスカルバートとして必要な強度を有するボックスカルバートの提供。【解決手段】角筒状をなし、全体が一体のコンクリートブロック、又は、複数のコンクリートブロックの組み合わせによって構成され、各コンクリートブロックは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）４０〜５５％、酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）５〜１２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５〜１０％、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）５〜１５％、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）０．５〜３％、塩化物１００ｍｇ／ｋｇ以下、ブレーン値８０００ｃｍ２／ｇ以上、を含む下水汚泥焼却灰をセメント量に対して１５％以内の量を混入したコンクリートを使用して形成されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
角筒状をなし、全体が一体のコンクリートブロック、又は、複数のコンクリートブロックの組み合わせによって構成されているとともに、前記各コンクリートブロックは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）４０〜５５％、酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）５〜１２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５〜１０％、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）５〜１５％、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）０．５〜３％、塩化物１００ｍｇ／ｋｇ以下、ブレーン値８０００ｃｍ２／ｇ以上、を含む下水汚泥焼却灰をセメント量に対して１５％以内の量を混入したコンクリートを使用して形成されているボックスカルバート。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、下水処理場にて常時発生する下水汚泥を焼却した焼却灰を原料の一部として含むボックスカルバートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、下水処理施設では、経常的に下水から除去した有機質を多量に含む下水汚泥が発生する。この下水汚泥は、多くの場合焼却処理され、これによって発生する焼却灰は、従来産業廃棄物として埋め立て処理されている。
【０００３】
一方ボックスカルバートの主原料は砂等の細骨材、砕石等の粗骨材、セメント及び水である。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した下水処理施設では、これが稼働している限り下水汚泥が発生し、これを焼却した灰は、下水処理場が稼働する限り、永久に発生し続けるものであり、その焼却灰の処理を埋め立てのみに頼っていたのでは、何れは埋め立て処理施設が行き詰まり、下水処理が成り立たなくなってしまう。
【０００５】
更に、ボックスカルバートを製造するための骨材は天然に産出するものを使用しており、これらの採取は専ら河川の採掘か山の掘削に頼っており、近年、環境破壊につながる問題として大きな社会問題となっている。
【０００６】
本考案は、このような状況に鑑み、経常的に発生する焼却灰の処理の途を広げて廃棄処分量を減少させるとともに、廃棄物の有効利用を図ることができ、且つ、環境破壊を防ぎ、それでいて、ボックスカルバートとして必要な強度を有するボックスカルバートの提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の考案の特徴は、角筒状をなし、全体が一体のコンクリートブロック、又は、複数のコンクリートブロックの組み合わせによって構成されているとともに、前記各コンクリートブロックは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）４０〜５５％、酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）５〜１２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５〜１０％、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）５〜１５％、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）０．５〜３％、塩化物１００ｍｇ／ｋｇ以下、ブレーン値８０００ｃｍ２／ｇ以上、を含む下水汚泥焼却灰をセメント量に対して１５％以内の量を混入したコンクリートを使用して形成されていることにある。
【考案の効果】
【０００８】
