(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの廃材を破砕し、該破砕した廃材をロッド棒および／又は球状体等の磨鉱処理部材と水中ですり合わせて磨鉱し、さらに該廃材を水中に浸し、該水に下から上に向かう間欠的な水流を発生させ、砂利・砕石を下層に集中させ、下層部分だけを取り出した再生粗骨材であって、全重量中のモルタル成分の割合が、３％以上１５％以下であることを特徴とする再生粗骨材。
【請求項２】
請求項１に記載された再生粗骨材と、細骨材と、セメントが配合されたことを特徴とするコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート廃材から取り出された再生粗骨材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築工事や道路工事はいたる所で日常的に行われており、それに伴って日々夥しい量のコンクリートやアスファルトの廃材が発生する。
これらの廃材は、資源の有効利用の観点から、何らかの活用をすることが望ましい。
しかしながら、従来技術のコンクリート等の廃材は、有効な用途が少なく、僅かに路盤材や埋め戻し材としての用途が開発されているに過ぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した路盤材や埋め戻し材は、廃材を破砕して所定の大きさにしただけのものであり、付加価値が低く、製品単価が極めて低い。
そのためアスファルト等の廃材から、路盤材や埋め戻し材を再生することは、実施者にとって魅力が薄い。また路盤材や埋め戻し材は、廃材の発生量に比べて需要量が少ない。そのため日々発生する夥しい量の廃材は、そのほとんどがそのまま廃棄されているのが現状である。すなわちコンクリートやアスファルトの廃材は、そのほとんどが、産業廃棄物として埋め立て処分されている。
その一方で、近年の国民の環境に関する関心の高まりから、産業廃棄物の埋立場所が年々減少しており、新たな廃棄場所の確保に窮するといった問題がある。
加えて自然環境保護の観点から、新たな採石場の開発は、年々困難となっている。
【０００４】
そこで廃材の新たな用途開発は、環境保護の観点からも資源の有効活用の観点からも急務の課題となっている。
ここで廃材の用途として、これを破砕して砂利や砕石の粗骨材成分を取り出し、コンクリートの粗骨材として再利用する方策が考えられる。
しかしながら、従来技術の再生粗骨材は、原料となる廃材自体の配合や、材齢、あるいは建築物等を破壊した際に混入する異物の量が異なり、バージンの粗骨材に比べて信頼性が低いことは否めない。
そのため従来技術の再生粗骨材の用途は、いわゆる「捨てコン」の様な、強度を要求されないコンクリートに限定されているのが実情である。
【０００５】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、再生粗骨材の用途を拡大し、より強度が要求されるコンクリートへの再生粗骨材の適用を可能とすることを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そして上記した問題を解決するため、本発明者らが研究を重ねたところ、重量比で２０％以下のモルタル成分を含有する再生粗骨材は、バージンの粗骨材と同様の条件で使用可能であることが分かった。また特記すべきは、重量比で２０％以下のモルタル成分を含有する再生粗骨材を混合したコンクリートは、バージンの粗骨材だけを配合したコンクリートに比べて、より高い強度を発揮することが分かった。
またモルタル成分が重量比で３％以下の再生粗骨材は、原石の多くが割れており、粒度分布が過度に小径に偏るものであった。さらにモルタル成分が３％以下とするためには、原石の多くが割れるまで過度に磨鉱する必要があり、収量が極めて低下することが分かった。
【０００７】
さらにアスファルトの廃材からアスファルト成分を含有する再生粗骨材を製造し、実験を重ねたところ、５％以下のアスファルト成分を含有する再生粗骨材は、バージンの粗骨材と同様の条件で使用可能であることが分かった。
【０００８】
上記した知見に基づくと、コンクリートの廃材を破砕し、該破砕した廃材をロッド棒および／又は球状体等の磨鉱処理部材と水中ですり合わせて磨鉱し、さらに該廃材を水中に浸し、該水に下から上に向かう間欠的な水流を発生させ、砂利・砕石を下層に集中させ、下層部分だけを取り出した再生粗骨材であって、全重量中のモルタル成分の割合が、２０％以下であることを特徴とする再生粗骨材を提供できる。
