JP2002274905A - 循環利用型コンクリート用骨材 - Google Patents

循環利用型コンクリート用骨材

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JP2002274905A JP2001083769A JP2001083769A JP2002274905A JP 2002274905 A JP2002274905 A JP 2002274905A JP 2001083769 A JP2001083769 A JP 2001083769A JP 2001083769 A JP2001083769 A JP 2001083769A JP 2002274905 A JP2002274905 A JP 2002274905A
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博 尾花
Naoaki Koyanagi
直昭 小柳
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C04B18/023Fired or melted materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 都市ごみ焼却灰等を利用したいわゆるエコセ
メントクリンカーを使用して、圧縮強度および曲げ強度
の向上したコンクリートとする。 【解決手段】 都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種
以上を原料としてなる焼成物であって、C117CaC
2、C117CaF2、C3Aの一種以上を10〜40重
量%、及びC2S、C3Sの一種以上を含み、かつ吸水率
が3.5%以下であることを特徴とするコンクリート用
骨材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンクリート用骨材
に関するもので、さらに詳しくは、コンクリート用細骨
材または粗骨材としていわゆるエコセメントクリンカー
を使用するものであり、これにより、圧縮強度および曲
げ強度の向上したコンクリートとするものである。
【0002】
【従来の技術】従来のコンクリート骨材としては、天然
産の石材や砂を使用したり、人工の例えば通常のセメン
トクリンカー等を使用したりしている(特開昭49−1
26721号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、天然産
の石材や砂は年々その産出量が逼迫し、良質のものが得
られ難くなっているので、資源や環境保護の面からも、
またコストの低減の面からも、対策が求められている。
また人工的な骨材の従来例として使用されている通常の
セメントクリンカーは、骨材強度が不足し、かつ吸水率
も大きいという不都合があった。コンクリート構造物が
耐用年数を過ぎたり不要処分されたりする場合、処分材
料を再度利用する方法は、天然石材等を使用した場合で
は、破砕、ふるい分けによって発生した低品位な再生骨
材とするのが一般的であった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
課題を解決するものであり、都市ごみ焼却灰、下水汚泥
焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であって、C
117CaCl2、C117CaF2、C3Aの一種以上を
10〜40重量%、及びC2S、C3Sの一種以上を含
み、かつ吸水率が3.5%以下であることを特徴とする
コンクリート用骨材を提供するものである。さらにまた
本発明は、都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上
を原料として含む被焼成物をロータリーキルンで130
0〜1450℃の範囲の温度で焼成することを特徴とす
る、前記コンクリート用骨材の製造方法を提供するもの
である。本発明はさらに、前記のコンクリート用骨材を
用いてなるコンクリートを提供するものである。さらに
また本発明は、前記のコンクリート用骨材を用いてなる
透水性または排水性のコンクリートを提供するものであ
る。
【0005】
【発明の実施の形態】都市ゴミや下水汚泥は通常焼却し
て処分されるが、焼却灰そのものも年々累積しその何ら
かの有効利用が望まれるところであるが、これらの焼却
灰には大量のアルミニウム源やカルシウム源が含まれて
いることから、これらを珪石や石灰石等と適宜配合して
キルンで焼成することにより、硬化性のセメント原料が
得られることが知られ、環境への負荷を低減させるエコ
セメントとして知られている。本発明は、このエコセメ
ントクリンカーをコンクリート用骨材として使用するこ
とを提案するものである。
【0006】本発明で使用されるエコセメントクリンカ
