コンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法
【課題】高温焼成等を必要とすることなくコンクリート廃材を再利用して実用性の高い水硬性材料を得、かかる水硬性材料から容易に且つ低コストでコンクリート製品を製造することの出来る新規な技術を提供すること。
【解決手段】コンクリートを用いた製品や構築物の製造工場や施工現場で発生するコンクリート系廃材、例えば住宅等の建築用コンクリート系外装材や瓦等の廃材を主原料とし、該主原料に対して、８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、十分に低硬度で、焼成処理後に破砕，粉砕できて処理が容易な水硬性材料を得、かかる水硬性材料をコンクリート材料として高温高圧養生を利用してコンクリート製品を製作することにより、大きな強度と優れた硬化速度をもって、目的とするコンクリート製品を提供し得る技術を実現した。
【解決手段】コンクリートを用いた製品や構築物の製造工場や施工現場で発生するコンクリート系廃材、例えば住宅等の建築用コンクリート系外装材や瓦等の廃材を主原料とし、該主原料に対して、８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、十分に低硬度で、焼成処理後に破砕，粉砕できて処理が容易な水硬性材料を得、かかる水硬性材料をコンクリート材料として高温高圧養生を利用してコンクリート製品を製作することにより、大きな強度と優れた硬化速度をもって、目的とするコンクリート製品を提供し得る技術を実現した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを用いた製品や構築物の製造工場や施工現場で発生するコンクリート系廃材、例えば住宅等の建築用コンクリート系外装材や瓦等の廃材を主原料として、その再利用を実現するコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンクリートは極めて広い範囲で利用されており、橋脚や土留壁、ダム、ビルディング等の大型築造物の他、一般住宅における瓦や外装材などの建築物においても、構造材や保護材，装飾材等として用いられている。
【０００３】
ところで、このような大型築造物や建築物等の構築や補修，撤去等に際して発生するコンクリート系廃材は、従来から、安定型廃棄物として埋め立て用等に廃棄処理されているが、その他、再利用の方策としては、例えば、粉砕して焼成処理することによりセメント鉱物（セメントクリンカを含む。以下同じ。）を生成させて、水硬性材料として再利用することも考えられる。
【０００４】
ところが、セメント鉱物からなる水硬性材料においては、実用的な水硬性能を発揮するために、一般に、セメント鉱物としてエーライト相（アリットとも言う。）を多く含むことが要求されることとなり、エーライト相を生成させるためには、セメント鉱物の生成に１４５０℃以上の高温での焼成処理が必要とされることから、特別な高温処理設備が必要であるという問題があり、しかも、高温焼成によって生成されるセメント鉱物の硬度が大きいために、生成されたセメントクリンカ等を粉砕処理するための設備も大掛かりとなって、製造が難しく製造コストも高くなるという問題があったのである。
【０００５】
なお、１３００℃以下の低温焼成処理によってもセメント鉱物が生成されることが知られているが、かかる低温焼成処理では、生成されるセメント鉱物の殆どがビーライト相（ベリットとも言う。）となり、特性的に水和速度が小さく、実用強度を得るには、非常に長い養生期間が必要とされることから、現実的には利用性が期待できないものと考えられている。
【０００６】
また、特に近年問題となっている一般住宅における瓦や外装材等のコンクリート廃材においては、アスベスト繊維等を含むコンクリート材が多く利用されていることから管理型廃棄物に区分されることとなり、そのために、一般のコンクリート廃材に比して廃棄処理も制限を受けて極めて面倒となると共に、再利用も一般のコンクリート廃材に比して技術的および環境的に難しいという問題があり、コンクリート廃材の処理が一層大きな社会問題となってきているのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、高温焼成等を必要とすることなくコンクリート廃材を再利用して実用性の高い水硬性材料を容易に且つ低コストで製造することの出来る水硬性材料の製造方法を提供し、かかる方法に従って製造された水硬性材料を用いたコンクリート製品の有利な製作方法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【０００９】
すなわち、上述の課題を解決するために、発明者は、コンクリート廃材の再利用について多くの実験と検討を加えた結果、コンクリート廃材の１３００℃以下の低温焼成処理によって得られるセメント鉱物は、ビーライト相が多く含まれており、特定の処理を加えることによって、その水和速度を含む水硬性が飛躍的に向上されるという特徴的な事実を新たに見い出し得たのであり、かかる知見に基づいて、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに至ったのである。
【００１０】
