JP2597323B2 - コンクリート硬化体の粉砕物及びレイタンスの再固化方法 - Google Patents

コンクリート硬化体の粉砕物及びレイタンスの再固化方法

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俊之 橋田
仲道 山崎
和彦 佐藤
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート硬化体、
特に使用済みとなり廃材となったコンクリート硬化体や
コンクリート製造時に於ける不良品、或いは廃出物等を
利用し、これらの粉体により、高強度・高靭性の建築部
材などを製造するための再固化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】不要となったコンクリート構造物の大部
分は埋め立てられており、一部が舗装道路の敷込み材料
として、または再生骨材として利用されているにすぎな
い。この場合、再使用されるコンクリート塊は粒径が数
mm以上のものであり、これより細かなダスト分は利用さ
れていない。また一般に、建設副産物やコンクリート製
造時に廃出されるレイタンス等はその高付加価値化を目
的に、建材製品製造などの原料として固化処理する方法
もあるが、この手段には、焼成,溶融ガラス化など大き
なエネルギー消費に頼る場合が多いといった問題点があ
る。
【0003】
【問題点を解決するための手段】本発明は、上記のよう
な従来の諸問題点を克服すべく成されたもので、使用済
みの廃材となったコンクリート硬化体の粉砕物の細かな
ダスト分や、コンクリート製造時に廃出されるレイタン
スを単独で、又はこれに強度向上材ないし靭性向上材を
配合して、機械的圧搾下熱水条件下で固化することによ
り、エネルギーの消費量が少なくて、高強度・高靭性の
固化体を製造する方法を提供することを目的としたもの
であり、その要旨は、コンクリート硬化体の粉砕物又は
レイタンスに水を加えて混練し、この混練り物を型に入
れ圧搾しながら加熱するとゝもに、放冷後脱型すること
を特徴とするコンクリート硬化体の粉砕物又はレイタン
スの再固化方法にある。
【0004】以下、本発明を詳細に説明するに、原料と
なるコンクリート硬化体は、使用済みで廃材となったコ
ンクリート製硬化体、例えば、製造不良品,建築物構造
材として使用された後取り壊された塊などであり、その
組成は特に限定されるものではない。すなわち、各種ポ
ルトランドセメントや高炉スラグセメント、シリカセメ
ント、フライアッシュセメントなどの混合セメント等を
用い、これらの組成からなるセメントに花こう岩,安山
岩,砂岩などの自然石骨材ないしスラグ粒,軽量骨材な
どの人工骨材を配合し、成形・養生して硬化させたもの
(以下、廃コンクリート硬化体と言う)であればよく、
この廃コンクリート硬化体を一定の粒度以下に粉砕した
ものが使用できる。
【0005】また、前記廃コンクリート硬化体の配合組
成,成形方法,養生方法にも特に制限はない。そしてま
た、廃コンクリート硬化体の内部に配設された鉄筋は除
去されているものとするが、鉄粉などの多少の混入は妨
げとならない。特に本発明では、再生骨材プラントなど
でふるい分けされた後廃出される細かなダスト分(通常
0.5mm以下)をそのまま利用できる。ただし、本発明
による固化体の強度を向上させるためには、これら廃コ
ンクリート硬化体の粉砕物の粒度が0.1mm以下、更に
望ましくは0.05mm以下のものが最適である。
【0006】また本発明では、コンクリート製造時に廃
出されるノロ分(以下、レイタンスと言う)を原料とす
ることもできる。このレイタンスの主成分は炭酸カルシ
ウムであり、熱によって分解しやすく焼結し難いが、本
発明ではこれを容易に固化することができる。またレイ
タンスは、乾燥解砕するだけで数十μm以下の極めて微
細な粉末として得られるために、粉砕などの工程を必要
としない。
【0007】そして、これらの粉砕物又は粉体はそのま
ま用いることもできるが、更に固化体の強度を向上させ
たい場合には、強度向上材を配合することができる。強
