(57)【要約】【課題】  コンクリート骨材への廃コンクリート微粉末の20〜100質量%の混入を可能とする。【解決手段】  コンクリート廃材から廃コンクリート微粉末を分離する分離工程と、廃コンクリート微粉末を、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近に成分の調整を行う調整工程と、成分の調整をした廃コンクリート微粉末を溶融する溶融工程とを有することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート廃材から廃コンクリート微粉末を分離する分離工程と、
前記廃コンクリート微粉末を、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、及び、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近に成分の調整を行う調整工程と、
前記成分の調整をした廃コンクリート微粉末を溶融する溶融工程と、
を有することを特徴とする廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法。
【請求項２】
前記成分の調整をした廃コンクリート微粉末は、溶融温度が低く水硬性の物質が生成しないことを特徴とする請求項１に記載の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法。
【請求項３】
前記溶融工程は、
前記成分の調整をした廃コンクリート微粉末を、溶融炉で1200℃以上の温度で溶融することを特徴とする請求項１または２に記載の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法により製造されたことを特徴とする廃コンクリート微粉末溶融骨材。
【請求項５】
請求項４に記載の廃コンクリート微粉末溶融骨材を、コンクリート材料として骨材の一部、もしくは、全量に再利用したコンクリート及びコンクリート製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート廃材から再生骨材を製造した後に残る廃コンクリート微粉末を主原料とし、コンクリート骨材として使用できる廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法及びその製造方法により製造された廃コンクリート微粉末溶融骨材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本原子力発電（株）の東海発電所（昭和41年運転開始）は、平成10年3月に運転を停止し、平成13年から廃止措置を行っている。これに伴い、将来的に約16万トンの「放射性廃棄物として扱う必要のない」コンクリート廃材が発生するが、これらのコンクリートを廃棄物の発生抑制及び資源の有効利用の観点から、敷地内で再利用するための方策が検討されている。
【０００３】
従来、コンクリート廃材は廃棄物として処分するか、再利用するとしても路盤材や埋め戻し材としての利用に限定されていた。近年、環境を考慮し限りある資源の有効活用を実施する循環型社会へと日本は変化しつつあり、コンクリート分野においても、コンクリート廃材から再生粗骨材、再生細骨材を製造する技術開発が盛んに行われ、確立された技術がいくつかある。
【０００４】
しかしながら、再生粗骨材をとりのぞいたあとに残る廃コンクリート微粉末については、コンクリート骨材としての品質を満足せず、廃棄処分されるか、再利用するとしてもコンクリートへの混和材、地盤改良材への部分的な使用に限られている。これでは、東海発電所の敷地内での使用を考えた場合、廃コンクリート微粉末を使いきるには限りがあるため、廃コンクリート微粉末の新しい活用方法を検討する必要がある。
【０００５】
廃コンクリート微粉末を再利用する技術として、特許文献1には、コンクリート微粉末をそのままセメント混和材として利用する方法が提案されている。また、特許文献2には、廃コンクリート微粉末に造粒材、短繊維を添加し、焼成して形成する再生骨材の製造方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３３５８７１５号公報
【特許文献２】特開２００５−３３６０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献1は、廃コンクリート微粉末をそのままセメント混和材としているため、20質量%以上を混入しないほうがよいとしている。これは、20質量%以上混入するとセメント組成物における初期強度の増加が発現しないという不都合があるためである。使用量に制限がついているため、廃コンクリート微粉末を敷地内で処理するには十分な方策ではない。
【０００７】
特許文献2に記載の再生骨材の製造方法についても、廃コンクリート微粉末の混入量を10〜20質量%に限定しており同様である。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、コンクリート廃材から再生骨材を製造した後に残る廃コンクリート微粉末を主原料とし、溶融前に若干の成分調整を実施することにより溶融骨材の性能を限定し、製造する溶融骨材への廃コンクリート微粉末の20〜100質量%の混入を可能としようとするものである。この廃コンクリート微粉末を主原料としたコンクリート微粉末溶融骨材の製造方法により製造した廃コンクリート微粉末溶融骨材は、コンクリート骨材としての性能を満足しており、その全部もしくは一部を置き換えることが可能となる。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の廃コンクリート微粉末を主原料としたコンクリート微粉末溶融骨材の製造方法は、コンクリート廃材から廃コンクリート微粉末を分離する分離工程と、廃コンクリート微粉末を、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、及び、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近に成分の調整を行う調整工程と、成分の調整をした廃コンクリート微粉末を溶融する溶融工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明の廃コンクリート微粉末を主原料としたコンクリート微粉末溶融骨材の製造方法により製造された溶融骨材を、廃コンクリート微粉末溶融骨材と定義する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法によれば、今までほとんど使い道のなかった廃コンクリート微粉末をコンクリート骨材として再生することができる。これにより、コンクリート廃材の全量を再びコンクリートの材料として使用でき、廃棄物量の削減を図ることが可能となるとともに、資源の有効活用を図ることが可能となる。また、本発明で製造する廃コンクリート微粉末溶融骨材は、通常のコンクリート骨材としての性能を満足しており使用用途に限りがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態である廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法について、図を参照して詳細に説明をする。
