JP3761996B2

JP3761996B2 - 再生セメントの製造方法及び再生セメント

Info

Publication number: JP3761996B2
Application number: JP28742996A
Authority: JP
Inventors: 剛章大神; 悟藤井
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH10114556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンクリート廃材の再資源化に関するものであり、特にコンクリートガラから粗骨材及び細骨材の回収時に発生する微粉を母材とした再生セメントの製造方法及び再生セメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート構造物を解体する際に発生するコンクリート廃材は、そのの大半が埋立等の廃棄処分にされているが、埋立地の確保難により処理が困難になりつつあり、処理費も高騰している。一方、資源リサイクル法の立法に伴い資源としてのコンクリート廃材の利用も検討され、一部が路盤材等の敷石として使用されるようになっており、また、廃材の高度処理によりＪＩＳ規格に相当する良質の細骨材及び粗骨材の回収も可能となっている。
【０００３】
しかしながら、良質の骨材を得るためには、コンクリートガラの破砕、及び磨砕処理を伴うため、２０〜３０％の廃コンクリート微粒物が発生する。この微粒物は、格別の用途がなく、しかも、セメント水和に伴う水酸化カルシウムが生成しており、微粒物が水と接触した場合、水酸化カルシウムが溶解して高アルカリを呈し水質汚染の因となり埋立処分には難がある等、その処分が大きな問題となっている。
【０００４】
このような中にあって、廃コンクリート微粉に、高炉スラグ、石膏、セメント等からなる混合材を添加した水硬性材料としての再利用方法（特開昭６２−１５８１４６号、特開昭６３−２８４２号）が提案されている。しかしながら、これらは水和硬化後の強度が低く、また、硬化に多くの時間を要するため、その用途が限定されるという欠点がある。さらに、水和硬化後の強度を増加させるためには、スラグ等の混合材の添加量を著しく増加する必要があり、このため、廃コンクリート微粉の使用量は２０〜５０重量部に過ぎず、廃コンクリート微粉の大量利用には至っていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述の欠点を解消し、廃コンクリートの高度処理による骨材の再資源化に於て発生する微粉を廃棄することなく資源として有効利用するもので、初期強度および長期強度が大きく、また、低水和発熱性の再生セメントの製造方法及び再生セメントを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の再生セメントの製造方法によれば、コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調整して再生セメントを製造する方法であって、前記微粒物を分離径２．５ｍｍ〜０．３ｍｍで分離した篩下通過物を粉砕して調整すること（請求項１）、篩下通過物を４００〜８００℃で加熱処理して粉砕すること（請求項２）、篩下通過物を粉砕後４００〜８００℃で加熱処理すること（請求項３）、及び、粒径０．１ｍｍ以下、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ^２／ｇ以上に粉砕すること（請求項４）、を特徴とする。
【０００７】
また、この発明の再生セメントによれば、前記いずれか記載の再生セメントの製造方法によって得られること（請求項５）、を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明は、コンクリート廃材を高度処理して良質の粗骨材及び細骨材を回収する際に発生する微粒物を調製して再生セメントを製造することを第一の特徴とする。微粒物の調製は、これを粉砕することにより行うが、粉砕は、前記微粒物を分離径２．５ｍｍ〜０．３ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜０．５ｍｍで分離した篩下通過物を使用する。発明者らは、微粒物の分離径が再生セメントの物性に大きく影響を及ぼすことを見出し、種々検討した結果、微粒物の分離径を前記所定の範囲、すなわち、やや粗目にし、粗骨材及び細骨材の一部を取り込み、これを微粉砕することによりモルタル、コンクリートの流動性を改善し、この発明を完成したものである。
【０００９】
分離径が０．３ｍｍ未満の微粒物は、これをそのまま、あるいは粉砕してモルタル、コンクリートに適用しても、モルタル、コンクリートの流動性が悪く、空気を巻き込んで容重が低下することによる強度低下が著しい。例えば、分離径１５０μｍの篩下通過物のブレーン比表面積は５６００cm²/g 程度であるが、これを再生セメントに供した場合、後述する実施例に示すようにＪＩＳモルタル試験におけるモルタルフローが１８０ｍｍ、モルタル容重が2.053kg/ｌであり、また、この微粒物をブレーン比表面積８０００cm²/g 程度に粉砕しても、モルタルフローは１９２ｍｍ、モルタル容重は2.066kg/ｌと若干改善されるものの、流動性不良に起因する容重低下がみられる。
【００１０】
また、分離径が２．５ｍｍを越える篩下通過物は、これを粉砕しても、前記流動性の改善効果以上に良質の細骨材回収量が少なくなるほか、強度の上昇が小さく、後述する微粒物の加熱効果による水硬性能の上昇が低下し好ましくない。
