(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃石膏ボード粉末と酸化鉄微粉末と石灰を混ぜたことを特徴とする廃石膏ボード粉末を原料に含む土質安定材。
【請求項２】
酸化鉄微粉末と石灰と廃石膏ボード粉末の混合割合（重量比）を、２５：６５：１０〜２５：４５：３０の範囲（但し、酸化鉄微粉末は２５で一定）とした請求項１記載の廃石膏ボード粉末を原料に含む土質安定材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建築物の内装材として利用された石膏ボードが廃棄されて廃石膏ボードとなった場合の再利用方法に関するものであり、廃石膏ボードを道路材料として再資源化するものである。
【０００２】
石膏ボードは高度成長期以降の建築物の内装材として広く利用されている。そのため近年、都市部等での再開発に伴って解体される建築物から膨大な量の石膏ボードが廃棄されている。
【０００３】
【従来の技術】
従来、廃石膏ボードは安定型処分場において廃棄処分することが認められていた。しかし、平成９年３月に栃木県宇都宮市の石膏ボードを主とする安定型処分場において、浸出水に砒素が含まれているのが確認され、砒素の発生源は廃石膏ボードであると推定され、このことを受け社団法人石膏ボード工業会が調査を行った結果、石膏ボードから砒素やカドミウムが溶出されることが確認された。
【０００４】
そしてこの結果、環境庁により高濃度の砒素を溶出するおそれのある石膏ボードの最終処分に伴う周辺環境の汚染を防止する観点から、処分方法を安定型処分場から、管理型処分場へ変更することが決定された。安定型処分場から管理型処分場へ変更することにより、より健全な処分を行えるとともに、処分後の溶出水の管理も行われるため、周辺住民にはより安全な対策が講じられたと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、管理型処分場は安定型処分場と比べて施設数及び残余容量共に現在不足しており、一方産業廃棄物の最終処分場は、周辺住民の反対などが多く、新たに建設するのが非常に困難である。このような状況から、産業廃棄物業者や県市町村では、今後への不安が広がっているのが実情である。また、管理型処分場で処分するためには処分費用も増加する。
【０００６】
そこで、廃石膏ボードを大量に処分するためには、廃石膏ボードを処分場で廃棄処分するのではなくこれを再資源化し、再利用できるようにすれば本来廃棄するのみであったものに新たな用途を創造することができることになる。さらに、この再資源化を実行あるものにするためには名目的な再資源化ではなく、リサイクルしたものが大量に利用される可能性のある分野に関するものでなければ有意義なものとはいえない。したがって、廃石膏ボードを再資源化するためには、例えば大量利用が期待できる道路材料等に活用できれば理想的なものといえる。
【０００７】
ところで、従来から路盤等の地盤安定処理として石灰やセメントを添加した安定処理土は広くその効果が認められ採用されてきている。そして、本出願の出願人はこの効果を更に高めた、石灰（生石灰、消石灰及び石灰石粉末）に製鉄時に副生する酸化鉄微粉末を混合した土質安定材（以下「Ｆｅ石灰」と称することがある。）を開発し、またこれに自然土等を混合した処理土（以下「Ｆｅ石灰処理土」と称することがある。）でもって軟弱地盤の改良を行う研究を長年行ってきた。
【０００８】
そしてＦｅ石灰を利用したものの先行技術としては、例えばAl-Fe-Ti系酸化物に石灰を添加した土質安定材（特許第２１２４６９７号）や、酸化鉄を主成分とする微粉のＦｅ系酸化混合物に下水汚泥焼却灰と消石灰を混合した土質安定材（特許第３０３５７６５号）や、下水汚泥焼却灰のセメント固化物を破砕した粒状骨材と自然土の混合物にＦｅ石灰を混合した粒調処理材（特許第３２０８５３７号）がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
