JP2014185044A - 遠心成形コンクリート、その製造方法、放射能汚染瓦礫の処理方法、および放射能汚染瓦礫の保管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放射線の遮蔽効果が高い遠心成形コンクリートとその製造方法、放射能汚染瓦礫の処理方法、および放射能汚染瓦礫の保管方法を提供する。
【解決手段】本発明は、放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材を含む遠心成形コンクリート等である。そして、該コンクリートは、好ましくは放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材の合計を１００質量％として、重量骨材の含有率が５０〜９０質量％であり、より好ましくは、前記放射能汚染瓦礫の破砕物の粒径が０．３〜１５ｍｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質により汚染された瓦礫（以下「放射能汚染瓦礫」という。）を含む遠心成形コンクリート、その製造方法、該瓦礫の処理方法、および該瓦礫の保管方法に関する。なお、本発明において、コンクリートはモルタルを含む。

福島第一原子力発電所の事故により、膨大な量の放射性物質が広範囲に拡散した。この拡散した放射性物質の中でも放射性セシウム（セシウム１３７）は、放出量が多く半減期が３０年と長いため、長期にわたって続く放射能汚染が懸念されている。そのため、地震や津波等で倒壊して大量に発生した瓦礫の処理の中でも、放射能汚染瓦礫の処理は進んでいない。また、平成２３年に環境省が発行した「廃棄物関係ガイドライン」（事故由来放射性物質により汚染された廃棄物の処理等に関するガイドライン）に、放射性廃棄物の保管方法や運搬方法の記載はあるものの、放射能汚染瓦礫の処理方法までは記載されていない。

一方、特許文献１では、放射化したコンクリートを処理する方法が提案されている。すなわち、該方法は、放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で得られた放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種を化学的に分離する洗浄工程と、洗浄工程後のコンクリート粉砕物と洗浄液とを固液分離する固液分離工程とを備えた放射化コンクリートの処理方法である。しかし、該方法は、洗浄工程で発生する放射性核種を含む洗浄液の処理が大きな課題として残る。
以上のことから、現在、放射能汚染瓦礫の有効な処理方法が望まれている。

特開２００２−３４１０８８号公報

かかる状況をうけて、本発明は、放射能汚染瓦礫の処理に関連する技術を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意検討したところ、下記の構成を有する本発明は前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
［１］放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材を含む遠心成形コンクリート。
［２］放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材の合計を１００質量％として、重量骨材の含有率が５０〜９０質量％である、前記［１］に記載の遠心成形コンクリート。
［３］前記放射能汚染瓦礫の破砕物の粒径が０．３〜１５ｍｍである、前記［１］または［２］に記載の遠心成形コンクリート。
［４］下記（Ａ）〜（Ｃ）工程を含む、前記遠心成形コンクリートの製造方法。
（Ａ）放射能汚染瓦礫を破砕して破砕物を得る瓦礫破砕工程
（Ｂ）前記破砕物を分級して分級した破砕物を得る破砕物分級工程
（Ｃ）前記分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリートを遠心成形して、放射能汚染瓦礫を含む遠心成形コンクリートを得る遠心成形工程
［５］放射能汚染瓦礫を破砕して分級した後、該分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリートを遠心成形して、放射能汚染瓦礫を遠心成形コンクリート中に固定する、放射能汚染瓦礫の処理方法。
［６］前記遠心成形コンクリートの空洞部分に放射能汚染瓦礫を充填して、該コンクリートの開口端を密閉した後、該コンクリートを建屋内に積載するか、または地中に埋設する、放射能汚染瓦礫の保管方法。

本発明の遠心成形コンクリートは、放射線の遮蔽効果が高く、その製造方法は放射能汚染瓦礫を骨材として再利用することができる。また、本発明の処理方法は、放射能汚染瓦礫を容易に処理でき経済的である。さらに、本発明の保管方法は、放射能汚染瓦礫をコンパクトに保管でき、また保管場所が確保しやすい。

