JP3373832B2 - 生コンスラッジ粒状物およびその製造方法 - Google Patents
生コンスラッジ粒状物およびその製造方法Info
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Description
状物及びその製造方法に関し、特にコンクリート用骨材
として使用が可能な生コンスラッジ粒状物及びその製造
方法に関する。
コンクリート二次製品工場などのセメントを使用してい
る工場では、コンクリートミキサー、生コンミキサー車
等の洗浄によって生コンを含んだ洗い排水が発生する。
この洗い排水は、工場内の排水処理施設を利用して骨材
を分離し、残った懸濁水はスラッジ水と呼ばれている。
また、スラッジ水は、脱水処理によって、上澄水と脱水
ケーキに分離される。
利用されているものの、脱水ケーキは、その大部分が産
業廃棄物処理業者に委託されて埋立て等の手段によって
廃棄処理されている。
から、この脱水ケーキの処理がますます困難になること
が予測され、近年、その再利用について種々の検討がな
されている。
コンクリート用骨材の一部置き換え用として再利用する
ことが、特開平6−256051に記載されている。こ
れは、主として生コンスラッジの脱水ケーキからなる粒
の表面に、主として無機系粉末固化材からなる被覆層が
存在する二重構造の生コンスラッジ粒状物、及び含水率
が30〜45%に調整された生コンスラッジの脱水ケー
キと、無機系粉末固化材とをオムニミキサー中で攪拌し
ながら造粒し、その後養生する生コンスラッジ粒状物の
製造方法である。
051に記載された技術は、生コンスラッジの再利用の
道を開いたものではあるが、得られた生コンスラッジ粒
状物は、コンクリート用骨材の一部置き換え(5%程度
の置き換え)は可能であるものの、全量置き換え用とし
て再利用するには強度不足であるという欠点を有してい
た。
題を鑑み成されたものであって、その目的は、コンクリ
ート用粗骨材または細骨材の全量置き換え用として利用
することが可能な十分な強度を有する生コンスラッジ粒
状物、及びその製造方法を提供することにある。
的を達成するため種々研究を重ねた結果、主として生コ
ンスラッジの脱水ケーキと固化材の混合物により形成さ
れた核の表面に、主として無機粉末からなる被覆層が存
在する二重構造の生コンスラッジ粒状物とすれば、コン
クリート用骨材の全量置き換え用として使用することが
でき、また、該生コンスラッジ粒状物は、主として生コ
ンスラッジの脱水ケーキと固化材からなる混合物をミキ
サ内でペースト化した後、主として無機粉末からなる混
合物を同ミキサ内に10秒以内の短時間で投入して造粒
させることにより、容易に製造できることを見出し発明
を完成した。
の脱水ケーキと固化材の混合物により形成された核の表
面に、主として無機粉末からなる被覆層が存在する二重
構造の粒状物において、前記の無機粉末が、ブレーン比
表面積8000cm 2 /g以上の無機粉末であることを特徴
とする生コンスラッジ粒状物(請求項1)である。さら
に、本発明は、請求項1の粒状物において、前記の固化
材が、高炉スラグ粉末であることを特徴とする生コンス
ラッジ粒状物(請求項2)である。さらに、本発明は、
主として生コンスラッジの脱水ケーキと固化材である高
炉スラグ粉末の混合物により形成された核の表面に、主
として無機粉末からなる被覆層が存在する二重構造の粒
状物において、前記の無機粉末が、生コンスラッジの乾
燥粉末であることを特徴とする生コンスラッジ粒状物
(請求項3)である。さらに、本発明は、主として生コ
ンスラッジの脱水ケーキと固化材である高炉スラグ粉末
の混合物により形成された核の表面に、主として無機粉
末からなる被覆層が存在する二重構造の粒状物の製造方
法であって、まず、主として生コンスラッジの脱水ケー
キと固化材からなる混合物をミキサ内でペースト状にな
るまで練り混ぜた後、主として無機粉末からなる混合物
をミキサ内に10秒以内に投入して粒状化させ、その粒
状物を生コンスラッジ水の上澄水中で養生することを特
徴とする生コンスラッジ粒状物の製造方法(請求項4)
である。さらに、本発明は、請求項1〜3のいずれかの
粒状物において、前記粒状物が、コンクリート用骨材と
