JP2007015893A

JP2007015893A - ペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体を用いた軽量モルタル又はコンクリート

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Publication number: JP2007015893A
Application number: JP2005199903A
Authority: JP
Inventors: Toshimoto Mimori; 敏司三森; Tatsumi Hosaka; 達巳保坂; Hirotoshi Takeya; 宏敏竹谷
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】ＰＳ焼却灰を有効利用することで処理費の抑制を図る方法として、ＰＳ焼却灰に少量の固化材（セメント、生石灰等）を添加し、水を加え混合機で攪拌造粒したものを高温高圧のオートクレーブ養生で反応（水熱固化反応）により製造された非焼成の造粒固化体を原料として、軽量なモルタルまたはコンクリートを提供する。
【解決手段】ペーパースラッジを焼却する際に発生する焼却灰に、水及び／又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から９８℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、高温・高圧下で反応（水熱固化反応）させて製造された固化体を人工軽量骨材として表乾状態に調整し、天然砂及びセメントと混合しミキサーで空練りし、水を加えて練り混ぜを行うことで、軽量で強度を有するモルタル又はコンクリートを製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、パルプ製造工程、紙製造工程、古紙処理工程等から発生するペーパースラッジ（以下ＰＳと略す）を焼却処理した際に発生する焼却灰から、重金属類の溶出を抑制した、高強度、かつ、長期的に安定な粒状の水熱固化体を原料として作製された造粒品を用いた軽量モルタル又はコンクリートに関する。

ペーパースラッジとは、一般的には、古紙を再生するときに生ずる産業廃棄物をいうが、ここでは、パルプ製造工程、紙製造工程、古紙処理工程等から発生するものを含む。

軽量コンクリートとは、砂利、砂、砕石、砕砂、およびスラグ骨材を用いた普通コンクリートに比べて単位容積質量の小さいコンクリートの総称である。軽量コンクリートには、普通骨材よりも、密度の小さい骨材を用いた軽量骨材コンクリートと多量の気泡を混入した気泡コンクリートに大別される。社会基盤である鉄筋コンクリート工事の標準仕様書では、密度の小さい骨材を用いた軽量骨材コンクリートに限定されている。

建設現場で使用される構造用軽量骨材のうち人工軽量骨材は、通常、焼成骨材であり膨張頁岩、膨張粘土、焼成フライアッシュなどに分類され実用化されている。このうち石炭灰を使用したフライアッシュ焼成骨材の製造工程としては自然式焼結法とロータリーキルン法がある。

近年、特許文献１、特許文献２で石炭灰を利用した高強度で吸水率の低い焼成骨材が開発されている。また、焼成フライアッシュ骨材の製造方法とそれを用いたコンクリートでは、特許文献３がある。また、非焼成骨材の製造方法には、原料を石炭灰として常圧水蒸気養生を行う方法が、特許文献４に記載されている。

一方、ＰＳ焼却灰は嵩高であることにより輸送賃がかかることと、灰の形状が不均一であることにより、フライアッシュのようにセメント原料としての用途が少ない。また、ＰＳ焼却灰には、重金属類の有害物質が含まれており、直接埋立処分ができず、埋立を行う場合は、管理型処分場といわれる遮水シート等で外部への浸透水流出を防止した処分場で埋立処分をしなければならないように義務づけられている。さらに、埋立処分とする場合、有害物質の溶出を抑制する中間処理が必要である。

中間処理として薬剤（キレート）処理や溶融固化処理があるが、高価なキレート剤が処理すべき灰に対して数％程度必要であり、溶融固化処理では設備費及び多くのエネルギーが必要となり、これらの中間処理方法は焼却灰処理費用を増大させる要因となる。また、埋立処分場を確保すること自体が、近年ますます困難になってきている。

