(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土砂から砂や礫を取り除いた後の微粒の岩石質粉体を主体とする泥土を、全重量中の１０重量部〜４０重量部の間で適宜選択したセメント系固化材、及び硬化後の粒状建設用資材の２００％以上の強度を有する無機質系粒状物を主体とする補強材料を、水分とともに混練し、この混合物を真空吸引によって脱気して養生して硬化させ、粉砕することによって天然石から成る粒体よりも低い強度の粒体としてなる天然石粒体と混ぜる粒状建設用資材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は建設資材として骨材などを調達する際発生する微粒の岩石質粉体を、建設用資材として活用する方法に関するものであり、特に天然砕石と混ぜて使用する粒状建設用資材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築や土木の分野において、コンクリートに使用する細骨材や粗骨材の調達は近年ますます難しいものとなっている。鉄筋腐蝕の問題などによって海砂の使用が大きく制限されている現在、砂やそれよりも大きな砂利などは、山などから土砂を切り崩してフルイにかけ、適宜必要な粒径のものを取り出すことによって調達されているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
土砂から砂や砂利などを取り出した場合、それよりも粒径が小さな微粒の粉のような成分が残る。実際は土砂をくだいて水で洗って砂や砂利を分別し、それよりも小さな微粒の粉体は、水中でフロック化し沈積させて泥土状とする。実際にはさらにこれをフィルタープレスで機械的に固めて水分を脱水して脱水ケーキと呼ばれる形にするもので、この脱水ケーキは資材として使用されずに廃棄物として廃棄していたのが現状である。現状では、この脱水ケーキと呼ばれるものがかなり多く産出されるため、その廃棄処理に多額の費用がかかるのが実状であった。また資源の有効利用が叫ばれる今日、脱水ケーキに含まれる微粒の岩石質粉体も再生したいという願望が日増しに高まっているという現状もある。
【０００４】
天然の砂や砕石は圧縮強度が高く、天然の砂や砕石だけを使用していたのでは、必ずしも資材として適当でない場合もあった。例えば、道路路盤の上層として砕石を敷設してタコつき、タンパー、ローラーなどで締固め、かなり強度を高めて鉛直荷重の支持性能を高めるのであるが、圧縮強度が高い天然砕石のみであると充分な締め固めができない場合があった。砕石個々の強度が高いと、締め固めても石が変形せず、石の尖った部分同士がぶつかり合って、空隙の多い締め固め層ができてしまう。空隙が多いと大きな荷重支持性能を得ることができず、必ずしも個々の粒体の強度が高いことが、全体の性能を高めないと理解されている。このため、天然砕石だけでなく、これにそれよりも強度の低い粒体を混ぜることによって、天然砕石の間に紛れ込んだ強度の低い粒体が潰れ、若しくは変形することによって、砕石間の空隙が減少して密実化が進行し、より良好な締め固めが可能となる。このために、天然砕石よりも強度が低く、またその強度も施工箇所や現場状況に応じて適宜調整可能な骨材や砕石の代わりとなる粒状建設資材の開発が望まれていた。
【０００５】
天然石であると施工以降はそれ以上に強度が大きくなることはない。これはすなわち天然石が硬化中の物質ではないからであり、施工以後路盤等の性能が向上することは期待できない。しかしながら、天然石の代わりに硬化中の粒状資材を使用すれば、施工以降も強度性能が向上する。例えば前記した路盤上層に施工後も硬化が進行中の材料を使用すれば、締め固めの際に強度が低くて締め固めによって層の密実化が図れ、それ以降は個々の粒体の硬化が進行して、路盤の荷重支持性能が高まって遥かに大きな強度が期待できる。このように、天然石とは全く異なる硬化進行性能を有する粒状建設用資材の開発が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、土砂から砂や礫を取り除いた後の微粒の岩石質粉体をセメントなどの硬化材と混練して硬化させ、これを粉砕して製造するもので、天然砕石と混ぜ、これを突き固めることで路盤などの密実化を実現する粒状建設用資材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明にかかる天然砕石と混ぜる粒状建設用資材の製造方法は、土砂から砂、砂利や礫を取り除いた後、それ以下の細かい粒子状の物質である岩石質粉体を、それ以上の粒径を有する粒体にして建設用資材とする方法である。粉体を取り出す前の土砂は、山や河川、丘陵地などの様々な一般的な土砂が全て使用可能で、石灰質系の土砂、火山灰系の土砂、砂岩などの堆積層の土砂、岩盤が地表近くで長年風化を受けた後に生ずる土砂など、その種類を問わない。これら土砂を砕いて、水で洗い流し、それをスクリーンにかけて砂、砂利、礫などと、大きさ別に分別する。それら分別された砂などよりも更に粒子の小さい岩石質粉体は水で洗い流されて、泥土となる。この泥土を粒径のより大きな粒体へと再生するものである。実際は、水をある程度脱水して塊状となった脱水ケーキという状態にすることが多い。
