(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、加えてシールドトンネル用セグメントとして必要な強度を有するシールドトンネル用セグメントの提供。【解決手段】円筒型リングを円周方向に複数分割した形状をなしているセグメント１を二酸化ケイ素（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した。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
円筒型リングを円周方向に複数分割した形状をなし、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シールドトンネル用セグメント。
【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シールドトンネル用セグメントに関する。
【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】
一方シールドトンネル用セグメン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、シールドトンネル用セグメン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、シールドトンネル用セグメントとして必要な強度を有するシールドトンネル用セグメン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、円筒型リングを円周方向に複数分割した形状をなし、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、本考案に係るセグメントは、円筒型リングを円周方向に複数分割した形状をなし、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、セグメン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、セグメン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、本考案に係るシールドトンネル用セグメントの一例を示している。このシールドトンネル用セグメント１（以下セグメントと記す）は、シールドトンネル覆工を構成する円筒型リングを円周方向に複数分割した形状となっている。
【００１１】
このセグメント１は、円周方向に複数接合して円筒型リングとし、さらに、その円筒型リングを軸方向に並べて接合し、シールドトンネル覆工とするものである。
【００１２】
セグメント１は、円形の一部を切り欠いた弧状をした所定厚さの板状に形成され、そのセグメント１の円周方向の両端面には円周方向接合面２，２を有し、円弧の中心軸方向の両端面にはリング間接合面３，３を有している。そして、これら円周方向接合面２，２とリング間接合面３，３には、シール材嵌合溝４が形成されている。このシール材嵌合溝４は、セグメント１の周囲を一周するように連続させて形成されており、これにパッキン等のシール材が嵌合されるようになっている。
【００１３】
また、セグメント１には、その弧状内周側の面周縁に、該周縁を凹ませた形状のコーキング材充填凹部５が形成されている。このコーキング材充填凹部５は、セグメント１，１同士を接合した際に、向かい合うコーキング材充填凹部５，５によって、コーキング材を充填するための溝が形成されるようになっている。
【００１４】
セグメント１の円周方向接合面２，２及びリング間接合面３，３には、接合用金具挿通孔６，６……が設けられている。この接合用金具挿通孔６，６……に、ボルト等の接合用金具を挿入して、セグメント１，１……を連結する。
【００１５】
接合用金具挿通孔６，６……は、円周方向接合面２，２及びリング間接合面３，３に埋め込まれている接合用板状材７，７……に形成されている。この接合用板状材７，７……は、その表面を円周方向接合面２，２或いはリング間接合面３，３に露出させた状態でセグメントに埋設されている。この接合用板状材７，７……の裏側には、接合用金具挿通孔６，６……と連通した接合作業用凹部８，８……が形成されている。この接合作業用凹部８，８……は、セグメント１内面側に開口しており、接合用金具挿通孔６，６……を挿通させたボルトの締め付け等の接合作業を行うことができるようになっている。
【００１６】
図２は本考案に係るセグメントの他の例を示している。尚、前述した例と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。このセグメント１１は、先の実施例におけるセグメント１と同様に、シールドトンネル覆工を構成する円筒型リングを円周方向に複数分割した形状となっている。
【００１７】
このセグメント１１には、そのリング間接合面３，３間を貫通する棒状材挿通孔１２，１２……が形成されている。セグメント１１，１１……同士をそのリング間接合面３，３を介して接合する際には、接合用棒状材をセグメント１１，１１……に渡って棒状材挿通孔に挿通させて、セグメント１１，１１を接合する。
【００１８】
尚、本考案に係るセグメントの形状は、シールドトンネル覆工を構成する円筒型リングを円周方向に複数分割した形状であればよい。
【００１９】
セグメント１及びセグメント１１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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
第１表
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【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、焼却灰を混入したコンクリートでセグメントを製造する場合、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）。
【００３３】
第２表
0003137729.tif 000004
【００３４】
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。
【００３５】
第３表
0003137729.tif 000005
【００３６】
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３図に示す如くである。
【００３７】
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。
【００３８】
第４表
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【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
尚、表中Ｓ／ａは細骨材粗骨材比である。
【００４５】
第５表
0003137729.tif 000007
【００４６】
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。
【００４７】
第６表
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【００４８】
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４図に示す如くである。
【００４９】
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。
【００５０】
第７表
0003137729.tif 000009
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、セグメン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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
【図１】本考案のセグメントの一例を示す斜視図である。
【図２】本考案のセグメントの他の例を示す斜視図である。
【図３】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４】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】
【００５８】
１  シールドトンネル用セグメント（セグメント）
２  円周方向接合面
３  リング間接合面
４  シール材嵌合溝
５  コーキング材充填凹部
６  接合用金具挿通孔
７  接合用板状材
８  接合作業用凹部
１１  セグメント
１２  棒状材挿通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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