JP4115885B2

JP4115885B2 - 石膏廃材の再利用方法及び地盤改良材

Info

Publication number: JP4115885B2
Application number: JP2003138097A
Authority: JP
Inventors: 達夫五十畑; 達志秋山; 一司荒木; 準清水; 智之片岡; 貴憲山本
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004339376A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、石膏廃材の再利用方法に関し、特に廃棄物である石膏廃材を高有機質地盤改良材として有効に利用する再利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石膏廃材、特に石膏ボードは、解体現場等から年間約１６７万ｔ（１９９９年業界推計、２０１０年には倍増の見込み）以上排出されており、製品品質上及び生産効率上の問題からほとんど再利用されていないのが現状である。
【０００３】
さらに、１９９９年６月からは、廃棄物処理法に基づき、石膏ボードについても、管理型処分場で処分することとされ、最終処分場の不足と相まって、石膏ボードのリサイクル促進の必要性はますます増大されており、石膏ボード等の石膏廃材の再利用が切望されている。
【０００４】
石膏ボードは、焼き石膏と水と、必要に応じて添加された糊や遅延剤などの有機物が含まれたスラリーを紙の間に挟持させて成形したものであり、さらに、補強のために繊維やパルプ等も添加されることもある。したがって、石膏ボードから石膏のみを回収することは極めて困難で、紙や有機物が含まれた石膏が回収される。
【０００５】
現在、廃石膏ボードのリサイクルは、粗粉砕及び微粉砕することにより、石膏ボード用の原料石膏に混合使用することにより再利用がされているが、製品品質上及び生産効率上、その量は現状の生産量の１０％程度が限界である。
【０００６】
また、廃石膏ボードを再利用するためには、石膏ボードを石膏と石膏ボードに貼付されている原紙とに分離して粗粉砕した石膏を回収する必要があり、このための様々な装置が開発されている。
【０００７】
種々開発された装置を用いて廃材石膏ボードから回収された石膏は、回収する際に石膏と原紙とが分離されるが、上記したように石膏と紙繊維とを完全に分離することは不可能であり、廃材回収石膏中に数重量％程度の紙繊維は残留してしまい、その上、石膏の硬化遅延材として添加された有機物も残留しているため、廃材石膏の再利用をやはり困難にしている。
【０００８】
一方、通常、石膏はセメントの原料として使用されているので、回収石膏をセメントの原料として再利用する試みが行なわれている。
このようなセメントとして特開平７−１５７７６１号公報が参照される。
しかし、石膏ボードから回収した石膏をセメントの原料として使用すると、セメントの性能低下を招く恐れがあるため、石膏ボードから回収した石膏は、セメント用石膏の一部として使用することはできるが、多量に添加することはできず、石膏廃材を多量に再利用することは困難である。
【０００９】
これは、通常の石膏をセメントに添加する場合と比べて、石膏ボード廃材中には、回収石膏中に紙が含まれているため、流動性を阻害し、更には有機物を含むため、セメントの凝結遅延や初期強度の低下がおこってしまうからである。
【００１０】
従って、廃材回収石膏中の不純物を除去しない場合には、通常、廃材回収石膏中に数重量％程度の紙繊維が含まれることとなり、廃材回収石膏を地盤改良材に利用した場合には、かかる紙繊維が地盤改良材に混入することで、強度の発現の程度が大幅に低くなってしまう。
また、石膏ボードに含まれる有機物等の添加物の含有量によっては、地盤改良材の硬化を阻害することがあるため、石膏廃材を汎用の地盤改良材に再利用することは不適であった。
【００１１】
このように、廃材回収石膏には、紙繊維や各種添加物等の多くの不純物が含まれており、廃材回収石膏をセメント原料に利用する場合、そのままでは汎用の地盤改良材などの用途には使用できない。
そこで、廃材回収石膏を高温で処理して不純物を取り除く試みもなされている。
【００１２】
しかし、廃材回収石膏中の紙繊維や添加物等を除去するためには、高温で処理しなければならず、その結果、処理費がかさむ。また、処理場から地盤改良材を製造する箇所までの輸送費がかかるため、廃材回収石膏を利用した地盤改良材の製造費用が高くなり、不経済である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、紙繊維や添加物等の不純物除去処理を行わなくとも、それが悪影響とならない用途に用いることによって、廃棄物である石膏廃材を有効に、かつ経済的に多量に再利用できる方法を提供することである。