特公平７−８４３３８号公報特開２００１−１６３６４６号公報特許第３３２６５７１号公報特許第３１５１２３９号公報

上記のように、石炭灰を使用する人工軽量骨材はあるが、ＰＳ焼却灰を使用したものはない状況であった。
このような状況に鑑み、ＰＳ焼却灰を有効利用することで処理費の抑制を図る方法として、ＰＳ焼却灰に少量の固化材（セメント、生石灰等）を添加し、水を加え混合機で攪拌造粒したものを高温高圧のオートクレーブ養生で反応（水熱固化反応）により製造された非焼成の造粒固化体を原料として、軽量なモルタルまたはコンクリートを提供すること、およびその製造方法を提供することを課題とした。

上記の課題を達成するために、本発明のペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体を用いた軽量モルタル又はコンクリートの製造方法は、ペーパースラッジを焼却する際に発生する焼却灰に、水及び／又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から９８℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、高温・高圧下で反応（水熱固化反応）させて製造された固化体を人工軽量骨材として表乾状態に調整し、天然砂及びセメントと混合しミキサーで空練りし、水を加えて練り混ぜを行うことで、軽量で強度を有するモルタル又はコンクリートを製造するように構成されている。

本発明によれば、ＰＳ焼却灰を原料としてこれに少量の固化材（セメント、生石灰等）と水を加え粒状としたものを高温・高圧下で反応（水熱固化反応）させ軽量で多孔質な固化品として生成されるＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を人工軽量骨材として、モルタルまたはコンクリートへ混合することで、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体が多孔質で高吸水率であるため、モルタルまたはコンクリートは湿潤養生を行わなくとも、造粒品内部に保有している水分を利用して自己養生効果を発揮し、所定の強度を確保することが可能である。また、型枠存置期間の短縮が可能なため、工期短縮が図られる。さらに、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を用いたモルタルまたはコンクリートは、軽量で熱伝導率が小さく、断熱性、遮音性、吸放湿性（調湿性）に優れ、十分な強度と耐久性を有しており、建築物の躯体材料、壁体パネル・タイルなどの不燃材料、断熱材料、仕上げ材料、道路防音壁など多方面への用途に使用でき、総合的に省エネルギー上極めて有効な材料を得ることができる。

また、従来、有効活用が難しかったＰＳ焼却灰を活用することで、処理費用の削減及び環境側面からの負荷も低減され、非常に好ましいものと言える。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
先ず、ペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体の製造に関して述べる。

ＰＳ焼却灰は、パルプ製造工程、紙製造工程、古紙処理工程等から発生するペーパースラッジをボイラーで焼却処理した焼却灰のことである。ボイラーには流動層ボイラやストーカ焼却炉等種々あるが、この場合、形式は限定されるものではない。また、助燃用とする程度であれば重油や石炭をペーパースラッジと共に、ボイラーで混焼しても構わない。
さらに、ＰＳ焼却灰の本来の性状である細孔性や多孔性を損なわない程度であれば、ＲＤＦ（ごみ固形燃料）、ＲＰＦ（産業系廃プラスチック・古紙類固形燃料）、その他一般可燃物もペーパースラッジと共に、ボイラーでの混焼は構わない。助燃用に石炭を使用した場合の、ペーパースラッジ焼却灰は微量ながらも重金属類（六価クロム、砒素、セレン、フッ素、ホウ素等）を含んでいるのが、一般的である。

ＰＳ焼却灰に加える水及び／又は温水は、焼却灰１００重量部に対して、６０〜１００重量部、望ましくは７５〜９５重量部である。水及び／又は温水の添加量は、造粒条件や造粒後の強度に影響する。焼却灰に対して、水及び／又は温水の添加量が多くなると、造粒時間は短くなる。これは、水及び／又は温水が速く焼却灰に浸透することで、造粒も速く進むと考えられる。但し、造粒後の強度は低くなる傾向にある。一方、焼却灰に対して、水及び／又は温水の添加量が少なくなると、造粒時間は長くなるが、造粒後の強度は高くなる傾向である。このことから、造粒後の強度も高く、製造効率も高い望ましい範囲を追究したところ、上記記載の、ＰＳ焼却灰に加える水及び／又は温水は、焼却灰１００重量部に対して、６０〜１００重量部、望ましくは７５〜９５重量部であることが得られた。

