JP5035932B2

JP5035932B2 - 循環型コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP5035932B2
Application number: JP2010269779A
Authority: JP
Inventors: 明彦寺嶋; 弘満福井
Original assignee: リサイクル協同組合; 明彦寺嶋
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012116725A

Description

本発明は、コンクリート廃材を原料として使用してコンクリートを配合する循環型コンクリートの製造方法に関する。

近年、１９５０年代から高度成長期に構築されたコンクリート構造物の解体が増加している。この構造体の解体に伴って発生するコンクリート廃材の量が増加しており、平成２２年には約１億２０００万トンまで急増すると予測されている。
従来、コンクリート廃材の再利用技術（例えば、下記特許文献１参照）が数多く提案されて実施されており、その多くは、コンクリート廃材を所定粒径以下に破砕し、破砕時に発生するダスト（微粉末）を集塵機により回収し、集塵機によりダストが除去された残りの成分を再生骨材として回収するものである。

従来、このような方法でコンクリート廃材から回収された再生骨材及びダストは路盤材として再利用されていた。しかし、コンクリート廃材から回収されるダストはセメント分を多く含んでいるため、路盤材として再利用した場合にはセメントに含まれる六価クロムが土中に溶出し、その溶出量は国が定める基準の約２．５倍にも達することが確認されている。
そのため、現在では国土交通省の通達により、建設現場の掘削により発生した残土（建設発生土）にセメント及びセメント系固化剤を使用した改良土については、環境庁告示第４６号に規定される測定方法に基づく六価クロムの溶出試験が義務付けられている。再生路盤材については現在のところこのような規定はないが、近い将来に規定の対象となり、コンクリート廃材から回収されるダストを路盤材として再利用することが困難となって、廃棄物として処理しなければならなくなることが予想される。

しかしながら、上記したような従来技術において集塵機に回収されるダストは原料となるコンクリート廃材全体の約３０〜４０％と多いため、ダストを廃棄物として処理すると、コンクリート廃材の再生利用率が大きく低下するという問題があった。

特開２００４−２３８２７４号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、コンクリート廃材から所定粒径の再生骨材を得るための破砕工程において回収されるダストを、土中への六価クロムの溶出という問題を生じさせることなく再利用することを可能とする循環型コンクリートの製造方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、コンクリート廃材を所定粒径以下に破砕する破砕工程と、前記破砕工程において生じたダストを集塵装置により回収するダスト回収工程と、前記破砕工程で得られた破砕物と前記ダスト回収工程で得られたダストとを骨材として使用してコンクリートを配合するコンクリート配合工程とを備えており、前記コンクリート配合工程において、前記破砕工程で得られた細骨材と前記ダストとを細骨材として使用して配合するとともに、この使用される前記細骨材全量に対する前記ダストの配合量が２０〜４０重量％となるように、前記ダストに含まれる砂及び微粉の両方を細骨材として配合することを特徴とする循環型コンクリートの製造方法に関する。

請求項１に係る発明によれば、集塵装置に回収されたダストをコンクリートに配合することから、ダスト中のセメントに含まれる六価クロムがコンクリート中に閉じ込められることとなり、六価クロムの溶出を防いで、従来廃棄処分されていたダストを有効に再利用することが可能となる。これにより、コンクリート廃材を１００％再利用した循環型コンクリートを製造することが可能となる。

本発明に係る循環型コンクリートの製造方法の前半工程（骨材回収工程）を示すフローシートである。硬化コンクリート試験結果より求めたセメント水比（ｃ／ｗ）と圧縮強度の関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る循環型コンクリートの製造方法について、適宜図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る循環型コンクリートの製造方法の前半工程を示すフローシートである。前半工程は、コンクリート廃材から後半工程（コンクリート配合工程）において使用される骨材（粗骨材及び細骨材（ダストを含む））を回収する工程である。

コンクリート廃材（コンクリート塊）からなる原料（Ａ）がホッパー（１）に投入され、ホッパー（１）の下部に設けられたプレートフィーダー（２）からグリズリーフィーダー（３）に供給される。
原料は、グリズリーフィーダー（３）により所定大きさ（例えば５０ｍｍ）より大きい成分と小さい成分とに分別され、大きい成分は一次破砕装置（４）へと送られる。
一次破砕装置（４）としては、例えばジョークラッシャー等の圧縮破砕装置が好適に使用される。一次破砕装置（４）により破砕された原料（破砕物）は、ベルトコンベア（５）により別のベルトコンベア（６）まで搬送される。ベルトコンベア（６）の上部には磁力選別機（７）が設置されており、鉄屑等の金属（Ｂ）が除去される。