また、更に本発明の目的は、有機分を大量に含んだ土壌を迅速に安定処理できる地盤改良材に廃棄物である石膏廃材を用いて、石膏廃材の有効な再利用方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、廃棄物である石膏廃材を、高有機質土壌に配合して地盤改良材として利用するという用途においては、回収石膏廃材中に含有される紙繊維や有機物等の添加剤の影響を無視し得ることに着目し、石膏廃材を無処理でそのまま多量に再利用できることを見出し、本発明に達成するに至った。
【００１５】
本発明の石膏廃材の再利用方法は、石膏廃材と硬化材とを混合し、前記硬化材１００重量部に対して前記石膏廃材１５〜２５０重量部混合した地盤改良材であって、カルシウムアルミネートとして１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２を１０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜２０重量％含有する地盤改良材として、高有機質土壌改良に用いることを特徴とする。
【００１６】
更に好適には、前記本発明の石膏廃材の再利用方法において、石膏廃材の大きさを、５ｍｍ以下として再利用することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
本発明の石膏廃材の再利用方法は、石膏廃材を、高有機質土壌の改良に用いるものである。
ここで、石膏廃材とは、石膏廃棄物中の回収石膏を意味するものとし、石膏を含む廃材であれば特に限定されず種々のものを用いることができる。
また、高有機質土壌とは、汎用の地盤改良材で改良した時に強度発現性に影響が現れる程度の量以上の有機物が含まれる土壌を意味し、例えば、乾燥試料の強熱減量で評価した場合、強熱減量が１０重量％以上の土壌等が挙げられる。
【００１９】
高有機質土壌の改良という用途においては、土壌に既に有機物が含まれるので、有機物による強度低下が生じにくい特殊な地盤改良材が用いられる。従って、石膏廃材中に通常含有される量の有機物は、強度低下の影響を無視し得るものとなる。
また、高有機質土壌は、一般的に高含水率であるものが多いが、このような土壌においては、石膏廃材中の紙繊維が、水分を捕捉し強度性能上好適に作用し、不純物含有による強度低下が生じにくいものとなる。
従って、高有機質土壌の改良という用途においては、用いられる石膏が石膏廃材であっても、高品質の石膏と全く差異が無く使用できることとなる。
【００２０】
上記石膏廃材は、例えば、建物の新築時や解体時に発生する石膏ボードや、石膏ボード製造時の廃材等から回収された石膏廃材を使用することができる。すなわち、石膏廃材から石膏ボードに貼られている原紙が分離され、それ以外の分離回収された部分を石膏廃材として本発明において、そのまま無処理で使用することができるものである。
【００２１】
石膏ボード廃材からの石膏廃材の回収は、石膏廃材と原紙とが実用レベルで分離される限り、特に限定されず、任意の方法を使用することができる。例えば、石膏ボードを回転するロールの間に挟み込むことにより、石膏ボードを圧縮破砕し、紙を剥離させる方法や、また、破砕された石膏ボードを篩にかけることによって、紙と石膏廃材とを分離する方法や、また、石膏ボードを打撃破砕し、この破砕物を風力選別機や篩にかけて紙と石膏廃材とを分離する方法等の従来の分離方法等の、任意の方法が選択されて利用できる。
【００２２】
即ち、本発明の石膏廃材の再利用方法においては、かかる回収石膏廃材中に、石膏の他に紙繊維や糊等の有機物等の添加物が含まれているが、特にこれらを回収石膏廃材中から分離する必要はなく、そのまま使用することができるものである。
【００２３】
かかる石膏廃材は粉砕されて用いられることが好ましく、最大粒径は５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下であることが望ましい。
粒径が上記範囲より大きくなると、廃材石膏中の硫酸イオンの溶解度が遅くなり、カルシウムアルミネートとの反応に供給される硫酸イオンが不足する場合があるからである。
【００２４】
また、好適には、石膏廃材を硬化材と混合し、カルシウムアルミネートを１０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜２０重量％含有する地盤改良材として、高有機質土壌の改良に用いる。
このような地盤改良材として用いることにより、石膏廃材は、地盤改良材に含まれる硬化材と反応し、多量のエトリンガイトを形成して、強度の早期発現性を実現することができることとなる。
【００２５】
石膏廃材と硬化材とを混合して、カルシウムアルミネート及び３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を上記範囲で含む地盤改良材とすることにより、短期での強度発現の達成と、長期に渡っても強度の過度の増進を抑制することができる地盤改良材を実現することが可能となる。