度向上材としては、セメント,スラグ等の水硬性ないし
潜在水硬性を有する物質、又はガラスカレット,フリッ
トなど熱水条件下で溶解し、冷却とともに固結する性質
を有する物質を用いることができる。この場合、強度向
上材の混合量に特に制限はないが、概して30〜50重
量%添加した場合に強度向上効果が大きく、強度向上材
の添加によって高強度コンクリート以上の強度を得るこ
とができる。
【0008】而して、これらの粉砕物又は粉体に強度向
上材を混合した配合物に5〜30重量%の水を加えてよ
く練り合わせ、固化工程に移る。この際、高炉スラグ粉
末のような潜在水硬性を有する物質を用いる場合には、
NaOH,Ca(OH)2 などの硬化刺激剤を添加すれ
ばより効果的である。硬化刺激剤の添加量は10重量%
以下であり、これより多く添加すると逆に強度が低下す
る場合もある。
【0009】前記の配合物にはさらに各種繊維材料を混
合して、靭性の向上をはかることもできる。但し本プロ
セスは300℃以下の温度で処理されるために、これ以
下の温度で強度劣化がない繊維材料であれば特に種類に
制限はない。また圧縮条件下で一体化するために、繊維
とマトリックスの付着性も良好なものとすることができ
る。例えば、スチール,カーボン,ガラス,セラミック
などの長繊維,短繊維が使用できる。
【0010】特に200℃以下の処理で行う場合には、
パルプ,麻などの天然繊維やアラミド,ポリエチレン,
ナイロン,フェノールなどの各種人口有機繊維を使用す
ることができる。この場合、用いられる繊維は界面セン
断強度τの大きなものを用いることが有効である。ここ
で界面セン断強度τとは、τ=12Gf(gVfdf
(Lf/df))によって示された破壊靭性試験の際、
繊維が母材より引き抜ける時発生する強度である。ただ
し、Gfは破壊エネルギー、Vfは繊維の体積含有量,
Lfは繊維長さ、dfは繊維径、gは繊維の架橋に伴う
スナッピングの程度を表わす係数である。
【0011】表2に示すように、アラミド,チラノ,カ
ーボン,スチールなどが界面セン断強度τの大きな繊維
材料であり、靭性向上に極めて有効である。繊維径,繊
維長さ,添加量は用いる繊維の種類と特性によって変わ
るが、一般にアスペクト比100〜500、添加量10
容量%、更に望ましくは、アスペクト比200〜40
0、添加量5容量%以下とする。繊維長さが長かったり
添加量が増加すると、混合時にファイバーボールが発生
し易く、強度の低下を招く原因となりやすい。
【0012】表2
【0013】上記のようにして練り合わせた配合物は、
ただちに図1に示すような固化装置A内に入れる。すな
わち、図中1は円筒状の固定型体で、該固定型体1の上
下の開口部には上下動する移動型体2,2がそれぞれ嵌
挿されているとゝもに、この移動型体2の基部はパッキ
ン3を介してロッド4の先端部に連結されており、該ロ
ッド4の後端部はプレス装置或いは油圧装置等に連結さ
れている。なお、図中5はヒーター、6は温度計、Mは
配合物である。
【0014】而して、配合物Mを円筒状の固定型体1内
に入れ、図1に示すように、移動型体2,2を図1の矢
印方向に夫々移動せしめて、配合物Mに所定の圧力を加
えて保持し、しかる後所定の温度まで昇温せしめて一定
時間保持して固化させる。この際、膨張・収縮によって
加圧条件が変化するので、一定の加圧が保てるような機
構を設けておく必要がある。その後冷却して固定型体1
内から固化物Maを取り出す。なお本工程は、水熱ホッ
トプレス法として公知(山崎仲道著「水熱ホットプレス
の原理と装置」,ニュウーセラミックス,NO.10,
1989)のものである。
【0015】このようにして得られた固化体Maは、廃
コンクリート硬化体を原料とした場合一般のコンクリー
ト硬化体の強度より高く、レイタンスを原料とした場合
でも軽量コンクリート硬化体なみの強度が得られる。ま
た、繊維を混合した固化体では、混合しないものと比較
して、数倍から十数倍の破壊エネルギーを有するものと
することができる。これらの原料粉末の固化過程は、高
温高圧下の水熱溶液中での溶解−析出,化学反応,水和
