JP2009013016A - 再生細骨材の吸水率を低減する設備及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する設備及び方法を提供すること。
【解決手段】コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材を、慣性円錐磨砕機３で磨砕し、慣性円錐磨砕機３から排出された磨砕物中の再生細骨材とセメント分微粒子とを分級し、再生細骨材を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する設備及び方法に関する。

建物の解体や改良・改築に伴い多量に発生する建築廃棄物のうち、コンクリート廃材は約４０％を占める。このコンクリート廃材の約５０％は道路舗装用路盤材や、埋め戻し材として再利用されているが、残りの５０％は廃棄されているのが実状である。

一方、コンクリートには大量の骨材が使用されるが、砂利、河川砂等の良質な天然骨材は採取が困難となってきており、骨材資源の枯渇問題解消とコンクリート廃材の有効利用の両面から、コンクリート廃材から、骨材を再生・回収し、粗骨材・細骨材として再利用することが検討されている。

コンクリート廃材から骨材を再生・回収するためには、コーンクラッシャ、ジョークラッシャ、ボールミル等の破砕機によってコンクリート廃材を破砕するという方法が従来より試みられている。しかし、この方法では、破砕機内に３０分以上滞留させ、摩擦粉砕を行わないと、ＪＩＳＡ５０２１ コンクリート用再生骨材Ｈに定められる品質規定のうち、最も重要な絶乾密度及び吸水率の基準（絶乾密度２．５ｋｇ／Ｌ以上、吸水率３．５％以下）を満たすのが困難であった。

これに対して、本願出願人は、特許文献１において、振動式破砕機の破砕媒体の充填率及び組合せを特定の条件とすることにより、絶乾密度及び吸水率の基準を満たす再生骨材を少ない動力で、かつ、確実に製造できる方法を開示した。

しかし、この方法で得られた再生骨材を精密に評価したところ、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材については吸水率の基準を満たさないものがあることがわかった。
特開２００６−１１１５２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する設備及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本願発明者が研究を行った結果、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材を慣性円錐磨砕機を使用して磨砕することによって、その吸水率を低減することができることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の再生細骨材の吸水率を低減する設備は、コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する設備であって、前記再生細骨材を磨砕する慣性円錐磨砕機と、この慣性円錐磨砕機から排出された磨砕物を受け入れて、この磨砕物中の再生細骨材とセメント分微粒子とを分級し、再生細骨材を得る分級機とを備え、前記慣性円錐磨砕機が、シェルと、このシェルに設けられた球面座支持体と、この球面座支持体に取り付けられた球面座と、この球面座に支承され、偏心しながら回転駆動される円錐ヘッドと、この円錐ヘッドに取り付けられたマントルと、このマントルに対向してシェルに取り付けられたコーンケーブと、マントルの下方に取り付けられたアンバランスウエイトとを備え、前記円錐ヘッドが球面座上を偏心しながら回転駆動されることにより、マントルとコーンケーブとの間で再生細骨材を磨砕するものである。

また、本発明の再生細骨材の吸水率を低減する方法は、コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する方法であって、前記再生細骨材を慣性円錐磨砕機によって磨砕する磨砕工程と、前記慣性円錐磨砕機から排出された磨砕物中の再生細骨材とセメント分微粒子とを分級し、再生細骨材を得る分級工程とを含み、前記慣性円錐磨砕機として、シェルと、このシェルに設けられた球面座支持体と、この球面座支持体に取り付けられた球面座と、この球面座に支承され、偏心しながら回転駆動される円錐ヘッドと、この円錐ヘッドに取り付けられたマントルと、このマントルに対向してシェルに取り付けられたコーンケーブと、マントルの下方に取り付けられたアンバランスウエイトとを備え、前記円錐ヘッドが球面座上を偏心しながら回転駆動されることにより、マントルとコーンケーブとの間で再生細骨材を磨砕するものを使用する。

本発明においては、前記分級機で得られた再生細骨材を前記慣性円錐磨砕機に戻す循環ラインを設け、前記磨砕工程及び前記分級工程を繰り返して行うことで、再生細骨材の吸水率を、要求される基準を満たすまで確実に低減することができる。また、前記磨砕工程及び前記分級工程の繰り返しの程度を調整することで、再生細骨材の吸水率等の品質が目的とする品質となるようにコントロールできる。

