JP2005200603A - 粉末状固化材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラッジを濾過脱水や加熱乾燥することなく、土壌の固化材として経済的に有効利用することができ、且つ土質などの相違による固化材材料設計を考慮した粉末状固化材およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合物からなる粉末状固化材であって、コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合割合が、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルであることを特徴とする粉末状固化材および、コンクリートスラッジと生石灰含有物とを、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルになるように混合し、粉状化することを特徴とする粉末状固化材の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンクリートスラッジ（以下、スラッジと称することもある）を有効利用した粉末状固化材およびその製造方法に関するものである。本発明の粉末状固化材は、例えば各種土壌の固化処理に好適に利用できる。

スラッジとは、生コンクリート工場、コンクリート製品工場などで発生するもので、生コンクリートの洗い残渣（主としてセメントペーストおよび細骨材微粒部分）からなる泥状の産業廃棄物である。これを有効利用する場合、特に多量の水分が含まれることから、固形分有効利用の際には品質、輸送・運搬や処分時の法規制や経済性などに制約がある。従来、スラッジの水分の除去方法としては、濾過脱水法（フィルタープレス）や、特許文献１〜３に示される加熱乾燥法がある。

しかし、濾過脱水法では、脱水の程度に限度があり、水分の残存が許容できる用途に限定される問題があった。また、加熱乾燥法では、多額の設備費や燃料費がかかり、経済性の面からその実用性に問題があった。
一方、スラッジを土壌の固化材として利用する場合、スラッジを単に加熱乾燥したものは、過熱による固形分の活性低下や粒状化により、所定の固化強度を得るための固化材の添加量が増加するため、コスト面で競争力に欠けるとの問題があった。
特開昭６１−２０９０５９号公報 特開平５−２３８７９０号公報 特開２００１−１８０００号公報

本発明は、スラッジを濾過脱水や加熱乾燥することなく、土壌の固化材として経済的に有効利用することができ、且つ土質などの相違による固化材材料設計を考慮した粉末状固化材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく種々検討した結果、生石灰含有物とスラッジ中の水分とを効率的に接触させることによって、生石灰と水との均質な水和反応による水の効率的な固定化がなされ、また、その際の水和発熱による過度の温度上昇が抑制されスラッジ中の固形分（セメント水和物）が熱分解することなく活性の維持が可能となることを知見した。また、スラッジを生石灰含有物と接触させることにより、スラッジを乾燥粉状化できることを知見した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合物からなる粉末状固化材であって、コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合割合が、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルであることを特徴とする粉末状固化材を提供するものである。
また、本発明は、上記の本発明の粉末状固化材の製造方法として、コンクリートスラッジと生石灰含有物とを、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルになるように混合し、粉状化することを特徴とする粉末状固化材の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、従来廃棄していたスラッジを、取扱い性の良い粉末状固化材として有効利用することができる。また、スラッジを乾燥粉状化する手段として、スラッジ中の水分と生石灰との水和反応を利用していることから、光熱費が不要である。
また、本発明の粉末状固化材は、ローム土をはじめ、有機質土、砂質土など、各種土壌の固化処理に好適に利用できる。

以下に、本発明の粉末状固化材およびその製造方法について詳しく説明する。
本発明で使用するスラッジとは、生コンクリート工場、コンクリート製品工場などで発生する汚泥状物質であり、主にアジテータ車のドラム内部に付着したモルタルや残コンクリート、戻りコンクリートの洗い残渣である。本発明では、スラッジ中の水分量は４０〜７０質量％であることが好ましい。スラッジ中の固形分は、例えば、セメント水和物や未水和物（セメントおよび高炉スラグ、フライアッシュや石灰石粉などの混和材）が５０〜９５質量％、残部が細骨材の微粒部からなり、このうちセメント水和物はケイ酸カルシウム水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ）、水酸化カルシウムおよびカルシウムアルミノサルフェート水和物などであるが、これらの種類および含有量は生コンクリート工場あるいはコンクリート製品工場で通常発生するものであれば特に制限されるものではない。さらに、スラッジ水にはコンクリート用各種化学混和剤が溶解しているが、これについてもその存在の可否が特に限定されるものではない。

本発明で使用する生石灰含有物としては、まず生石灰が挙げられる。生石灰は、一般的な工業製品である粒状物（径１〜５ｍｍ程度）や粉末が使用できる。また、生石灰に変えてセメント製造装置のプレヒーター部分より抜出した仮焼原料を使用することができる。この仮焼原料は、通常、セメント製造装置のプレヒーターのサイクロン最下段からキルンへの投入シュート付近から抜出すことにより得られるものである。プレヒーター部は、セメント製造工程で石灰石の熱分解を主目的とするものであり、仮焼原料中の遊離酸化カルシウムの含有量は、仮焼炉の有無（ＮＳＰ方式またはＳＰ方式）あるいは仮焼炉の方式によって異なるが、概ね２０〜４５質量％である。本発明では、仮焼原料中の遊離酸化カルシウム含有量に制限を受けるものではないが、２５質量％を超えるものが好ましい。

