JP4263385B2

JP4263385B2 - 廃コンクリート材を再生した成形コンクリート舗装材

Info

Publication number: JP4263385B2
Application number: JP2001228791A
Authority: JP
Inventors: 潤一越後; 謙一越後
Original assignee: 株式会社イージーコーポレーション; 株式会社イージー循環研究所
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003041509A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は透水性に富み曲げ強度、圧縮強度及び保水性に優れた成形コンクリート舗装材に関するものであるが、更に詳しく述べると地球環境保全のための建設リサイクル法の施行に伴い、多量に発生する廃コンクリ−ト材を全量再生利用することを目的として開発した、透水性及び保水性に優れた舗装材料である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から骨材に建設廃材として発生した廃コンクリ−ト材を全量使用し、セメントを加えて成形した成形物としてセメントレンガが知られている。しかし、骨材として廃コンクリ−ト材のみを使用して得られたセメントレンガは、強度を高めることが非常に困難であった。このため、本発明の目的である公道や公園の歩道等に使用可能な、透水性を有する舗装材料として、日本建築学会建築工事標準仕様書（JASS) の規定に適合するものは得られていない。実際には補助的な充填材等極めて限定された用途に僅かに使用されているに過ぎなかった。
【０００３】
現在その他の透水性を有する舗装材として、前記の建築工事標準仕様書（JASS) の強度の規定に適合したコンクリート成形物もあるが、骨材として全量再生資源である廃コンクリ−ト材のみを使用したものは知られていない。尚、この規定の強度には適合するコンクリート成形物でも、保水性の点では不十分な場合があることが、最近特に課題となっている地球温暖化防止等の観点からもしばしば指摘されていた。更にコストが現在通常使用されている舗装用ブロックより高価である点にも問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は建設リサイクル法の施行に伴い資源循環型社会を志向して、従来廃棄されていた老朽化建築物から発生する、多量の廃コンクリート材を再生利用することを目的とするものである。このため骨材として全量これらの廃コンクリート材等を使用し、これにセンメントを加えて成形したポーラスで透水性及び保水性に優れ、且つ道路の舗装材として充分使用可能な強度を有し、且つ、経済性も具備した成形コンクリート舗装材を開発して提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は建築物等を取り壊した際に多量に発生する、廃コンクリ−ト材や建物外壁等の建設副産物を再生利用するため、骨材としては全量これらの廃コンクリート材のみを使用した、ポーラス性を有するコンクリート成形体で、透水性及び保水性に富み、強度も高く路面の舗装材に使用可能なコンクリート成形体を、製造する方法について研究した。
【０００６】
ここでコンクリート成形体の透水性及び保水性を高めるためには、コンクリートをポーラスな構造とする必要があるが、ポーラス性を高めると強度の低下が避けられない。従って、コンクリートの透水性及び保水性と、強度とは相互に相反する要因である。また、透水性は水がコンリート層を透過する性質であり、保水性は反対に水がコンリート層内に浸透して滞留する性質であるから、透水性と保水性とは相互に相反する要因である。従って、本発明のコンクリート成形体はこれらの相互に相反する要因である３つの性質を総て具備させる必要がある。
【０００７】