【００１３】
まず、本発明の実施形態である廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法の分離工程について説明をする。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態における廃コンクリート微粉末とは、コンクリート廃材から再生粗骨材（5mm以上）を分離した、副産細粒（5mm以下）のことをいう。この副産細粒は、再生細骨材（0.15mm以上5mm以下）と副産微粉末（0.15mm以下）からなる。
【００１５】
廃コンクリート微粉末の製造方法の代表的な技術としては、コンクリート塊を一次破砕した後、スクリュー式の磨砕装置によるすりもみ作用により、骨材の周りに付着しているモルタルやセメントペーストを除去する「スクリュー磨砕法」によって、一般的なコンクリートに使用される粗骨材と同等の品質を有する再生粗骨材を製造する技術があり、これら再生粗骨材の副産物として廃コンクリート微粉末は発生する。本実施形態の分離工程は、再生粗骨材の副産物として発生する廃コンクリート微粉末を分離するものである。
【００１６】
本実施形態では、このように分離された廃コンクリート微粉末を溶融し、組成を変化させてコンクリート骨材を製造する方法を提案するものである。
【００１７】
従来研究されている環境に配慮したコンクリートの材料としてはスラグがある。スラグは、鉄鋼製造時に副産物としての高炉スラグ、製鋼スラグや、廃棄物減容のための焼却灰スラグ、下水汚泥スラグなどが代表的である。
【００１８】
これらのスラグは、当然のことながらスラグ自体を製造することを目的としておらず、あくまでも副産物として製造されるものである。つまり、積極的にスラグ自体の性能を求めるものではない。本実施形態で提案する廃コンクリート微粉末溶融骨材は、主原料を廃コンクリート微粉末に限定し、かつ、溶融後の骨材の性能を管理するために溶融する前段階で廃コンクリート微粉末の成分を調査し、成分を調整することを提案する。
【００１９】
廃コンクリート微粉末の成分の調査方法としては、例えばガラスビード法による粘土類検量線を用いた蛍光X線分析が挙げられる。これは、 試料にX線を照射すると物質中に含まれる元素固有のエネルギーの2次X線(蛍光X線)が放出される。廃コンクリート微粉末から出てくる蛍光X線を、あらかじめ化学成分の含有量とX線強度が既知である粘土類検量線に照合して定量し、物質に含まれる元素の種類と量とを判別する方法である。
【００２０】
また、ガラスビード法は、粉末状試料に融解剤を加え加熱してガラス板状にし、試料を均一に調製する方法であり、X線強度に影響する試料の粒度や結晶構造の要因を排除できる。
【００２１】
次に、本発明の実施形態である廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法の調整工程について説明する。
【００２２】
本実施形態における成分の調整工程は、廃コンクリート微粉末の成分を、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近に調整する工程である。
【００２３】
高炉スラグなどの一部は、水和活性を有するため保管中に固結を起こす場合があり、また硬化体でも反応がすすみ、膨張を起こすことがある。これは、水硬性や潜在水硬性の物質を含むためであり、このような物質を含むものは多孔質なものが多く、強度が低いこと、吸水率が高いことなどからコンクリート骨材としては適さない。
【００２４】
一方、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近の組成物は、水硬性（C2S、C3S、C3A、C4AFなど）の物質が生成せず、コンクリート骨材として安定している。また、この付近の組成物は、他の組成物に比べ融点が低く溶融作業を経済的に実施することができる。
【００２５】
図２は、CaO-SiO2-Al2O3の三成分系状態図であり、本実施形態の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法における成分調整の方法を説明する図である。
【００２６】
廃コンクリート微粉末は、セメントペーストが主成分であるが、骨材が削れたものも混ざっており、SiO2、Al2O3、CaOの各成分が適度に混じっている（図２中の領域Ａ）。このため、若干の成分調整を実施することで（図中の領域Ａから領域Ｂへ向かう矢印）、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、ワラストナイト（Pseudowollastonite）、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近（図２中の領域Ｂ）に組成を変更できる。
【００２７】
本実施形態の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法における成分の調整工程は、SiO2またはAl2O3、CaOからなるケイ石、フライアッシュ、建設残土、石灰石などと、これらの組合せにより廃コンクリート微粉末の成分の調整を行い、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト(Pseudowollastonite)、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近に廃コンクリート微粉末の成分調整を行うものである。これにより、溶融骨材の性能を限定し、コンクリート骨材への廃コンクリート微粉末の20〜100質量%の混入が可能となる。また、この範囲に、成分調整することにより、溶融温度が低くなり、水硬性の物質も生成しなくなる。
【００２８】