前記カルシウムアルミネートは１０重量％以上、好ましくは１０〜８０重量％、より好ましくは４０〜８０重量％含有されることが、上記作用をより効果的に発揮するので好ましい。
【００２６】
さらにまた、石膏廃材を再利用して得られた地盤改良材は、当該地盤改良材中のＳＯ_３とＡｌ_２Ｏ_３とのモル比が１以上、好ましくは１〜３であることが、迅速に有機分を高含率で含む土壌を安定処理して、早期強度の発現を実現するために望ましい。なお、ＳＯ_３は主として地盤改良材中の石膏廃材に、Ａｌ_２Ｏ_３は主として地盤改良材中の硬化材に含まれるカルシウムアルミネートにそれぞれ含有される。
【００２７】
かかるカルシウムアルミネートは、前記硬化材中に結晶相もしくは非結晶相として存在しているものであり、その種類は特に限定されないが、例えば、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、４ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＳＯ_３、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。
特に、初期強度発現性の高有機質土壌用の地盤改良材としての効果を有効に発現させる点から、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等のＣ_１２Ａ_７系のものが好ましい。
【００２８】
硬化材としては、特許第２８７２８６７号、特許第３１７９７０２号、特開平８−１６９７３４号等に記載されたものや、アルミナセメントクリンカー、アーウィンセメントクリンカー及び、非晶質Ｃ_１２Ａ_７系硬化材等があるが、本発明においては、硬化材は、特許第２８７２８６７号に記載された急硬性クリンカーである。
【００２９】
また、上記速硬性硬化材のブレーン比表面積は、１０００〜１００００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは２５００〜４０００ｃｍ^２／ｇであることが反応性と流動性の両立の点から望ましく、これは１０００ｃｍ^２／ｇ未満であると未反応のまま残存してしまい、また１００００ｃｍ^２／ｇを超えると、反応性が高くなってしまい、ハンドリングが困難となるからである。
【００３０】
また、石膏廃材を利用して得られた地盤改良材中、これらの石膏廃材と上記硬化材との含有割合は、硬化材１００重量部に対して石膏廃材１５〜２５０重量部であることが、特に望ましい。
かかる石膏廃材の混合量は、硬化材中のカルシウムアルミネートのＡｌ_２Ｏ_３量とのモル比により、決定することができる。
【００３１】
石膏廃材を利用した地盤改良材は、上記硬化材と石膏廃材とを上記混合割合で混合することにより好適に得られ、その混合方法は特に限定されず、焼成して粉砕した硬化材に粉砕した石膏廃材を混合しても、硬化材と石膏廃材とを添加混合した後に粉砕しても、いずれの公知の方法を用いて混合してもかまわない。
【００３２】
上記したような石膏廃材の再利用方法は、軟弱地盤や、建設発生土等の高有機質土壌の地盤改良材に添加使用することができ、当該石膏廃材が再利用されて得られた地盤改良材を適用できる土壌としては、有機物等が高含量で含まれる砂土、砂壌土、ローム、シルト、泥水、粘土等が挙げられる。
【００３３】
また、石膏廃材を利用して得られた地盤改良材の土壌への添加量としては、土壌の種類によって異なるものの、例えば、土壌１ｍ^３あたり５０〜６００ｋｇ程度が好適に使用できる。
【００３４】
このように、石膏廃材を硬化材と混合して、有機質が多量に含まれている土壌に有効に使用することができる地盤改良材の生成が可能となり、石膏廃材の効果的な再利用方法が得られる。
【００３５】
【実施例】
本発明を次の実施例及び比較例、並びに試験例により説明する。
実施例１
石灰石５０．４重量％、アルミナ質原料３８．９重量％、フッ化カルシウム原料８．９重量％及び酸化鉄１．７重量％を混合した混合物を、１３２５℃、１時間で電気炉焼成し、ブレーン比表面積３５００ｃｍ^２／ｇに粉砕して、硬化材を得た。
【００３６】
また、硬化材と混合される回収石膏廃材は、下記の表１で示す組成を有するものを用いた。回収石膏廃材の粒径は、５ｍｍ以下のもの、即ち最大粒径が５ｍｍのものを無処理で使用した。
【００３７】
上記硬化材と表１で示す回収石膏廃材とを、当該硬化材６０重量部に対して、回収石膏廃材４０重量部を均一に混合して、地盤改良材を得た。
