JP2014079962A - コンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート系がれきを効率的に利用することを可能としたコンクリートの製造方法を提案する。
【解決手段】コンクリート系がれきを破砕して再生骨材を製造する骨材製造工程Ｓ１と、再生骨材の細骨材質量率を計測する計測工程Ｓ２と、細骨材質量率に基いて再生骨材に混練すべきセメントペーストの質量を設定する配合設定工程Ｓ３と、再生骨材と配合設定工程Ｓ３において設定した質量のセメントペーストとを混練してコンクリート混合体を生成する混練工程Ｓ４とを備えるコンクリートの製造方法であって、セメントペーストの質量を、再生骨材の間隙を完全に充填できる質量に設定するコンクリートの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート系がれきを利用したコンクリートの製造方法に関する。

既設コンクリート構造物等の解体に伴い発生したコンクリート系がれきは、路盤材として使用するほか、コンクリート用の再生骨材として使用する場合がある。

コンクリート系がれきを再生骨材として利用する場合には、コンクリート系がれきを粒径５ｍｍ以下の細骨材分と、粒径５ｍｍ以上の粗骨材分とに分級する必要がある。ところが、コンクリート系がれきの分級作業は手間を要する。

そのため、特許文献１には、コンクリート系がれきをコンクリート用の骨材として使用するために、打設すべきコンクリートに要求される骨材の粒度分布となるように、複数の破砕刃を有する破砕機の打撃によって既存のコンクリート構造物を破砕する骨材の製造方法が開示されている。

特許文献１に記載の骨材の製造方法は、まず、破砕機によりコンクリート構造物を破砕して破砕物を生成するとともに、この破砕物の粒度分布を検知する。次に、検知された粒度分布と要求される粒度分布とを比較し、この比較結果に応じて破砕機の破砕刃同士の間隔や食い込み深さを調整することで、破砕物の粒度分布を調整するものである。

特開２００５−１１２６３８号公報

特許文献１の骨材の製造方法は、コンクリート構造物の破砕時に、所望の粒度分布を確保するために破砕刃の調整をする必要があるため作業に手間がかかる。
また、破砕機として特殊な機械を用いるため、費用がかかる。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、コンクリート系がれきを効率的に利用することを可能としたコンクリートの製造方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るコンクリートの製造方法は、コンクリート系がれきを破砕して再生骨材を製造する骨材製造工程と、前記再生骨材の細骨材質量率を計測する計測工程と、前記細骨材質量率に基いて前記再生骨材に混練すべきセメントペーストの質量を設定する配合設定工程と、前記再生骨材と前記配合設定工程において設定した質量のセメントペーストとを混練してコンクリート混合体を生成する混練工程とを備えるコンクリートの製造方法であって、前記セメントペーストの質量を、前記再生骨材の間隙を完全に充填できる質量に設定することを特徴としている。

前記配合設定工程では、前記セメントペーストの質量を、前記コンクリート混合体のスランプ値が５ｃｍ以下、より好ましくは３ｃｍ以下となるように設定するのが望ましい。

また、前記配合設定工程では、前記セメントペーストの質量を、式１に示すαが、１．０≦α≦１．４を満足するように設定するのが望ましく、さらに、前記セメントペーストの質量を、式２に示すβが、１．３≦β≦１．７を満足するように設定するのが望ましい。

α＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ）／（Ｓ／Ｗ_Ｓ−Ｓ／ρ_Ｓ） ・・・ 式１
β＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ＋Ｓ／ρ_Ｓ）／（Ｇ／Ｗ_Ｇ−Ｇ／ρ_Ｇ） ・・・式２
ここで、Ｗ ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｃ ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｓ ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｇ ：単位粗骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
ρ_Ｗ ：水の密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｃ ：セメントの密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｓ ：細骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｇ ：粗骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
Ｗ_Ｓ ：振動締固めによる表乾状態の細骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）
Ｗ_Ｇ ：振動締固めによる表乾状態の粗骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）