【００１１】
次に、篩下通過物は、これを粉砕前、あるいは粉砕後４００〜８００℃、好ましくは６００〜７５０℃で加熱処理することが望ましい。前述したように微粒物は、コンクリート廃材を破砕及び磨砕処理して砂利等の骨材を分離して取り出した残物として得られるものであり、粗骨材および細骨材の破砕粉、セメントの水和生成物であるカルシウムシリケート水和物（C-S-H ）、モノサルフェート、水酸化カルシウム、及び炭酸カルシウムや若干の未水和セメント粒子等からなるが、コンクリートの経時年数進行と共に炭酸カルシウムの含有量が多くなり、未水和のセメント粒子は殆ど残存しなくなり、微粒物の水硬作用は殆どない。
【００１２】
しかしながら、微粒物は４００℃以上で加熱することにより水硬性を有するようになり、加熱温度の上昇と共に水硬性能が高まる。水硬の因はビーライトの生成にある。驚くにコンクリート微粒物を４００℃の極く低温からビーライトの生成が始まり加熱温度の上昇と共に生成量が増加することを見いだした。しかし８００℃を越える加熱では含有するカルサイトが分解して酸化カルシウムを生成するため再生セメント化した場合、水量の増加が著しいばかりではなく異常膨張を引き起こす。従って総合的に判断した場合、加熱温度は、好ましくは６００〜７５０℃、さらに好ましくは７００℃前後が最適である。
【００１３】
微粒物の粉砕は、粒径０．１ｍｍ以下、ブレーン比表面積が８０００cm²/g 以上にすること好ましい。粉砕手段としては、ボールミル、ローラーミル、ディスクミル等、各種の粉砕手段を用いることができる。前述したように微粒物は、セメントの水和生成物や若干の未水和セメント粒子を含み、また、加熱により水硬性能が高まるものであるが、粒径０．１ｍｍ以下、粉末度を８０００cm²/g 以上とすることにより、微細な未水和セメント粒子面の出現による水硬性の増加と共に、水和組織の破壊が起こり、加水混練後の流動性を向上することができ、また、これが８０００cm²/g を下回ると、水和が不均一になり、強度が低下し好ましくない。通常は、ブレーン比表面積を８０００cm²/g 〜１００００cm²/g の範囲とすることがより好ましい。
【００１４】
この発明の再生セメントは、このように調製して得た廃コンクリート微粉末を主要構成材料とするものであり、好適には、廃コンクリート微粉末を少なくとも６０重量％以上含んでなるものである。すなわち、水硬性を殆ど持たない廃コンクリート微粉末から高強度の再生セメントを得るために、後述する高炉スラグ微粉末を主成分とした各種高性能混和材を添加して初期強度を、また、微粉フライアッシュ及びシリカフラワー等の活性化ポゾランを用いて長期強度等の改善をもたらすが、廃コンクリート微粉末の配合量は、再生セメント中、６０重量％以上、好ましくは、６０〜８０重量％の範囲とすることが好適である。これが６０重量％より少ないと、硬化後の強度は増加するが、この発明の目的とするコンクリート廃材の大量使用にそぐわなくなり、しかも高炉スラグ等の他の材料の配合比が増加し、反応熱量が上昇するため低発熱性の点で好ましくない。また、８０重量％を越えると、硬化後の強度が著しく低下するため好ましくない。
【００１５】
次に、廃コンクリート微粉末に添加する混合材としては、高炉スラグ微粉末が経済的にも強度発現的にも最適である。特に、強度発現的には高炉スラグの粉末度が大きく影響を及ぼし、微粉になるほど強度発現性は良好となる。すなわち、コンクリート微粉末を多量に使用した場合、コンクリート微粉の周辺にスラグ粉末が万遍なく行き渡る程度の粉末度が必要であり、スラグの粉末度としては、廃コンクリート微粉末とスラグ粉末の混合比に廃コンクリート微粉末の粉末度を乗じた値以上とすることにより良好な強度発現性が得られる。例えば、廃コンクリート微粉末６０重量部、スラグ粉末４０重量部の再生セメントにおいて、廃コンクリート微粉末の粉末度８０００cm²/g とすると、スラグの粉末度は、１２０００cm²/g 以上にすることが好ましい。
【００１６】
再生セメント中の高炉スラグ微粉末の配合量は、これを多くすれば強度の向上を計ることができるが、前述したように廃コンクリート微粉末の大量使用の観点からこれを４０重量％以下、好ましくは２０〜４０重量％の範囲とする。これが４０重量％を越えると、硬化後の強度は増加するが、廃コンクリート微粉の配合量を増大させることができなくなるほか、反応熱量が上昇するため好ましくない。また、２０重量％未満の場合、硬化後の強度が著しく低下するため好ましくない。
【００１７】
この発明の再生セメントは、前記廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末に加えて、石膏を添加することが好ましい。石膏を配合することにより、高炉スラグの反応刺激剤、硬化初期での空隙充填材として作用し、初期強度の増加、乾燥収縮の低減をすることができる。石膏としては、無水石膏、二水石膏、半水石膏等を用いることができる。この発明に用いる石膏は、乾燥の後、粉砕し粉末度２０００〜７０００cm²/g とすることが好ましい。粉砕手段としては、縦型ミルやボールミルが好ましく、二水石膏に関しては、乾燥、及び粉砕を６０℃以下で行うことが好ましい。また、石膏の粉砕は、廃コンクリート微粒物と共に混合粉砕することが可能であり、この場合は、混合粉砕後の粉末度を８０００cm²/g 以上とするとすることが好ましい。再生セメント中の石膏の配合量は、無水換算による石膏量として２〜６重量％であることが好ましい。これが６重量％を越えると、膨張量が大きく硬化後の強度低下を引き起こすため好ましくない。