【０００９】
また請求項１記載の発明は、コンクリートの廃材を破砕し、該破砕した廃材をロッド棒および／又は球状体等の磨鉱処理部材と水中ですり合わせて磨鉱し、さらに該廃材を水中に浸し、該水に下から上に向かう間欠的な水流を発生させ、砂利・砕石を下層に集中させ、下層部分だけを取り出した再生粗骨材であって、全重量中のモルタル成分の割合が、３％以上１５％以下であることを特徴とする再生粗骨材である。
請求項１において、モルタル成分とは、セメントと、セメントを除去した状態の時に、粗骨材の主成分（５ｍｍ篩にとどまるもの）たりえないものをいう。より具体的には、セメント、細骨材の主成分（５ｍｍ篩を通過するもの
砂等）およびセメントと細骨材の主成分が絡み合ったものを指す。
【００１０】
さらに、アスファルトの廃材を破砕し、該破砕した廃材をロッド棒および／又は球状体等の磨鉱処理部材と水中ですり合わせて磨鉱し、さらに該廃材を水中に浸し、該水に下から上に向かう間欠的な水流を発生させ、砂利・砕石を下層に集中させ、下層部分だけを取り出すことにより、全重量中のアスファルト成分の割合が、５％以下であることを特徴とする再生粗骨材を提供することができる。
【００１１】
また、アスファルトの廃材を破砕し、該破砕した廃材をロッド棒および／又は球状体等の磨鉱処理部材と水中ですり合わせて磨鉱し、さらに該廃材を水中に浸し、該水に下から上に向かう間欠的な水流を発生させ、砂利・砕石を下層に集中させ、下層部分だけを取り出すことにより、全重量中のアスファルト成分の割合が、１％以上５％以下であることを特徴とする再生粗骨材を提供することができる。
アスファルト成分とは、アスファルトと、アスファルトを除去した状態の時に、粗骨材の主成分（５ｍｍ篩にとどまるもの）たりえないものをいう。より具体的には、アスファルト、細骨材の主成分（５ｍｍ篩を通過するもの  砂等）およびセメントと細骨材の主成分が絡み合ったものを指す。
【００１２】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された再生粗骨材と、細骨材と、セメントが配合されたことを特徴とするコンクリートである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
再生粗骨材は、砂利・砕石等の原石と、原石にモルタル成分或いはアスファルト成分が付着した結合石と、モルタル成分或いはアスファルト成分そのもの、および木片等の夾雑物との混合物である。
従ってモルタル成分或いはアスファルト成分は、単体で存在するものと原石に付着した状態で存在するものがある。そして本発明の実施形態の再生粗骨材は、単体で存在するものと原石に付着した状態で存在するものとを併せて重量比で２０％以下のモルタル成分を含む。またより好ましくは、重量比で３％以上２０％以下のモルタル成分を含むものである。
本発明の他の実施形態の再生粗骨材は、重量比で５％以下のアスファルト成分を含む。またより好ましくは、重量比で１％以上３％以下のアスファルト成分を含むものである。
木片等の夾雑物は、少量であることが望ましい。
【００１４】
本発明の再生粗骨材は、例えば次の方法によって製造することができる。そして再生粗骨材の原料として、コンクリート廃材を活用した場合は、モルタル成分を含有する再生粗骨材が製造され、アスファルト廃材を活用した場合にはアスファルト成分を含有した再生粗骨材が製造される。
以下に例示の方法は、大きく分けて破砕、磨鉱、分離の３つの工程によって構成される。
すなわち破砕工程では、コンクリートやアスファルトの廃材を公知のジョークラッシャー等によって破砕する。そして振動篩等によって例えば直径５mm以上の粗骨材成分を選別する。
【００１５】
続いてこの粗骨材成分を磨鉱機と称される機械によって磨鉱し、砂利や砕石からモルタルあるいはアスファルトを分離する。
図１は、上記磨鉱機の一例を示したものである。例示した磨鉱機１は、ロッドミル状の磨鉱機であり、中空体状であって、動力によって回転される本体２を有する。そして本体２の一方の側に粗骨材成分を投入する投入口３が設けられ、他方の側に排出口４が設けられている。
【００１６】
また本体２の内部には若干のロッド棒６が内蔵されている。さらに該排出口４には、該排出口４の径を変化させるように移動可能な自在調整板７が設けられ、該自在調整板７を所定位置で固定して、排出する粗骨材成分の直径を選択することが可能となっている。