上述のように、本考案に係るボックスカルバートは、角筒状をなし、全体が一体のコンクリートブロック、又は、複数のコンクリートブロックの組み合わせによって構成されているとともに、前記各コンクリートブロックは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）４０〜５５％、酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）５〜１２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５〜１０％、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）５〜１５％、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）０．５〜３％、塩化物１００ｍｇ／ｋｇ以下、ブレーン値８０００ｃｍ２／ｇ以上、を含む下水汚泥焼却灰をセメント量に対して１５％以内の量を混入したコンクリートを使用して形成されていることにより、従来埋め立て処理されていた下水汚泥の焼却灰を再利用することができることとなり、焼却灰の廃棄処分量を少なくでき、自然の骨材の採取より発生する環境破壊を防ぐことができる。また、ボックスカルバート製造時のワーカビリティ及び品質が許容可能な範囲となるとともに、ボックスカルバートとして充分に使用に耐え得る強度が得られる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本考案の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本考案に係るボックスカルバートの一例を示している。図中、符号１はボックスカルバートを示しており、このボックスカルバート１は角筒状のコンクリートブロックであり、外周が四角形状に形成され、また、内周は、四角形の四隅が切り落とされた八角形状に形成されている。
【００１１】
このボックスカルバート１の四隅には、ボックスカルバートの先端から後端まで貫通した連結用鋼材挿通孔２，２……が形成されている。この連結用鋼材挿通孔２，２……は、ボックスカルバート１を複数並べて連結する際に、連結用鋼材４，４……を挿入するためのものである。
【００１２】
この連結用鋼材挿通孔２，２……は、その長さ方向略中央において、連結用凹部３，３……と一体となっている。この連結用凹部３，３……は、ボックスカルバート１の内面側四隅に形成された直方体状の凹部であり、軸方向略中央に形成されている。
【００１３】
更に、連結用凹部３，３……は、連結用鋼材挿通孔２，２……に達する深さであって、その連結用凹部３，３……内で、連結用鋼材４，４……の固定作業ができる深さに形成されている。
【００１４】
この連結用凹部３，３……は、細長の四角形箱状に形成された箱体であって、互いに対向する一対の面（端面）に連結鋼材挿通孔２，２……と連通する孔を有し、両端面間の一面が開口している金属製箱体３ａ，３ａ……を埋め込んで形成されている。この連結用凹部３，３……において、連結用鋼材４，４……を固定する。
【００１５】
尚、ボックスカルバート１は、全体が一体成形されているが、図２に示すように、ボックスカルバート１を上下に２分割した形状の上ブロック１ａ及び下ブロック１ｂを上下に連結して形成してもよい。
【００１６】
また、ボックスカルバート１の内部に仕切りを設けてもよい。また、内周を円形状に形成してもよい。ボックスカルバート１の側面から突出する張り出し部を設けても良い。尚、連結用凹部３，３……は無くても良い。更に、連結用鋼材挿通孔２，２……も、無くても良い。
【００１７】
ボックスカルバート１は、例えば、図３に示すように、連結用凹部３，３……を有するボックスカルバート１，１の間に、連結用凹部３，３……を有しないボックスカルバート１，１を挟んで連結する。また、その際は、連結用鋼材４，４……を、一方のボックスカルバートの連結用凹部３，３……から、他方のボックスカルバートの連結用凹部３，３……に渡って挿通させ、その連結用鋼材４，４……を緊張することによってボックスカルバート１同士を締め付けて連結する。
【００１８】
この締め付け作業の際は、図４に示すように、連結用鋼材４の一端側を一方のボックスカルバート１の連結用凹部３に固定するとともに、連結用鋼材４の他端側を他方のボックスカルバート１における連結用凹部３において、カップラー１１を使用して緊張用棒１２と連結し、この緊張用棒１２をボックスカルバートの外側端部において、油圧ジャッキ１３によって引張することによって、連結用鋼材４を緊張させる。
【００１９】
また、カップラー１１を装着する連結用鋼材４の端部には、図５に示すように、予め、ナット１４を羅合させておくとともに、アンカープレート１５及びワッシャー１６を装着させておき、連結用鋼材４を緊張させた際に、ナット１４を締め付けて連結用鋼材４を連結用凹部３に固定させる。
【００２０】
このボックスカルバート１は、焼却灰入りのコンクリートを使用して形成している。次に、焼却灰及び焼却灰入りのコンクリートについて説明する。
【００２１】
一般に、下水に含まれる汚泥の成分は全国的に略同様な成分からなっているが、これを下水から分離する工程の違い、即ち使用する添加物の違いや、下水から沈降分離した汚泥をケーキ化する際の脱水処理方法の違いによって、これを焼却した後に残る焼却灰の成分が異なる。本考案で使用する焼却灰は、下水処理材に石灰や塩化第二鉄を使用せずに、高分子凝集剤を使用して得られた汚泥を焼却処理した際に発生するものを使用する。
【００２２】
本考案で使用する焼却灰の例として東京都の処理場で発生した焼却灰Ａ及びＢの成分分析結果は第１表の通りであった。