【０００８】
この泥土にセメント系固化材と無機質系粒状物を主体とする補強材料と水を加えて混練する。実際は、泥土は脱水して塊状となった脱水ケーキと呼ばれる状態となっていることが多い。セメント系固化材は、通常のポルトランドセメント、早強セメント、高炉セメントなどを使用するが、これと同時にフライアッシュや鋳物灰等の産業廃棄物などもセメント系固化材として採用し、ポルトランドセメントなどに加えて、固化材の重量の中に算入する。製造する粒体の圧縮強度を高めるには、基本的にこのセメント系固化材の混合比率を高めればよく、全体重量の１０〜４０％程度の間で選択するのが好適である。補強材料としては、スラグや鋳物砂等の鉱さい類、陶磁器くず、がれき類などの産業廃棄物でもある無機質系粒状物を採用可能である。その他廃棄物でない天然砕石、天然砂、人工砂なども採用可能である。これによりこれら産業廃棄物の再生にも貢献することができる。補強材料はコンクリートの骨材のように、粉体の強度を高め、強度を安定させるものである。補強材料は、この発明で製造する粒体によって得られる強度よりも大きなもので、それら粒体の強度の２００％以上の強度を備えていることが、製品の質を信頼性の高いものとする。
【０００９】
前記したセメント系固化材、補強材料、水を加えて混練してできた混合物を、真空吸引によって脱気し、養生して硬化させる。次に示す表１は、材料の混合比率を変えて実験を行った結果を示すもので、セメント系固定材の混合比率を１０〜４０％までの間で選択する。また補強材料の種類も選択して、そのつど強度を測定してみた。この表１で、ＦＡはフライアッシュ、ＳＳはスラグ（５ｍｍ以下）、ＳＧはスラグ（１３ｍｍ以下）、ＩＳは鋳物砂、ＩＡは鋳物灰を示し、圧縮強度のＷは何週目（ｗｅｅｋ）かを示している。この実験結果で理解できるのは、セメント系固化材の混合比率を１０〜４０％までの範囲で増やしていくと、その圧縮強度は次第に大きくなり、しかもそれはほぼ混合比率に比例して強度が高くなっていることである。しかしながら、セメント系固化材の混合比率を高めると、それだけコストが嵩むことも事実で、本願発明の目的のひとつとして、施工現場や施工状況に応じて、必要な粒体の圧縮強度に自由に調整して、余分な固化材を使用せずに、その施工コストも必要最低限に押さえることがある。例えば、余り大きな強度が必要でない歩道用路盤に使用する粒体は、多少強度が低くても問題がなく、必要最低限の強度を有するようセメント系固化材の配合比率を押さえて製造するものである。これにより安価に施工が可能となる。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
混合物は真空吸引によって脱気するものであって、これによっても粒体の圧縮強度は飛躍的に高まる。前記した表１において、圧縮強度の項目に括弧ツキで記載してあるのは真空吸引しないで養生して硬化させたものであって、真空吸引して脱気した方が強度はほぼ２．５倍近くになることが理解できる。この脱気過程の存否、及びセメント系固化材の混合比率による圧縮強度の高低の関係をグラフに表したものを図１として示す。このグラフによって理解できるのは、真空吸引による脱気をした場合は、しない場合の実験と比較して、その圧縮強度は２倍〜２．５倍の間となることが理解できる。またセメント系固化材の混合比率を高めることによって、その圧縮強度も比例して高くなっていることが理解できる。このように、セメント系固化材の混合比率を高めたり低めたりすることによって、求める圧縮強度の製品の強度が、ほぼ正確に予想できることが理解できる。つまりは、出来上がった後の製品の圧縮強度を調べて選別するのではなく、本願発明の製造方法を採用することによって、製造する粒体の圧縮強度を設計段階にて予想でき、必要最低限の材料の調達とコストで製造可能となることが理解できる。
【００１２】
硬化した後の混合材料をクラッシャーによって粉砕し、粒体状の建設用資材とする。粒体の大きさに応じてクラッシャーの種類、性能、粉砕時間を適宜選択して、ある程度の大きさの粒径にそろえる。この粒体をスクリーンにかけて、粒径の大きさごとにフルイにかけて選別する。粒径の小さな粉体状のものが出れば、それをまた岩石質粉体に加えて混ぜて、再度固化、粉砕して粒体とすればよい。
【００１３】
【実施例】
以下、図に示す実施例に基づきこの発明を詳細に説明する。図２に示すのは、この発明にかかる製造過程の流れを示すものであり、岩石質粉体、セメント系固化材、補強材料、水をミキサー１に入れ、これを混合・攪拌・混練して混合材料を造る。これを押出機２に入れて真空吸引して脱気する。この状態で数日から数週間ほど養生し、これをクラッシャー３にて粉砕する。粉砕された粒径のまちまちな粒体をスクリーン４にかけてフルイをかけ、粉状、砂状、砂利状、礫状という複数段階の粒径別に分けるものである。
