固化方法及びこれに用いる固化剤
【課題】
固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供すること。
【解決手段】
固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法である。
固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供すること。
【解決手段】
固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固化方法及びこれに用いる固化剤に関し、特に、建材の製造、道路敷設、さらには産業廃棄物の固化などのように、各種の固化対象資材を固化するための固化方法及びこれに用いる固化剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、汚泥や焼却灰などの産業廃棄物をセメントなどで固化し、ブロックや壁板などの建材として利用したり、固化した状態で隔離保管することが行われている。また、道路の敷設において、敷設現場の土砂や補修道路の表面材などを利用し、固化することで新たな道路を敷設することが行われている。
【０００３】
これらの各種の固化対象資材を固化する際には、例えば、特許文献１に示すように、固化剤として、セメント、リグニンスルホン酸、及び塩化カルシウムなどを利用する方法や、特許文献２に示すように、セメント、リグニンスルホン酸、及び珪酸ナトリウムなどを利用するように、セメントに加え、各種の添加剤が利用されている。
【特許文献１】特開２００３−１７１１６０号公報
【特許文献２】特許平５−３３９９３５号公報
【０００４】
特に、リグニン系組成物は、セメントの流動性を向上するため減水剤として利用され、珪酸ナトリウムは急結剤として、さらに塩化カルシウムは早強剤として利用されている。これらの添加剤は、通常、固化作業時において、所定の分量だけ計量し、セメントと共に汚泥などの固化対象資材に添加されている。その後、材料全体を攪拌混合することで固化反応を発生させている。
【０００５】
このように、固化作業時に、これらの添加剤を計量添加することは、作業自体を煩雑なものとなるだけでなく、添加剤の添加量は数％〜10数％程度であるため、添加剤が固化対象資材又はセメント全体に均一に行き渡らないという問題を生じていた。
これに対し、予め、全ての添加剤を混合し、作業現場において必要量だけ計量し使用することも可能であるが、この場合には、添加剤間で化学反応が進行し、溶液がゲル状となり易く、固化対象資材への添加も同時となるため、固化反応が急速に進み、固化作業に係る時間を十分に確保することが出来ないなどの不具合を生じることとなる。
さらに、固化対象資材は多様であるため、固化作業現場において、各種添加剤の量を適切に調整しないと、所要の強度を達成することが出来ないという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法である。
【０００８】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の固化方法において、固化対象資材に該溶液Ａ又は該溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２のいずれかに記載の固化方法において、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物を含むことを特徴とする。廃棄物としては、例えば、土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などが該当する。
【００１１】
また、請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の固化方法において、該溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の固化方法において、該攪拌混合が、混練工程を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９に係る発明では、請求項８に記載の固化方法において、攪拌混合を路面上で行うことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０に係る発明では、請求項８又は９に記載の固化方法において、再敷設した後、該溶液Ａ又は該溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法に用いるリグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤である。
【００１８】
また、請求項１２に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法に用いるリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤である。
【００１９】
また、請求項１３に係る発明では、請求項１１又は１２に記載の固化剤において、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４に係る発明では、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の固化剤において、アスファルト乳化剤が添加されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１５に係る発明では、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の固化剤において、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明により、固化対象資材とカルシウム系組成物とに添加する添加剤を、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとに分け、これらを予め調整しておき、作業現場においては、これらの溶液を順次又は同時に添加し、材料全体を攪拌混合するだけで、固化対象資材を固化することが可能となるため、極めて作業性が良い固化方法を提供することが可能となる。しかも、溶液Ａ及びＢは、各々化学的安定性が高く、長期保存が可能な上、溶液Ａ及びＢの添加量を調整するだけで、固化強度が調整でき、所要の強度を容易に得ることができる。また、溶液Ａ及びＢは、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化して利用することにより、固化対象資材やカルシウム系組成物全体に、添加剤を行き渡らせることが可能であると共に、予め所定の倍率に希釈化した溶液を準備することも可能となる。特に、溶液の濃度調合は、作業固化時間の長短の調整や強度の高低の調整に寄与し、固化対象資材の含水率及びカルシウムの多少も考慮し、調整を行う。
【００２３】
請求項２に係る発明により、固化対象資材に溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程との２段階に攪拌工程を分けるため、固化反応が急速に進行するのを調整でき、材料全体での強度のばらつきも抑制することが可能となる。また、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材として利用することも可能となる。
【００２４】
請求項３に係る発明により、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であるため、セメント又は石灰の使用量を抑制しながら、発現強度の高い固化を実現できる。
【００２５】
請求項４に係る発明により、固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物であり、例えば土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などのうち少なくとも一つを含むため、産業廃棄物などの各種資材を固化対象資材として利用することが可能となる。
【００２６】
請求項５に係る発明により、溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれているため、固化状態における防水性を付与することが可能となり、路面等の防水処理を施す際に有用である。
【００２７】
請求項６に係る発明により、攪拌混合が混練工程を有するため、溶液Ａ又は溶液Ｂが存在する中で、固化対象資材及びカルシウム系組成物を、密度を上げて均一に混合することが可能となり、結合強度の向上や均質な強度を実現することが可能となる。
