(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リサイクルセメントを提供する。【解決手段】窯業系建材の廃材を主原料として製造されるリサイクルセメントに関する。上記廃材を粉砕した後、この粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離し、Ｃａリッチ材にＣａ化合物を添加すると共にこれを焼成する。【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されるリサイクルセメントであって、上記廃材を粉砕した後、この粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離し、Ｃａリッチ材にＣａ化合物を添加すると共にこれを焼成して成ることを特徴とするリサイクルセメント。
【請求項２】
上記粉砕物を篩い分けによって分離して成ることを特徴とする請求項１に記載のリサイクルセメント。
【請求項３】
上記粉砕物を風力による分級によって分離して成ることを特徴とする請求項１に記載のリサイクルセメント。
【請求項４】
上記粉砕物を遠心力によって分離して成ることを特徴とする請求項１に記載のリサイクルセメント。
【請求項５】
上記粉砕物から得られたＳｉリッチ材を請求項１乃至４のいずれかに記載のリサイクルセメントに添加すると共にこれを成形して成ることを特徴とする窯業系建材。
【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製造されるリサイクルセメント及びこのリサイクルセメントを用いて製造される窯業系建材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、これらを配合した後、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０．７〜０．８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を粉砕し、この粉砕物にカルシウム分として石灰石（ＣａＣＯ３）等を添加した後、これを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、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程度に調整しておく必要がある。主原料となる窯業系建材の廃材のＣ／Ｓはもともと０．７〜０．８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。そうすると、例えば、出発原料である廃材の量を１とした場合には、この廃材から得られるリサイクルセメントの量は質量比で約２となる。さらにこのリサイクルセメントが全て使用されると仮定すると、これから得られる窯業系建材の量は質量比で約５〜６程度に膨れ上がる。そして、このようなリサイクルで得られた窯業系建材の廃材もまたリサイクルセメントの主原料となる。以上のような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続けることとなり、マテリアルバランスが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リサイクルセメント及びこのようなリサイクルセメントを用いて製造される窯業系建材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に係るリサイクルセメントは、窯業系建材の廃材を主原料として製造されるリサイクルセメントであって、上記廃材を粉砕した後、この粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離し、Ｃａリッチ材にＣａ化合物を添加すると共にこれを焼成して成る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、上記粉砕物を篩い分けによって分離して成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において、上記粉砕物を風力による分級によって分離して成る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において、上記粉砕物を遠心力によって分離して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項５に係る窯業系建材は、上記粉砕物から得られたＳｉリッチ材を請求項１乃至４のいずれかに記載のリサイクルセメントに添加すると共にこれを成形して成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に係るリサイクルセメントによれば、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、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。
【００１３】
請求項３の発明によれば、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。
【００１４】
