特許 7454149 建設資材および建設資材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-13

(45)【発行日】2024-03-22

(54)【発明の名称】建設資材および建設資材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20240314BHJP

   C04B 18/06 20060101ALI20240314BHJP

   C04B 18/12 20060101ALI20240314BHJP

   B28C 7/04 20060101ALI20240314BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02 ZAB

C04B18/06

C04B18/12

B28C7/04

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021160718

(22)【出願日】2021-09-30

(65)【公開番号】P2023050554

(43)【公開日】2023-04-11

【審査請求日】2023-04-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591168312

【氏名又は名称】中村建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136674

【弁理士】

【氏名又は名称】居藤 洋之

(72)【発明者】

【氏名】平田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】内山 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 蕉子

【審査官】神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１０２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１６２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７０７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３２２４０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ２８／０２

Ｃ０４Ｂ １８／０６

Ｃ０４Ｂ １８／１２

Ｂ２８Ｃ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

土木または建築に使用する塊状の建設資材であって、
無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものであり、
前記燃え殻は、
同燃え殻を構成するすべての粒のうちの少なくとも６０％以上の粒の粒径が７５μｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲の大きさであり、かつ前記燃え殻を構成するすべての粒のうちの２０％以上かつ３０％以下の粒の粒径が２ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下の礫分であることを特徴とする建設資材。

【請求項2】

請求項１に記載の建設資材において、
前記セメントは、
前記混合物に対して２０質量％以上であることを特徴とする建設資材。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の建設資材において、
前記燃え殻は、
前記シルト材料に対して３００質量％以上であることを特徴とする建設資材。

【請求項4】

土木または建築に使用する塊状の建設資材の製造方法であって、
無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻を混ぜて混合物を生成する工程と、
前記混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントおよび水を加えて混練する工程と、
前記燃え殻、前記シルト材料および前記セメントの混練物を固化させる工程とを含み、
前記燃え殻は、
同燃え殻を構成するすべての粒のうちの少なくとも６０％以上の粒の粒径が７５μｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲の大きさであり、かつ前記燃え殻を構成するすべての粒のうちの２０％以上かつ３０％以下の粒の粒径が２ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下の礫分であることを特徴とする建設資材の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の建設資材の製造方法において、
前記セメントは、
前記混合物に対して２０質量％以上であることを特徴とする建設資材の製造方法。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載の建設資材の製造方法において、
前記燃え殻は、
前記シルト材料に対して３００質量％以上であることを特徴とする建設資材の製造方法。

【請求項7】

請求項４ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の建設資材の製造方法において、
前記固化した前記混練物の圧縮強度が最大値に達する前に破砕して砕石状に形成することを特徴とする建設資材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土木または建築に使用する建設資材および建設資材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、廃材などの木質材料を燃やすことで生成される燃焼灰を路盤材などの建設材料にリサイクルする技術が知られている。例えば、下記特許文献１には、廃材などの木質材料を燃やすことで得られる燃焼灰に粘土質土壌、セメントおよび水を加えて混練して固化させた路盤材およびその製法がそれぞれ開示されている。この場合、路盤材の製法においては、木質材料などの燃焼によって生成される灰のうち、バグフィルターで捕集した灰を燃焼灰として用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１０２４７３号公報

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に記載された路盤材においては、バグフィルターで捕集される燃焼灰は燃焼によって生成される残渣の全体のうちの概ね１０％以下と僅かであるため燃焼灰の有効利用には不十分であるとともに、使用するセメント量も粘土質土壌と燃焼灰との混合物に対して３５質量％以上と大量に必要であり、路盤材の製造に掛かる作業的およびコスト的な負担も大きいという問題がある。

【0005】

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、燃焼残渣の有効利用を図りつつ製造負担を低減することができる建設資材および建設資材の製造方法を提供することにある。

【発明の概要】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、土木または建築に使用する塊状の建設資材であって、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものであり、燃え殻は、同燃え殻を構成するすべての粒のうちの少なくとも６０％以上の粒の粒径が７５μｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲の大きさであり、かつ燃え殻を構成するすべての粒のうちの２０％以上かつ３０％以下の粒の粒径が２ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下の礫分であることにある。

