JP2011207647A - コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート用に使用された石灰岩砕石粗骨材を、コンクリートから高品質で、即ち石灰岩砕石本来の状態に近い状態で有効に回収することができる、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法を提供する。
【解決手段】コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法は、粗骨材として石灰岩砕石を用いた１ｍ^３以下のコンクリートに、温度差が７５℃以上であって且つ昇温速度０．４４℃／分以上で冷却速度０．６７℃／分以上の温度履歴を２４サイクル以上加える工程を備える。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法に関し、特にコンクリートに粗骨材として含まれる石灰岩砕石を本来の石灰岩砕石に近い状態で回収することができる、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法に関する。

石灰岩は様々な用途で使用されており、主にセメントの原料や製鉄をする際の不純物除去やコンクリート用の骨材として使用されている。
また、石灰岩を焼成して製造される石灰においても農業および食品製造等に使用されている。
このように、石灰岩は様々な用途で使用されるため、将来的に石灰岩の枯渇が懸念される。

この点に鑑みて、平成３年１０月の「再生資源の利用促進に関する法律」（リサイクル法）は施工され、石灰岩砕石を再利用するという観点より、コンクリート塊から骨材を回収して再生骨材として利用する方法がある。
再生骨材として回収する方法としては、例えば、ジョークラッシャによりコンクリート塊を破砕し骨材を回収する破砕法があり、特許第４２４８６２１号公報（特許文献１）には、コンクリート廃材を該廃材中の含有骨材の最大径の約０．８〜１．２倍以下に破砕し、破砕物を分級し、粒径５ｍｍ以上の粒を粗骨材、粒径１．２ｍｍ以上で５ｍｍ未満の粒を細骨材としてそれぞれ回収し、また粒径０．１５ｍｍ未満の粒を除去し、粒径０．１５〜１．２ｍｍ未満の粒については１００℃以下の加熱により含水率３％以下に乾燥させた後、これを粒径０．１５ｍｍ未満の粒子を排出除去しながら磨砕助剤を添加して磨砕して、付着セメントペーストを骨材から剥脱除去せしめ、粒径０．１５ｍｍ以上の粒を細骨材として回収することを特徴とする再生骨材の製造方法が記載されている。

また、再生骨材として回収する方法としては、例えば、破砕法により回収した骨材を３００℃の温度で加熱し骨材に付着しているモルタルを脆弱化させた後、すりもみを実施する加熱すりもみ法があり、特許第３１４０６６５号公報（特許文献２）には、セメント・コンクリート構造物を解体した際に生じるセメント・コンクリート塊を加熱装置により１００〜６００℃に加熱し、次いで破砕機によりこのコンクリート塊をその中に含まれる最大骨材寸法以下に破砕するか、破砕機によりセメント・コンクリート塊をそのコンクリートに含まれている最大骨材寸法以下に破砕し、次いで加熱装置により１００〜６００℃に加熱し、次いでロッドミル、ボールミル、自生ミルなどの振動や回転により骨材自身をすり合わせたときの研磨作用により粗骨材粒表面に付着しているセメント・モルタル分を除去し、次いで分級により５ｍｍ以上の粒径の骨材粒子を取り出すことを特徴としたセメント・コンクリート塊からの再生骨材の製造方法が記載されている。

通常、回収された再生骨材の品質は、原骨材に付着しているモルタル量により左右され、上記破砕法により骨材を回収した場合には、骨材にコンクリート塊のモルタル部分が多く付着した状態で回収されるため、低品質の再生骨材が製造される。
また上記加熱すりもみ法により骨材を回収した場合には、骨材に付着するモルタルの量が破砕法に比べ減少するが、骨材本来の状態に近い状態で回収することができず、また回収に大規模な設備が必要となりコストがかかってしまうという問題がある。

このように、コンクリート塊から石灰岩砕石を本来の品質に近い状態で回収できる有効な技術は存在しないのが現状であり、従って、コンクリートから石灰岩砕石を本来の状態に近い、高品質な状態で回収することができる、有効な回収方法が期待されている。

特許第４２４８６２１号公報 特許第３１４０６６５号公報

本発明の目的は、コンクリート用に使用された石灰岩砕石粗骨材を、コンクリートから高品質で、即ち石灰岩砕石本来の状態に近い状態で有効に回収することができる、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法を提供することである。
即ち、本発明においては、回収した石灰岩砕石に、コンクリートのモルタル成分の付着が少なく、該モルタル成分の除去率が高い石灰岩砕石をコンクリートから回収することができる、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法を提供することである。
更に、任意のコンクリート廃材に適用して、粗骨材としての石灰岩砕石をコンクリートから回収することができる、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法を提供することである。

