JP2009000606A - コンクリート廃材再生装置および再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無加熱、乾式で、かつ元の骨材をそのまま得ることができるコンクリート廃材再生装置および再生方法を提供する。
【解決手段】 放射状に固着される複数枚のブレードを有する回転部と、回転部の周囲に設けられる山型の固定衝撃体とを備える破砕手段４００と、一方向に回転する円筒形のシェルと、シェルの内部に偏心して配設されシェルと逆方向に回転するローターとを備える磨砕手段７００と、微粉を選別するための風力を発生するブロワを備える選別手段９００と、を備えるコンクリート廃材再生装置であって、破砕手段４００において、コンクリート廃材を衝突作用により一定粒径以下に破砕し、かつ骨材表面のセメントを剥離させ、磨砕手段７００において、コンクリート廃材相互の揉み擦り作用により骨材表面のセメントをさらに剥離させ、かつ骨材を整粒し、選別手段９００において、粗骨材、細骨材、セメントおよび微粉を選別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリート廃材を骨材として再生する装置および方法に関する。

ビルや橋梁などのコンクリート建築物を解体した際には、大量のコンクリート廃材が発生する。コンクリートは、セメントに骨材である砂や砂利を混ぜて水で練ったものであり、これらの骨材は再利用されることが望ましい。一般に、これらのコンクリート廃材は破砕機によって粒径４０ｍｍ以下に破砕され、ＲＣ４０とよばれる再生骨材として道路の路盤材などに使用される。しかし、コンクリート廃材を破砕しただけでは、得られた骨材の表面にセメントが付着しており、再びコンクリートの骨材として用いても強度に劣り、路盤材と比較してより高い強度を要するビルなどの構造材として用いることはできなかった。路盤材としての需要にも限度があり、とくに近年、高度経済成長期に建設されたコンクリート建築物がその耐用年数を迎え、次々に解体されていることから、大量に発生するコンクリート廃材の再利用方法の確立が課題となっている。

コンクリート廃材を有効に再利用するためには、骨材からセメントをできる限り分離し、さらに粗骨材（粒径がおおよそ５ｍｍ以上のもの）と細骨材（粒径がおおよそ５ｍｍ以下のもの）とに選別する必要がある。破砕処理の時間を長くしたり、その装置の能力を高くしたりすれば、セメントの分離率は高められるが、骨材そのものも粉砕され、歩留まりは低下する。また、セメントは加熱により脆くなることから、破砕処理の前後に加熱処理を行う方法もあるが、加熱することで骨材の結晶構造が変化して強度が低下する可能性があり、また、大量のコンクリート廃材を加熱するには大規模な設備が必要となり、費用が高くなる点も問題である。

そこで、文献１および文献２において、骨材そのものを過粉砕せず、かつ加熱することなく骨材からセメントを分離するコンクリート廃材の処理方法が提案されている。これらはいずれも、コンクリート廃材に対して複数回の破砕（磨鉱）処理を行い、骨材からセメント（モルタル）を分離し、粗骨材と細骨材とに選別するものである。
特開２００６−３０６６７９号公報 特開２００４−４１８５９号公報

しかしながら、文献１の発明は、二つの磨鉱機がコンクリート廃材とともに水を導入する湿式のものであり、また比重選別装置も水槽内にコンクリート廃材を投入するものである。このように水を用いる方法では、セメントから六価クロムが溶出し、排水処理にかかる費用が高くなるという問題がある。また、文献２の発明は、水を導入しない乾式のものであり、過粉砕させないことを目的としているものの、破砕作用を伴うボールミルを用いているため、元の骨材がある程度粉砕されてしまうことは避けられない。また、別の実施例においてボールミルの代わりにロッドスクラバーを用いており、揉み擦りによる磨鉱作用を用いたとの記載があるが、シェルの回転によりロッドが持ち上げられ、落下する構造である以上、こちらも元の骨材がある程度粉砕されてしまうことは否めない。