【００２３】
第１表
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【００２４】
フレッシュなコンクリートを用いて構造物を製作する時、常に製造者の念頭にあることは、１．所定（目的）の強さを保つこと２．製作された構造物のコンクリートが永久に変質しないこと３．製作する時のコンクリートの作業性（ワーカビリティ）が適性値であること４．製作された構造物の外観がきれいであることである。
【００２５】
いずれも重要な要素であるが、このうちワーカビリティについては特に重要であり、ワーカビリティを良くする（フレッシュコンクリートの流動性を高める）ために水の添加を多くすることは品質の低下と耐久性の低下につながり、厳密に管理されなければならない。
【００２６】
従って、コンクリートを製作する時の材料と配合設計時には、これに多くの配慮をする。もし、強度等を満足する材料であってもワーカビリティを損なう性質を保有している材料はコンクリート材料として不適な材料である。ワーカビリティを損なう材料としての骨材としては、吸水率の良い材料が代表例としてある。
【００２７】
本考案に使用した焼却灰以外に、下水汚泥処理材として石灰を用いた焼却灰があるが、これは焼却灰の成分に水酸化カルシウムが多量に含まれ吸水率が高く、フレッシュコンクリートのワーカビリティを損ない、本考案に使用した焼却灰と同量の焼却灰を用いて同じワーカビリティを得るためには水量を多く使用しなければならず、当然、強度、耐久性について劣るコンクリートとなる。
【００２８】
一般的にコンクリートを扱う技術者は、日常的にコンクリート中の水セメント比を小さくし、水量を減らし、いかに良質のコンクリートを製作するかに腐心する。
【００２９】
また、焼却灰を混入したコンクリートでボックスカルバートを製造する場合、コンクリートの粘性が増加し、分離抵抗性が高く、ワーカビリティに優れたコンクリートになるため、表面は、通常のコンクリートに比べ緻密で平滑な面となる。これは、コンクリートを打設しやすくするためにスランプを大きくすると、普通のコンクリートでは材料分離が起き易いために表面が粗くなってしまうが、焼却灰を混入すると粘性が増すために分離しにくくなるためである。これは通常セメントはブレーン値が４０００ｃｍ２／ｇ又は高炉スラブのブレーン値が４０００〜６０００ｃｍ２／ｇに対し、焼却灰のブレーン値が８０００ｃｍ２／ｇ以上ある物質のためである。
【００３０】
次に表１に示した焼却灰を用いてコンクリート中の焼却灰の混入率を変化させた試験例を示す。
【００３１】
以下に述べる試験例において使用した材料は次ぎの通りである。
セメントＣ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製ρｃ＝３．１６）
細骨材Ｓ１：砕砂（埼玉県児玉郡上里町産ρs1＝２．６０，Ｆ．Ｍ＝２．９６）
細骨材Ｓ２：天然砂（埼玉県児玉郡上里町産ρs2＝２．６４，Ｆ．Ｍ＝３．０９）
粗骨材Ｇ：砕石６号（埼玉県児玉郡上里町産ρＧ＝２．７０，Ｆ．Ｍ＝５．９１）
膨張材ＧＰ：ジプカル（太平洋セメント社製ρGP＝３．００）
減水剤Ｍ１５０ＲＸ：マイティー１５０ＲＸ（高性能減水剤）（花王社製）
焼却灰Ｂ：東京都新河岸処理場産（東京都下水道局ρashB＝２．６０）
上記焼却灰を骨材に代えて添加した場合に、モルタルのワーカビリティに与える影響について試験した。
【００３２】
一定のモルタルワーカビリティを得るための水セメント比について試験を行った結果、セメントに対する添加率（以下単に添加率と記す）５，７，１０及び２０％の各割合で焼却灰を添加し場合に、フロー値が一定（目標フロー値：２１０ｍｍ±２０ｍｍ）となるためのモルタル配合は第２表の如くであった。
【００３３】
尚、表中Ｗ／Ｓは水セメント比、Ｓ／Ｃは骨材セメント比、Ｗは水である（以下同じ）。
【００３４】
第２表
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【００３５】
また、同様に一定のワーカビリティを得るための減水剤の影響について試験を行った結果、フロー値（目標フロー値：２１０ｍｍ±２０ｍｍ）及び水セメント比を一定とした場合のモルタル配合は第３表の如くであった。
【００３６】
第３表
0003137730.tif 000005
【００３７】
上記各試験結果から、モルタルにおける焼却灰使用率と水セメント比及び減水剤添加率との関係は第６図に示す如くである。
【００３８】
上記第１表及び第２表に示した配合における練混ぜ時間について試験した結果は第４表の如くであった。
【００３９】
第４表
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【００４０】
尚、上記練混ぜ試験におけるモルタルの練混ぜは、１０リッターモルタルミキサーを使用し、練鉢内にセメント、砂、焼却灰、水及び減水剤を一度に投入し、３０秒間練混ぜてから一旦機械を停止させ、パドルと練鉢の周りについたモルタルを掻き落し、その後６０秒間練混ぜてからフロー値を測定した。また、モルタルの練混ぜ状況によって最終練混ぜ時間を延長した。
【００４１】
配合Ｎｏ．１−０〜Ｎｏ．２−１５についてはフロー値は許容範囲に収まったが、配合Ｎｏ．２−２０（焼却灰利用率２０％）では減水剤を増加したにもかかわらず所定のワーカビリティは得られなかった。
【００４２】
また、減水剤を増加させた配合では焼却灰利用率が１０％を超えると所要練混ぜ時間が増加した。