ここにおいて、本発明の特徴とするところは、（ａ）コンクリート廃材を主原料として準備する工程と、（ｂ）該主原料を粉砕処理する工程と、（ｃ）該主原料を８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、セメント鉱物としてエーライト相よりもビーライト相を多く含むセメントクリンカを得る工程と、（ｄ）セメントクリンカを粉砕処理して水硬性材料とする工程と、（ｅ）該水硬性材料を水と共に練り混ぜてコンクリート製品用材料を得る工程と、（ｆ）該コンクリート製品用材料を用いて所定の成形体を作成する工程と、（ｇ）該成形体に対して、１００〜３００℃での高温高圧養生を行うことによってコンクリート製品を得る工程とを、含むコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法にある。
【００１１】
このような本発明方法においては、従来のコンクリート廃材の再利用に際して必要と考えられていた１４５０℃以上の高温での焼成処理に比して、８００〜１３００℃という低温での焼成処理が採用されることから、焼成炉等の設備が簡略化され得る。しかも、本発明方法に従って製造されたコンクリート廃材は、１４５０℃以上の高温で焼成処理することによって生成する塊状物（セメントクリンカ）に比して、十分に低硬度であることから、焼成処理後に破砕，粉砕処理して粉状材料とするに際しても、処理が容易で、設備コストも抑えられるという利点がある。
【００１２】
また、本発明方法に従えば、予めコンクリート廃材にカルシウムを含む補助成分を添加することにより、水硬性組成物を一層効率的に生成させることが出来るのであり、それによって、実用的な水硬性材料を有利に製造することが可能となるのである。
【００１３】
すなわち、本発明者が実験および解析，検討を加えた結果によれば、従来からコンクリート廃材の再利用に際して必要とされていた１４５０℃以上での高温処理は、水硬性組成物としてのケイ酸三石灰（３ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）の固溶体であるエーライト相を生成することを目的とするものであったが、本発明方法においては、上述の如き補助成分を添加した８００〜１３００℃の低温焼成処理によってケイ酸二石灰（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）の固溶体であるビーライト相が効率的に生成されることとなる。そして、このビーライト相を多く含む組成物からなる、本発明方法に従って製造された水硬性材料にあっては、コンクリート製品を製造等するに際して、特定の高温高圧養生等の処理を施すことにより、十分に実用レベルとなる水硬性が発揮され得ることが本発明者によって確認されているのである。
【００１４】
さらに、コンクリート廃材には、セメントや骨材の他に適当な増量材や補強材等の不純物が含まれていることから、その再利用に際して環境性等が問題となるおそれがあるが、本発明にかかる水硬性材料の製造方法に従えば、例えば、後述するようにコンクリート瓦の廃材に多く含まれるアスベストも、その構造が焼成処理によって略破壊されて、環境への悪影響が有利に解消され得るのである。
【００１５】
なお、本発明に係る水硬性材料の製造方法においては、一般に、焼成処理によってセメントクリンカが生成することとなり、かかるセメントクリンカをそのまま水硬性材料として市場に供することも可能であるが、新規のコンクリート製品の製造に際して粉砕等の処理を加えることなく容易に用いられ得るように、破砕および粉砕処理して市場に提供されることが望ましく、更に、石膏や適当な補助材，増量剤等を適宜に添加することも可能である。そこにおいて、本発明では、セメントクリンカを粉砕処理して粉末状にすることが望ましく、それによって、コンクリート製品の製造作業性の向上だけでなく、水硬性能の更なる向上と安定化が図られ得る。
【００１６】
また、本発明に係る水硬性材料の製造方法において、コンクリート廃材と補助成分は、焼成に先立って十分に混練することが望ましく、例えば、湿式または乾式でそのまま混合したり、或いはボールミル等の混合機械を使用して粉砕しつつ混合することも可能である。更にまた、補助成分を含むコンクリート廃材の焼成処理は、望ましくは１１００〜１３００℃、より望ましくは１２００〜１３００℃の温度で行われる。更にまた、補助成分に含まれるカルシウムとしては、例えば、酸化カルシウムや水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等を含むカルシウム化合物が好適に採用されることとなり、貝殻の如き廃棄物等もカルシウム化合物として採用可能である。また、本態様に係る水硬性材料の製造工程での焼成処理は、例えば、ロータリーキルン等の回転式の焼成炉を用いて行うことも可能であり、それによって、コンクリート廃材の補助成分との反応性がより向上され得る。
【００１７】
また、本発明の態様においては、以下（イ）〜（ヘ）に記載の特徴的構成が、単独で、若しくは二つ以上の複数の組み合わせ態様で、採用されることが望ましく、それによって、焼成過程におけるコンクリート廃材と補助成分の反応性が向上される等といった技術的効果が発揮され得ることとなる。