本発明は、上記事情を鑑みたものであり、無加熱、乾式で、かつ元の骨材をそのまま得ることができるコンクリート廃材再生装置および再生方法を提供することを目的とする。

本発明のうち請求項１の発明は、コンクリート廃材から粗骨材および細骨材を再生するコンクリート廃材再生装置であって、回転部と、該回転部の上部および側部に前記回転部と離間して設けられる山型の固定衝撃体と、を備え、前記回転部が、水平回転軸と、該水平回転軸に取り付けられた円盤状の後側板と、該後側板に対向して配置され、中心部に開口部を有する円盤状の前側板と、前記後側板および前記前側板との間に、放射状に固着される複数枚のブレードと、を具備する破砕手段と、一方向に回転する円筒形のシェルと、該シェルの内部に偏心して配設され、該シェルと逆方向に回転するローターと、前記シェルの内面に形成される山型のライナーと、前記ローターの表面に形成される凹凸状のエッジと、を備える磨砕手段と、微粉を選別するための風力を発生するブロワを備える選別手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、コンクリート廃材から粗骨材および細骨材を再生するコンクリート廃材再生方法であって、回転部と、該回転部の上部および側部に前記回転部と離間して設けられる山型の固定衝撃体と、を備え、前記回転部が、水平回転軸と、該水平回転軸に取り付けられた円盤状の後側板と、該後側板に対向して配置され、中心部に開口部を有する円盤状の前側板と、前記後側板および前記前側板との間に、放射状に固着される複数枚のブレードと、を具備する破砕手段により、投入されたコンクリート廃材を一定粒径以下に破砕し、かつ骨材表面に付着しているセメントの一部を剥離させる破砕工程と、一方向に回転する円筒形のシェルと、該シェルの内部に偏心して配設され、該シェルと逆方向に回転するローターと、前記シェルの内面に形成される山型のライナーと、前記ローターの表面に形成される凹凸状のエッジと、を備える磨砕手段により、前記破砕工程によって一定粒径以下に破砕されたコンクリート廃材について、相互の揉み擦り作用により骨材表面に付着しているセメントをさらに剥離させる磨砕工程と、微粉を選別するための風力を発生するブロワを備える選別手段により、微粉を除去するとともに、コンクリート廃材を細骨材とセメントとに選別する選別工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、破砕手段および磨砕手段による二度の処理によって、コンクリート廃材を、極めて効率的に元の粗骨材および細骨材へと再生することができる。この際、加熱を必要としないので、骨材そのものを劣化させることがない。また、水を導入しない乾式のものであるので、排水処理も必要ない。破砕手段は、投入されたコンクリート廃材を、ブレードと固定衝撃体に衝突させることで一定粒径以下に破砕するものであるが、回転部の回転速度を調整することにより過粉砕を防ぐことができる。また、回転部が、円盤状の前側板および後側板にブレードを固着しただけのものであるので、コンクリート廃材が一か所に滞留することがなく、捻転や摩滅の作用を受けないので、微粉の発生を少量に抑制できる。一方、磨砕手段においては、コンクリート廃材相互の揉み擦り作用により、粗骨材および細骨材の表面に付着したセメントが剥離され、さらに、衝突作用や棒材との混合落下による破砕では困難であった整粒が可能となり、コンクリート廃材の角が丸められ、川砂利と同等の品質を得ることができる。また、選別手段は、風力により微粉を選別するものであり、高い精度で余分な微粉を選別することができる。

本発明のコンクリート廃材再生装置の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。本発明のコンクリート廃材再生装置は、図１に示すように、原石ホッパー１００と、ジョークラッシャー２００と、第一磁選機３００と、破砕手段４００と、第二磁選機５００と、第一スクリーン６００と、磨砕手段７００と、第二スクリーン８００と、選別手段９００と、を備える。

原石ホッパー１００は、コンクリート建築物を解体するなどして発生したコンクリート廃材（砕石）Ｃを貯留する。また、ジョークラッシャー２００は、固定板と、固定板に対して往復運動する可動板の間に砕石を挟み込み、圧縮して破砕する。さらに、第一磁選機３００および第二磁選機５００は、ベルトコンベア上を移動する砕石から、磁石の力により鉄分を除去する。また、第一スクリーン６００および第二スクリーン８００は、一般的な振動スクリーンである。さらに、選別手段９００は、傾斜したデッキの振動とブロワの風力により、対象を比重の差で選別する比重選別機である。