【００２８】
請求項７に係る発明により、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化するため、ブロックや壁材など所定の形状を必要とする物を加工・製造することが可能となる。
【００２９】
請求項８に係る発明により、固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させるため、道路の補修などにおいて、既存の道路や路盤の表面材料を再利用でき、廃棄物の発生を抑制すると共に、新たな原料・資材の調達・運搬も抑制でき、環境への負荷が少なく、コストの低下も実現可能となる。
【００３０】
請求項９に係る発明により、攪拌混合を路面上で行うため、道路や路盤などの大量の材料を処理する場合でも、作業場所を確保できると共に、既存のスタビライザーなどを利用して効率的な作業を行うことが可能となる。
【００３１】
請求項１０に係る発明により、再敷設した後、溶液Ａ又は溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させるため、路面の強度をより高めることが可能となる。
【００３２】
請求項１１に係る発明により、請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法において、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤を用いることで、作業現場における添加剤の調製作業を簡略化することが可能となる。しかも、このような固化剤は、化学的安定性が高く、長期保存も可能となる。なお、この固化剤は、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化して利用したり、予め所定の倍率に希釈化した溶液として準備することも可能である。
【００３３】
請求項１２に係る発明により、請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法において、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤を用いることで、作業現場における添加剤の調製作業を簡略化することが可能となる。しかも、このような固化剤は、化学的安定性が高く、長期保存も可能となる。なお、この固化剤は、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化し利用するため、予め所定の倍率に希釈化した溶液として準備することも可能である。
【００３４】
請求項１３に係る発明により、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むため、セメントなどのカルシウム系組成物の流動性を向上し、カルシウム系組成物の使用量を抑えると共に、減水作用を高めることが可能となる。
【００３５】
請求項１４に係る発明により、アスファルト乳化剤が添加されているため、固化状態における防水性を付与することが可能となる。また、アスファルト乳化剤は、固化剤中に均質に分散するため、固化剤の取扱いが容易となり、固化作業も円滑に行うことが可能となる。
【００３６】
請求項１５に係る発明により、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されているため、固化剤の増粘保水性や硬化遅延性を高め、塗布適性の向上、たれ防止、水中不分離性や成形工程での腑形性の向上などを付加し、また、固化剤の分散性を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の固化方法は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする。
【００３８】
特に、本発明の固化方法においては、固化対象資材とカルシウム系組成物とに添加する添加剤である固化剤を、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとに分け、これらを予め調整しておき、作業現場においては、これらの溶液を順次又は同時に添加し、材料全体を攪拌混合するだけで、固化対象資材を固化することが可能となるため、極めて作業性が良い固化方法を提供することが可能となる。
【００３９】
（固化剤）
本発明に係る固化剤は、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤Ａ、及びリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤Ｂを、主として用いる。
リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つ又はこれらを組合わせて利用される。リグニン系組成物は、セメントなどのカルシウム系組成物の流動性を向上し、カルシウム系組成物の使用量を抑えると共に、減水作用を高める作用がある。
【００４０】
リグニン系組成物と、珪酸ナトリウム、及び塩化カルシウムを同時に混合した場合には、化学反応により溶液がゲル状となるため、長期保存が困難であり、作業時においても固化反応が急速に進行しやすくなるため、充分な作業時間を確保できないなどの問題を生じる。このため、本発明では、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された固化剤Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された固化剤Ｂとに分けて調整している。各固化剤の成分比率は、リグニン系組成物が３０〜６５重量％に対し、珪酸ナトリウム又は塩化カルシウムが各々３０〜７０重量％程度、混合されている。特に、固化対象資材に固化剤Ａ，Ｂを添加する際には、珪酸ナトリウムより塩化カルシウムの含有量をより多くすることが好ましい。
【００４１】
固化剤Ａ，Ｂには、必要に応じて各種添加剤が添加され、道路、路盤表面の表層剤や、建材の防水処理剤として利用可能なアスファルト乳化剤、土やフライアッシュなどの資材を混入する場合の拡散・分散作用を促進すると共に、カルシウム系組成物の反応を均一化し、早強及び早結作用を高める界面活性剤、また、固化剤の増粘保水性や硬化遅延性を高め、塗布適性の向上、たれ防止、水中不分離性や成形工程での腑形性の向上などを付加する増粘剤、さらには、固化対象資材内からの各種物質の溶出を防止するためのキレート剤などがある。
【００４２】
アスファルト乳化剤は、水を添加しない状態における固化剤の総重量に対し、３〜２０％程度の割合で添加することが好ましい。また、界面活性剤は、陰イオン系、非イオン系、両性系など各種ものが利用可能であるが、アルキルスルホン酸系又はアルキルカルボン酸系のいずれかを利用することが好ましい。この場合の添加量は、同様に総重量に対し、０．００１〜０．０１重量％である。また、増粘剤としては、固化剤Ａに対しては水溶性セルロースを、固化剤Ｂに対してはグリコース系化合物を添加することが好ましい。増粘剤の添加量は、総重量に対し１〜２重量％程度である。
【００４３】
溶水性については、固化剤Ａ，Ｂ又は両者の併用により、溶出防止及びキレートの効果は、環境基本法に基く土壌環境基準を９０％以上満足している。しかし、完全溶出防止の必要性や経年時変化による溶出を防止するため、他のキレート剤を併用して使用することも可能である。
キレート剤としては、キレート樹脂、フェノール系、活性炭、ステレン系などがあり、特に焼却灰に含まれる有害重金属などの溶出を完全に防止するには、高分子液体キレートが好適である。キレート剤の添加量は、総重量に対し１〜５重量％程度である。
【００４４】
固化剤Ａ，Ｂの製造方法は、リグニン系組成物に対し、珪酸ナトリウム又は塩化カルシウムを添加すると共に、これらを断続的に混合・攪拌しながら数日間養生を行う。必要に応じ、アスファルト乳化剤などの各種添加剤を添加する場合も、断続的に混合・攪拌しながら数日間養生を行う。これにより、固化剤の性質が安定化し、長期保存を可能とすると共に、固化作業時の性能の発現性も向上する。
さらに、本発明に係る固化剤は、水溶性であるため、固化剤Ａ，Ｂは、単に原液のみを意味するのではなく、原液を数十倍〜数百倍に希釈したものを含むものである。
【００４５】
（固化対象資材及び固化製品）