（イ）焼成処理を、３０〜１８０分、好適には、６０〜１２０分の時間で行なう。
（ロ）コンクリート廃材からなる主原料に補助成分を添加した水硬性材料の原料混合物におけるＣａＯ／ＳｉＯ2 のモル比を１〜４とする。
（ハ）補助成分としてのカルシウムを、コンクリート廃材１００重量部に対して４０〜２００重量部の割合で添加する。
（ニ）コンクリート廃材がパルプを含んでおり、焼成処理の前工程として、該パルプの除去工程を行う。
（ホ）パルプの除去工程として、コンクリート廃材を、粒径が３mm以下、好ましくは２mm以下、より好ましくは１mm以下となるように粉砕した後、焼成処理よりも低い温度で仮焼処理する。
（ヘ）コンクリート廃材および補助成分を、粒径が３mm以下となるように粉砕および混合した後、焼成処理を行なう。
【００１８】
なお、上記（ニ）および（ホ）からも明らかなように、例えばパルプを含むコンクリート廃材としての一般住宅の外装廃材等も、本発明の適用範囲であり、かかる外装廃材を主原料とし、該主原料に対してカルシウムを含む補助成分を添加して、８００〜１３００℃で焼成処理することにより、パルプを除去した水硬性材料が有利に実現され得るのである。そこにおいて、好ましくは、上記（ニ）および（ホ）に記載のパルプの除去工程を採用することにより、パルプが外装廃材から一層有利に除去されて焼成過程における外装廃材と補助成分の反応性が向上されることから、目的とする水硬性能の更なる向上が図られ得る。また、上記（ニ）に記載のパルプの除去工程としては、例えば、コンクリート廃材を細かく粉砕して仮焼処理する他、コンクリート廃材を細かく粉砕した後にふるいにかけて分別処理する工程等が、適宜に採用され得る。
【００１９】
また、本発明において、前記コンクリート廃材はアスベスト繊維を含んでいても良い。このような態様においては、水硬性材料の主原料であるコンクリート廃材が、環境性等の問題を伴い易いアスベスト繊維を含み、例えば一般住宅の瓦廃材等の管理型廃棄物を含む場合であっても、水硬性材料として再利用可能とされ得るのである。即ち、アスベスト繊維を含む管理型廃棄物をコンクリート廃材とする本態様においては、上述の如き特定温度での焼成処理などによって、アスベスト繊維の構造が略破壊されるのであり、それによって、人体等への悪影響に問題とない廃棄物再利用型の新規な水硬性材料が有利に製造されて提供され得ることとなるのである。なお、このようなアスベスト繊維を含むコンクリート廃材の焼成に際して、望ましくは、焼成温度が１２００〜１３００℃とされると共に、焼成時間が６０〜１８０分とされる。
【００２０】
また、本発明方法では、前記補助成分として、鉄及び／又はホウ素を含むことが、好適である。このような態様においては、コンクリート廃材に鉄とホウ素の少なくとも一方を添加することにより、焼成処理後の冷却工程において、水硬性を有するベータ型のビーライト相：β−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、「β−Ｃ2 Ｓ」と略称する。）から水硬性を殆ど有しないガンマ型のビーライト相：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、「γ−Ｃ2 Ｓ」と略称する。）への、所謂ダスティング現象を伴うセメントクリンカの変態転移が、有効に防止され得ることが本発明者によって確認されており、その結果、目的とする水硬性材料における水硬性の向上と安定化が高度に達成され得るのである。なお、本態様において、補助成分における鉄及び／又はホウ素とカルシウムの組成比は特に限定されるものでないが、好適には、鉄及び／又はホウ素がカルシウムに対して１〜１５％となるように配合される。更にまた、鉄及び／又はホウ素を含む補助成分は、前述の如く細かく粉砕すると共に主原料と混合されて、焼成処理に供されることが望ましい。また、鉄は、酸化第一鉄（II）等を含んで構成されると共に、ホウ素は、酸化ホウ素等を含んで構成される。
【００２１】
また、本発明では、上述の如きくして製造された水硬性材料を用い、１００〜３００℃での高温高圧養生を行なうことによってコンクリート製品を製作することとなる。このようにして得られたコンクリート製品においては、一般に水硬性に有利でないビーライト相を多く含む水硬性材料に対して、水和反応による強度発現を速やかに発揮させることができ、それ故、従来では、到底実現され得なかった程に低温度での焼成処理によって生成された、コンクリート廃材を主原料とした再生利用材としての水硬性材料を用いて新規なコンクリート製品を製作することが可能となったのであって、コンクリート廃材の実用化が有利に実現され得るのである。
【００２２】
しかも、本発明では、上述の如くして製造された水硬性材料を用いたことにより、原材料であるコンクリート廃材に例えばアスベスト繊維等が含まれている場合にも、環境等への悪影響が有利に防止され得るのであり、それ故、上述の如きコスト性や製作性だけでなく、優れた環境性も達成され得るのである。
【００２３】
なお、本発明における高温高圧養生の条件は、特に限定されるものでなく、従来から知られているオートクレーブ養生が適宜に採用可能であるが、養生温度が好ましくは１６０〜２００℃とされると共に、養生圧力が好ましくは６〜１５ｋｇ／ｃｍ2 、より好ましくは６〜１０ｋｇ／ｃｍ2 とされ、更に養生時間が好ましくは５〜２４時間とされる。