この課題を解決するために研究した結果、骨材としては通常使用される砂や砕石は全く含まず、廃コンクリート材のみを使用するため、通常のコンクリートよりも高比率のセメント〔骨材の 17 重量％（乾量）以上、20重量％（乾量）以下〕及び低比率の水分〔骨材、セメント等の固形分重量に対して 15 ％以上、25％以下〕を加える必要がある。更に高振動と高圧縮を併用して短時間成形後、即時脱型して成形しスチームで飽和した雰囲気中で 24 時間以上養生することにより、ポーラスで透水性及び保水性、強度を有するコンクリート成形体が得られる。ここで、骨材として特定範囲の粒度分布を有す様に粉砕した、廃コンクート材の粒状物を使用することによって初めて、舗装材として使用可能な透水性及び、保水性、強度を兼ね備えたコンクリート成形体が得られることを見出した。これに基づいて本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、廃コンクリート材を粉砕して得られた、粒子径が 0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下であり、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下である廃コンクリート粒子に対して、セメントを17 重量％（乾量）以上、20重量％（乾量）以下を加え、更にこれらの固形分重量に対して水分を 15 ％以上、25％以下加えて混合した、見かけ上殆ど乾燥状態の混合物を高振動と高圧縮を併用して乾式成形し、即時脱型工程によって成形物を得た後、スチームで飽和した雰囲気中で24 時間以上養生する。この様にして得られた透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、曲げ強度、圧縮強度及び保水性に優れた成形コンクリート舗装材である。
【０００９】
ここで成形コンクリート原料の骨材としては、廃コンクリート材を粉砕して得られた、粒度が前記の数値限定の範囲内にあり、更に粒子径が 0.6mm以下の粒子の含有量が10重量％以下であり、粒子径が2.5mm以上の粒子の含有量が20重量％以下である粒状物がより好ましく、また、得られた成形コンクリートは透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、曲げ強度が3.0 N /mm² 以上であることがより好ましい。
【００１０】
ここで、本発明の成形コンクリート舗装材の骨材の主成分である、廃コンクリート材は予め木材、鉄屑、プラスチック及びアスベスト等の夾雑物を除去したものを使用する必要がある。また、廃コンクリート材粒状物の粒子径は篩分けによって決めたものである。以下、本発明について詳しく説明する。
【００１１】
本発明の成形コンクリートの骨材には廃コンクリート材が使用されるが、その粒子径が0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下であり、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下となる様に粉砕された粒状物である必要がある。粒度 0.3mm以下の粒子の含有率が５％以上になると、透水性及び曲げ強度が共に急激に低下し、また、粒度５mm以上の粒子の含有率が３％以上に増加すると、透水性は上昇する傾向を示すが、曲げ強度は急激に低下するからである。また、この粒状物に含まれる粒子径が 0.3mm以下の粒子の含有量が増加すると、保水性は上昇するが透水性が低下し、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が増加すると透水性は上昇するが成形体内部の構造が不均一となって、曲げ強度及び保水性が急激に低下するからである。尚、透水性を有するコンクリート舗装材の曲げ強度と圧縮強度の関係についは、前述の建築工事標準仕様書においても両者は相関性がある旨記載され、何れかの強度を測定して他の強度に換算する換算式も示されている。
【００１２】
更に、本発明において廃コンクリート材を粉砕して得られた粒状物は、 0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下 (請求項１）であり、更に粒子径が 0.6mm以下の粒子の含有量が10重量％以下、粒子径が 2.5mm以上の粒子の含有量が20重量％以下であることがより好ましい (請求項２）。これは前述の粒度とコンクリート成形体の透水性と保水性、曲げ強度との関係で述べた理由と同様であり、請求項１に記載した廃コンクリート材粒度の数値限定を充足する範囲内であっても、粒度分布がよりシャープな状態、すなわち、微小な粒子及び粗大な粒子の含有量が少なく粒度の均一性がより高い場合が好ましいことを示している。