反応の促進といった複雑な過程を含むもので、通常のオ
ートクレーブやホットプレスとは全く異なったものであ
る。
【0016】
【実施例】
実施例1 製造後1年を経たコンクリート硬化体(乾燥状態)を骨
材が混入したまま粉砕し、平均粒径35μmとした。こ
の廃コンクリート硬化体の粉砕物の化学成分は表1のと
おりである。これに蒸留水を10重量%加え、十分に混
練して、図1に示す固化装置Aの固定型体1内に入れ、
上下方向から20MPaの圧力を加え、その後ヒーター
5により120〜300℃の温度で加熱し、20分間保
持した。その後空冷を行い、100℃以下となった時点
で脱型を行った。得られた固化体Maの圧裂による引張
強度は図2のとおりであり、200℃以上の温度で引張
強度3MPa以上が得られた。この値は一般のコンクリ
ート硬化体の引張強度以上である。200℃以上で固化
体Maの引張強度が向上する原因は、図3に示すよう
に、繊維状鉱物であるトバモライト(Ca5(OH)2Si
6 6 ・4H2 O)やゾノライト(Ca6 Si6
17(OH)2) の析出によるものである。
【0017】表1
【0018】実施例2 実施例1で用いられた廃コンクリート硬化体の粉砕物の
代わりに、コンクリート製造工場の廃水沈殿層から採取
したレイタンスを用い、同様の操作条件で固化した。そ
の結果、200℃以上で、引張強度2〜3MPaが得ら
れた。この値は軽量コンクリート硬化体なみの強度であ
る。なお、この固化体Maの乾燥密度は1400〜16
00kg/m3であった。
【0019】実施例3 実施例1で用いた廃コンクリート硬化体の粉砕物に、ガ
ラス粉末,普通ポルトランドセメント,高炉スラグ等を
0〜50重量%添加して、同様の操作条件で固化した。
ただし、処理温度は230℃または250℃とし、普通
ポルトランドセメントを添加した場合の水分添加量は3
0重量%とし、高炉スラグを添加した場合では、硬化刺
激剤としてNaOHを3.5%添加した。
【0020】その結果、図4乃至図6に示すように、添
加量40〜50重量%とした場合、引張強度10MPa
におよぶ固化体が得られた。用いたガラス粉末は、平均
粒径35μmのソーダライムガラス粉末であり、表1の
化学成分のものを使用した。ガラス粉末のような熱水条
件下で溶解する物質を加えることで、粒子同士が連結し
結合力が増大することにより、固化体の引張強度が向上
する。また、用いた普通ポルトランドセメントの平均粒
子径は4.9μmであり、表1の化学成分のものであ
る。未水和のセメント粉末を添加し、なおかつ水分を3
0重量%程度と多く添加することで、低結晶性のCSH
化合物が粒子間に多量に生成し、固化体の空隙を減少
し、固化体の強度が向上する。これと同様のことが平均
粒径3.5μmの高炉スラグ粉末(表1に化学成分を示
す)と硬化刺激剤(NaOH)を添加した場合でもみら
れた。
【0021】実施例4 実施例1で用いた廃コンクリート硬化体の粉砕物の代わ
りに、再生骨材プラントから廃出されるダスト分(平均
粒径30μm)を用い、更にこれに実施例3で用いた高
炉スラグ粉末40重量%,NaOH4重量%を加えて、
水道水15重量%とともに練り混ぜ、250℃,20M
Pa,20分の条件で固化したところ、引張強度7MP
aの固化体が得られた。
【0022】実施例5 実施例1で用いた廃コンクリート硬化体の粉砕物に、ア
ラミド(アスペクト比250),カーボン(アスペクト
比125),スチール繊維(アスペクト比240)を1
〜2容量%加え混合して練混せ、200℃,20MP
a,20分,水分10%の条件で固化したところ、表3
に示すような切り欠き強度,破壊エネルギーを有する固
化体が得られた。
【0023】表3
【0024】実施例6 実施例3で用いた廃コンクリート硬化体の粉砕物と、ガ
ラス,セメント配合体にアラミド,チラノ,カーボンの
繊維を混合して、230℃,20MPa,20分,水分
添加量10また30容量%として固化したところ、表4
に示すような切り欠き強度,破壊エネルギーを有する固
化体が得られた。
【0025】表4
【0026】実施例7 実施例2で用いたレイタンスに、紙パルプ,麻繊維を各