【００２４】
また、本発明では、前記第一の態様に係るコンクリート製品の製作方法において、前記高温高圧養生を行なう前の前養生として、４５〜１００℃の蒸気養生を行なうことが、好適に採用される。このような態様においては、特定の前養生を採用したことにより、高温高圧養生下における水硬性材料の強度発現がより確実に実現され得る。なお、かかる前養生は、特に限定されるものでないが、４５〜９０℃の温度で、５〜２４時間の間、行われることが望ましい。
【００２５】
また、本発明では、前述の如くして得られた水硬性材料において、セメントの強度に寄与するセメント鉱物としてアリットよりもベリットを多く含むことを、特徴とする。
【００２６】
また、本発明では、かかるセメント鉱物としてのベリットとして、ガンマ型よりもベータ型を多く含むことが、望ましい。
【００２７】
また、本発明方法における中間生成物である水硬性材料は、それを利用したコンクリート用混和材も、実現し得る。このような態様のコンクリート用混和材においては、採用される水硬性材料がエーライト相よりもビーライト相を多く含み、その特性としてコンクリートの水和熱を低減させる効果があるとされることから、例えば、コンクリートが大量に必要とされるダム建設等で、一般のポルトランドセメント等を用いた施工に際して、本態様に係るコンクリート用混和材をセメントに混合させて施工することにより、ダム建設におけるコンクリートの発熱量を低下させて、発熱に起因する不具合を防止することが可能となるのである。
【発明の効果】
【００２８】
上述の説明から明らかなように、本発明方法に従えば、コンクリート廃材を利用して、比較的に低温で焼成処理することにより、新規なコンクリート製品用の材料等として十分に実用に供され得る水硬性材料を、有利に得ることが可能となり、この水硬性材料を利用して、充分な強度と実用的な生産性を発揮し得る、実用的なコンクリート製品用材料が提供されることとなり、従って、目的とするコンクリート製品を、コンクリート廃材を利用して有利に製作し、市場に提供することが可能となるのてある。
【００２９】
しかも、本発明の製造方法に従えば、アスベスト繊維等を含むコンクリート廃材であっても、それを主原料として用いて環境問題のない水硬性材料を製造することが出来るのであり、今後増加してくる一般住宅のコンクリート瓦等のコンクリート廃棄物の処理に関して、環境的にも優れた効果を発揮し得るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明に係る水硬性材料の製造方法に従って製造される水硬性材料や、該水硬性材料を用いて作製されるコンクリート製品等を説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでない。
【００３１】
〔実施例１〕
コンクリート廃材としての住宅用外装廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、かかる住宅用外装廃材５０重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５０重量部を添加して、１３００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例１）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象が僅かに認められた。
【００３２】
なお、本実施例において主原料として採用した住宅用外装廃材の主たる化学組成は、以下の通りであった。
ＣａＯ：２６．９％、ＳｉＯ2 ：４４．２３％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１３．４％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：３．７７％、ＭｇＯ：０．９２％、ＴｉＯ2 ：０．７５％、Ｋ2 Ｏ：０．５０％、Ｐ2 Ｏ5 ：０．２２％、ＭｎＯ：０．０７％、Ｎａ2 Ｏ：０．２８％
【００３３】
また、上述の如くして得た水硬性材料を水や標準砂と共に練り混ぜて、１日後脱型することによって成形体を作製し、この成形体に、前養生として６５℃で１日蒸気養生を行った後、１８０℃で８時間の高温高圧養生を行うことにより、試験体１を作製した。なお、試験体１の作製条件として、水と水硬性材料の質量比は５０％であり、水と水硬性材料と標準砂の混合割合は、水：水硬性材料：標準砂＝１：２：６である。
【００３４】
そして、材令５日の試験体１に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した。この結果、３３．１Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００３５】
〔実施例２〕
コンクリート廃材としての住宅用瓦廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、住宅用瓦廃材４６重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５４重量部を添加して、１２００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例２）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象は見られなかった。