ここで、本発明においては、粗骨材として石灰岩砕石を用いているコンクリートであって、モルタル成分とは、コンクリート塊中に使用した石灰岩砕石粗骨材以外のセメント、細骨材、混和剤、水等の混合成分をいうものである。

本発明は、特定の温度履歴をコンクリートに付加することで、上記課題を達成することができることを見出したものである。
即ち、本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法は、粗骨材として石灰岩砕石を用いた１ｍ^３以下のコンクリートに、温度差が７５℃以上であって且つ昇温速度０．４４℃／分以上で冷却速度０．６７℃／分以上の温度履歴を２４サイクル以上加える工程を備えることを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法である。

好適には、上記本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、前記温度履歴を加えて、該石灰岩砕石とモルタルとの界面に３．０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張応力を生じせしめることを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、該温度履歴を加えた後に、該コンクリートを破砕することを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法である。
また更に好適には、上記本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、コンクリートは、コンクリート廃材であることを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法である。

本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法により、コンクリート用の粗骨材として使用された石灰岩砕石を該コンクリートから本来の品質に近い状態で回収することが可能となる。
従って、回収された石灰岩砕石には、付着しているモルタル成分が極めて少なく、高品質な石灰岩砕石を得ることができる。
また任意のコンクリート廃材に適用することができるため、コンクリート廃材の再利用を有効に実現することが可能となる。

本発明を以下の好適例により説明する。
本発明のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法は、粗骨材として石灰岩砕石を用いた１ｍ^３以下のコンクリートに、温度差が７５℃以上であって且つ昇温速度０．４４℃／分以上で冷却速度０．６７℃／分以上の温度履歴を２４サイクル以上加える工程を含むものである。
更に、該温度履歴を加えた後に、該コンクリートを破砕することで、高品質な石灰岩砕石の回収が可能となる。

本発明を適用するのに用いられるコンクリートは、特に限定されず、コンクリート屑塊や、建築、土木分野におけるコンクリート建造物から発生するコンクリート廃材等に適用することができる。

一般的に、石灰岩は、次の表１に示すように、コンクリート用の粗骨材として使用される他の骨材である砂岩や珪岩に比較して熱膨張係数が小さい。
但し、表１中の熱膨張係数は、ＪＩＳ Ａ １３２５『建築材料の線膨張率測定方法』にて測定された値である。

即ち、石灰岩砕石の熱膨張係数は約４×１０^−６／℃であるのに対し、モルタルは約１０×１０^−６／℃〜１４×１０^−６／℃である。例えば、ネビルのコンクリートバイブル（８．６ 熱膨張係数 p４７１、技報堂出版）；著者 Ａ．Ｍ．Ｎｅｖｉｌｌｅ（翻訳者；三浦 尚）に記載されているように、モルタルおよびコンクリートの熱膨張係数は、セメントと骨材の混合比が大きく影響する。モルタルの熱膨張係数とセメントと細骨材の混合比との関係について、上記ネビルのコンクリートバイブルに記載されているように、熱膨張係数（y）と（セメント/細骨材）比（x）との関係は、近似式：y＝−０．６５５３x+１３．７８４で表される。
従って、石灰岩砕石を含むコンクリート塊に特定の上記温度履歴を与えることによりモルタルと石灰岩との熱変形の差から、コンクリート中に含まれるモルタル成分と石灰岩粗骨材との界面に引張応力が作用する。
これらの作用を生じさせた後、コンクリート塊を破砕することで、本来の品質に近い状態の石灰岩砕石が回収可能となる。

また本発明においてコンクリートに含まれる石灰岩砕石は、その粒度、粒径に依存して、粗骨材として含有されるものとする。
コンクリート塊中に粗骨材として石灰岩砕石を用いている場合には、本発明により、粗骨材としての石灰岩砕石を回収することができる。

本発明の温度履歴の付加を、以下のように、粗骨材として石灰岩砕石を用いた１ｍ^３以下のコンクリート塊を例にして説明する。
該コンクリート塊に付与する温度履歴は、温度差が７５℃以上とする。
また、コンクリート塊が１ｍ^３以内の容積であるとした場合に、上記温度履歴のサイクルは２４サイクル以上とする。
このような温度履歴を付与することで、コンクリート中に含まれる石灰岩砕岩とモルタルとの界面に、３．０Ｎ／ｍｍ^３以上の引張応力が生ぜしめる。
このような引張応力が界面に生じることで、該温度履歴を付加した後に破砕することにより、モルタルと石灰岩砕石とが容易に有効に分離することができる。