石膏ボードはβ型半水セッコウ（CaSO41/2H2O)をパーライトやのこ屑などの軽量骨材とともに水と練って薄板状に成形し、両面及び長手方向の側面をボード用紙で被覆した板である。したがって大部分の素材成分はセッコウであるので、これの特徴を利用して再資源化できればよいことになる。
【００１０】
そこで、この発明にかかる廃石膏ボード粉末を原料に含む土質安定材は、廃石膏ボード粉末と酸化鉄微粉末と石灰を混ぜたものである。
【００１１】
また、酸化鉄微粉末と石灰と廃石膏ボード粉末の混合割合（重量比）を、２５：６５：１０〜２５：４５：３０の範囲（但し、酸化鉄微粉末は２５で一定）としたものである。
【００１２】
【作用】
自然土に対し石膏を混合しただけではアルカリ条件を作ることができないので強度増加は期待できないと考えられる。一方、Ｆｅ石灰処理土の反応機構は、酸化鉄を消石灰（カルシウムイオン）のアルカリ条件下で水酸化鉄という形でゲル状にするものである。そしてその場合に、水酸化鉄という型よりも硫酸イオンの存在によって硫酸化鉄にする方がゲル化し易いと考えられる。よってＦｅ石灰安定材に廃石膏ボード（硫化物）を混合すると、通常のＦｅ石灰安定材に比べて高い強度増加特性を発揮できると考えられる。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下、Ｆｅ石灰に廃石膏ボード粉末を混合した場合の試験結果について説明考察する。
【００１４】
試験で使用した廃石膏ボードは、建築物の新築工事や解体工事で発生した廃石膏ボードであり、これを処理施設において紙と分離して粉砕したものを使用した。化学成分を表１に、溶出試験結果を表２に示す。また、廃石膏ボードは反応水として水分を含んでいることから含水比試験を行った。廃石膏ボードの含水比を表３に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
これらの結果を見ると、廃石膏ボードには多くのカルシウム化合物が含まれていることが確認できる。このことから、Ｆｅ石灰へ適用することが十分可能であることが推測できることになる。
【００１９】
そこで先ず、処理対象土との反応性を確認することを目的として、廃石膏ボード単体と通常のＦｅ石灰安定材を用いて配合試験を行い比較した。ただし、Ｆｅ石灰安定材には微粉酸化鉄が２５％含まれることから、廃石膏ボードについても微粉酸化鉄を２５％配合して同条件とした。なお、使用した用土は、福岡県脇田産のまさ土である。まさ土の基本的性状を表４に示す。また、まさ土の粒度曲線は図１に示す通りである。
【００２０】
【表４】
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【００２１】
なお、試験は用土に対する添加率をそれぞれ２％，４％，６％，８％とし、JIS A 1211のＣＢＲ試験法に基づき、２５ｃｍモールドを用いて４．５ｋｇランマーで５層２０回の突き固めにより供試体を作製して行った。廃石膏ボードの強度確認の試験結果を表５及び図２に示す。
【００２２】
【表５】
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【００２３】
結果より、通常のＦｅ石灰安定材を用いたものが、添加率に比例して安定した強度発現が確認されたのに対し、廃石膏ボードを用いたものはＣＢＲ値で約１／５程度にとどまり、殆ど強度発現が見られない結果となった。また、養生期間の延長に伴う強度増進特性も、通常のＦｅ石灰安定材を用いたものが４日以降の強度増加が平均１．５倍の値を示しているのに対し、廃石膏ボードを用いたものは約１．１倍と若干の強度増進となったが、もともと４日強度が低いことを考慮すると、廃石膏ボードを用いたものについては養生期間の延長による強度増加効果は殆ど期待できない。このことより、廃石膏ボード単体では強度発現がないことが確認された。
【００２４】
次に、Ｆｅ石灰安定材に対して廃石膏ボードを混合した場合についての試験を行った。Ｆｅ石灰安定材のうちＦｅ分は２５％のままとして、石灰分を廃石膏ボードで１０％，２０％，３０％の割合で置換し、対象土に対する添加率はＦｅ石灰の標準的な使用率である７％とした。なお、供試体は前記と同様の方法により作成した。
