JP2010163337A - コンクリート用再生骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートガラを原料として、破砕及び磨きを加える機械的な処理（機械式すりもみ装置）により得られる場合に、製造条件と骨材品質の相関を求めることにより、再生骨材の品質制御手法を明確化し、製造における品質管理を安定化・省力化することが可能なコンクリート用再生骨材の製造方法を提供する。
【解決手段】ドラム体内の回転軸に複数の摩砕室を形成する仕切部材を設け、装填材を摩砕室内に装填した機械式すりもみ装置を使用する場合に、仕切部材の回転数／原料投入量を変数Ｒとし、再生粗骨材は該変数Ｒが０．６７〜１．８８、再生細骨材は変数Ｒが１．００〜４．６７（ただし、品質を絶乾密度・吸水率とした場合）の範囲として製造する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンクリート構造物を解体した際に発生するコンクリート塊を原料として再生骨材を製造するコンクリート用再生骨材の製造方法で、特に品質制御の方法に関するものである。

環境負荷低減の技術として、解体コンクリート塊を原料として再生骨材を製造し、建築物の構造用コンクリートに再利用する取組みが行なわれている。

このようなコンクリート塊のリサイクルの促進に向けて、経済産業省は、平成１７年３月２０日付けで、「コンクリート用再生骨材Ｈ」のＪＩＳ（日本工業規格）を制定した。

この中では再生骨材の分類をしており、分類された再生骨材Ｈ、Ｍ、Ｌは下記の通りである。
再生骨材Ｈ：破砕、磨砕、分級等の高度な処理を行い製造した骨材。一般用途のコンクリートに使用。
再生骨材Ｍ：破砕、磨砕などの処理を行い製造した骨材。杭、基礎梁など乾燥収縮や凍結融解の影響を受けない部分のコンクリートに使用。
再生骨材Ｌ：破砕して製造した骨材。高い強度や耐久性を求められない部分のコンクリートに使用。

建築用を含めた再生骨材ＪＩＳ規格とするためには、コンクリート中の鉄筋の腐食への影響、凍結によるコンクリートの強度低下の有無等の長期耐久性を確保することが必要となる。

制定された再生骨材Ｈは、ビルなどの解体によって発生するコンクリート塊に破砕、磨砕、分級等の高度な処理を行って製造したコンクリート用骨材であり、コンクリートの製造に用いられる通常の骨材と同等の品質を有する再生骨材となっている。

ところで、再生骨材の製造方法として、下記特許文献１のような、事前に原料であるコンクリートガラを加熱し付着モルタルを脆弱化するなどの方法や、特許文献２のような天然骨材に付着したモルタル分やセメント水和物を除去するものとして、竪型の外周壁と該外周壁内で偏心回転するローターとにより構成した竪型偏心ローター装置を使用するものなどがある。
特開２００３−２６４５９号公報 特開２００２−２１０３８０号公報

前記特許文献１は、コンクリート塊を破砕して得られたコンクリート破砕材に対して熱風を用いた加熱処理を行った後、そのコンクリート破砕材から骨材を分離し再生する骨材再生方法であって、最大寸法で５ｍｍ以上のコンクリート破砕材に対して上記加熱処理を行なうものである。

特許文献１によれば、最大寸法で５ｍｍ以上のコンクリート破砕材に対して熱風による加熱処理を行なうようになっているので、その加熱時において、５ｍｍ未満の細粒や土壌等の不純物がコンクリート破砕材の間の空間に詰まるのを防止することができる。従って、コンクリート破砕材の加熱時間を短縮することができる。しかも、個々のコンクリート破砕材の全体にわたって、均一な温度に加熱することができるので、加熱後に例えばすりもみを行なうことにより、細骨材や粗骨材から硬化セメントペースト等をむらなく確実に分離することができる。即ち、硬化セメントペースト等が確実に排除された品質の優れた細骨材や粗骨材等の骨材を再生することができるとある。

前記特許文献２は、外周壁内面と、該外周壁内で偏心回転自在に支持された筒状ローター外面との間に、コンクリート塊を擦りもみ且つ骨材から含水付着物を分離する為の分離兼用通路を形成した偏心ローター装置において、所要の強度と硬度とを有する、ほぼ格子筒状の攪拌体を、上記ローター３外面へ、該外面と外周壁内面との間にそれぞれ間隙を設けて遊嵌させたものである。