破砕手段４００は、図２に示される。（ａ）は側面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面を表示した斜視図である。基板４５０上に、回転部４１０等が収容される筐体４４０と、駆動装置４６０とが備えられる。回転部４１０は、円盤状の後側板４１２と、後側板４１２と同じ大きさの円盤状で、中心部に円形の開口部４１４を有する前側板４１３と、後側板４１２および前側板４１３の間に放射状に固着される１０枚のブレード４１５と、を具備し、後側板４１２は水平回転軸４１１を介して駆動装置４６０と接続されている。また、筐体４４０の内側で、回転部４１０の上部および側部に対向する部分には、回転部４１０と離間して、山型の固定衝撃体４２０が設けられる。さらに、回転部４１０の下部には、複数の通過孔４３１（図２（ｂ）には一部のみ表示）を有する底板４３０が設けられる。そして、筐体４４０の外側には、回転部４１０の開口部４１４に対応する位置に投入口４７０が設けられ、また、基板４５０の、底板４３０の下方に当たる位置には、排出口４５１が設けられる。なお、駆動装置４６０は、一般的な電動機等からなる。

磨砕手段７００は、図３に示される。（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。基板７５０上に、円筒形のシェル７１０が備えられる。シェル７１０の表面には凸状のガイドレール７３５が円周方向に形成され、このガイドレール７３５が、基板７５０上に設けられた支持輪７３０に接して、シェル７１０が支持されている。また、基板７５０上にはシェル駆動装置７４０が設けられ、シェル７１０を回転駆動させる。さらに、シェル７１０の内側面には、山型のライナー７１５が螺旋状に形成されている。また、シェル７１０の内部には、シェル７１０の中心に対して偏心した位置に、円筒形状のローター７２０が設けられる。ローター７２０はその両端がシェル７１０の外側で支持され（図３において手前側の支持部は省略している）、ローター駆動装置７６０により、シェル７１０とは反対方向に回転駆動される。また、ローター７２０の表面には凹凸状のエッジ７２５が形成される。シェル７１０の一端には、砕石を投入するための投入口７７０が設けられ、また、シェル７１０の他端には円環状の調節板７８０が設けられており、この調節板７８０を大きくするほど、砕石はシェル７１０の中に長く滞留し、長時間処理作用を受ける。砕石はシェル７１０の他端から、基板７５０に設けられた排出口７５１を通り、下方へ排出される。なお、シェル駆動装置７４０およびローター駆動装置７６０は、一般的な電動機等からなる。

次に、本発明のコンクリート廃材再生装置によるコンクリート廃材の処理の流れを説明する。コンクリート建築物を解体するなどして発生したコンクリート廃材（砕石）Ｃは、まず原石ホッパー１００に貯留される。砕石は、一般に３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度の大きさで、各所の解体現場などから持ち寄られたものであるから、その質はまちまちであり、鉄筋などの不純物も混入している。

原石ホッパー１００に貯留された砕石は、続いてジョークラッシャー２００に投入され破砕される。この破砕は、後続の破砕手段４００により処理が可能な程度に砕石を小さくするためのものであり、砕石は１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の大きさにまで破砕される。

その後、砕石はベルトコンベアにより運ばれる過程で、第一磁選機３００により鉄筋などの鉄分１４００が除去される。砕石に金属が混入したままでは、再生骨材の品質が低下し、また後続の処理装置に損傷を与えるおそれもあるため、本第一磁選機３００により鉄分を除去するものである。

