JP2007268431A

JP2007268431A - コンクリート再生材料

Info

Publication number: JP2007268431A
Application number: JP2006097973A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kuroda; 泰弘黒田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】コンクリート廃材から得られた、細粒分ないし微粒分を含有するコンクリート再生材料からの六価クロムの溶出を最小限にする。
【解決手段】再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分からなるコンクリート再生材料の細粒分ないし微粒分のうち、粒径５．０mm以下の構成分を高炉セメントＢ種と所定割合で混合し、加水固化させ、所定粒径の造粒体することで、細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理を行い、再生材料であるコンクリート用骨材あるいは地盤材料からの六価クロムの溶出を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明はコンクリート再生材料に係り、既存建物等を解体した際に発生したコンクリート廃材を、公知の再生手段等による破砕、分級処理等を経て各種粒径の再生骨材（粗骨材、細骨材）にして再利用する際に、残渣として発生する細粒ないし微粒分からなるコンクリート再生材料中に含有する六価クロムの溶出を確実に抑制したコンクリート再生材料に関する。

近年、廃棄物の処理・再利用にあたっては、環境安全性の確保が強く求められるようになっており、対象となる廃棄物に含有する化学物質の含有量規制等の環境安全性に関する基準等が既に関係省庁により制定されている。

たとえば、セメント系材料においては六価クロム(以下、Ｃｒ(VI))の溶出が問題視されているため、粉体からなるセメント系固化材を地盤改良材として用いた際に、その適用地盤に応じてＣｒ(VI)の溶出を確実に抑制できるような組成のセメント系固化材が種々提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、Ｃｒ(VI)の溶出を低減するためにカルシウムアルミネート系鉱物を混合させたセメント系固化材において、従来問題とされていた火山灰質粘性土でのＣｒ(VI)の溶出を効果的に防止できるが、強度発現が十分でないという問題の解決が図れている。すなわち、特許文献２では、カルシウムアルミネート系鉱物に対して所定量の硫化物硫黄を添加することで、Ｃｒ(VI)の溶出を抑制するとともに、固化材としての強度増進を図ることが可能な組成が開示されている。

ところで、近年、建設廃棄物としてのコンクリート廃材の処理、再生の問題がクローズアップされており、発明者らはコンクリート廃材をコンクリート構造物等へ再度適用するために、コンクリート廃材から、バージン骨材と同等の品質を有する再生粗骨材、再生細骨材、微粉末、地盤埋戻し材、路盤材、仮設地盤構成材等の種々のコンクリート再生材料を製造するシステム（コンクリート資源循環システム）を開発し、そのシステムを通じて得られた再生材料を適用可能な技術分野への適用を提案している。（たとえば特許文献２参照）。

なお、このコンクリート資源循環システムでは、コンクリート廃材から、コンクリート用骨材として利用可能な粗骨材、細骨材等の所望の再生材料を得ることが可能な、公知の再生骨材製造プラントで「加熱すりもみ法」を採用している。この加熱すりもみ法では、まず破砕したコンクリート廃材（いわゆるコンクリートがら）を加熱塔の炉内に投入し、約３００℃程度に加熱する。その後、特殊磨砕設備により物理的にすりもむ（擦り揉む）ことで磨砕し、さらに公知の分級装置を介して分級し、所望の骨材の他、副生成物として微粉末を得ることができる。この加熱すりもみ法によって製造される微粉末は、たとえば平均粒径が０．１５mm以下で、比表面積が４，０００〜１０，０００cm²/g程度あり、通常のセメントより極めて細かい粒子である。また組成としてはＣａＯを単位質量当たり１０〜３０％含有することから、使用時において安定したゆるやかな水硬性が得られることが確認されている。

特開２００４−２９９９７２号公報参照。特開２００４−１１５９９８号公報参照。

ところで、特許文献１で述べられている地盤改良材料におけるＣｒ(VI)の溶出の問題に関しては、特許文献２等では言及されていないが、コンクリート廃材を、地盤改良材をはじめとする再生材料として使用する場合、適用地盤におけるＣｒ(VI)の溶出に対する検討を行う必要がある。すなわち、硬化したモルタルやコンクリートでは、セメント中に含有する水溶性Ｃｒ(VI)は、セメント鉱物の水和反応の進行に伴い、水和生成物中に固定されるため、Ｃｒ(VI)溶出はほとんどないと考えられている。しかし、コンクリート廃材を上述の再生手段等により再生したコンクリート再生材料に関して発明者らは調査、試験を行って以下の傾向を確認、把握した。