本発明に係る固化方法が適用可能な固化対象資材としては、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物が利用可能であり、例えば、土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などのうち少なくとも一つ又はこれらの組合せが、利用可能である。例えば、生活汚泥や焼却灰を利用した非燃焼煉瓦・ブロック・プランタンなどの固化製品を製造することが可能であり、さらには、下水し尿処理汚泥を利用した下層路盤・埋め戻し材・非燃焼煉瓦など、廃油を利用した植木鉢・プランタンなど、石炭焼却灰を利用した砂利・耐火ボード・道路用路盤材など、火山灰を利用した着色非焼却煉瓦・ブロック・道路用路盤材など、水中ヘドロを利用した漁礁・テトラポット・護岸工事用素材など、おが屑を利用した建築用ボードなど、石粉末・石ヘドロを利用した墓石・線香立て・石板・玉石・骨材など、各種固化対象資材を多様な用途の固化製品に利用することが可能である。
【００４６】
（固化方法）
本発明の固化方法は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された固化剤Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された固化剤Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする。特に、固化剤Ａ及びＢの添加時期や、カルシウム系組成物の混合時期を調整することにより、多様な固化方法を提供することが可能となる。また、攪拌混合工程において、混練工程を併用することで、固化剤Ａ又はＢが存在する中で、固化対象資材又はカルシウム系組成物を、密度を上げて均一に混合することが可能となり、結合強度の向上や均質な強度を実現することが可能となる。
【００４７】
カルシウム系組成物は、セメント、石膏又は石灰であり、固化対象資材に対するカルシウム系組成物の添加量は、混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％である。通常、セメントを用いた固化方法の場合、砂、砂利、砕石などを固化する場合には、混合される材料の総重量に対し約４０重量％のセメントが混入されるが、本発明の固化方法においては、セメントなどのカルシウム系組成物の添加量を減少させることが可能となる。
【００４８】
本発明の固化方法においては、固化対象資材に固化剤Ａ又はＢのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後、固化剤Ａ又はＢのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有する固化方法も可能である。
このように、固化剤の添加工程と攪拌工程を、２段階の攪拌工程に分けることにより、固化反応が急速に進行するのを調整でき、材料全体での強度のばらつきも抑制することが可能となる。特に、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材として利用することも可能となる。このような２段階の攪拌工程においては、カルシウム系組成物を各攪拌工程に分けて添加する方法や、第１又は第２のいずれかの工程のみにおいて添加する方法も可能である。
【００４９】
また、第１攪拌工程後、攪拌混合した半製品を、例えば、２mm以下、２〜１０mm、１０mm以上の各サイズ毎に選別し、各サイズ毎に所定割合で配合し、第２攪拌工程を行うことで、固化後の材料の強度や形状を常に適切なものに制御することも可能となる。
さらに、第２攪拌工程において、第１攪拌工程で攪拌混合する固化対象資材より粒径の小さい他の固化対象資材を追加投入することで、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材とし、追加投入した粒径の小さな他の固化対象資材を、該骨材の周りに付着・固化することも可能となる。これにより、粒径の小さな固化対象資材が含まれる場合も、セメントなどの使用量を抑制しながら効率よく固化を行うことができる。
【００５０】
上述のように攪拌・混合した資材は、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化され、ブロックや壁材など所定の形状を必要とする固化製品に、加工・製造される。
【００５１】
次に、本発明の固化方法を道路の敷設に用いる場合について説明する。
道路敷設においても、上述したように固化対象資材にセメントや固化剤Ａ及びＢを添加したものを、混練機付アスファルトフィニッシャーまたは混練機付グレーダーなどの混練機で練り上げたものを、道路に落下させ、ロードローラーで転圧することも可能である。
この際には、固化対象資材に、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を利用することにより、既存の道路や路盤の表面材料を再利用でき、廃棄物の発生を抑制すると共に、新たな原料・資材の調達・運搬も抑制でき、環境への負荷が少なく、コストの低下も実現可能となる。
【００５２】
また、次のように、攪拌混合工程も含め、路面上で作業を行うことも可能である。
（１）路面の不陸修正、
（２）掘削、スタビライザー又はグレーダーブルドーザーなど（路盤の雑石除去）、
（３）切り込み砂利所定圧（例えば3cm厚）、所定粒径（例えば40mm）以下均敷(砂利道では不要）、
（４）ポルトランドセメント撒布（例えば、１m2当たり15kg程度）、
（５）スタビライザーで攪拌混合、
（６）固化剤Ａ又はＢ撒布（例えば１m2当たり8liter程度。ただし、２５〜５０倍程度に希釈化した溶液を使用）（モノフレックスのポンプを利用して撒布可能）、
（７）再度スタビライザーで攪拌混合、
（８）不陸修正、
（９）ローラ処理（最初転圧軽め、後は重め）、
（１０）軽ローラ後、砕石5〜6号少量撒布、重ローラで締め固め、
（１１）固化剤Ａ又はＢ撒布（例えば、１m2当たり1liter程度。ただし、２５〜５０倍程度に希釈化した溶液を使用。また、アスファルト乳化剤を添加した固化剤が好ましい。）
（１２）撒布後、修正養生。
このように、道路敷設においては、攪拌混合を路面上で行うため、道路や路盤などの大量の材料を処理する場合でも、作業場所を確保できると共に、既存のスタビライザーなどを利用して効率的な作業を行うことが可能となる。
【００５３】
また、上述した道路敷設のように、再敷設した後、固化剤Ａ又はＢを路面に撒布し養生させるため、路面の強度をより高めることが可能となる。また、撒布する固化剤にアスファルト乳化剤を添加したものを用いることにより、路面の防水性が向上されることも可能となる。
さらに、海砂を固化対象資材として用いる場合には、砂に付着した塩分を取り除くことが好ましく、その際には、固化剤Ａ又はＢを４０倍程度に希釈し、該希釈液で、砂を洗浄することで、塩分を効果的に除去できるだけでなく、固化作業時の結着能力を高めることが可能となる。なお、洗浄に使用した希釈液は、他の海砂の洗浄に再利用するのが好ましい。なお、海水汲み上げヘドロの固化実験では、塩分濃度は海水の５倍濃度まで固化を確認している。
【実施例１】
【００５４】
以下に、本発明の固化方法を用いたブロックの実施例について説明する。
焼却灰（飛灰。鹿児島県川辺郡川辺町清掃センターから採取）３０kgに対し、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）２．４kgを混合すると共に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６１％，珪酸ナトリウム３６％，セルロースを含む添加剤３％）を２０倍に希釈した溶液を６０cc添加し、混練機（装置名：ペレガイヤ、北川鉄工株式会社製）で４分間混練し、次に、固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５５％，塩化カルシウム４２％，グリコースを含む添加剤３％）を３０倍に希釈した溶液を３０cc添加し、再度、混練機で混練し、型枠内に混練物を流し込み、縦５０mm×横５０mm×高さ５０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は２３３kgf/cm2（2283.4N/cm2）、曲げ強度６０kgf/cm2（588N/cm2）が得られた。また、金属等の溶出試験（昭和48年環境庁告示第13号）を行った結果、カドミウム0.005mg/l未満（JIS K0102 55.1，フレーム原子吸光法）、鉛0.01mg/l未満（JIS K0102 54.1，フレーム原子吸光法）、六価クロム0.04mg/l未満（JIS K0102 65.2.2，フレーム原子吸光法）、砒素0.01mg/l未満（JIS K0102 61.2，水素化物発生原子吸光法）、総水銀0.0005mg/l未満（昭和46年環境庁告示第59号付表1，還元気化原子吸光法）、アルキル水銀検出されず（昭和46年環境庁告示第59号付表2，ガスクロマトグラフ法）、セレン0.01mg/l未満（JIS K0102 67.2，水素化合物発生原子吸光法）であり、極めて安定したブロック体を得ることができた。
