JP2006104020A - ガラス片を含むセメント混合物 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な処理で粉砕時に生じる鋭利な部分を除去したガラス片を用い、これをコンクリート又はモルタルの骨材としたセメント混合物を安価で使いやすい状態で提供する。
【解決手段】 粉砕されたガラス片と、乾燥状態の砂又は砂利と、セメントとをミキサに投入し、これらを混合攪拌して、砂又は砂利とガラス片とを摺り合わせる。これにより、ガラス廃材の粉砕時に生じたガラス片の鋭利な部分を除去し、このガラス片と砂又は砂利とセメントとが混合された状態とする。これらの混合物に適量の水を加えることによってモルタル又はコンクリートとして用いることができる。また、ガラス片が混合されていても安全で取り扱いが容易となり、左官工事や園芸・造園等に広く利用が促進される。また、セメントとして高炉セメントを用い、ガラス片の占める割合を規制することによってアルカリ骨材反応による膨張を抑止することができる。
【選択図】 図１

Description

本願に係る発明は、乾燥状態の骨材とセメントとの混合物であって、適量の水を加えるだけでモルタル又はコンクリートとして用いることができるセメント混合物に係り、特に骨材としてガラス片を用いるセメント混合物に関するものである。

ガラス瓶等のガラス製品は、使用後に回収し、洗浄して再利用されたり、一旦粉砕してガラスカレットとし、新たなガラス製品として再生することが行われている。しかし、大量に生じるガラス廃材は、全てガラス製品として再利用するすることができず、回収されても利用できずに放置されているものが多い。これらのガラス廃材を産業廃棄物として受け入れることができる処分場も減少しており、ガラス廃材の有効な用途が求められている。

ガラス廃材の用途として、コンクリートやモルタルの骨材として用いることが提案されている。しかし、骨材として用いるためには、次のような問題点がある。
第１の問題点は、ガラスはアルカリ性であるセメントと徐々に反応して膨張性の物質を生成する、いわゆるアルカリ骨材反応を引き起こす。このため、コンクリート又はモルタルが劣化する。
第２の問題点は、ガラス廃材を粉砕して骨材にすると、表面に鋭利に尖った部分が生じ、取り扱いが難しくなる。このため、用途も限られたものとなってしまう。

第１の問題点を解決しようとする手段は、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されており、セメントとしてガラスと反応し難いものを選択している。また、第２の問題点に対しては、例えば特許文献３及び特許文献４にガラス片の鋭利な部分を鈍化させる手段が記載されている。
特許文献３に記載の技術は、粉砕したガラス片を加熱し、尖った部分を溶融して鈍化させるものである。また、特許文献４に記載の技術は、破砕されたガラス片を移動する打撃ピンに衝突させて、粉砕研磨するものである。
特開平１１−１９９２９４号公報 特開２００３−１３７６３８号公報 特開２００１−２５７２５号公報 特開２００１−２３２２２４号公報

しかしながら、ガラス片の表面に生じている鋭利な部分を除去又は鈍化させる上記従来技術では、次のような問題点がある。
特許文献３に記載のように、加熱溶融して鋭利な部分を鈍化する技術では、加熱のために多大なエネルギーを使用することになる。このため、鋭利な部分を除去するために多くの費用と設備が必要となる。また、特許文献４に記載の技術では、打撃ピンに衝突するガラス片の量は少なく、多くのガラス片について処理を行うには長い時間が必要となり、処理費用も多大となってしまう。
このように処理費用が多く必要になると、ガラス廃材を使用することが経済的に難しくなり、使用が促進されない。また、アルカリ骨材反応に対する懸念もあって、ガラス廃材を重要な構造物等に使用することが躊躇されることも、ガラス廃材の利用促進の障害となっている。

本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な処理で粉砕時に生じる鋭利な部分を除去したガラス片を用い、これをコンクリート又はモルタルの骨材としたセメント混合物を安価で使いやすい状態で提供して、ガラス廃材の利用を促進することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 少なくとも粉砕されたガラス片と、乾燥状態の砂又は砂利と、セメントとが混合されたセメント混合物であって、前記ガラス片は、上記砂又は砂利と混合された状態で攪拌されることにより、粉砕時に生じた鋭利な部分が鈍化されているセメント混合物を提供する。

このセメント混合物では、乾燥状態の砂又は砂利がガラス片と混合して攪拌されることによって効率よく鋭利な部分が除去されている。つまり、ガラス片は混合されている砂又は砂利とともに攪拌されることで、繰り返し砂粒子又は石片と摺擦され、鋭利な部分が削り落とされる。砂粒子又は石片は、破砕されたガラス片より尖った部分は少なく、ガラス片の鋭利な部分と有効に摺り合わされ、表面はガラス片より粗くなっているので、ガラス片同士が摺り合わされる場合より効率よく鋭利な部分が除去される。