ＰＳ焼却灰に加える生石灰量は、ＰＳ焼却灰に含有される生石灰分量にもよるが、焼却灰１００重量部に対して、０〜２０重量部の範囲が望ましい。また、ボイラーの脱硫用として、燃焼時に添加される炭酸カルシウムを増やすことで、ＰＳ焼却灰に含有される生石灰量が増すため、混合時に加える生石灰量を少なくすることができる。焼却灰とよく混合できるように、生石灰は粒状もしくは粉状が望ましい。添加される生石灰（ＣａＯ）は、ＰＳ焼却灰に元々含有している石灰分（ＣａＯ）と共に、後述するシリカ（ＳｉＯ_２）と、水熱固化反応において強度向上及び重金属類の有害物質の溶出抑制に、重要な役割を果たす。ＰＳ焼却灰に加えるセメントは、必要な強度にもよるが、焼却灰１００重量部に対して、０〜２０重量部が望ましい。添加されるセメントは、水及び／又は温水とから成る強度自体を発生させる役割があることと、さらにはセメントに含有するシリカ分（ＳｉＯ_２）が、ＰＳ焼却灰に元々含有しているシリカ分（ＳｉＯ_２）と共に、先述した石灰分（ＣａＯ）と、水熱固化反応において強度向上及び重金属類の有害物質の溶出抑制に、重要な役割を果たす。

必要により添加される硬化促進剤、分散剤は、ＰＳ焼却灰、水及び／又は温水、生石灰、セメントとの混合物において、水和作用を促進して早期に強度を発現させる役割があり、後述する前養生及び水蒸気養生の処理時間を短くする効果がある。硬化促進剤、分散剤には、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、炭酸ソーダ、炭酸カリ、珪弗化亜鉛、珪弗化マグネシウム、珪弗化ソーダ等がある。

ＰＳ焼却灰、水及び／又は温水、生石灰、セメント、必要により硬化促進剤、分散剤を加え、混合工程及び造粒工程を行う。混合・造粒工程の温度は、常温〜９８℃、例えば、１５〜９８℃、望ましくは６０〜９５℃を保持することが強度向上のためには必要である。混合・造粒時間は先述したように、水及び／又は温水の添加量に影響され、また、混合装置（撹拌子の回転数や大きさ等）にも影響されるが、５〜１０分間が望ましい。なお、ＰＳ焼却灰、水、生石灰、セメントは造粒機に別々に供給してもよく、予め混合した状態で供給してもよい。

造粒機には、押出造粒機、転動造粒機、ロール成形機、打錠式造粒機、フレーカ式造粒機等がある。押出造粒機は、一定の穴径を備えたダイスから材料を強制的に圧縮押出するものである。転動造粒機は、回転体に供給された材料が回転運動により相互に付着成長しながら、比較的ソフトで形状の整った球状物を大量に作るのに適している。ロール成形機は、相対する一対の回転ロールに凹状のポケットが刻んであり、上部より材料を供給し形状一定の造粒物を作る装置である。打錠式造粒機は、円板上に放射線上に並んだ金型に材料が充填され、押棒により圧縮され、次いで造粒物が排出される、これを連続で行うものである。フレーカ式造粒機は、溶融物やスラリー状の材料を回転ドラムやスチームベルトに付着させ、冷却又は加熱することによりフレーク状に造粒するものである。

本発明の造粒機は、土壌改良材に適した細孔性及び多孔性を保持する必要から、粒子自体がソフトに成形でき、さらに、施工上締め固めしやすいように一定の粒径ではなく、ある範囲をもった粒度分布が得られ、また、用途上、大量生産に適したものでなければならない。これから、上記の造粒機の中では、転動造粒機がもっとも好適である。