また、本発明においては、再生細骨材を慣性円錐磨砕機に投入する前段階で、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下、好ましくは粒径０．３ｍｍ以下の微粉を分級して除去する分級機構を設け、これによって磨砕工程の前に、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下、好ましくは粒径０．３ｍｍ以下の微粉を分級して除去するようにすることが好ましい。すなわち、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下、とくに粒径０．３ｍｍ以下の微粉には、セメント分微粒子が多く含まれ、慣性円錐磨砕機によって磨砕されると圧縮され、２〜１０ｍｍ程度の圧片（２次粒子）となる。本来、この圧片は磨砕工程後に分級機によってセメント微粒子側に除去したいものであるが、分級機では圧片のまま分級作用を受けるため、粗粒側の再生細骨材に混入し、吸収率を上昇させる（低下を妨げる）原因となる。したがって、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下の微粉は、これを磨砕工程前に除去することが好ましい。

ここで、本発明で使用する慣性円錐磨砕機は、マントルの下方にアンバランスウエイトを備えており、このアンバランスウエイトの調整及び円錐ヘッドの回転数の変更などで、磨砕力を容易に変更することができる。とくに円錐ヘッドの回転数の変更による磨砕力の調整は、インバータ制御の採用により、再生細骨材（被磨砕物）の性状に合わせ運転中に任意に行うことができるため、再生細骨材が過磨砕とならず、再生細骨材表面のセメント分のみを剥離することができる。すなわち、再生細骨材表面のセメント分のみを剥離可能な“ぎりぎり”の磨砕力に設定し高速回転で磨砕する（低い磨砕力で数多く磨砕する）ことで、再生細骨材表面のセメント分のみを効率的に剥離することができ、吸水率を低減することができる。

これに対して、例えばコーンクラッシャであれば、磨砕力の調整ができないため、通常の出口隙間では過磨砕となり、骨材部分まで磨砕してしまう。そこで過磨砕とならないよう出口隙間を広げる必要がある。出口隙間を広げると、その分通過速度が速くなり磨砕時間(磨砕機内滞留時間)が短くなり、磨砕される回数が少なる。なお、コーンクラッシャの通常の回転数は２５０ｍｉｎ^−１〜３００ｍｉｎ^−１であり、被磨砕物が磨砕中に受ける磨砕回数は、仮に磨砕時間（磨砕機内滞留時間）を１分とすると、２５０回〜３００回である。

本発明で使用する慣性円錐磨砕機の場合、上述のとおり磨砕力が調整できるため、低い磨砕力で出口隙間を小さくして通過速度を遅くし、磨砕時間(磨砕機内滞留時間)を長くすることができる。また、慣性円錐磨砕機の通常の回転数は８００ｍｉｎ^−１〜１１５０ｍｉｎ^−１とコーンクラッシャに比べ３〜４倍であり、被磨砕物が破砕中に受ける磨砕回数は、仮に破砕時間（磨砕機内滞留時間）を同じく１分とすると、コーンクラッシャの３〜４倍の８００〜１１５０回となる。

本発明によれば、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を確実かつ効率的に低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の再生細骨材の吸水率を低減する設備の設備構成を示す。

コンクリート廃材は粒径４０ｍｍ以下に予備破砕され、振動式破砕機１に連続的に投入される。振動破砕機１のドラム状の破砕室１ａ内には、ロッド径５０〜３０ｍｍ程度の大径破砕媒体ロッドとロッド径３０未満〜１９ｍｍ程度の小径破砕媒体ロッドの２種類が充填されており、この破砕室１ａを加振機により振動させることにより骨材表面に付着したセメント分が剥離し、かつ骨材の大きさは粒径２５ｍｍ以下程度に破砕され、排出口１ｂから排出される。排出口１ｂからは分級用空気が導入され、分級用空気とともに破砕物のうちの粒径が０．３ｍｍ以下程度の微粉（主にセメント分）が排気口１ｃから排出される。この微粉はブロアー７ａによって吸引されて移送され、サイクロン５ａ及びバグフィルタ６ａで回収され、ダストとして排出される。すなわち、この分級用空気を利用した分級機構によって、破砕物（粒径２５ｍｍ以下程度の再生骨材）から０．３ｍｍ以下程度の微粉が除去される。

