JP4855689B2 - 再生骨材製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート建造物等の解体に伴って廃棄されるコンクリートガラから骨材を再生するための再生骨材製造装置に関するものである。

近年、資源のリサイクルの観点から、解体に伴って廃棄されるコンクリートガラ等から骨材を再生することが行われている。

コンクリートガラの処理は、一般にインペラブレーカーやジョークラッシャー、インパクトクラッシャーなどの乾式の粉砕装置による破砕・磨砕、振動ふるいや風ふるい等によるふるい分け、および磁力選別機による鉄筋などの除去を組合せにより行われている。

しかしながら、コンクリートガラを前記方法で処理したものは骨材にモルタル分（硬化セメントペースト）が付着しており、このようなモルタル分のため再生骨材の吸水率が高くなり、コンクリート用の骨材として用いた場合、凍結融解特性等に悪影響を与える。

コンクリート用骨材では、絶乾密度と吸水率が重要な品質基準であるが、前記処理ではモルタル分の付着、混入のためこれらを満足することが難しい。

コンクリート破砕材の粗骨材からモルタル分を除去するには、コンクリートガラ塊同士をすりもみ処理することが効果的であり、かかるすりもみ処理により、粒子を細かくすることなく、骨材を包んでいるモルタル分を剥がすことができる。

このようなすりもみ処理を行うものとして下記特許文献がある。
特開２０００−１９７８７６（骨材の回収方法） 特開２００３−２６４５９（骨材再生方法）

前記特許文献１のすりもみ処理を行う再利用処理装置１は、図１６に示すように竪位置に保持した内寸７２０ｍｍ、高さ８００ｍｍの外筒３と、外筒３内に外筒３の中心線とは１１．７ｍｍ偏心した径６００ｍｍ、高さ８００ｍｍの内筒５で構成され、内筒５は、モータ９によって回転されるようになっている。

現場にて移動式ジョークラッシャーなどで４０ｍｍ以下に破砕したコンクリートガラ１ｍ³を天日乾燥する。ここで、コンクリートガラは、一般的に、３０〜４０％が正味の粗骨材で、さらに３０〜４０％が細骨材、残りがセメント水和物である。

次に、天日乾燥したコンクリートガラ１ｍ³を粉砕助剤としてのエタノール１ｋｇとともにコンクリートの再利用処理装置１に投入する。そして、内筒５を約５００r.p.m.で回転させることにより、コンクリートガラ塊同士のすりもみを行わせながらコンクリート中の粗骨材とモルタルを分離した後、排出口７からこれらを５ｍｍのふるいで分けて通過しなかったものを粗骨材として回収する。

乾式の破砕・磨砕装置にてコンクリートガラを処理する際に、粉砕助剤を使用することにより、破砕・磨砕中の発生した粉体同士が凝集し、粉体より粒径の大きい骨材には付着しにくくなって、処理に必要なエネルギーを低減することができる。

また、コンクリートガラ塊同士をすりもみ処理することにより、粒子を細かくすることなく、粗骨材を包んでいるモルタル分を剥がすことができる。

前記特許文献２では、加熱炉に投入して加熱した後、すりもみ装置に投入することによって、硬化セメントペーストや骨材（細骨材や粗骨材）を回収する方法が提案されている。

これは、コンクリート塊を破砕して得られたコンクリート破砕材に対して熱風を用いた加熱処理を行った後、そのコンクリート破砕材から骨材を分離し再生するものであって、最大寸法で５ｍｍ以上のコンクリート破砕材に対して加熱、すりもみ処理を行うことにより、コンクリート破砕材の再生処理時間の短縮を図る。

コンクリート塊を破砕するには、破砕機としては、例えば固定歯と可動歯との間にコンクリート塊を挟んで破砕するジョークラッシャーや、高速で回転するハンマーの衝撃力を利用してコンクリート塊を破砕するハンマークラッシャーや、コンクリート塊を遠心力によって高速で飛散させることにより、すでに周囲に存在するコンクリート塊やコンクリート破砕材に衝突させ、その際の衝撃力でコンクリート塊を破砕する遠心破砕機等の乾式のものが用いられる。

熱風を用いた加熱処理は、連続処理方式でコンクリート破砕材を処理する充填型加熱炉によって行われる。

すりもみ処理は、円筒状の外周壁を有し、その軸線方向を水平に向けた状態で、水平方向の軸回りに回転駆動されるようになっているすりもみ装置により行われる。

第１のすりもみ装置は、二重ドラム型すりもみ装置によって構成されたものであり、外ドラムと、この外ドラムの内側に同軸状に固定された内ドラムと、この内ドラム内に遊動自在に設けられた複数のすりもみ媒体とを備えている。

