JP4565699B2

JP4565699B2 - 再生骨材、該再生骨材の製造方法及び該再生骨材を用いたコンクリート組成物

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Publication number: JP4565699B2
Application number: JP2000130219A
Authority: JP
Inventors: 範昭西浦; 岳志野本; 剛士宮下; 利充小林; 基金川
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001316146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートに用いる再生骨材、該再生骨材の製造方法及び該再生骨材を用いたコンクリート組成物に関し、より詳細には、建設廃棄物等から発生するコンクリート塊を再利用した骨材、及び該骨材の製造方法、該骨材を用いたコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設廃棄物の処理問題及び天然資源の枯渇化に関連して、建設廃棄物を再利用することが社会的に要望されている。建設廃棄物の再利用方法としては、建設廃棄物として発生するコンクリート塊から粗骨材、細骨材といった骨材を再生して、いわゆる再生骨材を製造し、この再生骨材を用いてコンクリート組成物として再利用する方法を一例として挙げることができる。これまで、再生骨材を用いた再生コンクリートに関して種々の検討がなされ、再生骨材の暫定品質基準が提案されるに至っており、今後ますます需要が拡大するものと考えられる。
【０００３】
ところで、コンクリート建造物を解体することに伴う建設廃棄物として排出されるコンクリートは、種々の要因により劣化を生じ、その強度を低下させることが知られている。この劣化の一例としては、コンクリート構造物の塩害を挙げることができる。コンクリートの塩害とは、コンクリート中に塩分がある程度以上存在すると、コンクリートの中性化といった他の要因による劣化を生じていない場合でも、コンクリート内部の鉄筋が腐食してしまうことをいう。コンクリート中の塩分量が多ければ多いほど腐食は早く、さらには鉄筋位置のコンクリートが同時に中性化してしまうと鉄筋の腐食はよりいっそう促進されてしまうことになる。
【０００４】
現在我が国においては、細骨材の相当量を海砂に頼らなければならない状況にあり、この海砂は、充分に洗浄することにより除塩して使用するべく、塩化物総量規制が設けられている。この塩化物総量規制によれば、建築用骨材及び土木用骨材においては、塩化物量は、ＮａＣｌ換算で、０．１％以下、より好ましくは０．０４％以下とすることが好ましいとされている。
【０００５】
上述した建設廃棄物から得られるコンクリートを再生骨材として使用する場合には、再生骨材の製造方法の違いに応じて、再細生骨材では、それぞれＩ種、ＩＩ種、ＩＩＩ種に分類し、再生粗骨材を、Ｉ種及びＩＩ種に分類することが官公庁等により提案されている。原料コンクリートに対して高度な処理を施して製造されるＩ種再生骨材は、バージンの骨材と同程度の品質を有しているが、ＩＩ種、ＩＩＩ種の再生細骨材又は再生粗骨材は、骨材にモルタル分が多量に付着している場合が多い。さらに、再生骨材は、建設廃棄物から得られる原料コンクリートの特性に大きく影響を受けることが予測されるが、不都合なことに多くの場合には原料コンクリートの素性、履歴は不明である。また、特に再生骨材に付着しているモルタルが塩分を含有している場合には、海砂の塩分除去法のように水洗による塩分除去を行うことができず、再生骨材として用いる際に、塩化物総量規制に適合させることができない場合も生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の上記問題点に鑑みなされたものであり、本発明は、特に建設廃棄物から得られるコンクリートを再生骨材として用いることを可能とするコンクリートに用いる骨材、該骨材の製造方法及び該骨材を用いたコンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は特にモルタル分が付着した原料コンクリートから塩分を除去することにより適切に建築用・土木用骨材として使用可能な再生骨材、該骨材の再生方法及び該骨材を用いたコンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
