(57)【要約】【課題】コンクリート等の粉砕において、短時間で１５０μｍ以下の微粉末まで粉砕し、かつ骨材も微粉化することができる方法を提供する。【解決手段】モーターにより駆動される回転子と、その回転子の外周に、固定の有底円筒部材が嵌合された粉砕機を用い、回転子を回動するとともに上下動させて有底円筒部材の底部及び内側面で衝撃力と摩砕力を被粉砕物に作用させ粉砕する。【選択図】図１
2013043168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターにより駆動される回転子と、その回転子の外周に、固定の有底円筒部材が嵌合載置された粉砕機。
【請求項２】
回転子が回動するとともに上下動する機構を有することを特徴とする請求項１記載の粉砕機。
【請求項３】
回転子が、その回転軸を中心軸として時計回り、及び反時計回りに回動する機構を有することを特徴とする請求項１記載の粉砕機。
【請求項４】
固定の有底円筒部材と回転子との間隙に被粉砕物を投入し、回転子を回動及び上下動させ被粉砕物を粉砕することを特徴とする粉砕方法。
【請求項５】
粉砕時間をｔ（秒）、粉砕物のうち最大粒径が１５０μｍ以下の粉砕物の割合をｙ（％）としたとき、
ｙ≧９７−３９６０×（１／ｔ）
であることを特徴とする請求項４記載の粉砕方法。
【請求項６】
回転子のモーターと接続する部位を手前側、先端部を奥側としたとき、回転子を反時計方向に回動させることを特徴とする請求項４記載の粉砕方法。
【請求項７】
回転子の回転数が、毎分１００〜３，０００回転の間で回動することを特徴とする請求項４記載の粉砕方法。
【請求項８】
被粉砕物がコンクリート、砕石、砂利、金属、陶磁器、セラミックスであることを特徴とする請求項４記載の粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、コンクリートの性状を分析する等の目的のために、コンクリート塊等を微細な粉末に粉砕する粉砕機及びこれを用いた粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】従来、コンクリートの塊を粉砕、または破砕するものとして破砕駆動ロール及び破砕従転ロールを用いたものが多用されている。（例えば、特許文献１参照）。これは廃コンクリートが投入される破砕室、回転するように軸支された破砕駆動ロールと、破砕室内にて回転し、かつ外周面が破砕駆動ロールに対して近づく水平方向へ移動可能に設けられた破砕駆動ロールを備えた構造をしており、可動ロールを、破砕荷重力で押圧付勢することができる。こうしたコンクリート破砕機は破砕駆動ロールの回転を中断させることなく、破砕作業を継続して行うことができ、破砕作業を効率的に行うことができる。【０００３】しかしながら、こうしたコンクリート破砕機の主な使用目的は、コンクリート構造物の解体によって発生するコンクリート塊を、破砕処理した後に生じた破砕物を比較的付加価値が低い道路舗装用路盤材等に活用するものが多い。そのため、破砕処理後の破砕物の大きさは２０ｍｍ以上程度である。【０００４】また、近年良質な砂利、すなわち粗骨材の入手が困難になってきている。川砂などの粗骨材は、資源として限りある上に、採取により環境破壊につながる虞があり、省資源や再資源化のため代替材料が模索されている。また、高度成長期に建造されたコンクリート構造物が一斉に寿命を迎えることから、こうした構造物の解体によって発生するコンクリート塊からコンクリートを作る材料となり得る砂利、すなわち粗骨材を再生する目的で上述したコンクリート粉砕機を使用する場合が多い。【０００５】しかしながら、こうしたコンクリート構造物の解体によって発生するコンクリート塊を粉砕するコンクリート粉砕機の主な使用目的は、粗骨材の再生であり、そのため粉砕処理後の粉砕物の大きさは５〜２０ｍｍ程度である。【０００６】近年、例えばトンネル、橋、堤防、建築物などのコンクリートからなる構造物の老朽化に対応するため、種々の検査を行って劣化した部分を特定し、その劣化した部分を補修することによってコンクリート構造物を維持することが行われている。このような検査にはコンクリート構造物の浮き、はく離、ひび割れなどの物理的な劣化状態の検査と、コンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査とがある。この化学的な劣化状態を検査するものとしては、例えばコンクリート構造物にボーリングなどを行って当該構造物よりサンプルを採取し、その採取したサンプルを試薬などを用いて検査するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献１】特開２０１１−２００３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】こうしたコンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査のためには、試薬などとの反応性を考慮し、最大粒径１５０μｍ以下に粉砕することが必要である。しかしながら上述したように従来のコンクリート粉砕機では、粉砕後の粉砕物の大きさは５〜２０ｍｍ程度である。