ーは、都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原
料としてなる焼成物であって、11CaO・7Al23
・CaCl2(以下、C117CaCl2と略す)、11
CaO・7Al23・CaF2(以下、C117CaF2
と略す)、3CaO・Al23(以下、C3Aと略
す)、の一種以上を10〜40重量%、及び2CaO・
SiO2(以下、C2Sと略す)、3CaO・SiO
2(以下、C3Sと略す)の一種以上を含む焼成物(以
下、エコセメントクリンカーと呼ぶ)を使用する。ここ
で、C117CaCl2、C117CaF2、C3Aの一種
以上を10〜40重量%とした理由は、前記アルミニウ
ム化合物が10重量%より少ないと、アルミニウム源と
なる焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の有効利用の
観点から好ましくないからであり、40重量%を越える
と水和の進行によって過大に膨張する場合があり、コン
クリート用骨材として好ましくないからである。
【0007】本発明のコンクリート用骨材は、細骨材・
粗骨材のいずれにも利用できるが、細骨材として利用す
る場合は、微粉が多いと、コンクリートの配合における
単位水量が増加することがあるので注意を要する。一
方、粗骨材として利用する場合はこのような問題はな
く、ふるい分け等により5mm以上に粒度を調整して用
いればよい。
【0008】本発明のコンクリート用骨材は、吸水率が
3.5%以下であることを特徴とする。このことによ
り、骨材自体の強度と安定性が向上し、コンクリート用
骨材として好ましくなる。吸水率が3.5%を越える
と、強度や安定性が低下し、コンクリートに混練したと
きのフレッシュ性状が安定しなくなる。
【0009】上記のようなエコセメントクリンカーをコ
ンクリート用骨材として使用する場合の利点は種々ある
が、その主なものは、圧縮強度や曲げ強度等の物理的強
度の向上、さらにはコンクリート廃棄物の循環利用性が
挙げられる。
【0010】通常のセメントクリンカーを骨材として、
使用することにより、骨材とセメント水和物の界面の付
着が改善され、強度が向上することはすでに知られてい
る。これは、コンクリートの骨材としてセメントクリン
カーを使用すると、骨材とセメント水和物との接合部で
ある遷移帯がより密実になるので、コンクリートの強度
が向上するものと考えられている。しかし、これらの効
果が期待できるのは、従来品では練り混ぜ時まで未浸水
のセメントクリンカー骨材を用いた場合であり、練り混
ぜる以前にすでに浸水したセメントクリンカー骨材を用
いたコンクリートでは、強度の向上が抑制される傾向で
あった。このため、保管場所や移動の際は、雨や水がか
からないようにする必要があった。後記する実施例1の
実験結果からも、硬質砂岩砕石を用いた場合と比較し
て、未浸水の通常のセメントクリンカー骨材では13〜
21%程度、圧縮強度が向上する結果となったが、1日
以上浸水した通常のセメントクリンカー骨材では、ほと
んど圧縮強度の向上は見られなくなった。ところが、本
発明に使用するエコセメントクリンカー骨材は、未浸水
の場合ではもちろん、1日浸水したクリンカーを用いた
場合10〜22%、28日間浸水した場合でも9〜13
%強度が向上し、練り混ぜ前の浸水による影響が著しく
改善されている。
【0011】エコセメントクリンカーを骨材として使用
したコンクリート構造物は、耐用年数を過ぎたり、不要
になったりして処分する場合でも、そのままセメント原
料の一部としてキルンで焼成すれば、再度エコセメント
クリンカーとなり、リサイクルすることができる。この
ことは環境保護と資源の有効利用の面から極めて意義の
あることである。
【0012】次に本発明を実施例および比較例により具
体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら
限定されるものではない。
【0013】実施例 1 本発明によるコンクリート用骨材、および従来の骨材の
物性についての試験を行った。試験方法は次のとおりで
ある。 密度及び吸水率 JIS A 1110「粗骨材の密度及び吸水率試験方
法」による。 加圧吸水率 (1)5〜13mmにふるい分けた試料(表面乾燥飽水
状態)1000gを、水が満たされた内径300mm、
高さ500mmの加圧容器内に入れ密封した。 (2)容器内の水圧が3.5MPaとなるように水を加
圧させて、加圧による骨材吸水量より、加圧吸水率を算
出した。 安定性 JIS A 1122「硫酸ナトリウムによる骨材の安定性試験方
法」による すりへり減量 JIS A 1121「ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへ
