JP2017532219A - 未硬化コンクリートを加工処理する方法 - Google Patents

Abstract

未硬化コンクリートを加工処理するための方法および関連するシステムが開示される。少なくとも１つの実施形態において、方法は、大量の泡を未硬化の返送コンクリートに添加するステップと、次いで、コンクリートミキサトラックまたは他のコンクリート混合装置内で泡を返送コンクリートと混合するステップとを含む。泡と返送コンクリートとの混合を介して、水和されたセメントおよび骨材粒子が多量の空隙によって分離され、これにより、結果として得られた高多孔率のコンクリートの強度が劇的に低下される。処理されたコンクリートは放出され、およびこの脆弱な状態で固化され、その後、販売または再使用できるばらばらの粒子状材料へ容易に破砕される。

Description

関連出願の相互参照
本非仮特許出願は、２０１４年８月１３日に出願された「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ ＥＸＣＥＳＳ ＵＮＨＡＲＤＥＮＥＤ ＣＯＮＣＲＥＴＥ」という名称の米国仮特許出願第６２／０３６，８１２号明細書の優先権の利益を主張し、この仮出願は参照により本明細書に完全に援用される。

本明細書に記載される技術は、概して、残った未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムおよび方法に関する。詳細には、本技術は、返送コンクリートの量を見積もるステップ；返送コンクリートに泡を添加するステップ；泡および返送コンクリートを一緒に混合するステップ；処理されたコンクリートを放出するステップ；処理されたコンクリートを凝結させるステップ；硬化された処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態に変換するステップ；および粒子または骨材の形態のばら材料を使用するステップを含む、未硬化コンクリートを加工処理するための方法に関する。

コンクリートの積載量を納入した後、コンクリートミキサトラックがプラントへ戻るとき、未使用の未硬化コンクリートがトラックドラムに残されていることが多い。この残留コンクリートは、返送コンクリートと称される。返送コンクリートは、生コンクリート産業にとって大きい負担である。

多くの環境上の懸念および経費検討により、返送コンクリートに対処するための多くの方法が提案されてきた。返送コンクリートに対処するためにコンクリート産業が利用できるいくつかの方法は、（１）コンクリート再生方法、（２）硬化コンクリート粉砕方法、（３）様々なコンクリート要素の鋳造、（４）洗い流しピット（ｗａｓｈｏｕｔ ｐｉｔ）、（５）硬化促進剤および超吸収性ポリマーで処理された再生コンクリートをリサイクルすること、および（６）未凝結／軟練りコンクリートを凝結遅延剤で処理し、その後、そのコンクリートを使用可能な状態に回復させるために硬化促進剤を添加することによる未凝結／軟練りコンクリートの再生を含む。しかしながら、これらの方法およびシステムには多くの欠陥および欠点がある。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための１つの方法は、セメントスラリーおよび骨材を再生することである。残念ながら、コンクリート再生方法は様々な制限および制約があり、それらは非効率的かつ費用の掛かるリサイクルプロセスをもたらす。非効率は、高エネルギー消費、使用できないスラリーまたはスラリー水、高いメンテナンス費用などに関連する。例として、１９９０年９月１３日にＳａｎｄａｕに発行された独国特許第３，９０６，６４５号明細書は、返送された未凝結／軟練りコンクリートの洗浄装置を開示している。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための第２の方法は、返送コンクリートをパイル状に放出し、それを硬化させ、次いでコンクリートを粉砕して備蓄品にすることである。その後、粉砕されたコンクリートを再使用または販売することができる。この方法は、硬化したコンクリートを粉砕するための装置およびそのメンテナンスにかなりの投資を必要とする。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための第３の方法は、様々なコンクリート要素を鋳造することである。これらの要素は、係留ブロック、アンカーブロック、装飾要素などを含み得る。この方法は、再使用可能な型への投資、鋳造要素を保管するためのスペース、および型枠を準備しかつ剥がすための労力を必要とする。例として、Ｃｕｒｒｙらによって出願され、２００４年９月１６日に公開された米国特許出願公開第２００４／０１７９８９６Ａ１号明細書は、返送コンクリートから合成捨石を作製するためのコンクリート受入れアセンブリおよび方法を開示している。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための第４の方法は、返送コンクリートを大量の水で希釈し、次いでその混合物を洗い出しピットへ放出し、固体が結合することを防止することである。待機期間の後、余分な水は洗い出しピットから排出される。次いで固体は洗い出しピットから重機で取り出され、乾燥のために備蓄される。その後、乾燥された固体材料は、廃棄材として埋め立てに使われる。このプロセスは高価であり、時間を消費し、環境的に持続不可能である。洗い出しピット内に残留する再生材料に対処するために必要な重機は、再生プロセスの間に生成された微粒子の蓄積に起因する機械的な故障を被る。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための第５の方法は、硬化促進剤および超吸収性ポリマーを用いて未凝結／軟練りコンクリートをリサイクルすることによって未凝結／軟練りコンクリートを再使用することである。例として、２０１２年６月２７日にＦｅｒｒａｒｉに発行された欧州特許第２，４６８，６９５号明細書は、急結促進剤および超吸収性ポリマーを残留生コンクリートに添加し、その混合物を粒子状材料が形成されるまでブレンドするステップを含む、再生コンクリートをリサイクルするための方法を開示している。粒子状材料が生成された後、粒子状材料は放出され、硬化される。この方法の目的は、残留コンクリートからの粒子状材料の生成であり、粒子状材料は硬化後、コンクリートの骨材として使用可能である。この方法の欠点は、処理されたセメント系材料が、骨材粒子の周りに厚い被膜を形成し、被膜の硬化した特性が、このプロセスによって生成された粒子状材料の品質に著しい影響を及ぼすことである。硬化促進剤および超吸収性ポリマーの量は、粒子状材料の周りの被膜の質が適切であることを保証するように慎重に制御される必要がある。処理されたコンクリートはまた、様々な粒子状粒子の周りの被膜が融合しないことを保証するために早期の破砕を必要とする。処理されたコンクリートの不十分な破砕は、凝集されたペーストおよび骨材粒子の大きい片の形成をもたらし得る。再使用時、新規コンクリートに添加される新たに形成された粒子状材料の配合もまた、新規コンクリート積載量内で所望の生および硬化されるコンクリートの特性を達成するために十分に注意して行われる必要がある。