【０００８】粉砕後の粉砕物として、最大粒径１５０μｍ以下の粉砕物にする、すなわち微粉砕化する粉砕機として、縦型の容器内に配置した垂直方向の攪拌軸の周りにある環状空間内に、被粉砕物であるコンクリート粗粉末と水を懸濁させスラリーとし、そのスラリーを通して連続的に粉砕分散する媒体攪拌ミルがある。【０００９】しかしながら、コンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査に供するコンクリート微粉末を得る粉砕機として、上述のスラリーを通して連続的に粉砕分散する媒体攪拌ミルを使用すると、スラリー中への塩化物イオンの溶出が生じてしまい、正確な分析値が得られない。【００１０】こうした塩化物イオンの溶出を防止するため、スラリーの代わりにコンクリート粗粉末のみを媒体攪拌ミルに通して連続的に粉砕することも行われている。しかしながら、コンクリート粗粉末のみを媒体攪拌ミルに通す粉砕方法では、粒径１０ｍｍ程度のコンクリート粗粉末を最大粒径１５０μｍ以下の粉砕物に粉砕するのに１０時間程度かかってしまう。コンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査の需要は年々高まっており、検査用検体の数は多数に上るため、より短時間で最大粒径１５０μｍ以下の粉砕物に粉砕する粉砕機と粉砕方法が望まれていた。また、高度成長期に建造されたコンクリート構造物の解体物中のコンクリート塊には良質な砂利、すなわち粗骨材が多く含有され、これらは非常に硬いため上述のコンクリート粗粉末のみを媒体攪拌ミルに通す粉砕方法では、１０時間粉砕した後も最大粒径１５０μｍ以下とならず、例えば目開き１５０μｍのＪＩＳ試験用ふるいを通過せず、ふるい上に残分として存在するため、粉砕後の微粉末を上述のコンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査に供したとしても、正確な分析値が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】そこで本発明者は、コンクリート構造物の検査に供せられるほどの十分に微細なコンクリート粉砕物を得るための好適な粉砕機および粉砕方法について種々検討した結果、縦型の一軸回転式粉砕機を用いてコンクリート粗粉末を粉砕することにより上記の問題を解決した。【００１２】すなわち本発明は
［１］モーターにより駆動される回転子と、その回転子の外周に、固定の有底円筒部材が嵌合載置された粉砕機、
［２］回転子が回動するとともに上下動する機構を有することを特徴とする［１］記載の粉砕機、
［３］回転子が、その回転軸を中心軸として時計回り、及び反時計回りに回動する機構を有することを特徴とする［１］記載の粉砕機、
である。【００１３】また本発明は
［４］固定の有底円筒部材と回転子との間隙に被粉砕物を投入し、回転子を回動及び上下動させ被粉砕物を粉砕することを特徴とする粉砕方法、
［５］粉砕時間をｔ（秒）、粉砕物のうち最大粒径が１５０μｍ以下の粉砕物の割合をｙ（％）としたとき、
ｙ≧９７−３９６０×（１／ｔ）
であることを特徴とする［４］記載の粉砕方法、
［６］回転子のモーターと接続する部位を手前側、先端部を奥側としたとき、回転子を反時計方向に回動させることを特徴とする［４］記載の粉砕方法、
［７］回転子の回転数が、毎分１００〜３，０００回転の間で回動することを特徴とする［４］記載の粉砕方法、
［８］被粉砕物がコンクリート、砕石、砂利、金属、陶磁器、セラミックスであることを特徴とする［４］記載の粉砕方法、
である。【００１４】本発明によれば、モーターにより回転子を回動及び上下動で駆動させるので、回転子と有底円筒部材の間隙に投入されたコンクリート等の被粉砕物は、回転子の上下動による衝撃力と、有底円筒部材と回転子との間の摩砕力を同時に受ける。これにより、コンクリート等の被粉砕物は短時間で確実に微粉末化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】本発明によれば、最大粒径１５０μｍ以下のコンクリート等の粉砕物を２分から２０分と極めて短時間で得ることができる。また、コンクリートの粉砕は乾式粉砕であるため、スラリーを用いた湿式粉砕と異なり、スラリー中への塩化物イオンの溶出が生じず、粉砕物をそのままコンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査に供することができ、多数の試験検体を短時間で検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例である粉砕機を、回転子（２）の軸心に対して垂直方向からみた正面図である。
【図２】回転子（２）、回動及び上下動に駆動させる機構（４）、及びモーター（５）を上方に移動させた状態の図である。
【図３】回転子（２）の回動方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の粉砕機（１）を示している。この粉砕機は回転子（２）、有底円筒部材（３）を有しており、回転子（２）は回動及び上下動に駆動させる機構（４）を介してモーター（５）に接続される。
