JP3290237B2 - コンクリート廃材の処理方法 - Google Patents
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Description
理方法に関し、特にコンクリート廃材から再生セメント
を生成すると同時に、コンクリート廃材に含まれる骨材
を回収する方法に関する。
社会資本の整備や、ビルや工場等の高層化や大型化に伴
い、その建設土木工事に付随して発生する建設廃材は膨
大な量となっており、今後益々増加することが予想され
ている。特に、建設廃材のうち発生量が多いコンクリー
ト廃材に関しては、その一部が路盤やアスファルト舗装
等の床材、あるいは山間部や海岸部の埋め立て用材料と
して再利用されているものの、大部分はそのまま廃棄さ
れているのが現状である。しかし、廃棄処理地の不足や
遠隔化、あるいはその管理等、廃材の処理に関する諸問
題が発生し、環境汚染とも関連して大きな社会問題とな
っている。
枯渇化に伴い、代替骨材として山砂や海砂の使用が増加
する傾向にあるが、鉄骨の腐食やコンクリートのひび割
れ等のアルカリ骨材反応の原因になっている。このよう
に環境保護や省資源の面から、コンクリート廃材を有効
に再利用する方法が望まれており、これまでにも各種の
方法が提案されている。
には、コンクリート廃材を粉砕して角を落とし、水洗乾
燥後に樹脂系乳剤で表面処理したものを、セメント、砂
と混合して石材に加工する再生方法が開示されている。
また、特開昭58−69772号公報には、コンクリー
ト廃材の破砕物を製砂機にかけて、粒度別に分級して廃
材表面に付着しているセメント成分を機械的に除去して
再生骨材を生成する方法が開示されている。
材を破砕しただけではその表面にモルタル付着物が多く
残存する。その結果、廃材破砕物の吸水率が高くなり、
これをそのまま用いてコンクリートとした場合には、コ
ンクリートの機械的強度が低下するという問題がある。
報では、分級作業によりコンクリート廃材破砕物の表面
から付着物を剥離して骨材だけを回収しているが、比較
的大粒径のセメント成分を剥離することは比較的容易で
あるものの、微細なセメント成分を剥離するには何段階
にもわたる分級作業や長時間振動摩耗を与える必要があ
るため、生産性や経済性に問題がある。また、前記特開
昭53−126028号公報では、表面処理により水和
反応を抑制しているが、角落としや水洗乾燥等の工程処
理に手間がかかるうえに、樹脂系乳剤を使用するためコ
スト増となる。
は、一部が路盤やアスファルト舗装等の床材として再利
用されているものの、その大部分は山間部や海岸部の埋
め立て用材料として利用されているだけであり、その利
用範囲も狭く、付加価値も高いものではない。そのた
め、コンクリート廃材を無駄なく再生して再利用するこ
とにより、その付加価値を高める必要がある。
材から分離した骨材のうち、比較的大粒径の骨材は有効
に回収、再生されているが、廃材破砕時あるいは骨材再
生時に同時に発生する微細骨材やセメント成分の再生方
法に関しては、あまり検討されていない。本発明は、こ
れら諸問題を解決することを目的とし、コンクリート廃
材のセメント成分と骨材成分との分離を完全に行うとと
もに、従来はあまり検討されていなかった微細骨材成分
及びセメント成分についても有効に再生して、コンクリ
ート廃材を無駄なく利用することによりコスト面での改
善を図ると同時に、その付加価値を高めるものである。
ート廃材の再生に関する前記課題を解決すべく鋭意研究
を重ねた結果、廃材破砕物を骨材成分とセメント成分と
に分離して、セメント成分は組成調整を行って新たなセ
メント原料に転化するとともに、骨材成分に関しては、
無機酸処理により骨材表面を浄化して骨材として回収す
ると同時に、酸溶解部分を石膏に転化することにより、
コンクリート廃材を無駄なく有効に再利用できることを
見出し、本発明を完成するに至った。
材から再生セメントを生成するコンクリート廃材の処理