さらには、本発明は、原料コンクリートの強度、中性化の進行具合、塩分含有量といった、原料コンクリートの特性によらずに安定した性能を与えることができる再生骨材、該骨材の製造方法及び該骨材を用いたコンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の再生骨材、該再生骨材の製造方法、及び該再生骨材を用いたコンクリート組成物を提供することにより達成することができる。
【００１０】
本発明の請求項１の発明によれば、建設廃棄物として発生する原料コンクリートから塩化物イオンを電気化学的に除去することにより製造される再生骨材が提供される。
【００１１】
本発明の請求項２の発明によれば、上記原料コンクリートには、モルタル分が付着していることを特徴とする再生骨材が提供される。
【００１２】
本発明の請求項３の発明によれば、上記モルタル分に含まれる塩化物イオンを除去することを特徴とする再生骨材が提供される。
【００１３】
本発明の請求項４の発明によれば、塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とする再生骨材が提供される。
【００１４】
本発明の請求項５の発明によれば、上記塩化物イオンが０．１％以下とされていることを特徴とする再生骨材が提供される。
【００１５】
本発明の請求項６の発明によれば、上記塩化物イオンが０．０４％以下とされていることを特徴とする再生骨材が提供される。
【００１６】
本発明の請求項７の発明によれば、建設廃棄物として発生する原料コンクリートを粉砕する工程と、
上記原料コンクリートから塩化物イオンを０．１％以下にまで電気化学的に除去する工程とを含む再生骨材の製造方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項８の発明によれば、上記塩化物イオンは、０．０４％以下とされていることを特徴とする製造方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項９の発明によれば、上記原料コンクリートには、モルタル分が付着していることを特徴とする再生骨材の製造方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項１０の発明によれば、塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とする再生骨材の製造方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項１１の発明によれば、建設廃棄物として発生する原料コンクリートから塩化物イオンを電気化学的に除去することにより製造される再生骨材を含有することを特徴とするコンクリート組成物が提供される。
【００２１】
本発明の請求項１２の発明によれば、塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とするコンクリート組成物が提供される。
【００２２】
前本発明の請求項１３の発明によれば、記塩化物イオンを０．１％以下とすることを特徴とするコンクリート組成物が提供される。
【００２３】
本発明の請求項１４の発明によれば、上記塩化物イオンを０．０４％以下とすることを特徴とするコンクリート組成物が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて説明する。建築物の解体等に伴って発生する建設廃棄物としてのコンクリートには、多くの場合微粉末や、モルタル分が付着している。このような場合、海砂を洗浄すると同様な方法では、微粉末やモルタル分中に含有される塩化物イオンＣｌ^―を充分な程度まで低下させることは困難である。このような塩化物イオンＣｌ^―は、ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＣａＣｌ_２，ＭｇＣｌ_２といった原料コンクリートやモルタル分に含まれる可能性のある成分から発生する。このような塩化物イオンＣｌ^―がコンクリート中に存在すると、コンクリートの補強のために用いられる鉄筋が錆びることになり、コンクリートの劣化の問題、いわゆる塩害を生じさせてしまうため、上述した微粉末や、モルタル分中に含まれる塩化物イオンＣｌ^―は、可能な限り、特に塩化物総量規制以下とする必要がある。
【００２５】
本発明の再生骨材は、建設廃棄物として発生するコンクリートを、原料コンクリートとして用いる。本発明においては、この原料コンクリートを粉砕機等により骨材として利用可能な径へと粉砕して、粉砕コンクリートとする。この際の再生骨材の径としては、細骨材として用いる場合には、公称５ｍｍのふるいでふるったときに８５％重量以上がふるいを通過してしまう径、及び粗骨材として用いる場合には、公称２０ｍｍのふるいでふるったときに、ふるい上にとどまるものが１０重量％未満である径を挙げることができる。しかしながら、さらに大きな寸法の粗骨材であっても本発明によれば製造することが可能である。