微粉が除去された粒径２５ｍｍ以下程度の再生骨材は、スクリーン２にかけられ、ふるい分けされる。スクリーン２は、２０ｍｍサイズの上段スクリーン２ａと５ｍｍサイズの下段スクリーン２ｂを備え、上段スクリーン２ａ上の粗粒は振動破砕機１に戻され、再度破砕される。そして、下段スクリーン２ｂ上の粒径２０ｍｍ未満〜５ｍｍの骨材は再生粗骨材として回収される。また、下段スクリーン２ｂ下の粒径５ｍｍ未満の再生骨材は再生細骨材として回収された後、慣性円錐磨砕機３に投入される。

慣性円錐磨砕機３については後で詳しく説明するが、慣性円錐機磨砕機３では、遠心磨砕機構により、再生細骨材の表面のセメント分が骨材相互の磨砕により剥離され、かつ骨材は相互の磨砕により丸みの有る粒子に整粒され排出される。

慣性円錐磨砕機３より排出された磨砕物（再生細骨材と剥離したセメント分微粒子の混合物）は、分級機としてのラダー式風力選別装置４に投入される。ラダー式風力選別装置４において、投入された磨砕物は、上部から下部方向へジグザグに通過して落下する。その際、本体上部に設けた吸引口４ａよりブロアー７ｂの吸引力によってダスト（主に剥離したセメント分微粒子）のみ吸引されて分級される。吸引されたダストは、サイクロン５ｂ及びバグフィルタ６ｂで回収される。すなわち、ラダー式風力選別装置４の本体下部からはダスト（セメント分微粒子）が取り除かれた再生細骨材が排出される。本体下部にはダンパ４ｂが設けられており、本体下部から排出される再生細骨材の０〜９０％を循環ライン８を介して慣性円錐磨砕機３に戻し、残りの１００〜１０％を良質の再生細骨材として回収する。このように０〜９０％を戻すことで、再度、磨砕及び分級が繰り返され、所望の良質の再生細骨材を得ることができる。

ここで、０〜９０％を戻して循環磨砕する理由は、コンクリート廃材は廃棄物回収品であり、コンクリートの原骨材の特性（吸水率など物理的性質）や、使用されたセメントの種類やコンクリート中の含有量、さらには、目的とする再生細骨材の要求物理的性質により、磨砕の程度を変えなければならないからである。すなわち、循環率を大きくすると、原骨材の吸水率に近い再生細骨材が得られる。再生細骨材原料の吸水率が再生細骨材Ｍ規格を満足する程度のおおよそ７〜６％程度であれば原骨材の品質にもよるが、循環率の調整で、再生細骨材Ｈ規格を十分満足する物理的品質の再生細骨材を得ることができる。

次に、本発明の再生細骨材の吸水率を低減する設備において重要な役割を果たす慣性円錐磨砕機３の構成を図２により説明する。

慣性円錐磨砕機３は、上部に骨材投入口１０を有し、中間部に球面座支持体１１を有し、下部に軸受部１２を有する略円筒状のシェル１３が防振ゴム１４に支持されて設けられ、シェル１３の骨材投入口１０の下部には、表面が逆円錐状のコーンケーブ１５が取り付けられ球面座支持体１１には球面座１６が取り付けられ、下部の軸受部１２には、モータ１７からＶベルト１８及びプーリ１９を介して駆動される駆動軸２０が支持されている。駆動軸２０には回転を伝達でき、かつ揺動可能なスピンドルシャフト２１の一端が支持され、スピンドルシャフト２１の他端は主軸２２に回転を伝達でき、かつ揺動可能に接続されている。また、主軸２２の下部にはアンバランスウエイト２３が取り付けられ、上部には球面座１６に支承される円錐ヘッド２４が取り付けられ、円錐ヘッド２４の上面には、コーンケーブ１５に対向してマントル２５が取り付けられている。そして円錐ヘッド２４は球面座１６上を回転可能であると共に球面に沿って揺動することができるようになっている。なお、２６は円錐ヘッド２４と球面座支持体１１との間をシールするように球面座支持体１１に設けられたダストシール２６である。