かかるコンクリートの製造方法によれば、配合設計において、細骨材質量率を固定せず、細骨材質量率の計測値に応じてセメントペーストの質量を増減させるので、再生骨材の粒度調整が不要となる。つまり、コンクリート構造物等の解体に伴って発生したコンクリート系がれきを破砕した後、破砕して得られた再生骨材の粒度を調整せずにそのまま利用することが可能なため、効率的である。
また、再生骨材とセメントペーストを混合するのみで作業が完了するため、作業性に優れている。

セメントペースト量を、完全充填が可能な量とすることで、品質の信頼性も高い。
ここで、完全充填とは、締固め性試験３分後の充填率が９８％以上になる状態をいう。

なお、セメントペーストの質量を、完全充填が可能な質量とすれば、バッチ毎に骨材質量が変動しても、コンクリートの性状（スランプ値や強度）に大きなばらつきが生じることはなく、したがって、品質の安定したコンクリートを安定的に供給することが可能となる。

本発明のコンクリートの製造方法によれば、効率的なコンクリート系がれきの利用が可能となる。

本発明の実施形態に係るコンクリートの製造方法を示すフローチャートである。 締固め性試験３分後の充填率と単位ペースト量の関係を示すグラフである。 αの値とＥ９８締固めエネルギーの関係を示すグラフである。 βの値とＥ９８締固めエネルギーの関係を示すグラフである。

本発明の実施形態に係るコンクリートの製造方法は、コンクリート構造物等の解体に伴い発生したコンクリート系がれきを破砕して再生骨材とし、これをセメントペーストと混練することで、新設するコンクリート構造物のコンクリートを製造するものである。
なお、コンクリート系がれきとは、コンクリートがれきを主体とするものであるが、軽量ブロック、瓦、津波堆積物等が混在したものでもよい。

コンクリートの製造方法は、図１に示すように、骨材製造工Ｓ１と、計測工程Ｓ２と、配合設定工程Ｓ３と、混練工程Ｓ４とを備えている。

骨材製造工程Ｓ１は、コンクリート系がれきを破砕して再生骨材を製造する工程である。
コンクリート系がれきの破砕方法は限定されるものではないが、本実施形態では、コンクリート構造物の解体等によって生じた頭部大のコンクリート系がれきを、破砕機に投入することにより最大粒径が８０ｍｍになるように破砕する。

計測工程Ｓ２は、再生骨材の細骨材質量率を計測する工程である。
細骨材質量率Ｓ／Ａとは、粒径５ｍｍ以下の再生細骨材の質量（単位細骨材量）Ｓを再生骨材の全質量Ａで除した数値である。

再生骨材の細骨材質量率の計測方法は限定されるものではないが、本実施形態では、破砕機から排出された再生骨材を撮影し、撮影した画像を解析することにより粒度分布を算出することにより行う。

配合設定工程Ｓ３は、水セメント比の選定作業と、セメントペーストの質量の選定作業とを備えている。

水セメント比の選定作業では、新設するコンクリート構造物（対象構造物）に必要な強度レベルに応じてセメントペーストの水セメント比を決定する。本実施形態では、圧縮応力度が２０Ｎ／ｍｍ^２となるように設定するが、コンクリート強度は限定されるものではない。
ここで、コンクリート強度は、水セメント比によりほぼ決定するため、セメントペーストと骨材との配合に関わらず、対象構造物に必要な強度レベルに応じて設定することができる。

セメントペースト量は、事前の予備試験により数パターンの細骨材質量率について充填率９８％以上となるセメントペーストの質量を求めておき（図２参照）、この結果を利用して決定する。

セメントペーストの質量の選定作業では、細骨材質量率に基いて再生骨材に混練すべきセメントペーストの質量を設定する。

セメントペーストの質量は、充填率９８％以上、つまり、再生骨材の間隙の全部がセメントペーストによって完全に充たされるように、かつ、スランプ値が０ｃｍの硬練り配合となるように設定する。なお、スランプ値を０ｃｍとすれば、ブルドーザ等による敷き均し、および、振動ローラ等による転圧を行いやすくなるが、スランプ値は必ずしも０ｃｍである必要はなく、好ましくは５ｃｍ以下、より好ましくは３ｃｍ以下とするのが望ましい。