前記特許文献２によれば、偏心ローターの外面へ、該外面及び外周壁内面との間にそれぞれ間隔をあけて略格子筒状の攪拌体を遊嵌することで、高品質の再生骨材を低コストで得ることが可能なものとなるとしている。

また、下記特許文献３では、骨材表面に水を噴霧し、その色調から品質を判断する手法が述べられている。
特開２００６−１６７６４６号公報

この特許文献３は、偏心ローター式竪型破砕機を用いたコンクリート廃材再生処理設備において、高品質の再生骨材を安定して得られるようにするものとして、偏心ローター式の竪型破砕機から排出された再生骨材に所定時間水を噴霧した後、骨材の色調をＣＣＤカメラで撮影して、その色調データから品質情報としてのモルタル付着量を推定し、推定したモルタル付着量に基づいて竪型破砕機の外筒を上下させ、その下端とローター下部に設けた鍔状リングとの隙間の幅を変化させて、再生骨材の原料となるコンクリート塊の竪型破砕機内での滞留時間を調整するものである。

これにより、竪型破砕機の運転条件によらず、コンクリート塊からのモルタルの除去を十分に行なうことができ、高品質の再生骨材Ｂを安定して得られるようにした。

前記特許文献１や特許文献２は、要求品質を満たすための再生骨材の品質制御方法について明確に示されたものではない。

特許文献３では、再生骨材の品質制御について触れられているが、製造条件と骨材品質の相関性については、幾つかの結果が示されているが、これは定性的な表現に留まっており、明確には示されていない。

一般的に再生骨材の製造における品質制御においては、原料の品質が解体される建物に使用されているコンクリートの品質に左右されるため、その製造条件を導くことに都度、実験による確認を要することが課題であったが、これまでの再生骨材の製造における品質制御は、製造直後の骨材を目視で観察し、付着モルタルの剥がれ具合に応じて製造条件（主に投入量）を変えて対応するものである。

その理由は、前記のようにその製造条件を導くことに都度、実験による確認を行なうには、品質指標となる密度・吸水率の試験が、その結果が後日判明する、時間のかかるものだからである。したがって、製造時に必ずしも最適条件にて製造ができていないことが問題であった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、コンクリートガラを原料として、破砕及び磨きを加える機械的な処理（機械式すりもみ装置）により得られる場合に、製造条件と骨材品質の相関を求めることにより、再生骨材の品質制御手法を明確化し、製造における品質管理を安定化・省力化することが可能なコンクリート用再生骨材の製造方法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、ドラム体内の回転軸に複数の摩砕室を形成する仕切部材を設け、装填材を摩砕室内に装填した機械式すりもみ装置を使用する場合に、仕切部材の回転数／原料投入量を変数Ｒとし、再生粗骨材は該変数Ｒが０．６７〜１．８８、再生細骨材は変数Ｒが１．００〜４．６７（ただし、品質を絶乾密度・吸水率とした場合）の範囲として製造することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、コンクリートガラを原料として、破砕及び磨きを加える機械的な処理（機械式すりもみ装置）により得られる再生骨材の品質制御手法を明確化した。なお、ここでいうコンクリートガラとは、解体コンクリート塊を解体現場や中間処理施設で破砕機により粒径４０ｍｍ以下程度に簡易に破砕したものをいう。

機械式すりもみ装置では、投入された原料は、仕切り板により破砕及び磨砕の作用を受ける。そこで、以下の製造条件に着眼した。
（１）仕切り板の回転数
（２）原料投入量
ここで、原料と仕切り板との接触機会が多いほど、付着モルタルが剥がれ、再生骨材の品質が向上すると推定し、以下を変数（以下、変数Ｒとする）とした。
変数Ｒ：仕切り板の回転数／原料投入量