外ドラム及び内ドラムは、共に円筒状の外周壁を有し、その軸線方向を水平に向けた状態で、水平方向の軸回りに回転駆動されるようになっている。内ドラムの外周壁には網目サイズが５ｍｍ程度の網部が複数設けられている。網部は、内ドラム内ですりもみによって生じた５ｍｍ以下のセメントペースト付着の細骨材Ｅ等をふるい分けて外ドラム側に移動させるようになっている。すりもみ媒体は、耐磨耗性を有する鋼球によって構成されたものであり、コンクリート破砕材とすり合わされることによって、粗骨材Ｄから硬化セメントペーストを削り取る作用をするようになっている。

また、第１のすりもみ装置内は、粗骨材等から削り取られた硬化セメントペーストを主成分とする微粉で充満した状態になるが、この微粉は、外ドラム内及び内ドラム内を軸方向に流れる空気によって、第１のすりもみ装置から取り出され、サイクロン式の集塵装置によって回収することもできる。

第２のすりもみ装置は、円筒状の外周壁を有し、その軸線方向を水平に向けた状態で、軸心回りに回転駆動されるようになっている。この第のすりもみ装置は、主として第１のすりもみ装置でセメントペーストが付着した細骨材をすりもみするものであり、一次すりもみされた粗骨材をすりもみ媒体として利用するようになっている。

即ち、第２のすりもみ装置は、第１のすりもみ装置で得られたセメントペーストの付着した細骨材及び粗骨材のすべてを投入することによって、主として細骨材のすりもみ処理を行い、この結果セメントペーストの取り除かれた細骨材を得るようになっている。また、同時に、粗骨材のすりもみ処理仕上げを行う。

更に、第２のすりもみ装置においても、空気を軸方向に流すことによって、セメントペースト付着の細骨材等から分離された硬化セメントペーストを主成分とする微粉を取り出すようになっている。この微粉は、上述した集塵装置によって回収される。

第２のすりもみ装置において得られた細骨材及び粗骨材は、分級装置に送られ、細骨材と粗骨材とに分級されるようになっている。即ち、分級装置は、最大寸法で５ｍｍの大きさの細骨材を通す篩を備えており、篩を通過した骨材を細骨材として回収し、篩を通過しない骨材を粗骨材として回収するようになっている。また、分級装置においても、空気を一定の方向に通すことによって、篩処理等で生じた微粉を取り出するようになっており、ここで取り出された微粉も集塵装置によって回収されるようになっている。

なお、ドラム内に回転自在にローラーを支持し、ドラムとローラーの回転中心を適正間隔ずらして配置し、しかもドラムとローラーとを互いに離した状態でドラムを高速回転させ、ドラム内に投入した原料が遠心力の作用でドラムの内周面に層を形成し、その原料の層がドラム内側に向かって厚みを増やしていき、ドラムとローラー間の原料の摩擦によってローラーが回転する状態で原料が磨砕されることを特徴とする磨砕方法としては下記特許文献がある。
特公平７−６１４５２号公報（磨砕方法）

これは図１７に示すように、ドラム２１の内側にローラー２２を設け、ドラム２１の回転中心をほぼ水平に配置し、ドラム２１の両端を開口してその開口部を原料の投入口２９と排出口３０にし、排出口３０側にドラム固定用円板２３を取り付けて、ドラム駆動用の軸２５を通し、その軸２５をベアリング２４等で支えて回転可能にする。

さらに、投入口２９よりドラム２１内にベアリング２７等で回転可能にしたローラー２２用の軸２８をドラム２１用の軸２５と平行になるように組入れる。ドラム２１の回転中心よりローラー２２の回転中心を少し（図面では距離ａ）ずらす。ドラム２１用の軸２５はＶプーリ２６等を介して駆動する。

投入口２９より投入された原料はドラム２１の内周面に遠心力で図に示すようにほぼ円環状の層を形成し、ドラム２１の回転と同じ速度で回転しながらドラム２１内の原料層はドラム２１の内側つまり回転中心に向かって厚みを増してゆき、やがて回転自由なローラー２２とドラム２１の間で加圧されるようになるため、ローラー２２はドラム２１とローラー２２間の原料の摩擦で回転しだす。その状態で原料は摩擦によって磨砕される。

連続的に原料を投入すれば、ドラム２１とローラー２２間の加圧による原料の摩擦がくりかえされ、排出口３０の方向へと原料が摩砕されて排出されていく。このようにして原料を連続的に摩砕することができる。