して使用される粒状物であることを特徴とする生コンス
ラッジ粒状物(請求項5)である。さらに、本発明は、
請求項1〜3のいずれかの粒状物において、前記粒状物
が、コンクリート用軽量骨材として使用される粒状物で
あることを特徴とする生コンスラッジ粒状物(請求項
6)である。さらに、本発明は、請求項4の製造方法に
おいて、前記粒状物が、コンクリート用骨材として使用
される粒状物であることを特徴とする生コンスラッジ粒
状物の製造方法(請求項7)である。さらに、本発明
は、請求項4の製造方法において、前記粒状物が、コン
クリート用軽量骨材として使用される粒状物であること
を特徴とする生コンスラッジ粒状物の製造方法(請求項
8)である。
ーキは、スラッジ水を脱水機により脱水した残りのセメ
ントを主成分としたケーキのみならず、スラッジ水中の
固形分を自然沈降又は連続濃縮装置(シックナ)、連続
清澄装置(クラリファイヤ)等の沈降分離装置によって
分離濃縮したもの、スラッジ水又は脱水ケーキを自然又
は加熱、通風等により乾燥させたもの等を含む。
く説明する。本発明は、主として生コンスラッジの脱水
ケーキと固化材の混合物により形成された核の表面に、
主として無機粉末からなる被覆層が存在する二重構造の
粒状物であることを特徴とする、生コンスラッジ粒状物
である。本願の発明者らは、二重構造の粒状物を造粒し
た場合、外側の被覆層に固化材を混入するよりも、内側
の核に固化材を混入するほうが、粒状物強度が高くなる
ことを見出し、本願を完成させた。固化材を被覆層に用
いても構わないが、核に固化材を含まない場合、被覆層
の固化材割合を増しても粒状物の圧壊強度は低く、コン
クリート用骨材の全量置き換え用として使用するには強
度不足となり、好ましくない。これに対して、核に固化
材を混入した場合、混入率の増加と共に粒状物強度は上
がっていき、同量の固化材を被覆層に混入した場合と比
べて、高い圧壊強度が得られる。
が小さいほうが、粒状物強度が高くなる。特に、被覆層
の厚さが、粒径の20%以上である場合、粒状物強度が
大きく低下し、好ましくない。また、主として無機粉末
からなる被覆層成分の量を減らしていくと被覆層の厚さ
も減少していくが、無機粉末の量を減らし過ぎると、無
機粉末は主として生コンスラッジの脱水ケーキと固化材
からなる混合物中に練り込まれてしまい、粒状化が困難
となり、好ましくない。従って、被覆層の厚さが、粒径
の1%未満である粒子を、本手法において製造すること
は困難である。
化材であるセメントよりも、高炉スラグ粉末を用いたほ
うが粒状物強度が高くなるため、好ましい。一般に、高
炉スラグ粉末単独ではアルカリ成分が不足するため充分
な強度が出ないと言われているが、本発明では、核に含
まれている生コンスラッジからアルカリ成分が供給され
るため、固化材としては高炉スラグ単独でも充分な強度
発現を有するものと考えられる。
ど、少ない無機粉末添加量で造粒可能となる。無機粉末
のブレーン比表面積が8000cm2/g以上である場合、
造粒に必要な無機粉末添加量が大幅に低減され、被覆層
の厚さを薄くすることができ、粒状物強度が高くなるの
で、好ましい。また、無機粉末添加量が少なくなるた
め、相対的に生コンスラッジの脱水ケーキの使用量を増
やすことが可能となり、廃棄物として処理される脱水ケ
ーキの量を更に減少させることができるので、好まし
い。
機粉末が生コンスラッジの乾燥粉末であると、粒状物強
度が更に高くなり、好ましい。この理由としては、生コ
ンスラッジの乾燥粉末からも高炉スラグ粉末に対してア
ルカリ成分が供給されるためと考えられる。
多く含んでいたほうが、粒状物強度は高くなる。生コン
スラッジ固形分の強熱減量をセメントの水和の指標とし
て用いた場合、固形分の強熱減量が15重量%未満であ
る場合、粒状物強度が顕著に高くなるので、好ましい。
具体的には、生コンクリート製造後24時間以内の生コ
ンスラッジを用いる、または、遅延剤を用いてセメント
部分の水和を遅延させた生コンスラッジを用いることな
どが考えられる。
割合が60重量部以上である場合、被覆層の厚さを20
%未満とすることが困難であり、粒状物強度が顕著に低
くなるので好ましくない。
コンスラッジの脱水ケーキの割合が少な過ぎても、高炉