【００１３】
廃コンクリート材の粒状物に対して、セメントを 17 重量％（乾量）以上、20重量％（乾量）以下を加える必要がある。通常コンクリートの骨材としては砂や砕石が使用されるが、本発明ではこれらの通常使用される骨材は一切使用されず、骨材には全量廃コンクリート材を粉砕した粒状物のみが使用される。このため通常の骨材を使用した場合に較べて強度が低下するため、これを補うためにかなり多量のセメントが配合されているのはそのためである。セメントの添加量が 17 ％ (乾量）以下になると、成形体の曲げ強度が急激に低下し、また、添加量が 20 ％ (乾量）以上になると添加量を増加させても余り強度が上昇する傾向が認められない。一方、透水性はセメントの添加量が 20 ％までは余り変化しないが、 20 ％以上になると急激に低下する傾向が認められる。
【００１４】
また、コンクリートを成形するために添加される水分は、廃コンクリート材やセメント等の固形分重量に対して 15 ％以上、25％以下である必要がある。これは本発明のコンクリート成形時の水の添加量は、通常のコンクリートと比較して遙に少ないことを示している。例えば、骨材として砂のみを使用してセメントと混合し、少量の水を加えて高温・高圧で成形される ALCコンクリートの場合でさえも、骨材等の固形分重量に対する水の添加量は 40 〜50％となっている。水分が 15 ％以下では成形前の混合物が固練りとなり過ぎて成形性が不良となり、型枠に注入後、所定時間振動・圧縮をしても脱型後角の部分が型枠通りに成形されず、不良品の発生率が 10 ％以上となる。また、水分が 25 ％以上の場合には脱型後成形体が膨張する現象が現れて、成形体の寸法誤差の発生が著しく、不良品発生率が 20 〜30％にも達する。更に、正常な形状に成形されたコンクリート成形体でも透水性や曲げ強度が共にやや低い。本発明の舗装材の成形には水分が 15 ％以上、25％以下の範囲が好ましく、透水性も曲げ強度も共に良好な成形体が得られる。
【００１５】
前記の様に廃コンクリート材やセメント等の固形分重量に対して、遙に少量の水分を加えて混合した見かけ上殆ど乾燥状態の混合物を、金型に注入し高振動と高圧縮を併用して成形し、即時脱型工程によって成形物を形成した後、40°〜60℃の水蒸気を飽和した雰囲気中で 24 時間以上養生して、コンクリート成形体を形成させる必要がある。尚、本発明の場合成形後即時脱型迄の所要時間は成形体の強度を向上させるため少し延長し 18 秒程度が好ましい。前述の様な原料の性状及び少量の水を含む成形原料の組成、更に乾式成形方法と相まって初めて、ポーラス性で透水性及び保水性に富み、且つ強度も高いため、道路の舗装用に適したコンクリート成形体が得られる。
【００１６】
コンクリート成形体を道路の舗装用等に使用するためには、日本建築学会建築工事標準仕様書のコンクリートブロック及びレンガ工事の規定（以下、建築工事標準仕様書の規定という)に適合したものである必要がある。この規定では道路舗装用の透水性ブロックの透水係数は 1.0 × 10 ^-2cm/sec以上、曲げ強度(圧縮強度) は 3.0 N/mm²以上と規定されている。また、建築工事標準仕様書の規定には含まれていないが、舗装材としては高い保水性を付与する必要がある。これは舗装材の保水性が高いと、熱容量が増大しまた水分の蒸発熱により日照時や高温時の道路表面の温度上昇を抑制する効果が高くなるためである。これは舗装材にとって最も好ましい性質の一つであり、しいては環境との調和の観点からも好ましい。
【００１７】
前述の様な本発明のコンクリート成形体を形成させるための幾つかの要件の組み合わせによって、ポーラス性で透水性及び保水性に富み、且つ強度も高い成形体が得られる。ここで、成形体の透水性や保水性を高めるためには、ポーラスで毛細管が発達した構造のコンクリートとする必要があるが、ポーラス性を高めるとコンクリートの強度が低下することが避けられない。従って、本発明ではポーラス性を高めると同時に相反する性質を有する曲げ強度（圧縮強度）も一定値以上に保持する必要がある。また、毛細管構造の細孔径が太くなると透水性は向上するが、保水性は低下し、細孔径が細くなると透水性は低下するが、コンリート層内の水分滞留容量を示す保水性は向上する。従ってこの３つの物性はそれぞれ互いに相反する性質を持っている。
【００１８】
