JP4962915B2 - 保水性ブロックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、雨水をブロック内に保水しておき、晴天時に保水した雨水を蒸発させて気化熱を奪うことにより路面を冷却し、ヒートアイランド現象の緩和に資する保水性ブロックの製造方法に関する。

近年、都市部や建築物が密集している地域では、アスファルト舗装又はコンクリート建築物からの放熱、照り返しによる輻射熱、ビル等の空調による排熱などによる熱によって気温が上昇するヒートアイランド現象が問題視されている。

このヒートアイランド現象の緩和策として、近年、保水性を有するブロックを道路面に敷き詰め、雨水をブロック内に保水しておき、晴天時に水分が蒸発する際の気化熱によって路面の熱を奪い、温度上昇を抑制する提案が種々なされている。

例えば、下記特許文献１では、セメントと、骨材と、水と、保水材とを含む保水性ブロックであって、上記保水材が、オートクレーブ養生した気泡コンクリートの粒体、パーライトの粉粒体、ロックウールの粉粒体の中から選ばれる１種以上を含む保水性ブロックが提案されている。

また、下記特許文献２では、骨材とセメントとを主成分とする舗装用ブロックにおいて、骨材は陶器瓦の破砕屑を含み、破砕屑の重量比をセメント１に対し０．５以上６以下とする舗装用ブロックが提案されている。

下記特許文献３では、骨材とフライアッシュなどの不溶性無機物質の粉体とセメントを混合し、この混合物に水を加えて混練した後、圧縮成形した舗装用ブロックが提案されている。

更に、下記特許文献４では、骨材として耐火度の高いフライアッシュ、結合材として３００μｍ以下に粉砕した廃ガラス粉末、成形助剤や骨材と結合材との結合促進剤として低級粘土あるいは砕石廃泥からなる原料を混合し、成形後に焼成することにより得られた、見掛け気孔率２０〜３０％、曲げ強さ８MPa以上、圧縮強さが４０N/mm^２以上で、直径が１〜２０μｍの気孔で構成される多孔質の保水、透水性セラミックブロックが提案されている。

一方で、保水性ブロックではないが、下記特許文献５では、産業廃棄物や副産物を有効活用し、エネルギーの低減化と二酸化炭素ガスの排出を抑制し得るとともに、経済的で地球環境に優れたブロック体の製造方法が提案されている。このブロック体製造方法は、廃棄粘性土及び必要に応じて廃棄塊並びに廃棄部分を主原料とし、これとセメント及び水分を混合、混練し、この混合物を真空吸引によって脱気しつつ押出し成形して、焼成することなく、乾燥してブロック体を得るものである。前記廃棄粘性土は建設発生土、採石廃土、窯業廃土又はケイソウ廃土のいずれかを含み、前記廃棄塊は石炭脈石（ぼた）、高炉スラグ、転炉スラグ、電炉スラグ、キュポラ水滓スラグ、ボトムアッシュ、コンクリートがら、レンガ破片、ブロック破片又は瓦破片のいずれかを含み、廃棄微粉はフライアッシュ又は下水道汚泥焼却灰のいずれかを含むものである。上記製法で製造されたブロックは、商品名「アーザンブリックス」として市販されている。
特開２００３−２５２６７３号公報 特開２００４−１９４０６号公報 特開２００４−２８５６０８号公報 特開２００５−６０１５９号公報 特開２００４−９０５８５号公報

上記特許文献１〜３記載のブロック体は、セメントを硬化材とし、クリンカー鉱物の水和反応によって固化体に成形するものであるが、このようなブロック体はセメント質の質感が表出してしまい、意匠性に乏しいなどの問題がある。

一方、上記特許文献４記載のブロック体のように、焼成工程を経て製造されるものは、レンガ風の風合いを持ち、意匠性も高く、好まれる傾向にある。しかし、焼成設備が嵩む、多大なエネルギーを必要とする、二酸化炭素の排出が抑制できない、産業廃棄物の有効利用度が低いなどの問題を有する。

これに対して、上記特許文献５記載のブロック製造方法は、焼成工程を経ないにも拘わらず、レンガ風の風合いを出すことができ、かつ環境的に時代の要請に対応し、将来的な発展が大いに期待されるものであるが、焼成工程を有しないという特殊性から、一般的に保水性材料として用いられているフライアッシュを混合すると、予見しなかった種々の問題が生じることが判明した。