また、砂又は砂利とガラス片とが混合され、さらに適量のセメントが混合されていることによって、水を加えるだけでモルタル又はコンクリートとして使用することができる。したがって、袋等に密閉した状態にして販売すると、簡単にモルタル又はコンクリートとして使用することができ、ガラス片を含むものであっても誰でもが容易かつ安全に扱うことができる。したがって、左官作業や一般家庭における園芸、造園等の広汎な用途に適したものとなり、ガラス廃材の利用が促進される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のセメント混合物において、 前記ガラス片と砂又は砂利との合計量の内で、ガラス片の占める重量比を３０％以下とする。

骨材の中でガラス片の占める割合が３０％程度以下であると、高炉セメント等のアルカリ骨材反応が起こりにくいセメントを用いることによって、モルタル又はコンクリートの膨張を通常のモルタル又はコンクリートと同等にすることができる。したがって、ガラス片を含むものであっても、モルタル又はコンクリートがアルカリ骨材反応によって劣化するのを有効に防止することができる。また、ガラス片が３０％以下であると、ガラス片が砂又は砂利と効率よく摺り合わされ、短時間で鋭利な部分を除去することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のセメント混合物において、 前記ガラス片は、粒径が１．２ｍｍ以下に粉砕されたものとする。

ガラス片の粒径を１．２ｍｍ以下とすることにより、水を加えてモルタルとしたときに扱いやすく、良好な仕上げを行うことができる。そして、粒径が小さいことにより、砂と混合して鋭利な部分を除去するときに、強く攪拌しても新たに鋭利な部分が生じるような割れ方をしなくなり、砂又は砂利との混合攪拌によって効率よく鋭利な部分を除去することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のセメント混合物において、 前記砂又は砂利は、平均粒径がガラス片の平均粒径より大きいものとする。

砂又は砂利の粒径がガラス片より大きくなっていることにより、混合・攪拌したときにガラス片の粒子が砂又は砂利に効率よく擦りつけられ、鋭利な部分を有効に除去することが可能となる。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載のセメント混合物において、 前記砂は、呼び寸法が２．５ｍｍの篩を８０％以上通過する砕砂であるものとする。

上記のように粒径の小さい砂を、粒径が１．２ｍｍ以下のガラス片と混合して用いることにより、水を加えてモルタルとした時に、表面の仕上げが良好となる。また、ガラス片と砂との粒径の差が小さくなっていることにより、これらを均等に混合することができ、局部的にガラス片の密度が大きくなって、アルカリ骨材反応による膨張が生じるのを有効に防止することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載のセメント混合物において、 前記セメントが、高炉セメントであるものとする。

高炉セメントはアルカリ度が低く、ガラス片を骨材として用いたときにもアルカリ骨材反応が生じにくい。そして、ガラス片の混入量を全骨材の３０％以下に抑えるとともに、高炉セメントを用いることによって、ガラス片を骨材として用いたことによる影響が生じるのを抑制することができる。

以上説明したように、本願発明に係るセメント混合物では、ガラス廃材を粉砕したガラス片から鋭利な部分が簡単に除去されており、モルタル又はコンクリートとして使いやすい状態で、しかも安価で市場に提供することが可能になる。したがって、ガラス廃材を含むモルタル又はコンクリートの利用が促進される。

以下、本願に係る発明の一実施形態であるセメント混合物について説明する。
このセメント混合物は、粉砕されたガラス片と、乾燥状態の砂と、セメントとを含むものであり、これらの材料のみで構成されるものであってもよいし、これらの他に、骨材として砂利・礫等を混合してもよいし、乾燥状態の混和剤を混入してもよい。

上記ガラス片は、ガラス廃材を粉砕したものであり、粒径が１．２ｍｍ以下のものを用いる。上記砂は、ＪＩＳ Ａ ５００５に規定されている砕砂を用いており、呼び寸法が２．５ｍｍの篩を８０%以上が通過するものである。セメントは、高炉セメントのＢ種（ＪＩＳ Ｒ ５２１１）を用いている。これらの材料の混合割合は、重量比が、セメント：砂：ガラス片＝４：７：３となるように配合している。