造粒工程後、造粒品を前養生する必要がある。前養生を行うことにより、造粒品の硬度が増し、それによってその後の水熱固化体の硬度も増すことになるため、この前養生は重要である。養生方法には、大きく分けて自然養生と強制養生がある。自然養生とは、特に手を加えることなく、時間をかけることによる養生方法である。強制養生とは、高温状態に保持して、短時間で効率的な養生方法である。本発明においては、どちらの養生方法でも構わない。

前養生後、水蒸気養生（１８５℃で１０気圧の蒸気によるオートクレーブ養生）による水熱固化反応を行うことにより、ＰＳ焼却灰に元々含有している石灰分（ＣａＯ）とシリカ（ＳｉＯ_２）及び添加する生石灰（ＣａＯ）とセメントに含有するシリカ（ＳｉＯ_２）とから、水熱固化反応によってケイ酸カルシウム（トバモライト、５ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・５Ｈ_２Ｏ）の結晶が生成して、高強度、かつ、長期的に安定な粒状の土壌改良材に適した水熱固化体が得られる。元々ＰＳ焼却灰に含有している石灰分とシリカだけでは、水熱固化反応で充分な強度を得ることはできないため、後添加の生石灰とセメントが必要である。

以上が、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の製造に関する記載である。
次ぎに、上記で述べたＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を骨材として、軽量なモルタル又はコンクリートの製造方法に関して述べる。

そもそも、セメントと水を練り混ぜたものをセメントペーストといい、これに細骨材が入ったものをモルタルといい、これに更に粗骨材が入ったものをコンクリートという。つまり、セメントペーストに細骨材と粗骨材が入ったものが、コンクリートである。

ペースト、モルタル、コンクリートが固まったときの強度は、水とセメントの量比（水セメント比、Ｗ／Ｃ比）によって支配され、この比が小さいほど、硬化体の強度は大きくなる。

セメントには、コンクリート工事用としてもっとも多量に一般的に使用されているセメントである普通ポルトランドセメントを使用することが出来る。
骨材とは、天然の砂や砂利、人工的に作られた砕石、高炉スラグの粉砕物、ひる石、パーライトのような軽量骨材など、様々である。大きさが粒径５ｍｍ以上のものを粗骨材、５ｍｍ以下のものを細骨材という。骨材の役割は安価で安定した増量材となり、しかも乾燥状態によりおこる体積変化を減少させることである。

また混合剤は、コンクリートの施工のしやすさ、流動性、やわらかさの改善、凝結時間の調整など、それぞれの使用目的に応じて種類がある。混合剤には、ＡＥ剤、発泡剤、分散剤、防水剤、減水剤、流動化剤、凝結調節剤などがある。

ＡＥ剤（air entraining agent）は、コンクリート中に適量の空気を混入させるものである。
また、更に多くの気泡を発生させるものを、発泡剤という。分散剤は、セメント粒子表面に吸着し、その凝集を防ぐことによりセメントの水和を促進するものである。防水剤は、コンクリートにばっ水性または不透水性を与えるものである。減水剤は、セメントの水和に必要な理論水量に近い水セメント比（Ｗ／Ｃ比）で、作業性のよいコンクリートを作ることを目的としている。流動化剤は、少ない単位水量でコンクリートの作業性を改善するもので、減水剤の役割も果たす。凝結調節剤は、水和促進の働きである。

軽量なモルタルの製造は、以下となる。

生成されたＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を表乾状態に調整する。これを人工軽量細骨材とするためＪＩＳＡ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」規定の範囲に粒度調整を行う。粒度調整装置は、振動ふるい等所定の粒度分け調整ができる分級機であれば形式は問わない。

モルタルにおける細骨材として使用する場合は、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の単独使用もしくは、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体と天然砂等の細骨材との混合使用も可能である。セメントは、一般的な普通ポルトランドセメントを使用することができる。

モルタルの調合は、質量比でセメント：細骨材＝１：２〜１：３が、好ましい。また水セメント比は、４５〜５５％が好ましい。
セメントと細骨材との練り混ぜは、混練機で空練りした後、水を加えて練り混ぜを行う。混練機は、二軸強制練りミキサーが適している。