【実施例２】
【００５５】
焼却灰（石炭灰、九州火力発電所から採取）２kg、焼却灰より造粒した骨材０．２５kgに、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６２％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤３％）を２５倍に希釈した溶液を２０cc添加し、混練機（装置名：ペレガイヤ、北川鉄工株式会社製）で４分間混練し半製品を得た。該半製品を粒径が２mm以下、２〜１０mm、１０mm以上の３つのサイズ毎に選別し、各サイズ毎の重量の比が、１．８：１：１となるように再度混合し、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）０．３kgを添加すると共に次に、固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５２％，塩化カルシウム４５％，グリコースを含む添加剤３％）を３０倍に希釈した溶液を１８cc添加し、再度、混練機で混練し、型枠内に混練物を流し込み、プレス圧力５５kg/cm2で圧縮し、縦５０mm×横５０mm×高さ５０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は３５２kgf/cm2（3449.6N/cm2）、曲げ強度７４kgf/cm2（725.2N/cm2）が得られた。
【実施例３】
【００５６】
ヘドロ（東田子の浦から採取）３０kg（含水率５０％）、ヘドロより造粒した骨材（粒径５mm程度）０．２５kgに、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）３kgを添加すると共に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６２％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤３％）及び固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５５％，塩化カルシウム４２％，グリコースを含む添加剤３％）を添加し、混練機（装置名：２５Ａ、デビットソン社製）で３０分間混練し、型枠内に混練物を流し込み、縦１９８mm×横９８mm×高さ６０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は２８５kgf/cm2（2793N/cm2）、曲げ強度６０kgf/cm2（588N/cm2）が得られた。
【実施例４】
【００５７】
福岡県大牟田トラックターミナルの敷地内において、コンクリート道路の再敷設を、本発明の固化方法を用いて行った。路面深さ約２５cmをグレーダーブルドーザー（株式会社小松製作所製）を用いて、不陸修正を行うと共に、１００mm以上の雑石を除去し、スタビライザー（株式会社小松製作所製）により路面を攪拌し、セメント（製品名：ポルトランド、麻生セメント株式会社製）を１m2当たり15ｋｇ撒布し、再度、スタビライザーで攪拌混合した。次に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６３％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤２％）を３０倍に希釈し、１m2当たり８リットル撒布し、再度、スタビライザーで攪拌した後、ロードローラー（装置名：ＢＷ１３ＡＷ、ボーマク社製）により自重量３６００kgで転圧及び不陸修正を行い、砕石５号を１８２kg/m2を路面に撒布し、ロードローラーで転圧（自重量９０００kg）した。固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩４８％，塩化カルシウム４０％，グリコースを含む添加剤２％，アスファルト乳化剤１０％）を２５倍に希釈し、１m2当たり１リットル撒布し、養生を行った。
敷設した道路の強度・加重試験を行ったところ、一軸圧縮強度３０．２kgf/cm2（295.96N/cm2）が得られ、通常の道路として十分に機能することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、説明したように、本発明によれば、固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供することが可能となる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固化方法及びこれに用いる固化剤に関し、特に、建材の製造、道路敷設、さらには産業廃棄物の固化などのように、各種の固化対象資材を固化するための固化方法及びこれに用いる固化剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、汚泥や焼却灰などの産業廃棄物をセメントなどで固化し、ブロックや壁板などの建材として利用したり、固化した状態で隔離保管することが行われている。また、道路の敷設において、敷設現場の土砂や補修道路の表面材などを利用し、固化することで新たな道路を敷設することが行われている。
【０００３】
これらの各種の固化対象資材を固化する際には、例えば、特許文献１に示すように、固化剤として、セメント、リグニンスルホン酸、及び塩化カルシウムなどを利用する方法や、特許文献２に示すように、セメント、リグニンスルホン酸、及び珪酸ナトリウムなどを利用するように、セメントに加え、各種の添加剤が利用されている。
【特許文献１】特開２００３−１７１１６０号公報
【特許文献２】特許平５−３３９９３５号公報
【０００４】
特に、リグニン系組成物は、セメントの流動性を向上するため減水剤として利用され、珪酸ナトリウムは急結剤として、さらに塩化カルシウムは早強剤として利用されている。これらの添加剤は、通常、固化作業時において、所定の分量だけ計量し、セメントと共に汚泥などの固化対象資材に添加されている。その後、材料全体を攪拌混合することで固化反応を発生させている。
【０００５】
このように、固化作業時に、これらの添加剤を計量添加することは、作業自体を煩雑なものとなるだけでなく、添加剤の添加量は数％〜10数％程度であるため、添加剤が固化対象資材又はセメント全体に均一に行き渡らないという問題を生じていた。
これに対し、予め、全ての添加剤を混合し、作業現場において必要量だけ計量し使用することも可能であるが、この場合には、添加剤間で化学反応が進行し、溶液がゲル状となり易く、固化対象資材への添加も同時となるため、固化反応が急速に進み、固化作業に係る時間を十分に確保することが出来ないなどの不具合を生じることとなる。
さらに、固化対象資材は多様であるため、固化作業現場において、各種添加剤の量を適切に調整しないと、所要の強度を達成することが出来ないという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法である。
【０００８】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の固化方法において、固化対象資材に該溶液Ａ又は該溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２のいずれかに記載の固化方法において、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物を含むことを特徴とする。廃棄物としては、例えば、土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などが該当する。
【００１１】
また、請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の固化方法において、該溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の固化方法において、該攪拌混合が、混練工程を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９に係る発明では、請求項８に記載の固化方法において、攪拌混合を路面上で行うことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０に係る発明では、請求項８又は９に記載の固化方法において、再敷設した後、該溶液Ａ又は該溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法に用いるリグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤である。