スラグ粉末の割合が少な過ぎても強度が低下する。脱水
ケーキ100重量部に対し、高炉スラグ粉末が35重量
部未満である場合、固化材量が不足するため粒状物強度
が低下し、好ましくない。また、高炉スラグ粉末が10
0重量部を越える場合も、強度が顕著に低下するため、
好ましくない。脱水ケーキ100重量部に対し高炉スラ
グ粉末が100重量部を越える場合に強度低下が生じる
理由としては、脱水ケーキの割合が少なく、高炉スラグ
粉末への脱水ケーキからのアルカリ成分の供給量が低下
したためと考えられる。脱水ケーキ100重量部に対
し、高炉スラグ粉末が35〜100重量部の範囲が、粒
状物の強度が高くなり、最も好適である。
化材からなる混合物を充分にペースト化しなかった場
合、粒状物強度が低下するため好ましくない。前記の主
として生コンスラッジの脱水ケーキと固化材からなる混
合物に対し、無機粉末を短時間で投入することにより、
混合物を核として、その外側に無機粉末が付き、粒状化
される。この粒状物粒子は、核部分の含水率が最も高
く、外側に行くに従って含水率が低下し、表面は乾燥し
た状態となっており、粒子同士は付着することが無い。
無機粉末の投入時間が10秒を超える場合、無機粉末は
主として生コンスラッジの脱水ケーキと固化材からなる
混合物中に練り込まれてしまい、粒状化が困難となり好
ましくない。
合、養生水として生コンスラッジ水の上澄水を用いる
と、粒状物強度が高くなり、好ましい。この理由として
は、該上澄水のpHが12前後と高く、そこから高炉ス
ラグ粉末に対してアルカリ成分が供給されるためと考え
られる。
用した場合、一般的な骨材と比べて表面の細かい凹凸が
多く、セメントペーストとの付着が良いので好ましい。
また、前記粒状物の絶乾密度は1.8kg/L以下であり、JIS
A 5002 構造用軽量コンクリート骨材の絶乾密度の規定
(軽量粗骨材2.0kg/L未満、軽量細骨材2.3kg/L未満)を
満足しているため、本発明の粒状物はコンクリート用軽
量骨材として用いることが可能である。
るミキサは、生コンスラッジの脱水ケーキと固化材の混
合物をペースト化でき、かつ、造粒機能を有するもので
あれば、特に限定するものではない。ミキサは、ペース
ト化と造粒の2つの機能を併せ持つもの1種類を用いて
も良いし、ペースト化用のものと造粒用のもの2種類を
組み合わせて用いても良い。
明する。生コンクリート工場(アサノコンクリート(株)
臨海工場)で発生した生コンスラッジの脱水ケーキを用
いた。 脱水ケーキA;スラッジ水の発生8時間後に脱水して得
られた生コンスラッジの脱水ケーキ(固形分40%、固
形分の強熱減量12%) 脱水ケーキB;スラッジ水の発生24時間後に脱水して
得られた生コンスラッジの脱水ケーキ(固形分40%、
固形分の強熱減量14%) 脱水ケーキC;スラッジ水の発生72時間後に脱水して
得られた生コンスラッジの脱水ケーキ(固形分40%、
固形分の強熱減量15%) 脱水ケーキD;スラッジ水の発生168時間後に脱水し
て得られた生コンスラッジの脱水ケーキ(固形分40
%、固形分の強熱減量16%) 脱水ケーキE;スラッジ水の発生8時間後に遅延剤を投
入し、スラッジ水の発生72時間後に脱水して得られた
生コンスラッジの脱水ケーキ(固形分40%、固形分の
強熱減量12%) なお、固形分は、生コンスラッジの脱水ケーキを105℃
で恒量となるまで乾燥させ、その乾燥前後の重量を測定
し、以下の式1により求めた。
を用い、JIS R 5202 ポルトランドセメントの化学分析
方法により求めた。
メント ブレーン比表面積3600cm2/g 高炉スラグ;第一セメント(株)製 ブレーン比表面積44
50cm2/g フライアッシュ;テクノリソース(株)製 ブレーン比表
面積5000cm2/g フィラーA;奥多摩工業(株)製 石灰石粉末 ブレーン
比表面積3340cm2/g フィラーB;石灰石粉末 前記フィラーAを、粉砕・分
級により、ブレーン比表面積8000cm2/gとしたもの 生コンスラッジの乾燥粉末;前記生コンスラッジの脱水
ケーキBを105℃で恒量となるまで乾燥し、粉砕したも
の ブレーン比表面積9200cm2/g
ファンクション)ミキサ(容量50リットル)を用いて
造粒した。粒状物の配合及び製造条件を表1〜2に示
す。