この慣性円錐磨砕機３の磨砕作用を図３により説明する。

まず、図３（ａ）の状態においてコーンケーブ１５とマントル２５とにより構成される破砕室左端では、アンバランスウエイト２３の回転により発生する遠心力によりマントル２５はコーンケーブ１５との隙間が０ｍｍに近い状態でコーンケーブ１５内面を転動し、再生細骨材２８の磨砕を行う、右端では破砕室内が振動しているため、再生細骨材の充填状態は高密度状態となる。

次いで、マントル２５が転動し図３（ｂ）の状態となると、破砕室左端では圧縮磨砕された再生細骨材が重力と振動により排出される。さらにマントル２５が転動し図３（ｃ）の状態となると、図３（ａ）と反対に、破砕室左端に再生細骨材が充填され、右端では、高密度状態の再生細骨材をマントル２５とコーンケーブ１５との隙間が０ｍｍに近い状態で転動するため、再生細骨材の逃げ場がなく、骨材相互で表面のセメントペースト分が磨砕により粒子から剥離され、かつ再生細骨材は丸みをおびた粒子となる。

この慣性円錐磨砕機３では、上述のとおりアンバランスウエイト２３の調整及び円錐ヘッド２４の回転数の変更などで、磨砕力を容易に変更することができ、例えば、アンバランスウエイト２３の固定ウエイトとの角度位置をずらすことで骨材自体は破砕されず、骨材表面のセメント分のみが剥離するぎりぎりの磨砕力に調整することができる。そして、この慣性円錐磨砕機３によれば、（１）磨砕機内滞留時間が長く取れる、（２）回転数が高い、という２つの相乗効果も相俟って、従来の磨砕機では、同一磨砕機による破砕工程を３〜４回繰り返す必要があるのに対し、慣性円錐磨砕機では１回又は循環連続処理による磨砕工程で、建築構造用再生骨材認定基準に定められた品質規定のうち最も重要な、絶乾密度２．５ｋｇ／ｃｍ^３以上及び吸水率３．５％以下を満たすことができる。

また、コーンクラッシャでは、同一破砕機で３〜４回の破砕を行わなくてはならないため、処理工程がバッチ処理となり、連続的な処理ができない。これに比べ、慣性円錐破砕機では、１回の処理又は循環連続処理でよいため連続的な処理工程が実現できる。

このように、本発明によれば、（１）連続処理ができるため、生産効率が向上する、（２）再生細骨材原料の品質又は要求品質に合わせた処理ができるため、省電力で消耗品も節約できるなど、生産性の向上に大きな効果を得ることができる。

図１の下段スクリーン２ｂ下で回収した再生細骨材原料（絶乾密度２．２８ｇ／ｃｍ^３、吸水率６．６１％）を供試材とし、これを慣性円錐磨砕機３の回転数を８２０ｍｉｎ^−１として磨砕し、ラダー式風力選別装置４の吸引口４ａからの吸引量を調整し、分級点０．３ｍｍまたは分級点０．３ｍｍを目標として再生細骨材を得た。この際、ラダー式風力選別装置４の本体下部から慣性円錐磨砕機３に戻す循環率は０％とした。すなわち、再生細骨材原料の磨砕工程は１回のみとした。

得られた再生細骨材の物理的性質は、分級点１．０ｍｍを目標に吸引した試験結果では、絶乾密度２．５８ｇ／ｃｍ^３、吸水率３．１０％であった。また、分級点０．３ｍｍを目標に吸引した試験結果では、絶乾密度２．５６ｇ／ｃｍ^３、吸水率３．４２％であった。いずれもＪＩＳＡ５０２１ コンクリート用再生骨材Ｈに定められている品質規定を満足するものであった。

図１の下段スクリーン２ｂ下で回収した吸水率７．５％の再生細骨材原料を供試材とし、これを慣性円錐磨砕機３の回転数を８２０ｍｉｎ^−１として磨砕し、ラダー式風力選別装置４の吸引口４ａからの吸引量を調整し、分級点０．３ｍｍを目標として再生細骨材を得た。この際、ラダー式風力選別装置４の本体下部から慣性円錐磨砕機３に戻す循環率を変化させ、この循環率と得られた再生細骨材の吸水率との関係を調査した。