排出口４の外側には、金網状の篩８でなるトロンメル式分級機１０が設けられている。なお、本実施形態では、ロッド棒６を使用しているが、これに代わって鉄製等の球状体でもよく、また、上記ロッド棒や球状体等の磨鉱処理部材を使用せずに、粗骨材成分同士を磨鉱させるようにしてもよい。
【００１７】
磨鉱工程では、破砕工程で選別された粗骨材成分を水と共に磨鉱機１に投入して、回転する中空体状の本体２と、内部に設けた若干のロッド棒６間で磨鉱し、該粗骨材成分中の砂利や砕石からモルタル成分やアスファルト成分を剥離する。そして磨鉱機１から粗骨材成分の混合物、より具体的には、砂利や砕石等の原石と、原石にモルタル成分或いはアスファルト成分が付着した結合石と、モルタル成分或いはアスファルト成分そのもの、および木片等の夾雑物等の混合物が排出される。
そして磨鉱機１から排出された粗骨材成分の混合物は、その排出時に金網状の篩８でなるトロンメル式分級機１０により、粒子の大きい、粗骨材たりえるものだけが選別される。
【００１８】
そして分離工程で粗骨材成分の混合物を、再生粗骨材としてふさわしい砂利・砕石等の原石および原石にモルタル成分或いはアスファルト成分が付着した結合石と、再生粗骨材に不適なモルタル等に分離する。分離工程は、例えば図２の様な比重選別機２０に磨鉱機１から排出された粗骨材成分等の混合物を投入してなされる。この比重選別機２０は、上部の固定水槽２１と、下部の可動水槽２２とをゴム等の可撓性を有するジョイントで結合したものであり、網状の眼鉄板２５が中間に設けられている。そしてこの比重選別機２０により、粗骨材成分の混合物は、砂利・砕石等の原石および原石とモルタル等の結合石Ｊとモルタル等の含有量が多いモルタル成分Ｍと水Ｗとに分離される。
【００１９】
分離工程に使用する比重選別機２０の構造とその作用を詳細に説明すると次の通りである。
図２は、前記比重選別機２０の正面図である。また図３は、比重選別機２０の断面図である。さらに図４は、比重選別機２０の分解斜視図である。
比重選別機２０は、上部の固定水槽２１と、下部の可動水槽２２とを有し、両者が可撓性をもったジョイント部材２４を介して接続され、さらに固定水槽２１の中に、バスケット２８がつり下げられたものである。
【００２０】
すなわち固定水槽２１は、底の無い枠状の部材である。下部可動水槽２２は、上部が開放された有底の部材であり、フレーム２６に対してバネ２９を介して浮動状に支持されている。そして固定水槽２１の下部と下部可動水槽２２の上部とは、ゴム等の可撓性をもったジョイント部材２４によって、水漏れが無いように接続され、固定水槽２１の下部と下部可動水槽２２とが一体となって一つの水槽を構成している。
そして両者が一体となった水槽中には、注水管３０が配されており、常時水が注入されている。
【００２１】
また下部可動水槽２２の最下部には、クランク３１が取り付けられ、該クランク３１は、高速回転するメインモータ３２と低速回転するサブモータ３３とによって上下方向に振動される。
また固定水槽２１の端部には、ロータリーフィーダ３５が取り付けられている。
【００２２】
バスケット２８は、一端から他端に掛けて傾斜が設けられており、底部には、前記した眼鉄板２５が設けられている。ここで眼鉄板２５は、図３の様に丸孔３６が多数設けられた鋼板である。バスケット２８の傾斜下流側は、側面が開放されている。
バスケット２８の中には、親指大の鋼球３７が敷きつめられ、前記した眼鉄板２５の孔３６を塞いでいる。この鋼球３７は、弁の働きをする。
【００２３】
比重選別機２０では、メインモータ３２とサブモータ３３が回転され、クランク３１を介して下部水槽２１が振動すると、水槽は、底面が昇降することとなるため、水槽中には、衝撃的な上下方向の水流が発生する。
そして、バスケット２８内では水流は、下から上に向かう一方向の流れであり、かつ衝撃的、間欠的な流れが発生する。
【００２４】
すなわち下部可動水槽２２が、上方に移動して水槽内の水に下から上に向かう衝撃的な水流が発生した時、固定水槽２１からバスケット２８内に孔３６を介して水が流れ込む。このとき、鋼球３７は、バスケット２８内にあり、且つ自由に移動可能であるから、鋼球３７は水流に押されて移動し、眼鉄板２５の孔を開放する。
また水流は、孔から噴出し、骨材成分とモルタル等の間を吹き抜け、混合物に高い流動性を与える。
【００２５】
