(57)【要約】【課題】窯業系建材の廃材を利用して再度窯業系建材を製造する場合において、必要以上の窯業系建材が製造されないように製造量を抑制することができ、長期的に環境負荷を低減することができる窯業系建材の製造方法を提供する。【解決手段】窯業系建材の廃材を主原料として製造したリサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する窯業系建材の製造方法に関する。背材となる前の元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率よりも、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料の添加比率の方が少ない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窯業系建材の廃材を主原料として製造したリサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する窯業系建材の製造方法において、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率よりも、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料の添加比率の方が少ないことを特徴とする窯業系建材の製造方法。
【請求項２】
リサイクルセメントに添加するシリカ系材料として、シリカヒュームを用いることを特徴とする請求項１に記載の窯業系建材の製造方法。
【請求項３】
廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度の方が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の窯業系建材の製造方法。
【請求項４】
廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間の方が長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窯業系建材の製造方法。
【請求項５】
リサイクルセメントを製造する際の主原料として、非晶質シリカが配合された窯業系建材の廃材を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の窯業系建材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等の窯業系建材の廃材を利用して再度窯業系建材を製造する窯業系建材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より広く利用されている窯業系建材は、普通セメント（普通ポルトランドセメント）、シリカ系材料（フライアッシュや珪石粉等）、補強繊維（パルプ等）等を原材料として用い、オートクレーブ養生することによって製造されている。窯業系建材において、普通セメントは３０〜４０重量％を占め、残りの７０〜６０重量％をシリカ系材料及び補強繊維等が占めている。パルプ等の補強繊維を除き、普通セメントやシリカ系材料は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ等を主成分として含み、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等を微量成分として含んでいる。そして、普通セメントのＣ／Ｓ（ＣａＯとＳｉＯ２のモル比をいう。以下同じ。）はカルシウムリッチであるため３．３程度であるが、窯業系建材を製造する場合にはシリカ系材料が添加されるため、窯業系建材のＣ／Ｓは普通セメントのＣ／Ｓよりも低くなり０．７程度となる。
【０００３】
ところで、近年においては、資源の有効活用の観点から、窯業系建材の廃材を主原料とするリサイクルセメントの製造が行われている（例えば、特許文献１参照。）。このリサイクルセメントは、外装材等として使用された後の窯業系建材の廃材にカルシウム分として石灰石（ＣａＣＯ３）等を添加し、これを粉砕した後、焼成することによって製造されている。そして、このようにして得られたリサイクルセメントを普通セメントの代わりに用いることによって、再度窯業系建材を製造することができるものである。
【特許文献１】特開２００３−２０１１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したリサイクルシステムでは次のような点で問題がある。すなわち、リサイクルセメントに水硬性を付与するためにはエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）の生成が必要であるため、リサイクルセメントのＣ／Ｓも普通セメントのＣ／Ｓと同様に３．３程度に調整する必要がある。主原料となる窯業系建材の廃材のＣ／Ｓはもともと０．７程度であることから、リサイクルセメントを製造する場合には大量のカルシウム分が必要とされる。また、このようにして得られたリサイクルセメントを用いて再度窯業系建材を製造する場合には、上記のように大量のカルシウム分が使用されたのに伴い、大量のシリカ系材料が必要とされる。