JP2005320442A

JP2005320442A - 廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005320442A
Application number: JP2004139827A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Takemoto; 喜昭竹本; Yasuhiro Kuroda; 泰弘黒田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】廃コンクリートを破砕処理して所定粒径の微粉末とし、さらに所定の処理を施すことにより、一定の水和自硬性能を有する地盤改良固化材を得る。
【解決手段】鉄筋コンクリート構造物等の解体により発生したコンクリート廃材に所定の破砕処理を施し、再生骨材とともに得られた微粉末を、所定温度で加熱材料温度が１００℃程度以上となるように加熱し、該微粉末内にアルミネート相（Ｃ₃Ａ）鉱物を再合成させることで、強度設定が比較的低い地盤改良固化材等の主固化材とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材及びその製造方法に係り、老朽化したり、改築のために解体された鉄筋コンクリート構造物等から分離して取り出されたコンクリート塊を破砕処理して所定粒径の微粉末とし、さらに所定の処理を施すことにより、一定の水和自硬性能を有する地盤改良固化材を製造する方法に関する。

高度経済成長期に建設されたコンクリート構造物が今後、更新時期を迎える。このため、解体された鉄筋コンクリート構造物等から分離して取り出されたコンクリート塊（以下、廃コンクリートと記す。）のリサイクル技術の確立が急務となっており、建築分野を中心として再生骨材の品質を天然骨材なみに高め、構造用骨材として一般のコンクリート構造に再利用するための開発が進められている。

各種の破砕処理装置によって高次処理を行って廃コンクリートから高品質の再生骨材を製造する際、付着したセメント水和物が取り除かれ、セメント硬化物を主体とする多量のコンクリート微粉末が発生する。したがって、廃コンクリートから製造される構造用再生骨材の普及展開にあたり、この二次副産物として発生する微粉末の各分野での再利用が課題であり、各種の適用例が提案されている。

出願人も、すでにコンクリート資源の有効循環利用を目的として廃コンクリートから高品質の再生骨材を製造可能な「加熱すりもみ法」を開発し、同方法によって得られた微粉末に対しては、地盤固化材料やその他の用途を視野に入れた再利用について検討を進めてきた（特許文献１）。

それと並行して、上述の微粉末の固化メカニズムをより正確に把握することにより、その再利用を高めるための研究も進めている。今までに、再生された微粉末が極めて高い粉末度を示すことと、微粉末中のＣａ（ＯＨ）₂量が、微粉末の自硬性（強度発現）に関係している点等について確認している（非特許文献１，非特許文献２）。

特開２００３−２０６５２７公報。内山伸・黒田泰弘：加熱すりもみ処理したコンクリート微粉末に関する研究（その1 微粉末の製造条件および基本特性），日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.379-380，２００３黒田泰弘・内山伸：加熱すりもみ処理したコンクリート微粉末に関する研究（その2 微粉末の自硬性に関する検討），日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.381-382，２００３

ところで、上述のように既往の研究において、廃コンクリートの微粉末を、主固化材としてのセメントに所定割合の混合比で添加した混合固化材として用いた場合、従来のセメント、あるいはセメント系固化材を用いた場合と同等の強度、剛性等が得えられることを確認してきたが、微粉末自体の地盤改良固化材としての利用可能性を確実にするためには、微粉末の再水和メカニズムに着目し、再水和をより促進するような微粉末の再生処理方法を確立し、安定した品質の地盤改良固化材を提供することが課題となっている。

この点について、出願人が進めた研究では、廃コンクリートの微粉末を所定温度だけ加熱処理することで、比較的低温の加熱処理で、クリンカーのアルミネート相（以下Ｃ₃Ａと記す。）の再合成が促進され、水和時にエトリンガイトを生成することが確認されている。エトリンガイトは安定な水和物相であり、Ｃ₃Ａの表面に針状結晶が長く伸びるため、比較的少量でも強度発現（低強度の）に寄与すると予想される。このように、微粉末のアルミネート相の再合成を図る点に着目した場合、強度設定が比較的低い地盤改良固化材等の主固化材として適用可能との知見を得た。

上記目的を達成するために、本発明はコンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末が、加熱処理により再合成したアルミネート相（Ｃ₃Ａ）を含有することを特徴とする。

このセメント組成物として、コンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末を、所定温度で加熱し、該微粉末内にアルミネート相（Ｃ₃Ａ）鉱物を再合成させることを特徴とする。

前記加熱処理は、材料温度が１００℃程度以上となるようにすることが好ましい。

本発明によれば、廃コンクリートの再生材料であって、湿った状態にある微粉末を比較的低温度で加熱することによって、再合成されるアルミネート相により、微粉末を地盤改良固化材として利用できるため、粉塵等の対策が不要な状態で保存、運搬が可能で、必要量を簡単な装置によって製造できる地盤改良固化材を提供できるという効果を奏する。

以下、本発明の廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材及びその製造方法の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

［微粉末の加熱処理］
再生骨材製造の最終段階で発生し、公知の乾式及び湿式分級機により収集された微粉末は、粒径０．６mm以下、比表面積５００cm²/g以上で、この微粉末は、図１に示した作業フローに基づいて脱水され、所定の硬化特性を有するセメント組成物として再生することができる。以下、そのセメント組成物の製造方法の一実施例について説明する。