この返送コンクリートに関連する問題に対処するための第６の方法は、未凝結／軟練りコンクリートを凝結遅延剤で処理し、その後、コンクリートを再使用可能な状態に回復させるために硬化促進剤を添加することによって、未凝結／軟練りコンクリートを再生することである。例として、１９９５年６月２７日にＢｏｂｒｏｗｓｋｉらに発行された米国特許第５，４２７，６１７号明細書は、返送コンクリートをトラックミキサ内で一晩にわたって未凝結状態に維持し、翌朝、新規コンクリートと組み合わせて再使用し、従って返送コンクリートの廃棄およびごみの生成を防止することを可能にするコンクリートを再生するための方法および組成を開示している。再使用時、新規コンクリートと混合される残留コンクリートの配合は、新規コンクリート積載量内で所望の生および硬化されるコンクリートの特性を達成するために注意して行われる必要がある。この方法は、ほとんどの場合にコンクリートプラントに当てはまる、コンクリートの別の積載量をできるだけ受け入れるために返送コンクリートを放出しなければならない帰着したトラックの返送コンクリートに対処するための方法をコンクリート製造業者に提供しない。

当該技術分野で知られている他の関連する一般の特許は以下を含む。

１９８０年６月１０日にＨｏｏｄに発行された米国特許第４，２０７，１７６号明細書は、未凝結コンクリート骨材の再生を開示している。

１９９２年７月１６日にＢｒｅｎｎｅｒに発行された独国特許第４，１４３，０２９号明細書は、廃棄コンクリートリサイクル用トラフを開示している。

１９９６年２月１５日にＳａｎｄａｕに発行された独国特許第４，４２８，４１５号明細書は、大型受入装置および不良品供給部を備えたコンクリート洗い出しユニットを開示している。

Ｓａｎｄａｕによって出願され、１９９７年５月７日に公開された独国特許公開独国特許第１９５４４２０８号明細書は、コンクリートなどの残留物質用の洗い出し装置を開示している。

Ｓａｎｄａｕによって出願され、１９９７年１１月１３日に公開された独国特許公開独国特許第１９７５０２９６号明細書は、残留コンクリート用の洗浄装置を開示している。

Ｇｌｅｉｓｓによって出願され、１９９５年１０月１２日に公開された国際公開第９５／２６８２５号パンフレットは、フィードスクリューを備えた残留コンクリート再加工処理装置を開示している。

Ｆｅｒｒａｒｉらによって出願され、２０１２年６月１２日に公開された国際公開第２０１２／０８４７１６号パンフレットは、セメント組成物から骨材を形成するための方法を開示している。

１９９３年４月２０日にＢｏｂｒｏｗｓｋｉに発行された米国特許第５，２０３，９１９号明細書は、コンクリート残留物を安定するための方法および組成物を開示している。

１９８８年３月３日にＢｏｂｒｏｗｓｋｉらに発行された独国特許第３，７２７，９０７号明細書は、コンクリート混合物のリサイクルを開示している。

Ｂｕｓｓらによって出願され、２００７年５月３日に公開された独国特許公開独国特許第１９５１８４６９号明細書は、残留コンクリートを再加工処理するためのプロセスを開示している。

１９９５年３月１４日にＢｏｚｅｎｈａｒｄｔに発行された米国特許第５，３９６，９８３号明細書は、特に残留コンクリート再加工処理導入用の洗浄装置を開示している。

１９９６年１０月１日にＢｒｅｎｎｅｒに発行された米国特許第５，５６０，４９５号明細書は、残留コンクリートの再加工処理の間に形成された骨材の移動装置を開示している。

１９９８年７月１４日にＢｒｅｎｎｅｒに発行された米国特許第５，７７８，９１０号明細書は、残留コンクリート用の洗浄トラフを開示している。

２０１２年５月１日にＧｒａｙに発行された米国特許第８，１６７，９９７号明細書は、安定化された泡混和剤を有するコンクリート混合物を開示している。

２０１０年３月２日にＧｒａｙに発行された米国特許第７，６７０，４２６号明細書は、水性泡混和剤を有するコンクリート混合物を開示している。

２００２年４月２３日にＹｏｕｎｇ，ＩＩＩに発行された米国特許第６，３７５，２７１号明細書は、制御された泡注入法および硬いコンパクトな岩石およびコンクリートの細分化手段を開示している。

１９９９年９月１４日にＷｉｌｌｉａｍｓらに発行された米国特許第５，９５１，７５１号明細書は、流動可能な充填組成物と、流動可能な充填材料を形成し配置する方法とを開示している。

２０１１年１２月２０日にＫｒｏｚｅｌらに発行された米国特許第８，０８０，１０５号明細書は、流動可能なセメント系材料を製造かつ使用する方法を開示している。

当該技術分野で知られている関連する非特許文献は以下を含む。

気泡、細孔、気泡コンクリート、および制御された低強度材料など、非常に高い空気含有量で形成された様々な種類の低密度、高多孔性コンクリートが存在する。しかしながら、これらのコンクリート種は、返送コンクリートをリサイクルまたは処理するための特別の目的のために現在製造されていない。低密度、高多孔性コンクリートを製造する目的は、一般に、熱効率を改善すること（改善された断熱）、耐火性を改善すること、遮音性を改善すること、およびこれらのコンクリートによって形成された構造の自重を低減することである。制御された低強度材料は、溝の充填および埋戻し用途でしばしば使用され、そこでは、それらの低強度および高い機能性が望まれる。ＡＣＩ ５２３．１Ｒ−０６は、気泡コンクリートの製造およびその主要な要素がプリフォームされた泡である状態を記載し、プリフォームされた泡は、発泡原液を所定の割合で水で希釈し、この混合物を泡発生器に通すことによって生成される。ＡＳＴＭ Ｃ ８６９は、気泡コンクリートの製造で使用するためのプリフォームされた泡を形成するために特別に配合された発泡剤を網羅する標準仕様書である。