続いて、砕石は破砕手段４００により、破砕処理される。破砕手段４００に投入された砕石は、回転するブレード４１５と、固定衝撃体４２０とに繰り返し衝突することで破砕されるため、捻転や摩減作用を受けず、微粉等が発生しない。そして、回転部４１０の回転速度を調整して衝突作用の強さを加減することで、砕石表面の柔らかいセメントのみをある程度剥離させ、硬い骨材をそのままの形で残すことができる。また、破砕手段４００の構造上、砕石が滞留する箇所がなく、速やかに排出口４５１から排出されるため、過粉砕されることがない。

破砕手段４００により破砕された砕石は、第二磁選機５００により再度鉄分１４００を除去する処理が行われる。第二磁選機５００は、第一磁選機３００と同じものであるが、破砕手段４００により砕石が細かく破砕された後に再び磁選処理を行うことで、より細かい鉄分まで除去することができる。

続いて、砕石は第一スクリーン６００により、４０ｍｍを基準に選別される。粒径が４０ｍｍより大きな砕石は、再び破砕手段４００へ送られ、粒径が４０ｍｍ以下になるまで繰り返し破砕処理される。粒径が４０ｍｍ以下の砕石は、次の磨砕手段７００へ送られる。また、砕石の流路の途中に切替器Ｓを設け、４０ｍｍ以下に破砕された砕石をそのまま骨材１０００（ＲＣ４０）として取り出してもよい。

第一スクリーン６００で４０ｍｍ以下に選別された砕石は、磨砕手段７００により磨砕処理される。磨砕手段７００においては、図４に示すように、山型のライナー７１５を備えるシェル７１０と、凹凸状のエッジ７２５を備えるローター７２０とが反対方向に回転することで、砕石Ｃをシェル７１０とローター７２０の間隙の狭い部分に密集させ、集中的に強い圧力Ｐが加えられる。また、シェル７１０に設けられる山型のライナー７１５と、ローター７２０に設けられる凹凸状のエッジ７２５とに、それぞれ砕石Ｃが噛み込むことで、シェル７１０の内部で砕石Ｃが滑ることなく確実に砕石同士の揉み擦り作用が働く。このように、砕石Ｃに強い圧力Ｐが加えられ、また砕石Ｃに含まれる骨材相互の揉み擦り作用が働くことによって、破砕手段４００で剥離できなかった骨材表面のセメントが剥離され、さらに骨材の角が丸められ、川砂利と同等の品質を得ることができる。

磨砕手段７００により磨砕処理された砕石は、第二スクリーン８００により２０ｍｍおよび５ｍｍを基準に選別される。粒径が２０ｍｍより大きな砕石は、再び磨砕手段７００へ送られ、粒径が２０ｍｍ以下になるまで繰り返し磨砕処理される。粒径が５ｍｍより大きく２０ｍｍ以下の砕石は、粗骨材１１００（ＲＣ２０−０５）として取り出される。粒径が５ｍｍ以下の砕石は、次の選別手段９００へ送られる。

第二スクリーン８００で５ｍｍ以下に選別された砕石は、選別手段９００によりさらに選別される。当該砕石は、砂と、セメントと、微粉が混ざったものであるので、ブロワの風力により微粉を吹き飛ばし、デッキの振動により比重の小さいセメントと比重の大きい砂とを選別するものである。微粉は、集塵機９５０により収集され、セメント１３００および砂はそれぞれ取り出される。砂は細骨材１２００（ＲＣ０５）となる。

以上のように、コンクリート廃材は、本再生装置によって、粒径２０ｍｍ〜５ｍｍの粗骨材と、粒径５ｍｍ以下の細骨材と、セメントとに選別される。実際に本再生装置によりコンクリート廃材を処理した結果、細骨材の組成比率は、セメント１９％、アスファルト１％、骨材８０％であった（すべて重量比、以下同じ）。一般的なコンクリートにおいて、細骨材に付着しているセメントは４２％程度と見積もられることから（水セメント比が０．５の場合）、付着していたセメントの７割近くを剥離できたことになる。なお、本再生装置のうち、磨砕手段による処理を飛ばして選別された細骨材について、手作業で揉み擦りを行いさらに選別したところ、細骨材の組成比率は、セメント１４％、アスファルト１％、骨材８５％となった。この揉み擦り処理は、乳鉢を用い、骨材をつぶさないように力を加減しながら２０分程度の時間をかけて行ったものであり、骨材をつぶさずにセメントを剥離させる処理としてはこの程度の比率を得るのが限界であると考えられる。よって、本発明の再生装置による処理は、機械による大量処理でありながら、手作業による処理の限界に近い効果を得られるものであり、コンクリート廃材の再生・再利用に大きく貢献するものである。