【００２５】
また、廃石膏ボードは処理工程で分離した側面の紙の他に、材料そのものにも紙が含まれている。廃石膏ボードは処理後に約２ｍｍ以下に粉末化されているが、この紙は目視でも確認できる程度含まれており、この紙が廃石膏ボードの反応性を阻害していることも懸念されるため、廃石膏ボードに含まれる紙を取り除いた場合についても試験を行った。なお、その場合の条件としては、目視できる程度のものを取り除くことを条件とし、１．１８ｍｍ径のふるいを使用して、廃石膏ボード粉末をふるい分けした。また用土は上記と同じまさ土を使用した。
【００２６】
Ｆｅ石灰安定材に廃石膏ボードを混合した場合の試験結果を表６及び図３に示す。
【００２７】
【表６】
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【００２８】
結果より、通常のＦｅ石灰安定材を用いた場合、養生４日時点での強度が８９．０％に対して、廃石膏ボードを混合した処理土では、いずれにおいても平均で１．７倍の高い強度発現が確認された。１４日強度においても平均で１．５倍の強度発現が確認された。養生期間の延長に伴う強度増加特性としては、通常のＦｅ石灰安定材を用いた場合、４日強度に対する１４日強度が約１．６倍であるのに対して、廃石膏ボードを混合したものは１．３〜１．５倍と若干低い結果となったが、１４日強度の比較ではいずれも通常のＦｅ石灰安定材を用いたものより増加していることから、養生期間の延長に伴う強度増加特性において問題ない結果であると判断できる。
【００２９】
また、廃石膏ボードをそのまま用いた場合と、含有する紙を取り除いた場合での強度比較においては、４日強度では平均してほぼ同等のＣＢＲ値となり、１４日強度においても平均して９０％の強度差であり、若干の差はあったものの試験誤差などを考慮すると廃石膏ボードに含まれる紙は、処理土の強度発現に影響しないことが確認された。
【００３０】
上記試験結果より、廃石膏ボードを土質安定材として用いる場合、廃石膏ボード単体では強度発現がなく適用できないものの、Ｆｅ石灰安定材に混合した場合では、通常のＦｅ石灰安定材を用いたものに比べて、優れた強度発現が見られることが確認できた。上記試験結果より、Ｆｅ石灰安定材の石灰分について１０〜３０％の量を廃石膏ボード粉末で置換することができることが確認された。
【００３１】
しかし、実際の施工現場では、試験に使用したまさ土のような良質土ばかりが処理対象土ではなく、高含水比の粘性土やシラスなどの特殊土を対象とした土質改良も行われている。したがって、このような土に対しても同様の強度確認試験を行った。
【００３２】
処理対象土としては、耕作地として利用されていた地盤から発生した、建設発生土を用いた。使用した耕作土の基本的性状を表７に示す。耕作土の粒度曲線は図５に示す通りである。
【００３３】
【表７】
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【００３４】
また、一般的に廃石膏ボードは再加熱することによって反応性を回復させることができるといわれている。今回使用した廃石膏ボードは含水比試験の結果から、２０％の含水比であることが確認されている。よって、ここでは廃石膏ボードを乾燥させたものについても試験を行い、廃石膏ボードに含まれる水分が反応性に与える影響についても確認試験を行った。乾燥の方法は、天日乾燥を模擬し４０度の恒温乾燥炉で長時間乾燥させた場合と、２００度の高温で乾燥させる加熱乾燥の２種類で行った。
【００３５】
Ｆｅ石灰安定材のうちＦｅ分は２５％のままとして、石灰分を廃石膏ボードで２０％の割合で置換し、対象土に対する添加率は５％と７％とした。なお、供試体は前記と同様の方法により作製した。処理土を耕作土とした場合の試験結果を表８及び図６に示す。
【００３６】
【表８】
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【００３７】