前出の特許および他の情報は、本発明者が認識している先行技術を反映し、本明細書に記載される技術の特許性に関連し得る情報を開示する本発明者の認識された誠実義務を果たす目的で記載されている。しかしながら、前出の特許および他の情報は、単独でも組み合わせて考慮される場合も、本発明者の特許請求される発明を教示もしなければ明らかにもしないことがあらためて明記される。

様々な例示的実施形態において、本明細書に記載される技術は、未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムおよび関連する方法を提供し、方法は、返送コンクリートの量を見積もるステップ；返送コンクリートに泡を添加するステップ；泡および返送コンクリートを一緒に混合するステップ；処理されたコンクリートを放出するステップ；処理されたコンクリートを凝結させるステップ；硬化された処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態に変換するステップ；および粒子または骨材の形態のばら材料を使用するステップを含む。

１つの例示的な実施形態において、本明細書に記載される技術は、未硬化コンクリートを加工処理するための方法を提供する。方法は、返送コンクリートの量を見積もるステップ；コンクリートの多孔率を上昇させるために返送コンクリートの量に泡を添加するステップ；添加された泡および返送コンクリートを一緒に混合して、処理されたコンクリートを形成するステップ；処理されたコンクリートを放出するステップ；処理されたコンクリートを硬化した形態へ凝結させて、それにより、圧縮強度を元の返送コンクリートの強度に対して著しく低下させるステップ；硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態のばら材料に変換するステップ；および粒子または骨材の形態のばら材料を使用するステップを含む。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、返送コンクリート中に気泡を形成して、返送コンクリートの強度を著しく低下させるために、返送コンクリートに膨張剤を添加するステップも含む。

少なくとも１つの実施形態において、膨張剤はアルミニウム粉末である。

少なくとも１つの実施形態において、膨張剤は過酸化水素である。

少なくとも１つの実施形態において、膨張剤は膨張可能な微小球である。

少なくとも１つの実施形態において、方法はまた、気泡を形成して、返送コンクリートの強度を著しく低下させるために、返送コンクリートと発泡剤を混合するステップを含む。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される発泡原液である。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される合成発泡原液である。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される連続気泡発泡原液である。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される蛋白質ベースの発泡原液である。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される空気発生混和剤である。

少なくとも１つの実施形態において、発泡剤は、返送コンクリートと混合される界面活性剤である。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、発泡剤残留物の効果に対抗するために、およびリサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料から作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために、粒子または骨材の形態に消泡剤を適用するステップをさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、消泡剤はトリブチルホスフェートである。

少なくとも１つの実施形態において、消泡剤は２−エチルヘキサノールである。

少なくとも１つの実施形態において、方法はまた、返送コンクリートに添加するための泡の量を、選択された発泡剤、水と混合されるときの発泡剤の濃度、および泡を添加するために選択された泡発生器に基づいて決定するステップを含む。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、および舗道の基層材料または補助基層材料として使用できる粒子または骨材の形態のばら材料中のコンクリートをリサイクルするステップをさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、粒子または骨材の形態のばら材料のコンクリートを、新規コンクリートを形成するために使用される骨材にリサイクルするステップをさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、コンクリートの多孔率を上昇させるために返送コンクリートの量へ泡を添加する方法ステップが、圧縮空気を備えた発泡機械を使用するステップ；発泡機械内で発泡剤を使用するステップ；発泡剤を水に添加するステップ；および適切な水対発泡剤の比率を使用するステップをさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、方法はまた、変換後の粒子または骨材の形態のばら材料をリサイクルするステップ；および変換後のリサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料を、新規コンクリートを生成するための粗骨材として使用するステップを含む。変換後のばら材料は、経時的に水和し続けかつ強度の増加に寄与するいくらかのセメント系粒子を含有し得る。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、変換後の粒子または骨材の形態のばら材料をリサイクルするステップ；および変換後のリサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料を、新規コンクリートを生成するための細骨材として使用するステップをさらに含む。変換後のばら材料は、経時的に水和し続けかつ強度の増加に寄与するいくらかのセメント系粒子を含有し得る。

１つの例示的実施形態において、本明細書に記載される技術は、未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムを提供する。システムは、返送コンクリートの量を見積もるための手段；返送コンクリートの量に泡を添加するための泡添加装置；添加された泡および返送コンクリートを一緒に混合して、処理されたコンクリートを形成するための混合器；処理されたコンクリートを放出するための放出器；処理されたコンクリートを凝結させて硬化した形態にするように構成された放出領域；硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態のばら材料へ変換する変換器；および粒子または骨材の形態のばら材料の特定の使用を決定するための使用者を含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムはまた、返送コンクリート中に気泡を形成するために、および返送コンクリートの強度を著しく低下させるために、返送コンクリートに膨張剤を添加するための装置を含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムは、発泡剤残留物に対抗するために、およびリサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料から作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために、粒子または骨材の形態に消泡剤を適用するための装置をさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムはまた、返送コンクリートに添加するために使用する泡の量を、選択された発泡剤、水と混合されるときの発泡剤の濃度、および泡を添加するために選択された泡発生器に基づいて決定するための手段を含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムの返送コンクリートの量に泡を添加するための泡添加装置はまた、圧縮空気を備えた発泡機械；発泡機械内に配置された発泡剤；および適切な水対発泡剤の比率で発泡剤を水に添加するための手段を含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムはまた、硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態のばら材料へ変換するための粉砕装置を含む。