【００２６】
本発明は、この粉砕コンクリートを、骨材のストックヤード等の処理設備における電気分解槽中において、水中へと浸漬し、粉砕コンクリートから塩化物を水中へと溶出させる。図１には、ストックヤード等といった場所において粉砕コンクリート１から塩化物イオンを溶出させているところを示す。粉砕コンクリート１から塩化物を溶出させる際には、攪拌、超音波による刺激、昇温等を用いてさらに溶出効率を高めることも可能である。
【００２７】
図２は、図１に示したようにして水中に溶出した塩化物から発生した塩化物イオンＣｌ^―に対し、電気分解処理を施しているところを示した図である。図２においては、電気分解槽２中に貯留された水中には、粉砕コンクリート１から溶出した塩化物から発生した塩化物イオンＣｌ^―が溶存しているのが示されている。図２においては、この電気分解槽２中に電気分解用電極３，４が浸漬され、これらの電気分解用電極３，４が電源５へと接続されているのが示されている。この電気分解用電極３，４は、具体的には炭素鋼といった材料から形成することができる。また、この電気分解用電極３，４を形成するための材料としては、炭素鋼以外にもニッケル、黒鉛、酸化鉄、酸化鉛、白金、パラジウム、コバルト、鉄、亜鉛、錫、といった材料から適宜選択して用いることもでき、さらにはこれらの材料から得られるいかなる合金であっても用いることが可能である。また、炭素鋼といった電極材料の表面に電気分解工程を阻害しない範囲で黒鉛、金属酸化物、有機材料といった物質によりコーティングを施して用いることも可能である。
【００２８】
また、図２においては、電気分解用電極３，４は、１対のみが示されているが、複数の電極を並列に接続してさらに効率を向上させることもできる。図３は、複数の電極を用いる場合の電極構成を示した図である。図３（ａ）は、陽極６と陰極７とを、複数並列配置した電極構成を示した上面図であり、図３（ｂ）は、陽極６と陰極７とを直列とした複極式の電極配置を示した上面図である。本発明においては、図３に示したいずれの電極構成でも用いることが可能であり電極構成については、作業性、効率といった点を考慮して適宜選択することができる。
【００２９】
図４は、図２に示した電気分解槽２中において、電気分解用電極３，４に電圧を加えた場合の塩化物イオンＣｌ⁻の移動を示した図である。図４（ａ）は、電気分解槽２中における塩化物イオンＣｌ⁻の挙動を示した概略図であり、図４（ｂ）は、粉砕コンクリート１に付着したモルタル分ＭＯＬ中の塩化物イオンＣｌ⁻が除去されるのを示した拡大図である。図４に示した塩化物イオンＣｌ⁻は、電気分解槽２中に形成された電場に応じて陽極３へと移動し、また、例えばＮａ^＋、Ｃａ^２＋といった陽イオンは、陰極４へと移動する。同時に図４（ｂ）に示されるように粉砕コンクリート１に付着しているモルタル分ＭＯＬに含まれている塩化物イオンＣｌ⁻についても電気分解槽２中に貯留された水中へと溶出し、電気化学的に除去することが可能となる。電気化学的な反応について説明すると、陽極３においては、塩化物イオンＣｌ⁻がＣｌ_２とされ、陰極４においては主として水が電気分解されて、水素Ｈ_２が発生する。これに伴って陰極４では、水酸化物イオンＯＨ⁻が発生することになる。図示しないものの、これらの気体生成物を捕集するための手段を、電極付近に配置することも可能であるし、電気分解槽２を外部から遮断して電気分解槽２に対して図示しない捕集装置を取り付けることも可能である。
【００３０】
上述した電気分解による塩化物イオンＣｌ⁻の除去は、粉砕コンクリート１中の塩化物イオンＣｌ⁻濃度が、塩化物総量規制値に適合するようになるまで連続して行われる。この際の塩化物総量規制値は、より長期にわたり塩害の抑制を行うためには建築用骨材及び土木用骨材とも、骨材に対して０．０４％（ＮａＣｌ換算値）以下とすることにより骨材として用いることが可能ではあるが、建築用骨材及び土木用骨材とも、骨材に対して０．１％（ＮａＣｌ換算値）以下とすることで骨材として用いることができるようになる。このような塩化物量は、種々の方法により測定することができ、詳細には、日本建築学会により定められているＪＡＳＳ５、コンクリート示方書（土木学会）、ＪＩＳＡ５３０８（レディーミクストコンクリート）、及びＪＩＳＫ０１０２（工場排水試験方法）、ＪＩＳＫ０１２２（イオン電極通則）、ＪＩＳＫ０１２７（イオンクロマトグラフ分析通則）に規定されている。
【００３１】