請求項４の発明によれば、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る窯業系建材によれば、原料の大部分をリサイクルセメントやＳｉリッチ材のようなリサイクル品でまかなっているので、長期的に環境負荷を低減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】
本発明に係るリサイクルセメントは、窯業系建材の廃材を主原料として製造されるものである。
【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、これらを配合した後、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４〜１０時間養生する。このようにして得られた窯業系建材はシリカ分の割合が比較的多く、Ｃ／Ｓは０．７〜０．８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る。本発明では、まず、ボールミルやローラーミル等を用いて、上記廃材を粉砕した後、この粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離する。Ｃａリッチ材とは、Ｃ／Ｓが１．０以上（実質上の上限は１．５）であるようなカルシウム分の割合が比較的多い粉粒体をいい、一方、Ｓｉリッチ材とは、Ｃ／Ｓが０．１〜０．５であるようなシリカ分の割合が比較的多い粉粒体をいい、このＳｉリッチ材は窯業系建材よりもさらにシリカ分の割合が多くなっている。
【００２０】
ここで、上記廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離するにあたっては、篩い分けによって行うことができる。Ｓｉリッチ材に比べてＣａリッチ材は柔らかく粉砕されやすいので、Ｓｉリッチ材の平均粒径に比べてＣａリッチ材の平均粒径は小さくなる。そのため、両者の平均粒径の間の目開きを有する篩いを用い、廃材の粉砕物をこの篩いに掛けることによって篩い分けを行えば、篩いを通過したものがＣａリッチ材となり、篩いを通過せずに残ったものがＳｉリッチ材となる。このように、篩い分けによれば、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。具体例を挙げて説明すると、内容積５００ｃｍ３、ボール径２０ｍｍのボールを入れた有効容積４００ｃｍ３のボールミルを用いて、２００ｒｐｍ、２０分間の条件で廃材１００ｇを粉砕した後、この粉砕物を目開き２０〜３０μｍ程度の篩いに掛けて篩い分けを行うと、篩いを通過したＣａリッチ材５４ｇと、篩いを通過しなかったＳｉリッチ材４６ｇとに容易に分離することができる。なお、Ｃａリッチ材及びＳｉリッチ材のＣ／Ｓの調整は、篩いの目開き等を変更することによって行うことができる。
【００２１】
また、上記廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離するにあたっては、例えば、風力分級機とミルを組み合わせて用いて、風力による分級によって行うこともできる。具体的には、廃材を粉砕するためのミルとしては、微粉化に有効なボールミルやローラーミル等を用い、このようなミルの上方に遠心型の風力分級機を設置する。風力分級機には微粉の出口が設けてあり、所定の分級点に達した微粉はこの出口から回収される。一方、所定の分級点に達しなかった粗粉は下方のミルに戻され、再度粉砕されることとなる。上述したようにＳｉリッチ材の平均粒径に比べてＣａリッチ材の平均粒径は小さく、また、Ｓｉリッチ材に比べてＣａリッチ材の比重は小さい。そのため、上記のような風力による分級を行えば、いち早く微粉となって回収されるものがＣａリッチ材となり、なかなか回収されずに残っている粗粉がＳｉリッチ材となる。このように、風力による分級によっても、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。なお、Ｃａリッチ材及びＳｉリッチ材のＣ／Ｓの調整は、分級点等を変更することによって行うことができ、例えば、分級点を２０μｍ以下に設定し、微粉の収率が５０％に達したときの回収物をＣａリッチ材とする。
【００２２】
また、上記廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離するにあたっては、遠心力を利用することによって行うこともできる。具体的には、ボールミル等を用いて、２００ｒｐｍ、６０分間の条件で廃材を粉砕した後、この粉砕物を水と一緒に所定の容器に入れる。粉砕物と水の量は、粉砕物：水（質量比）＝１：４〜９（濃度１０〜２０質量％）程度である。上述したようにＳｉリッチ材に比べてＣａリッチ材の比重は小さい。そのため、粉砕物及び水を入れた容器を遠心分離機にセットして、例えば、３０００ｒｐｍ、１０分間の条件で遠心力をかければ、比重の小さいＣａリッチ材が水中の上層部に多く集まると共に、比重の大きいＳｉリッチ材が水中の下層部に沈降して多く集まる。遠心力をかけた後は、上澄み液を除去し、上層部と下層部を１：１に分離する。上層部がＣａリッチ材であり、下層部がＳｉリッチ材である。このように、遠心力を利用することによっても、廃材の粉砕物をＣａリッチ材とＳｉリッチ材とに容易に分離することができるものである。なお、水の代わりにエタノール等のアルコールを用いてもよい。アルコール中であれば、粉砕物における未反応物が反応することはなく、凝集が起こりにくくなるので、さらに分離しやすくなるものである。また、廃材を粉砕する時間を長くしたり、ミルの回転数を高めたりして、廃材をより細かく粉砕しておくと、分離しやすい傾向がある。また、Ｃａリッチ材及びＳｉリッチ材のＣ／Ｓの調整は、遠心分離機の回転数等を変更することによって行うことができる。