少なくとも１つの実施形態において、システムは、粗骨材または細骨材として使用するための、および新規コンクリートを生成するための、変換後の粒子または骨材の形態のばら材料を集め、およびリサイクルするための収集機をさらに含む。

１つの例示的な実施形態において、本明細書に記載される技術は、開示される方法によって生成されるばら材料の粒子または骨材の形態のコンクリートを提供し、コンクリートは複数の返送コンクリートの断片から構成され、複数の返送コンクリートの断片は、泡の添加および混合プロセスによって転換されて、硬化した形態で凝結し、それにより元の返送コンクリートから強度を低下させ、および硬化されると、ばら材料の粒子または骨材の形態に組成が変換される。

本明細書に開示される技術は、廃棄物を出さず、使用される水の量を大幅に低減し、重機にかかるメンテナンス費用の大部分を排除し、およびコンクリートプラント現場の規模を縮小することを可能にし、および未硬化コンクリートの加工処理に関連する相当の環境上の改善をもたらす。この方法を用いると、天然資源は開発されず、多面的な経済的恩恵が得られる。プロセスの容易さおよび非毒性物質の使用がこの方法を環境的に持続可能にする。この新規システムおよび方法によって達成可能な環境的、社会的、および経済的恩恵は、コンクリート産業に重要な持続可能性の改善をもたらす。

例として、過去１０年にわたり、政府および環境グループは、廃棄物の排出を低減するように生コンクリート産業に対して圧力を強めてきた。この問題は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）と呼ばれる高アルカリ性物質を含有する水和ポルトランドセメントペーストによって引き起こされる。Ｃａ（ＯＨ）_２が環境中に放出されると、水生生物および野生生物に危害を及ぼす恐れがある。

このようにして、後続の詳細な記載がより深く理解され得るように、および当該技術分野に対するこの寄与がより深く認識され得るように、本技術のより重要な特徴を、むしろ広範囲に概説してきた。以下に記載および添付される請求項の主題を形成する本技術の追加的な特徴がある。これに関して、本技術の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその適用において構造の細部に、および以下の説明に記載されまたは図面中に示される構成要素の構成に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載される技術は、他の実施形態に適応可能であり、および様々な方法で実践および実行可能である。同じく、本明細書中で使用される表現および技術用語は説明を目的とし、限定としてみなされるべきでないことも理解されたい。

従って、当業者は、本開示が基づく概念が本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法およびシステムを設計するための基礎として容易に利用され得ることを認識するであろう。従って、請求項は、それらが本明細書に記載される技術の趣旨および範囲から逸脱しない限りにおいて、そのような均等な構成を含むものとしてみなされるべきであることが重要である。

本明細書に記載される技術のさらなる目的および利点は、添付図面中で概略的に示される現在好ましい実施形態の以下の詳細な記載から明らかになる。

本明細書に記載される技術は様々な図面を参照して示され、図面中、同様の参照番号は、それぞれ同様の装置の構成要素および／または方法ステップを示す。

本明細書に記載される技術の実施形態による、未硬化コンクリートを加工処理するための方法を示すフローチャート図である。 本明細書に記載される技術の実施形態による、未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムを示す概略図である。 本明細書に記載される技術の様々な実施形態による、未硬化コンクリートを加工処理するための追加的な方法ステップを示すフローチャート図である。

本技術の開示される実施形態を詳細に記載する前に、記載されている本技術は他の実施形態を受け入れる余地があるため、本技術はその適用においてここに示されている特定の構成の詳細に限定されないことを理解されたい。同じく、本明細書で使用される技術用語は説明を目的とし、限定を目的としない。

様々な例示的実施形態において、本明細書に記載される技術は、未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムおよび関連する方法を提供し、方法は、返送コンクリートの量を見積もるステップ；返送コンクリートに泡を添加するステップ；泡および返送コンクリートを一緒に混合するステップ；処理されたコンクリートを放出するステップ；処理されたコンクリートを凝結させるステップ；硬化された処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態に変換するステップ；および粒子または骨材の形態のばら材料を使用するステップを含む。

返送コンクリートを加工処理するための新規の方法およびシステムが本明細書に開示される。少なくとも１つの実施形態において、方法は、大量の泡を、コンクリートミキサトラックのドラム、他のコンクリートミキサ、または他のコンクリート再生装置内の返送された未硬化コンクリートへ添加するステップを含む。泡および返送コンクリートの混合を通して、水和されたセメントおよび骨材粒子が大量の空気間隙によって分離され、大量の空気間隙は、結果として得られる高多孔率コンクリートの強度を劇的に低下させる。処理されたコンクリートは放出され、およびこの脆弱な状態において固化され、その後、販売または再利用できるばらばらの粒子材料へ容易に破砕される。

本技術の少なくとも１つの実施形態において、泡を、コンクリートミキサトラックへ、例えば、作業現場にいる間、またはトラックがバッチプラントへ戻る途中で運転される間、添加することも可能である。この手法によって、泡は、トラックが作業現場にいる間、またはバッチプラントへ戻る間、コンクリートへ混合される。次いで、処理されたコンクリートは、それをリサイクルすることができるいずれかの好都合な場所で放出され得る。膨張剤（アルミニウム粉末、過酸化水素、または膨張性微小球など）の添加、または返送コンクリート中で気泡を発生させるための返送コンクリートと発泡剤（発泡原液または空気生成混和材など）との混合を用いて、返送コンクリートの強度を劇的に低下させ、それをリサイクルすることを可能にすることもできる。化学反応を介してコンクリート中にガス−気泡構造を形成するガスを生成できることが当該技術分野で知られている。中空微小球を使用してコンクリートの多孔率を上昇させることも当該技術分野で知られている。発泡原液、空気生成混和材または界面活性剤中で混合することによって多量の空隙をコンクリート中で生成できることも当該技術分野で知られている。