【００１８】
また、請求項１２に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法に用いるリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤である。
【００１９】
また、請求項１３に係る発明では、請求項１１又は１２に記載の固化剤において、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４に係る発明では、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の固化剤において、アスファルト乳化剤が添加されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１５に係る発明では、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の固化剤において、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明により、固化対象資材とカルシウム系組成物とに添加する添加剤を、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとに分け、これらを予め調整しておき、作業現場においては、これらの溶液を順次又は同時に添加し、材料全体を攪拌混合するだけで、固化対象資材を固化することが可能となるため、極めて作業性が良い固化方法を提供することが可能となる。しかも、溶液Ａ及びＢは、各々化学的安定性が高く、長期保存が可能な上、溶液Ａ及びＢの添加量を調整するだけで、固化強度が調整でき、所要の強度を容易に得ることができる。また、溶液Ａ及びＢは、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化して利用することにより、固化対象資材やカルシウム系組成物全体に、添加剤を行き渡らせることが可能であると共に、予め所定の倍率に希釈化した溶液を準備することも可能となる。特に、溶液の濃度調合は、作業固化時間の長短の調整や強度の高低の調整に寄与し、固化対象資材の含水率及びカルシウムの多少も考慮し、調整を行う。
【００２３】
請求項２に係る発明により、固化対象資材に溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程との２段階に攪拌工程を分けるため、固化反応が急速に進行するのを調整でき、材料全体での強度のばらつきも抑制することが可能となる。また、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材として利用することも可能となる。
【００２４】
請求項３に係る発明により、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であるため、セメント又は石灰の使用量を抑制しながら、発現強度の高い固化を実現できる。
【００２５】
請求項４に係る発明により、固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物であり、例えば土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などのうち少なくとも一つを含むため、産業廃棄物などの各種資材を固化対象資材として利用することが可能となる。
【００２６】
請求項５に係る発明により、溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれているため、固化状態における防水性を付与することが可能となり、路面等の防水処理を施す際に有用である。
【００２７】
請求項６に係る発明により、攪拌混合が混練工程を有するため、溶液Ａ又は溶液Ｂが存在する中で、固化対象資材及びカルシウム系組成物を、密度を上げて均一に混合することが可能となり、結合強度の向上や均質な強度を実現することが可能となる。
【００２８】
請求項７に係る発明により、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化するため、ブロックや壁材など所定の形状を必要とする物を加工・製造することが可能となる。
【００２９】
請求項８に係る発明により、固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させるため、道路の補修などにおいて、既存の道路や路盤の表面材料を再利用でき、廃棄物の発生を抑制すると共に、新たな原料・資材の調達・運搬も抑制でき、環境への負荷が少なく、コストの低下も実現可能となる。
【００３０】
請求項９に係る発明により、攪拌混合を路面上で行うため、道路や路盤などの大量の材料を処理する場合でも、作業場所を確保できると共に、既存のスタビライザーなどを利用して効率的な作業を行うことが可能となる。
【００３１】
請求項１０に係る発明により、再敷設した後、溶液Ａ又は溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させるため、路面の強度をより高めることが可能となる。
【００３２】
請求項１１に係る発明により、請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法において、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤を用いることで、作業現場における添加剤の調製作業を簡略化することが可能となる。しかも、このような固化剤は、化学的安定性が高く、長期保存も可能となる。なお、この固化剤は、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化して利用したり、予め所定の倍率に希釈化した溶液として準備することも可能である。
【００３３】
請求項１２に係る発明により、請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法において、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤を用いることで、作業現場における添加剤の調製作業を簡略化することが可能となる。しかも、このような固化剤は、化学的安定性が高く、長期保存も可能となる。なお、この固化剤は、水により希釈化することが可能であり、使用時には、水で希釈化し利用するため、予め所定の倍率に希釈化した溶液として準備することも可能である。
【００３４】
請求項１３に係る発明により、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むため、セメントなどのカルシウム系組成物の流動性を向上し、カルシウム系組成物の使用量を抑えると共に、減水作用を高めることが可能となる。
【００３５】
請求項１４に係る発明により、アスファルト乳化剤が添加されているため、固化状態における防水性を付与することが可能となる。また、アスファルト乳化剤は、固化剤中に均質に分散するため、固化剤の取扱いが容易となり、固化作業も円滑に行うことが可能となる。
【００３６】
請求項１５に係る発明により、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されているため、固化剤の増粘保水性や硬化遅延性を高め、塗布適性の向上、たれ防止、水中不分離性や成形工程での腑形性の向上などを付加し、また、固化剤の分散性を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の固化方法は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする。
【００３８】
特に、本発明の固化方法においては、固化対象資材とカルシウム系組成物とに添加する添加剤である固化剤を、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとに分け、これらを予め調整しておき、作業現場においては、これらの溶液を順次又は同時に添加し、材料全体を攪拌混合するだけで、固化対象資材を固化することが可能となるため、極めて作業性が良い固化方法を提供することが可能となる。