ベルトコンベア（６）上で金属（Ｂ）が除去された原料は、ふるい分け装置（スクリーン）（８）に供給されて０〜２０ｍｍの成分と２０ｍｍを超える成分とに分級される。０〜２０ｍｍの成分は、定量切換装置（９）によりベルトコンベア（１０）とベルトコンベア（１１）とに分けて供給される。２０ｍｍを超える成分は、ベルトコンベア（１２）により二次破砕装置（１３）へと送られる。
二次破砕装置（１３）としては、例えばインペラブレーカー（商品名：アーステクニカ社製）等の打撃衝突作用を利用して破砕を行う装置が好適に使用される。

二次破砕装置（１３）により破砕された成分（破砕物）は、ベルトコンベア（１４）によりベルトコンベア（６）へと送られ、再度ふるい分け装置（８）に供給されて０〜２０ｍｍの成分と２０ｍｍを超える成分とに分級され、２０ｍｍを超える成分は再度ベルトコンベア（１２）により二次破砕装置（１３）へと送られる。
これにより、ベルトコンベア（６）に供給された原料は、粒径が２０ｍｍ以下になるまで所要回数破砕されることとなる。

グリズリーフィーダー（３）により分別された小さい成分は、ベルトコンベア（１５）に供給される。ベルトコンベア（１５）の上部には磁力選別機（１６）が設置されており、鉄屑等の金属（Ｂ）が除去される。
ベルトコンベア（１５）上で金属（Ｂ）が除去された原料は、別のふるい分け装置（スクリーン）（１７）に供給されて０〜４０ｍｍの成分と４０ｍｍを超える成分とに分級される。
４０ｍｍを超える成分は、ベルトコンベア（１２）により二次破砕装置（１３）へと送られる。０〜４０ｍｍの成分は、ベルトコンベア（１８）及びベルトコンベア（１９）によりベルトコンベア（２０）に供給されて搬送され、再生クラッシャラン（ＲＣ−４０）（Ｃ）として回収される。

ふるい分け装置（８）にてふるい分けされた０〜２０ｍｍの成分のうち、ベルトコンベア（１０）に供給された成分は、ベルトコンベア（２０）に供給されて搬送され、再生クラッシャラン（ＲＣ−４０）（Ｃ）の一部として回収される。
ふるい分け装置（８）にてふるい分けされた０〜２０ｍｍの成分のうち、ベルトコンベア（１１）に供給された成分は、別のふるい分け装置（二段スクリーン）（２１）に供給される。ふるい分け装置（２１）において０〜２０ｍｍの成分は、８〜２０ｍｍの成分、２．５〜８ｍｍの成分、０〜２．５ｍｍの成分に分級される。
８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）は再生粗骨材として、０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）は再生細骨材として、夫々後半工程のコンクリート配合工程において使用される。

２．５〜８ｍｍの成分は、ベルトコンベア（２２）により搬送されて３次破砕装置（２３）に供給される。
３次破砕装置（２３）としては、例えば製砂機として用いられるスーパーサンダー（商品名：アーステクニカ社製）等の磨砕作用を有する装置が好適に使用される。
３次破砕装置（２３）には、バグフィルター等からなる集塵装置（２４）が接続されており、破砕時に発生するダスト（微粉末）（Ｆ）が回収される（ダスト回収工程）。３次破砕装置（２３）により破砕されて集塵装置（２４）によりダストが除去された後の成分は、ベルトコンベア（２５）によりベルトコンベア（１１）に送られる。ベルトコンベア（１１）に送られた成分は再度ふるい分け装置（２１）に供給されて分級される。

以上の工程（前半工程）により、０〜４０ｍｍの成分（Ｃ）、８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）、０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）、ダスト（微粉末）（Ｆ）が回収される。

次に、後半工程（コンクリート配合工程）について説明する。
コンクリート配合工程においては、水、セメント、細骨材、粗骨材、減水剤を配合してコンクリート（生コンクリート）を製造する。
細骨材としては、前半工程で得られた０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）及びダスト（微粉末）（Ｆ）を使用する。粗骨材としては、前半工程で得られた８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）を使用する。

このように、集塵装置に回収されたダスト（Ｆ）を細骨材としてコンクリートに配合することにより、ダスト中のセメントに含まれる六価クロムがコンクリート中に閉じ込められることとなる。そのため、六価クロムの溶出を防止して、従来廃棄処分されていたダストを有効に再利用することができ、コンクリート廃材を１００％再利用した循環型コンクリートを製造することが可能となる。