【００１８】
また、前記混合材中、高炉スラグ微粉末の一部と置換してセメント微粉末、及び５μ以下の微粉フライアッシュやシリカフラワー等の活性化ポゾランの少なくとも一種以上を配合することができる。セメント微粉末を配合することにより初期強度の発現を、微粉フライアッシュやシリカフラワーの配合により、中期から長期の強度増進をすることができる。
【００１９】
セメントとしては、普通ポルトランドセメント、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等のほか、混合セメントや都市ごみ灰を主原料としたセメント等、各種のセメントを使用することができるが、この発明に用いるセメント微粉末は、粉砕、及び分級により粉末度を前記高炉スラグ微粉末と同程度にすることにより、高炉スラグ微粉末のアルカリ刺激効果を早めることができ、高炉スラグ微粉末及びセメントの早期の水和反応は、初期強度の改善に貢献することができる。セメント微粉末の配合量は、前記高炉スラグ微粉末の３０重量％以下の量と置換されてこの発明の再生セメント中、１〜１２重量％程度とすることが好ましい。セメント微粉末の配合量が１２重量％を越えると、反応熱量が上昇するため好ましくない。尚、セメントを配合した場合は、前記石膏は必ずしも配合しなくても良い。また、廃コンクリートが比較的若材齢で、水酸化カルシウムの含有量が高い場合や、混合材として前記石膏を配合した場合は、セメント微粉末は必ずしも配合しなくても良い。
【００２０】
また、５μ以下の微粉フライアッシュ及びシリカフラワー等の非晶質の活性化ポゾランは、前記高炉スラグ微粉末やセメント微粉末が水和し、生成した高アルカリの水酸化カルシウムと反応して中期（７日）〜長期（２８日以降）の強度を発現するすることができる。非晶質ポゾラン類は、前記高炉スラグ微粉末の３０重量％以下の量と置換されてこの発明の再生セメント中、１〜１２重量％程度配合されることが好ましい。
【００２１】
以上説明したように、この発明の再生セメントは、廃コンクリート微粉末及び高炉スラグ微粉末を主要構成材料とし、石膏、セメント微粉末、及び微粉フライアッシュやシリカフラワー等の活性化ポゾランの少なくとも一種以上を配合してなるものであり、各材料の粉末度をそれぞれ調整して配合するが、これら材料の混合後の粉末度は、ブレーン値で８５００cm²/g 以上とすることが強度発現性の上で好ましい。また、混合は、均一な混合が可能であれば、特に制限されるものではない。さらに、廃コンクリート微粒物、高炉スラグ、及びセメントは、各材料の被粉砕性が異なり、任意の粉末度に設定するためにそれぞれ別粉砕することが望ましい。
【００２２】
この発明の再生セメントは、水を任意の添加量で混練し、養生することで強度を発現する。従って、この発明の再生セメントは一般のセメントと同様に、砂、砂利等のほか、各種混和剤（材）を加え、或いは加えることなく、ペースト材、モルタル材、コンクリート材として用いることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙げてこの発明を更に詳細に説明するが、この発明はこれに限定されるものではない。尚、以下に示す配合比％等はすべて重量％である。
【００２４】
（実施例１）
材令３０年のコンクリート廃棄物から粗骨材及び細骨材を回収する際に発生した微粒物を、分離径４．０ｍｍ〜０．１５ｍｍで分離して各種大きさの篩下通過物を得た。次いで、篩下通過物をブレーン比表面積が８０００cm²/g になるように粉砕して得た廃コンクリート微粉末６０重量部と、ブレーン比表面積が１２０００cm²/g の高炉スラグ微粉末３５．３重量部及びブレーン比表面積が４０００cm²/g の無水石膏４．７重量部を混合して再生セメントを調製し、JIS R 5201に従いモルタル試験を行った。尚、各材料は竪型ミルを用いて粉砕後、CLASIEL（秩父小野田社製分級機）を用いて分級し調製した。また、ＮＯ７は、篩下通過物をそのまま（未粉砕物、ブレーン比表面積５６００cm²/g ）試験に供したものである。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示すように、微粒物の分離径が再生セメントの物性に大きく影響を及ぼし、分離径が０．１５ｍｍ（１５０μｍ）のコンクリート微粉では、未粉砕の状態で再生セメントに供した場合（ＮＯ７）、流動性が悪く、空気を巻き込みモルタル容重が軽くなる。また、１５０μｍ分離微粉を粉砕したＮＯ６でも、モルタルフローは若干改善されるものの、流動性不良に起因する容重低下がみられ、強度低下の因につながっている。これに対し、０．３〜２．５ｍｍで分離して得た微粉末を使用したもの（ＮＯ２〜５）では、いずれもモルタルフロー、モルタル容重、圧縮強さが大幅に改善された。尚、分離径が４．０ｍｍを越える篩下通過物は、これを粉砕しても、前記流動性、強度の改善効果も少なく良質の細骨材の回収量が少なくなり、好ましくなかった。
【００２７】
（実施例２）
実施例１の廃コンクリート微粒物を１．２ｍｍで分離した篩下通過物を各種の粉末度に粉砕して得た廃コンクリート微粉末６０重量部と、異なる粉末度の高炉スラグ微粉末３５．３重量部、及びブレーン比表面積が４０００cm²/g の無水石膏４．７重量部を混合して再生セメントを調製し、JIS R 5201 に従いモルタル強度試験を行った。結果を表２に示すように、廃コンクリート微粉末の粉末度を８０００cm²/g 以上、高炉スラグの粉末度を１２０００cm²/g 以上にすることにより圧縮強度が優れていることがわかる。
【００２８】
【表２】

