(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融したＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部との混合物からなり、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下である発泡スラグ材の鉄道軌道用吸音材。
【請求項２】
廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融したＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部との混合物からなり、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下である発泡スラグ材の鉄道防音壁用吸音材。
【請求項３】
廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融してＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグを得る工程と、このスラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部とを混合する工程と、この混合物を発泡処理して閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下の発泡スラグ材を得る工程と、発泡スラグ材を加工成形する工程とを備えた鉄道軌道用吸音材の製造方法。
【請求項４】
廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融してＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグを得る工程と、このスラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部とを混合する工程と、この混合物を発泡処理して閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下の発泡スラグ材を得る工程と、発泡スラグ材を加工成形する工程とを備えた鉄道防音壁用吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道軌道用もしくは防音壁用の吸音材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道沿線の住環境として、騒音対策は極めて重要である。環境庁の定めた新幹線騒音の環境基準は、列車走行時の騒音レベルのピーク値（Ｌmax ）を基準とした方式で「住宅集合地域」及び「住宅集合地域に準ずる地域」についてＬmax ７５ｄＢ以下とするように定めている。これを達成するための防音壁の設置、防音壁のかさ上げ、防音壁への吸音材の取り付け、スラブ軌道への吸音材の取り付けが行われている。本発明の鉄道用吸音材とは、上記防音壁に設置する吸音材及びスラブ軌道に設置する吸音材を示すものである。
【０００３】
鉄道用吸音材については、長期にわたり次のような性能を有することが要求される。
【０００４】
1.吸音性能  2.長期暴露に耐えうる耐候性  3.車両からの落下物に対する耐衝撃性  4.列車風により飛散しないこと、あるいは列車風圧により曲折したりしない強度、鉄道軌道用吸音材はこれに加え、5.電気絶縁性能
これらを満足する吸音材として無機質粒子結合吸音材（以下、無機質材と略称する）およびセラミック吸音材（以下、セラミック材と略称する）がある。無機質材、セラミック材共に骨材粒子が形成する空隙を音の吸収する孔として利用したものであり、骨材粒子同士の結合を前者では、有機物で、後者は、ガラスなど低融点物質や、焼結現象を用いて行っている。図１に骨材が形成する空隙の模式図を示す。図１の状態では構造物とはならないので、骨材を結合するために現実には図２に示したように骨材間を樹脂や低融点物質で結合させる構造をとっている。
【０００５】
これらの材料は、主材のセラミックス粒子及び焼結材が高価であることに加え、例えばセラミックス吸音材の場合、専用の炉の中で長時間の焼結が必要となり、焼成費用がかさむ等、従来の多孔質吸音材は一般に高い製造コストを要していた。
【０００６】
防音壁に設置する防音材としてロックウールやガラスウールを金属板で挟んだ材料を用いる場合もあるが、長時間の屋外使用に伴い、雨水の浸食や紫外線の暴露による劣化が生じる問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物を出発物質として発泡スラグ材を製造することにより、上記無機質材やセラミック材よりも安価に製造でき、廃棄物のリサイクルを図ることにより環境問題の解決を通じて社会に貢献できうる鉄道用吸音材及びその製造方法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、骨材の空隙を孔とする従来の吸音材とは異なり、加熱発泡処理した発泡スラグ材を軌道用吸音材に用いることにより、施工性の面で極めて有利である軽量な吸音材及びその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、