さらに、このようにして再度得られた窯業系建材の量は、リサイクルセメントの製造に使用した窯業系建材の廃材の量の４〜５倍程度に膨れ上がる。つまり、上述したリサイクルシステムによれば、需要を上回る量の窯業系建材が供給されることとなり、却って資源の無駄になるばかりでなく、マテリアルバランスも失われるものである。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、窯業系建材の廃材を利用して再度窯業系建材を製造する場合において、必要以上の窯業系建材が製造されないように製造量を抑制することができ、長期的に環境負荷を低減することができる窯業系建材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る窯業系建材の製造方法は、窯業系建材の廃材を主原料として製造したリサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する窯業系建材の製造方法において、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率よりも、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料の添加比率の方が少ないことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料として、シリカヒュームを用いることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度の方が高いことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間の方が長いことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、リサイクルセメントを製造する際の主原料として、非晶質シリカが配合された窯業系建材の廃材を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に係る窯業系建材の製造方法によれば、窯業系建材の廃材を利用して再度窯業系建材を製造する場合において、必要以上の窯業系建材が製造されないように製造量を抑制することができ、長期的に環境負荷を低減することができるものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００１３】
請求項３の発明によれば、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００１４】
請求項４の発明によれば、リサイクルセメント中のカルシウム分とシリカ系材料とのポゾラン反応による結晶化が良好に進行し、カルシウムリッチな場合であっても、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００１５】
請求項５の発明によれば、リサイクルセメントを製造する際のカルシウム分の添加量を若干減少させることができると共に、リサイクルセメントの製造量も抑制することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明に係る窯業系建材の製造方法は、まず、窯業系建材の廃材を主原料としてリサイクルセメントを製造し、次に、このリサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造するものである。
【００１８】
廃材となる前の元の窯業系建材は、普通セメント（Ｃ／Ｓ＝３．３±０．３）、シリカ系材料（フライアッシュや珪石粉等）、補強繊維（パルプ等）を原材料として用い、オートクレーブ養生することによって製造することができる。ここで、普通セメントは３０〜４０重量％、シリカ系材料及び補強繊維等は７０〜６０重量％配合することができる。また、オートクレーブ養生とは高温高圧のもとに養生することをいうが、一般的には、１６５〜１８０℃、０．７〜１ＭＰａのもとで４〜６時間養生する。このようにして得られた窯業系建材のＣ／Ｓは０．７程度となる。
【００１９】
上記のようにして得られた窯業系建材は、外装材等として一定期間使用され、そしてその役目を終えた後に廃材となり、リサイクルセメントの主原料となる。リサイクルセメントは、窯業系建材の廃材にカルシウム分として石灰石（ＣａＣＯ３）等を添加し、これをローラーミル等で粉砕した後、１３００〜１５００℃で焼成することによって製造することができる。ここで、リサイクルセメントのＣ／Ｓは３．３±０．３となるように調整し、これによりリサイクルセメントに水硬性が付与される。
【００２０】
ここで、リサイクルセメントを製造する際の主原料として、フライアッシュ等の非晶質シリカが配合された窯業系建材の廃材を用いるのが好ましい。珪石粉等の結晶質シリカが配合された窯業系建材とフライアッシュ等の非晶質シリカが配合された窯業系建材とを比較すると、後者の方が、リサイクルセメントの製造時に固溶反応が起こりやすく、仮にＣ／Ｓが３．３よりも低い場合、例えばＣ／Ｓ＝２．８〜３．０の場合においても、固溶反応が有効に進行し、水硬性を有するエーライトも十分に生成される。すなわち、非晶質シリカが配合された窯業系建材の廃材を用いると、リサイクルセメントを製造する際のカルシウム分の添加量を若干減少させることができると共に、リサイクルセメントの製造量も抑制することができるものである。