【００１８】回転子（２）の外周面には、先端部から連続する螺旋状の捻れ溝部（６）が設けられている。捻れ溝部の捻れ角は、回転子本体の先端部から基端部に向かって一定にしたものでも、先端部から基端部に向かって漸次大きく形成したものでも差し支えない。また、回転子（２）として一般的な穿孔ドリルを用いても良く、これも本発明に包含される。コンクリート等の被粉砕物は、粉砕の過程においてこの外周面の捻れ溝部（６）によって上下に移動せしめることが可能である。
【００１９】回転子（２）の先端部は、軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、好ましくは６０°〜１６０°である。６０°より小さいと回転子（２）が破損しやすく、１６０°より大きいと粉砕効率が低下するため好ましくない。
【００２０】回転子（２）の基材の材質は通常の超硬合金が好適に用いられる。回転子（２）の耐久性を向上させるために、先端部に硬質皮膜を設けても良い。前記硬質皮膜は、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下ＤＬＣ）、または金属元素としてアルミニウム、チタン、クロム、シリコンから選択される１種または２種以上の元素から成る窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物などが推奨される。
【００２１】回転子（２）の外周に、固定の有底円筒部材（３）を嵌合載置するが、回転子（２）と有底円筒部材（３）の間隙は０．５〜１０ｍｍの間が好ましい。０．５ｍｍより小さいと間隙中に存在するコンクリート等の被粉砕物の固着により、モーター（５）に過大な負荷がかかり、また有底円筒部材（３）の内面に損傷を与える虞があるため好ましくない。また、間隙が１０ｍｍより大きいと、回転子（２）と有底円筒部材（３）の間の摩砕による粉砕効果が低下するため好ましくない。
【００２２】被粉砕物の粒径が、回転子（２）と有底円筒部材（３）の間隙より大きい場合は、図２に示すように、回転子（２）、回動及び上下動に駆動させる機構（４）、及びモーター（５）を上方に移動し、有底円筒部材（３）の内部にコンクリート等の被粉砕物を投入する。この場合は、被粉砕物の粉砕は、粉砕の初期段階では主として回転子（２）の上下動による衝撃力によって進行する。粉砕が進行するに伴いコンクリート等の被粉砕物は、自発的に回転子（２）と有底円筒部材（３）の間隙へと移動するとともに、上方へ移動させた回転子（２）、回動及び上下動に駆動させる機構（４）、及びモーター（５）も下方へと移動する。それに伴い、コンクリート等の被粉砕物は、回転子（２）の回動により先端部、および外周面で摩砕による粉砕が進行する。
【００２３】回転子（２）の回動方向は、図３に示すように反時計方向であることが好ましい。
回転子の外周には先端部から連続する螺旋状の捻れ溝部（６）が設けられているため、粉砕が不十分で比較的粒径の大きい被粉砕物は、上述の螺旋状の捻れ溝部（６）に沿って回転子（２）の先端部へ移動し、衝撃力と摩砕力を同時に受けることにより、短時間で十分粉砕が進行する。
【００２４】上述の短時間で十分粉砕が進行するとは、具体的には以下の式で表現することができる。
ｙ≧９７−３９６０×（１／ｔ）
ここで、ｙは粉砕物のうち最大粒径が１５０μｍ以下の粉砕物の割合（％）であり、ｔは粉砕時間（秒）である。こうした短時間での粉砕の十分な進行は、被粉砕物がコンクリートの場合は後述するように回転子（２）の回動方向を、図３に示すように反時計方向とすることで達成される。
【００２５】回転子（２）の回転数は、毎分１００〜３，０００回転の間であることが好ましい。１００回転未満では、十分な摩砕力が生じないため、粉砕効率が低下するので好ましくない。一方、３，０００回転を超えると、摩擦熱により間隙中に存在する被粉砕物の固着が生じやすく、モーターに過大な負荷がかかり、また有底円筒部材（３）の内面に損傷を与える虞があるため好ましくない。
【００２６】このようにして微粉化されたコンクリート粉砕物は、目開き１５０μｍのＪＩＳ試験用ふるいを通過させ、必要に応じてコンクリート構造物の中性化、塩化物量などの化学的な劣化状態の検査のために供せられる。
【実施例】
【００２７】以下、実施例を挙げて、本発明をより一層具体的に説明する。【００２８】（コンクリート被粉砕物の性状）
コンクリート塊をハンマーで砕き、粒径８〜１０ｍｍの大きさのものを１００ｇ分取して媒体攪拌ミル（容積２００ｍＬの鉄製ポットに直径５ｍｍのジルコニアボールを３０ｇ入れたもの）に投入して、２０分間回転を加え粉砕した。ポット中の粉砕物を取り出し、目開き１５０μｍのＪＩＳ試験用ふるいを通過させ、骨材のみを選別した。骨材の重量からコンクリート中の骨材含有率を算出したところ、骨材含有率は７０〜７３重量％であった。【００２９】（粉砕機による粉砕）