そこで本発明の主たる課題は、焼成工程を経ることなく、真空押出し成形によって製造される保水性ブロックの製造方法によって、保水性ブロックとしての機能を満足すべく、十分な保水性能を有するとともに、舗装体としての機能を満足すべく、十分な圧縮強度及び曲げ強度特性を有するブロック体を得ることにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、採石廃土、石砕スラッジ、窯業廃土、ケイソウ廃土および浄水汚泥の群から選ばれた１種以上を主とする粘土系材料、セメントを主とする粉体系材料およびクリンカーアッシュ又は石炭灰固化砕石を主とする骨材系材料からなり、
前記粘土系材料を３０〜３９重量％、前記粉体系材料を１５〜３８重量％、前記骨材系材料を３２〜４６重量％の配合で混練し、これらの混合物を真空吸引によって脱気しつつ、押出し成形した後、焼成することなく乾燥させてブロック体を得ることを特徴とする保水性ブロックの製造方法が提供される。

上記請求項１記載の発明では、産業廃棄物や副産物を有効活用し、焼成工程を省略することで、エネルギーの低減化と二酸化炭素ガスの排出を抑制し得るなどの利点を有するブロック体の製造方法を採用する前提の下で、これに所要の強度特性を与えながら、十分な保水性を与えるようにしたものである。本発明に係る製造方法の特徴は、フライアッシュを使用することなく、骨材系材料として、クリンカーアッシュを主として、３２〜４６重量％の割合で配合してブロック体を得ることにある。当初は、粉体系材料としてフライアッシュを多く配合することで保水性を持たせるように設計を試みたが、本製造方法は真空押出し成型を採用する特殊性から、押出し成形時に粘性不足からひび割れや割れが多く発生し、型抜き時に水が浮き出るなどの問題が露見した。

その後に、種々の検討を行った結果、当初はクリンカーアッシュを多く配合すると、強度特性が低下することが懸念されていたが、実験を行った結果、圧縮強度は同等程度か低下する傾向が見られたものの、曲げ強度については大幅に増加する傾向を示すことを新たに知見した。

本発明は上記知見に基づき、骨材系材料として、クリンカーアッシュを主として、３２〜４６重量％の割合で配合するとともに、その他の粘土系材料および粉体系材料を本ブロックの所要特性を満たす最適な配合で混合することで、十分な保水性能を有するとともに、十分な圧縮強度及び曲げ強度を有するブロックを得るに至ったものである。

請求項２に係る本発明として、前記粉体系材料中に、高炉スラグ微粉末が前記粉体系材料１００重量部に対して３０重量部以下の割合で配合されている請求項１記載の保水性ブロックの製造方法が提供される。

上記請求項２では、粉体系材料中に、高炉スラグ微粉末が前記粉体系材料１００重量部に対して３０重量部以下の割合で配合するものである。高炉スラグ微粉末を添加することにより、セメント由来の六価クロムを固定化し、その溶出を防止することができる。

請求項３に係る本発明として、前記骨材系材料中に、コンクリートがら、レンガ破片、ブロック破片、瓦破片の群から選ばれたＢ級品破砕屑が前記骨材系材料１００重量部に対して１０重量部以下の割合で配合されている請求項１、２いずれかに記載の保水性ブロックの製造方法が提供される。

上記請求項３記載の発明は、骨材系材料中にＢ級品破砕屑を骨材系材料１００重量部に対して１０重量部以下の割合で配合するものである。前記Ｂ級品破砕屑は、もちろん無添加でも良いが、破砕屑のリサイクルの観点から、諸特性に影響が出ない範囲で混合するのが望ましい。

請求項４に係る本発明として、前記粘土系材料として浄水汚泥を含む１種以上の材料が選択され、かつ二水石膏が前記粉体系材料１００重量部に対して５〜１５重量部の割合で配合されている請求項１〜３いずれかに記載の保水性ブロックの製造方法が提供される。

上記請求項４記載の発明は、浄水場から排出される浄水汚泥のリサイクルの観点から、その有効利用を図ったものである。なお、浄水汚泥は、フィルタープレス、ベルトプレス、ロールプレスなどの各種脱水装置により脱水を図りケーキ状としたものや天日乾燥したものなどが好適に使用される。