（１）  廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融したＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部との混合物からなり、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下である発泡スラグ材の鉄道軌道用吸音材、
（２）  廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融したＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部との混合物からなり、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下である発泡スラグ材の鉄道防音壁用吸音材、
（３）  廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融してＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグを得る工程と、このスラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部とを混合する工程と、この混合物を発泡処理して閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下の発泡スラグ材を得る工程と、発泡スラグ材を加工成形する工程とを備えた鉄道軌道用吸音材の製造方法、及び
（４）  廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融してＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有する加熱発泡性スラグを得る工程と、このスラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部とを混合する工程と、この混合物を発泡処理して閉気孔／（開気孔＋閉気孔）が５％以下の発泡スラグ材を得る工程と、発泡スラグ材を加工成形する工程とを備えた鉄道防音壁用吸音材の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、スラブ軌道や防音壁に設置する吸音材を、従来のように骨材空隙が形成する孔ではなく、加熱発泡性スラグを用いることにある。即ち、当該廃棄物の焼却灰を溶融して成る加熱発泡性スラグと、粘土とを混合して加熱発泡すると、スラグが結晶化してガスを放出し、スラグ／粘土反応物が一体となってカステラ状に発泡し、この際に一体化して均質な多孔体となる。この孔の構造は、従来の骨材空隙タイプの吸音材とは決定的に異なり、スラグ／粘土反応物が一体のスケルトン状になり、軽量化と低価格を実現するに至った。図３はスラグと粘土混合物に水を加えて混練した状態の模式図である。この状態では、図１の空隙部に粘土と水が入った構造である。図３の状態から加熱すると、スラグからガスを放出して膨らむとともに、粘土とスラグが一体となって図４に示したスケルトン構造をとる。これが、従来の空隙タイプより決定的に空隙率を高めることができる理由である。そして、この特徴を最大限活かす用途が本発明の鉄道用吸音材である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
まず、廃棄物の１種もしくは２種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融してスラグを得る。廃棄物は、産業廃棄物でも一般廃棄物でも構わないが、スラグのＦｅがＦｅＯ換算でＦｅを1.7 重量％以下含有するように調整する。1.7 重量％を越えるとスラグ中のＦｅが＋２価から＋３価になることで結晶核の役割をはたし、スラグ自体が球形に発泡する。この発泡形態は、吸音材内に閉気孔を多く形成することとなり、吸音効果、耐候性、及び耐凍結融解性にとって不適当なものとなる。発泡ガスは、主としてＨ2 やＣＯガスであり、これらを含む非還元雰囲気で溶解することが望ましいが、Ｎ2 雰囲気のような中性雰囲気にＨ2 Ｏガスを吹き込んだ酸化雰囲気に、溶解物にカーボンを共存させることで、還元雰囲気を作りあげて作製することもできる。
【００１３】
次に、このようにして得られたスラグ１００重量部と粘土１５〜５０重量部とを混合する。粘土には２つの目的がある。第一に、ガラス状スラグを板状などの形に成形するための成形助剤の役割を果たすものである。粘土１５％未満の場合には、著しく成形性が劣りスラグに賦形性を与えることができない。第二に、スラグと良好な反応性を有し、スケルトン（カステラ）状に発泡させるためである。粘土が５０％を越えると、スラグの塩基度が低下することにより、発泡温度でのスラグ／粘土反応物の粘性が極端に大きくなり、良好な発泡体を得ることができないとともに高価な粘土を多量に用いることになり、経済性の面で不利である。そして、この混合物を加熱発泡処理する。処理雰囲気は酸化雰囲気で、処理温度は９１０〜１０５０℃程度が好ましい。最大発泡温度は、スラグ組成や添加粘土により異なるが、９００℃から１０００℃が最も軽量化でき得る温度域である。