【0007】

このように構成した本発明の特徴によれば、建設資材は、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合（つまり、１倍以上かつ４倍以下）で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものであるため、燃焼残渣の有効利用を図りつつ製造負担を低減することができる。ここで、燃え殻は、椰子の殻の燃焼によって生成される残渣の全体のうち火格子を通してすぐに落下する所謂主灰（ボトムアッシュ）であり、残渣の全体のうちの６０％～９０％を占めているものである。なお、椰子の殻には、空果房が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。

【0008】

また、本発明の他の特徴は、前記建設資材において、セメントは、混合物に対して２０質量％以上であることにある。このように構成した本発明の他の特徴によれば、建設資材は、セメントが、混合物に対して２０質量％以上であるため、圧縮強度の低い方へのバラツキを抑制して高い圧縮強度の建設資材を安定的に得ることができる。

【0009】

また、本発明の他の特徴は、前記建設資材において、燃え殻は、シルト材料に対して３００質量％以上であることにある。このように構成した本発明の他の特徴によれば、建設資材は、燃え殻が、シルト材料に対して３００質量％以上含まれているため、燃焼残渣の有効利用を図ることができる。

【0010】

また、本発明は、建設資材の発明として実施できるばかりでなく、この建設資材の製造方法の発明としても実施できるものである。

【0011】

具体的には、建設資材の製造方法は、土木または建築に使用する塊状の建設資材の製造方法であって、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻を混ぜて混合物を生成する工程と、混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントおよび水を加えて混練する工程と、燃え殻、シルト材料およびセメントの混練物を固化させる工程とを含み、燃え殻は、同燃え殻を構成するすべての粒のうちの少なくとも６０％以上の粒の粒径が７５μｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲の大きさであり、かつ燃え殻を構成するすべての粒のうちの２０％以上かつ３０％以下の粒の粒径が２ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下の礫分であるようにすればよい。これによれば、建設資材の製造方法は、前記建設資材の発明における作用効果と同様の作用効果を期待することができる。

【0012】

この場合、建設資材の製造方法において、セメントは、混合物に対して２０質量％以上であるとよい。

【0013】

また、これらの場合、建設資材の製造方法において、燃え殻は、シルト材料に対して３００質量％以上であるとよい。

【0014】

また、これらの場合、建設資材の製造方法において、固化した混練物の圧縮強度が最大値に達する前に破砕して砕石状に形成するとよい。これによれば、建設資材の製造方法は、砕石状の建設資材を製造する際における破砕負担を軽減することができる。

【0015】

また、建設資材は、土木または建築に使用する塊状の建設資材であって、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものでもよい。これによれば、建設資材は、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合（つまり、１倍以上かつ４倍以下）で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものであるため、燃焼残渣の有効利用を図りつつ製造負担を低減することができる。ここで、燃え殻は、椰子の殻の燃焼によって生成される残渣の全体のうち火格子を通してすぐに落下する所謂主灰（ボトムアッシュ）であり、残渣の全体のうちの６０％～９０％を占めているものである。なお、椰子の殻には、空果房が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。

【0016】

また、建設資材の製造方法は、土木または建築に使用する塊状の建設資材の製造方法であって、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻を混ぜて混合物を生成する工程と、混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントおよび水を加えて混練する工程と、燃え殻、シルト材料およびセメントの混練物を固化させる工程とを含んでもよい。これによれば、建設資材の製造方法は、前記建設資材の発明における作用効果と同様の作用効果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る建設資材の製造方法の作業過程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る建設資材および同建設資材の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る建設資材の製造方法の作業過程を示すフローチャートである。この建設資材の製造方法は、バイオマス発電における燃焼炉から排出されるパーム椰子（油椰子）の殻の燃焼残渣を用いて建設資材を製造するものである。