【００３９】
（固化剤）
本発明に係る固化剤は、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤Ａ、及びリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤Ｂを、主として用いる。
リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つ又はこれらを組合わせて利用される。リグニン系組成物は、セメントなどのカルシウム系組成物の流動性を向上し、カルシウム系組成物の使用量を抑えると共に、減水作用を高める作用がある。
【００４０】
リグニン系組成物と、珪酸ナトリウム、及び塩化カルシウムを同時に混合した場合には、化学反応により溶液がゲル状となるため、長期保存が困難であり、作業時においても固化反応が急速に進行しやすくなるため、充分な作業時間を確保できないなどの問題を生じる。このため、本発明では、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された固化剤Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された固化剤Ｂとに分けて調整している。各固化剤の成分比率は、リグニン系組成物が３０〜６５重量％に対し、珪酸ナトリウム又は塩化カルシウムが各々３０〜７０重量％程度、混合されている。特に、固化対象資材に固化剤Ａ，Ｂを添加する際には、珪酸ナトリウムより塩化カルシウムの含有量をより多くすることが好ましい。
【００４１】
固化剤Ａ，Ｂには、必要に応じて各種添加剤が添加され、道路、路盤表面の表層剤や、建材の防水処理剤として利用可能なアスファルト乳化剤、土やフライアッシュなどの資材を混入する場合の拡散・分散作用を促進すると共に、カルシウム系組成物の反応を均一化し、早強及び早結作用を高める界面活性剤、また、固化剤の増粘保水性や硬化遅延性を高め、塗布適性の向上、たれ防止、水中不分離性や成形工程での腑形性の向上などを付加する増粘剤、さらには、固化対象資材内からの各種物質の溶出を防止するためのキレート剤などがある。
【００４２】
アスファルト乳化剤は、水を添加しない状態における固化剤の総重量に対し、３〜２０％程度の割合で添加することが好ましい。また、界面活性剤は、陰イオン系、非イオン系、両性系など各種ものが利用可能であるが、アルキルスルホン酸系又はアルキルカルボン酸系のいずれかを利用することが好ましい。この場合の添加量は、同様に総重量に対し、０．００１〜０．０１重量％である。また、増粘剤としては、固化剤Ａに対しては水溶性セルロースを、固化剤Ｂに対してはグリコース系化合物を添加することが好ましい。増粘剤の添加量は、総重量に対し１〜２重量％程度である。
【００４３】
溶水性については、固化剤Ａ，Ｂ又は両者の併用により、溶出防止及びキレートの効果は、環境基本法に基く土壌環境基準を９０％以上満足している。しかし、完全溶出防止の必要性や経年時変化による溶出を防止するため、他のキレート剤を併用して使用することも可能である。
キレート剤としては、キレート樹脂、フェノール系、活性炭、ステレン系などがあり、特に焼却灰に含まれる有害重金属などの溶出を完全に防止するには、高分子液体キレートが好適である。キレート剤の添加量は、総重量に対し１〜５重量％程度である。
【００４４】
固化剤Ａ，Ｂの製造方法は、リグニン系組成物に対し、珪酸ナトリウム又は塩化カルシウムを添加すると共に、これらを断続的に混合・攪拌しながら数日間養生を行う。必要に応じ、アスファルト乳化剤などの各種添加剤を添加する場合も、断続的に混合・攪拌しながら数日間養生を行う。これにより、固化剤の性質が安定化し、長期保存を可能とすると共に、固化作業時の性能の発現性も向上する。
さらに、本発明に係る固化剤は、水溶性であるため、固化剤Ａ，Ｂは、単に原液のみを意味するのではなく、原液を数十倍〜数百倍に希釈したものを含むものである。
【００４５】
（固化対象資材及び固化製品）
本発明に係る固化方法が適用可能な固化対象資材としては、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物が利用可能であり、例えば、土砂、石炭灰、フライアッシュ、火山灰、汚泥、陸海のヘドロ、焼却灰、木材チップ、解体物廃材などのうち少なくとも一つ又はこれらの組合せが、利用可能である。例えば、生活汚泥や焼却灰を利用した非燃焼煉瓦・ブロック・プランタンなどの固化製品を製造することが可能であり、さらには、下水し尿処理汚泥を利用した下層路盤・埋め戻し材・非燃焼煉瓦など、廃油を利用した植木鉢・プランタンなど、石炭焼却灰を利用した砂利・耐火ボード・道路用路盤材など、火山灰を利用した着色非焼却煉瓦・ブロック・道路用路盤材など、水中ヘドロを利用した漁礁・テトラポット・護岸工事用素材など、おが屑を利用した建築用ボードなど、石粉末・石ヘドロを利用した墓石・線香立て・石板・玉石・骨材など、各種固化対象資材を多様な用途の固化製品に利用することが可能である。
【００４６】
（固化方法）
本発明の固化方法は、固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された固化剤Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された固化剤Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする。特に、固化剤Ａ及びＢの添加時期や、カルシウム系組成物の混合時期を調整することにより、多様な固化方法を提供することが可能となる。また、攪拌混合工程において、混練工程を併用することで、固化剤Ａ又はＢが存在する中で、固化対象資材又はカルシウム系組成物を、密度を上げて均一に混合することが可能となり、結合強度の向上や均質な強度を実現することが可能となる。
【００４７】
カルシウム系組成物は、セメント、石膏又は石灰であり、固化対象資材に対するカルシウム系組成物の添加量は、混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％である。通常、セメントを用いた固化方法の場合、砂、砂利、砕石などを固化する場合には、混合される材料の総重量に対し約４０重量％のセメントが混入されるが、本発明の固化方法においては、セメントなどのカルシウム系組成物の添加量を減少させることが可能となる。
【００４８】
本発明の固化方法においては、固化対象資材に固化剤Ａ又はＢのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後、固化剤Ａ又はＢのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有する固化方法も可能である。
このように、固化剤の添加工程と攪拌工程を、２段階の攪拌工程に分けることにより、固化反応が急速に進行するのを調整でき、材料全体での強度のばらつきも抑制することが可能となる。特に、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材として利用することも可能となる。このような２段階の攪拌工程においては、カルシウム系組成物を各攪拌工程に分けて添加する方法や、第１又は第２のいずれかの工程のみにおいて添加する方法も可能である。
【００４９】
また、第１攪拌工程後、攪拌混合した半製品を、例えば、２mm以下、２〜１０mm、１０mm以上の各サイズ毎に選別し、各サイズ毎に所定割合で配合し、第２攪拌工程を行うことで、固化後の材料の強度や形状を常に適切なものに制御することも可能となる。
さらに、第２攪拌工程において、第１攪拌工程で攪拌混合する固化対象資材より粒径の小さい他の固化対象資材を追加投入することで、第１攪拌工程で固化した半製品を新たな骨材とし、追加投入した粒径の小さな他の固化対象資材を、該骨材の周りに付着・固化することも可能となる。これにより、粒径の小さな固化対象資材が含まれる場合も、セメントなどの使用量を抑制しながら効率よく固化を行うことができる。
【００５０】
上述のように攪拌・混合した資材は、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化され、ブロックや壁材など所定の形状を必要とする固化製品に、加工・製造される。
【００５１】
次に、本発明の固化方法を道路の敷設に用いる場合について説明する。