以上述べたように本発明のコンクリート用再生骨材の製造方法によれば、製造条件と骨材品質の関係式が導かれることにより、下記の効果が得られるものである。
（１）少ないサンプルで最適な製造条件を得ることができ、したがって、製造時の品質管理を省力化できる。
（２）再生骨材の要求品質に応じた製造が可能となる。
（３）原料の品質に応じた、再生骨材の品質の限界点を導くことができる。すなわち、原料となる解体建物の選定の判断が可能となる。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は破砕及び磨砕を加える機械的な処理を行なうものとして、図１に示すような機械式すりもみ装置を用いるものである。

この機械式すりもみ装置は、特許第３２６１１２５号公報、特開２００６−２０５１１８号公報、特開２００８−１０４９１０号公報にもあるように、一端部に被摩砕物を取り入れる導入口１が設けられ他端部に摩砕後の被摩砕物を排出する排出口２が設けられたドラム体３と、このドラム体３内を該ドラム体３の軸長方向に貫く回転軸４と、この回転軸４に該回転軸４に対し傾斜した角度で取り付けられ前記ドラム体３内を区画して該ドラム体３内に相互に連通する複数の摩砕室６を形成する仕切部材５と、前記摩砕室６内に装填された所要数の金属製のボールである摩砕用装填材８とから構成され、前記摩砕用装填材８は、前記仕切部材５が回転することによって上昇落下を繰り返し且つ回転軸４の軸長方向に往復運動するものである。

まず、導入口１から被摩砕物を投入すると、被摩砕物は上流側から数えて１つ目の摩砕室６に入る。仕切部材５が回転軸４に対して傾斜しているので、仕切部材５は、前傾の状態と後傾の状態を回転軸４の軸長方向に素早く繰り返す。これにより、被摩砕物は上下方向に強く跳ね上げられた後落下し、その上昇落下が繰り返されるとともに、回転軸４の軸長方向に素早く往復運動する。これにより、被摩砕物は一つ目の摩砕室６内で摩砕処理される。

一つ目の摩砕室６内である程度摩砕処理されると、被摩砕物は上流側から数えて１枚目の仕切部材５に設けた導通孔７（図２参照）を通過可能な大きさとなる。

そのような大きさとなった被摩砕物は導通孔７を通過し、二つ目の摩砕室（６内に入る。二つ目の摩砕室６内には複数の装填材８が入っており、これら装填材８は、傾斜した２枚の仕切部材５に衝突することよって強く跳ね上げられた後落下し、その上昇落下が繰り返されるとともに、回転軸４の軸長方向に素早く往復運動する。これにより、被摩砕物と摩砕用装填材８の衝突が満遍なく且つ激しく行なわれ、二つ目の摩砕室６内では効率よく摩砕処理が行なわれ、被摩砕物の粒径は更に小さくなる。

二つ目の摩砕室６内である程度摩砕処理されると、被摩砕物は上流側から数えて２枚目の仕切部材５に設けた導通孔７を通過可能な大きさとなる。そのような大きさとなった被摩砕物は導通孔７を通過し、三つ目の摩砕室６内に入る。二つ目の摩砕室６内と同様の処理が三つ目、四つ目…の摩砕室６内でも行なわれ、所望の大きさになるまで被摩砕物は摩砕処理される。

所望の粒径となった被摩砕物は、ドラム体３の排出口２から排出される。以上により、摩砕処理が完了する。

特開２００６−２０５１１８号公報に示されたものは、図示は省略するが、仕切部材５の表面に複数のビットを突設したもので、仕切部材５の表面にビットが突設されているので、ボール等の摩砕用装填材８がビットに当たることで仕切部材５の表面との摩擦が低減され、仕切部材５の交換頻度を少なくすることが可能となり、作業効率の向上と設備コストの低減を達成することができる。

特開２００８−１０４９１０号公報に示されたものは、特開２００６−２０５１１８号公報のもののビットの交換作業を容易にするため、外周縁に沿って間隔を空けて複数の切り込み部を形成し、該切り込み部に対してコの字状のブロック９を嵌合したものである。

ドラム体３は、円筒の上半分を構成する上半分面と、円筒の下半分を構成する下半分面を組み合わせることにより形成されており、上半分面の全体を開放することが可能となっている。

