JP5360761B2 - 建設残土を利用した煉瓦の製造方法及び煉瓦 - Google Patents

Description

この発明は建設残土を現場でセメント等の固化材と混練りし、焼成することなく固化して煉瓦とするものであって、特に関東ロームと言われる赤褐色の粘土質からなる建設残土をセメント等の固化材及び補助材と真空混練りし、押出成型し、乾燥固化させる煉瓦の製造方法及び煉瓦に関する。

建設現場から発生する建設残土は処分しなければならず、都市部の建設現場から残土を遠方の処分場へ運搬する際には二酸化炭素を多量に発生するので環境に対しても好ましいものではない。
関東ロームは、関東地方の丘陵や台地上に広く分布する赤褐色の砂泥土であり、火山灰や火山礫が堆積したものが風化されたもので、安山岩ないし玄武岩質であり、土粒子が比較的細かい割に、粒子間の間隙が大きく、透水性・保水能力に優れた土である。土粒子間の結合力は強いが、これを乱した状態とすると強度が著しく低下し、また、降雨などで軟弱化すると非常に扱いにくい土となる。
関東地方の建設現場で大量に発生することから有効利用が望まれていたが、粘性が高く、煉瓦などの建築資材の原料としては取り扱いが面倒であった。

特許文献１（特許第３０５９６７４号公報）には、焼却灰や石粉等の廃棄粉体に水分を加えて真空混練機で混練りし、混合物を真空吸引によって脱気しつつ連続的に押出成型し、所要の大きさに切断し、天日乾燥してレンガとすることが開示されている。

特許第３０５９６７４号公報 特開２００４−０９０５８５号公報

関東ロームは、単にセメントを添加して混練りすると土粒子間の結合が弱められ、押出成型したものが乾燥固化中に型崩れを起こすことがあり、ひどい時にはばらばらに崩れてしまい、煉瓦として成型固化することが困難であった。
また、セメントと関東ロームとの混合物は、真空土練機のスクリューに強力付着してしまい、残土とセメント混合物の円滑な押出成型ができず、運転を中止して付着した混合物を除去して清掃しなければならず、効率的に煉瓦を製造することができず、製造コストの低減が十分とはいえなかった。
この発明は、関東ロームの残土を使用し、型崩れや、残土とセメント混合物の製造機械への付着を防止し、効率的にかつ高い圧縮強度を有する煉瓦を製造するものであって、廃棄物であった建設残土を低コストで再利用可能とするものである。

建設工事に伴う土工事によって発生する関東ロームの建設残土分を篩い分けして粒径５ｍｍ以下とし、この関東ロームに対してアルミン酸ソーダを添加して混練りすることにより、成型した煉瓦の型崩れを防止したものである。
更に具体的には、関東ロームの重量の３％以上のセメント、及びアルミン酸ソーダ、水を加えた混合物を真空土練機に投入して混練りすると共に脱気しながら押出成型し、所要長さで切断して乾燥固化する建設残土を使用した煉瓦の製造方法である。

また、真空土練機に混合物を投入する前に、粒径５ｍｍ以下の関東ロームの含水率を４９〜５１％に調製し、この関東ロームのみを真空土練機に投入して運転してから前記混合物を真空土練機に投入して煉瓦を製造することによって、関東ロームとセメントの混合物が真空土練機のスクリューに付着しないようにして、効率よく関東ロームを使用して煉瓦を製造するものである。

関東ロームにアルミン酸ソーダを添加することにより、成型物が型崩れすることなく乾燥固化させることができ、関東ロームの残土を煉瓦として有効利用することができるようになった。
また、含水率を調製した関東ロームのみを真空土練機に投入して運転することにより、以後の関東ロームとセメントの混合物がスクリューに付着することなく円滑に真空土練機によって混合物を混練り、押出成型することができ、煉瓦の製造効率を高めることができるので、低コストで関東ロームから煉瓦を製造することができる。
更に、この発明によれば、関東ロームからなる建設残土を、エネルギーを多量に消費することなく建設資材として利用可能な煉瓦とすることができ、残土運搬の際に発生していた二酸化炭素を削減することができる。
また、製造した煉瓦は、断熱材等として利用可能であり、更に、残土発生現場において外構に使用することもできる。

本発明の製造工程図。 本発明の真空土練機の概略図。

本発明は、図１の製造工程図に示すように、建設現場で発生した関東ロームからなる建設残土を篩い分けし、粒径５ｍｍ以下のものを使用する。粒径５ｍｍを超えた土粒子は、製品の表面に突出することがあるので押出成型に適せず、外観的にも表面の滑らかさが失われることがあるので好ましくない。
関東ロームは、平均的な含水率が４０〜４５％程度であり、水分を多く含有している。関東ローム、普通ポルトランドセメント、水、及びアルミン酸ソーダ（液状または粉状）を図２に示す真空土練機に投入し、混合物を真空吸引によって脱気しつつ型を通して押出成型する。押出成型時における脱気によって、材料の混合及び混練りに際して混合物に連行される空気が抜き出されるので混合物の密度が高められる。
材料の混合及び混練りと混合物の押出成型を一連の工程でおこなう真空土練機は、窯業用のタイル成型において公知の装置であり、内部に撹拌及び混合物を送り出すためのスクリューが装備されている。