方法において、コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行
い、篩下部分の組成をセメント原料の組成に調整し、組
成調整後、焼成して再生セメントクリンカーとし、再生
セメントクリンカーに石膏を添加して再生セメントを生
成する各工程から構成されること、(2)コンクリート
廃材から再生骨材を回収するコンクリート廃材の処理方
法において、コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行
い、篩上部分を回収し、これを無機酸処理し、酸不溶部
分を再生骨材として回収する各工程から構成されるこ
と、(3)コンクリート廃材から再生セメント及び再生
骨材を生成するコンクリート廃材の処理方法において、
コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行い、篩下部分及
び篩上部分をそれぞれ回収し、篩下部分の組成をセメン
ト原料の組成に調整した後、焼成して再生セメントクリ
ンカーとし、再生セメントクリンカーに石膏を添加して
再生セメントを生成するとともに、篩上部分を無機酸処
理し、酸不溶部分を再生骨材として回収する各工程から
構成されること、(4)無機酸処理にあたり、溶解成分
を硫酸処理して石膏を合成すること、(5)コンクリー
ト廃材から再生セメント及び再生骨材を生成するコンク
リート廃材の処理方法において、コンクリート廃材を粗
粉砕して篩分けを行い、篩上部分を粗骨材として回収
し、篩下部分を再粉砕して微細化して再び篩分けを行
い、篩上部分を細骨材として、また篩下部分をセメント
水和物として回収し、回収セメント水和物の組成をセメ
ント原料の組成に調整した後、焼成して再生セメントク
リンカーとし、再生セメントクリンカーに石膏を添加し
て再生セメントを生成するとともに、回収された粗骨材
及び細骨材を無機酸処理を行い、酸不溶成分を再生骨材
として回収し、溶解成分を硫酸処理して石膏を合成する
各工程から構成されることを特徴とするコンクリート廃
材の処理方法により解決することができる。
処理方法を構成する前記各工程に関して、図1のフロー
シートを参照して詳細に説明する。先ず、回収コンクリ
ート廃材を公知の粉砕機により粗破砕し、適当な目開き
の標準篩を用いて篩分けを行う。篩上部分は、その表面
にセメント水和物が付着した大粒径の粗骨材である。
より目開きの小さな篩を用いて篩分けを行う。篩上部分
は、細骨材として回収される。上記篩分けにより分離さ
れた篩上部分は、骨材として回収されて後述される酸処
理工程に送られる。一方、篩下部分は、セメント水和物
からなる微粉末であり、この微粉末中には前記篩分けで
分離されなかった細骨材であるケイ砂がかなりの量混入
しているため、初期のセメント組成に比べてCaO/S
iO2 モル比が低下している。
してCaO/SiO2 モル比の調整を行い、次いでこの
モル比調整済みセメント水和物微粉末を、1000〜1
450℃、好ましくは1350℃〜1450℃の高温で
1〜4時間焼成して、再生セメントクリンカーを生成す
る。なお、コンクリート廃材の種類によっては、CaO
分が多く含有されている場合がある。この場合は、石灰
石の代わりに粘土、ケイ石、ケイ砂等のケイ酸質成分を
添加してCaO/SiO2 モル比の調整を行う。
は、セメント水和物の組成や廃材の材令(経時年数)に
よって異なるが、2.0〜5.0の範囲、好ましくは
2.3〜3.0の範囲、更に好ましくは2.7〜2.8
の範囲に設定されることが望ましい。CaO量が多くな
ると水和熱や硬化体の膨張が大きくなり、逆にモル比が
小さくなるとセメント組成がC2 S側にシフトして石英
成分が多く晶析し、いずれの場合もコンクリートの機械
的強度を低下させる要因となる。
ッシュ、銅ガラミやAl(OH)3やFe(OH)3 等
のアルミナ質成分や鉄質成分を添加してAl2 O3 やF
e2O3 等他のセメント成分の組成調整を行い、CaO
/(SiO2 +Al2 O3 +Fe2 O3 )モル比として