本発明のコンクリート廃材再生装置および再生方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各構成要素は、同等の効果を発揮する限りにおいて異なるものに置き換えられる。また、構成要素の一部を省略するものであってもよい。

本発明のコンクリート廃材再生装置の模式図。 破砕手段を示す側面図および斜視図。 磨砕手段を示す正面図および斜視図。 磨砕手段の作用を説明する模式図。

符号の説明

４００ 破砕手段
４１０ 回転部
４１１ 水平回転軸
４１２ 後側板
４１３ 前側板
４１４ 開口部
４１５ ブレード
４２０ 固定衝撃体
７００ 磨砕手段
７１０ シェル
７１５ ライナー
７２０ ローター
７２５ エッジ
９００ 選別手段

Claims (2)

1. コンクリート廃材から粗骨材および細骨材を再生するコンクリート廃材再生装置であって、
   回転部（４１０）と、該回転部（４１０）の上部および側部に前記回転部（４１０）と離間して設けられる山型の固定衝撃体（４２０）と、を備え、前記回転部（４１０）が、水平回転軸（４１１）と、該水平回転軸（４１１）に取り付けられた円盤状の後側板（４１２）と、該後側板（４１２）に対向して配置され、中心部に開口部（４１４）を有する円盤状の前側板（４１３）と、前記後側板（４１２）および前記前側板（４１３）との間に、放射状に固着される複数枚のブレード（４１５）と、を具備する破砕手段（４００）と、
   一方向に回転する円筒形のシェル（７１０）と、該シェル（７１０）の内部に偏心して配設され、該シェル（７１０）と逆方向に回転するローター（７２０）と、前記シェル（７１０）の内面に形成される山型のライナー（７１５）と、前記ローター（７２０）の表面に形成される凹凸状のエッジ（７２５）と、を備える磨砕手段（７００）と、
   微粉を選別するための風力を発生するブロワを備える選別手段（９００）と、
   を備えることを特徴とするコンクリート廃材再生装置。
2. コンクリート廃材から粗骨材および細骨材を再生するコンクリート廃材再生方法であって、
   回転部（４１０）と、該回転部（４１０）の上部および側部に前記回転部（４１０）と離間して設けられる山型の固定衝撃体（４２０）と、を備え、前記回転部（４１０）が、水平回転軸（４１１）と、該水平回転軸（４１１）に取り付けられた円盤状の後側板（４１２）と、該後側板（４１２）に対向して配置され、中心部に開口部（４１４）を有する円盤状の前側板（４１３）と、前記後側板（４１２）および前記前側板（４１３）との間に、放射状に固着される複数枚のブレード（４１５）と、を具備する破砕手段（４００）により、投入されたコンクリート廃材を一定粒径以下に破砕し、かつ骨材表面に付着しているセメントの一部を剥離させる破砕工程と、
   一方向に回転する円筒形のシェル（７１０）と、該シェル（７１０）の内部に偏心して配設され、該シェル（７１０）と逆方向に回転するローター（７２０）と、前記シェル（７１０）の内面に形成される山型のライナー（７１５）と、前記ローター（７２０）の表面に形成される凹凸状のエッジ（７２５）と、を備える磨砕手段（７００）により、前記破砕工程によって一定粒径以下に破砕されたコンクリート廃材について、相互の揉み擦り作用により骨材表面に付着しているセメントをさらに剥離させる磨砕工程と、
   微粉を選別するための風力を発生するブロワを備える選別手段（９００）により、微粉を除去するとともに、コンクリート廃材を細骨材とセメントとに選別する選別工程と、
   を備えることを特徴とするコンクリート廃材再生方法。

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