々10および5容量%加え、更に4N・NaOHを3m
l添加して、200℃,20MPa,20分,水分15
%として平板状に固化したところ、衝撃のよっても破断
しない軽量の平板が得られた。この場合の固化体の乾燥
密度は1380kg/m3であった。
【0027】
【発明の効果】本発明に係るコンクリート硬化体の粉砕
物又はレイタンスの再固化方法は、上記のように、使用
済みの廃材となったコンクリート硬化体の粉砕物の細か
なダスト分や、コンクリート製造時に廃出されるレイタ
ンスを単独で、又はこれに強度向上材ないし靭性向上材
を配合して、機械的圧搾下熱水条件下で固化する構成で
あるから、廃材を再利用することができるとゝもに、エ
ネルギーの消費量が少なくて且つ高強度・高靭性の固化
体を得ることが出来るといった諸効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で用いる固化装置の概略図である。
【図2】廃コンクリート硬化体の粉砕物を単独で固化し
た場合の加熱温度と引張強度の関係を示す図である。
【図3】固化体の破断面を示す顕微鏡写真である。
【図4】廃コンクリート硬化体の粉砕物にガラス粉を混
同した配合物からなる固化体のガラス添加率と引張強度
の関係を示す図である。
【図5】廃コンクリート硬化体の粉砕物にセメントを混
同した配合物からなる固化体のセメント添加率と引張強
度の関係を示す図である。
【図6】廃コンクリート硬化体の粉砕物にスラグを混同
した配合物からなる固化体のスラグ添加率と引張強度の
関係を示す図である。
【符号の説明】
A 固化装置 1 固定型体 2 移動型体 3 パッキン 4 ロッド 5 ヒータ 6 温度計 M 配合物 Ma 固化物
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 16:02 16:06) (72)発明者 中根 裕司 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 東北大 学工学部内 (72)発明者 橋田 俊之 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 東北大 学工学部内 (72)発明者 山崎 仲道 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 東北大 学工学部内 (72)発明者 佐藤 和彦 山形県酒田市上本町6番7号 前田製管 株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−238794(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンクリート硬化体の粉砕物又はレイタ
    ンスに水を加えて混練し、この混練り物を型に入れ圧搾
    しながら加熱するとゝもに、放冷後脱型することを特徴
    とするコンクリート硬化体の粉砕物又はレイタンスの再
    固化方法。
  2. 【請求項2】 コンクリート硬化体の粉砕物又はレイタ
    ンスに水及び強度向上材又は及び靭性向上材を加えて混
    練し、この混練り物を型に入れ圧搾しながら加熱すると
    ゝもに、放冷後脱型することを特徴とするコンクリート
    硬化体の粉砕物又はレイタンスの再固化方法。
  3. 【請求項3】 強度向上材が、セメント,スラグなどの
    水硬性ないし潜在水硬性を有する物質又はガラス質粉末
    など加熱条件下で溶解する性質を有する物質であること
    を特徴とする請求項2記載のコンクリート硬化体の粉砕
    物又はレイタンスの再固化方法。
  4. 【請求項4】 靭性向上材が、パルプ,スチール,カー
    ボン,アラミドなど処理温度以下で強度劣化することの
    ない繊維材であることを特徴とする請求項2記載のコン
    クリート硬化体の粉砕物又はレイタンスの再固化方法。
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