少なくとも１つの実施形態において、方法は、（１）返送コンクリートの量を見積もるステップ；（２）返送コンクリートに泡を添加するステップ；（３）泡および返送コンクリートを一緒に混合するステップ；（４）処理されたコンクリートを放出するステップ；（５）処理されたコンクリートを凝結させるステップ；（６）硬化された処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態へ変換するステップ；および（７）粒子または骨材の形態のばら材料を利用するステップを含む。

泡および未硬化の返送コンクリートをコンクリートミキサトラックまたは他の混合装置内で一緒に混合することが好ましい。処理されたコンクリートは次いで地面または保持ビンへ放出され、凝結され、硬化し始める。本明細書に開示されるこの技術において使用するための泡は、水と混合されると、コンクリートと混合された場合に著しく崩壊することなくそのセル構造を維持するのに十分に安定性のある泡を発生させる、いずれかの適切な発泡剤（気泡泡生成剤）を使用することによって調整され得る。必要な泡の量は、発泡剤の種類、水と混合されるときのその濃度、および泡発生器に依存して変化し得る。泡発発生器を発泡剤の水溶液と共に使用するとき、その量は１０〜４０倍増加することができる。返送コンクリートへのこの多量の泡の添加は、コンクリートの多孔率を著しく上昇させる。

凝結時間を短縮するために、および処理されたコンクリートの硬化プロセスを促進するために、硬化促進剤を添加することもできる。硬化促進剤はまた、寒冷な気候条件下で加工時間を短縮するために使用されてもよい。当業者であれば、凝結時間を、および所望の強度レベルに達するための時間を短縮するために、硬化促進混和剤を使用することが可能である。

本明細書に開示される方法およびシステムは、最小限の水を使用する。使用されるわずかな水は、空のコンクリートミキサトラックのミキサ内に残っているいずれかの存在し得る泡残留物またはペーストをすすぐためのものである。その非常に低い強度のため、固化された処理されたコンクリートは、５〜７２時間またはそれよりも後の材令で、当該技術分野で知られた方法により容易に破砕される。乾燥され固化された処理されたコンクリートは、破砕プロセスの間に応力をかけられると、崩壊してばらばらの粒子状材料になる。ばらばらの粒子状材料は、販売または再利用のために備蓄されてもよい。

このプロセスからリサイクルされるばらばらの粒子状材料の典型的な使用は、堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、舗道の基層材料または補助基層材料としての使用、または新規コンクリート混合物中の骨材としての使用を含む。変換後のばら材料は、経時的にこれらの用途において水和し続けかつ強度の増加に寄与するいくらかのセメント系粒子を含有し得る。

リサイクルされたばらばらの粒子状材料が新規コンクリートの骨材として使用される場合、リサイクルされた材料中の発泡剤残留物の存在のために、消泡剤の使用が必要とされる場合がある。これらの剤は、リサイクルされたばらばらの粒子状材料によって作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために使用可能である。この目的のために作用する様々な消泡剤が当該技術分野で知られている。消泡剤の例は、トリブチルホスフェートであり、これは大部分の化学薬品製造業者から入手可能な無臭化学薬品である。別の共通に入手可能な化学薬品である２−エチルヘキサノールは、ほとんどのコンクリート混合物中の空気含有量を低減する。

本明細書に開示される技術は、廃棄物を出さず、使用される水の量を相当に低減し、重機のメンテナンス費用の大部分を排除し、コンクリートプラントの規模を縮小することを可能にし、環境に優しい。この方法を用いると、天然資源は開発されず、多面的な経済的恩恵が得られる。プロセスの容易さおよび非毒性物質の使用がこの方法を環境的に持続可能にする。この新規方法によって達成可能な環境的、社会的、および経済的恩恵は、コンクリート産業に重要な持続可能性の改善をもたらす。

ここで図１を参照すると、未硬化コンクリートを加工処理するための方法を示すフローチャート図１００が示されている。当業者には明らかなように、本開示を読むとき、方法ステップのいくつかは、所与の環境次第で順番を変更して実行されてもよい。加えて、１つまたは複数の方法ステップは、適切な環境下で省略されてもよい。

ステップ１０２において、返送コンクリートの量が見積もられる。この見積もりステップ１０２は、少なくとも１つの実施形態において、人間によって実行可能である。例として、返送コンクリートを含有するトラックの運転手／オペレータが、トラック内に含有された未硬化の返送コンクリートの量を見積もる。この見積もりステップ１０２は、少なくとも１つの実施形態において、１つまたは複数のそのような目的のために概ね自動化された機械によって実行することができる。例として、概ね自動化された機械は、混合ドラムを回転する液圧駆動装置にかかる重量またはトルク負荷などの１つまたは複数の要因に基づいて、返送コンクリートの量を見積もることができる。

ステップ１０４において、コンクリートの多孔率を上昇させるために、返送コンクリートの量に泡が添加される。この泡を添加するステップ１０４は、少なくとも１つの実施形態において、人間によって実行可能である。例として、返送コンクリートを含有するトラックの運転手／オペレータが、コンクリートプラントで、作業現場で、または移動中に、返送コンクリートに泡を添加することができる。この泡を添加するステップ１０４は、少なくとも１つの実施形態において、１つまたは複数のそのような目的のために概ね自動化された機械によって実行することができる。例として、泡は、返送コンクリートのトラック内だけでなく、そのような目的のための加工処理施設などの別の場所でも返送コンクリートに添加することができる。