【実施例１】コンクリート被粉砕物（粒径１０ｍｍ）７０ｇを本発明の粉砕機の有底円筒部材（３）に投入した。回転子（２）の回転数を毎分１，１００回転とし、打撃数を毎分４，５００回として、粉砕時間を９０秒としてコンクリート被粉砕物の粉砕を行った。回転子（２）の回動方向は反時計方向とした。粉砕後の粉砕物を有底円筒部材（３）から取り出し、目開き１５０μｍのＪＩＳ試験用ふるい中に入れ、手で振動を加えて粉砕物を通過させた。通過した粉砕物の重量を測定し、有底円筒部材（３）に投入したコンクリート被粉砕物の重量で除して、１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出した。得られた結果を表１に示す。１５０μｍ篩の通過割合は５３％であった。
【実施例２】
【００３０】コンクリート被粉砕物の粒径を８ｍｍ、粉砕時間を１２０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は８３％であった。
【実施例３】コンクリート被粉砕物の粒径を８ｍｍ、粉砕時間を９０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は６０％であった。
【実施例４】コンクリート被粉砕物の粒径を９ｍｍ、粉砕時間を６０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は５０％であった。
【実施例５】コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を１８０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は７５％であった。
【実施例６】コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を６０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は４０％であった。
【実施例７】コンクリート被粉砕物の粒径を９ｍｍ、粉砕時間を９０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は６０％であった。
【実施例８】コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を６０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は４３％であった。
【実施例９】コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を１２０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は７１％であった。【００３１】（比較例）
（比較例１）
回転子（２）の回動方向は時計方向とし、コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を６０秒とした以外は実施例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は２５％であった。
（比較例２）
コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を１８０秒とした以外は比較例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は６０％であった。
（比較例３）
コンクリート被粉砕物の粒径を９ｍｍ、粉砕時間を１８０秒とした以外は比較例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は６４％であった。
（比較例４）
コンクリート被粉砕物の粒径を１０ｍｍ、粉砕時間を１２０秒とした以外は比較例１と同様の方法及び手段で１５０μｍ篩の通過割合（％）を算出したところ、通過割合は５０％であった。【００３２】図４に、粉砕時間の逆数１／ｔ（秒−１）を横軸に、１５０μｍ篩の通過割合ｙ（％）を縦軸にとってデータをプロットしたものを示す。図４から明らかなように、回転子（２）の回動方向が反時計方向の場合は、ｙ≧９７−３９６０×（１／ｔ）であり粉砕効率が高いことが分る。一方、回動方向が時計方向の場合は、ｙ＜９７−３９６０×（１／ｔ）の範囲にとどまっており、粉砕効率が反時計方向の場合に比較して劣る。【００３３】
【表１】
2013043168.tif 000003
【符号の説明】
【００３４】１  粉砕機
２  回転子
３  有底円筒部材
４  回動及び上下動に駆動させる機構
５  モーター
【図１】
2013043168.tif 000004
【図２】
2013043168.tif 000005
【図３】
2013043168.tif 000006
【図４】
2013043168.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月15日(2011.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例である粉砕機を、回転子（２）の軸心に対して垂直方向からみた正面図である。
【図２】回転子（２）、回動及び上下動に駆動させる機構（４）、及びモーター（５）を上方に移動させた状態の図である。
【図３】回転子（２）の回動方向を示す図である。
【図４】粉砕時間の逆数１／ｔ  （秒−１）と粉砕物のうちの１５０μｍ篩の通過割合ｙ（％）との関係を示す図である。