道路敷設においても、上述したように固化対象資材にセメントや固化剤Ａ及びＢを添加したものを、混練機付アスファルトフィニッシャーまたは混練機付グレーダーなどの混練機で練り上げたものを、道路に落下させ、ロードローラーで転圧することも可能である。
この際には、固化対象資材に、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を利用することにより、既存の道路や路盤の表面材料を再利用でき、廃棄物の発生を抑制すると共に、新たな原料・資材の調達・運搬も抑制でき、環境への負荷が少なく、コストの低下も実現可能となる。
【００５２】
また、次のように、攪拌混合工程も含め、路面上で作業を行うことも可能である。
（１）路面の不陸修正、
（２）掘削、スタビライザー又はグレーダーブルドーザーなど（路盤の雑石除去）、
（３）切り込み砂利所定圧（例えば3cm厚）、所定粒径（例えば40mm）以下均敷(砂利道では不要）、
（４）ポルトランドセメント撒布（例えば、１m2当たり15kg程度）、
（５）スタビライザーで攪拌混合、
（６）固化剤Ａ又はＢ撒布（例えば１m2当たり8liter程度。ただし、２５〜５０倍程度に希釈化した溶液を使用）（モノフレックスのポンプを利用して撒布可能）、
（７）再度スタビライザーで攪拌混合、
（８）不陸修正、
（９）ローラ処理（最初転圧軽め、後は重め）、
（１０）軽ローラ後、砕石5〜6号少量撒布、重ローラで締め固め、
（１１）固化剤Ａ又はＢ撒布（例えば、１m2当たり1liter程度。ただし、２５〜５０倍程度に希釈化した溶液を使用。また、アスファルト乳化剤を添加した固化剤が好ましい。）
（１２）撒布後、修正養生。
このように、道路敷設においては、攪拌混合を路面上で行うため、道路や路盤などの大量の材料を処理する場合でも、作業場所を確保できると共に、既存のスタビライザーなどを利用して効率的な作業を行うことが可能となる。
【００５３】
また、上述した道路敷設のように、再敷設した後、固化剤Ａ又はＢを路面に撒布し養生させるため、路面の強度をより高めることが可能となる。また、撒布する固化剤にアスファルト乳化剤を添加したものを用いることにより、路面の防水性が向上されることも可能となる。
さらに、海砂を固化対象資材として用いる場合には、砂に付着した塩分を取り除くことが好ましく、その際には、固化剤Ａ又はＢを４０倍程度に希釈し、該希釈液で、砂を洗浄することで、塩分を効果的に除去できるだけでなく、固化作業時の結着能力を高めることが可能となる。なお、洗浄に使用した希釈液は、他の海砂の洗浄に再利用するのが好ましい。なお、海水汲み上げヘドロの固化実験では、塩分濃度は海水の５倍濃度まで固化を確認している。
【実施例１】
【００５４】
以下に、本発明の固化方法を用いたブロックの実施例について説明する。
焼却灰（飛灰。鹿児島県川辺郡川辺町清掃センターから採取）３０kgに対し、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）２．４kgを混合すると共に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６１％，珪酸ナトリウム３６％，セルロースを含む添加剤３％）を２０倍に希釈した溶液を６０cc添加し、混練機（装置名：ペレガイヤ、北川鉄工株式会社製）で４分間混練し、次に、固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５５％，塩化カルシウム４２％，グリコースを含む添加剤３％）を３０倍に希釈した溶液を３０cc添加し、再度、混練機で混練し、型枠内に混練物を流し込み、縦５０mm×横５０mm×高さ５０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は２３３kgf/cm2（2283.4N/cm2）、曲げ強度６０kgf/cm2（588N/cm2）が得られた。また、金属等の溶出試験（昭和48年環境庁告示第13号）を行った結果、カドミウム0.005mg/l未満（JIS K0102 55.1，フレーム原子吸光法）、鉛0.01mg/l未満（JIS K0102 54.1，フレーム原子吸光法）、六価クロム0.04mg/l未満（JIS K0102 65.2.2，フレーム原子吸光法）、砒素0.01mg/l未満（JIS K0102 61.2，水素化物発生原子吸光法）、総水銀0.0005mg/l未満（昭和46年環境庁告示第59号付表1，還元気化原子吸光法）、アルキル水銀検出されず（昭和46年環境庁告示第59号付表2，ガスクロマトグラフ法）、セレン0.01mg/l未満（JIS K0102 67.2，水素化合物発生原子吸光法）であり、極めて安定したブロック体を得ることができた。
【実施例２】
【００５５】
焼却灰（石炭灰、九州火力発電所から採取）２kg、焼却灰より造粒した骨材０．２５kgに、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６２％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤３％）を２５倍に希釈した溶液を２０cc添加し、混練機（装置名：ペレガイヤ、北川鉄工株式会社製）で４分間混練し半製品を得た。該半製品を粒径が２mm以下、２〜１０mm、１０mm以上の３つのサイズ毎に選別し、各サイズ毎の重量の比が、１．８：１：１となるように再度混合し、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）０．３kgを添加すると共に次に、固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５２％，塩化カルシウム４５％，グリコースを含む添加剤３％）を３０倍に希釈した溶液を１８cc添加し、再度、混練機で混練し、型枠内に混練物を流し込み、プレス圧力５５kg/cm2で圧縮し、縦５０mm×横５０mm×高さ５０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は３５２kgf/cm2（3449.6N/cm2）、曲げ強度７４kgf/cm2（725.2N/cm2）が得られた。
【実施例３】
【００５６】
ヘドロ（東田子の浦から採取）３０kg（含水率５０％）、ヘドロより造粒した骨材（粒径５mm程度）０．２５kgに、セメント（製品名：ポルトランド、太平洋セメント株式会社製）３kgを添加すると共に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６２％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤３％）及び固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩５５％，塩化カルシウム４２％，グリコースを含む添加剤３％）を添加し、混練機（装置名：２５Ａ、デビットソン社製）で３０分間混練し、型枠内に混練物を流し込み、縦１９８mm×横９８mm×高さ６０mmのブロック体を成形した。
製造したブロック体の圧縮強度は２８５kgf/cm2（2793N/cm2）、曲げ強度６０kgf/cm2（588N/cm2）が得られた。
【実施例４】
【００５７】
福岡県大牟田トラックターミナルの敷地内において、コンクリート道路の再敷設を、本発明の固化方法を用いて行った。路面深さ約２５cmをグレーダーブルドーザー（株式会社小松製作所製）を用いて、不陸修正を行うと共に、１００mm以上の雑石を除去し、スタビライザー（株式会社小松製作所製）により路面を攪拌し、セメント（製品名：ポルトランド、麻生セメント株式会社製）を１m2当たり15ｋｇ撒布し、再度、スタビライザーで攪拌混合した。次に、固化剤Ａ（リグニンスルホン酸塩６３％，珪酸ナトリウム３５％，セルロースを含む添加剤２％）を３０倍に希釈し、１m2当たり８リットル撒布し、再度、スタビライザーで攪拌した後、ロードローラー（装置名：ＢＷ１３ＡＷ、ボーマク社製）により自重量３６００kgで転圧及び不陸修正を行い、砕石５号を１８２kg/m2を路面に撒布し、ロードローラーで転圧（自重量９０００kg）した。固化剤Ｂ（リグニンスルホン酸塩４８％，塩化カルシウム４０％，グリコースを含む添加剤２％，アスファルト乳化剤１０％）を２５倍に希釈し、１m2当たり１リットル撒布し、養生を行った。