路盤材用に解体コンクリート塊を４０mm程度以下に破砕した再生砕石の粒径２mm以下の細粒分に関するＣｒ(VI)の溶出状態を、平成３年環境庁告示第４６号に掲げる方法（以下、環告４６号法)によって試験した結果、図６に示したように、１１試料中７試料でＣｒ(VI)溶出量が土壌環境基準値（０．０５mg/L）を上回っていることが判明した。特に上述の微粉末等を含む再生骨材を製造した際の残渣としての細粒分のみを試験した場合、Ｃｒ(VI)溶出量がより大きくなる傾向が確認された。また、このＣｒ(VI)の溶出は細粒分の表面から中性化が進行した場合に、その傾向が促進されることが認められた。

現状では、このコンクリート用骨材等を得た後の再生骨材の残渣としての細粒分（本明細書では、残渣としての細粒分を粒径５．０mm以下の構成分と定義する。）の再利用に関しては、再生砕石や再生砂に混合して使用したり、そのまま埋め戻し地盤材料をすることが考えられている。しかし、上述のように、細粒分はＣｒ(VI)が溶出しやすくなるという問題を内在している。このため、何らの対策をとらずに細粒分をそのまま、あるは再生砕石、再生砂に残存させた状態で地盤材料を使用するのは、環境安全性上に問題が生じる可能性が高く、早急に対策を講じる必要がある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、コンクリート廃材から得られた、細粒分を多く含有するコンクリート再生材料の製造、保管、材料形態を通じて、コンクリート再生材料のうち、特に細粒分中のＣｒ(VI)の溶出を最小限にする溶出抑制対策を施したコンクリート再生材料を提供することにある。

以上の傾向に対する検討において、発明者らはコンクリート再生材料のうち、再生骨材残渣としての細粒分のＣｒ(VI)の溶出抑制を図った再生材料の提供に関し、以下の知見を得た。
(1)既存鉄筋コンクリート建物等を解体して発生したコンクリート廃材を所定のコンクリート塊に破砕後、短時間のうちにクラッシャ等によりさらに所定粒径の再生砕石、再生砂を製造すれば、それらは細粒分を多く含んだ状態であっても、低Ｃｒ(VI)溶出型材料として利用することができる。なお、製造された再生砕石、再生砂に含有する細粒分は、時間の経過とともに中性化が進行する。既往の研究によれば、細かく破砕されることで表面積が増大する細粒分は中性化（炭酸化）の進行が早く、このため細粒分の方が粒径の大きな材料に比べて中性化が進行するほどＣｒ(VI)が溶出しやすくなることが知られている。そこで、早期にコンクリート再生材料を製造することに加え、製造された再生材料のうち、特に細粒分の中性化を阻止する手段を講じることが重要となってくる。
(2)破砕後数週間以上経った再生砕石、再生砂でも０．６mmふるい通過細粒分（以下、微粒分と記す。）を除去した再生砕石、再生砂は低Ｃｒ(VI)溶出型材料として利用することができる。
(3)細粒分を多く含む再生砕石、再生砂であっても、含水率が高く、空気と接しない状態で保管されていれば、中性化は進行しない。したがって、再生砕石、再生砂を高い含水率状態で保管することで、低Ｃｒ(VI)溶出型材料として利用することができる。
(4)細粒分を多く含む再生砂でも、きわめて低湿度で空気と接しない状態で保管されていれば、中性化は進行しない。そのために再生砂を加熱乾燥し、絶乾状態としてさらに密封保管することで、低Ｃｒ(VI)溶出型材料として利用することができる。

上記知見をもとに、以下の構成を特徴とする発明により上述した課題を解決することが可能となった。

本発明は、再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分からなるコンクリート再生材料であって、前記細粒分ないし微粒分は、所定粒径以下の構成分が、高炉セメントＢ種と所定割合で加水混合され、固化後、所定粒径の造粒体とされ、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。