混練機から排出された水セメントのモルタルを養生後、気乾単位容積質量は普通モルタル（２．２０ｔ／ｍ^３）と比較すると、１．６ｔ／ｍ^３であり、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を使用することによって、軽量なものが製造できる。

軽量なコンクリートの製造は、以下となる。

モルタルの場合と同様に、生成されたＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を表乾状態に調整する。これを人工軽量細骨材とするためＪＩＳＡ５００２規定の範囲に粒度調整を行う。粒度調整装置は、振動ふるい等所定の粒度分け調整ができる分級機であれば形式は問わない。

コンクリートに対する骨材として細骨材および粗骨材には、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の単独使用もしくは、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体と天然の骨材との混合使用も可能である。セメントは、一般的な普通ポルトランドセメントを使用することができる。

コンクリートの調合は、質量比でセメント：細骨材：粗骨材＝１：２：２〜１：３：２が、好ましい。また水セメント比は、４５〜５５％が好ましい。
セメントと骨材との練り混ぜは、混練機で空練りした後、水を加えて練り混ぜを行う。混練機は、二軸強制練りミキサーが適している。

混練機から排出された水セメントのコンクリートを養生後、気乾単位容積質量は普通コンクリート（２．３０ｔ／ｍ^３）と比較すると、約１．６２ｔ／ｍ^３であり、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を使用することによって、軽量なものが製造できる。

普通骨材によるモルタルおよびコンクリートは型枠を外した段階から表面上より乾燥が始まり、強度を高めるためには表面に水をかけて養生（湿潤養生）することが必要である。これに対し、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を骨材とした軽量なモルタルおよびコンクリートは、湿潤養生を行わなくても、骨材であるＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の多孔質で高吸水率により内部に蓄えていた水分を徐々に放出することで、モルタルおよびコンクリートの水和反応に寄与する、いわゆる自己養生効果を発揮し、所定の強度を確保することができる。また、型枠存置期間の短縮が可能なため、工期短縮が図られる。

以下に本発明の実施例を示すが、これは例示的なものであって、本発明がこれに限定されるべきではない。
ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の製造で用いた原料は、製紙工場内のボイラーから主成分をペーパスラッジとして燃焼した際の副産物であるＰＳ焼却灰を使用した。ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の製造は、ＰＳ焼却灰と固化材（生石灰、セメント等）を所要量計量し攪拌後、混練機内で加水・混練し、混練した材料を造粒機で３〜１０ｍｍ程度の造粒物とした後、１８５℃、１０気圧のオートクレーブ養生を行った。図１（写真）にＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を示す。

生成されたＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の絶乾密度は１．０ｇ／ｃｍ^３未満と軽量なことから、ＪＩＳＡ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」に準拠して実験を行った。
図２に無調整ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体のふるい分け試験結果を示す。ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体は最大寸法１５ｍｍで、粗粒率が４．７３、粒度は、ＪＩＳＡ５００２規定の人工軽量細骨材および人工軽量粗骨材の範囲外であったため、粒度調整を行ってモルタル、コンクリートに用いた。なお、無調整ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の粗骨材部分（５〜１５ｍｍ）は２８．５％、細骨材部分（０．１５〜５ｍｍ）は６６．８％であった。

ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を細骨材として用いたモルタルの強度、および粗骨材として用いたコンクリートの低温強度増進、初期凍害抵抗性、ＲＩＬＥＭＣＩＦ法（Capillary suction, Internal damage and Freeze-thaw test「毛細管吸水−内部損傷−凍結溶融試験」）による耐凍害性の実験を行い、普通骨材コンクリートと比較した。

モルタルに関しては、セメントは普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３）を、細骨材は表１に示す白糠産陸砂およびＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を用いた。
モルタルの基本調合は、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準じ、質量比でセメント１、細骨材３、水セメント比５０％とした。なお、密度の小さいＰＳ焼却灰造粒水熱固化体は陸砂と同体積に換算して使用した。練り混ぜは機械練りにより行い、４×４×１６ｃｍの角柱供試体を作製し、所定の材齢まで２０℃水中養生を行った。曲げ、圧縮強度試験の材齢は、成形後１、３、７、２８、９１日とした。