本発明では、これらの生石灰含有物をスラッジと混合して、スラッジを乾燥粉状化させる。該混合に使用する混合機は特に限定されるものではないが、スラッジの粘性が高い場合には、せん断力が大きいミキサーが好ましい。また、該混合機として、生コンクリートの輸送に使用されているアジテータ車のミキサー部を好適に使用することができる。

石灰含有物のスラッジに対する添加量は、スラッジ中の水分１モルに対して生石灰分０．３〜０．７モルとするのが好ましく、０．４５〜０．６モルとするのがさらに好ましい。生石灰分が０．３モル未満ではスラッジの十分な粉状化ができず、これを用いた固化材では貯蔵や輸送中に固結したり、土壌との混合が不十分となることがある。一方、生石灰分が０．７モル超では、固化材中に遊離酸化カルシウムが多量に残存するため、固化処理の際の固化材スラリーでの施工が困難となり好ましくない。
石灰含有物の添加量は、本発明の粉末状固化材中の水分が０．１〜５．０質量％となるようにするのが好ましく、０．２〜５．０質量％となるようにするのがより好ましく、０．５〜２．０質量％となるようにするのがさらに好ましい。

スラッジと生石灰含有物との混合は、生石灰含有物とスラッジとを混合機に同時に投入しても、一方を投入してから他方を投入しても良いが、生石灰含有物を混合機に投入後、攪拌しながら、スラッジを投入する方法が、より均一な混合が行えるのに加え、遊離酸化カルシウムの局部的な水和反応の進行に起因する過度の温度上昇によるスラッジ中の固形分（特に、セメント水和物）の活性劣化を抑制できるため好ましい。
このようにして得られるスラッジと生石灰含有物との粉状化物は、通常、解砕操作は不要であるが、必要であれば解砕操作を行ってもよい。

上記粉状化物は、そのまま本発明の粉末状固化材として使用できるが、各種土質の固化性能の確保のため、高炉スラグ、セメントおよび石膏から選ばれる１種以上を添加することができる。このうち、セメントとしては、JIS R 5210に規定のポルトランドセメントのほかに、アルミナセメントなども使用することができる。石膏としては、２水や無水石膏を使用する。このうち、高炉スラグおよび石膏は、生石灰含有物とスラッジとの混合時に添加してもよい。

上記の高炉スラグ、セメントあるいは石膏の添加は、固化材の品質調整のためであり、それらの添加量は、好ましくは、スラッジと生石灰含有物との混合物１００質量部に対して、高炉スラグ２００質量部以下、より好ましくは３０〜１５０質量部、セメント２００質量部以下、より好ましくは４０〜１５０質量部、石膏６０質量部以下、より好ましくは１０〜５０質量部である。
本発明の粉末状固化材は、ローム土の固化改良に、より効果を発揮するが、砂質土、粘性土や高有機質土には上記のような高炉スラグ、セメントあるいは石膏の併用が好ましい。

以下、実施例を比較例とともに挙げ、本発明を具体的に説明する。

[実施例１]
下記表１に示す配合割合（スラッジ中の水分量１モルに対し生石灰量０．３モル）により、含水率５０質量％のスラッジと生石灰（粒径５ｍｍ以下）とを、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準じたモルタルミキサーで５分間混合して粉状化し、粉末状固化材を得た。各材料のミキサー内への投入は、始めに生石灰を投入した後、スラッジを投入する順序で行った。
得られた粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

［実施例２〜４］および［比較例１、２］
生石灰量を下記表１に示す量に変化させた以外は、実施例１と同様の方法により粉末状固化材をそれぞれ得た。得られた各粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

［実施例５］
生石灰の代わりに仮焼原料を用いた以外は、実施例１と同様の方法により粉末状固化材を得た。得られた粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

［実施例６〜７］
生石灰の含有量の異なる仮焼原料を用いた以外は、実施例５と同様の方法により粉末状固化材をそれぞれ得た。得られた各粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

［実施例８］
スラッジおよび生石灰のミキサー内への投入順序を変えた（すなわち、始めにスラッジを投入した後、生石灰を投入した）以外は、実施例１と同様の方法により粉末状固化材を得た。得られた粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

