(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細骨材として、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の少なくとも１種以上の廃棄物を溶融して製造した溶融スラグと、微粉炭の燃焼によって発生するシンダーアッシュとを用い、溶融スラグとシンダーアッシュとの混合比（重量比）が３０：７０〜７０：３０であることを特徴とする廃棄物起源の骨材を使用するモルタル又はコンクリート。
【請求項２】
溶融スラグの９０重量％以上の粒径が０．１５〜１０ｍｍ、シンダーアッシュの９０重量％以上の粒径が０．１５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のモルタル又はコンクリート。
【請求項３】
粗骨材に、石炭などの燃焼によって発生するクリンカーアッシュを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート。
【請求項４】
クリンカーアッシュの９０重量％以上の粒径が２．５〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載のコンクリート。
【請求項５】
骨材以外の構成材料（セメント、セメント混合材、水）にも廃棄物起源の材料を用い、それらの廃棄物起源の材料の総使用量がモルタルもしくはコンクリート１ｍ3 当たり１０００ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載のモルタル又はコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、構成材料の一部又は全部に廃棄物起源の材料を用いるモルタル又はコンクリート、及びそれらを製造する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
資源の有効利用の観点から、さまざまな廃棄物を、セメント・コンクリート材料として用いる試みは数多く報告されている。ゴミ焼却場、火力発電所、下水処理場等から排出する焼却灰を溶融して得られるスラグを細骨材あるいは粗骨材に用いるコンクリートは、その一例である。しかしこれらのコンクリートは、砂、砂利等の通常の骨材を用いたコンクリートと比べ、極端に流動性が悪いという欠点があった。
【０００３】
また、これらの方法では、コンクリート１ｍ3 当たりの廃棄物起源の材料の使用量がせいぜい５００ｋｇ程度に過ぎず、廃棄物の有効利用の観点からも、十分な技術とはいえなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の焼却灰スラグを骨材に用いたコンクリートは、前記したとおり、砂、砂利等の通常の骨材を用いたコンクリートと比べて、著しく流動性が悪いという欠点があった。本発明はこの欠点を解消すべく研究をしている過程でなされたものである。
【０００５】
都市ゴミや下水汚泥の焼却灰を溶融して製造されるスラグには、溶融後、水に投入し急速に冷却して作られる水砕スラグと、空気中で徐々に冷却して作られる空冷スラグがある。これらスラグの粒度分布は、材料、溶融方法、冷却方法などの条件により大きく変動するが、１ｍｍ以上の部分が多く、ＪＩＳ Ａ ５００４に規定される細骨材の粒度範囲の最大値である１０ｍｍを超える粒分を含むことがある。特に空冷スラグは、小石状であり、１０ｍｍを超える粒分が多く、そのままで細骨材には使えない。
【０００６】
溶融スラグの粒度を、粉砕及び篩い分けにより、細骨材として適正な範囲に調整することは可能である。しかし適正な範囲の粒径の溶融スラグを細骨材に用いたコンクリートでも、通常の砂を細骨材に用いたコンクリートと比較して単位水量が増加し、同等の流動性は得られないのであり、そのこと自体は既に知られていることでもある（土木技術資料第２９巻第４号第１９９頁参照）。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前述のような問題のある溶融スラグを活用すべく、その一部を、同じく廃棄物であり、有効利用が望まれるシンダーアッシュで置き換えることにより、意外にも、流動性の低下が回避できることを発見し、前記したところの問題点を解消したものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、細骨材の一部又は全部に都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰等の廃棄物を溶融して製造したスラグとシンダーアッシュを用い、あるいはそれに加えて粗骨材の一部又は全部にクリンカーアッシュを用いてモルタル又はコンクリートを製造し、しかも得られたモルタル又はコンクリートが、砂、砂利等の通常の骨材を用いたそれと比較して、流動性及び硬化後の強度の低下が少なく、実用上差し支えない程度のものを提供することを目的とする。すなわち廃棄物起源の骨材を用いているにもかかわらず、通常の骨材を用いた場合と同程度の流動性及び強度を有するモルタル又はコンクリートを提供することを目的とするものである。さらに本発明では、骨材以外の材料（セメント、セメント混合材、水）にも、さまざまな廃棄物を大量かつ安定的に使用し、従来の廃棄物利用コンクリートより一層有効な廃棄物の再利用方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