その結果を図４に示す。同図に示すように、循環率を上げると吸水率は低下し、この例では循環率を約５０％にすることにより、ＪＩＳＡ５０２１ コンクリート用再生骨材Ｈに定められている品質規定（吸水率３．５％以下）を満足する再生細骨材が得られた。

本発明は、コンクリート廃材から細骨材を再生製造する設備に適用できる。

本発明の再生細骨材の吸水率を低減する設備の設備構成を示す。 本発明で使用する慣性円錐磨砕機の構成を示す。 慣性円錐磨砕機の作用を示す。 循環率と再生細骨材の吸水率との関係を示す。

符号の説明

１ 振動式破砕機
１ａ 破砕室
１ｂ 排出口
１ｃ 排気口
２ スクリーン
２ａ 上段スクリーン
２ｂ 下段スクリーン
３ 慣性円錐磨砕機
４ ラダー式風力選別装置
４ａ 吸引口
４ｂ ダンパ
５ａ、５ｂ サイクロン
６ａ、６ｂ バグフィルタ
７ａ、７ｂ ブロアー
８ 循環ライン
１０ 骨材投入口
１１ 球面座支持体
１２ 軸受部
１３ シェル
１４ 防振ゴム
１５ コーンケーブ
１６ 球面座
１７ モータ
１８ Ｖベルト
１９ プーリ
２０ 駆動軸
２１ スピンドルシャフト
２２ 主軸
２３ アンバランスウエイト
２４ 円錐ヘッド
２５ マントル
２６ ダストシール
２７ 球面軸受

Claims (6)

1. コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する設備であって、
   前記再生細骨材を磨砕する慣性円錐磨砕機と、
   この慣性円錐磨砕機から排出された磨砕物を受け入れて、この磨砕物中の再生細骨材とセメント分微粒子とを分級し、再生細骨材を得る分級機とを備え、
   前記慣性円錐磨砕機が、シェルと、このシェルに設けられた球面座支持体と、この球面座支持体に取り付けられた球面座と、この球面座に支承され、偏心しながら回転駆動される円錐ヘッドと、この円錐ヘッドに取り付けられたマントルと、このマントルに対向してシェルに取り付けられたコーンケーブと、マントルの下方に取り付けられたアンバランスウエイトとを備え、前記円錐ヘッドが球面座上を偏心しながら回転駆動されることにより、マントルとコーンケーブとの間で再生細骨材を磨砕するものである再生細骨材の吸水率を低減する設備。
2. 前記分級機で得られた再生細骨材を前記慣性円錐磨砕機に戻す循環ラインを備えた請求項１に記載の再生細骨材の吸水率を低減する設備。
3. 再生細骨材を慣性円錐磨砕機に投入する前段階で、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下の微粉を分級して除去する分級機構を備えた請求項１又は２に記載の再生細骨材の吸水率を低減する設備。
4. コンクリート廃材を破砕して得られた再生骨材のうち、粒径が５ｍｍ未満の再生細骨材の吸水率を低減する方法であって、
   前記再生細骨材を慣性円錐磨砕機によって磨砕する磨砕工程と、
   前記慣性円錐磨砕機から排出された磨砕物中の再生細骨材とセメント分微粒子とを分級し、再生細骨材を得る分級工程とを含み、
   前記慣性円錐磨砕機として、シェルと、このシェルに設けられた球面座支持体と、この球面座支持体に取り付けられた球面座と、この球面座に支承され、偏心しながら回転駆動される円錐ヘッドと、この円錐ヘッドに取り付けられたマントルと、このマントルに対向してシェルに取り付けられたコーンケーブと、マントルの下方に取り付けられたアンバランスウエイトとを備え、前記円錐ヘッドが球面座上を偏心しながら回転駆動されることにより、マントルとコーンケーブとの間で再生細骨材を磨砕するものを使用する再生細骨材の吸水率を低減する方法。
5. 前記磨砕工程及び前記分級工程を繰り返して行う請求項４に記載の再生細骨材の吸水率を低減する方法。
6. 前記磨砕工程の前に、再生細骨材中の粒径０．６ｍｍ以下の微粉を分級して除去する請求項４又は５に記載の再生細骨材の吸水率を低減する方法。

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