前記浄水汚泥を混合した場合には、含有される有機物や活性炭などが影響して、初期の強度発現が低下する傾向が見られるため、二水石膏を配合することで強度低下の影響を抑制する。

以上詳説のとおり本発明によれば、焼成工程を経ることなく、真空押出し成形によって製造される保水性ブロックの製造方法によって、保水性ブロックとしての機能を満足すべく、十分な保水性能を有するとともに、舗装体としての機能を満足すべく、十分な圧縮強度及び曲げ強度特性を有するブロック体を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

本発明に係る保水性ブロックの製造方法は、採石廃土、浄水汚泥、石砕スラッジ、窯業廃土、ケイソウ廃土の群から選ばれた１種以上を主とする粘土系材料、セメントを主とする粉体系材料およびクリンカーアッシュ又は石炭灰固化砕石を主とする骨材系材料からなり、
前記粘土系材料を３０〜３９重量％、前記粉体系材料を１５〜３８重量％、前記骨材系材料を３２〜４６重量％の配合で混練し、これらの混合物を真空吸引によって脱気しつつ、押出し成形した後、焼成することなく乾燥させてブロック体を得るものである。本製造方法では、セメント以外はすべて廃棄物を使用しており、産業廃棄物の有効利用度が高いことも特徴点の１つである。

前記混練は、詳細には前記粘土系材料と骨材系材料とを自然含水の状態で一次混練し、その後に粉体系材料を加えて二次混練し、混合物のコンシステンシーに応じて水分を補充するようにするのが望ましい。

前記粘土系材料としては、採石廃土、石砕スラッジ、窯業廃土、ケイソウ廃土および浄水汚泥の群から選ばれた１種以上が主として使用される。前記粘土系材料としては、もちろん焼き物用粘土を使用することもできるが、本ブロック体は、リサイクル資源の活用の観点から代替粘性材料を使用するものであるため、砂利採取工程で排出され、凝集沈殿汚泥として分類される採石廃土又は石砕スラッジ、窯業で粘土くずとして分類される窯業廃土、廃土として分類されるケイソウ廃土、浄水場から排出される浄水汚泥などが粘土系材料として好適に使用される。

前記粘土系材料は、３０〜３９重量％の割合で配合される。３０重量％未満の場合は、レンガ調の風合いが表出し難いとともに、ひび割れが発生するようになる。３９重量％を超えると、ブロックの強度低下が問題となる。

前記粘土系材料として、浄水汚泥を含む１種以上の材料が選択される場合は、二水石膏を前記粉体系材料１００重量部に対して５〜１５重量部、好ましくは８〜１３重量部の割合で配合するのが望ましい。前記浄水汚泥を混合した場合には、含有される有機物、活性炭、高含水比などの影響等により、初期の強度発現が低下する傾向が見られるため、二水石膏を配合することで強度低下の影響を抑制する。配合量が５重量部未満の場合は、強度低下抑制効果が小さく、１５重量部を超える場合は、押出し成形が困難になる。最適値は１０重量部前後である。前記浄水汚泥を混合する場合、粘土系材料内での配合割合は２５〜５０重量％とし、含水比（変動幅は概ね８０〜１７０％）に応じて配合割合を調整するのが望ましい。

次いで、前記粉体系材料としては、セメントを主として使用し、保水性ブロックで一般に多用されているフライアッシュは使用しない。フライアッシュの粉末は保水性を有し、固体化においてはフライアッシュの粒子間に生成されたフライアッシュの水和生成物に保水性を有することが知られており、セメントの代替材料として混入することにより保水性を持たせることが可能である。しかし、後述する実験例で示されるように、ブロック材料１００重量部に対して、フライアッシュを２０重量部混入した比較例１、及び４０重量部混入した比較例２では、真空押出し成形時に種々の問題が生じる結果となった。具体的には、前記比較例１では、押出し成形時に左右と中心部の抵抗がばらつき、ひびわれがやや多く発生し、型抜き時に粘性が少なく水が浮き出る結果となった。また、前記比較例２では、押出し成形時に左右と中心部の抵抗がばらつき、左右に大きく引っ張られひび割れが多く発生した。また、時間の経過と共に、状態は悪化し、口金から出た瞬間に左右２つに割れてしまうことが多かった。型抜き時に粘性が少なく水が浮き出る結果となった。