後述の実施例 (実施例１、２及び比較例１、２) に示す様に、互いに相反する物性である透水性、保水性及び曲げ強度（圧縮強度）を充足させるためには、原料組成及び乾式成形工程における幾つかの要件の組み合わせによって、初めて適度なポーラス性を付与することと同時に曲げ強度を高め得ることが示されている。これらの諸要件の中、相反する要因を克服してこの３つの特性を付与するためには、骨材として使用される廃コンクリート材の粒度分布が極めて重要な役割を果していることが分かる。廃コンクリート材の粒度分布がこれ以外の範囲ではこの相反する３つの物性を充足させることはできない。この様な意味で、廃コンクリート材の粒度に関する要件は本発明において、特に大きな意義を有するものである。
【００１９】
更に本発明で骨材に使用される廃コンクリート材は、通常コンクリートの骨材として使用される砕石や砂と異なり、或る程度の吸水性をもっている。この吸水性は前述の保水性と同じ性質である。従って、廃コンクリート材は成形体の保水性を高める一助ともなっている。本発明のコンクリート成形体は JASS の規定に適合する透水係数及び曲げ強度 (圧縮強度) を有すると共に、更に道路舗装材として使用するため環境への配慮から、保水性も高めることを目的として開発されたものである。
【００２０】
この様にして得られたコンクリート成形体は、透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、曲げ強度 (圧縮強度)等の物性値も、建築工事標準仕様書の規定に適合しているため、インターロッキングブロック等の道路の舗装材として使用可能である。成形コンクリート舗装材としては更に、曲げ強度が3.0 N /mm² 以上であることがより好ましい。本発明のコンクリート形成体はその他保水性にも優れているため、日照時や高温時の道路表面の温度上昇を抑制する機能高く、環境にも調和した特性を有することが大きな特徴の一つである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に実施例をあげて、本発明を更に具体的に説明する。
【００２２】
（実施例１、２、比較例１、２）
建物の取り壊しの際に発生する廃コンクリート材から、鉄筋、アスファルト、木材等の不純物を除去した後、粉砕して表１に示す様な種々な粒度分布を有する粒状物を得た。それぞれの粒状物に対してセメントを 19 ％ (重量比) を加えて混合し、更に廃コンクリート粒状物及びセメントの総重量に対して、20％ (重量比) の水を加えて混合した。この混合物を100 ×200 ×60mmのブロック成形用の金属製型枠に混合物を基層、表層の順に注入し、高振動と高圧縮を併用した短時間の成形後（18秒) 、即時脱型して成形物を得た。更に、強度を高めるためスチームで飽和した40°〜60℃の雰囲気中で 24 時間養生して透水性を有する舗装用ブロックを作成した。ここで、基層とは成形体の本体部分であり、表層とは成形体表面の着色層を指している。
【００２３】
前記で得られた成形物の透水係数及び曲げ強度を、建築工事標準仕様書に規定された試験方法 (JASS 7) によって測定した。同時に保水性を下記の方法で測定した。その結果を併せて表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
保水性の測定方法は乾燥時の重量が既知の成形物を、 20 ℃の水中に５分間浸漬して充分に水分を吸収させた後、水切りによって付着水分を除去して、 20 ℃、湿度 RH 65％の雰囲気中で金網の上に 24 時間放置した後の重量を測定した。この結果より成形体１リットル当たりの残存水量を算出して成形体の保水性として表示した。
【００２６】
表１に示す様に実施例１及び２と、比較例１及び２の結果を比較すると、廃コンクリート材の粒状物に含まれる粒度 0.3mm以下の粒子の含有率が５％以上になると、透水係数及び曲げ強度が共に急激に低下し、また、粒度５mm以上の粒子の含有率が３％以上に増加すると、透水係数は上昇する傾向を示すが、曲げ強度は急激に低下することが分かる。これらの結果から舗装用の透水性ブロックの原料に使用する廃コンクリート材の粒状物は、粒子径が 0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下であり、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下である場合がこれらの両者の性質を併せて充足できることが分かる。