【００１４】
次に、本発明では、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）を５％以下とする。すなわち、鉄道用は必ず屋外で使用するが、この場合水捌けが悪いと水が凍結して吸音材を破損するため、水捌けは重要である。従って、屋内仕様の場合には、多少閉気孔が含まれても問題とはならないが、屋外仕様の場合には、生成する孔を完全に連続させなくてはならない。この点を解決するためには、屋内仕様に比べて発泡スラグと粘土とを完全に反応させることが重要である。そのために、スラグ／粘土反応物の形成する閉気孔を実質的に取り除くことが重要である。５％を越えると、水が凍結して吸音材を破損する恐れがある。閉気孔／（開気孔＋閉気孔）の測定は以下のようにして行う。
【００１５】
まず、吸音材を機械加工し、例えば、１０ｃｍ×１０ｃｍ×３ｃｍの試験材料を作成し、寸法計測から体積Ｖ０を求め、乾燥重量Ｗ０を測定する。次に、水の中につけて２時間煮沸し、そのまま冷却して水中重量Ｗ１を測定する。これらの結果から、吸音材に含まれる開気孔Ｖ１が計算される。
【００１６】
Ｖ１＝Ｖ０＋Ｗ１−Ｗ０
さらに閉気孔を無くすために、吸音材を２ｍｍ以下まで粉砕し、得られた粉体をガス置換型密度測定器（ベックマン式）で粉体の真密度Ｄを測定する。以上得られた結果を基に閉気孔体積Ｖ２を求める。
【００１７】
Ｖ２＝Ｗ０−Ｗ１−Ｗ０／Ｄ
Ｖ１，Ｖ２から、閉気孔／（開気孔＋閉気孔）＝Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）を得ることができる。
【００１８】
なお、本発明の吸音材の比重Ｗ０／Ｖ０は０．５５〜０．８程度である。そして、本発明によれば、前述した1.吸音性能  2.長期暴露に耐えうる耐候性  3.車両からの落下物に対する耐衝撃性  4.列車風により飛散しないこと、あるいは列車風圧により曲折したりしない強度、5.電気絶縁性能の要求を全て満足する。
【００１９】
なお、本発明の吸音材は、鉄道軌道用や鉄道防音壁用に限らず、例えば、車両の台車、床下機器、モータ近傍、屋根など鉄道車両など鉄道一般に有効に使用することができる。
【００２０】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。Ｙ市から発生した都市ゴミ焼却灰とＣａＯを所定割合で配合し、炭素電極を用いた抵抗加熱式電気炉で非酸化雰囲気（水蒸気１５〜３５％，残り気体中、一酸化炭素４０〜７０ｖｏｌ％、水素１０〜３０ｖｏｌ％、残り窒素）にて、金属Ｆｅ共存下で１４５０℃で溶解して、急冷してスラグを作製した。
【００２１】
得られたスラグ組成はＳｉＯ2 が４３％，Ａｌ2 Ｏ3 が１４ｗｔ％，ＣａＯが３３ｗｔ％，ＭｇＯが２ｗｔ％，Ｎａ2 Ｏが３ｗｔ％で、ＦｅＯが０．２ｗｔ％であった。
【００２２】
得られたスラグを１ｍｍ以下に粉砕して、このスラグ70重量部に対してNa−ベントナイト30部、水20重量部を真空土練機で混練し、均熱温度域が９７０℃で１時間有するトンネル窯で、酸化雰囲気にて加熱発泡処理した後、板状に成形し、本発明の軽量発泡スラグ材（３００×３００×５０ｍｍ）を製造した。表１にこの吸音材の軌道用として必要である性能を比較して示す。表２に、これを各項目別に評価して示す。
【００２３】
図５に、本発明の軽量発泡スラグ材を用いて、残響空法吸音率のデータを示した。中心周波数８００Ｈｚ以上で、吸音率０．８を超え、良好な吸音率を示し、市販されている従来品と同程度の吸音率を示した。
【００２４】
【表１】
0003813707.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003813707.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、一般廃棄物あるいは産業廃棄物の焼却灰を原料として、鉄道用として優れた性能を持つ軽量の吸音材を安価（例えば20〜50％程度）に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無機質材、セラミック材における骨材が形成する空隙の模式図。
【図２】無機質材、セラミック材における骨材間を樹脂や低融点物質で結合させる構造の模式図。
【図３】本発明吸音材におけるスラグと粘土混合物に水を加えて混練した状態の模式図。
【図４】本発明吸音材におけるスラグ／粘土一体構造（スケルトン構造）の模式図。
【図５】本発明吸音材の吸音率を示す図。
【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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