得られた地盤改良材をＸ線回折装置（理学電機株式会社製；ＲＡＤ−ｒＣ）で測定すると、含まれるカルシウムアルミネート（１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２）は２４重量％で、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２は５重量％であり、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、１．８〜１．９であった。
【００３８】
実施例２
回収石膏廃材を２５０μｍ篩いに通し、最大粒径が２５０μｍのものを用いた以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得た。
得られた地盤改良材をＸ線回折装置（理学電機株式会社製；ＲＡＤ−ｒＣ）で測定すると、含まれるカルシウムアルミネート（１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２）は２４重量％で、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２は５重量％であり、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、１．８〜１．９であった。
【００３９】
比較例１
地盤改良材として、高炉セメントＢ種（商品名；住友大阪セメント株式会社製）を用いた。
この地盤改良材をＸ線回折装置（理学電機株式会社製；ＲＡＤ−ｒＣ）で測定すると、含まれるカルシウムアルミネートは３．６重量％で、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２は２１．０重量％であり、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、０．２であった。
【００４０】
参考例１
回収石膏廃材の代りに、表１に示す排脱二水石膏を用いた以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得た。最大粒径は８５０μｍであった。
得られた地盤改良材をＸ線回折装置（理学電機株式会社製；ＲＡＤ−ｒＣ）で測定すると、含まれるカルシウムアルミネート（１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２）は２４重量％で、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２は５重量％であり、更に、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、１．８〜１．９であった。
【００４１】
【表１】

【００４２】
試験例１
試料土として、浚渫土（湿潤密度；１．１８９ｇ／ｃｍ^３、含水比；２５０．４％、Ｉｇ．ｌｏｓｓ；１４．９％、奈良県産）１ｍ^３を使用した。
かかる試料土１ｍ^３に、上記実施例１〜２、比較例１及び参考例１で得られた地盤改良材をそれぞれ３００ｋｇを添加して、処理土の材齢１、３、７日目における強度を測定した。その結果を図１及び表２に示す。
【００４３】
但し、強度は、一軸圧縮試験：ＪＩＳＡ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
【発明の効果】
本発明の石膏廃材の再利用方法は、従来ほとんど廃棄物として廃棄されていた石膏廃材を、無処理でそのまま多量に用いることを可能とする。
更に、本発明の石膏廃材の再利用方法は、石膏廃材を地盤改良材として有効に再利用することができ、地盤改良材の製造コストを低減することができ、産業上極めて有用な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石膏廃材を再利用して得られた地盤改良材及び従来の地盤改良材とで処理した各土壌の材齢と強度との関係を示す図。

Claims

石膏廃材と硬化材とを混合し、前記硬化材１００重量部に対して前記石膏廃材１５〜２５０重量部混合した地盤改良材であって、カルシウムアルミネートとして１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２を１０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜２０重量％含有する地盤改良材として、高有機質土壌改良に用いることを特徴とする石膏廃材の再利用方法。
請求項１記載の石膏廃材の再利用方法において、石膏廃材の大きさを、５ｍｍ以下として再利用することを特徴とする石膏廃材の利用方法。
石膏廃材と硬化材とからなり、前記硬化材１００重量部に対して前記石膏廃材１５〜２５０重量部混合し、カルシウムアルミネートとして１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２を１０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜２０重量％含有する地盤改良材。