上述した仕様に合致した廃コンクリート微粉末は、図示しない収容サイロから所定のロットで、あるいは連続的に加熱部１０に供給される。加熱部１０は、投入側に所定投入量を調整可能なホッパ１１が設けられた公知の加熱装置１２から構成されている。微粉末１は加熱装置１２で１００℃程度からそれをわずかに越える程度の温度まで加熱され、所定粒径に造粒され、装置下端の排出ホッパ１７から直接貯蔵タンク１８に収容される。

加熱装置１２としては、本実施例では、装置内部に、伝熱盤１３と、伝熱盤１３の表面に沿って中心回転軸１４回りに旋回するスクレーパ１５とを一組として、複数組が装置内の上下方向に多段に収容された竪型装置が使用されている。この加熱装置１２の上端の投入側のホッパ１１から供給された微粉末１は各段のスクレーパ１５によって段々と下層の伝熱盤１３に落下しながら乾燥・加熱される。このとき所定含水状態にある微粉末１はスクレーパにより転動しながら落下するため、最下段において、１００℃以上に加熱されるとともに、粒径（５〜１０mm程度）に造粒された形状となって下端排出ホッパ１７から排出され貯蔵タンク１８に収容される。

他の加熱装置としては、スクリューコンベアを搬送経路とし、その周囲を長手方向に所定範囲を均一温度に加熱可能な加熱装置を配置することも好ましい。スクリューコンベア内を通過する微粉末は、加熱装置によりコンベア内部で１００℃以上の温度になるように搬送される。また、温度管理が容易であれば、公知の汚泥乾燥装置のようなドラム撹拌構造の加熱装置も使用できる。
ることができる。

本発明の地盤改良固化材を製造する加熱工程では、必要な加熱温度は１００℃程度の比較的低い温度であるため、製造プラントとして固定施設を建設する必要はなく、移設可能な簡易構造のプラントとすることができる。特に車載型とすることにより、機動性が大きく向上する。

なお、原料として使用する微粉末は、加熱しなければ固まらないため、適度に湿った状態で保管することができ、含水状態であれば品質変化もなく、粉塵も発生しないため、在庫管理も容易である。また、含水状態であれば通常のダンプで輸送できる。

さらに、湿式比重選別で得た微粉末はセメント含有率が高く、含水状態にあるため、後工程において所定の加熱、脱水工程等を経て、セメント組成物の原料としても適用が可能である。

以下、微粉末の乾燥脱水によるアルミネート相（Ｃ₃Ａ）の再合成の効果確認について行った実験について説明する。
（破砕物の加熱処理）

普通ポルトランドセメントに対してＷ／Ｃ＝４０％セメントペーストを練り混ぜ、φ５０mm×１００mm の供試体試料を成型し、所定期間の養生後（２０℃水中で３０日、４０℃温水中で６０日養生）、４０℃恒温槽で１週間乾燥した後、ジョークラッシャで５mm程度以下に破砕し、粉砕物を非加熱，１００，３００℃の３ケースの温度設定条件で加熱処理（２時間）した。

（試験の内容）
(1)微粉末スラリー試料の作製
加熱処理した上記破砕物を、更に振動ミルを用いて、一定条件で微粉砕し、微粉末を製造した。これを用いて、ホバートミキサで微粉末スラリー（Ｗ／Ｐ＝７５％）を練り混ぜ、φ５０mm×１００mm の供試体を成型して、所定の材齢まで２０℃の恒温室で湿潤養生した。
(2)一軸圧縮試験
スラリー硬化体の一軸圧縮試験を、JIS A 1216（土の一軸圧縮試験方法）に準じて材齢２８日で行った。
(3)ＳＥＭ観察
走査電子顕微鏡を用いて二次電子線による観察を行い、水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ、ポルトランダイト等）の形態を調べた。

（試験結果）
一軸圧縮試験結果を、図２に示した。同図に示したように、非加熱では強度を発現しない微粉末が、加熱温度１００℃の加熱処理で、材齢３〜７日等の早期段階で強度発現している。

また、ＳＥＭ観察の観察像からもエトリンガイトの針状結晶が加熱処理温度１００〜４００℃の再水和試料で多く認められ、このとき４００℃以下の再水和物においてエトリンガイトの生成が確認できることから、１００〜４００℃で加熱処理された微粉末は、主に脱水したアルミネート相の再水和によって強度発現が実現することが確認された。これは、微粉末中のアルミネート相の水和物が比較的低い温度から分解し、再加水されたことにより、エトリンガイトが生成されたことによるものと考えられる。このとき生成されたエトリンガイトに着目した場合、生成量が比較的少なくても材料の要求強度が低強度であれば、十分に固化材として機能することが確認された。なお、圧縮強度試験結果から判断して、加熱温度３００℃においてもほぼ同様の強度増加傾向を示すことから、実用的な面から１００℃程度あるいはわずかに上回る温度での加熱を目安とすることが好ましい。

本発明の廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材の製造プロセスを模式的に示したブロック図。微粉末の加熱条件ごとの材齢と一軸圧縮強さとの関係を示したグラフ。

符号の説明

１微粉末
１０加熱部
１２加熱装置

Claims

コンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末が、加熱処理により再合成したアルミネート相（Ｃ₃Ａ）を含有することを特徴とする廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材。
コンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末を、所定温度で加熱し、該微粉末内にアルミネート相（Ｃ₃Ａ）鉱物を再合成させることを特徴とする廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材の製造方法。
前記加熱処理は、材料温度が１００℃程度以上となるように加熱されることを特徴とする請求項２に記載の廃コンクリート微粉末を用いた地盤改良固化材の製造方法。