なお、本実施形態の廃コンクリート微粉末の組成（質量%）としては、おおよそSiO2  70.2%、Al203  10.1%、CaO  11.0%、Fe2O3  3.2%、MgO  1.1%、SO3  0.3%である（例えば、特許文献１参照）。また、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、ワラストナイト(Pseudowollastonite)、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近の組成（質量%）は、CaOが5%以上30%以下、SiO2が50%以上75%以下、Al203が7%以上30％以下の範囲となる。
【００２９】
成分調整法としては、SiO2が足りない場合には珪砂などのSi含有の成分で調整し、Al2O3が足りない場合には粘土や建設残土、フライアッシュなどAl含有の成分で調整し、CaOが足りない場合には石灰石、生コンクリートスラッジなどのCa含有の成分で調整することができる。成分の調整については、SiO2／Al2O3の質量比が1.7〜11.0、CaO／ Al2O3の質量比が0.2〜5.0の範囲となるように調整する。
【００３０】
次に、本発明の実施形態である廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法の溶融工程について説明をする。
【００３１】
通常、ポルトランドセメント（図２中の点C）のみを完全に溶融するには1900℃の温度が必要であるが、長石組成のうちアノーサイト（Anorthite）、シュードワラストナイト（Pseudowollastonite）、石英（Quartz）の初晶域の接する範囲付近の組成（図２中の領域Ｂ）では、溶融温度は1200℃程度となり、融点を下げることにより溶融骨材の製造費用を安く抑えることができる。また、この組成付近では、水硬性の物質を生成せず、コンクリート骨材として安定であることが確認されている。製造された廃コンクリート微粉末溶融骨材は、コンクリート骨材としての性能を満足しているため、その全部もしくは一部をコンクリート骨材として置き換えることが可能となる。
【００３２】
溶融方法としては、直接溶融炉、電気式溶融炉（アーク式、プラズマ式）、バーナー式溶融炉、ガス化溶融炉等の方式がある。1200℃以上の温度が確保されれば、廃コンクリート微粉末溶融骨材を製作することは可能である。
【００３３】
また、溶融後の廃コンクリート微粉末溶融骨材の冷却方法としては、下記の方式が考えられる。
【００３４】
１．水によって急激に冷やす水砕法
溶けている状態の溶融骨材を、水を張った水槽に落とし急激に冷やす方法（シャワーで冷やす方法もある）。出来上がった溶融骨材は、細かい砂利、砂状になる。
【００３５】
２．自然に冷やす空冷法
溶けている状態の溶融骨材を大気中に放置し、冷やす方法。出来上がったスラグは水冷法スラグより強度があり、大きさも大きい。
【００３６】
３．熱を加えながら冷やす徐冷法
溶けている状態の溶融骨を加熱しながら徐々に冷やす方法。出来上がったスラグは空冷法スラグより強度がある。
【００３７】
本実施形態においては、溶融する原料を廃コンクリート微粉末に限定することにより、品質の安定も達成される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法によれば、今までほとんど使い道のなかった廃コンクリート微粉末をコンクリート骨材として再生することができる。これにより、コンクリート廃材の全量を再びコンクリートの材料として使用でき、廃棄物量の削減を図ることが可能となるとともに、資源の有効活用を図ることが可能となる。また、本発明で製造する廃コンクリート微粉末溶融骨材は、通常のコンクリート骨材としての性能を満足しており使用用途に限りがない。
【実施例】
【００３９】
本発明の実施例について以下に説明をする。ただし、本発明の廃コンクリート微粉末溶融骨材は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
本実施例の廃コンクリート微粉末溶融骨材の原材料として、圧縮強度21N/mm2程度の解体コンクリートから取り出した副産細粒（5mm以下）を使用した。
【００４１】
成分の調整は、廃コンクリート微粉末にフライアッシュ及び石灰石を混合することにより行った。
【００４２】
廃コンクリート微粉末溶融骨材は、分離工程及び調整工程を経た廃コンクリート微粉末を主原料とした成分を、溶融炉で1200℃〜1450℃までの温度にて溶融して製造した。
【００４３】
表１は、本発明による廃コンクリート微粉末溶融骨材の実施例の原料の組成比（質量比）を示す表である。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１に示す所定の比率で原料を混合した後、電気式溶融炉にて溶融し、溶融後は空冷法により、廃コンクリート微粉末溶融骨材を製造した。
【００４６】
図３は、実施例にて溶融を行い、製造した廃コンクリート微粉末溶融骨材について、溶融温度と廃コンクリート微粉末溶融骨材の密度の結果を示す図である。
【００４７】
製造した廃コンクリート微粉末溶融骨材については、JIS A 5031「一般廃棄物、下水汚泥又はそれらの焼却灰を溶融固化したコンクリート用溶融スラグ骨材」の規格に示す密度によって評価を行った。
【００４８】
本実施例による廃コンクリート微粉末溶融骨材の密度は、溶融温度1200℃〜1350℃において、JIS A 5031規格値の2.5以上を満足した。よって、本実施例のコンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法の妥当性が実証された。また、本実施例の廃コンクリート微粉末溶融骨材によれば、廃コンクリート微粉末溶融骨材の組成比にして61.0質量％もの廃コンクリート微粉末を含有することとなるため、大量の廃コンクリート微粉末を有効に処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】コンクリート廃材からの骨材等の再利用を示す図である。
【図２】本実施形態の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法における成分調整の方法を説明する図である。
【図３】本実施例の廃コンクリート微粉末を主原料とした廃コンクリート微粉末溶融骨材の製造方法による溶融温度と廃コンクリート微粉末溶融骨材の密度の結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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