ステップ１０６において、添加された泡および返送コンクリートは、処理されたコンクリートを作り出すために共に混合される。泡および返送コンクリートの混合を介して、水和されたセメントおよび骨材粒子が多量の空隙によって分離され、多量の空隙は、結果として得られた高い多孔率のコンクリートの強度を劇的に低下させる。少なくとも１つの実施形態において、混合ステップ１０６は、返送コンクリートを含有する戻りトラック内で行われる。少なくとも１つの実施形態において、混合ステップ１０６は、そのような目的の加工処理施設でなど、戻りトラック以外の場所で行われる。

ステップ１０８において、処理されたコンクリートは放出される。処理されたコンクリートは放出され、この脆弱化された状態で固化され、その後、それは販売または再使用可能なばらばらの粒子状材料へ容易に破砕される。処理されたコンクリートは、地面の上へ、またはそのような目的の放出領域内に放出可能である。処理されたコンクリートはまた、そのような目的のための組み立てられた領域に放出可能である。

ステップ１１０において、処理されたコンクリートは、硬化した形態で凝結され、それにより、元の返送コンクリートの強度に対して圧縮強度をかなり低下させる。処理されたコンクリートが硬化される期間は変化し得るが、本明細書に開示されているように、５〜７２時間の期間が十分な硬化時間をもたらすことが見出されている。

ステップ１１２において、硬化した処理されたコンクリートは、粒子または骨材の形態のばら材料へ変換される。変換プロセスは、コンクリートを破砕し別の場所へ移動するフロントエンドローダまたは同様の装置の使用を含むことができる。硬化した処理されたコンクリートの脆弱な結合は、フロントエンドローダによって押してすくうことによって容易に破砕される。フロントエンドローダを用いて材料を押すことによって応力下に置かれると、乾燥し固化した処理されたコンクリートは、ばらばらの粒子状材料へ崩壊し、それは販売または再使用のために備蓄可能である。様々な実施形態でコンクリートを破砕または粉砕するために代替的な装置が利用される。

ステップ１１４において、粒子状の形態または骨材の形態のばら材料が利用される。例として、その利用は、様々な実施形態において、堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、および舗道の基層材料または補助基層材料に向けられる。同じく例として、その利用は新規コンクリートを生成することである。

ここで図２を参照すると、概ね経路２１６を通して使用される概略的な図２００が示され、未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムを示している。当業者には明らかなように、本開示を読むとき、システムの構成要素のいくつかは、所与の環境次第で順番を変更して実装されてもよい。加えて、１つまたは複数のシステム構成要素が、適切な環境下で省略または追加されてもよい。

見積手段２０２が、返送コンクリートの量を見積もるために利用される。見積手段２０２は、少なくとも１つの実施形態において、人間であることができる。例として、返送コンクリートを含有するトラックの運転手／オペレータが、ドラム内に残された未硬化の返送コンクリートの量を見積もる。見積手段２０２は、少なくとも１つの実施形態において、そのような目的のための１つまたは複数の概ね自動化された機械であることができる。例として、概ね自動化された機械は、混合ドラムを回転する液圧駆動装置にかかる重量またはトルク負荷などの１つまたは複数の要因に基づいて、返送コンクリートの量を見積もることができる。

泡添加装置２０４が、コンクリートの多孔率を上昇させるために、返送コンクリートの量に泡を添加するために利用される。少なくとも１つの実施形態において、泡添加装置は、発泡機械である。発泡機械は、発泡剤を受け入れるように構成される。発泡剤は所定の水対発泡剤比率で水と混合され、および発泡機械を介して返送コンクリートへ分散される圧縮空気と混合される。

混合器２０６が、添加された泡と返送コンクリートを混合するために利用される。泡および返送コンクリートの混合を通して、水和されたセメントおよび骨材粒子が大量の空気間隙によって分離され、大量の空気間隙は、結果として得られる高多孔率コンクリートの強度を劇的に低下させる。

放出器２０８が、処理されたコンクリートを放出するために利用される。処理されたコンクリートは放出され、この脆弱化された状態で固化され、その後、それは販売または再使用可能なばらばらの粒子状材料へ容易に破砕される。処理されたコンクリートは、そのような目的のための放出領域内の地面の上に放出可能である。処理されたコンクリートはまた、そのような目的のための組み立てられた領域に放出可能である。

放出領域２１０が、放出された処理されたコンクリートを硬化した形態へ凝結させるために提供される。このプロセスは、処理されたコンクリートが経時的に水和および硬化し続けることを許容する役割を果たす。硬化後、処理されたコンクリートは、元の返送コンクリートの強度に対してかなりより低い圧縮強度を有する。処理されたコンクリートがこの放出領域内に残される期間は変化し得るが、本明細書に開示されているように、５〜７２時間の期間が十分な硬化時間をもたらすことが見出されている。

変換装置２１２が、硬化した処理されたコンクリートを、粒子または骨材の形態のばら材料へ変換するために利用される。変換プロセスは、コンクリートを破砕し別の場所へ移動するフロントエンドローダまたは同様の装置の使用を含むことができる。硬化した処理されたコンクリートの脆弱な結合は、フロントエンドローダによって押してすくうことによって容易に破砕される。フロントエンドローダを用いて材料を押すことによって応力下に置かれると、乾燥し固化した処理されたコンクリートは、ばらばらの粒子状材料へ崩壊し、それは販売または再使用のために備蓄された。様々な実施形態でコンクリートを破砕または粉砕するために代替的な装置が利用される。

使用者２１４を特定の利用を決定するために引き入れることができる。例として、この利用は、堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、および舗道の基層材料または補助基層材料に向けられる。同じく例として、その利用は新規コンクリートを生成することである。