塩素イオン濃度を測定するために用いることができる方法を具体的に例示すると、電気滴定方法、電量分析方法、イオン電極濃度測定方法、分光光度計による吸光度分析、蛍光Ｘ線分析（ＲＩを含む）、質量分析（適宜ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、高速液体クロマトグラフィー（ＬＣ）、ＩＣＰと組み合わせることが可能である。）、イオンクロマトグラフィーの他、モール法、フォルハルト法、ファヤンス法等を挙げることができる。具体的な測定としてモール法による塩化物イオン含有量の測定方法を以下に具体的に説明する。
【００３２】
（モール法による塩化物含有量の測定）
再生骨材約１ｋｇを絶乾状態として放冷後、２００ｇを秤量する。これに蒸留水２００ｍｌを加え、再生骨材中の塩化物を完全に抽出する。抽出液５０ｍｌにクロム酸カリウム溶液（クロム酸カリウム２５ｇを５００ｍｌの蒸留水に溶解したもの）１ｍｌを加えた後、０．１Ｎ硝酸銀水溶液で滴定し、滴定量（Ｃｍｌ）から次式を用いて再生骨材中の塩化物イオン重量を重量％として求める。
【００３３】
【数１】

【００３４】
上述のようにして塩化物イオンＣｌ⁻が、所定量以下とされた後、粉砕コンクリート１を水中から回収し、乾燥させることにより本発明の再生骨材を得る。この際、電気分解をより効率的に行うため、バッチ式の電気分解槽ではなく、流動床を用いた連続式の電気分解槽を用いることも可能である。
【００３５】
上述した電気分解工程において、ＮａＣｌ以外にＫＣｌ，ＣａＣｌ_２，ＭｇＣｌ_２といったイオンが含有されている場合であっても、陰極４において発生する電気化学的プロセスはほとんど同様のものであるため、塩化物イオンＣｌ⁻は、陽極３側へと引き寄せられ、塩素Ｃｌ_２となる。このため各イオンの移動度は多少異なるものの電圧を制御することにより、電解水溶液中に溶解した塩化物イオンＣｌ⁻を安定して除去することが可能となる。すなわち、本発明は、海砂といった骨材の洗浄工程に一工程を加えることにより、又は一工程を代替することにより、効率よく、かつ容易に塩化物イオンＣｌ⁻の除去を行うことを可能とする。
【００３６】
図５には、本発明に用いる電気分解工程の変更例を示す。本発明に用いる電気分解工程の変更例では、陽極３及び陰極４の間に少なくとも１枚のイオン交換樹脂製の隔膜８を用いる。この隔膜８は、各イオンの一方向的な移動を可能とさせると共に、陽極３付近で発生する塩素と、水酸化ナトリウムとが混合して形成される次亜塩素酸ナトリウムＮａＣｌＯの形成を防止するために用いることができる。さらに、イオン交換樹脂の種類を選択することにより、陰極４においてイオン化傾向の小さな金属が析出することによる電気分解条件の変動を防ぎ、より安定した塩化物イオンＣｌ⁻の除去を可能とすることができる。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂を用いることが陽イオンを除去するために好ましいが、適宜陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を組み合わせて用いることも可能である。
【００３７】
また、イオン交換樹脂製の隔膜８は、図３に示した電極構成と共に用いることも可能であり、図３に示した電極構成と共にイオン交換樹脂を用いることにより、よりいっそう製造効率を向上させることが可能となる。さらには、塩化物イオンＣｌ⁻と共存する可能性がある陰イオンについても、適宜条件を設定することにより除去することが可能である。また、カルシウムイオンＣａ^２＋等の陽イオンは陰極４付近に濃縮されるので、キレート化剤といった化合物により捕捉させることにより、陰極４の急速な劣化を防止することも可能であるし、塩化物イオンＣｌ⁻を気体のＣｌ_２とすることなく、陽極３付近に濃縮させつつ、可能な場合には吸着剤、又は吸収剤等により捕捉させることにより、塩素の発生を防止させることもでき、塩素用の捕捉装置を用いずに本発明の再生骨材の製造を行うことも可能である。
【００３８】
図６は、本発明のイオン交換樹脂製の隔膜８の配置方法を変更した本発明の電気分解工程の第２の変更例を示す。図６に示される電気分解工程では、イオン交換樹脂製の隔膜８は、電気分解槽２の底部にまで延ばされていて、電極３，４から見て隔膜８の内側に粉砕コンクリート１が収容されている。電極３，４は、塩化物イオンＣｌ⁻を含んだ水中に浸漬されていて、電気分解により塩化物イオンを除去する構成とされている。このような構成とすることにより、陰極４における陽イオンの析出といった原因による電気分解特性の変動を抑えることも可能である。
【００３９】