コンクリートに関しては、セメントは普通ポルトランドセメントを、細骨材は鶴居産山砂、粗骨材は尾幌産砕石（最大寸法２０ｍｍ）およびＰＳ焼却灰造粒水熱固化体（最大寸法１５ｍｍ）を用いた。各骨材の物理試験結果を表１に示す。また、化学混和剤はＡＥ減水剤標準形を用い、必要に応じて空気量調整剤を使用した。

コンクリートの調合は、表２に示す目標空気量、目標スランプが得られるように、練り上がり温度２０℃を基本調合とし、試し練りにより定めた。混練は二軸強制練りミキサを用い、スランプ、空気量、単位容積質量、練り上がり温度を測定した。調合を表３に、練り上がり性状と９１日後の気乾単位容積質量を表４に示す。

強度増進性状に関する実験は、φ１０×２０ｃｍの円柱供試体を用い、練り上がり温度を５℃、２０℃として所定の材齢まで封緘養生を行った。圧縮強度試験の材齢は、５℃養生で７、１４、２８、５６、１１２、１８２日、２０℃養生で１、３、７、１４、２８、５６、９１日とした。

初期凍害抵抗性は表５に示す試験条件とし、φ１０×２０ｃｍの円柱供試体を用いた。練り上がり温度を５℃とし、所定の材齢まで５℃封緘養生を行い、その後気中凍結水中融解による６サイクルの凍結融解作用を与えた後、２０℃で材齢２８日まで封緘養生を行った。凍結融解開始材齢は圧縮強度５Ｎ／ｍｍ^２をはさむ４水準とし、圧縮強度の測定は、凍結融解開始時および終了時、材齢２８日で行った。

図３にＣＩＦ試験の行程を示す。ＣＩＦ試験は１０×１０×２０ｃｍの梁型供試体を用い、脱型後６日間水中で、２１日間２０℃ ６０％ＲＨの恒温室中で養生した試験体の側面をブチルゴム付アルミテープでシールし、７日間の下面吸水後に図４に示すＣＩＦ試験装置で最高温度２０℃（１時間保持）、最低温度−２０℃（３時間保持）、温度勾配±１０Ｋ／時で１日２サイクルの下面吸水状態での一面凍結融解を５６サイクルまで繰り返した。測定項目は質量変化、相対動弾性係数、剥離量である。剥離量は、各測定サイクル毎に試験容器ごと３分間の超音波洗浄を行い、溶液を濾過した後、剥離片を１０５℃で２４時間乾燥させ、剥離片の質量を測定した。相対動弾性係数は、たわみ振動法と超音波速度法の２種類の方法で測定した。

表６にモルタル、コンクリートの基礎物性値を示す。ＰＳ焼却灰造粒水熱固化他体を用いたモルタルの絶乾密度は、１．１９ｇ／ｃｍ^３で普通モルタルの５９％、コンクリートの絶乾密度は１．４９ｇ／ｃｍ^３で普通コンクリートの６８％と軽量であった。

図５にモルタルおよびコンクリートの絶乾密度と圧縮強度の関係を示す。強度比とは、圧縮強度／絶乾密度のことであるが、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を用いたモルタルおよびコンクリートと普通モルタルおよびコンクリートの強度比の差は１前後と小さい。

図６にモルタルの曲げ、圧縮強度増進性状を示す。圧縮強度は直線的に増大し、９１日後のＰＳ焼却灰造粒水熱固化体で陸砂の５６％の強度発現となった。
ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を用いたコンクリートは、普通コンクリートに比べ常温、低温時とも流動性が低下することがわかった。また、フレッシュ時の単位容積質量は１．８３ｋｇ／ｌと普通コンクリートの８０％であったが、９１日後には１．６２ｋｇ／ｌ（普通コンクリートの７１％）と更に軽量となった。これはＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の密度が小さく多孔質であることによる。