【００３６】
また、上述の如くして得た水硬性材料を用いて、前記実施例１と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に前記実施例１と同じ試験体１の養生条件で蒸気養生と高温高圧養生を行うことにより、試験体２を作製した。
【００３７】
そして、かかる試験体２に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、５９．７Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００３８】
〔実施例３〕
実施例２と同じコンクリート廃材としての住宅用瓦廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、住宅用瓦廃材４６重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５４重量部および酸化鉄１０重量部を添加して、１３００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例３）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象は見られなかった。
【００３９】
なお、上述の実施例２および実施例３の水硬性材料に用いる住宅用瓦廃材の主たる化学組成は、以下の通りであった。
ＣａＯ：２９．３％、ＳｉＯ2 ：４９．４％、Ａｌ2 Ｏ3 ：４．８７％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：２．２６％、ＭｇＯ：３．３５％、ＴｉＯ2 ：０．３１％、Ｋ2 Ｏ：０．３２％、Ｐ2 Ｏ5 ：０．０７％、ＭｎＯ：０．１３％、Ｎａ2 Ｏ：０．０９％
【００４０】
また、上述の如くして得た水硬性材料を用いて、前記実施例２と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に前記実施例２と同じ試験体２の養生条件で蒸気養生と高温高圧養生を行うことにより、試験体３を作製した。
【００４１】
そして、かかる試験体３に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、６９．８Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４２】
上述の圧縮強度試験の結果から明らかなように、本発明方法に従って製造された実施例１〜３の水硬性材料を用いて作製した試験体１〜３は、何れも、蒸気養生および高温高圧養生を行うことにより、強度発現が有利に発揮されることが認められる。
【００４３】
また、上記実施例２の水硬性材料を用いて、実施例２と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に標準養生（２０℃の水中養生）を行うことにより、試験体２’を作製した。
【００４４】
そして、かかる試験体２’に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、材令２８日で１２．０Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４５】
更にまた、上記実施例３の水硬性材料を用いて、実施例３と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に標準養生（２０℃の水中養生）を行うことにより、試験体３’を作製した。
【００４６】
そして、かかる試験体３’に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、材令２８日で１０．０Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４７】
これら試験体２’および試験体３’における圧縮強度試験の測定結果からも、本実施例の水硬性材料を用いて作製された試験体については、充分な養生期間が必要とされるものの、最終的には実用的な強度が発現されることが認められる。
【００４８】
また、本実施例では、上述の如くして得られた実施例２の水硬性材料と実施例３の水硬性材料におけるアスベスト繊維の残留の確認を、水硬性材料を酸処理してＸ線回折装置でそのピークを観察することにより行った。その結果を図１に示す。また、比較例として、原料アスベストを酸処理したものを比較例１として図１に併せ示すと共に、５００℃で仮焼処理した後、酸処理した瓦廃材を比較例２として図１に併せ示す。
【００４９】
図１に示された結果から明らかなように、実施例２及び３の水硬性材料は、アスベスト繊維のピークが全く観察されないことから、アスベスト繊維が１２００〜１３００℃の焼成処理によって消失されることが認められる。これに対し、比較例１からも、比較例２には、アスベスト繊維のピークが明確に認められ、アスベスト繊維が残留していることが明らかである。
【００５０】