【００２１】
その後、上記のようにして得られたリサイクルセメントを普通セメントの代わりに用い、このリサイクルセメントにシリカ系材料及び補強繊維等を添加し、これをオートクレーブ養生することによって再度窯業系建材を製造することができる。ただし、リサイクルセメントへのシリカ系材料の添加比率が従来とは異なる点に本発明の特徴がある。すなわち、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率よりも、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料の添加比率の方が少ない。Ｃ／Ｓでいえば、従来はＣ／Ｓが３．３から０．７になるまで大量のシリカ系材料を添加していたのに対し、本発明ではＣ／Ｓが３．３から１．０〜１．５になるまでしかシリカ系材料を添加しないものである。このようにシリカ系材料の添加比率を少なくしても、再度得られる窯業系建材の強度は十分に確保することができる。これは、リサイクルセメントの主原料となる窯業系建材の廃材に未反応のシリカ系材料が残存しているからである。そして、上記のようにシリカ系材料の添加比率を少なくすることにより、窯業系建材の廃材を利用して再度窯業系建材を製造する場合において、必要以上の窯業系建材が製造されないように製造量を抑制することができ、長期的に環境負荷を低減することができるものである。しかしながら、従来のようにリサイクルセメントに添加するシリカ系材料の添加比率が多いと、必要以上の窯業系建材が製造されることとなり、マテリアルバランスを保つことができなくなるものである。
【００２２】
ここで、リサイクルセメントに添加するシリカ系材料としては、シリカヒュームを用いるのが好ましい。通常、リサイクルセメント中のカルシウム分とシリカ系材料とが含水下において反応し、ケイ酸カルシウム水和物が生成されることによって、窯業系建材の強度が確保されるが、フライアッシュや珪石粉等に比べてシリカヒュームは比表面積が非常に大きい微粉末シリカであるため、リサイクルセメント中のカルシウム分との反応（ポゾラン反応）が良好に進行し、トベルモライト等の安定した水和物結晶が生成されることとなる。よって、これにより、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００２３】
また、リサイクルセメントを用いて窯業系建材を製造する場合において、オートクレーブ養生の養生温度及び養生時間はそれぞれ以下のように設定するのが好ましい。
【００２４】
すなわち、養生温度については、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度（１６５〜１７０℃）よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の温度の方が高いことが好ましい。これにより、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００２５】
一方、養生時間については、廃材となる前の元の窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間（４〜６時間）よりも、リサイクルセメントにシリカ系材料を添加することによって再度窯業系建材を製造する際の高温高圧養生の時間の方が長いことが好ましい。これにより、リサイクルセメント中のカルシウム分とシリカ系材料とのポゾラン反応による結晶化が良好に進行し、Ｃ／Ｓが１．０〜１．５であるようなカルシウムリッチな場合であっても、再度製造される窯業系建材の強度を高めることができるものである。
【００２６】
リサイクルセメントを用いて製造された窯業系建材は、外装材等として一定期間使用され、そしてその役目を終えた後に廃材となり、再度リサイクルセメントの主原料とすることができる。再度リサイクルセメントを製造する場合においてもリサイクルセメントのＣ／Ｓは３．３±０．３となるように調整するが、窯業系建材の廃材のＣ／Ｓは０．７ではなく１．０〜１．５となっているため、カルシウム分としての石灰石（ＣａＣＯ３）等の添加量は従来よりも少なくて済むものである。よって、リサイクルセメントも必要以上に製造されないようにすることができるものである。
【００２７】
その後、上記のようにして得られたリサイクルセメントを用い、上述した工程を繰り返すことにより、再度窯業系建材を製造することができ、リサイクルシステムを構築することができるものである。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２９】
廃材となる前の元の窯業系建材は、普通セメント（普通ポルトランドセメント）、シリカ系材料（フライアッシュ及び珪石粉）、補強繊維（パルプ）を原材料として用い、１７０℃、０．８ＭＰａのもとで４時間オートクレーブ養生することによって製造した。各原材料の化学成分（％）を下記［表１］に示す。なお、シリカヒュームは元の窯業系建材の原材料ではないが、再度窯業系建材を製造する際に使用するので、シリカヒュームの化学成分（％）も下記［表１］に示す。また、下記［表１］中、「その他成分」とはＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の微量成分であり、「ｉｇ．ｌｏｓｓ」とは強熱減量である。