り試験方法」による BS破砕試験 BS812-Part110 BS(British Standard) 812:Testing Aggrements Part110:Methods for determination of aggregate cr
ushing value(ACV) による。ただし、13〜20mmでふるい分けた試料
を、破砕後、2.5mmふるいを用いて、その質量通過
率より、破砕値を算出した。試験結果を表1に示す。ま
た、用いたエコセメントクリンカーおよび普通ポルトラ
ンドセメントクリンカーの鉱物組成を表2に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】実施例 2 (クリンカーの浸水日数による圧縮強度への影響)次の
表3の材料と表4の配合により、本発明のエコセメント
クリンカー、比較品としての硬質砂岩砕石、普通ポルト
ランドセメントを使用して、JIS A1108により
圧縮強度の試験を行った。結果を表5に示す。なお、エ
コセメントクリンカー及び普通ポルトランドセメントク
リンカーは、それぞれ未浸水のもの、1日間浸水したも
の、28日間浸水したものの3種類を用意した。
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】この表からわかるように、未浸水の場合は
普通セメントクリンカーを用いても、硬質砂岩砕石での
場合に比べ、13〜21%圧縮強度が向上している。し
かし、1日以上浸水させた普通セメントクリンカーを用
いた場合では、圧縮強度の向上効果は得られなくなって
いる。これに対して、本発明品であるエコセメントクリ
ンカーを用いた場合は、同じく圧縮強度が13〜21%
向上している。さらに、28日間浸水した場合でも、9
〜13%も向上する効果が見られた。このことから、従
来、通常のセメントクリンカー骨材では、保管や移動の
際、雨や水がかからないようにする必要があったが、エ
コセメントクリンカー骨材では、その必要がないことが
わかる。
【0021】実施例 3 (エコセメントクリンカー骨材使用による、曲げ強度の
向上およびより高強度における優位性)以下の表6に示
す材料により、表7、表8の配合でコンクリートを製造
し、JIS A 1108による圧縮強度及びJIS A
1106による曲げ強度を測定した。結果を表9に示
す。
【0022】
【表6】
【0023】
【表7】
【0024】
【表8】
【0025】
【表9】
【0026】この表から見られるように、本発明品であ
るエコセメントクリンカー骨材を用いると、あらかじめ
1日間浸水させた場合でも、硬質砂岩砕石での場合に比
べ、圧縮強度は10〜12%向上したが、曲げ強度では
14〜22%向上した。そして、この強度の増加は、圧
縮・曲げ強度とも、水セメント比W/Cが小さい場合
(ここではW/C60%より40%)、すなわち強度レ
ベルが高い場合に、この傾向はより顕著になる。
【0027】実施例 4 (エコセメントクリンカー骨材使用による、ポーラスコ
ンクリートの曲げ強度向上)次に、表10の材料を使用
して、表11の配合によりポーラスコンクリートを製造
し、JIS A 1106による曲げ強度の向上を測定し
た。なお、粗骨材は実施例3のものと同じものを用い
た。結果を表12に示す。
【0028】
【表10】
【0029】
【表11】
【0030】
【表12】
【0031】上記の表から見られるように、エコセメン
トクリンカー骨材をポーラスコンクリートに適用する
と、材齢28日での曲げ強度が、硬質砂岩砕石での場合
と比べ28%も向上した。これは、実施例2での結果と
比べても、強度の向上の割合がさらに増加しており、エ
コセメントクリンカー骨材が、コンクリートで使用する
中でも、とりわけポーラスコンクリートで使用するのに
適していることが判る。
【0032】実施例 5 (エコセメントクリンカーを骨材として使用したコンク
リートからのリサイクル)以下の実施例においては、
本発明のエコセメントコンクリート骨材を使用して、通
常のセメントと配合してコンクリートを製造し、これ
を粉砕、焼成して再びセメントクリンカーとし、これ
をセメントとして再びコンクリートとして再利用するこ
との可能性を実証した。
【0033】まず最初に、エコセメントクリンカーをセ
メントにした場合の性状を確認しておく。エコセメント
クリンカーに二水石膏を約8%程度添加して、チューブ
型粉砕ミル(仕上げミル1067mmφ×1082mm
L)にて混合粉砕し、エコセメントとした。表13にエ
コセメントの化学分析結果を、表14に物理試験結果を
示す。
【0034】
【表13】
【0035】
【表14】
【0036】 以下の表15の材料で、エコセメント
クリンカー粗骨材を用いたコンクリート(普通セメント
使用)を作製した。
【0037】
【表15】
【0038】上記表15の使用材料をW/C60.0%