本発明では、ダスト（Ｆ）に含まれる砂（０．０７５〜２．５ｍｍ）と微粉（０．０７５ｍｍ未満）の割合（重量比）を予め事前の試験によって特定しておく。尚、この特定において、砂と微粉の割合の合計は１００％となる。
具体的には、前半工程で回収されるダスト（Ｆ）の一部を使用し、事前にダストに含まれる砂と微粉の割合を砂当量試験により特定する。本願発明者が行った試験の一例では、ダスト（Ｆ）に含まれる砂の割合が４３〜４５％、微粉の割合が５５〜５７％であると特定された（後述する実施例参照）。但し、この割合は原料や設備等によってばらつきがあるため、本発明を実施する場合には、その都度、事前に試験を行って回収されるダストに含まれる砂と微粉の割合を予め特定する。
コンクリート配合工程においては、この予め事前の試験によって特定された砂と微粉の割合を考慮して、ダスト（Ｆ）に含まれる砂と微粉の両方を細骨材として配合する。配合の具体例は後述する実施例に示す。

このように、ダストに含まれる砂と微粉の割合を予め事前の試験によって特定し、コンクリート配合工程において、特定された砂と微粉の割合を考慮してダストに含まれる砂及び微粉の両方を配合することにより、ダストを分級する工程を省略することができ、工程数を減らして循環型コンクリートの製造効率を向上させることが可能となる。

コンクリート配合工程において使用される細骨材全量に対するダストの配合量は２０〜４０％（重量％）とする。
これは、ダストの配合量が４０％以下である場合、後述する実施例に示すようにダストを混合しないコンクリートと同等の高い圧縮強度を得ることができるからである。２０％以上とするのは、コンクリート廃材の再利用率を高くするためである。

本発明においては、上記したように、細骨材として０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）とダスト（微粉末）（Ｆ）を使用し、粗骨材として８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）を使用する。これにより、粗骨材と細骨材とを混合した混合骨材は、一部の粒度範囲の骨材がない全体として不連続粒度を示すものとなる。即ち、ダスト（微粉末）（Ｆ）は０〜２．５ｍｍの成分とみなせるから、上記混合骨材は０〜２．５ｍｍの成分と８〜２０ｍｍの成分からなり、２．５〜８ｍｍの成分が無いもの、つまり連続した粒度分布をもたない（不連続粒度を示す）ものとなる。

このように不連続粒度を示す混合骨材をコンクリートに使用した場合の実積率（単位コンクリート体積に占める骨材体積の総量の割合）は、従来の連続粒度を示す骨材をコンクリートに使用した場合の実積率と比べて大きい値となる。尚、実積率とはＪＩＳＡ１１０４で規定される実積率の試験方法に準拠したものである。
骨材の実積率が大きくなることにより、セメントや水の量を少なくすることができるため、コンクリートの空隙が減少して乾燥時の収縮率も低減し、密度が高くて強度及び耐久性に優れたコンクリートが得られる。

また、同一の水セメント比であれば、不連続粒度を示す混合骨材をコンクリートに使用した場合のスランプ値は、従来の連続粒度を示す骨材をコンクリートに使用した場合のスランプ値と比べて大きい値となる。これにより、少量の練り水でも所望のスランプ値を得ることができ、コンクリート打設時などにおける作業性を向上させることが可能となる。

以下、本発明に係る循環型コンクリートの製造方法の実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。

＜１．圧縮強度の測定＞
図１に示す工程に従ってコンクリート廃材を処理し、８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）、０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）、ダスト（Ｆ）からなる再生骨材を回収した。
回収された再生骨材の特性を表１に示し、粒度分布を表２に示す。尚、表１，２中の粗骨材は８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）、細骨材は０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）、ダストはダスト（Ｆ）に相当する。表２中の受皿とは０．０５３ｍｍのふるい目を通過して受皿に収容された成分である。

表２に示す通り、ダスト（Ｆ）より分離された砂（砂当量）（０．０７５〜２．５ｍｍ）は５．１＋８．５＋１２．８＋１７．６＝４４．０（％）、微粉（０．０７５ｍｍ未満）は１１．３＋４４．７=５６．０（％）であった（重量比）。尚、砂当量試験はＪＩＳＡ１８０１に規定されている。
このように、回収されるダストに含まれる砂と微粉の割合を、砂当量試験によって特定した。