回転軸４は、ドラム体３内を軸長方向に貫くように配設されており、その左右両端部にはそれぞれ油圧駆動のモータが接続され、これら２つのモータの駆動によって回転するように構成されている。

回転軸４の一端部にのみモータを接続した場合、回転時に中心軸自身の重量やボールから受ける負荷によって中心軸が他端部において偏心してしまうため、これを防ぐために大きな駆動力を必要とするが、回転軸４のをその両端部に接続したモータの駆動によって回転させることによって、中心軸端部の偏心が抑えられるため、消費電力を低減することが可能となる。また、駆動機構の設置面積を縮小することができる。

また、油圧駆動のモータは、ショックロードに強く、無段可変速のため、回転軸４の回転数を容易に調整することができ、被摩砕物の種類に合わせて適宜対応することが可能となる。但し、電気モータを用いることも可能である。

一例として、ドラム体３は外径φ１５００（ｍｍ）、内径φ１３００（ｍｍ）、長さＬ４０００（ｍｍ）のドラムであり、このドラム自体は回転せずに回転軸４のみが回転する。回転軸４に備え付ける仕切部材５は外径φ１４００（ｍｍ）の傾斜円板である。仕切部材５に形成する導通孔７の幅は、粗骨材製造時４５ｍｍ、細骨材製造時１５〜３５ｍｍとする。これらは交換して使用する。尚、摩砕用装填材として外径φ５０〜７０ｍｍの鉄球を使用し、この鉄球をドラム体３内に装填したときのドラム体３内空隙率を４０％とした。

本発明はこのような機械式すりもみ装置を使用する場合に、仕切部材の回転数／原料投入量を変数Ｒとし、再生粗骨材は該変数Ｒが０．６７〜１．８８、再生細骨材は変数Ｒが１．００〜４．６７（ただし、品質を絶乾密度・吸水率とした場合）の範囲として製造する。

機械式すりもみ装置では、投入された原料は、仕切り板により破砕及び磨砕の作用を受ける。そこで、以下の製造条件に着眼したものである。
（１）仕切り板の回転数
（２）原料投入量
ここで、原料と仕切り板との接触機会が多いほど、付着モルタルが剥がれ、再生骨材の品質が向上すると推定し、以下を変数（以下、変数Ｒとする）とした。
変数Ｒ：仕切り板の回転数／原料投入量

次に実施例について説明する。
１．実験計画
（１）原材料の性質
実験Ｉについては、原料として中間処理場で一般的に入手できるものとし、ある一定期間中に搬入された解体建物が不特定な解体コンクリートを１００ｔ分使用した。

実験II、実験III及び実験IVでは、いずれもある特定の建物（以下、建物Ａとする）より得た解体コンクリートを原料とした。建物Ａより採取したコンクリートコアを塩酸処理により取り出した原骨材の物性を下記表−１に示す。

比較例として、過去に再生骨材製造の実績がある事例も併せて示す。建物Ａの原粗骨材は砕石であるが、その品質は比較例の川砂利のものと同等であった。一方、原細骨材の品質は比較例に対し絶乾密度は小さく、吸水率は大きいものであった。再生骨材の製造においては、上記の解体コンクリートを破砕し、所定の粒径範囲に調整したものを用いた。

（２）再生骨材の製造方法
再生骨材の製造は図１に示す機械式すりもみ装置を用いて行い、製造フローとして図３及び図４に示す製造フローＡと製造フローＢの２種類を設定し、骨材を製造した。

再生粗骨材を製造する際の原料は、製造フローＡが４０〜５ｍｍのコンクリートガラ、製造フローＢが４０〜１０ｍｍのコンクリートガラである。再生細骨材を製造する際の原料は、製造フローＡが５ｍｍ以下のもの、製造フローＢが１０ｍｍ以下のものである。