そして次に下部可動水槽２２が、下方向に移動したとき、水槽内では、下方向の水流が発生するが、バスケット２８内に限っては、この下方向の水流は小さい。すなわち下部可動水槽２２が下方向に移動すると、水槽の底が下に降下することとなるが、バスケット２８内では、下向きの水流によって鋼球３７が移動し、眼鉄板２５の孔８６を閉鎖する。すなわち鋼球３７が弁となってバスケット２８から水槽側に水が流れることを阻止する。
【００２６】
従って下部可動水槽２２が振動することにより、バスケット２８内では、衝撃的な脈流が発生する。バスケット２８内に脈流が発生することに伴う、水槽の水の不足分は、給水管３０によって補われる。
【００２７】
全体の工程説明に戻ると、磨鉱機１より排出された粗骨材成分等の混合物は、比重選別機２０のバスケット２８内に投入される。そして前記した様に下部可動水槽２２は上下に振動し、バスケット２８内では、下から上に向かう衝撃的な脈流が発生しており、混合物は、この脈流中にさらされる。そのため混合物は、振動を受けつつ、浮遊状態と沈降とを繰り返す。そしてモルタル等（図４においては三角で表示）は、砂利・砕石等の原石および原石とモルタル等の結合石（図３においては丸で表示）に比べて水流発生時の浮遊力が大きく、かつ水流停止時の沈降量が少ない。そのためモルタル等は序序に上方向に移動し、反対に砂利・砕石は、序序に下に潜る。そのためモルタル等と砂利・砕石は、上下２層に分離される。実際上は、完全な砂利・砕石や、完全なモルタル等は少なく、多くはその両者が様々な割合でくっつき合ったものであるため、モルタル等の付着量が多い粗骨材成分は、上に移動し、モルタル等の付着量が少ない粗骨材成分が下に潜ることとなる。
【００２８】
またバスケット２８の底面には傾斜が設けられているので、混合物は、この傾斜に沿って移動して行く。そのため混合物が、バスケット２８の傾斜側端部、すなわち開放面に至るときには、下層に砂利・砕石が多くあり、上層にはモルタル等が多くある状態となっている。
【００２９】
そして固定水槽２１の端部に設けられてたロータリーフィーダ３５によって、バスケット２８の底部にある砂利・砕石の割合が高い再生粗骨材だけが取り出される。
なお、上記した方法では、再生粗骨材のモルタル成分等は、バスケット２８の底側に行く程少ないので、ロータリーフィーダ３５による掻き取り位置を底に近づけるほどモルタル成分の少ない再生粗骨材が得られる。またロータリフィーダ３５の掻き出し速度を遅くする程モルタル成分等の少ない再生粗骨材が得られる。さらに一旦、一台の比重選別機によって選別した再生粗骨材を、さらにもう一台の比重選別機に投入することにより、よりモルタル成分等の少ない再生粗骨材を得ることができる。
【００３０】
【実施例】
上記した再生粗骨材の製造方法により、モルタル成分を約３％含む再生粗骨材と、約１５％含む再生粗骨材を製造した（実施例）。
また同様の再生粗骨材の製造方法により、モルタル成分を約２５％含む再生粗骨材と、約３５％含む再生粗骨材と、約５５％含む再生粗骨材を製造した（比較例）。
これらの再生粗骨材は、いずれも同一ロットの廃材から製造したものである。  なお上記したモルタル成分の異なる再生粗骨材は、比重選別機への廃材の供給速度と、ロータリーフィーダの掻き出し速度を極端に変更して再生粗骨材を製造することにより得た。
【００３１】
得られた再生粗骨材は、砕石を主体としたものであった。また再生粗骨材を目視により観察したところ、モルタル成分を約３％含む再生粗骨材は、他のグループの再生粗骨材に比べて原石が著しく砕けており、明らかに他のモルタル成分含有料のものに比べて粒径の小さいものの比率が高いものであった。またモルタル成分を約３％含む再生骨材は、収量が他のものに比べて極端に少ないものであった。
【００３２】
次に、これらの再生粗骨材を配合してコンクリートを製造した。また比較のために再生粗骨材と同等の砕石を用いてコンクリートを製造した。
コンクリートは、スランプの目標を１９ｃｍとして基本配合を決定し、配合後にスランプを一定にするために水を追加することとした。
基本配合では、いずれも「水／セメント」比は一定であり、再生粗骨材に対して約７０％（重量）の細骨材を配合した。バージンの砕石を粗骨材として使用したものも再生粗骨材を使用したものと同一の条件である。
混和剤はいずれの配合にも同一量だけ添加した。また減水剤は添加しなかった。
基本配合における各コンクリートのスランプ、空気量およびコンクリート温度は次の表１の通りであった。
【００３３】
【表１】
0003921261.tif 000002
【００３４】