【００２７】
発明の詳細な説明の欄において、先に本発明のコンクリート成形体を舗装材として使用するためには、それぞれ相互に相反する要因である透水性及び、保水性、曲げ強度（圧縮強度）を併せ備えている必要がある旨述べた〔００１７〕。前記の粒度の範囲内においてはこの関係が充足されていることが認められる。更に、前記の建築工事標準仕様書において、道路の舗装用に使用される透水性ブロックの透水係数及び曲げ強度は、それぞれ1.0 × 10 ^-2cm/sec以上及び 3.0 N/mm²以上と規定されている。従って、この観点からも本発明のコンクリート成形体はそのまま透水性を有する舗装用ブロックに適用できる。また、表１に示す様に、この様な範囲の粒度分布を有する粒状物から得られたコンクリートはその他、高い保水性も有することが示されているので、日照時や高温時における路面の温度上昇を抑制する機能も有するため舗装材として好ましい。
【００２８】
更に表１における粒状物の性状と、透水係数及び保水性、曲げ強度の測定結果との関係から、粒子径が 0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下であり、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下であり、且つ、粒子径が 0.6mm以下の粒子の含有量が10重量％以下であり、粒子径が 2.5mm以上の粒子の含有量が20重量％以下である場合がより好ましいことが分かる。
【００２９】
（実施例３〜６、比較例３〜８）
廃コンクリート材を粉砕して得られた粒状物として、実施例２で使用した粒度分布を有する粒状物を使用し、それに対してセメントを表２に示す様に種々の割合で加えて混合し、更に、水を廃コンクリート粒状物及びセメントの総重量に対して、種々の割合で加えて混合した後、100 ×200 ×60mmのブロック成形用の金属製型枠に基層、表層の順に注入し、高振動と高圧縮を併用した短時間の成形工程後、即時脱型して成形物を得た。更に、強度を高めるためスチームで飽和した雰囲気中で 50 ℃、24時間養生して透水性を有する舗装用ブロックを得た。
【００３０】
前記で得られた成形体の透水性及び曲げ強度は、建築工事標準仕様書に規定された試験方法 (JASS 7) によって測定した。また、保水性は前記の［表１］に示した実施例１〜２、比較例１〜２と同様な方法［００２５］で測定した。その結果を併せて表２に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２に示す様に実施例３〜５と、比較例３〜５の結果を比較すると、廃コンクリート粒子に対する、セメントの添加量が 17 ％ (乾量）以下になると、成形体の曲げ強度が急激に低下し、また、添加量が 20 ％ (乾量）以上になると添加量を増加させても余り強度が上昇する傾向が認められない。また、透水係数はセメントの添加量が 20 ％までは余り変化しないが、 20 ％以上になると急激に低下する傾向が認められる。前記で述べた様に透水性と曲げ強度は相反する性質を有するが、この成形体を舗装材として使用するためは、優れた透水性と曲げ強度を兼ね備える必要がある。ここでセメントの添加量が 17 ％から 20 ％迄の範囲においては、透水性も曲げ強度も共に良好な成形体が得られることが認められる。
【００３３】
また表２に示す様に、この条件の範囲内で得られたコンクリート成形体は高い保水性も有するので、日照時や高温時における路面の温度上昇を抑制するためにも、舗装材として好ましい。
【００３４】
表２の実施例４、５、６と比較例６、７、８との比較によって、廃コンクリート粒子及びセメント等固形分重量に対する水分添加量と、得られた成形体の物性との関係をみると、水分が15 ％以下では成形前の混合物が固練りとなり過ぎて成形性が不良となり、型枠に注入後、所定時間振動・圧縮をしても脱型後角の部分が型枠通りに成形されず、不良品の発生率が10 ％以上となる。また、水分が 30 ％の場合には脱型後成形体が膨張する現象が現れて、成形体の寸法誤差の発生が著しく、不良品発生率が 20 〜30％にも達する。
【００３５】