これらの材料は、上記配合割合でモルタルミキサに同時に投入し、高速で攪拌混合を行ったものである。これによりガラス片が砕砂と摺擦され、ガラス片の鋭利に尖った部分が除去された状態となっている。上記ガラス片の尖った部分が除去された状態は、その円形度を基準として判断するものであり、円形度が０．７５以上とされている。円形度が０．７５以上であると、取り扱う者が素手で扱っても、危険がない状態となる。

なお、上記円形度は、次のように定められるものである。
図１に示すように、対象となるガラス粒子の形状を平面に投影し、この投影された形状Ａと等面積の円Ｂを、重心Ｏを一致させて重ね合わせる。そして、投影した形状Ａと等面積の円Ｂとが重なり合った部分の面積S1の投影した形状の全面積Ｕに対する比S1／Ｕを円形度とするものである。したがって、投影した形状が円形の場合に、円形度は１．０になる。

ガラス片の円形度は、砕砂とともに攪拌混合することによって鋭利な部分が除去されて上昇する。この上昇の状態を確認する実験を行った結果について、次に説明する。
上記実施の形態で用いたガラス片、砕砂、セメントをモルタルミキサーに投入し攪拌・混合を行って、攪拌する時間とガラス片の円形度の変化との関係を調査した結果を図２に示す。
粉砕したままの状態では、ガラス片の円形度が平均で０．６５程度となっており、９０秒の攪拌で、０．７５以上すなわち０．８に近い値となっている。また、モルタルミキサーに代えて、ＪＩＳ Ａ １１３８ に記載されている強制練りミキサ（強制２軸ミキサ）を用いたときには、円形度の変化は図３に示すように急速に上昇し、６０秒の攪拌・混合で円形度は０．７５以上となっている。このようにいずれのミキサを用いても短時間でガラス片の円形度は０．７５以上となり、取扱者が容易に取り扱う事ができる程度となる。

次に、砕砂との混合比について説明する。
ガラス片の占める割合が小さくなると、ガラス片の利用量が減少し、ガラス廃材の利用が進まない。したがって、できるだけ混合量を大きくするのが望ましいが、ガラス片の混合量が大きくなると、ガラス片の鋭利に尖った部分の除去効率が低下する。また、ガラス片の量が多くなるとアルカリ骨材反応の懸念が生じる。このため、ガラス片の量は、砕砂との合計量の３０％程度とするのが望ましい。ガラス片の混合割合を砕砂との合計量の３０％としたときに、高炉セメントを用いたモルタルの硬化後の伸び量を測定したところ、普通ポルトランドセメントと砕砂とを混合したモルタルと同等又はそれ以下の伸び量しか認められず、アルカリ骨材反応による影響は少ないと考えることができる。
なお、モルタルの伸び量の測定は、「骨材のアルカリシリカ反応性試験（ＪＩＳ Ａ １８０４）」に準じて行った。

以上に説明したセメント混合物は、混合攪拌して鋭利な部分を除去した後、そのまま乾燥状態で湿気を含まないように袋詰めにしておくことにより、使用者は適量の水を加えるだけでモルタルとして利用することができる。したがって、左官工事等モルタルを少量ずつ用いる業務や業務外で家庭におけるガーデニング・園芸等にも容易に使用することが可能になり、ガラス廃材を含むモルタルの利用可能性が広汎となり、利用が促進される。

ガラス粒子の円形度を説明する概念図である。 モルタルミキサを用いた混合時間とガラス片の円形度との関係を示す図である。 強制２軸ミキサを用いた混合時間とガラス片の円形度との関係を示す図である。

符号の説明

Ａ：ガラス片の投影した形状、 Ｂ：投影した形状と等面積の円

Claims (6)

1. 少なくとも粉砕されたガラス片と、乾燥状態の砂又は砂利と、セメントとが混合されたセメント混合物であって、前記ガラス片は、上記砂又は砂利と混合された状態で攪拌されることにより、粉砕時に生じた鋭利な部分が鈍化されていることを特徴とするセメント混合物。
2. 前記ガラス片と砂又は砂利との合計量の内で、ガラス片の占める重量比が３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混合物。
3. 前記ガラス片は、粒径が１．２ｍｍ以下に粉砕されたものであることを特徴とする請求項１に記載のセメント混合物。
4. 前記砂又は砂利は、平均粒径がガラス片の平均粒径より大きいものであることを特徴とする請求項１に記載のセメント混合物。
5. 前記砂は、呼び寸法が２．５ｍｍの篩を８０％以上通過する砕砂であることを特徴とする請求項３に記載のセメント混合物。
6. 前記セメントが、高炉セメントであることを特徴とする請求項１に記載のセメント混合物。

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