コンクリートを再生する場合、骨材回収率を高め、微粉（用途が限定される）の発生を抑制することが重要である。この為には、粗骨材、細骨材を極力粉砕せず、セメントペーストのみを粉砕する必要がある。

一般のローラーミルや特許文献３の特公平７−６１４５２号公報では、均一な強度の粒状体を破砕するために設計されており、粒状体の大きさや強度に様々なものが混在した場合には、ローラー２２の圧解作用が異なり、骨材の破砕を避けることや再生骨材の品質をコントロールすることが困難である。

また、磨砕を効果的に実施するためには、粒状体同士の接点を絶えず変化させる必要があるがそのような機能はない。

前記特許文献１のすりもみ処理を行う再利用処理装置１は、コンクリート再生装置として設計されたものであるが、ドラムの回転が遅く、効率が悪いため、装置が大型化している。また、粗骨材の再生は可能であるが細骨材の高品質化は難しい。

前記特許文献２の骨材再生方法では、熱風を用いた加熱処理を必要とし、また、すりもみ処理を行う装置も第１、第２の複数を必要とするなど、工程が複雑であるとともに、装置も大掛かりなものであり、処理時間や費用が多く、また、設備費も膨大なものとなる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、小型の装置として高品質骨材を効果的かつ効率的に再生でき、その結果、装置の設置面積が大幅に小さくなり、結果的に処理コストの大幅な低減が可能な再生骨材製造装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、第１に、投入するコンクリートガラ塊が遠心力で内壁に密着される高速回転ドラム内に当該コンクリートガラ塊を内壁に調整圧で圧砕する圧砕ローラーをこの圧砕ローラーの支持アームに圧砕調整手段を付設して、この圧砕ローラーを高速回転ドラムの内壁に向けて常に一定の押し付け力で接触するように配置した圧砕調整手段により圧砕ローラーを高速回転ドラムの内壁に向けて常に一定の押し付け力で接触するように配置し、高速回転ドラム内壁に対してのコンクリートガラ塊の攪拌板を前記支持アームの先端部分に設け、回転ドラムと圧砕ローラー間でコンクリートガラ塊をすりもみすること、第２に、圧砕ローラーは、適宜間隔で複数設けることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、高速回転ドラムでの処理であり、処理効率が高く、装置も小型のものですむ。また、高速回転ドラム内壁に遠心力で密着されるコンクリートガラ塊に対して圧砕ローラーを押し付けることですりもみを行うが、この圧砕ローラーは常に調整圧で圧砕することで、コンクリートガラ塊の大きさや強度に様々なものが混在した場合でも、常にセメントペーストを破壊し骨材を極力破壊しないようにすることができる。

前記作用に加えて、攪拌板を設けたことで高速回転ドラム内壁に遠心力で密着されるコンクリートガラ塊を常に攪拌して再配置と緩みを生じさせることができ、圧砕ローラーでの圧砕時に、セメントペーストの破壊が促進できる。

請求項２記載の本発明によれば、圧砕ローラーは、適宜間隔で複数設けることでさらに処理能力を向上させることができる。このように、マルチローラーやドラムの多層化により、装置容積あたりの処理量を大幅向上でき、その結果装置設置面積が大幅に小さくなり微粉の発生量を抑制できる。

以上述べたように本発明の再生骨材製造装置は、小型の装置として高品質骨材を効果的かつ効率的に再生でき、その結果、装置の設置面積が大幅に小さくなり、結果的に処理コストの大幅な低減が可能なもので、解体現場での処理も可能となり、その場合は、運搬コストも低減できるものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の再生骨材製造装置の第１実施形態を示す一部切欠いた正面図、図２は同上一部切欠いた側面図で、本発明の再生骨材製造装置は、高品質骨材を効率的に再生するためには、ローラーの押し付け力が制御できるようにし、また、高速回転であるとともに、滞留時間の制御が可能で、粒状体であるコンクリートガラ塊の攪拌という機能も付加したものである。

すなわち、図中３１は粒状体であるコンクリートガラ塊３７が遠心力で内壁に密着される高速回転ドラムであるが、これはコの字の断面形状を有し、フレーム３２内で支持ローラー３３で回転自在に支承され、モータ−３４での駆動力を伝播されるためにスプロケット３５に対してモータ−３４間とでチェーン３６またはベルトを巻回している。

このような高速回転ドラム３１に対して、コンクリートガラ塊３７を内壁に調整圧で圧砕する圧砕ローラー３８を適宜間隔で複数個を設け、高速回転ドラム３１と圧砕ローラー３８間でコンクリートガラ塊３７をすりもみすることとした。