また、図２の（ａ）には、比較例として５００℃で仮焼した瓦廃材を酸処理したものを、走査電子顕微鏡により適当な倍率で直接に観察した写真を示す一方、図２の（ｂ）には、実施例２の水硬性材料を、走査電子顕微鏡により比較例と略同様な倍率で直接に観察した写真を示す。この結果、図２からも、実施例２の水硬性材料には、図２（ａ）に示す如きアスベスト繊維の針状結晶が確認されないことから、アスベスト繊維が焼成処理乃至は粉砕処理によって消失されることが明らかである。
【００５１】
さらに、本実施例では、上述の如くして得られた実施例２および３の各水硬性材料におけるβ−Ｃ2 Ｓとγ−Ｃ2 Ｓの存在比の確認を、水硬性材料を酸処理してＸ線回折装置でそのピークを観察することにより行った。その分析結果を図３に示す。
【００５２】
図３からも明らかなように、実施例２および実施例３は、β−Ｃ2 Ｓを含んでおり、それによって、コンクリート製作等に必要な水硬性を充分に確保するとが明らかであり、しかも、実施例３は、実施例２に比して、より多くのβ−Ｃ2 Ｓを生成乃至は残留することが認められており、それ故、コンクリート廃材に添加する補助成分に含まれる酸化鉄が、β−Ｃ2 Ｓからγ−Ｃ2 Ｓに変態転移することを有効に防止するものと推考される。
【００５３】
〔実施例４〜６〕
瓦廃材を原料にし、且つ瓦廃材の化学組成におけるＣａＯとＳｉＯ2 のモル比；ＣａＯ／ＳｉＯ2 （以下、Ｃ／Ｓと表す。）を、補助成分としての炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）を添加することによってＣ／Ｓ＝２．０、Ｃ／Ｓ＝０．６、Ｃ／Ｓ＝５．０に調整して、１２００℃で１時間焼成することにより、それぞれ、実施例４，実施例５，実施例６の水硬性材料を得た。そして、これら実施例４〜６の水硬性材料をＸ線回折装置により分析した結果を、図４に示す。
【００５４】
この結果からも明らかなように、Ｃ／Ｓ＝２．０に調整した実施例４では、ベータ型のビーライト相（β−Ｃ2 Ｓ）を多く含むことが認められる。また、Ｃ／Ｓ＝０．６に調整した実施例５では、水和反応による強度発現に寄与しないワラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）を多く含む一方、β−Ｃ2 Ｓを僅かに含むことが図５からも認められる。また、この結果からも、Ｃ／Ｓ＝５．０に調整した実施例６では、僅かであるがβ−Ｃ2 Ｓを含むことが認められるものの、カルシウム成分（ＣａＯ）がケイ酸成分（ＳｉＯ2 ）に比して過多とされているため、ライム（ＣａＣＯ3 やＣａＯを含む）を多く含むことが認められる。
【００５５】
〔実施例７〜９〕
瓦廃材を原料にし、炭酸カルシウムでＣ／Ｓ＝２．０に調整したものを、８００℃，１０００℃，１２００℃で１時間焼成することにより、それぞれ、実施例７，実施例８，実施例９の水硬性材料を得た。また、これら実施例７〜９の水硬性材料をＸ線回折装置により分析した結果を、図５に示す。
【００５６】
図５に示された結果からも明らかなように、１２００℃の温度で焼成処理する実施例９では、ベータ型のビーライト相（β−Ｃ2 Ｓ）を多く含む水硬性材料が有利に得られることが認められる。また、８００℃の温度で焼成処理する実施例７では、炭酸カルシウムが脱炭酸化して酸化カルシウム（ＣａＯ）に変化することによりＣａＯとＳｉＯ2 を多く残留する一方、β−Ｃ2 Ｓを生成することが、図５からも認められる。更にまた、このような結果からも、１０００℃の温度で焼成処理する実施例８では、ＣａＯとＳｉＯ2 を多く残留する一方、β−Ｃ2 Ｓを生成することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例２および実施例３で得られた水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を、比較例１〜２と共に併せ示すＸ線回折図である。
【図２】図１における実施例２で得られた水硬性材料を、比較例としての５００℃で仮焼処理した瓦廃材と共に、走査電子顕微鏡により直接に観察した写真図である。
【図３】図１における実施例２および実施例３で得られた水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【図４】本発明の実施例４〜６で得られた各水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【図５】本発明の実施例７〜９で得られた各水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを用いた製品や構築物の製造工場や施工現場で発生するコンクリート系廃材、例えば住宅等の建築用コンクリート系外装材や瓦等の廃材を主原料として、その再利用を実現するコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンクリートは極めて広い範囲で利用されており、橋脚や土留壁、ダム、ビルディング等の大型築造物の他、一般住宅における瓦や外装材などの建築物においても、構造材や保護材，装飾材等として用いられている。
【０００３】
ところで、このような大型築造物や建築物等の構築や補修，撤去等に際して発生するコンクリート系廃材は、従来から、安定型廃棄物として埋め立て用等に廃棄処理されているが、その他、再利用の方策としては、例えば、粉砕して焼成処理することによりセメント鉱物（セメントクリンカを含む。以下同じ。）を生成させて、水硬性材料として再利用することも考えられる。