結果より、４日強度では通常のＦｅ石灰安定材を用いた場合のＣＢＲ値が１１．２％であったのに対し、廃石膏ボードを混合したものはいずれも約２倍程度の高い強度発現を確認できた。養生期間の延長の伴う強度増加特性では、４日強度に対する１４日強度は通常のＦｅ石灰安定材を用いた場合と、廃石膏ボードを用いた場合の添加率５％についてが約１．３倍とほぼ同等の増加率となった。しかし、通常のＦｅ石灰安定材を用いたものは４日強度が廃石膏ボードを混合したものに比べ約半分であることからＣＢＲ値としては２％程度の増加でしかない。廃石膏ボードを混合した場合の添加率７％においても平均で約１．６倍の高い強度増加率となっている。
【００３８】
従来のＦｅ石灰安定材が、主にまさ土などの低含水比の良質土を対象としていたのに対し、本発明の廃石膏ボード粉末を原料に用いる土質安定材は、複雑雑多な建設廃材、例えば高含水比の有機質土や耕作土などを処理対象土として、早期強度の発現が可能となっている。
【００３９】
また、廃石膏ボードを現状のものと、乾燥させた２種類についての比較試験を行った結果、若干の試験誤差を考慮しても、平均してほぼ同等の値を示す結果となり、通常のＦｅ石灰安定材を用いたものと比較すると、安定した高い強度増加が確認できる結果となり、廃石膏ボードに含まれる水分が強度に与える影響はないことが確認された。
【００４０】
【実施例】
次に本発明の廃石膏ボード粉末を原料に含む土質安定材及びの製造方法について説明する。
【００４１】
［実施例１］  製鉄時に発生する微粉酸化鉄２５重量％と消石灰６５重量％を混合したものに、建築物の新築工事で発生した廃石膏ボードを処理分別装置により分離，破砕し、約２ｍｍ程度のふるいを用いてふるい分けを行った含水比２０％程度の廃石膏ボード粉末１０重量％を混合して土質安定材を製造した。そして、この土質安定材は６重量％程度をまさ土に添加混合することにより土を安定処理できた。
【００４２】
［実施例２］  製鉄時に発生する微粉酸化鉄２５重量％と消石灰５５重量％を混合したものに、建築物の解体工事で発生した廃石膏ボードを処理装置により破砕し、約２ｍｍ程度のふるいを用いてふるい分けをした後天日乾燥して含水比２０％程度とした廃石膏ボード粉末２０重量％を混合して土質安定材を製造した。そして、この土質安定材は８重量％程度を高含水比の建設残土に添加混合することにより土を安定処理できた。
【００４３】
［実施例３］  製鉄時に発生する微粉酸化鉄２５重量％と消石灰４５重量％を混合したものに、建築物の新築工事及び解体工事で発生した廃石膏ボードを処理分別装置により分離，破砕し、約２ｍｍ程度のふるいを用いてふるい分けした後２５０℃で加熱乾燥して含水比２０％程度とした廃石膏ボード粉末３０重量％を混合して土質安定材を製造した。そして、この土質安定材は１０重量％程度を高含水比の有機質土に添加混合することにより土を安定処理できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明にかかる廃石膏ボード粉末を原料に含む土質安定材は、廃石膏ボード粉末と酸化鉄微粉末と石灰を混ぜたので、処分のために単に再資源として利用するのではなく、性能的に酸化鉄微粉末と石灰を混ぜただけのものより優秀な土質安定材となる。また、廃石膏ボードを大量に再資源化して活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  まさ土の粒度曲線を示すグラフである。
【図２】  廃石膏ボードの強度確認結果を示すグラフである。
【図３】  Ｆｅ石灰安定材に廃石膏ボードを混合した場合の強度確認結果を示すグラフである。
【図４】  耕作土の粒度曲線を示すグラフである。
【図５】  対象土を耕作土とした場合の強度確認結果を示すグラフである。
【図６】  廃石膏ボード配合率と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【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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