【００１４】
図３及び図４に示すのは、車道の上層路盤にこの発明にて製造した粒状建設用資材を使用した例である。車道の上層路盤は、大きな荷重を受けるものであって、比較的高い強度が要求されるものである。実施例では、セメント固化材の混合比率を２９％として製造した粒体５を使用している。粒径は０〜４０ｍｍの範囲で、粒体５のみの圧縮強度は１２．２Ｎ／ｍｍ２であった。これに粒径が０〜４０ｍｍであって、圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ２の天然石から成る砕石６と混ぜた。粒体と天然石の重量比率は、１：１であった。このような製造粒体と天然石から成る粒体を上層路盤として厚さ１５０ｍｍに敷設した。このような路盤をタンパーによって締め固めたとき、その施工直後の路盤支持力係数は２３ｋｇ／ｃｍ３を得ることができた。天然石から成る粒体のみを、同じく厚さ１５０ｍｍに敷設して締め固めたとき、１８ｋｇ／ｃｍ３であった。つまりは本発明によって製造した粒体と天然石からなる粒体を混ぜて施工した場合が、天然石の粒体のみの場合と比較して、より大きな荷重支持性能を得ることができることが理解できた。これは本願発明によって製造した粒体が、天然石から成る粒の間にて変形したり潰れて、粒体同士を密実化するものである。その締め固め前の状態を図３において示すが、粒体５や６の間に空隙が多く存在し、それが締め固め後の状態を示す図４であると、本願発明によって製造した粒体５の周囲の尖った部分が潰れたり、粒体自体が割れたり、変形することによって空隙がなくなり、密実化したものと理解できる。
【００１５】
前記した施工例で、施工直後の路盤支持力係数は２３ｋｇ／ｃｍ３であったが、これが施工後４週間を経過した後測定した結果、その路盤支持力係数は２８ｋｇ／ｃｍ３となっていた。つまりは施工直後よりも時間を経過した方が路盤支持力係数が高くなっていたことになる。これはつまり、天然石ならば各粒体６の強度が施工後向上することは有り得ないが、本願発明によって製造した粒体５はセメント系固化材によって硬化が進行中のもので、時間の経過とともに粒体５そのものの強度が高くなって路盤そのものの性能が向上したものと考えられる。
【００１６】
歩道用路盤に本願発明による粒体を使用して実験した。歩道用路盤は車道よりも作用する荷重が低く、それほどの強度を必要としない。したがってセメント系固化材を１０重量部配合して製造した粒体を使用した。粒体製造時の圧縮強度は４．５Ｎ／ｍｍ２であって、粒径０〜３０ｍｍのものを、厚さ１００ｍｍに敷設した。天然石からなる粒体は使用していない。これを締め固めると路盤支持力係数は天然石５ｋｇ／ｃｍ３に対し、飛躍的に向上し、８ｋｇ／ｃｍ３を示した。これは粒体が締め固めによって変形したり潰れて密実化が進んだものと考えられ、その後４週間経過後に測定してみると路盤支持力係数は１５ｋｇ／ｃｍ３という荷重支持性能の向上を示していた。
【００１７】
【発明の効果】
この発明は以上のような構成を有し、以下の効果を得ることができる。
＊砂や礫などとして使用できない岩石質粉体を、セメント系固化材を使用して粒体として砂や礫などと同様に使用可能となったため、これまで廃棄していたものを残さず有効に資源化でき、廃棄処理に伴う廃棄場の問題や費用の問題を大きく改善できる。
＊セメント系固化材の混合比率を変えることによって、ほぼ期待通りの強度の粒体を製造可能であり、最低限の資材とコストによって、予想できる強度の粒体を自在に調整でき、設計段階で施工条件等に合わせて製造コストを低く押さえるよう計算できる。
＊セメント系固化材によって天然石から成る粒体よりも比較的低い強度の粒体を製造可能であり、この粒体を使用して天然砕石と混ぜて路盤などに使用することによって、粒体周囲の尖った部分が潰れたり、粒体自体が割れたり、変形うることによって空隙が無くなり、粒体同士が密実化したより荷重支持性能の高い路盤などが施工できる。
＊セメント系固化材によって固化させるものであり、粒体の硬化は施工以後も続いており、天然石では得られない、施工後の性能の向上を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  セメント系固化材の混合比率と脱気による強度発現の関係を示すグラフである。
【図２】  製造過程を示す説明図である。
【図３】  本願発明によって製造した粒体と天然石を使用した締め固め前の路盤の断面図である。
【図４】  ローラーによって締め固めた後の路盤の断面図である。
【符号の説明】
１  ミキサー
２  押出し機
３  クラッシャー
４  スクリーン
５  本願発明によって製造した粒体
６  天然石粒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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