(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石骨材、ケイ酸質岩石の砕石または砂利または砂、粘板岩等の砕石または砂利、高炉スラグ骨材、銅スラグ骨材、鉄鉱石骨材、高炉スラグ微粉末、フライアッシュまたはその加工品、シリカセメントに用いるシリカ質粉末、シリカフューム、石灰石微粉末、その他ポルトランドセメントの含有成分である物質を含む原料物質を選定して組み合わせて用い、全体としてセメントの原料となり得る物質のみからなる、ポルトランドセメントと同じ原料組成をもつように調合され、硬化後全量が再度セメントクリンカー原料として使用可能であるコンクリートおよびモルタル。
【請求項２】
上記硬化後のコンクリートおよびモルタルを破砕し、粒度調整をして得た再生骨材を、上記コンクリートおよびモルタルの骨材の全量またはその一部と置換してなる請求項１に記載のコンクリートおよびモルタル。
【請求項３】
請求項１または２に示すコンクリートおよびモルタル、またはそれらを用いて造られた構造物または製品、もしくはそれらの一部を破砕または解体することによって生じたコンクリートまたはモルタルの廃材を粉砕し、これをセメントクリンカー原料の一部として用いることを特徴とするコンクリートおよびモルタルのリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、完全にリサイクル可能なコンクリートおよびモルタルおよびそのリサイクル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物およびセメント・コンクリート製品に用いるモルタル・コンクリートは、その全量を再度セメントクリンカーの原料として用いることを意図することなしに、セメントクリンカー原料として不適切な物質を含む各種骨材を任意に用いて製造されている。そのため、これらモルタル・コンクリートが一旦廃棄される場合、それを有効に再利用する方法がなく、その一部がコンクリート用の再生骨材、路盤材やアスファルト舗装の床材、アスファルトコンクリート用の再生骨材等として再利用されているが、大部分はそのまま廃棄されている。
このようなモルタルまたはコンクリートの再利用をはかるべく、官民で研究開発が進められているが、品質上、良質の骨材となり難く、再利用が進展しがたい状況にある。また、廃棄処分については、廃棄処理地の不足や遠隔化、その管理の困難さなどの諸問題が発生し、環境汚染の原因ともなり、大きな社会問題となっている。
【０００３】
一方、コンクリート用骨材としては、天然の砂利・砂、各種岩石砕石・砕砂、人工軽量骨材、産業副産物から生産される各種スラグ骨材、石灰石砕石・砕砂などが用いられているが、その大部分は、天然の砂利・砂、岩石砕石・砕砂である。コンクリート用骨材の年間総需要量はおよそ５億トンに達しており、今後は、その資源不足と骨材採取に伴う環境破壊問題から、その供給を維持することが懸念されている。
【０００４】
近年、骨材資源不足対策の一環として、骨材として石灰石の利用が増大している。これは、環境保全対策などがよく施された状態で石灰石の採掘が可能であるからであり、現在では、年間石灰石採掘量の約１５％、３０００万トンがコンクリート用骨材として使われている。こうした石灰石の利用は、通常の岩石砕石や岩石砕砂の供給に困難があるのでその代替物として用いているのであり、一般に、岩石砕石や岩石砕砂と混合して使用されている。しかし、このコンクリートが廃棄されることにより、結果として、貴重な石灰石資源の浪費をもたらしており、石灰石を単に骨材として利用することに強い抵抗や批判がある。実際、現在の状況が続けば、いずれ国内石灰石資源が枯渇してしまうことが容易に予測される。
【０００５】
そこで、現在、上述のように廃棄コンクリートを破砕して再生骨材として利用することが検討されているが、品質のよい再生骨材を得るためには、充分に摩砕する必要がある。しかしこの時に生じる大量の粉末について、その再利用や廃棄処理が困難で、これが再生骨材の生産・利用を阻害する一因にもなっている。
【０００６】
また、石灰石はセメントクリンカーの主原料であるが、これを用いてセメントを製造する場合に、石灰石に固定されている二酸化炭素がセメント１トンあたり約０．５トン放出される。地球環境保全のためには、この二酸化炭素排出量を低減する必要がある。