【0019】

（建設資材の製造方法）
本発明に係る建設資材を製造する作業者は、まず、第１工程として、ＰＫＳの燃え殻およびシルト材料をそれぞれ準備する。ここで、ＰＫＳ（Ｐａｌｍ Ｋｅｒｎｅｌ Ｓｈｅｌｌ）の燃え殻とは、パーム椰子の殻を燃焼させた際に生成される残渣のうち、燃焼炉内の火格子を通してすぐに落下する主灰（ボトムアッシュ）のことである。この場合、主灰は、パーム椰子（油椰子）の殻を燃焼させた際に生成される残渣の全体のうちの６０％～９０％を占めている。

【0020】

作業者は、ＰＫＳの燃焼炉（図示せず）から回収した燃え殻のうちの粒度の大きな成分を潰して全体として砂状に整える。具体的には、作業者は、燃焼炉から回収した燃え殻のうち粒度の大きな成分について破砕機または粉砕機などの機器または手作業によって燃え殻の粒が礫（粒径が７５ｍｍ）以下の大きさとなるように破砕する。この場合、作業者は、燃え殻を構成するすべての粒のうちの少なくとも６０％以上、好ましくは７０％以上の粒の粒径が７５μｍ～２ｍｍの範囲の大きさとなるように調整するとよい。そして、この場合、燃え殻を構成するすべての粒のうちの２０％～３０％の燃え殻の粒が礫分（粒径が２ｍｍ以上～７５ｍｍ以下）であるとよい。また、燃え殻の含水率は、１０％～２０％がよい。

【0021】

次に、シルト材料は、砕石を製造する過程で生じたシルト成分（粒径が７５μｍ以下の成分）を沈殿槽で沈殿させたものを濃縮し乾燥させたものである。この場合、作業者は、シルト材料を構成するすべての粒のうちの少なくとも５０％以上、好ましくは６０％以上の粒の粒径が５μｍ～７５μｍの範囲の大きさとなるように調整するとよい。そして、この場合、シルト材料を構成するすべての粒のうちの２０％～３０％のシルト材料の粒が粘土分（粒径が５μｍ以下）であるとよい。また、シルト材料の含水率は、１０％以下、好ましくは５％以下がよい。

【0022】

次に、作業者は、第２工程として、シルト材料にＰＫＳの燃え殻を混ぜた混合物を生成する。具体的には、作業者は、シルト材料とＰＫＳの燃え殻とを混練機（図示せず）を用いて混ぜ合わせて混合物（図示せず）を生成する。この場合、作業者は、シルト材料に対してＰＫＳの燃え殻を１００質量％以上かつ４００質量％以下の範囲の分量で混ぜ合わせる。

【0023】

次に、作業者は、第３工程として、混合物にセメントを混ぜ合わせる。具体的には、作業者は、シルト材料とＰＫＳの燃え殻とが混合されている混練機内にセメントを混ぜ合わせて適量の水を加えながら混練する。この場合、作業者は、シルト材料とＰＫＳの燃え殻との混合物に対してセメントを１８質量％以上かつ３０質量％以下の範囲の分量で混ぜ合わせる。また、この場合、水セメント比Ｗ／Ｃは、５０％以上かつ７０％以下が好適である。

【0024】

次に、作業者は、第４工程として、混合物にセメントおよび水を加えて混練した混練物を固化させる。具体的には、作業者は、混練物を型枠（図示せず）に充填してセメントが固まるのを待つ。この場合、混練物を充填する型枠は公知の型枠でよいが、建設資材を平板状、立方体、直方体状または柱状などのブロック状に成型する型枠を用いるとよい。

【0025】

次に、作業者は、第５工程として、建設資材を成形する。具体的には、作業者は、型枠内で固化した混練物を型枠から取り出した後、ジョークラッシャーなどの破砕機を用いて破砕して砕石状の建設資材を得る。この場合、作業者は、型枠内で固化した混練物の圧縮強度が最大になる前（例えば、材令１５日以下または最終強度の１／４以上かつ１／２以下）に混練物を型枠内から取り出して破砕することで破砕負担を軽減することができる。そして、作業者は、成形した建設資材の固化が進んで圧縮強度が予定する強度に達するまで待つことで建設資材を完成させることができる。なお、作業者は、型枠内で固化した混練物の圧縮強度が最大となった後に混練物を型枠内から取り出して破砕してもよいことは当然である。