重量骨材を用いた本発明の遠心成形コンクリートの断面の写真である。

以下、本発明について、遠心成形コンクリート、その製造方法、放射能汚染瓦礫の処理方法、および放射能汚染瓦礫の保管方法に分けて詳細に説明する。
１．遠心成形コンクリート
該コンクリートは、放射能汚染瓦礫の破砕物および重量骨材を骨材として含むものである。ここで骨材とは、細骨材および粗骨材のいずれであってもよい。
前記骨材の表乾密度は、一般に、瓦礫が２〜２．５ｇ／ｃｍ^３、重量骨材が３〜５ｇ／ｃｍ^３である。したがって、瓦礫と重量骨材をともに含むコンクリートを遠心成形すると、後掲の図１に示すように、遠心力により重量骨材はコンクリートの外側に移動し、瓦礫はコンクリートの内側に移動して、骨材粒の重さに応じて骨材が分布する。また、遠心成形コンクリートに含まれるモルタルの部分は、コンクリートの外側にいくほど遠心力により水が絞り出され、締め固められて緻密になる。このようにコンクリートの外側に高密度層が形成されているため、本発明の遠心成形コンクリートは、内側に存在する放射能汚染瓦礫から外に向かう放射線を遮蔽する効果が高い。ちなみに、遠心成形コンクリートの密度は、後記のように、通常骨材を用いた従来の遠心成形コンクリートでは、外面から２ｃｍまでの外側の部分で２．６０ｇ／ｃｍ^３、内面から２ｃｍまでの内側の部分で２．４３ｇ／ｃｍ^３であるのに対し、本発明の遠心成形コンクリートでは、該外側の部分で３．７２ｇ／ｃｍ^３、該内側の部分で２．５２ｇ／ｃｍ^３であるから、本発明の遠心成形コンクリートの内側と外側の密度の差は極めて大きい。

遠心成形コンクリート中の放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材の合計を１００質量％として、好ましくは、重量骨材の含有率は５０〜９０質量％である。該含有率が５０質量％未満では放射線の遮蔽効果が低く、９０質量％を超えると相対的に瓦礫の含有率が減って放射能汚染瓦礫を大量に処理できない。該含有率は、より好ましくは５５〜８５質量％、さらに好ましくは６０〜８０質量％である。
また、放射能汚染瓦礫の破砕物の粒径は、好ましくは０．３〜１５ｍｍである。該粒径が０．３ｍｍ未満では、ノロ中の破砕物（粒径がより小さいもの）の含有量が増加するため相対的にコンクリート中の含有量が減少し、１５ｍｍを超えると前記破砕物がコンクリートの内側へ移行する量が減少する。該粒径は、より好ましくは０．５〜１３ｍｍ、さらに好ましくは１．０〜１０ｍｍである。
重量骨材の粒径は、特に限定されないが、成形体を緻密にするために、好ましくは２．５〜２５ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍである。また、前記重量骨材は、金属スラグ溶融骨材、重晶石、酸化鉄粉、磁鉄鉱、および鉄等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、遠心成形コンクリート中のセメントは、特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、石炭灰含有セメント、シリカセメント、白色セメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、混練水は、例えば、上水道水、再生水、または生コンクリートの上澄水等が使用できる。
さらに、遠心成形コンクリートは、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石炭灰、シリカヒューム、シリカ粉末、石灰石、石灰石粉末、およびセメントキルンダスト等から選ばれる１種以上を含んでもよく、砕砂、山砂、川砂等の細骨材を含んでもよい。
なお、本発明の遠心成形コンクリートは、後記のとおり、放射能汚染瓦礫を骨材としてコンクリート中に固定するだけではなく、該コンクリートの円形の空洞内部に放射能汚染瓦礫を収容して保管する保管容器としての機能を併有するという特徴がある。

２．遠心成形コンクリートの製造方法
該製造方法は、（Ａ）瓦礫破砕工程、（Ｂ）破砕物分級工程、および（Ｃ）遠心成形工程を含む。以下に各工程に分けて説明する。
（Ａ）瓦礫破砕工程
該工程は、放射能汚染瓦礫を骨材として適切な大きさにするための工程である。
該工程で用いる破砕機等は、特に限定されず、破砕機、ジョークラッシャー、バケットクラシャー、ボールミル、ローラーミル、ロッドミル等を用いることができる。瓦礫を破砕する際の粉塵の飛散を防止するため、好ましくは瓦礫は湿潤状態で破砕する。
（Ｂ）破砕物分級工程
該工程は、前記破砕物の中から骨材として使用に適する粒径の破砕物を選別する工程である。破砕物の好ましい粒径は、前記のとおり０．３〜１５ｍｍである。粒径が１５ｍｍを超える破砕物は、瓦礫の回収率を高めるために、再度、前記瓦礫破砕工程に移して破砕するのが好ましい。
該工程において用いる分級機は、特に限定されず、篩、スクリーン分級機、サイクロン等が使用できる。
（Ｃ）遠心成形工程
該工程は、前記分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリート混練物を遠心成形して、放射能汚染瓦礫を含む遠心成形コンクリートを得る工程である。
コンクリートの混練方法は、(i)混練水の一部と骨材を先に混練し、続けて残りの混練水とセメントを添加して混練する分割混練や、（ii）骨材とセメントを空練りした後、混練水を添加して混練する一括混練が挙げられる。また、本発明で用いる遠心成形方法は、特に限定されず、常法に従い行うことができる。
なお、遠心成形時に発生するノロを低減するため、ベントナイト、シリカフューム、フライアッシュ、およびセルロース誘導体等の保水性材料から選ばれる１種以上を前記コンクリートの混練時に添加してもよい。