２．実験概要
実験１及び実験ｎでは再生粗骨材の製造を、実験III及び実験IVでは、再生細骨材の製造を行った。
実験要因と水準を下記表−２に示す。

仕切り版回転数は、回転軸４の回転数を意味する。

実験Ｉでは、製造フローをＡとし、実験要因を仕切り板の回転数及び原料投入量として４水準の確認を行なった。

実験IIでは、製造フローをＡとし、実験要因を仕切り板の回転数及び原料投入量として６水準の確認を行なった。

実験IIIでは、製造フローをＡとし、原料投入量を２５ｔ／ｈに固定し、実験要因を仕切り板の回転数として３水準の確認を行なった。

実験IVでは、製造フローをＢとし、原料投入量を６ｔ／ｈに固定し、実験要因を仕切り板の回転数として３水準の確認を行なった。再生骨材の試験項目を下記表３に示す。再生骨材の品質指標は絶乾密度、吸水率及び粗粒率とした。

３．実験結果
下記表４に変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と再生骨材の物性及び各実験での相関係数を示す。

（１）絶乾密度
図５に、変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と絶乾密度の関係及びその１次回帰式を示す。いずれの実験も相関係数の絶対値は０．９を上回り高い相関を示した。再生粗骨材は、原料の特定の有無に関わらず、製造フローＡにて高い相関が得られた。再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローに関わらず高い相関が得られた。

（２）吸水率
図６に、変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と吸水率の関係及びその１次回帰式を示す。いずれの実験も相関係数の絶対値は０．９を上回り高い相関を示した。再生粗骨材は、原料の特定の有無に関わらず、製造フローＡにて高い相関が得られた。再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローに関わらず高い相関が得られた。

（３）粗粒率
図７に、変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と粗粒率の関係及びその１次回帰式を示す。実験Ｉ、II及びIIIでは相関係数の絶対値が０．８５〜１を示し、高い相関を示した。

再生粗骨材は、原料の特定の有無に関わらず、製造フローＡにて高い相関が得られた。再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローＡにて高い相関（相関係数１１．００）が得られた。

（４）まとめ
以上の結果を下記にまとめる。
１）再生粗骨材は、原料が不特定、特定に関わらず、変数Ｒと骨材の品質に高い相関が見られた。
２）再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローＡにて変数Ｒと骨材の品質に高い相関が見られた。また、製造フローＢにて変数Ｒと絶乾密度及び吸水率に高い相関が見られた。

以上説明したように、本発明の品質管理方法として下記が可能となる。
１）再生粗骨材は、原料が不特定、特定に関わらず、変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）により再生骨材の品質が管理できる。（ただし、原料が不特定な場合には、１ロットあたり１００ｔを限度とする。）
２）再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローＡにて変数Ｒにより再生骨材の品質が管理できる。
３）再生細骨材は、原料が特定された場合に、製造フローＢにて変数Ｒにより絶乾密度及び吸水率が管理できる。
４）品質管理が可能な変数Ｒの範囲を、下記とすることができる。再生粗骨材…０．６７〜１．８８再生細骨材…１．００〜４．６７（ただし、品質を絶乾密度・吸水率とした場合）
５）上記変数Ｒの範囲において、原料の種類毎に２回以上の製造を行い、関係式を導くことにより、再生骨材品質の制御（管理）が可能となる。
このため、本発明の品質制御方法を、再生骨材製造の品質管理を安定化・省力化する技術として使用することができる。

本発明方法で使用する機械式すりもみ装置の縦断側面図である。 本発明方法で使用する機械式すりもみ装置の仕切部材の正面図である。 実験でのフローの一例を示す説明図である。 実験でのフローの一例を示す説明図である。 変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と絶乾密度の関係を示すグラフである。 変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と吸水率の関係を示すグラフである。 変数Ｒ（仕切り板の回転数／原料投入量）と粗粒率の関係を示すグラフである。

１…導入口 ２…排出口
３…ドラム体 ４…回転軸
５…仕切部材 ６…摩砕室
７…導通孔 ８…摩砕用装填材
９…ブロック

Claims (1)

1. ドラム体内の回転軸に複数の摩砕室を形成する仕切部材を設け、装填材を摩砕室内に装填した機械式すりもみ装置を使用する場合に、仕切部材の回転数／原料投入量を変数Ｒとし、再生粗骨材は該変数Ｒが０．６７〜１．８８、再生細骨材は変数Ｒが１．００〜４．６７（ただし、品質を絶乾密度・吸水率とした場合）の範囲として製造することを特徴としたコンクリート用再生骨材の製造方法。

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