で配合しコンクリートとした。その性状は表16のとお
りである。
【0039】
【表16】
【0040】 上記で製造したコンクリートを粉砕
し、これに、その他のセメント原材料を加え焼成してエ
コセメントクリンカーを再生する。エコセメントクリン
カー使用コンクリート粉 約100kgに石灰石微粉
(粉末度約4500cm2/g)約50kgを加えて9
0μm残分が約5〜10%程度となるようチューブ型粉
砕ミル(原料ミル1067mmφ×1082mmL)に
て微粉砕して調合原料を作成後、ロータリーキルン(3
70mmφ×3200mmL)を用いて最高温度約13
50℃にてエコセメントクリンカーを焼成した。再生エ
コセメントクリンカーを粉砕し、これに二水石膏を約8
%程度添加し、チューブ型粉砕ミル(仕上げミル)にて
混合粉砕しエコセメントとした。表17に再生エコセメ
ントの化学分析結果を、表18に物理試験結果を示す。
【0041】
【表17】
【0042】
【表18】
【0043】上記の表17及び表18を見ると、最初に
エコセメントクリンカーをセメントにした場合の性状で
ある表13及び表14の値と殆ど変化のないことが判
る。
【0044】 再生エコセメントクリンカー粗骨材を
用いて、上記と同一条件でコンクリート(普通セメン
ト使用)を作製し、製造されたコンクリートの性状を評
価する。結果を表17に示す。
【0045】
【表19】
【0046】上記の表19から見られるように、本発明
のエコセメントクリンカー骨材を使用して製造されたコ
ンクリートは、その使用後も再びリサイクルして、十分
再利用されることが判る。
【0047】
【発明の効果】本発明のエコセメントクリンカー骨材
は、上記のように構成したので、これをセメントと配合
してコンクリートとすると、優れた圧縮強度ならびに曲
げ強度を示し、またクリンカーの浸水による強度低下も
少なく、さらにポーラスコンクリートとした場合におけ
る強度に優れている。また、本発明のエコセメントクリ
ンカー骨材を使用したコンクリートは、耐用年数を経て
廃棄処分される際にも、これを焼成すれば再びセメント
クリンカーとして再利用することができ、資源の有効利
用、環境の保護の面からも極めて望ましいものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北條 泰秀 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 4G012 PA03 PA04 PA25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種
    以上を原料としてなる焼成物であって、C117CaC
    2、C117CaF2、C3Aの一種以上を10〜40重
    量%、及びC2S、C3Sの一種以上を含み、かつ吸水率
    が3.5%以下であることを特徴とするコンクリート用
    骨材。
  2. 【請求項2】 都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種
    以上を原料として含む被焼成物をロータリーキルンで1
    300〜1450℃の範囲の温度で焼成することを特徴
    とする、請求項1に記載のコンクリート用骨材の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のコンクリート用骨材を
    用いてなるコンクリート。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のコンクリート用骨材を
    用いてなる透水性または排水性のコンクリート。
JP2001083769A 2001-03-22 2001-03-22 循環利用型コンクリート用骨材 Withdrawn JP2002274905A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012077452A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 路盤改良工法
JP2021147276A (ja) * 2020-03-19 2021-09-27 太平洋セメント株式会社 コンクリート組成物
JP2021155252A (ja) * 2020-03-26 2021-10-07 太平洋セメント株式会社 水硬性硬化体用材料、水硬性硬化体用材料の製造方法、及びセメント硬化体の製造方法
JP2021155306A (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 太平洋セメント株式会社 クリンカ細骨材の製造方法、及びセメントクリンカの製造方法

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