前記細粒分ないし微粒分は、粒径５．０mm以下の構成分が前記高炉セメントＢ種と粉体混合され加水固化することが好ましい。

このとき、前記高炉セメントＢ種（Ｃ）は、前記細粒分ないし微粒分（Ｐ）に対してＣ／（Ｃ＋Ｐ）＝５〜２０質量％程度の置換率で混合することが好ましい。

また、水が粉体混合された粉体に対して５〜２５質量％で加水することが好ましい。

他の発明として、前記高炉セメントに代えて、還元性地盤改良固化材と所定割合で加水混合され、固化後、所定粒径の造粒体とされ、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。

また、再生手段を経てコンクリート廃材から、地盤材料としての再生砕石、再生砂を製造する際に発生する微粒分をふるい除去し、前記地盤材料に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。

再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分を含むコンクリート再生材料であって、前記コンクリート用骨材あるいは地盤材料は、既存コンクリート構造物の解体後の短期間内に製造されることで、含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。その際、前記既存コンクリート構造物を解体した１週間以内に破砕あるいは粉砕することが好ましい。

他の発明として、再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分を含むコンクリート再生材料であって、前記コンクリート用骨材あるいは地盤材料は、製造時に散水され、外気遮断された湿潤状態で保管されることで、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。

再生手段を経てコンクリート廃材から、地盤材料として製造される再生砂及び微粒分を含むコンクリート再生材料であって、前記再生砂及び微粒分が、製造後に加熱乾燥により絶乾状態にされ、気密性容器に保管されることで、前記微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。

再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材を製造する際に発生する細粒分を含むコンクリート再生材料であって、前記細粒分が骨材製造後に加熱乾燥により絶乾状態にされ、前記コンクリート用骨材が気密性容器に保管されることで、前記細粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とする。

本発明によれば、コンクリート再生材料のうち、コンクリート用の再生骨材の残渣として細粒分、あるいは地盤材料としての再生材料に付帯して発生する微粒分を含有する再生材料を使用する際、細粒分ないし微粒分中のＣｒ(VI)の溶出を最小限にする溶出抑制対策処理を施すことにより、コンクリート廃材から得たコンクリート再生材料の環境安全性を確実に担保できるという効果を奏する。

以下、Ｃｒ(VI)の溶出抑制を図った本発明のコンクリート再生材料を製造するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

通常、コンクリート再生材料としての用途として、コンクリート用骨材の製造、地盤材料の製造が代表例として提案されている。本発明では、コンクリート用骨材の製造時に分級された際の残渣としての細粒分と、地盤材料として製造される再生砕石、再生砂に混入した微粒分を処理対象の中心として六価クロム溶出抑制処理を施した各種のコンクリート再生材料について、図１のコンクリート再生材料の構成総括図を参照してそれぞれ実施例について説明する。

［細粒分混合固化造粒体の製造］
上述したように、コンクリート用再生骨材の残渣として得られた細粒分に関しては、特にＣｒ(VI)の溶出の可能性が懸念されている。そのため、本発明ではコンクリート再生材料のうち、５．０mm以下の細粒分を高炉セメントＢ種を混合し、所定の水粉体比で固化させ、公知の造粒装置を用いて造粒体として製造するものとした。この造粒体は、所定粒径に分級し、それぞれの用途に応じた仕様の造粒体を路盤材、埋戻し材、仮設地盤として使用することができる。

また、高炉セメントＢ種に代えて、還元性のある石膏等を組成とする地盤改良固化材を用いることで、細粒分のＣｒ(VI)の溶出性を抑えることができる。そこで、還元性地盤改良固化材を上述の高炉セメントＢ種に代えることも可能である。
（粉体配合）
造粒体を製造する際の粉体配合は、使用する細粒分に対して事前試験によるＣｒ(VI)溶出量試験（環告４６号法）により、その配合を決定する。そのとき、細粒分（Ｐ）の粒径は５．０mm以下とし、細粒分（Ｐ）に対して高炉セメントＢ種（Ｃ）をＣ／（Ｃ＋Ｐ）＝５〜２０質量％程度の置換率で混合させることが好ましい。この置換率は、細粒分の上述の事前試験に応じてＣｒ(VI)溶出量によって設定する。置換率が５％以下の場合には、造粒体として所定の固化強度を得ることができず、一方、２０％以上では固化強度として過度な場合がおおく、経済的でない。なお、細粒分の粒径を５．０mm以下としたのは、上述したように、その残渣の粒径がほぼ５．０mm以下となる再生粗骨材残渣を想定したためである。