2.0〜5.0、好ましくは2.2〜3.0の範囲に設
定して、1000〜1450℃、好ましくは1250℃
〜1400℃の高温で1〜4時間焼成して、再生セメン
トクリンカーを生成してもよい。
されるセメント水和物を予め水洗処理して硫酸塩やアル
カリ類等の可溶成分を溶解分離した後、前述の組成調整
を行い焼成することにより好適な再生セメントクリンカ
ーとすることも可能である。このようにして得られた再
生セメントクリンカーに、凝結調整剤として重量比で数
%程度、例えば1〜5重量%の二水石膏を添加した後、
ボールミル等により粉砕して再生セメントを生成する。
この時の再生セメントクリンカーの粉砕状態は、ブレー
ン値2700cm2 /g以上、3500cm2 /g程度
が好ましい。
粗骨材及び細骨材は、その表面にかなりの量のセメント
水和物が付着しており、これを機械的に分離するのはか
なり困難である。そこで、これら骨材を無機酸、例えば
濃度0.1〜2.0N、好ましくは0.3〜0.7Nの
硝酸水溶液中に分散させ、所定時間攪拌する。この酸処
理により、骨材表面に付着していたセメント水和物は溶
液中に溶解し、骨材は表面が清浄化されて、容器底部に
沈降する。この溶液をデカンテーションして沈降してい
る骨材を回収し、水洗して酸を洗い落とすことにより、
コンクリート生成用として良好な骨材が得られる。
酸の他にも硫酸や塩酸、燐酸、シュウ酸、クエン酸等を
使用できる。中でも硝酸や硫酸、塩酸が、骨材表面に付
着しているセメント成分の溶解性や経済性の面で好まし
い。但し、硫酸を用いて骨材表面に付着したセメント水
和物を溶解すると、ただちに二水石膏が生成して、後述
される液相浮遊物と混合して分離が困難になるため、硝
酸や塩酸がより好ましい。
用する無機酸の種類やその濃度により異なるが、例えば
0.5N硝酸の場合には、骨材(g)/硝酸水溶液(リ
ットル)比で、1/5程度が好ましい。一方、液相部分
には微細なシリカゲルやその他の固形物が浮遊してお
り、遠心分離によりこれら浮遊物を除去する。残りの溶
液は、カルシウム塩溶解液であり、これに硝酸を添加し
てカルシウムイオン濃度として0.1〜0.3モル/リ
ットル、好ましくは0.15モル/リットルとなるよう
に濃度調整を行った後、80℃〜100℃程度に加熱し
て、硫酸を前記カルシウム塩溶解液中のカルシウムイオ
ンと当量になるように添加すると、石膏が生成して沈殿
する。沈殿物を所定時間熟成させた後、濾過して石膏を
回収する。尚、濾液は精製されて酸処理工程で再利用さ
れる。
液の組成や硫酸濃度により結晶構造が異なり、カルシウ
ム塩溶液中のカルシウムイオン濃度と当量の硫酸溶液を
添加した場合にはα型半水石膏が生成し、カルシウムイ
オン濃度に対して当量以上の硫酸溶液を添加するとβ型
半水石膏が生成する。また、カルシウム塩溶液が炭酸カ
ルシウム懸濁液の場合には硫酸を添加するとβ型半水石
膏が生成し、カルシウム塩溶液が塩化カルシウム懸濁液
の場合には硫酸を添加することによりα型半水石膏が生
成する。
酸濃度を選択することにより、所望の石膏を得ることが
できる。また、生成石膏の結晶形状は、α型半水石膏は
長径1400μm、短径20μm(アスペクト比70)
程度の大型針状結晶であり、β型半水石膏は長径350
μm、短径7μm(アスペクト比50)程度の針状結晶
である。尚、通常の焼き石膏はβ型半水石膏の微細針状
結晶であるが、本発明による得られるα型半水石膏は、
結晶性の高い大型結晶であり、混水量は少なくてすみ、
焼き石膏の5〜10倍程度の強度が発現する。
程により、コンクリート廃材から骨材成分及びセメント
成分を回収するとともに、新たに石膏を副生することが
できるため、コンクリート廃材の有効利用に加えて、そ
の付加価値を高めることができる。
関して、実施例を基により詳細に説明する。但し、本発
明は以下に記載される実施例に限定されずに、種々の変
更が可能である。 〔実施例1〕日本大学理工学部駿河台校舎2号館の52
年経過建築物の改修工事現場から採集したコンクリート