【００４３】
上記焼却灰を骨材に代えて添加した場合に、コンクリートのワーカビリティに与える影響について試験した。
【００４４】
一定のセメントワーカビリティを得るための水セメント比について試験を行った結果、セメントに対する添加率５，７，１０及び２０％の各割合で焼却灰を添加し場合に、スランプが一定（目標スランプ：８ｃｍ±２ｃｍ）となるためのコンクリート配合は第５表の如くであった。
【００４５】
尚、表中Ｓ／ａは細骨材粗骨材比である。
【００４６】
第５表
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【００４７】
また、同様に一定のワーカビリティを得るための減水剤の影響について試験を行った結果、スランプ（目標スランプ：８ｃｍ±２ｃｍ）及び水セメント比を一定とした場合のコンクリート配合は第６表の如くであった。
【００４８】
第６表
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【００４９】
上記各試験結果から、コンクリートにおける焼却灰使用率と水セメント比及び減水剤添加率との関係は第７図に示す如くである。
【００５０】
上記第５表及び第６表に示した配合における練混ぜ時間及びコンクリートの練混ぜ状況について試験した結果は第７表の如くであった。
【００５１】
第７表
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【００５２】
尚、上記練混ぜ試験におけるコンクリートの練混ぜは、パン型強制練ミキサー（最大練混ぜ容量５５リッター）を用い練混ぜ量は４５リッターとした。該ミキサー内にセメント、砂、焼却灰を投入してから３０秒間空練りし、水及び減水剤を投入してから３０秒間練混ぜてモルタルとし、一旦ミキサーを停止して砂利を投入し、更に６０秒間練混ぜた。また、コンクリートの練混ぜ状況によって最終練混ぜ時間を延長した。
【００５３】
スランプを一定とするには、焼却灰使用率の増加とともに水セメント比及び減水剤の添加率は増加する傾向にあり、焼却灰使用率が１０％付近から急激に増加する。
【００５４】
以上の結果からモルタル及びコンクリート共、焼却灰の利用率が１０％を超えると所要のワーカビリティを得るために必要な減水剤の添加率は増加し、急激に増加し、なおかつコンクリートの粘性が増加するため作業性も悪化する。このため、焼却灰の使用に伴うワーカビリティを確保するためには、減水剤の増加よりも単位水量の増加によるのがよく、特に使用焼却灰率１５％以内、水セメント比４０〜４６％が好ましい。
【００５５】
上述した各種の試験結果から、汚泥の処理工程において脱水ケーキ製造工程に高分子凝集剤を使用する方式により発生する焼却灰の場合、その成分は概ね次ぎの如くであり、且つ、ボックスカルバート製造時のワーカビリティ及び強度に影響を与えることなく使用しうる。
【００５６】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）４０〜５５％、酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）５〜１２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）１３〜２５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５〜１０％、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）５〜１５％、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）０．５〜３％、塩化物１００ｍｇ／ｋｇ以下、ブレーン値８０００ｃｍ２／ｇ以上。
【００５７】
また、モルタル及びコンクリートのワーカビリティにより、焼却灰の使用率がセメントに対して１５％以内、水セメント比が３５％〜５０％であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本考案のボックスカルバートの一例を示す斜視図である。
【図２】本考案のボックスカルバートの他の例を示す正面図である。
【図３】本考案のボックスカルバートを連結した際の状態を示す平面図である。
【図４】本考案のボックスカルバートの連結工程を示す断面図である。
【図５】同上の連結工程を示す部分拡大断面図である。
【図６】コンクリートにおける焼却灰使用率と水セメント比及び減水剤添加率との関係を示すグラフである。
【図７】モルタルにおける焼却灰使用率と水セメント比及び減水剤添加率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１  ボックスカルバート
１ａ  上ブロック
１ｂ  下ブロック
２  連結用鋼材挿通孔
３  連結用凹部
３ａ  金属製箱
４  連結用鋼材
１１  カップラー
１２  緊張用棒
１３  油圧ジャッキ
１４  ナット
１５  アンカープレート
１６  ワッシャー
【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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【図７】
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