以上のように、有効であると予見されたフライアッシュの混合は、フライアッシュによって大きく粘性が失われることが露見し、予想に反して真空押出し成形との適合性が悪いことが判明したため、粉体系材料としてフライアッシュを使用しないこととする。

前記セメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントのいずれを使用することも可能であるが、これらセメント種類の内、クリンカーアッシュに含まれる重金属類（ホウ素、フッ素等）の溶出を押さえる意味で高炉セメントが望ましい。

前記粉体系材料には、セメント由来の六価クロムの溶出を防止するために、高炉スラグ微粉末を粉体系材料１００重量部に対して３０重量部以下の割合で配合するのが望ましい。

前記粉体系材料は、１５〜３８重量％の割合で配合される。配合が１５重量％未満の場合は、舗装用ブロックとして強度低下が問題となる。また、３８重量％を超える場合は、セメント質の質感が出過ぎて、レンガ調の風合いが低下するようになる。

一方、前記骨材系材料としては、クリンカーアッシュ又は石炭灰固化砕石を主として使用する。クリンカーアッシュは、周知のように、ボイラ内で燃焼によって石炭灰の粒子が相互に凝集し、多孔質の塊となってボイラ底部に落下体積したものを粉砕機で砂状に粉砕したものである。このクリンカーアッシュとしては、４．７５mmふるいを通過させて粒度調整したものを使用するのが望ましい。

前記クリンカーアッシュは、それ自体の強度が弱いため、アーザンブリックスでは、全材料に対して１０重量％程度に制限して添加していたが、クリンカーアッシュを主とする骨材系材料を３２重量％以上の割合で配合すると、圧縮強度は同等程度か低下する傾向が見られたものの、曲げ強度は大幅に増加する傾向を示した。図１は、横軸を骨材系材料（％）とし、縦軸を曲げ強度／圧縮強度（強度比）として、グラフで示したものであるが、骨材系材料の添加率が３２重量％を境界点として、下側領域の勾配と、上側領域の勾配とが明らかに相違する現象が知見された。

そこで、本ブロックでは、上記知見に基づき、前記クリンカーアッシュを主とする骨材系材料を３２〜４６重量％の割合で配合するようにする。また、前記クリンカーアッシュの代替として、石炭灰固化砕石を使用することでもよい。

石炭灰固化砕石は、石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加え、水で混練した後成形し、次いで混練物の養生を行った後、養生固化体を破砕して得た砕石状固化体である。なお、材料となる石炭灰は、石炭灰特性の変動などで品質がかなり変動するため、特許第３４５５１８４号公報に示されるように、上記変動に対応しながら安定品質の固化体を得るために、混練機のフルード数、混練物温度、成形体の嵩比重、養生における固化体の圧縮強度及び粒状固化体の粗粒率の制御・管理を行って製造されたものを好適に使用することができる。

本ブロックでは、上記粘土系材料、粉体系材料及び骨材系材料に加えて、ＥＭセラミック（石粉や粘土とＥＭ（有用微生物群）を混ぜて600℃-1000℃の低温で焼き上げて粉末にしたもの）、顔料、硬化促進剤、硬化剤、白華防止剤の少量づつ添加するのが望ましい。

前記粘土系材料、粉体系材料及び骨材系材料は、先ず前記粘土系材料と骨材系材料とを自然含水の状態で一次混練し、その後に前記粉体系材料を加え、混合物のコンシステンシーに応じて水分を補充しながら二次混練した後、真空押出し機に導入され、ここで真空吸引により脱気しつつ押出し成型され、所定長さで切断された後、それぞれが型抜きによってブロック形状に成型される。前記真空押出し機としては、例えば高浜工業株式会社の商品名「カジセキ ＳＳＥ−３３０」を好適に用いることができる。

前記真空押出しの工程は、混合物の密度の高い圧縮強度の大きい固形物とするために重要である。真空押出し機によって真空吸引を行い脱気しつつ押出し成型することにより、真空吸引による脱気を行うことなく押出し成型したものに対して、圧縮強度を３倍程度増大させることができる。型抜きされた各ブロックは、焼成することなく、次の乾燥工程で乾燥されて、製品としての保水性ブロックとなる。