【０００４】
ところが、セメント鉱物からなる水硬性材料においては、実用的な水硬性能を発揮するために、一般に、セメント鉱物としてエーライト相（アリットとも言う。）を多く含むことが要求されることとなり、エーライト相を生成させるためには、セメント鉱物の生成に１４５０℃以上の高温での焼成処理が必要とされることから、特別な高温処理設備が必要であるという問題があり、しかも、高温焼成によって生成されるセメント鉱物の硬度が大きいために、生成されたセメントクリンカ等を粉砕処理するための設備も大掛かりとなって、製造が難しく製造コストも高くなるという問題があったのである。
【０００５】
なお、１３００℃以下の低温焼成処理によってもセメント鉱物が生成されることが知られているが、かかる低温焼成処理では、生成されるセメント鉱物の殆どがビーライト相（ベリットとも言う。）となり、特性的に水和速度が小さく、実用強度を得るには、非常に長い養生期間が必要とされることから、現実的には利用性が期待できないものと考えられている。
【０００６】
また、特に近年問題となっている一般住宅における瓦や外装材等のコンクリート廃材においては、アスベスト繊維等を含むコンクリート材が多く利用されていることから管理型廃棄物に区分されることとなり、そのために、一般のコンクリート廃材に比して廃棄処理も制限を受けて極めて面倒となると共に、再利用も一般のコンクリート廃材に比して技術的および環境的に難しいという問題があり、コンクリート廃材の処理が一層大きな社会問題となってきているのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、高温焼成等を必要とすることなくコンクリート廃材を再利用して実用性の高い水硬性材料を容易に且つ低コストで製造することの出来る水硬性材料の製造方法を提供し、かかる方法に従って製造された水硬性材料を用いたコンクリート製品の有利な製作方法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【０００９】
すなわち、上述の課題を解決するために、発明者は、コンクリート廃材の再利用について多くの実験と検討を加えた結果、コンクリート廃材の１３００℃以下の低温焼成処理によって得られるセメント鉱物は、ビーライト相が多く含まれており、特定の処理を加えることによって、その水和速度を含む水硬性が飛躍的に向上されるという特徴的な事実を新たに見い出し得たのであり、かかる知見に基づいて、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに至ったのである。
【００１０】
ここにおいて、本発明の特徴とするところは、（ａ）コンクリート廃材を主原料として準備する工程と、（ｂ）該主原料を粉砕処理する工程と、（ｃ）該主原料を８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、セメント鉱物としてエーライト相よりもビーライト相を多く含むセメントクリンカを得る工程と、（ｄ）セメントクリンカを粉砕処理して水硬性材料とする工程と、（ｅ）該水硬性材料を水と共に練り混ぜてコンクリート製品用材料を得る工程と、（ｆ）該コンクリート製品用材料を用いて所定の成形体を作成する工程と、（ｇ）該成形体に対して、１００〜３００℃での高温高圧養生を行うことによってコンクリート製品を得る工程とを、含むコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法にある。
【００１１】
このような本発明方法においては、従来のコンクリート廃材の再利用に際して必要と考えられていた１４５０℃以上の高温での焼成処理に比して、８００〜１３００℃という低温での焼成処理が採用されることから、焼成炉等の設備が簡略化され得る。しかも、本発明方法に従って製造されたコンクリート廃材は、１４５０℃以上の高温で焼成処理することによって生成する塊状物（セメントクリンカ）に比して、十分に低硬度であることから、焼成処理後に破砕，粉砕処理して粉状材料とするに際しても、処理が容易で、設備コストも抑えられるという利点がある。
【００１２】
また、本発明方法に従えば、予めコンクリート廃材にカルシウムを含む補助成分を添加することにより、水硬性組成物を一層効率的に生成させることが出来るのであり、それによって、実用的な水硬性材料を有利に製造することが可能となるのである。
【００１３】
すなわち、本発明者が実験および解析，検討を加えた結果によれば、従来からコンクリート廃材の再利用に際して必要とされていた１４５０℃以上での高温処理は、水硬性組成物としてのケイ酸三石灰（３ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）の固溶体であるエーライト相を生成することを目的とするものであったが、本発明方法においては、上述の如き補助成分を添加した８００〜１３００℃の低温焼成処理によってケイ酸二石灰（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）の固溶体であるビーライト相が効率的に生成されることとなる。そして、このビーライト相を多く含む組成物からなる、本発明方法に従って製造された水硬性材料にあっては、コンクリート製品を製造等するに際して、特定の高温高圧養生等の処理を施すことにより、十分に実用レベルとなる水硬性が発揮され得ることが本発明者によって確認されているのである。