【００３０】
【表１】
2006044991.tif 000002
【００３１】
各原材料の配合割合（質量％）とＣ／Ｓを下記［表２］に示す。フライアッシュと珪石粉との比率は４：１とした。
【００３２】
【表２】
2006044991.tif 000003
【００３３】
次に、上記のようにして得られた窯業系建材を外装材として所定期間使用した後、この廃材をリサイクルセメントの主原料として用いた。リサイクルセメントは、上記外装材の廃材にカルシウム分として石灰石を添加し、これをローラーミルで粉砕した後、１３００℃で焼成することによって製造した。各原材料の化学成分（％）を下記［表３］に示す。なお、下記［表３］中、「その他成分」とはＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の微量成分であり、「ｉｇ．ｌｏｓｓ」とは強熱減量である。
【００３４】
【表３】
2006044991.tif 000004
【００３５】
各原材料の配合割合（質量％）とＣ／Ｓを下記［表４］に示す。石灰石は、Ｃ／Ｓが０．７から３．３になるまで添加した。
【００３６】
【表４】
2006044991.tif 000005
【００３７】
そして、上記のようにして得られたリサイクルセメントにシリカ系材料（フライアッシュ、珪石粉、シリカヒューム）及び補強繊維（パルプ）を添加し、これをオートクレーブ養生することによって再度窯業系建材を製造した。各原材料の配合割合（質量％）、再度得られた窯業系建材のＣ／Ｓ、養生温度、養生時間、再度得られた窯業系建材の曲げ強度を下記［表５］に示す。
【００３８】
なお、曲げ強度は、サンプルサイズ１６０×４０×１２ｍｍ、スパン１００ｍｍ、試験速度２ｍｍ／分で３点曲げ強度を測定し、下記式で求めた。
【００３９】
ｋ＝３×Ｓ×ｍ／（２×ｈ×Ｗ２）
ｋ：曲げ強度（ＭＰａ）
Ｓ：スパン（ｍｍ）
ｍ：曲げ破壊荷重（Ｎ）
ｈ：幅（ｍｍ）
Ｗ：厚み（ｍｍ）
また、再度得られた窯業系建材の量を廃材の量を基準として質量比で下記［表５］に示す。
【００４０】
【表５】
2006044991.tif 000006
【００４１】
上記［表５］にみられるように、元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率とリサイクルセメントに添加したシリカ系材料の添加比率とが同じである比較例では、廃材の量の４．７倍という必要以上の量の窯業系建材が得られることとなり、マテリアルバランスを保つことができなくなることが確認される。
【００４２】
これに対して、元の窯業系建材を製造する際に添加したシリカ系材料の添加比率よりも、リサイクルセメントに添加したシリカ系材料の添加比率の方が少ない実施例１〜５では、再度得られる窯業系建材の量を廃材の量の２．２〜３．３倍の量に抑制することができることが確認される。特に、実施例１〜５のようにシリカ系材料の添加比率を６０質量％以下にすると、マテリアルバランスを保つことができることが確認される。
【００４３】
曲げ強度については、実施例１〜５より比較例の方が多少優れているが、実施例１〜５の曲げ強度は実用上何ら問題がないものである。
【００４４】
ここで、実施例１、２、４、５と実施例３とを対比すると、シリカヒュームを用いた実施例３の方が、再度得られる窯業系建材の強度を高めることができることが確認される。
【００４５】
また、実施例２と実施例４とを対比すると、通常よりも養生温度を高くした実施例４の方が、再度得られる窯業系建材の強度を高めることができることが確認される。
【００４６】
また、実施例２と実施例５とを対比すると、通常よりも養生時間を長くした実施例５の方が、再度得られる窯業系建材の強度を高めることができることが確認される。
【００４７】
次に、上記のようにして得られた比較例の窯業系建材（１）、実施例１の窯業系建材（２）及び実施例２〜５の窯業系建材（３）を廃材とし、これらの廃材をリサイクルセメントの主原料として用いた。この場合のリサイクルセメントも、上記廃材（１）〜（３）にカルシウム分として石灰石を添加し、これをローラーミルで粉砕した後、１３００℃で焼成することによって製造した。各原材料の配合割合（質量％）とＣ／Ｓを下記［表６］に示す。石灰石は、廃材（１）についてはＣ／Ｓが０．７から３．３になるまで、廃材（２）についてはＣ／Ｓが１．０から３．３になるまで、廃材（３）についてはＣ／Ｓが１．５から３．３になるまで、それぞれ添加した。
【００４８】
【表６】
2006044991.tif 000007
【００４９】
上記［表６］にみられるように、Ｃ／Ｓが０．７である廃材（１）では、カルシウム分として添加する石灰石が多量に必要であり、しかも、廃材の量の１．８７倍という必要以上の量のリサイクルセメントが得られることとなり、マテリアルバランスを保つことができなくなることが確認される。
【００５０】
これに対して、Ｃ／Ｓが１．０である廃材（２）及びＣ／Ｓが１．５である廃材（３）では、カルシウム分として添加する石灰石がいずれも少量で済み、しかも、再度得られるリサイクルセメントの量はそれぞれ廃材の量の１．７１倍及び１．４倍であり、マテリアルバランスを保つことができることが確認される。