粘土系材料、粉体系材料及び骨材系材料の配合割合を種々変化させてブロックを製造し、圧縮強度、曲げ強度及び保水量を測定した。なお、参考としてアーザンブリックスについても同様の試験を行った。以上の結果を下表１に示す。なお、実施例１，２は車輌乗り入れ部用、実施例３は歩道用である。

比較例１及び比較例２は、粉体系材料としてフライアッシュを２０重量％、４０重量％配合したものであるが、この場合は、保水量の要求性能は満足する結果となったが、曲げ強度（車両乗り入れ部）の要求性能は満足することができない結果となった。

また、押出し成型性及び型抜き性に関して、比較例１では、押出し成形時に左右と中心部の抵抗がばらつき、ひびわれがやや多く発生し、型抜き時に粘性が少なく水が浮き出る結果となった。また、前記比較例２では、押出し成形時に左右と中心部の抵抗がばらつき、左右に大きく引っ張られひび割れが多く発生した。また、時間の経過と共に、状態は悪化し、口金から出た瞬間に左右２つに割れてしまうことが多かった。型抜き時に粘性が少なく水が浮き出る結果となった。

一方、実施例１及び実施例２では、保水量の要求性能を満足するとともに、曲げ強度（車両乗り入れ部）の要求性能も満足することができた。また、押出し成型性及び型抜き性に関しても、何ら問題なく製造することができた。
また、実施例３も、保水量の要求性能を満足するとともに、曲げ強度（歩道）の要求性能も満足することができた。また、押出し成型性及び型抜き性に関しても、何ら問題なく製造することができたが、浄水汚泥を混合（粘土系材料内での置換率４３％）すると初期の発現強度が低下する現象が見られたため、二水石膏を粉体系材料(セメント＋高炉スラグ微粉末)に対する重量比で１０重量％添加して初期強度の発現を改善するようにした。

次に、実施例１，２では、圧縮強度が比較例１、２とほぼ同等程度か低下する傾向を示したものの、曲げ強度については大幅に増加する傾向を示したため、この点に着目し、骨材系材料の配合量（％）と、曲げ強度／圧縮強度（強度比）との関係を調べた。下表２に結果を示すとともに、図１にグラフ化した。

図１より明らかなように、骨材系材料の添加率が３２重量％を境界点として、下側領域の勾配と、上側領域の勾配とが明らかに相違する現象が知見された。これは、骨材系材料として、クリンカーアッシュ又は石炭灰固化砕石を主として用いたことと、その配合量が明らかに原因しているものと推察される。

更に、上記実施例１，２について、有害な重金属類の溶出試験を行った。その結果を下表３に示す。

本発明に係る保水性ブロック体の場合には、重金属類について、土環境基準を満足することが確認され、安全に使用できることが確認できた。

骨材系材料（％）と曲げ強度／圧縮強度（強度比）との相関グラフである。

Claims (4)

1. 採石廃土、石砕スラッジ、窯業廃土、ケイソウ廃土および浄水汚泥の群から選ばれた１種以上を主とする粘土系材料、セメントを主とする粉体系材料およびクリンカーアッシュ又は石炭灰固化砕石を主とする骨材系材料からなり、
   前記粘土系材料を３０〜３９重量％、前記粉体系材料を１５〜３８重量％、前記骨材系材料を３２〜４６重量％の配合で混練し、これらの混合物を真空吸引によって脱気しつつ、押出し成形した後、焼成することなく乾燥させてブロック体を得ることを特徴とする保水性ブロックの製造方法。
2. 前記粉体系材料中に、高炉スラグ微粉末が前記粉体系材料１００重量部に対して３０重量部以下の割合で配合されている請求項１記載の保水性ブロックの製造方法。
3. 前記骨材系材料中に、コンクリートがら、レンガ破片、ブロック破片、瓦破片の群から選ばれたＢ級品破砕屑が前記骨材系材料１００重量部に対して１０重量部以下の割合で配合されている請求項１、２いずれかに記載の保水性ブロックの製造方法。
4. 前記粘土系材料として浄水汚泥を含む１種以上の材料が選択され、かつ二水石膏が前記粉体系材料１００重量部に対して５〜１５重量部の割合で配合されている請求項１〜３いずれかに記載の保水性ブロックの製造方法。

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