【００２３】
そして、リサイクルセメントを製造するにあたっては、Ｓｉリッチ材は用いずに、Ｃａリッチ材を用いる。リサイクルセメントは、Ｃａリッチ材にカルシウム分として石灰石（ＣａＣＯ３）等のＣａ化合物を添加し、これを１３００〜１５００℃で焼成することによって製造することができる。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。ここで、リサイクルセメントの主原料として、廃材の粉砕物を分離しないでそのまま使用すると、Ｃ／Ｓが０．７〜０．８程度であるため、Ｃａ化合物を多量に添加する必要があるが、Ｃａリッチ材はＣ／Ｓが１．０以上に高められているので、廃材の粉砕物をそのまま使用する場合に比べて、Ｃａ化合物の添加量を少量に抑えることができるものである。Ｃａリッチ材のＣ／Ｓは高ければ高いほど良く、例えば、Ｃ／Ｓが３．３程度であれば、もとの普通セメントのＣ／Ｓとほぼ同じであり、Ｃａ化合物の添加量を大幅に削減することができ、天然資源の浪費を防止して省資源化を図ることができるものである。なお、Ｃａリッチ材のＣ／Ｓが３．３を超えているような場合には、Ｃａ化合物の添加はもはや不要となる。
【００２４】
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（混和材）及び補強繊維等を添加した後、これを成形すると共に、例えば、４０〜１００℃、８〜２４時間の条件で蒸気養生をしたり、また、１６５〜１８０℃、０．７〜１ＭＰａ、４〜１０時間の条件でオートクレーブ養生したりすることによって、再度窯業系建材を製造することができる。このように、リサイクルセメントを普通セメントの代わりに用いるようにすれば、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。
【００２５】
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、上述したＳｉリッチ材を用いるのが好ましい。Ｓｉリッチ材は、窯業系建材の廃材の粉砕物から得られたものであるが、なお多くの未反応シリカ分を含んでいる。そのため、リサイクル品ではないフレッシュなシリカ系材料を用いる場合と同様に、Ｓｉリッチ材を用いる場合においても、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を生成させることができる。その結果、フレッシュなシリカ系材料を用いて製造した窯業系建材と同程度に高強度の窯業系建材を製造することができるものである。このように、フレッシュなシリカ系材料の代わりにＳｉリッチ材を用いることにより、天然資源の浪費を防止して省資源化を図ることができるものである。そして、上記のようにして得られた窯業系建材にあっては、その原料の大部分をリサイクルセメントやＳｉリッチ材のようなリサイクル品でまかなっているので、長期的に環境負荷を低減することができるものである。
【００２６】
その後、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、その役目を終えた後に廃材となるが、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】
【００２７】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２８】
リサイクルセメントの主原料となる窯業系建材の廃材（材料２）の化学成分（％）を下記［表１］に示す。なお、石灰石の化学成分（％）も下記［表１］に示す。また、下記［表１］中、「その他」とは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の微量成分や強熱減量であり、以下でも同じ意味である。
【００２９】
【表１】
2006176361.tif 000002
【００３０】
まず、内容積５００ｃｍ３、ボール径２０ｍｍのボールを入れた有効容積４００ｃｍ３のボールミルを用いて、２００ｒｐｍ、２０分間の条件で廃材（材料２）を粉砕した後、この粉砕物を目開き２０μｍの篩いに掛けることによって篩い分けを行った。その結果、５４質量％のＣａリッチ材（材料１）と、４６質量％のＳｉリッチ材（材料３）とに容易に分離することができた。つまり、質量比で１の廃材から、０．５４のＣａリッチ材（材料１）と０．４６のＳｉリッチ材（材料３）とが得られたこととなる。これらの化学成分（％）を下記［表２］に示す。
【００３１】
【表２】
2006176361.tif 000003
【００３２】
Ｃａリッチ材（材料１）のＣ／Ｓは１．４２であり、このＣ／Ｓを３．３にするため、質量比で１の廃材から得られた０．５４のＣａリッチ材（材料１）に対し、質量比で０．５３の炭酸カルシウムを添加した。その後、これを１４５０℃で１時間焼成し、脱炭酸等の重量減少を経た後に、質量比で０．８２のリサイクルセメント（材料１−２）が得られた。
【００３３】
また、Ｃａリッチ材とＳｉリッチ材とに分離しない廃材の粉砕物（材料２）のＣ／Ｓは０．７であり、このＣ／Ｓを３．３にするため、質量比で１の廃材（材料２）に対し、質量比で１．７８の炭酸カルシウムを添加した。その後、これを１４５０℃で１時間焼成し、脱炭酸等の重量減少を経た後に、質量比で１．８３の従来のリサイクルセメント（材料２−２）が得られた。