３．放射能汚染瓦礫の処理方法
該処理方法は、放射能汚染瓦礫を破砕して分級した後、該分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリートを遠心成形して、放射能汚染瓦礫を遠心成形コンクリート中に固定する方法である。本発明の処理方法は、特許文献１に記載の処理方法とは異なり、放射性核種を含む洗浄液が大量に発生する等の問題は生じない。

４．放射能汚染瓦礫の保管方法
該保管方法は、前記遠心成形コンクリートの空洞部分に放射能汚染瓦礫を充填して、該コンクリートの開口端を密閉した後、該コンクリートを建屋内に積載するか、または地中に埋設する方法である。前記遠心成形コンクリートは運搬や保管が容易であり、また、地中に埋設するのに適した形状（パイル）を有している。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント（Ｃ）
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）細骨材（Ｓ）
Ｓ１：コンクリートがら（瓦礫）の破砕物（粒径０．３〜１０ｍｍ、表乾密度 ２．２５ｇ／ｃｍ^３）
Ｓ２：山砂（普通骨材、表乾密度２．６５ｇ／ｃｍ^３）
（３）粗骨材（Ｇ）
Ｇ１：金属スラグ溶融骨材（重量骨材、表乾密度４．２５ｇ／ｃｍ^３）
Ｇ２：硬質砂岩砕石（普通骨材、表乾密度２．８７ｇ／ｃｍ^３）
（４）減水剤（ＳＰ）
マイテイ１５０（登録商標、花王社製）
（５）水（Ｗ）
上水道水

２．遠心成形コンクリートの製造と骨材の分布
コンクリート建築物の解体現場で採取したコンクリートがらを破砕機で破砕して破砕物を得た。次に、該破砕物を篩分けして粒径が０．３〜１０ｍｍの粉砕物（Ｓ１）を得た。
次に、表１に示す配合に従いコンクリートを混練し、該コンクリートを用いて遠心成形を行い遠心成形コンクリートを製造した。前記成形条件は、１Ｇを２分継続した後、低速回転（５Ｇ）を１分継続し、さらに中速回転（１５Ｇ）を２分継続した後、高速回転（３５Ｇ）を４分継続した。なお、実施例の重量骨材の配合割合を、前記破砕物（Ｓ１）と金属スラグ溶融骨材（Ｇ１）の合計を１００質量％として質量％で示せば、金属スラグ溶融骨材（Ｇ１）は７１質量％である。また、比較例おいて骨材は、通常の細骨材（Ｓ２）と通常の粗骨材（Ｇ２）を使用した。
図１に実施例の遠心成形コンクリートの断面の写真を示す。

図１の写真では、矢印で示す骨材等の黒色の骨材が重量骨材である。したがって、この写真から、重量骨材はコンクリートの外側に分布していることが分かる。
また、水中置換法で測定したコンクリートの外側と内側の部分の密度は、比較例の遠心成形コンクリートでは、外面から２ｃｍまでの外側の部分で２．６０ｇ／ｃｍ^３、内面から２ｃｍまでの内側の部分で２．４３ｇ／ｃｍ^３であるのに対し、実施例の遠心成形コンクリートでは、該外側の部分で３．７２ｇ／ｃｍ^３、該内側の部分で２．５２ｇ／ｃｍ^３であるから、本発明の遠心成形コンクリートの内側と外側の密度の差は極めて大きい。

Claims (6)

1. 放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材を含む遠心成形コンクリート。
2. 放射能汚染瓦礫の破砕物と重量骨材の合計を１００質量％として、重量骨材の含有率が５０〜９０質量％である、請求項１に記載の遠心成形コンクリート。
3. 前記放射能汚染瓦礫の破砕物の粒径が０．３〜１５ｍｍである、請求項１または２に記載の遠心成形コンクリート。
4. 下記（Ａ）〜（Ｃ）工程を含む、前記遠心成形コンクリートの製造方法。
   （Ａ）放射能汚染瓦礫を破砕して破砕物を得る瓦礫破砕工程
   （Ｂ）前記破砕物を分級して分級した破砕物を得る破砕物分級工程
   （Ｃ）前記分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリートを遠心成形して、放射能汚染瓦礫を含む遠心成形コンクリートを得る遠心成形工程
5. 放射能汚染瓦礫を破砕して分級した後、該分級した破砕物と重量骨材を含むコンクリートを遠心成形して、放射能汚染瓦礫を遠心成形コンクリート中に固定する、放射能汚染瓦礫の処理方法。
6. 前記遠心成形コンクリートの空洞部分に放射能汚染瓦礫を充填して、該コンクリートの開口端を密閉した後、該コンクリートを建屋内に積載するか、または地中に埋設する、放射能汚染瓦礫の保管方法。

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