ここで図３を参照すると、フローチャート図３００が示され、未硬化コンクリートを加工処理するための、任意選択的な使用者選択可能な方法ステップを示し、この方法ステップは独立してまたは図１に示されるステップに加えて利用されてもよい。当業者には明らかなように、本開示を読むとき、方法ステップのいくつかは、所与の環境次第で順番を変更して実行されてもよい。加えて、１つまたは複数の方法ステップは、適切な環境下で省略されてもよい。

ステップ３０２において、返送コンクリート中に気泡を発生させるために、および返送コンクリートの強度を大幅に低下させるために、返送コンクリートに膨張剤が添加される。

ステップ３０４において、返送コンクリート中に気泡を発生させるために、および返送コンクリートの強度を大幅に低下させるために、返送コンクリートと発泡剤が混合される。

ステップ３０６において、発泡剤残留物に対抗するために、およびリサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料から作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために、粒子または骨材の形態に消泡剤が添加される。

ステップ３０８において、選択された発泡剤、水と混合されるときの発泡剤の濃度、および泡を添加するために選択された泡発生器に基づいて、返送コンクリートに添加される泡の量が決定される。

ステップ３１０において、粒子または骨材の形態のばら材料中のコンクリートが、新規コンクリート中の新規骨材にリサイクルされる。

ステップ３１２において、変換後の粒子または骨材の形態のばら材料は、以下の用途：堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、および舗道の基層材料または補助基層材料の１つまたは複数においてリサイクルされる。

ステップ３１４において、変換後に粗骨材および／または細骨材としてリサイクルされる粒子または骨材の形態のばら材料は、新規コンクリートを生成するためにリサイクルされる。

本明細書に記載される技術は試験され、多数の案件において効果的に機能することを示している。

実施例１
この例では、泡は、発泡機械と、Ｒｉｃｈｗａｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ．（Ｊａｎｅｓｖｉｌｌｅ，Ｉｏｗａ）によって供給される発泡剤（ＣＭＸ発泡原液またはＬＤ発泡原液）とを用いることによってもたらされた。泡は、返送コンクリートの各ヤードを処理するべく、適切な水対発泡剤の比率を決定するために、返送された生コンクリートの様々な積載量に添加された。１６〜８８の水対発泡剤の比率が評価され、最良の比率は約４０〜５０であることが分かった。水対発泡剤の高い比率は、頑丈過ぎて破砕するのが難しい処理されたコンクリートをもたらした。水対発泡剤の低い比率は、処理されたコンクリートを十分に脆弱化しそれが破砕されることを許容するより高密度の泡をもたらしたが、この比率は多すぎる発泡剤を使用した。

実施例２
この例では、泡は、発泡機械と、Ｒｉｃｈｗａｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ．（Ｊａｎｅｓｖｉｌｌｅ，Ｉｏｗａ）によって供給される発泡剤（ＣＭＸ発泡原液またはＬＤ発泡原液）とを用いることによってもたらされた。泡は、未硬化コンクリートを処理するために必要な泡の量を決定するために、返送された生コンクリートの様々な積載量に添加された。４０〜５０の水対発泡剤の比率が使用された。返送コンクリートに少な過ぎる発泡剤が添加された試験は、頑丈過ぎて破砕するのが難しい処理されたコンクリートをもたらした。大量の発泡剤が添加されると、処理されたコンクリートは非常に脆弱でありかつ破砕しやすいが、余分な泡が明白に視認できた。

この例では、試験は、返送コンクリートの１立方ヤードあたり１５〜４８立方フィートの泡がトラックドラム内に添加され混合された状態で行われた。この泡の量は、コンクリートの単位重量を、１立方フィートあたり約１４５ポンドから、１立方フィートあたり約３０〜８０ポンドへ低減させた。コンクリートの材令３日の圧縮強度は、３，０００ｐｓｉ超から、典型的な圧縮試験機によって測定され得る値よりも低い値まで低減した。凝結後、非常に低い強度の、泡で処理されたコンクリートは、５〜７２時間の材令でフロントエンドローダによってすくい上げられた。硬化された処理されたコンクリートの脆弱な結合は、フロントエンドローダを用いて押圧しかつすくうことによって、非常に容易に破砕された。７日およびそれよりも後のコンクリートの材令での試験が実行され、この材令においてさえ、処理されたコンクリートは、その非常に低い強度のためにフロントエンドローダによって非常に容易に破砕された。フロントエンドローダを用いて材料を押すことによって応力下に置かれると、乾燥し固化した処理されたコンクリートは、ばらばらの粒子状材料へ崩壊し、それは販売または再使用のために備蓄された。

実施例３
これは、新規コンクリートを生成するために、リサイクルされたばらばらの粒子状材料が収集されて粗骨材および細骨材として使用された実施例である。返送コンクリートは、実施例２で考察されたように処理された。凝結後、非常に低い強度の、泡で処理されたコンクリートは、フロントエンドローダを用いてすくい上げられ、備蓄された。４立方フィートのばらばらの粒子状材料が、新規コンクリート混合物を生成するために、全て骨材として使用するために収集された。ＦｒｉｔｚＰａｋによって供給される消泡剤（Ａｉｒ−Ｍｉｎｕｓ）が、新規コンクリート中の合計空気コンクリートを低減するために添加された。混合後、ＡＳＴＭ Ｃ２３１に準拠して試験したとき、２．０パーセントの合計空気含有量が得られた。シリンダが作製され、ＡＳＴＭ Ｃ３９に準拠して試験され、４，５００ｐｓｉの材令２８日の強度が得られた。これらの結果は、処理された返送コンクリートをリサイクルすることによって得られたリサイクルされたばらばらの粒子状材料を用いて許容可能な特性を備えたコンクリートを生成できることを示している。

好ましい実施形態およびその特定の実施例を参照して本技術を本明細書において説明し記載してきたが、他の実施形態および実施例が同様の機能を遂行可能でありおよび／または同様の結果を達成可能であることは当業者には容易に明らかであろう。全てのそのような均等な実施形態および実施例は、本明細書に開示された技術の趣旨および範囲内にあり、以下の請求項によって網羅されることが意図される。