本発明により得られる再生骨材は、従来の川砂、海砂、砂利といった細骨材及び粗骨材と同様にして用いて、コンクリート組成物を製造することが可能である。この際、コンクリート組成物の製造方法としては、これまで知られたいかなる方法でも用いることができる。また、本発明の再生骨材は、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、超速硬セメント、白色ポルトランドセメント、混合セメント、アルミナセメント、マグネシアセメント等と適宜混合して用い、コンクリート組成物とすることができる。このコンクリート組成物に対しては、海砂、山砂、川砂、陸砂、砕砂、高炉スラグ、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、鉱滓といった従来用いられている骨材を適宜混合して用いることも可能である。
【００４０】
さらに本発明の再生骨材は、原料コンクリートとしてすでに再生骨材を用いて形成されたコンクリートを用いることも可能であり、このような再生骨材を含んだ原料コンクリートから再生骨材を再度形成して、再生骨材として再びコンクリート組成物に繰り返し適用することを可能とし、より省資源化を図ることを可能とする。
【００４１】
さらに発明のコンクリート組成物には、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、防錆剤、起泡剤、フライアッシュや高炉スラグといった混和剤、膨張剤等を適宜添加して用いることができる。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の再生骨材、該再生骨材の製造方法、及び該再生骨材を用いたコンクリート組成物によれば、特に建設廃棄物から得られるコンクリートを再生骨材として用いることが可能となる。
【００４３】
また、本発明の再生骨材の製造方法によれば、海砂等従来の骨材の洗浄工程に一つの工程を加えるのみで容易、かつ効率的に塩化物イオンＣｌ⁻を除去することを可能とする。
【００４４】
また、本発明は特にモルタル分が付着した原料コンクリートから塩分を除去することにより適切に建築用・土木用骨材として使用可能な再生骨材、該骨材の再生方法及び該骨材を用いたコンクリート組成物を提供することが可能となる。
【００４５】
これまで本発明を実施例をもって説明してきたが、本発明は、上述した実施例に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における塩化物の溶出を示した図。
【図２】本発明における電気分解工程を示した図。
【図３】本発明に用いることができる電極構成を示した図。
【図４】本発明における塩化物イオンの移動を示した図。
【図５】本発明の電気分解工程の変更例を示した図。
【図６】本発明の電気分解工程の第２の変更例を示した図。
【符号の説明】
１…粉砕コンクリート
２…電気分解槽
３…陽極
４…陰極
５…電源
６…陽極
７…陰極
８…隔膜
ＭＯＬ…モルタル分

Claims

建設廃棄物として発生するモルタル分が付着している原料コンクリートを粉砕する工程と、粉砕した前記原料コンクリートを水中へ浸漬して前記モルタル分に含まれる塩化物イオンを溶出させる工程と、溶出した前記塩化物イオンを電気化学的に除去する工程と、
により製造される再生骨材。
塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の再生骨材。
前記塩化物イオンが０．１％以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の再生骨材。
前記塩化物イオンが０．０４％以下とされていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１つに記載の再生骨材。
建設廃棄物として発生するモルタル分が付着している原料コンクリートを粉砕する工程と、粉砕した前記原料コンクリートを水中へ浸漬して前記モルタル分に含まれる塩化物イオンを溶出させる工程と、溶出した前記塩化物イオンを０．１％以下にまで電気化学的に除去する工程とを含む再生骨材の製造方法。
前記塩化物イオンは、０．０４％以下とされていることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とする請求項５又は６のいずれか１つに記載の再生骨材の製造方法。
建設廃棄物として発生するモルタル分が付着している原料コンクリートを粉砕する工程と、粉砕した前記原料コンクリートを水中へ浸漬して前記モルタル分に含まれる塩化物イオンを溶出させる工程と、溶出した前記塩化物イオンを電気化学的に除去する工程と、
により製造される再生骨材を含有することを特徴とするコンクリート組成物。
塩化物イオンの電気化学的除去は、イオン交換樹脂製の隔膜を用いて行われることを特徴とする請求項８に記載のコンクリート組成物。
前記塩化物イオンを０．１％以下とすることを特徴とする請求項８又は９のいずれか１つに記載のコンクリート組成物。
前記塩化物イオンを０．０４％以下とすることを特徴とする請求項８又は９のいずれか１つに記載のコンクリート組成物。