溶融スラグには、前記したとおり、水砕スラグと空冷スラグの２種があるが、本発明では両者とも使用可能である。水砕スラグの場合は、その粒径は細骨材の粒度範囲に近いので、そのまま使用できる。しかしながら、その粒度範囲を超えた粒分、特に微粉の混入は避けられず、所定の性質を発揮させるには、その９０重量％以上の粒径が０．１５〜１０ｍｍの範囲にあることが望ましい。空冷スラグの場合は、前述のとおり粒径が細骨材の粒度範囲より大きいので、そのまま使用することはできず粉砕して、細骨材の範囲の粒径にして使用することになる。この場合にも水砕スラグの場合と同様にその９０重量％以上の粒径が０．１５〜１０ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【００１０】
シンダーアッシュは、石炭火力発電所において発生する石炭燃焼灰の一種であって、節炭器及び空気余熱器から回収されるものである。石炭火力発電所の燃焼灰には、これ以外に電気集塵機より捕集される粉体状のフライアッシュと、燃焼炉の底部から回収される塊状のクリンカーアッシュがある。フライアッシュは、その粒径が通常２０μｍ以下であり、細骨材に用いるには小さ過ぎるが、シンダーアッシュの粒径は数十μｍ〜数ｍｍであり、粒径の一部は、細骨材の適正範囲に含まれる。なお、シンダーアッシュについては、単独で細骨材として用いた試みはあるが、吸水率が砂より高いため、砂を用いたコンクリートより流動性は悪い（第３回コンクリート工学年次講演会論文集第６９〜７２頁参照）。
【００１１】
本発明では、単独で又は砂と混合して細骨材に用いた場合には、適切な流動性が得られなかった溶融スラグとシンダーアッシュを、適正な割合で混合することにより、砂を細骨材に用いたコンクリートとほぼ同等の流動性のあるモルタル又はコンクリートを製造するものである。溶融スラグとシンダーアッシュは、溶融スラグ：シンダーアッシュ＝３０：７０〜７０：３０の範囲で混合するのが望ましい。またこれらによる砂の代替率は、特に制限されるものではないが、廃棄物有効利用という観点からすると２０重量％未満では低すぎるので、実用上は２０重量％以上が望ましい。
【００１２】
また、本発明のコンクリートでは、粗骨材に、石炭火力発電所から発生するクリンカーアッシュを用いることも特徴の一つとなっている。クリンカーアッシュは、前述のように、火力発電所の燃焼炉の底部から得られる塊状物であり、シンダーアッシュと合わせると、発電所の全アッシュ量の約７０％を占めるが、従来は有効活用されず、埋め立て材に用いられる程度であった。これを粉砕して、粗骨材の範囲の粒径にして使用することになる。粉砕にともない微粒も発生するので、９０重量％以上の粒径が２．５〜３０ｍｍであることが望ましい。より厳格に粒径を調整するには篩い分け等の分級操作を用いるのが好ましい。クリンカーアッシュによる砂利の代替率は、上記の砂の場合と同様に、特に制限されるものではないが、廃棄物有効利用という観点からすると２０重量％未満では低すぎるので、実用上は２０重量％以上が望ましい。
【００１３】
粒度は、骨材として用いるという主旨からすると、ＪＩＳ Ａ ５００４等に規定される範囲にあることが理想的であり、溶融スラグ及びシンダーアッシュでは０．１５〜１０ｍｍ、クリンカーアッシュでは２．５〜３０ｍｍであると最適である。
【００１４】
さらにコンクリートを構成する他の材料にも、廃棄物を利用することにより、その使用割合を高めることは可能である。すなわち砂、砂利等の通常の骨材を用いたモルタル又はコンクリートと比較して流動性及び硬化後の強度がほぼ同等である範囲においては、溶融スラグ及びシンダーアッシュ以外にも、廃棄物を利用し、その使用割合をさらに高めることは可能である。例えば、フライアッシュ、コンクリートスラッジ、ガラスカレット、鉱滓微粉末、都市ゴミスラグ、下水汚泥スラグ、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、コンクリート廃材、廃レンガ等、従来は一部がリサイクルされているものの、大部分は焼却や圧縮などの操作により減容された後、又はそのまま埋め立てなどにより処理されてきた廃棄物を、セメント原料、セメント用混合材、混練水、骨材などに用いることにより一層の資源の有効利用が実現できる。
【００１５】
廃棄物の総使用量は、有効利用の観点から、より多い方が望ましくコンクリート１ｍ3 当たり８００ｋｇ以上、望むらくは１０００ｋｇ／ｍ3 以上（コンクリートの密度を２．０ｇ／ｃｍ3 とした場合体積率で５０％）が好ましい。しかしながら、その総使用量は、本発明の目的からして無制限というわけにはいかず、砂、砂利を骨材に用いたコンクリート等の場合と比較して、流動性及び強度がほぼ同等の範囲にある程度ということになる。前記同等の流動性及び強度について許容される範囲は、流動性に関しては、コンクリートの場合、実用上から通常の骨材を用いた際に得られるスランプ値の約３０ｍｍ以内の低下である。モルタルの場合も、同様に通常の骨材を用いた際に得られるフロー値の２０ｍｍ以内の低下である。強度に関しても、同様の理由から、コンクリートの場合、通常の骨材を用いた際に得られる２８日強度の約５ＭＰａ（メガパスカル）以内の低下であり、モルタルの場合も同程度である。