水粉体比Ｗ／（Ｃ＋Ｐ）＝５〜２５％の範囲で、残渣の粒度分布の相違に応じて造粒作業に適した比率とすることが好ましい。
［実験例］
図２は、比較例として既製セメント製モルタル（Ａ，Ｂ，Ｅ）および比較用のＣｒ(VI)少含有モルタル（Ｃ）、Ｃｒ(VI)多含有モルタル（Ｄ）と本実施例の（細粒分＋高炉セメントＢ種）モルタルの６試験体で行ったタンクリーチング試験によるＣｒ(VI)の溶出試験結果を示した比較グラフである。このように、同一条件下で明らかに本実施例によって、Ｃｒ(VI)の溶出が低減したことが確認できた。

［細粒分のＣｒ(VI)抑制処理材料］
細粒分を含む再生砕石、再生砂は、細粒分の中性化の進行を抑制することでＣｒ(VI)の溶出を効果的に防止できるとの知見から創出された好適な複数の実施例を提案する（図１参照）。
（微粒分ふるい除去処理材料）
地盤材料としての再生砕石、再生砂に含有する０．６mmふるい通過微粒分を除去した低Ｃｒ(VI)溶出型材料とする。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、構造物の実態調査でＣｒ(VI)溶出量が多かった３種類の試料（Ａ，Ｂ，Ｃ）における、各粒径分布での３種類（５，１０，２０mL/g）の液固比ごとのＣｒ(VI)溶出量を示したグラフ群である。各試料において、Ｃｒ(VI)溶出が多いのはいずれも０．６mm以下の微粒分であり、０．６mmふるいを通過する微粒分を除去した再生砕石、再生砂とすることでＣｒ(VI)の溶出抑制を実現できる。

（早期破砕処理材料）
まず、既存の鉄筋コンクリート建物等を解体して発生したコンクリート廃材を所定のコンクリート塊に破砕後、短時間のうちにクラッシャ等によりさらに所定粒径の再生砕石、再生砂を製造する。また、再生骨材については、所定の分級を行い、粒度調整を行う。この短時間内とは、具体的にはコンクリート廃材切り出し後、１週間以内に破砕、分級等の製造処理を行うのが好ましく、この程度の期間であればコンクリート廃材が外気に放置されてもコンクリート廃材を破砕して砕石、砂を製造した際に、残渣として細粒分を多く含んだ状態であっても、これらの細粒分の中性化の影響は小さく、細粒分を含んだ再生砕石、再生砂であっても低Ｃｒ(VI)溶出型として利用できる。図４は、図６に示した各試料に対して５．０mmふるい通過試料を粉砕して細粒分を得た直後に行った環告１３号法によるＣｒ(VI)の溶出試験結果である。同図に示したように、すべての試料において、土壌環境基準値を下回り、早期破砕処理による効果が確認できた。

（湿式処理材料）
このとき、製造された再生骨材に混じった残渣としての細粒分、あるいは再生砕石、再生砂に混じった微粒分は、時間の経過とともに中性化が進行し、Ｃｒ(VI)が溶出しやすくなるが、含水率が高く、空気と接しない状態で保管されていれば、中性化は進行しない。具体的には解体後、細粒分ないし微粒分が乾燥しないように再生砕石、再生砂に十分な散水を施す。また、破砕やすりもみ処理後に湿式の分級装置等により細粒分（装置によってはそれ以下の粒径０．２mm以下の微粒分を対象としても良い）を分離することが好ましい。また、破砕、すりもみ処理自体を湿式状態で行ってもよい。これら細粒分ないし微粒分を高い含水率状態に保持する際、再生砕石では含水率１０％以上、再生砂では含水率１５％とすることが好ましい。したがって、たとえば骨材ビン等に貯留状態にある再生材料に対して、適宜散水することにより、骨材表面が常にウエットな状態とし、その状態が保持できるように密閉させる塩ビシート等の合成樹脂遮水シート等で骨材を直接覆い、外気を遮断し骨材の乾燥の進行を阻止することが好ましい。これにより、製造された、残渣としての細粒分を含む再生砕石、再生砂であっても低Ｃｒ(VI)溶出型として利用できる。