【０００７】
また、産業副産物である高炉スラグ、銅スラグ、フライアッシュ、シリカフュームおよびこれらの加工品などが、コンクリート用材料として利用されているが、一度はコンクリート用材料として有効利用されたかに見えても、コンクリートが廃棄される時には、その再利用が困難で、その廃棄処理が問題となる。
【０００８】
このように、現在、わが国で毎年２億５千万ｍ３も使用されているコンクリートについて、将来の再利用や廃棄処理のことは充分には考えられていないのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来リサイクルが困難と考えられてきたコンクリートを、完全に何回でもリサイクル可能なコンクリートとし、これによって、以下に述べるように、現在および将来のコンクリートに関する環境問題、資源問題を根本的に解決しようとするものである。
【００１０】
１）完全にリサイクル可能なコンクリートを使用することによって再利用の課題を大幅に改善し、いずれは廃棄処理の必要をなくする。
２）石灰石資源は、わが国唯一の自給可能鉱物資源である。現在の確定可採鉱量およそ１００億トンを現在の年間消費量２．２億トンで割ると、約４５年で消費してしまうことになる。しかも、現在石灰石のコンクリート用骨材としての利用が急速に伸びている。コンクリートを完全にリサイクル可能とすることにより、現在及び将来の石灰石資源枯渇問題、骨材採取による環境破壊問題を解決する。
【００１１】
３）一度セメントクリンカーとして焼成した石灰質原料をセメントクリンカー原料の一部として再度用いて、二酸化炭素排出原単位を低減させ、また焼成エネルギーを低減し、これによって、セメント製造による環境への負の影響を小さくする。
【００１２】
４）高炉スラグ、フライアッシュ等の産業副産物を、本発明コンクリートに用いることにより、永久にリサイクルすることができ、その利用が促進される。また、高炉スラグの生成には製鉄時に石灰石が使用されているが、この石灰石資源の再利用をも行う。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、これまでのコンクリートでは考えられていなかった完全にリサイクル可能なコンクリート（以下完全リサイクルコンクリートという）という新しい概念にもとづき、実験的にこのコンクリートが完全にリサイクル可能であることを検証し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
前記諸課題は、次の方法によって解決することができる。
すなわち、（１）セメントの原料となり得る物質のみを骨材または混和材として用い、ポルトランドセメントと同じ原料組成をもつように調合し、硬化後その全量が再度セメントクリンカー原料として使用可能であるようにコンクリートおよびモルタルを製造し、使用すること、（２）これらのコンクリートおよびモルタルを使用した構造物、製品、またはそれらの一部が解体・廃棄される時に生じるコンクリートおよびモルタル廃材（以下コンクリート廃材という）を、セメントクリンカー原料またはその一部としてセメントを製造すること、（３）上記のコンクリート廃材のうち、セメントクリンカー原料として用いない部分は、これを破砕、粒度調整して再生骨材とし、これを上記（１）のコンクリートおよびモルタルの骨材に加えてコンクリートおよびモルタルを製造すること、（４）上記（３）において再生骨材を製造する時に生じる粉末をセメントクリンカー原料またはその一部としてセメントを製造すること、により解決することができる。
【００１５】
以下に、本発明に係わる、完全リサイクルコンクリートおよびリサイクルの方法について詳述する。
【００１６】
（１）完全リサイクルコンクリートの概念は、請求項１に示す通り、セメント材料と、骨材および混和材として、硬化後その全量がセメントクリンカー原料となり得る物質とを用いて成るコンクリートであり、モルタルをも含む。
上記セメント材料としては、一般のセメント例えば、ポルトランドセメント、混合セメント、その他の各種セメントなどを用いることができる。上記セメントクリンカーの原料となり得る物質とは、石灰質（ＣａＯ）成分、ケイ酸質（ＳｉＯ２）成分、アルミナ質（Ａｌ２Ｏ３）成分、鉄質（Ｆｅ２Ｏ３）成分の１種以上を主成分とする物質である。用いる骨材や混和材は、これらの物質を含む。一般に、骨材や混和材には、他の成分が不純物として含まれることが多いが、請求項３に示すリサイクル方法により再生されたセメントには、品質規格を満足し得ない程の不純物を含んでいてはいけない。セメント品質規格を満足しない場合は、完全リサイクルコンクリートとはいわない。