【００１６】
【実施例】
溶融スラグとシンダーアッシュを骨材として用いたモルタルのフローの測定結果を表１に示す。溶融スラグは都市ゴミ焼却灰をバーナ式溶融炉で溶融し水で急冷して得た水砕スラグ、シンダーアッシュは火力発電所の石炭燃焼灰から分級機によりＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）に適合するフライアッシュを除いた残分を用いた。また比較用にＪＩＳ標準砂を用いた。試験はＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験）に基づき、水セメント比０．６５、骨材セメント比２．０とし、セメントは普通セメントを用いた。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
フロー値は、溶融スラグのみを用いた場合（Ｎｏ．２）は、２０９ｍｍ、シンダーアッシュのみを用いた場合（Ｎｏ．３）は、２１３ｍｍであり、標準砂の場合（Ｎｏ．１、２４８ｍｍ）と比較するとそれぞれ３９ｍｍ及び３５ｍｍも小さい。しかし溶融スラグとシンダーアッシュを混合して用いると、単独で用いた場合よりフローは増加する。混合比が２５：７５（Ｎｏ．４、Ｎｏ．６）ではフローの改善効果は小さいが、５０％づつ混合した場合（Ｎｏ．５）は２４０ｍｍであり、標準砂の場合との差は８ｍｍに減少する。
【００１９】
溶融スラグ及びシンダーアッシュと砂との混合率の影響は、溶融スラグ：シンダーアッシュ＝５０：５０の場合、砂に対する混合率が２０％（Ｎｏ．７）、５０％（Ｎｏ．８）、８０％（Ｎｏ．９）でフローに大差はないが、廃棄物有効利用の観点からは混合率は２０％以上とすることが望ましい。
【００２０】
標準砂の含有量がゼロの場合の測定結果（試料Ｎｏ．２、３、４、５、６）について、図面に示すと図１のような形状となる。この図を利用して溶融スラグとシンダーアッシュの混合比が、それぞれ７０：３０及び３０：７０のフロー値を求めると、いずれも２２８ｍｍとなり、この値を標準砂１００％の場合のフロー値と比較すると約２０ｍｍ低い。しかしながら、それは本願発明が許容している流動性（フロー値）の低下の範囲内であり、この程度の低下は実用上差し支えなく、溶融スラグとシンダーアッシュの混合比が、それぞれ７０：３０及び３０：７０の範囲内で所定の性質を示していることがわかる。
【００２１】
各種の廃棄物起源材料を用いたコンクリートＡおよびＢの試験結果を表２に示す。試験コンクリートで使用した材料は以下のとおりである。
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
コンクリートＡでは、細骨材に溶融スラグ及びシンダーアッシュを、粗骨材にクリンカーアッシュを用いた。クリンカーアッシュは、火力発電所の石炭燃焼炉の炉底灰を破砕して粒度を調整したものである。コンクリートＢでは、さらにフライアッシュを５０％混合したセメントと生コンクリートスラッジの回収水を用いた。表２には、比較として、通常の材料を用いたコンクリートＣの試験結果も示す。
【００２４】
この表から以下のことがわかる。すなわち、廃棄物コンクリートＡの物性は、通常の材料を使用したコンクリートＣと比較して、同一スランプを得るためにはやや単位水量が多く、したがって強度は若干低いが、実用コンクリートとしては十分な性能を有する。またコンクリートＢは、コンクリートＡよりさらに単位水量が多く強度は低いが、実用コンクリートとしては十分である。また、この表から通常のコンクリートとの対比で、廃棄物利用のコンクリートの圧縮強度の低下の程度を求めると、低下が大きい方のコンクリートＢの場合でも、約３ＭＰａである。これは、前記した許容される強度の低下（５ＭＰａ）の範囲内のものであって、この程度の低下では、十分に実用性を有するのであり、このコンクリートＢの強度も、本願発明でいうところの通常のコンクリートとほぼ同等の範囲にあるということになる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、骨材に溶融スラグとシンダーアッシュを所定の比率で組み合わせ使用することにより、意外にも流動性及び強度低下が少なく、通常の骨材を用いた場合とほぼ同等の流動性及び強度を発現することができた。また骨材等の各種廃棄物起源の材料を多量に使用した場合においても、製造されたコンクリート等は、天然砂、砂利等の通常の骨材を用いた場合とほぼ同等の流動性及び強度を発現し、その結果多様な廃棄物起源の材料を大量かつ安定的に使用したコンクリートを製造することが可能であり、資源の有効利用に大いに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融スラグとシンダーアッシュとの混合割合と、モルタルのフロー値との関係を図示するものである。
【図１】
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