圧砕ローラー３８の圧砕調整方法としては種々考えられるが、図示の例では圧砕ローラー３８の支持アーム３９にバネ４０あるいはシリンダーを付設して、このバネ４０等により圧砕ローラー３８を高速回転ドラム３１の内壁に向けて常に一定の押し付け力で接触するように配置した。

前記支持アーム３９は例えば並列するフレーム３２間に設けられ、さらに該支持アーム３９は、その先端部分には圧砕ローラー３８と対をなすように攪拌板４１を設置する。なお、図示は省略したが各圧砕ローラー３８はこのような支持アーム３９に設けられる。また、攪拌板４１はそのうちの適宜なものに設ける。

前記攪拌板４１は、前記高速回転ドラム３１の内壁に密着されるコンクリートガラ塊３７を攪拌するためものであり、例えば、図１０、図１１に示すような櫛型形状や、図１２、図１３に示すような平板による翼形状のものであることが望ましい。

また、図１３に示すように攪拌板４１は高速回転ドラム３１のドラム内壁にほぼ接するように適宜の角度（例えば１０°程度）を付け、高速回転ドラム３１のドラム内壁に極力近づけてほぼ接するように設置することもできる。

図中４２は投入口、４３は排出口で、この投入口４２は横向き円筒状の投入カートリッジタイプであり、下面長さ方向に開閉蓋４２ａを設けて内部に充填したコンクリートガラ塊３７を自動投入できる。図示は省略するが、このような開閉蓋４２ａを設ける代りに長さ方向にスリット状の投入口を形成し、全体を回転することで下向きとなった投入口よりコンクリートガラ塊３７を自動投入できるようにすることもできる。

排出口４３は先端開口を高速回転ドラム３１の内壁に向けた吸引口４３ａを有するものであり、図示しない吸引装置に接続される。

次に、使用法について説明する。前記投入口４２は粒状体であるコンクリートガラ塊３７（適宜粉砕処理されたもの）を充填し、かつ、ここから高速回転ドラム３１内に投入して一定時間滞留させるために、バッチ処理とすることができるように、投入が開閉蓋４２ａ等で制御可能である。

この投入口４２を形成する容器はカートリッジに脱着可能にすることにより投入時間が短縮できる。

高速回転ドラム３１の回転数は投入口４２から投入されたコンクリートガラ塊３７がドラム内壁に密着するよう臨界速度以上にする。投入速度は、ドラムが数回転する間に全量投入できるよう調整する。

投入後のコンクリートガラ塊３７は、圧砕ローラー３８による圧縮、せん断と攪拌板４１による攪拌が繰り返され、表層に付着した脆弱部が除去される。

このとき発生する微粉（＜０．１５mm）は、排出口４３の吸引口４３ａから吸引除去される。この時、吸引風量は、微粉のみを吸引する程度に調整する。

一定時間の処理後、吸引口４３ａの風量を上げ、処理したコンクリートガラ塊３７を吸引排出する。高速回転ドラム３１の回転速度が速く吸引が困難な場合は、図８、図９に示すように、回転することで掻き取り可能なスクレーパ４４を設け、このスクレーパ４４で排出口４３に誘導し吸引する。（この場合は吸引口４３ａは不要である）

全量排出した後、再びコンクリートガラ塊３７を投入し処理を繰り返す。

このように、圧砕ローラー３８の押し付け力を制御し、コンクリートガラ塊３７はセメントペーストを破砕し骨材を極力破砕しないようにすることにより、セメントペーストの選択的破砕が生じる。

また、コンクリートガラ塊３７を常に攪拌することにより、再配置と緩みが生じ、ローラーでの圧砕時に、ペースト破砕が促進される。

攪拌板４１の攪拌による能力改善は２倍程度。バッチ式の投入、排出により処理時間を完全に制御できるため処理品質が安定する。

他の実施形態として、処理能力を向上させるためには、図３、図４に示すように、径の異なるドラム４５ａ，４５ｂ，…４５ｎを同心円上に多層に配置し、それぞれのドラムに一連の部品を配置することも可能である。

このような多層式の場合は、筒状のドラム４５ａ，４５ｂ，…４５ｎの各層を一端で円盤状のプレート４９で一体化する。他端は開放しておく。

この場合、圧砕ローラー３８の押し付け力を外部から取ることは難しくなる。よって以下のような方法とする。

圧砕ローラー３８を連結した二つの拡径リング４６の間に装着する。この拡径リング４６は、一箇所が切断されており、コンクリートガラ塊３７を処理する際には、その層厚分だけ直径がより小さくなる。このときリング材料の弾性力により圧砕ローラー３８はドラム内壁に押し付けられる。このとき、押し付け力が適正値となるよう、拡径リング４６の剛性を予め設定しておく。