図１に示す工程により回収された０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）、ダスト（Ｆ）、８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）と、水、セメント、高性能減水剤を使用してコンクリートを配合した。配合は、ダスト（Ｆ）に含まれる砂と微粉の割合を砂：４４％、微粉：５６％と特定し、この割合を考慮して行った。また、０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）とダスト（Ｆ）は細骨材として使用し、８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）は粗骨材として使用した。
実施例のコンクリートの配合は、細骨材全体（Ｅ＋Ｆ）に占めるダスト（Ｆ）の割合を２０％、３０％、４０％の３種類とし、夫々について水セメント比（ｗ／ｃ）を５０％、４５％、３５％の３種類とした。（合計９種類）比較例のコンクリートの配合は、ダストを混入せずに（０％）、水セメント比を５０％、４３％、３８％の３種類とした以外は実施例と同様とした。細骨材率（ｓ／ａ）は実施例及び比較例の全てにおいて略一定となるようにした。
実施例９種類と比較例３種類のコンクリートの配合を表３に示す。表３において、上の３つが比較例、下の９つが実施例である。
表３において、微粉と砂がダスト（Ｆ）に相当し、細骨材が０〜２．５ｍｍの成分（Ｅ）に相当し、粗骨材が８〜２０ｍｍの成分（Ｄ）に相当する。

表３の割合で配合された９種類のコンクリートについて、ＪＩＳＡ１１０８の規定に準拠してコンクリートの圧縮強度試験を行った。結果を表４に示す。尚、表４中の×４は、×１、×２、×３の平均値である。

表４に示した硬化コンクリート試験結果より求めたセメント水比（ｃ／ｗ）と圧縮強度の関係を図２に示す。
図２より、ダストを配合した実施例のコンクリートの圧縮強度は、ダストを配合しない比較例のコンクリートの圧縮強度と大差ない。特に、ダストを２０％配合した実施例のグラフの直線は比較例のグラフの直線とほぼ重なっている。また、ダストを４０％配合した実施例でも比較例と最大で５Ｎ／ｍｍ^２程度の差しかないことが分かる。水セメント比は５０％以下で試験を行っていることから、実施例（本発明）により得られたコンクリートは高耐久コンクリートであると言える。

＜２．実積率の測定＞
本発明において使用される、一部の粒度範囲の骨材がない全体として不連続粒度を示す混合骨材（粗骨材と細骨材とを混合した骨材）を「実施例骨材」とし、従来の一般的な全体として連続した粒度を示す混合骨材を「比較例骨材」とした。
実施例骨材は、８〜２０ｍｍの成分（粗骨材）と０〜２．５ｍｍの成分（細骨材）とからなるものとした。比較例骨材は、５〜２０ｍｍの粗骨材と、０〜２．５ｍｍの細骨材とからなるものとした。尚、５〜２０ｍｍの粗骨材は、１５〜２０ｍｍの成分と５〜１５ｍｍの成分とを重量比で６：４の割合で混合し、全体として連続粒度を示すものである。
実施例骨材と比較例骨材を夫々使用して、表５に示すようにコンクリートを配合した。尚、表５においてＣはコンクリート１ｍ^３中のセメントの単位量であり、配合上の空気量は１．５％とした。

表６に、表５に示す配合による細粗骨材混合実積率を示す。

表６に示すように、比較例骨材は細骨材率（s/a）が42％のときに実積率が最大値となったが、実施例骨材ではこの最大値よりも更に高い実積率が得られた。
この結果から、粗骨材と細骨材とを混合した混合骨材として、一部の粒度範囲の骨材がない、全体として不連続粒度を示すものを使用することにより、骨材の実積率を最大化することができることが分かる。骨材の実積率を最大化することにより、密度が高くて強度及び耐久性に優れたコンクリートが得られる。

本発明は、コンクリート構造物の解体に伴って発生するコンクリート廃材を有効に再利用するための方法として利用される。

４一次破砕装置
１３二次破砕装置
２３三次破砕装置
Ａコンクリート廃材（コンクリート塊）
Ｄ８〜２０ｍｍの成分（粗骨材）
Ｅ０〜２．５ｍｍの成分（細骨材）
Ｆダスト（微粉末）

Claims

コンクリート廃材を所定粒径以下に破砕する破砕工程と、
前記破砕工程において生じたダストを集塵装置により回収するダスト回収工程と、
前記破砕工程で得られた破砕物と前記ダスト回収工程で得られたダストとを骨材として使用してコンクリートを配合するコンクリート配合工程とを備えており、
前記コンクリート配合工程において、前記破砕工程で得られた細骨材と前記ダストとを細骨材として使用して配合するとともに、この使用される前記細骨材全量に対する前記ダストの配合量が２０〜４０重量％となるように、前記ダストに含まれる砂及び微粉の両方を細骨材として配合することを特徴とする循環型コンクリートの製造方法。