Claims (30)

1. 未硬化コンクリートを加工処理するための方法であって、
   返送コンクリートの量を見積もるステップ；
   前記コンクリートの多孔率を上昇させるために前記返送コンクリートの量に泡を添加するステップ；
   前記添加された泡および返送コンクリートを一緒に混合して、処理されたコンクリートを形成するステップ；
   前記処理されたコンクリートを放出するステップ；
   前記処理されたコンクリートを硬化した形態へ凝結させて、それにより、圧縮強度を前記元の返送コンクリートの強度に対して低下させるステップ；
   前記硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態のばら材料に変換するステップ；および
   前記粒子または骨材の形態のばら材料を使用するステップ
   を含む、方法。
2. 前記返送コンクリート中に気泡を形成するために、および前記返送コンクリートの前記強度を著しく低下させるために、前記返送コンクリートに膨張剤を添加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記膨張剤がアルミニウム粉末である、請求項２に記載の方法。
4. 前記膨張剤が過酸化水素である、請求項２に記載の方法。
5. 前記膨張剤が膨張可能な微小球である、請求項２に記載の方法。
6. 前記返送コンクリート中に気泡を形成するために、および前記返送コンクリートの前記強度を著しく低下させるために、前記返送コンクリートと発泡剤を混合するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記発泡剤が発泡原液である、請求項６に記載の方法。
8. 前記発泡剤が合成発泡原液である、請求項６に記載の方法。
9. 前記発泡剤が連続気泡発泡原液である、請求項６に記載の方法。
10. 前記発泡剤が蛋白質ベースの発泡原液である、請求項６に記載の方法。
11. 前記発泡剤が空気発生混和剤である、請求項６に記載の方法。
12. 前記発泡剤が界面活性剤である、請求項６に記載の方法。
13. 発泡剤残留物に対抗するために、および前記リサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料から作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために、粒子または骨材の形態に消泡剤を適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記消泡剤がトリブチルホスフェートである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記消泡剤が２−エチルヘキサノールである、請求項１３に記載の方法。
16. 前記返送コンクリートに添加するために使用する泡の量を、選択された前記発泡剤、水と混合されるときの前記発泡剤の濃度、および前記泡を添加するために選択された泡発生器に基づいて決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 粒子または骨材の形態のばら材料中の前記コンクリートを新規コンクリート中の新規骨材にリサイクルするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記コンクリートの前記多孔率を上昇させるために前記返送コンクリートの量へ泡を添加する前記方法ステップが、
    圧縮空気を備えた発泡機械を使用するステップ；
    前記発泡機械内で発泡剤を使用するステップ；
    前記発泡剤を水に添加するステップ；および
    適切な水対発泡剤の比率を使用するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. 変換後の前記粒子または骨材の形態のばら材料を、以下の用途：堤防盛土、溝の埋戻し、空隙の充填、および舗道の基層材料または補助基層材料の１つまたは複数においてリサイクルするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. 変換後の前記粒子または骨材の形態のばら材料が、経時的に前記１つまたは複数の用途において水和し続けかつ強度の増加に寄与する複数のセメント系粒子をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 変換後の前記リサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料を、新規コンクリートを生成するための粗骨材として使用するステップ；および
    変換後の前記リサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料を、新規コンクリートを生成するための細骨材として使用するステップ
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 変換後の前記リサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料が、前記新規コンクリート中で水和し続けかつ強度の増加に寄与する複数のセメント系粒子をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 未硬化コンクリートを加工処理するためのシステムであって、
    返送コンクリートの量を見積もるための手段；
    前記返送コンクリートの量に泡を添加するための泡添加装置；
    前記添加された泡および返送コンクリートを一緒に混合して、処理されたコンクリートを形成するための混合器；
    前記処理されたコンクリートを放出するための放出器；
    前記処理されたコンクリートを凝結かつ硬化させるように構成された放出領域；
    前記硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態へ変換する変換器；および
    前記粒子または骨材の形態のばら材料の特定の使用を決定するための使用者
    を含む、システム。
24. 前記返送コンクリート中に気泡を形成するために、および前記返送コンクリートの強度を著しく低下させるために、前記返送コンクリートに膨張剤を添加するための装置をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
25. 発泡剤残留物に対抗するために、および前記リサイクルされた粒子または骨材の形態のばら材料から作成されたコンクリートの空気含有量を低減するために、前記粒子または骨材の形態に消泡剤を適用するための装置をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
26. 前記返送コンクリートに添加するために使用する泡の量を、選択された前記発泡剤、水と混合されるときの前記発泡剤の濃度、および前記泡を添加するために選択された泡発生器に基づいて決定するための手段をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
27. 前記返送コンクリートの量に泡を添加するための前記泡添加装置が、
    圧縮空気を備えた発泡機械；
    前記発泡機械内に配置された発泡剤；および
    適切な水対発泡剤の比率で前記発泡剤を水に添加するための手段
    をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
28. 前記硬化した処理されたコンクリートを粒子または骨材の形態のばら材料へ変換するための粉砕装置をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
29. 粗骨材または細骨材として使用するための、および新規コンクリートを生成するための、変換後の前記粒子または骨材の形態のばら材料を集め、およびリサイクルするための収集機をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
30. 請求項１に記載の方法によって生成されるばら材料の粒子または骨材の形態のコンクリートであって、複数の返送コンクリートの断片から構成され、前記複数の返送コンクリートの断片は、泡の添加および混合プロセスによって転換されて、硬化した形態で凝結し、それにより前記元の返送コンクリートの強度を著しく低下させ、および硬化されると、ばら材料の粒子または骨材の形態に組成が変換される、コンクリート。

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