敷設した道路の強度・加重試験を行ったところ、一軸圧縮強度３０．２kgf/cm2（295.96N/cm2）が得られ、通常の道路として十分に機能することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、説明したように、本発明によれば、固化作業時の作業性を向上すると共に、多様な固化対象資材に対しても適切な固化強度を容易に達成することが可能な、固化方法及びこれに用いる固化剤を提供することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固化方法において、固化対象資材に該溶液Ａ又は該溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有することを特徴とする固化方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固化方法において、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であることを特徴とする固化方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物を含むことを特徴とする固化方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の固化方法において、該溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれていることを特徴とする固化方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固化方法において、該攪拌混合が、混練工程を有することを特徴とする固化方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化することを特徴とする固化方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させることを特徴とする固化方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固化方法において、攪拌混合を路面上で行うことを特徴とする固化方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の固化方法において、再敷設した後、該溶液Ａ又は該溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させることを特徴とする固化方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法に用いるリグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法に用いるリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の固化剤において、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むことを特徴とする固化剤。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の固化剤において、アスファルト乳化剤が添加されていることを特徴とする固化剤。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれかに記載の固化剤において、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されていることを特徴とする固化剤。
【請求項１】
固化対象資材とカルシウム系組成物とに対し、リグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調製された溶液Ａと、リグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調製された溶液Ｂとを順次又は同時に添加し、攪拌混合して固化対象資材を固化することを特徴とする固化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固化方法において、固化対象資材に該溶液Ａ又は該溶液Ｂのいずれかを添加し、攪拌混合する第１攪拌工程と、その後該溶液Ａ又は該溶液Ｂのうち残りの溶液を添加し、再度攪拌混合する第２攪拌工程と有することを特徴とする固化方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固化方法において、カルシウム系組成物がセメント、石膏又は石灰であり、添加量が混合される材料の総重量に対し、３〜２０重量％であることを特徴とする固化方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材は、有機質又は無機質あるいは有機及び無機混合の廃棄物を含むことを特徴とする固化方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の固化方法において、該溶液Ａ又は溶液Ｂのいずれかにアスファルト乳化剤が含まれていることを特徴とする固化方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固化方法において、該攪拌混合が、混練工程を有することを特徴とする固化方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、攪拌混合した後、形状型枠への圧縮又は流し込みにより成形し、固化することを特徴とする固化方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固化方法において、該固化対象資材が、道路や路盤の表面材料を粉砕した材料を含み、攪拌混合した後、路面に再敷設し固化させることを特徴とする固化方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固化方法において、攪拌混合を路面上で行うことを特徴とする固化方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の固化方法において、再敷設した後、該溶液Ａ又は該溶液Ｂの少なくとも一方の溶液を路面に撒布し養生させることを特徴とする固化方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の固化方法に用いるリグニン系組成物及び珪酸ナトリウムを主成分として調整された固化剤。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された固化方法に用いるリグニン系組成物及び塩化カルシウムを主成分として調整された固化剤。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の固化剤において、リグニン系組成物は、リグニンスルホン酸化合物、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル化合物、ナフタレンスルホン酸化合物、スルホン酸塩、グリシトール誘導体、ポリオールの少なくとも一つを含むことを特徴とする固化剤。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の固化剤において、アスファルト乳化剤が添加されていることを特徴とする固化剤。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれかに記載の固化剤において、セルロース系又はグリコース系の増粘剤と界面活性剤との混和剤が添加されていることを特徴とする固化剤。
【公開番号】特開２００７−３２０３１４（Ｐ２００７−３２０３１４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５２６６３（Ｐ２００７−１５２６６３）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【分割の表示】特願２００４−３００７９７（Ｐ２００４−３００７９７）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（５０４３８４１７０）八光工業株式会社 (4)
【出願人】（５０４３８４５０５）株式会社八千代エキソロン (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【分割の表示】特願２００４−３００７９７（Ｐ２００４−３００７９７）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（５０４３８４１７０）八光工業株式会社 (4)
【出願人】（５０４３８４５０５）株式会社八千代エキソロン (2)
【Ｆターム（参考）】
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