次に各コンクリートのスランプを一定にするために、加水を行った。加水によって変動した「水／セメント」比、スランプ、空気量は、表２の通りであった。
【００３５】
【表２】
0003921261.tif 000003
【００３６】
表１，２から、再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートのスランプとの関係をグラフ化すると、図５の通りである。
このグラフから、モルタル成分の含有量が重量比で２０％以下の再生粗骨材は、スランプに影響を与えず、通常のバージンの粗骨材と同様の配合により使用できることが理解できる。
【００３７】
また表１，２から、再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートの空気量との関係をグラフ化すると、図６の通りである。
【００３８】
次に、これらのコンクリートを用いて供試体を各１２本製造し、それぞれ材齢７日と、２８日の時に圧縮試験を行い、強度の比較を行った。
バージンの粗骨材を使用したコンクリートの材齢７日における強度を１００とした場合の各コンクリートの強度および各コンクリートの経時的な強度の伸び率は、表３の通りであった。
【００３９】
【表３】
0003921261.tif 000004
【００４０】
これらの結果に基づき、再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートの強度との関係をグラフ化すると図７の通りである。
【００４１】
図７のグラフから、再生粗骨材のモルタル成分の含有量が２０％以下のものを配合したコンクリートの強度は、バージンの粗骨材を配合したコンクリートの強度よりも高いことが理解できる。
【００４２】
この様に、再生粗骨材のモルタル成分の含有量が２０％以下のものを配合した場合に、強度が高くなる理由は定かではないが、再生粗骨材は、原石にモルタル成分が付着しているために表面の凹凸が多く、この凹凸がセメントとの結合力を向上させているのではないかと予想される。
【００４３】
以上の実施例は、コンクリート廃材から製造した再生粗骨材を使用したものであるが、アスファルト廃材から製造した再生粗骨材を使用しても同様の傾向がみられる。ただしアスファルト廃材から製造した再生粗骨材においては、アスファルト成分は、先の例のモルタル成分の量よりも少ないことが望ましい。より具体的には、アスファルト成分は、全重量中の５％以下であることが必要であり、より望ましくは、１％以上３％以下であることが推奨される。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の再生粗骨材は、バージンの粗骨材と同様に使用することができる効果がある。また本発明の再生粗骨材は、バージンの粗骨材に比べてむしろコンクリートの強度を向上させる効果がある。
【００４５】
また請求項１の再生粗骨材は、粒度分布が理想的であり、且つ収量も多く、資源の再利用に大きく寄与する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の再生粗骨材の製造に使用する磨鉱機の要部を示す側断面図である。
【図２】  本発明の再生粗骨材の製造に使用する比重選別機の正面図である。
【図３】  図２の比重選別機の断面図である。
【図４】  図２の比重選別機の分解斜視図である。
【図５】  再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートのスランプとの関係を示すグラフである。
【図６】  再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートの空気量との関係を示すグラフである。
【図７】  供試体の再生粗骨材のモルタル成分の含有量と、コンクリートの強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    磨鉱機
６    ロッド棒
２０    比重選別機
【図１】
0003921261.tif 000005
【図２】
0003921261.tif 000006
【図３】
0003921261.tif 000007
【図４】
0003921261.tif 000008
【図５】
0003921261.tif 000009
【図６】
0003921261.tif 000010
【図７】
0003921261.tif 000011