廃材10kgを、ハンマークラッシャーにて破砕し、1
6メッシュ標準篩を用いて、粒径1mm以上の粗骨材を
分離した。回収粗骨材は、廃材全量に対して12.9重
量%であった。篩下部分を、さらにハンマークラッシャ
ーにて細破砕し、120メッシュ標準篩を用いて、粒径
88μm以上の細骨材を分離した。回収細骨材は、廃材
全量に対して67.0重量%であった。
mmの細骨材100gを採集して、0.5N硝酸(関東
化学(株)製)水溶液500ml中に入れ、10分間攪
拌した後、デカンテーションにより骨材と液相とに分離
した。この酸処理の結果、骨材表面に付着していたセメ
ント水和物は、完全に表面から分離しており、これを水
洗して酸を洗い落として骨材80gを得た。再生骨材の
表面状態を、トプコン社ALPHA−50走査型電子顕
微鏡で観察したところ、セメント成分の付着もなく、角
部が取れた平滑な表面であった。
リカゲルやその他の浮遊物を分離した。分離後の溶液に
は1リットル当たり0.25モルのカルシウムイオンが
溶解しており、これを0.15モル/リットルのカルシ
ウムイオン濃度となるように13.5N硝酸(純度61
%)(関東化学(株)製)溶液を11ml添加して濃度
調整を行った後、100℃に加熱して、36N硫酸(純
度96%)(関東化学(株)製)溶液をカルシウムイオ
ン濃度と当量となるように14ml添加した。生成沈殿
物を、30分間保持して熟成させた後、濾過してα型半
水石膏35gを得た。得られたα型半水石膏を、トプコ
ン社ALPHA−50走査型電子顕微鏡により観測した
ところ、長径が1400μmで短径が20μm(アスペ
クト比70)程度の大型針状結晶であった。
分(セメント水和物)を、JISR5202に準拠して
化学分析を行った。分析結果を、表1に示す。
は細骨材が一部混入して、CaO/SiO2 モル比が
0.79程度まで低下しており、X線解析を行ったとこ
ろ石英のピークが認められた。この篩下部分を100g
採集して、石灰石粉末((関東化学(株)製)を145
g添加してCaO/SiO2 モル比を2.8に調整した
後、1450℃で1時間焼成して再生セメントクリンカ
ー154gを得た。得られた再生セメントクリンカーの
化学分析値(JIS R5202準拠)を、表2に示
す。
メントの化学分析値を併記するが、同表から、本発明に
よる再生セメントクリンカーは、普通ポルトランドセメ
ントに比べてCaO(遊離CaOを含む)及びSiO2
の含有量が若干高いものの、略同一の組成であることが
判る。尚、両者のX線回折図を比較したところ、略同一
の回折パターンを示した。
化学(株)製)を再生セメントクリンカー全量に対して
3重量%添加し、これをアルミナ製ボールミルを用いて
ブレーン値3500cm3 /gにまで粉砕して、再生セ
メントを得た。得られた再生セメントをJIS R52
01に準拠して凝結及び強度試験を行い、普通ポルトラ
ンドセメントとの比較検討を行った。
セメント混合比は、普通ポルトランドセメントが0.2
7であったのに対して、再生セメントは0.28であっ
た。また凝結時間に関しては、普通ポルトランドセメン
トは、開始時間90分及び終結時間150分であったの
に対して、再生セメントは、開始時間85分及び終結時
間150分であった。尚、両者ともに偽凝結は起こらな
かった。図2に、凝結時間の測定結果を示す。
ランドセメントと同様の凝結特性を示すことが確認され
た。また、再生セメント及び普通ポルトランドセメント
について、セメント/標準砂重量比0.5及びセメント
/水重量比0.65の割合で配合してモルタルを作成
し、圧縮強度を測定した。測定結果を、図3に示す。
ポルトランドセメント(図中□)が約380kgf/c
m2 であるのに対し、再生セメント(図中○)は約60
kgf/cm2 であり、普通ポルトランドセメントの約
1/6程度であった。そこで、前記セメント水和物微粉
末に、Al(OH)3 (関東化学(株)製)及びFe
(OH)3 (関東化学(株)製)を、各々重量比で1.