なお、コンクリートには、通常、各種の混和剤例えばＡＥ減水剤が用いられるが、一般にその使用量は微量で、コンクリートの完全リサイクル性を損なうことはない。完全リサイクルコンクリートにこれらを用いたものが含まれることは当然である。
【００１７】
本発明のコンクリートの製造にあたっては、材料および調合を適切に選定することにより、そのコンクリートの成分がポルトランドセメントの原料としての成分組成と同じになるようにすることが可能である。ただし、ここでは水分や二酸化炭素など焼成時に揮発する成分の量は含まないものとする。このように成分調整されたコンクリートは、硬化後、これを粉砕し、ほとんど成分調整をすることなく焼成するだけで、セメントクリンカーを得ることができる。請求項１にそれを示した。
【００１８】
（２）完全リサイクルコンクリートは廃棄されることなく、コンクリート廃材として回収し、これを粉砕してセメントクリンカー原料としてリサイクルすることができる。そのリサイクル方法は大別すると２方法である。この１つは請求項１に示すようにコンクリートの化学組成をセメントクリンカーの原料の化学組成と同一にし、硬化後、廃材を粉砕して、成分調整を殆んど必要とせずに、そのまま焼成する方法である。他の方法は、コンクリート廃材の粉砕物に、この粉砕物と実質的に同じ組成のセメント工場原料を加えて使用する方法である。これを請求項３に示した。
なお、ここでセメントクリンカー調合原料の調整、クリンカー焼成には特別の技術は必要としない。慣用の手段によって原料の調整とクリンカーの焼成を行う。原料に完全リサイクルコンクリートの廃材を、成分調整することなく用いることが特徴である。
【００１９】
（３）完全リサイクルコンクリートを用いたコンクリート構造物や製品が多くなると、将来その廃材量も多くなり、その全量をセメントクリンカー原料として用いると、セメントの総生産量に対して過剰になる場合がある。その時は、廃材の一部を破砕し、粒度調整を行って、コンクリート用再生骨材として再び本発明でいう完全リサイクルコンクリートに用いられる骨材に混合して使用することも可能である。このようにして作られたコンクリートはやはり完全リサイクルコンクリートとなる。さらに、再生骨材を分離後、生じた粉末は、上記（２）のリサイクル方法によりセメントクリンカー原料の一部として用いられ、これによって、コンクリートは永久にリサイクル可能な材料となる。
【００２０】
上述したように、本発明のコンクリート又はモルタルは、骨材、その他ポルトランドセメントの含有成分を含む材料を選定し、組み合せて、全体として、ポルトランドセメントと同じ原料組成をもつように調合することに、最も大きな特徴をもつ。
そして、コンクリートが廃材になった場合、それを粉砕し、焼成すれば、そのままポルトランドセメントとして再利用できる。また、上記コンクリートは廃材をセメントクリンカー原料の一部として用いる場合は、成分調整することなく、コンクリート廃材と実質的に同じ組成をもつバージン原料を用意し、これとコンクリート廃材の粉砕物とを混合してセメントクリンカー原料とし、これを焼成してポルトランドセメントにする。
こうして、本発明のコンクリート又はモルタルは、完全にリサイクルが可能になる。
【００２１】
次に、本発明の実施例に代えて、参考例を示す。この参考例は、本発明の完全リサイクルコンクリートに近いものである。ただ「成分調整」を行っている点で、本発明とは異なる。
【００２２】
参考例
普通ポルトランドセメント、石灰石砕石、石灰石砕砂、珪酸質岩石砕砂を用いて廃コンクリート（以下、原コンクリートという）を製造した。次いでこれを破砕し、それを用いたセメントクリンカー調合原料を電気炉で焼成し、粉砕して再生セメントを製造した。
【００２３】
このセメントの品質試験を実施した。
使用材料は以下の通りである。
0003555987.tif 000002
原コンクリートの調合は表１の通りである。