また、本発明において、上記温度履歴を付加した後のコンクリート塊を破砕する方法としては、任意のコンクリートの破砕法が適用でき、例えば、コンクリート塊を２枚の破砕板により挟んで破砕するジョークラッシャにより破砕する。

上記破砕後、コンクリート塊は、モルタル成分と、石灰岩砕石粗骨材とに分離され、その回収は、破砕されて得られた破砕材をふるい分け試験機により、粒径５ｍｍ未満のモルタル成分と粒径５ｍｍ以上の石灰岩砕石粗骨材とに分類することができる。
これにより、モルタルの付着率が低い、高品質な石灰岩砕石を回収することが可能となる。

本発明を次の実施例及び比較例により説明するが、これらに限定されるものではない。
（使用材料）
・セメントＣ：普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）
密度３．１５ｇ／ｃｍ^３
・細骨材Ｓ：山砂（静岡県掛川産）密度２．５８ｇ／ｃｍ^３
・粗骨材Ｇ：砕石（西多摩郡奥多摩産）密度２．７０ｇ／ｃｍ^３
・混和剤 ：変性リグニンスルホン酸化合物
（ポゾリス７８Ｓ；ＢＡＳＦポゾリス株式会社製）
密度１．０６ｇ／ｃｍ^３
・水Ｗ：水道水 密度１．００ｇ／ｃｍ^３

（実施例１〜３、比較例１〜７）
上記各材料を用いて、下記表２に示す配合割合で各材料を配合して、均一に混練することによりコンクリート組成物を調製した。
なお、石灰岩砕石は、該コンクリート組成物中、粗骨材として用いた。

得られた各コンクリート組成物を、打設してΦ１０ｃｍ×２０ｃｍの円柱状コンクリート硬化供試体を製造した。
円柱状コンクリート硬化供試体から、下記表３に示す方法を用いて、該円柱状コンクリート供試体から石灰岩砕石を回収した。

但し、表３中、比較例１の破砕法とは、具体的には以下のようにして上記円柱状コンクリート硬化物を破砕して石灰岩砕石を回収したものである。
具体的には、上記円柱状コンクリート硬化物をジョークラッシャにより破砕した後、破砕材をふるい分け試験機により粒径５ｍｍ未満のモルタル成分と粒径５ｍｍ以上の石灰岩砕石とに分類して回収した。

また、比較例２の加熱すりもみ方法とは、具体的には以下のようにして上記円柱状コンクリート硬化物から石灰岩砕石を回収したものである。
具体的には、上記円柱状コンクリート硬化物をジョークラッシャにより破砕した後、破砕材を約３００℃で加熱して粗骨材周辺に付着している付着モルタルを脆弱化させた後、すりもみにより石灰岩砕石を回収した。

また、実施例１〜３及び比較例３〜７においては、昇温−冷却サイクルを表３に記載の温度・回数でそれぞれ行なった後の上記円柱状コンクリート硬化供試体をジョークラッシャにより破砕した後、破砕材をふるい分け試験機により粒径５ｍｍ未満のモルタル成分と粒径５ｍｍ以上の石灰岩砕石とに分類して回収した。

上記実施例１〜３及び比較例１〜７の方法により回収された、上記円柱状コンクリート硬化供試体中の石灰岩砕石の品質は、回収後の各石灰岩砕石に付着しているモルタル付着率により評価した。
モルタル付着率は骨材の密度測定結果を、下記式１より算出した。
その結果を表４に示す。
なお、モルタル付着率の評価は、各実施例及び比較例において円柱状コンクリート硬化体を各３体用いて各方法を実施して評価した値の平均値を示す。

上記式１中、ｘはモルタル付着率（ｗｔ％）、ρｍはモルタル密度（ｇ／ｃｍ^３）、ρ_ＬＧ（ｇ／ｃｍ^３）は石灰岩砕石密度（ｇ／ｃｍ^３）、回収後の石灰岩砕石密度ρ_ＲＬＧ（ｇ／ｃｍ^３）を表す。
ここで、実施例１〜３及び比較例１〜７においては、ρｍは２．２５（ｇ／ｃｍ^３）、石灰岩砕石密度ρ_ＬＧ（ｇ／ｃｍ^３）は２．７０（ｇ／ｃｍ^３）である。
また、回収後の石灰岩砕石密度（ｇ／ｃｍ^３）は、ＪＩＳ Ａ １１１０『粗骨材の密度および吸水率試験方法』により試験した結果である。