関東ロームとセメント及び水の混合物が真空土練機にホッパーから投入されると、スクリューによって撹拌混合されて押出成型されるが、投入された混合物がスクリューに付着して撹拌混合が円滑におこなわれず、混合物の押出成型が順調におこなわれない。
そこで、関東ロームとセメント等の混合物を真空土練機に投入する前に、最初に水を加えて含水率を４９％〜５１％とした関東ロームのみを真空土練機に投入して運転した後、関東ロームとセメント等の混合物を投入すると混合物がスクリューに付着することなく撹拌混合が円滑におこなわれ、押出成型が効率よくおこなわれる。この際の混合物の混練り時間は１０分〜１５分が好ましく、また、真空土練機の真空度は０．０１ａｔｍ以下とするのが好ましい。

混合物は、型によって所望の断面形状に成型されて連続的に押し出されるので、これを適宜の長さに押し出されたところで切断することによって所望の形状の煉瓦が得られる。この成型物を天日乾燥することによって成型物の硬化が進行し、強度が発現して煉瓦が得られる。煉瓦の断面が中空構造に押出成型することも可能であり、その場合は、中空部を形成するための型を使用する。
また、古くから知られているアドベ（日干し煉瓦）のようにワラを混入して補強することも可能であり、その場合は、混練りの際に１０〜２０ｍｍ程度の長さのワラを補強材として混入して混練りする。ワラは、価格が低廉な材料であるので使用しても製造コストにそれほど跳ね返ることがなく、煉瓦の強度を高めることができる。本発明においては、補強材はワラに限定されるものでなく、適宜の材質の補強材を使用することが可能である。

配合例
建設残土の関東ローム、普通ポルトランドセメント、水、及び液状のアルミン酸ソーダ（朝日化学工業株式会社、ＮＡ−１７０）を表１に示す割合で配合し、真空土練機で混練りして型崩れの有無、及び強度について試験した。

強度試験
内法１００ｍｍ×６０ｍｍの型を使用して混合物を押出成型し、圧縮試験用供試体として１００ｍｍ程度、また、曲げ試験用供試体として２００ｍｍ程度で切断し、乾燥固化させて煉瓦を得た。それぞれの供試体の形状、重量、及び強度（圧縮強度と曲げ強度）を煉瓦の材齢２８日において測定し、配合Ａについては表２、配合Ｂについては表３、配合Ｃについては表４に示す結果が得られた。
なお、アルミン酸ソーダを添加しない配合Ｄ及び配合Ｅは押出成型後の乾燥養生の際に型崩れを起こし、強度試験に供することができなかった。

表２〜４に示されるように、圧縮強度はセメント量に比例して大きくなっており、関東ロームの重量の５％の重量のセメントを混合することによってほぼ１ＭＰａに到達し、セメント量を関東ロームの１０％とすることによって圧縮強度は１ＭＰａを超えている。しかしながら、セメント量を増やして圧縮強度を高めても、表４（配合Ｃ）に示すように、曲げ試験による強度は低下しており、煉瓦の使用箇所に応じて負荷される荷重を考慮してセメント量を定める必要がある。この場合は、ワラ等の補強材を使用して所要の曲げ強度が得られるようにする。

セメント量が関東ロームの３〜５重量％未満程度の場合、圧縮強度は１ＭＰａに達せず、構造材としての使用はできないが、風雨に暴露されると１〜２ヶ月程度で土に戻すことができ、また、煉瓦を積み重ねたり、箱に詰めて運搬することができるので、生の土壌を直接運ぶよりも容易であると共に、運搬途中に土壌がこぼれだすことがないため、既存のビルの屋上緑化に使用することができる。荷物用のエレベータのないビルであっても、屋上まで運び上げることが容易であり、更に、屋上に敷き並べて風雨に曝して土壌に戻し、屋上緑化に使用することができる。

また、煉瓦の吸水率は１０以下であり、種々の用途に使用可能なものである。
なお、吸水率は以下の計算式によって求めた。
吸水率=[(飽水煉瓦の重量)−(乾燥煉瓦の重量)]÷(乾燥煉瓦の重量)×100

Claims (2)

1. 建設残土の関東ロームを篩い分けして粒径５ｍｍ以下とし、この関東ロームに対してセメント３〜５重量％未満、水及びアルミン酸ソーダを加えた混合物を真空土練機に投入して混練りすると共に脱気しながら押出成型するにあたり、混合物を真空土練機に投入する前に、粒径５ｍｍ以下に篩い分けした建設残土の関東ロームの含水率を４９〜５１％に調製したもののみを真空土練機に投入して運転してから前記混合物を真空土練機に投入して押し出し成型し、所要長さで切断して乾燥固化する建設残土を利用した煉瓦の製造方法。
2. 請求項１の方法で製造した関東ロームの建設残土を含む煉瓦。

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