（乾式処理材料）
一方、細粒分を含む再生砂でも、きわめて低湿度であれば中性化は進行しない。そこで、細粒分を含む再生砂に乾式処理を施すことが好ましい。具体的には細粒分を含む再生砂を公知の乾燥炉で１１０℃以上に加熱乾燥し、絶乾状態にし、その使用量に応じて密閉型骨材ビン、気密性の高いフレコンバッグ等の貯蔵手段に低湿度雰囲気状態で密閉して保管する。これにより、再生砂の細粒分の中性化を確実に防止でき、再生砂は低Ｃｒ(VI)溶出型として利用できる。この加熱乾燥処理のタイミングは、破砕、分級処理の前でも可能であるが、製造された再生骨材の残渣、微粒分を含む再生砂を加熱乾燥する方がＣｒ(VI)溶出抑制処理の効果が大きいので好ましい。

図５は、既往研究における３試験のデータ（△，□，○）をもとに、中性化促進試験湿度と促進試験湿度６０％Ｒ．Ｈ．の場合に対する中性化速度係数の比との関係を示したグラフである。同図から明らかなように、乾式処理材料の保管状況としては、低湿度雰囲気である湿度２０％Ｒ．Ｈ．以下とすることが好ましい。一方、上述の湿式処理材料の場合は８０％Ｒ．Ｈ．の高湿度条件にあてはまり、このことから、乾式処理材料と湿式処理材料では、それぞれ保管条件が大きく異なっていながら、各条件において細粒分の中性化の進行が抑えられ、Ｃｒ(VI)の溶出も抑制されることが確認された。

本発明のコンクリート再生材料のＣｒ(VI)の溶出抑制処理材料の実施例について説明した総括説明図。タンクリーチング試験によるＣｒ(VI)の溶出試験結果を示したグラフ。粒径別によるＣｒ(VI)の溶出試験結果を示したグラフ。図６に示した試料を早期破砕処理した際のＣｒ(VI)の溶出試験結果を示したグラフ。中性化促進試験における湿度と中性化速度（比率）との関係を示したグラフ。従来のコンクリート再生材料によるＣｒ(VI)の溶出試験結果を示したグラフ。

Claims

再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分からなるコンクリート再生材料であって、
前記細粒分ないし微粒分は、所定粒径以下の構成分が、高炉セメントＢ種と所定割合で加水混合され、固化後、所定粒径の造粒体とされ、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
前記細粒分ないし微粒分は、粒径５．０mm以下の構成分が前記高炉セメントＢ種と粉体混合され加水固化されたことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート再生材料。
前記高炉セメントＢ種（Ｃ）は、前記細粒分ないし微粒分（Ｐ）に対してＣ／（Ｃ＋Ｐ）＝５〜２０質量％程度の置換率で混合されたことを特徴とする請求項２に記載のコンクリート再生材料。
水が粉体混合された粉体に対して５〜２５質量％で加水されたことを特徴とする請求項２に記載のコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分からなるコンクリート再生材料であって、
前記細粒分ないし微粒分は、所定粒径以下の構成分が、還元性地盤改良固化材と所定割合で加水混合され、固化後、所定粒径の造粒体とされ、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、地盤材料としての再生砕石、再生砂を製造する際に発生する微粒分をふるい除去し、前記地盤材料に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分を含むコンクリート再生材料であって、
前記コンクリート用骨材あるいは地盤材料は、既存コンクリート構造物の解体後の短期間内に製造されることで、含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
前記コンクリート廃材は、前記既存コンクリート構造物を解体した１週間以内に破砕あるいは粉砕されたことを特徴とする請求項７に記載のコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材あるいは地盤材料を選択的に製造する際に発生する細粒分ないし微粒分を含むコンクリート再生材料であって、
前記コンクリート用骨材あるいは地盤材料は、製造時に散水され、外気遮断された湿潤状態で保管されることで、前記細粒分ないし微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、地盤材料として製造される再生砂及び微粒分を含むコンクリート再生材料であって、
前記再生砂及び微粒分が、製造後に加熱乾燥により絶乾状態にされ、気密性容器に保管されることで、前記微粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。
再生手段を経てコンクリート廃材から、コンクリート用骨材を製造する際に発生する細粒分を含むコンクリート再生材料であって、
前記細粒分が骨材製造後に加熱乾燥により絶乾状態にされ、前記コンクリート用骨材が気密性容器に保管されることで、前記細粒分に含有する六価クロムの溶出抑制処理がなされたことを特徴とするコンクリート再生材料。