図７に積算温度と強度増進性状の関係を示す。砕石、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体とも５℃養生は２０℃養生と比較して、初期材齢では強度差が小さく、長期強度でその差が大きくなる傾向が見られる。また、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体は砕石と比較して、５℃養生で６７〜７４％、２０℃養生で５９〜７７％の範囲の圧縮強度発現となっている。

強度回復の程度を、凍結融解を受けた供試体と受けない供試体の８４０°Ｄ・Ｄ（強度を温度と材齢の両者を加味した積算温度）時の強度比で表し、凍結融解後の後養生による強度回復の程度によって初期凍害を受けたか否かを判定した結果を、図８に示す。砕石、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体とも凍結融解開始時２２Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度であれば９０％以上の強度回復を示しており、初期凍害を受けていないと判断できる。従って、粗骨材にＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を用いた場合の初期凍害防止のために必要な圧縮強度は、普通コンクリートと同様に５Ｎ／ｍｍ^２と考えて良い。

図９に下面吸水の毛細管吸水量の経時変化を示す。試験初日の吸水量が最も多く、総吸水量は軽量多孔質なＰＳ焼却灰造粒水熱固化体で砕石の約２倍の値となった。図１０にＣＩＦ試験での累積剥離量の変化を示す。ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体は２８サイクルまでは２２ｇ／ｍ^２と微量であったが、４２サイクルで１５４ｇ／ｍ^２、５６サイクル５６９ｇ／ｍ^２と剥離量が増加した。

超音波速度法による相対動弾性係数に変化は認められなかったが、ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体の一部でＣＩＦ試験４２サイクルから、たわみ振動法による相対動弾性係数が低下する傾向を示した。

ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を骨材として用いたモルタル、コンクリートについて諸特性の検討を行った。得られた結果を以下に示す。
（１）普通モルタル、コンクリートとの比強度の差は１程度と小さい。
（２）気乾単位容積質量は、１．６２ｋｇ／ｌと普通コンクリートに比べ軽量である。
（３）強度発現は普通コンクリートの６〜７割である。
（４）初期凍害防止のために必要な圧縮強度は、普通コンクリートと同等な５Ｎ／ｍｍ^２とすることができる。
（５）毛細管吸水量は普通コンクリートの約２倍であり、ＣＩＦ試験４２サイクルから剥離量が増加した。

ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体を示す写真である。無調整ＰＳ焼却灰造粒水熱固化体のふるい分け試験結果を示す。ＣＩＦ試験の行程を示す。ＣＩＦ試験装置を示す。モルタルおよびコンクリートの絶乾密度と圧縮強度の関係を示す。モルタルの曲げ、圧縮強度増進性状を示す。積算温度と強度増進性状の関係を示す。強度回復の程度を、凍結融解を受けた供試体と受けない供試体の８４０°Ｄ・Ｄ（強度を温度と材齢の両者を加味した積算温度）時の強度比で表し、凍結融解後の後養生による強度回復の程度によって初期凍害を受けたか否かを判定した結果を示す。下面吸水の毛細管吸水量の経時変化を示す。ＣＩＦ試験での累積剥離量の変化を示す。

Claims

ペーパースラッジ焼却灰、生石灰及びセメントの混合物を造粒、養生後、水熱固化反応させた固化体を人工軽量骨材として含有する、軽量であり強度も有するモルタル又はコンクリート。
天然砂及びセメントを添加剤としてさらに含む請求項１記載のモルタル又はコンクリート。
ペーパースラッジを焼却する際に発生する焼却灰に、水及び／又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から９８℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、水熱固化反応を利用して製造された固化体を含有することを特徴とする、軽量であり強度も有するモルタル又はコンクリートの製造方法。
ペーパースラッジを焼却する際に発生する焼却灰に、水及び／又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から９８℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、水熱固化反応を利用して製造された固化体を人工軽量骨材として表乾状態に調整し、天然砂及びセメントと混合しミキサーで空練りし、水を加えて練り混ぜを行うことを特徴とする、軽量で強度を有するモルタル又はコンクリートを製造する方法。