他の方法として図５に示すように、切断されていない通常のリング４７に図示したようにワイヤ４８を巻き、その一部をスプリング４８ａにする。この方法ではスプリング４８ａの収縮力でローラーを押し付ける。

その他、板バネで押し付ける方法もある。

拡径リング４６やリング４７は、ドラム４５ａ，４５ｂ，…４５ｎと共廻りしないよう、側盤にピンなどで回転を固定する。

なお、コンクリートガラ塊３７の投入、排出は図示は省略するが投入口４２や排出口４３を設けて前記図１、図２に示した一層式と同様に行う。

このように多層式にした場合、ドラムの内部空間を有効に利用できるため、装置の小型化ができる。

さらに、図示は省略するが、必要に応じてドラムに振動を与えるとさらに効果が大となる。その手段としては、ドラムの支持ローラー３３を正多角形（例えば正１２角形等）にするが、ドラム側に凹凸を付ける。

また、コの字の断面形状をもつ円筒形の高速回転ドラム３１を図１４、図１５に示すように凹Ｖ字形の断面形状をもつものとし、これに対応して圧砕ローラー３８をそろばんの玉状に凸Ｖ字形の断面形状を持つものとしてもよい。

このように、角度を付けた断面形状とすることで図１５に示すように遠心力で平坦になろうとするコンクリートガラ塊３７に対して圧砕ローラー３８が通過すると変形し、応力下での接点移動が生じ、より、すりもみ効率を向上させることができる。

本発明の再生骨材製造装置の第１実施形態を示す一部切欠いた正面図である。 本発明の再生骨材製造装置の第１実施形態を示す一部切欠いた側面図である。 本発明の再生骨材製造装置の第２実施形態を示す一部切欠いた正面図である。 本発明の再生骨材製造装置の第２実施形態を示す縦断側面図である。 本発明の再生骨材製造装置の第２実施形態で使用する圧砕ローラー３８の支持リングの一例を示す正面図である。 投入口の側面図である。 投入口の縦断正面図である。 スクレーパの作動前の説明図である。 スクレーパの作動中の説明図である。 攪拌板の第１例を示す正面図である。 攪拌板の第１例を示す縦断側面図である。 攪拌板の第２例を示す正面図である。 攪拌板の第２例を示す縦断側面図である。 高速回転ドラムと圧砕ローラーの他例を示す説明図である。 他例での高速回転ドラムと圧砕ローラーの作用を示す説明図である。 従来例の第１例を示す説明図である。 従来例の第２例を示す説明図である。

１…再利用処理装置 ３…外筒
５…内筒 ７…排出口
９…モータ ２１…ドラム
２２…ローラー ２３…ドラム固定用円板
２４…ベアリング ２５…軸
２６…Ｖプーリ ２７…ベアリング
２８…軸 ２９…投入口
３０…排出口 ３１…高速回転ドラム
３２…フレーム ３３…支持ローラー
３４…モータ− ３５…スプロケット
３６…チェーン ３７…コンクリートガラ塊
３８…圧砕ローラー ３９…支持アーム
４０…バネ ４１…攪拌板
４２…投入口 ４２ａ…開閉蓋
４３…排出口 ４３ａ…吸引口
４４…スクレーパ
４５ａ，４５ｂ，…４５ｎ…ドラム
４６…拡径リング ４７…リング
４８…ワイヤ ４８ａ…スプリング
４９…円盤状のプレート

Claims (2)

1. 投入するコンクリートガラ塊が遠心力で内壁に密着される高速回転ドラム内に当該コンクリートガラ塊を内壁に調整圧で圧砕する圧砕ローラーをこの圧砕ローラーの支持アームに圧砕調整手段を付設して、この圧砕ローラーを高速回転ドラムの内壁に向けて常に一定の押し付け力で接触するように配置した圧砕調整手段により圧砕ローラーを高速回転ドラムの内壁に向けて常に一定の押し付け力で接触するように配置し、高速回転ドラム内壁に対してのコンクリートガラ塊の攪拌板を前記支持アームの先端部分に設け、回転ドラムと圧砕ローラー間でコンクリートガラ塊をすりもみすることを特徴とした再生骨材製造装置。
2. 圧砕ローラーは、適宜間隔で複数設ける請求項１記載の再生骨材製造装置。

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