1%及び2.0%添加して、CaO/(SiO2 +Al
2 O3 +Fe2 O3 )モル比を2.47として、普通ポ
ルトランドセメントのモル比(2.44)に近づけて同
様のモルタルを作成したところ、28日圧縮強度が約3
70kgf/cm2 にまで増加した(図中■)。
メントとを同量ずつ混合してモルタルを作成したとこ
ろ、28日圧縮強度が約240kgf/cm2 にまで増
加した(図中●)。 〔実施例2〕普通ポルトランドセメントと豊浦標準砂
(300μm以上1%、106μm以上95%)を、セ
メント/標準砂重量比0.5及びセメント/水重量比
0.65の割合で配合して作成したセメント−ケイ石系
モルタル(材令1年)を、実施例1と同様の処理を行
い、骨材成分とセメント水和物とに分離した。
プコン社ALPHA−50走査型電子顕微鏡で観察した
ところ、セメント成分の付着もなく、角部が取れた平滑
な表面であった。また、液相部分についても実施例1と
同様の処理を行いα型半水石膏を生成した。得られたα
型半水石膏を、トプコン社ALPHA−50走査型電子
顕微鏡により観測したところ、実施例1と同程度の長径
が1400μmで短径が20μm(アスペクト比70)
程度の大型針状結晶であった。
と同様の化学分析を行った。分析結果を、表1に併記す
る。実施例1と同様に、細骨材が混入してCaO/Si
O2モル比が0.95程度まで低下しているのが確認さ
れた。X線解析を行ったところ、実施例1と同様の石英
のピークが認められた。このセメント水和物微粉末10
0gに、石灰石粉末(関東化学(株)製)を98g添加
して、CaO/SiO2 モル比を2.7に調整した後、
1450℃で1時間焼成して再生セメントクリンカー1
35gを得た。得られた再生セメントクリンカーを、実
施例1と同様の化学分析を行った。分析結果を表2に併
記する。
様にして再生セメントを生成し、この再生セメントをも
とにモルタルを作成して同様の強度試験を行った。圧縮
強度の測定結果を、図3に併記する(図中△)。28日
圧縮強度は、約250kgf/cm2 であり、普通ポル
トランドセメントの約2/3程度の強度を示した。 〔実施例3〕普通ポルトランドセメントと栃木県葛生産
石灰石粉末(300μm以上1%、106μm以上95
%;CaCO3 純度97.5%、アルカリ分0.1%以
下)を、セメント/標準砂重量比0.5及びセメント/
水重量比0.65の割合で配合して作成したセメント−
石灰石系モルタル(材令1年)を、実施例1と同様の処
理を行い、骨材成分とセメント水和物とに分離した。
プコン社ALPHA−50走査型電子顕微鏡で観察した
ところ、セメント成分の付着もなく、角部が取れた平滑
な表面であった。また、液相部分についても実施例1と
同様の処理を行いα型半水石膏を生成した。得られたα
型半水石膏を、トプコン社ALPHA−50走査型電子
顕微鏡により観測したところ、実施例1と同程度の長径
が1400μmで短径が20μm(アスペクト比70)
程度の大型針状結晶であった。
と同様の化学分析を行った。分析結果を、表1に併記す
る。このセメント水和物は、廃材中の骨材であるCaC
O3がそのまま混入しているため、CaO/SiO2 モ
ル比が7.57と非常に高かいことが確認された。X線
解析を行ったところ、カルサイトのピークが認められ
た。
イ石粉末(関東化学(株)製)を13g添加して、Ca
O/SiO2 モル比を2.74に調整した後、1450
℃で1時間焼成して再生セメントクリンカー78gを得
た。得られた再生セメントクリンカーを、実施例1と同
様の化学分析を行った。分析結果を表2に併記する。再
生セメントクリンカーを、実施例1と同様にして再生セ
メントを生成し、この再生セメントをもとにモルタルを
作成して同様の強度試験を行った。圧縮強度の測定結果
を、図3に併記する(図中▲)。28日圧縮強度は、約
60kgf/cm2 であり、実施例1のコンクリート廃
材の場合と同程度であった。そこで、実施例1と同様に
前記セメント水和物微粉末に、Al(OH)3 (関東化
学(株)製)、Fe(OH)3 (関東化学(株)製)及
び普通ポルトランドセメントを添加して組成調整を行っ