上記表４の結果より、実施例の方法を用いて、コンクリート塊から回収した石灰岩砕石のモルタル付着率は小さいことがわかる。
また、上記実施例１〜３の石灰岩砕石の回収率を、下記式２より算出した。
その結果を表５に示す。

上記式中、石灰岩砕石の回収率ｚ（％）、回収後のモルタルが付着している粗骨材重量ａ（ｋｇ）、モルタル付着率ｂ（％）を表す。

上記表５の結果より、実施例の温度履歴を、コンクリート塊に与えることにより、回収後の粗骨材に付着するモルタル量が少なくなり、石灰岩砕石回収率が高くなることがわかる。即ち、上記ネビルの近似式：y＝−０．６５５３x+１３．７８４より、表２に示すコンクリート配合から粗骨材を除いたモルタルの熱膨張係数を算出すると、モルタルの熱膨張係数は約１２×１０^-６／℃である。従って、上記表１に記載の石灰岩粗骨材との両者の熱変形の差は約８×１０^−６／℃であるため、石灰岩砕石を含むコンクリート塊に、本発明の特定の上記温度履歴を与えることにより熱変形の差から、コンクリート中に含まれるモルタル成分と粗骨材との界面に引張応力が作用して、石灰岩粗骨材を効率よく回収することが可能となる。

また、コンクリート中のモルタルと石灰岩砕石の界面に発生する引張応力を解析するために、解析モデル用供試体として、容積１．０ｍ^３のコンクリート塊の中心部に直径２０ｍｍの石灰岩砕石を１つ配置したものを作成した。この解析モデルは、コンクリート塊に温度履歴をかけた際、コンクリート塊中心部が最も温度履歴の影響を受けにくいため、その中心部に存在する石灰岩砕石とモルタルとの界面とに発生する引張応力により評価することで、コンクリート塊に存在する石灰岩砕石の回収を評価した。
なお、解析モデル供試体を構成するコンクリートと石灰岩砕石の圧縮強度、引張強度、熱膨張係数、熱伝導率、比熱の物性値を、表６に示す。なお、各種物性値に関して、圧縮強度（ＪＩＳ Ａ １１０８）、引張り強度（ＪＩＳ Ａ １１１３）は実測値を用い、熱膨張係数、熱伝導率、比熱に関しては、温度応力解析における各材料設計用値（『マスコンクリートのひび割れ制御指針２００８』社団法人日本コンクリート工学協会）に準じて解析を行なった。

具体的には、実施例１〜３及び比較例３〜７の温度履歴を与えた際の、モルタルと石灰岩砕石の界面に発生する引張応力を、（株）計算力学研究センター社製の温度応力解析ソフト「ＡＳＴＥＡ−ＭＡＣＳ」を用いて算出した。
得られた温度応力解析に用いたコンクリートおよび石灰岩砕石の物性値を表７に示す。

上記表７の結果より、コンクリート塊の容積が１ｍ^３である場合、温度差７５℃以上、昇温速度０．４４℃／分以上、冷却速度０．６７℃／分以上の条件で温度履歴を２４サイクル与えることにより、モルタルと骨材との界面に発生する引張応力が３．０Ｎ／ｍｍ^２以上となり、石灰岩砕石骨材とモルタルとが分離しやすくなり、従って石灰岩砕石骨材を高品質な状態で回収することが可能となる。

本発明の石灰岩砕石の回収方法は、石灰岩砕石骨材を用いた任意のコンクリート廃材から、石灰岩砕石粗骨材を回収して再利用するのに適用することができる。

Claims (4)

1. 粗骨材として石灰岩砕石を用いた１ｍ^３以下のコンクリートに、温度差が７５℃以上であって且つ昇温速度０．４４℃／分以上で冷却速度０．６７℃／分以上の温度履歴を２４サイクル以上加える工程を備えることを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法。
2. 請求項１記載のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、前記温度履歴を加えて、該石灰岩砕石とモルタルとの界面に３．０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張応力を生じせしめることを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法。
3. 請求項１又は２記載のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、該温度履歴を加えた後に、該コンクリートを破砕することを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法。
4. 請求項１〜３いずれかの項記載のコンクリートからの石灰岩砕石の回収方法において、コンクリートは、コンクリート廃材であることを特徴とする、コンクリートからの石灰岩砕石の回収方法。