更に、水分が 15 ％以下または 30 ％以上の場合には、成形体が正常な形状に形成された場合でも透水性や曲げ強度が共にやや低い。水分が 17 、20及び23 ％の場合には透水係数も曲げ強度も共に良好な測定値を示している。比較例８は成形後脱型までは実施例６と同一の条件で処理し、スチーム雰囲気中の養生時間のみを12 時間に短縮したものである。成形物の透水係数は高いが曲げ強度がかなり低下することが認められる。これらの試験結果から舗装材として使用するためには、前記の建築工事標準仕様書の規定も考慮して、水分率は15 〜25％の範囲内とする必要がある。また、この条件の範囲内で得られたコンクート成形体は高い保水性も有するので、日照時や高温時における路面の温度上昇を抑制するためにも、舗装材として好ましい。
【００３６】
（実施例７、比較例９）
実施例５で得られた100 ×200 ×60mmの透水性ブロック（実施例７）及び、同サイズの通常の舗装用コンクリートブロック (保水性の測定値は 50 、比較例９) を、前述のコンクリート成形体の保水性測定と同様な方法で、 20 ℃、湿度 RH 65％の雰囲気中でほぼ平衡状態となる迄水を含浸させた。これらのブロックをそれぞれ約１m²づつほぼ隣接した場所に敷きつめた。夏季で晴れ時々曇りの日に、正午から午後６時まで気温及びそれぞれのブロックの表面温度の変化を測定した。その結果を図１に示す。
【００３７】
図１よりブロックの表面温度上昇の度合いは保水性と密接な関係があり、保水性が高い実施例７のブロックの温度上昇の度合いは、比較例９よりも著しく低い結果となっている。尚、この試験結果において 15:00頃比較例９の表面温度が急激な変動を示しているのは、曇った時には多量の輻射熱を放出して表面温度が急に降下したためと考えられる。これらの結果によって、保水性が高い本発明の舗装用ブロックは、日照時や高温時における路面の温度上昇を抑制する効果が大きく、舗装材として極めて好ましいことが分かる。また、地球温暖化が大きな問題となっている現在の環境保持の観点からも好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
近年多量に発生している廃コンクリ−ト材を、再生利用することを目的として開発した成形コンクリート舗装材である。この舗装材の骨材には廃コンクリート材のみが循環使用されていること及び、透水性及び強度が高い他、保水性に富む点に特徴がある。日照時や高温時における路面の温度上昇を抑制するためにも、舗装材として好ましく、環境との調和の観点にも適合している。その他、骨材に全量廃コンクリ−ト材を使用するため経済性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の成形コンクリート舗装材及び、通常の成形コンクリート舗装材を日中放置した場合における、外気温度と舗装材の表面温度の推移を示す。
【符号の説明】
【００４０】
1 外気温度
2 本発明の成形コンクリート舗装材（実施例７）
3 通常の成形コンクリート舗装材 (比較例９)

Claims

骨材として廃コンクリート材を粉砕して得られた、粒子径が 0.3mm以下の粒子の含有量が５重量％以下であり、粒子径が５mm以上の粒子の含有量が３重量％以下である廃コンクリート粒子のみを用い、これに対して、セメントを17 重量％（乾量）以上、20重量％（乾量）以下を加え、更にこれらの固形分重量に対して水分を 15 ％以上、25％以下を加えて混合した、見かけ上殆ど乾燥状態の混合物を調製し、高振動と高圧縮を併用して乾式成形し即時脱型工程によって成形物を得た後、スチームで飽和した雰囲気中で24 時間以上養生せしめてなる、透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、曲げ強度、圧縮強度及び保水性に優れた成形コンクリート舗装材。
廃コンクリート材を粉砕して得られた、粒子径が 0.6mm以下の粒子の含有量が10重量％以下であり、粒子径が 2.5mm以上の粒子の含有量が20重量％以下である、請求項１記載の透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、曲げ強度、圧縮強度及び保水性に優れた成形コンクリート舗装材。
成形コンクリート舗装材の曲げ強度が 3.0 N /mm² 以上である、請求項１または２記載の透水係数が1.05 × 10 ^-2cm/sec以上であり、圧縮強度及び保水性に優れた成形コンクリート舗装材。