1)〜5)に示す特性を評価した。 1)主として生コンスラッジの脱水ケーキと固化材から
なる混合物のペースト化状態;指触で評価し、混合物中
に指で触って判る程度の塊が残っていた場合を×、塊が
残っていない場合を○とした。 2)造粒状態;目視で評価し、粒状となった場合を○、
粒状とならなかった場合を×とした。 3)圧壊強度;製造より28日経過後の直径10〜15mmの粒
状物30個を用い、粒状物の圧壊強度を一軸圧縮試験機
で測定し、平均値を表示した。試験方法は、JIS Z 8841
造粒物強度試験方法で行った。 4)被覆層の厚さ;直径10〜15mmの粒状物粒子を切断
し、粒径と被覆層の厚さをノギスを用いて測定し、以下
の式2を用いて被覆層の粒径に占める割合を算定した。
0mmの粒状物粒子を用い、JIS A 1110 粗骨材の密度及び
吸水率試験方法を用いて、28日経過後の粒状物の絶乾密
度を測定した。それらの結果を表3〜4に示す。
粒状物を造粒した場合、外側の被覆層に固化材を混入す
る(比較例7〜9)よりも、内側の核部分に固化材を混
入する(比較例1〜3)のほうが、粒状物の圧壊強度が
高い結果となった。
覆層の厚さが粒径の20%以上である場合(比較例4)
は、被覆層の厚さが粒径の20%未満である場合(比較
例2)と比較して、圧壊強度が低下した。
化材として高炉スラグ粉末を用いた場合(比較例5)の
ほうが、セメントを用いた場合(比較例2)よりも、粒
状物の圧壊強度が高くなった。
00cm2/g以上である場合(実施例1)、8000cm2/g
未満の場合(比較例5〜6)よりも、粒状化に必要な無
機粉末量が少なくなり、被覆層の厚さが薄くなり、粒状
物の圧壊強度が高くなった。なお、ブレーン比表面積が
8000cm2/g未満である場合、実施例1と同一の配合
では、無機粉末が不足し、造粒できなかった(比較例1
0〜11)。
合、無機粉末が生コンスラッジの乾燥粉末であると(実
施例2)、配合は同じでも、他の無機粉末を用いた場合
(実施例1)よりも、粒状物の圧壊強度が高くなった。
15重量%未満である場合(実施例2、4、7)は、1
5重量%以上である場合(実施例5〜6)と比較して、
粒状物の圧壊強度が高くなった。
成分100重量部に対し被覆層成分の割合が60重量部
以上である場合(比較例4)は、60重量部未満である
場合(比較例2)と比較して、粒状物の圧壊強度が低下
した。
合、生コンスラッジの脱水ケーキ100重量部に対し高
炉スラグ粉末が35重量部未満である場合(実施例8、
9)、または、高炉スラグ粉末が100重量部を越える
場合(実施例12)は、高炉スラグ粉末が35〜100
重量部である場合(実施例2、10、11)と比較し
て、粒状物の圧壊強度が低下した。
キと固化材からなる混合物を充分にペースト化しなかっ
た場合(比較例12)、ペースト化した場合(実施例
2)と比較して、粒状物の圧壊強度が顕著に低下する傾
向が認められた。また、主として生コンスラッジの脱水
ケーキと固化材からなる混合物に対して主として無機粉
末からなる混合物を投入する場合、無機粉末の投入時間
が10秒を超える場合には、粒状化しなかった(比較例
13)。
た場合、生コンスラッジ水の上澄水中で養生した場合
(実施例13〜14)のほうが、水道水中で養生した場
合(実施例2〜3)と比較して、粒状物の圧壊強度が高
くなった。
1で得られた粒状物を、各々コンクリート用粗骨材、ま
たは、細骨材に全量置き換えてコンクリートを作製し、
スランプ、空気量、圧縮強度の各試験を行った。なお、
生コンスラッジ粒状物の粒度分布は、JIS A 5002 構造
用軽量コンクリート骨材の、人工軽量骨材の規定の範囲
となるように、該粒状物をふるい分けにより粒度調整し
て用いた。具体的には、粗骨材置換の場合には軽量粗骨
材の20〜5mmの規定範囲内に、細骨材置換の場合には、
軽量細骨材の規定範囲内に合致するように調整した。
を18±2cm、空気量を4.5±0.5%一定とし、強度レベ
ルを変化させるためW/Cを、50%、60%、70%
の3水準とした。なお、空気量は、AE助剤((株)エヌ
エムビー製 303)を用いて調整した。本実験では、
粗骨材の全量を本発明品と置換した場合、粗骨材と細骨
材の全量を置換した場合のそれぞれについて試験を行っ
た。