【００３４】
ここで、材料２に添加した炭酸カルシウムの量と、材料１に添加した炭酸カルシウムの量とを比較すると、前者は１．７８であるのに対し、後者は０．５３であることから、廃材の粉砕物を分離しない場合よりも分離する場合の方が、炭酸カルシウムの添加量を約７０％も減少できることが確認された。
【００３５】
そして、上記のようにして得られた２種のリサイクルセメント又は市販セメント（普通ポルトランドセメント）に、混和材であるシリカ系材料（Ｓｉリッチ材（材料３）、フライアッシュ、珪石粉）及び補強繊維（パルプ）を添加し、これを蒸気養生（８０℃、２４時間）、オートクレーブ養生（１８０℃、１ＭＰａ、１０時間）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曲げ強度（蒸気養生後及びオートクレーブ後）を下記［表３］に示す。
【００３６】
なお、曲げ強度は、サンプルサイズ１５０×４０×１２ｍｍ、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。
【００３７】
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）
【００３８】
【表３】
2006176361.tif 000004
【００３９】
上記［表３］にみられるように、市販セメントを用いた比較例１、３及び従来のリサイクルセメント（材料２−２）を用いた比較例２と対比して、実施例１、２の曲げ強度は実用上何ら問題がないことが確認された。
【００４０】
また、比較例２、実施例１、２について、出発原料である廃材の量を１とした場合に、窯業系建材を製造するのに必要とされるセメント、混和材、繊維の量を下記［表４］に示す。
【００４１】
【表４】
2006176361.tif 000005
【００４２】
上記［表４］にみられるように、従来のリサイクルセメント（材料２−２）を用いた比較例２では、質量比で１の廃材から最終的に４．５８の窯業系建材が得られたのに対し、実施例１、２では、質量比で１の廃材から最終的に２．０６の窯業系建材が得られた。このことから、本発明によれば、従来よりも廃材の利用率が高く、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できることが確認された。しかも実施例２では、混和材の一部をＳｉリッチ材（材料３）でまかなっているので、さらに長期的に環境負荷を低減できるものである。
【００４３】
次に、廃材の粉砕物（材料２）を風力による分級によって分離した例と、遠心力によって分離した例とを示す。
【００４４】
風力による分級は、風力分級機とミルを組み合わせて用いることによって行い、分級点を２０μｍ以下に設定し、微粉の収率が５０％に達したときの回収物をＣａリッチ材とした。これにより、質量比で１の廃材から０．５０のＣａリッチ材（材料４）が得られた。一方、遠心力による分離は、水に廃材の粉砕物を濃度１０質量％となるように加えたものに遠心力（３０００ｒｐｍ、１０分間）をかけることよって行い、上層部と下層部を１：１に分離した場合の上層部をＣａリッチ材とした。これにより、質量比で１の廃材から０．５０のＣａリッチ材（材料５）が得られた。Ｃａリッチ材（材料４、５）の化学成分（％）を下記［表５］に示す。
【００４５】
【表５】
2006176361.tif 000006
【００４６】
Ｃａリッチ材（材料４）のＣ／Ｓは１．２３であり、このＣ／Ｓを３．３にするため、質量比で１の廃材から得られた０．５０のＣａリッチ材（材料４）に対し、質量比で０．４９の炭酸カルシウムを添加した。その後、これを１４５０℃で１時間焼成し、脱炭酸等の重量減少を経た後に、質量比で０．６６のリサイクルセメント（材料４−２）が得られた。
【００４７】
また、Ｃａリッチ材（材料５）のＣ／Ｓは１．２１であり、このＣ／Ｓを３．３にするため、質量比で１の廃材から得られた０．５０のＣａリッチ材（材料５）に対し、質量比で０．５５の炭酸カルシウムを添加した。その後、これを１４５０℃で１時間焼成し、脱炭酸等の重量減少を経た後に、質量比で０．７２の従来のリサイクルセメント（材料５−２）が得られた。
【００４８】
そして、上記のようにして得られた２種のリサイクルセメントに、混和材であるシリカ系材料（フライアッシュ、珪石粉）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（１８０℃、１ＭＰａ、１０時間）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を下記［表６］に示す。
【００４９】
【表６】
2006176361.tif 000007
【００５０】
従来のリサイクルセメント（材料２−２）を用いた比較例２では、質量比で１の廃材から最終的に４．５８の窯業系建材が得られたのに対し（上記［表４］参照）、上記［表６］にみられるように、実施例３、４では、質量比で１の廃材から最終的にそれぞれ１．６６、１．８０の窯業系建材が得られた。このことから、本発明によれば、従来よりも廃材の利用率が高く、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できることが確認された。