［実施例９］
生石灰量を下記表１に示す量に変化させた以外は、実施例８と同様の方法により粉末状固化材を得た。得られた粉末状固化材の含水率を下記表１に示した。

上記表１から明らかなように、比較例１の粉末状固化材は、含水率が高いことから、スラッジの粉状化が不十分であることがわかる。また、比較例２の粉末状固化材は、含水率が０であり、固化処理の際の固化材スラリーでの施工が困難である。
これに対し、実施例１〜９の粉末状固化材は、何れも、含水率が０．１〜５．０質量％の範囲内であり、粉末状固化材としてスラッジの乾燥、粉状化が適正に行われたことがわかる。

［実施例１０］
実施例３で得られた粉末状固化材について、次のようにして、軟弱土壌に添加してその性能評価を行った。上記粉末状固化材を関東ローム土１ｍ³ 当たり１５０ｋｇ添加した場合の一軸圧縮強度を求めた。粉末状固化材と関東ローム土との混合は、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準じたモルタルミキサーで３分間行った。一軸圧縮試験の供試体は、セメント協会標準試験方法Ｌ−０１「セメント系固化材による安定処理土の試験方法」に準じ、径５ｃｍ×長さ１０ｃｍとした。一軸圧縮試験は、JIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」に準じた。材齢は７日および２８日とした。その結果を下記表２に示した。

［実施例１１］
実施例３で得られた粉末状固化材１００質量部にII型無水石膏１５質量部を添加した粉末状固化材を用いて、実施例１０と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。その結果を下記表２に示した。

［比較例３〜５］
固化材として、消石灰（比較例３）、市販の一般軟弱土用固化材（比較例４）、および含水率５０質量％の含水スラッジ（比較例５）を用いて、実施例１０と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。ただし、比較例５の含水スラッジについては、固化材と土に含まれる水分量が実施例１０と同じになるように、関東ローム土の含水比を調整した。その結果を下記表２に示した。

［実施例１２］
実施例３で得られた粉末状固化材１００質量部に高炉スラグ１００質量部、普通ポルトランドセメント１００質量部およびII型無水石膏３０質量部を添加した粉末状固化材を用いて、含水率６０質量％の有機質土に適用した以外は実施例１０と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。その結果を下記表２に示した。

［比較例６］
固化材として市販の一般軟弱土用固化材を用いて、実施例１２と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。その結果を下記表２に示した。

［実施例１３］
実施例３で得られた粉末状固化材１００質量部に普通ポルトランドセメント１００質量部およびII型無水石膏３０質量部を添加した粉末状固化材を用いて、含水率１７質量％の砂質土に適用した以外は実施例１０と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。その結果を下記表２に示した。

［比較例７］
固化材として市販の一般軟弱土用固化材を用いて、実施例１３と同様の方法により一軸圧縮強度を求めた。その結果を下記表２に示した。

上記表２から次のことがわかる。実施例１０および１１と比較例３〜５との対比から明らかなように、スラッジと生石灰との混合物からなる本発明の粉末状固化材を関東ローム土に混合した場合、得られた固化処理土の一軸圧縮強度は、消石灰、市販の一般軟弱土用固化材、または含水スラッジを用いた場合よりも大きい。また、実施例１２と比較例６との対比および実施例１３と比較例７との対比から明らかなように、スラッジと生石灰との混合物に、さらに高炉スラグ、普通ポルトランドセメント、石膏などを混合した本発明の粉末状固化材を有機質土または砂質土に混合した場合、得られた固化処理土の一軸圧縮強度は、一般軟弱土用固化材を用いた場合よりも大きい。

Claims (7)

1. コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合物からなる粉末状固化材であって、コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合割合が、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルであることを特徴とする粉末状固化材。
2. 上記生石灰含有物が、生石灰またはセメント製造装置のプレヒーター部分より抜出された仮焼原料である請求項１記載の粉末状固化材。
3. さらに高炉スラグ、セメントおよび石膏から選ばれる１種以上を含有する請求項１または２記載の粉末状固化材。
4. 上記の高炉スラグ、セメントおよび石膏の含有量が、上記のコンクリートスラッジと生石灰含有物との混合物１００質量部に対して、高炉スラグ２００質量部以下、セメント２００質量部以下、石膏６０質量部以下である請求項３記載の粉末状固化材。
5. コンクリートスラッジと生石灰含有物とを、コンクリートスラッジ中の水分１モルに対し生石灰分が０．３〜０．７モルになるように混合し、粉状化することを特徴とする粉末状固化材の製造方法。
6. コンクリートスラッジと生石灰含有物との混合および粉状化を、ミキサーに生石灰含有物を投入後、攪拌しながら、コンクリートスラッジを投入することにより行う請求項５記載の粉末状固化材の製造方法。
7. 上記ミキサーが、生コンクリートアジテータ車のミキサー部である請求項６記載の粉末状固化材の製造方法。