【００２９】
（実施例３）
実施例１の廃コンクリート微粒物を１．２ｍｍで分離した篩下通過物を加熱した後、ブレーン比表面積が８０００cm²/g になるように粉砕して得た廃コンクリート微粉末６０重量部と、ブレーン比表面積が１２０００cm²/g の高炉スラグ微粉末３５．３重量部、及びブレーン比表面積が４０００cm²/g の無水石膏４．７重量部を混合して再生セメントを調製し、JIS R 5201 に従いモルタル強度試験を行った。結果を表３に示すように、廃コンクリート微粉末は加熱することにより強度が増大するが、加熱温度が９００℃になると酸化カルシウムの生成により、水量の増加が著しいばかりではなく異常膨張を引き起こした。
【００３０】
【表３】

【００３１】
（実施例４）
実施例１の廃コンクリート微粒物を１．２ｍｍで分離した篩下通過物を、ブレーン比表面積が８０００cm²/g になるように粉砕して得た廃コンクリート微粉末と、ブレーン比表面積が１２０００cm²/g の高炉スラグ微粉末と、ブレーン比表面積が４０００cm²/g の無水石膏と、ブレーン比表面積が１２０００cm²/g の普通ポルトランドセメントと、平均粒径５μ以下の微粉フライアッシュと、１μ以下のシリカフラワーをそれぞれ調製し、表４に示す各種の割合で混合して再生セメントを得た。次いで、JIS R 5201 に従いモルタル強度試験を行った。結果を表４に併せて示すように、この発明は、早強性と安定性及び長期強度のバランスがとれたものであることがわかる。
【００３２】
【表４】

【００３３】
【発明の効果】
この発明によって、廃コンクート微粉を、早強性と安定性及び長期強度のバランスがとれた再生セメントとして、大量に活用することが可能となり、資源の有効利用、及び埋立地枯渇の解消に大きく貢献することができる。

Claims

コンクリート廃材を再生処理する際に発生する微粒物を調整して再生セメントを製造する方法であって、前記微粒物を分離径２．５ｍｍ〜０．３ｍｍで分離した篩下通過物を粉砕して調整することを特徴とする再生セメントの製造方法。
篩下通過物を４００〜８００℃で加熱処理して粉砕することを特徴とする請求項１記載の再生セメントを製造する方法。
篩下通過物を粉砕後４００〜８００℃で加熱処理することを特徴とする請求項１記載の再生セメントの製造方法。
粒径０．１ｍｍ以下、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ²／ｇ以上に粉砕することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の再生セメントの製造方法。
請求項１〜４いずれか記載の再生セメントの製造方法によって得られることを特徴とする再生セメント。