得られたコンクリートの性質は、表２に示すものであり、化学分析値は表３のようであった。化学分析値の内、ｉｇ．ｌｏｓｓの３６．２３％には、コンクリート中の自由水分、結合水および石灰石骨材中の二酸化炭素が含まれている。これを除くと、原コンクリートはセメントクリンカー原料としては、酸化アルミニウム、酸化第二鉄が不足している。
そこで、粗粉砕した原コンクリートにセメント用粘土質原料および酸化鉄原料を配合し成分調整を行ったが、酸化カルシウムが不足するため、石灰質原料をさらに加え、微粉砕してセメントクリンカー用調合原料を調整した。
これを電気炉で焼成した後、石膏を添加して試験用ボールミルで微粉砕して再生セメントを製造した。このセメントの化学組成および物理試験結果を表４および表５に示す。再生セメントの強さは市販セメントと同等以上であり、凝結時間も普通セメントの範囲内に入っている。
【００２４】
【表１】
0003555987.tif 000003
【００２５】
【表２】
0003555987.tif 000004
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
0003555987.tif 000007
【００２９】
【発明の効果】
本発明のコンクリートのように、セメントクリンカー原料として完全にリサイクルが可能な形でコンクリートが造られていれば、コンクリート構造物や製品が廃棄される時に、コンクリート廃材はセメントクリンカー原料としてそのまま使用することが可能であり、これを廃棄処理する必要は完全になくなる。
【００３０】
また、コンクリート廃材量がセメントクリンカー原料として必要な量以上となり、セメントクリンカー原料として全量を利用できない場合でも、このコンクリートは、適切な大きさに破砕することにより再生骨材としても利用することができる。この再生骨材を用いたコンクリートは再び完全リサイクルコンクリートとなり、これを繰り返すことにより永久にリサイクルを続けることができる。なお、コンクリート廃材から再生骨材を製造する時に生じる粉末は、通常のコンクリートでは利用困難な物として問題になるが、完全リサイクルコンクリートの場合には、セメントクリンカー原料として容易に使用することができる。このように本発明のコンクリートを使用した構造物や製品は、解体時、廃棄されることなくセメントクリンカー原料もしくは再生骨材として全量リサイクルされ、コンクリートの廃棄処理問題が著しく改善される。
【００３１】
なお、レディーミクストコンクリート工場においては、日常の生産工程において、アジテータに付着したコンクリートの洗浄水の処理およびいわゆる戻りコンクリートの処理が大きな問題となっているが、本発明のコンクリートを製造する限り、その廃棄処理問題はほとんど解決される。
【００３２】
石灰石骨材をこの完全リサイクルコンクリートとして使用すれば、石灰石資源を構造物の形で永久に保存・蓄積することが可能となり、コンクリート用骨材の不足問題を改善することができる。
【００３３】
高炉スラグ、フライアッシュ、およびこれらの加工品などの産業副産物の一部はすでにコンクリート用材料として利用されているが、本発明のコンクリートに用いることにより、永久にリサイクルすることができるようになり、その利用を促進することができるようになる。
【００３４】
本発明のコンクリートをセメントクリンカー原料としてリサイクルすると、そのコンクリート中のセメント硬化体部分は、二酸化炭素を排出することなく再生セメントとなるため、従来の石灰質原料として石灰石のみを使用した場合に比べ、二酸化炭素排出量原単位が小さくなり、セメント製造における二酸化炭素排出総量を低減する。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、コンクリートは鉄やアルミニウムなどと同じように、何回でもリサイクルが可能な材料となり、コンクリート廃材の廃棄処理問題の根本的改善、石灰石資源の永久的保存、セメント製造における二酸化炭素排出量の抑制、現在の骨材資源問題の緩和、各種の産業副産物の利用促進など、地球環境問題、資源問題の改善策としてきわめて大きな効果をもつ。
【００３６】
本発明のコンクリートの使用により、将来、コンクリート廃材はセメントクリンカー原料としてまたは完全リサイクルコンクリート用再生骨材として全量を再利用することが可能になるが、そのためにはこのコンクリートの製造及び使用にあたって、他のリサイクル困難なコンクリートとの混用がないように充分な管理が必要である。