たところ、実施例1と同様の圧縮強度を示した。
クリート廃材の処理方法は、コンクリート廃材を骨材成
分とセメント成分とに篩分けした後、篩下部分の微粉末
については組成調整を行ってセメント原料に再生すると
ともに、骨材成分については無機酸による酸処理を施し
て、骨材表面に付着しているセメント成分を溶解して、
表面が清浄な骨材を得るとともに、溶解したセメント成
分を含む溶液からは石膏を副生するものであるから、コ
ンクリート廃材を無駄無く再生できるだけでなく、石膏
を副生できるため付加価値を高めることができる。
良好で、再生骨材は表面が清浄化されているため、従来
問題となっていた付着セメントによるコンクリート強度
の低下を回避することができ、一方再生セメントについ
ても、コンクリートにした場合に市販セメントを使用し
た場合と大差ない機械的強度が得られる。
フローシートを示す図である。
である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 コンクリート廃材から再生セメントを生
成するコンクリート廃材の処理方法において、 (1)コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行い、 (2)篩下部分の組成をセメント原料の組成に調整し、 (3)組成調整後、焼成して再生セメントクリンカーと
し、 (4)前記再生セメントクリンカーに石膏を添加して再
生セメントを生成する各工程から構成されることを特徴
とするコンクリート廃材の処理方法。 - 【請求項2】 コンクリート廃材から再生骨材を回収す
るコンクリート廃材の処理方法において、 (1)コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行い、篩上
部分を回収し、 (2)これを無機酸処理し、酸不溶部分を再生骨材とし
て回収する、各工程から構成されることを特徴とするコ
ンクリート廃材の処理方法。 - 【請求項3】 コンクリート廃材から再生セメント及び
再生骨材を生成するコンクリート廃材の処理方法におい
て、 (1)コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行い、篩下
部分及び篩上部分をそれぞれ回収し、 (2)篩下部分の組成をセメント原料の組成に調整した
後、焼成して再生セメントクリンカーとし、 (3)前記再生セメントクリンカーに石膏を添加して再
生セメントを生成するとともに、 (4)篩上部分を無機酸処理し、酸不溶部分を再生骨材
として回収する、各工程から構成されることを特徴とす
るコンクリート廃材の処理方法。 - 【請求項4】 無機酸処理にあたり、溶解成分を硫酸処
理して石膏を合成することを特徴とする請求項2若しく
は請求項3に記載のコンクリート廃材の処理方法。 - 【請求項5】 コンクリート廃材から再生セメント及び
再生骨材を生成するコンクリート廃材の処理方法におい
て、 (1)コンクリート廃材を粗粉砕して篩分けを行い、篩
上部分を粗骨材として回収し、 (2)篩下部分を再粉砕して微細化して再び篩分けを行
い、篩上部分を細骨材として、また篩下部分をセメント
水和物として回収し、 (3)前記回収セメント水和物の組成をセメント原料の
組成に調整した後、焼成して再生セメントクリンカーと
し、 (4)前記再生セメントクリンカーに石膏を添加して再
生セメントを生成するとともに、 (5)前記工程(1)及び(2)において回収された粗
骨材及び細骨材を無機酸処理を行い、酸不溶成分を再生
骨材として回収し、溶解成分を硫酸処理して石膏を合成
する、各工程から構成されることを特徴とするコンクリ
ート廃材の処理方法。
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- 1993-03-31 JP JP9514093A patent/JP3290237B2/ja not_active Expired - Lifetime
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