セメントペーストの質量は、試験練りを行うことで設定すればよいが、αおよびβという指標を用いて設定してもよい。

αは、式１に示すように、粒径５ｍｍ以下の再生細骨材（細骨材に相当するもの）の実積率から求まる間隙体積と、この間隙に充填されるセメントペースト体積の比率を表す指標である。つまり、αは、細骨材（砂）の間隙は、セメントペーストにより充填するという理論に基いた指標である。

一方、βは、式２に示すように、粒径５ｍｍを越える再生粗骨材（粗骨材に相当するもの）の実積率から求まる間隙の体積と、この間隙に充填されるモルタル体積の比率を表す指標である。つまり、βは、粗骨材（礫等）の間隙は、粒径５ｍｍ以下の再生細骨材とセメントペーストとにより充填するという理論に基いた指標である。

α＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ）／（Ｓ／Ｗ_Ｓ−Ｓ／ρ_Ｓ） ・・・ 式１
β＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ＋Ｓ／ρ_Ｓ）／（Ｇ／Ｗ_Ｇ−Ｇ／ρ_Ｇ） ・・・式２
ここで、Ｗ ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｃ ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｓ ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｇ ：単位粗骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
ρ_Ｗ ：水の密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｃ ：セメントの密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｓ ：細骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
ρ_Ｇ ：粗骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
Ｗ_Ｓ ：一定体積の容器に振動を加えながら試料を詰めること（振動締固め）による表乾状態の細骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）
Ｗ_Ｇ ：振動締固めによる表乾状態の粗骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）

配合理論上では、αとβとのいずれもが、１．０以上になければ完全充填は得られないことを意味している。すなわち、α、βが１．０を下回ると、完全充填を実現できないおそれがある。

なお、本実施形態では、αおよびβが、それぞれ、１．０≦α≦１．４、１．３≦β≦１．７を満足するように設定する。
スランプ０ｃｍを実現するためには、αは１．４以下が望ましい。

βが１．３を下回っても、完全充填を実現できるが、締固めに多大なエネルギーを要するため、βは１．３以上とすることが望ましい。また、βが１．７を上回ると、材料分離が生じるようになるので、βは１．７以下が望ましい。

混練工程Ｓ４は、再生骨材と配合設定工程Ｓ３において設定した質量のセメントペーストとを混練してコンクリート混合体を生成する工程である。

以上、本実施形態のコンクリート製造方法によれば、破砕したコンクリート系がれきを粒径毎に区分することなく、セメントペースト（セメントと水）を混合するのみで、コンクリートを生成するため、従来に比べて作業の手間を大幅に削減することができる。
また、再生骨材を所望の粒度分布に設定する手間や、そのための特殊な装置等に要する費用等を省略することができる。

セメントペーストの質量は、再生骨材の間隙等に応じて設定するため、加振締固め性が良好な混合の割合を合理的に決定できる。

コンクリート構造物の解体や、震災等により生じたコンクリート系がれきを、そのまま再利用することができるため、効率的であるとともに、廃棄物処分に伴う費用を削減することができる。

次に、本実施形態のコンクリートの製造方法により試験練りを実施した結果について説明する。

まず、細骨材質量率Ｓ／Ａに応じたセメントペースト量を選定するために、締固め性試験３分後の充填率による評価を行った結果を示す。
なお、締固め性試験の３分後に評価を行うのは、締固め性試験により充填率が９８％に到達しない場合でも、振動エネルギーを３分程度与えると充填率の値が収束すると考えられるからである。

図２に示すように、いずれのＳ／Ａにおいても、単位ペースト量が多くなるに従い、充填率は大きくなる傾向を示した。
また、細骨材質量率Ｓ／Ａによって、充填率９８％を確保する単位ペースト量が異なることも確認された。これは、細骨材質量率Ｓ／Ａごとに再生骨材の間隙を充填するために必要な単位ペースト量が決まることを示している。