【0026】

次に、本発明の発明者らによる試験結果について説明する。本発明の発明者らは、下記表１および表２にそれぞれ示すように、シルト材料とＰＫＳの燃え殻とを「４：１」、「３：１」、「２：１」、「１：１」、「１：２」、「１：３」および「１：４」の各質量比で互いに混ぜ合わせて得た混合物に対してそれぞれ「略２０％」および「略２５％」の各質量比で固化剤（セメント）を混ぜ合わせて固化させたブロック状の建築資材について圧縮強度試験σ２８（Ｎ／ｍｍ^２）を行った。

【表1】

【表2】

【0027】

ここで、圧縮強度σ２８は、セメントを型枠に充填してから２８日（すなわち、材令２８日）経過した際の固化物の圧縮強度の値（「２８日強度」ともいう）である。そして、本件発明に係る建設資材のようなコンクリート構造物においては、設計基準強度として一般的に１８Ｎ／ｍｍ^２以上が一つの評価基準（計画共用期間「短期」における耐久設計基準強度）として採用されている。なお、表１および表２においては、シルト材料とＰＫＳの燃え殻との混合比、混合物とセメントとの混合比および圧縮強度σ２８の各値は小数点以下四捨五入して示している。

【0028】

この試験結果によれば、シルト材料とＰＫＳの燃え殻との混合物における混合比が「１：１」、「１：２」、「１：３」および「１：４」でかつこの混合物に対するセメントの混合比が「略２０％」および「略２５％」で形成した建設資材において圧縮強度σ２８が１８Ｎ／ｍｍ^２以上となっている。また、本発明者らの実験によれば、混合物に対するセメントの混合比を３０％および３５％まで上げた場合においては圧縮強度σ２８も比例的に上昇することを確認した。

【0029】

したがって、本試験結果によれば、シルト材料とＰＫＳの燃え殻との混合物における混合比が「１：１」、「１：２」、「１：３」および「１：４」でかつこの混合物に対するセメントの混合比が１８質量％以上かつ３０質量％以下で建設資材を構成することで燃え殻の有効利用を図りつつ建設資材の製造負担を低減することができる。この場合、シルト材料に対する燃え殻の混合比は、３００質量％以上がよく、より好ましく４００質量％以上がよい。なお、シルト材料に対する燃え殻の混合比は４００質量％を超えてもよいが、混合物の混練作業の負担が増大する。また、混合物に対するセメントの混合比は、２０質量％以上、より好ましくは２５質量％以上かつ３０質量％以下がよい。

【0030】

また、本発明者らは、本試験結果に係る各建築資材についてカドミウムおよびその化合物、六価クロム化合物、シアン化合物、水銀およびその化合物、セレンおよびその化合物、鉛およびその化合物、砒素及びその化合物、ふっ素及びその化合物およびほう素およびその化合物の各溶出量について「ＪＩＳ Ｋ ０１０２」に沿って調査を行ったところ、各成分の溶出量は基準値以下であることを確認した。

【0031】

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、建設資材は、無機のシルト材料に対して１００質量％以上かつ４００質量％以下の割合で椰子の殻の粉末状の燃え殻が混合した混合物が同混合物に対して１８質量％以上かつ３０質量％以下のセメントによって固化したものであるため、燃焼残渣の有効利用を図りつつ製造負担を低減することができる。

【0032】

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、各変形例の説明においては、上記実施形態と同様の部分については同じ符号を付して重複する説明は省略する。

【0033】

例えば、上記実施形態においては、シルト材料は、山または河川などから採取した岩または石で構成されている。しかし、シルト材料は、無機のシルト成分で構成されていればよい。したがって、シルト材料は、例えば、建設発生土、コンクリート殻、山土または陶磁器などから抽出されたシルト成分で構成されていてもよい。

【0034】

また、上記実施形態においては、建設資材は、砕石状に形成した。しかし、建設資材の形状は、使用用途に応じて適宜設定された塊状に形成されていればよい。したがって、建設資材は、平板状、立方体、直方体状または柱状などの各種ブロック状に形成されていればよい。

【図1】