示す。 セメント;太平洋セメント(株)製 普通ポルトランドセ
メント 混和剤;(株)エヌエムビー製 AE減水剤 No.70 粗骨材(比較用);峩朗産砕石 細骨材(比較用);市原産山砂50%と鳥形山産砕砂5
0%の混合砂 水;水道水
(50リットル)を用い、セメントと骨材と上記粒状物
を15秒間空練りした後、水を加えて90秒間練り混ぜ
て、コンクリートを製造した。なお、養生方法は、20℃
で水中養生(標準養生)とした。
3)に示す特性を評価した。 1)スランプ;試験方法は、JIS A 1101 コンクリート
のスランプ試験方法に従って行った。 2)空気量;試験方法は、JIS A 1128 フレッシュコン
クリートの空気量の圧力による試験方法に従って行っ
た。 3)圧縮強度試験;試験方法は、JIS A 1108 コンクリ
ートの圧縮強度試験方法に従って行った。 それらの結果を表6に示す。
いたコンクリート(実施例16〜19)は、市販軽量骨
材メサライトを用いたコンクリート(比較例16〜1
9)よりも、高い圧縮強度を示した。比較例1の粒状物
の圧壊強度はメサライトと同等であるにも拘らず、コン
クリートの圧縮強度が高くなったことより、本発明の粒
状物は、セメントペーストとの付着が良いものと考えら
れる。
物を用いたコンクリート(実施例16〜19)は、市販
の砕石を用いたコンクリート(比較例20)と比較して
も、遜色無い強度を示した。
ンスラッジ粒状物は、コンクリート用粗骨材や細骨材、
軽量粗骨材や軽量細骨材に全量置き換えて使用すること
が可能であることが分った。
生コンスラッジ粒状物は、圧壊強度が高く、セメントペ
ーストとの付着性も良好であるため、コンクリート骨材
の全量置き換え用として利用することが可能となり、骨
材資源の不足を補うことができると共に、生コンスラッ
ジを大量消費でき、投棄用地や環境汚染の問題を解決す
ることができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 主として生コンスラッジの脱水ケーキと
固化材の混合物により形成された核の表面に、主として
無機粉末からなる被覆層が存在する二重構造の粒状物に
おいて、前記の無機粉末が、ブレーン比表面積8000
cm 2 /g以上の無機粉末であることを特徴とする生コンス
ラッジ粒状物。 - 【請求項2】 請求項1の粒状物において、前記の固化
材が、高炉スラグ粉末であることを特徴とする生コンス
ラッジ粒状物。 - 【請求項3】 主として生コンスラッジの脱水ケーキと
固化材である高炉スラグ粉末の混合物により形成された
核の表面に、主として無機粉末からなる被覆層が存在す
る二重構造の粒状物において、前記の無機粉末が、生コ
ンスラッジの乾燥粉末であることを特徴とする生コンス
ラッジ粒状物。 - 【請求項4】 主として生コンスラッジの脱水ケーキと
固化材である高炉スラグ粉末の混合物により形成された
核の表面に、主として無機粉末からなる被覆層が存在す
る二重構造の粒状物の製造方法であって、まず、主とし
て生コンスラッジの脱水ケーキと固化材からなる混合物
をミキサ内でペースト状になるまで練り混ぜた後、主と
して無機粉末からなる混合物をミキサ内に10秒以内に
投入して粒状化させ、その粒状物を生コンスラッジ水の
上澄水中で養生することを特徴とする生コンスラッジ粒
状物の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれかの粒状物におい
て、前記粒状物が、コンクリート用骨材として使用され
る粒状物であることを特徴とする生コンスラッジ粒状
物。 - 【請求項6】 請求項1〜3のいずれかの粒状物におい
て、前記粒状物が、コンクリート用軽量骨材として使用
される粒状物であることを特徴とする生コンスラッジ粒
状物。 - 【請求項7】 請求項4の製造方法において、前記粒状
物が、コンクリート用骨材として使用される粒状物であ
ることを特徴とする生コンスラッジ粒状物の製造方法。 - 【請求項8】 請求項4の製造方法において、前記粒状
物が、コンクリート用軽量骨材として使用される粒状物
であることを特徴とする生コンスラッジ粒状物の製造方
法。
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