再生骨材に対するセメントペーストの質量を変化させて試験練りを行い、αとＥ９８締固めエネルギーとの関係をまとめた結果と、βとＥ９８締固めエネルギーとの関係をまとめた結果をそれぞれ図３と図４に示した。

一般的に、充填率９８％に到達する適切な締固めエネルギーは、１００Ｊ／Ｌ以下である。図３に示すように、１．０≦α≦１．４の範囲内では、おおむね１００Ｊ／Ｌ以下となった。
また、図４に示すように、１．３≦β≦１．７の範囲内でも、おおむね１００Ｊ／Ｌ以下となった。

なお、配合によっては、αまたはβが適切な範囲であっても、充填率９８％に到達しないものもある。これは、細骨材質量率Ｓ／Ａ毎の再生骨材の間隙を充填するために必要な単位ペースト量が確保されていないことにより生じたものと考えられる。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、計測工程において、再生骨材（コンクリート系がれき）の含水率を測定し、この含水率をセメントペーストの水セメント比の設計に換算してもよい。

また、混練工程では、予め水とセメントとが混合されたセメントペーストを再生骨材と混練してもよいし、セメントと水と再生骨材とを混練してもよい。

前記実施形態では、細骨材の間隙の体積とセメントペースト体積の比率を表す指標αと粗骨材の間隙の体積とモルタル体積の比率を表す指標βを利用してセメントペーストの質量を設定したが、セメントペーストの質量の設定方法は、これに限定されるものではない。

Ｓ１ 骨材製造工程
Ｓ２ 計測工程
Ｓ３ 配合設定工程
Ｓ４ 混練工程

Claims (4)

1. コンクリート系がれきを破砕して再生骨材を製造する骨材製造工程と、
   前記再生骨材の細骨材質量率を計測する計測工程と、
   前記細骨材質量率に基いて前記再生骨材に混練すべきセメントペーストの質量を設定する配合設定工程と、
   前記再生骨材と前記配合設定工程において設定した質量のセメントペーストとを混練してコンクリート混合体を生成する混練工程と、を備えるコンクリートの製造方法であって、
   前記セメントペーストの質量を、前記再生骨材の間隙を完全に充填できる質量に設定することを特徴とするコンクリートの製造方法。
2. 前記配合設定工程では、前記セメントペーストの質量を、前記コンクリート混合体のスランプ値が５ｃｍ以下となるように設定することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートの製造方法。
3. 前記配合設定工程では、前記セメントペーストの質量を、式１に示すαが、１．０≦α≦１．４を満足するように設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコンクリートの製造方法。
   α＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ）／（Ｓ／Ｗ_Ｓ−Ｓ／ρ_Ｓ） ・・・ 式１
   ここで、Ｗ ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
   Ｃ ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
   Ｓ ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
   ρ_Ｗ ：水の密度（ｋｇ／ｌ）
   ρ_Ｃ ：セメントの密度（ｋｇ／ｌ）
   ρ_Ｓ ：細骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
   Ｗ_Ｓ ：振動締固めによる表乾状態の細骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）
4. 前記配合設定工程では、前記セメントペーストの質量を、式２に示すβが、１．３≦β≦１．７を満足するように設定することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のコンクリートの製造方法。
   β＝（Ｗ／ρ_Ｗ＋Ｃ／ρ_Ｃ＋Ｓ／ρ_Ｓ）／（Ｇ／Ｗ_Ｇ−Ｇ／ρ_Ｇ） ・・・式２
   ここで、Ｗ ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
   Ｃ ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
   Ｓ ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
   Ｇ ：単位粗骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
   ρ_Ｗ ：水の密度（ｋｇ／ｌ）
   ρ_Ｃ ：セメントの密度（ｋｇ／ｌ）
   ρ_Ｓ ：細骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
   ρ_Ｇ ：粗骨材の密度（ｋｇ／ｌ）
   Ｗ_Ｇ ：振動締固めによる表乾状態の粗骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｌ）

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