【００１４】
さらに、コンクリート廃材には、セメントや骨材の他に適当な増量材や補強材等の不純物が含まれていることから、その再利用に際して環境性等が問題となるおそれがあるが、本発明にかかる水硬性材料の製造方法に従えば、例えば、後述するようにコンクリート瓦の廃材に多く含まれるアスベストも、その構造が焼成処理によって略破壊されて、環境への悪影響が有利に解消され得るのである。
【００１５】
なお、本発明に係る水硬性材料の製造方法においては、一般に、焼成処理によってセメントクリンカが生成することとなり、かかるセメントクリンカをそのまま水硬性材料として市場に供することも可能であるが、新規のコンクリート製品の製造に際して粉砕等の処理を加えることなく容易に用いられ得るように、破砕および粉砕処理して市場に提供されることが望ましく、更に、石膏や適当な補助材，増量剤等を適宜に添加することも可能である。そこにおいて、本発明では、セメントクリンカを粉砕処理して粉末状にすることが望ましく、それによって、コンクリート製品の製造作業性の向上だけでなく、水硬性能の更なる向上と安定化が図られ得る。
【００１６】
また、本発明に係る水硬性材料の製造方法において、コンクリート廃材と補助成分は、焼成に先立って十分に混練することが望ましく、例えば、湿式または乾式でそのまま混合したり、或いはボールミル等の混合機械を使用して粉砕しつつ混合することも可能である。更にまた、補助成分を含むコンクリート廃材の焼成処理は、望ましくは１１００〜１３００℃、より望ましくは１２００〜１３００℃の温度で行われる。更にまた、補助成分に含まれるカルシウムとしては、例えば、酸化カルシウムや水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等を含むカルシウム化合物が好適に採用されることとなり、貝殻の如き廃棄物等もカルシウム化合物として採用可能である。また、本態様に係る水硬性材料の製造工程での焼成処理は、例えば、ロータリーキルン等の回転式の焼成炉を用いて行うことも可能であり、それによって、コンクリート廃材の補助成分との反応性がより向上され得る。
【００１７】
また、本発明の態様においては、以下（イ）〜（ヘ）に記載の特徴的構成が、単独で、若しくは二つ以上の複数の組み合わせ態様で、採用されることが望ましく、それによって、焼成過程におけるコンクリート廃材と補助成分の反応性が向上される等といった技術的効果が発揮され得ることとなる。
（イ）焼成処理を、３０〜１８０分、好適には、６０〜１２０分の時間で行なう。
（ロ）コンクリート廃材からなる主原料に補助成分を添加した水硬性材料の原料混合物におけるＣａＯ／ＳｉＯ2 のモル比を１〜４とする。
（ハ）補助成分としてのカルシウムを、コンクリート廃材１００重量部に対して４０〜２００重量部の割合で添加する。
（ニ）コンクリート廃材がパルプを含んでおり、焼成処理の前工程として、該パルプの除去工程を行う。
（ホ）パルプの除去工程として、コンクリート廃材を、粒径が３mm以下、好ましくは２mm以下、より好ましくは１mm以下となるように粉砕した後、焼成処理よりも低い温度で仮焼処理する。
（ヘ）コンクリート廃材および補助成分を、粒径が３mm以下となるように粉砕および混合した後、焼成処理を行なう。
【００１８】
なお、上記（ニ）および（ホ）からも明らかなように、例えばパルプを含むコンクリート廃材としての一般住宅の外装廃材等も、本発明の適用範囲であり、かかる外装廃材を主原料とし、該主原料に対してカルシウムを含む補助成分を添加して、８００〜１３００℃で焼成処理することにより、パルプを除去した水硬性材料が有利に実現され得るのである。そこにおいて、好ましくは、上記（ニ）および（ホ）に記載のパルプの除去工程を採用することにより、パルプが外装廃材から一層有利に除去されて焼成過程における外装廃材と補助成分の反応性が向上されることから、目的とする水硬性能の更なる向上が図られ得る。また、上記（ニ）に記載のパルプの除去工程としては、例えば、コンクリート廃材を細かく粉砕して仮焼処理する他、コンクリート廃材を細かく粉砕した後にふるいにかけて分別処理する工程等が、適宜に採用され得る。
【００１９】
また、本発明において、前記コンクリート廃材はアスベスト繊維を含んでいても良い。このような態様においては、水硬性材料の主原料であるコンクリート廃材が、環境性等の問題を伴い易いアスベスト繊維を含み、例えば一般住宅の瓦廃材等の管理型廃棄物を含む場合であっても、水硬性材料として再利用可能とされ得るのである。即ち、アスベスト繊維を含む管理型廃棄物をコンクリート廃材とする本態様においては、上述の如き特定温度での焼成処理などによって、アスベスト繊維の構造が略破壊されるのであり、それによって、人体等への悪影響に問題とない廃棄物再利用型の新規な水硬性材料が有利に製造されて提供され得ることとなるのである。なお、このようなアスベスト繊維を含むコンクリート廃材の焼成に際して、望ましくは、焼成温度が１２００〜１３００℃とされると共に、焼成時間が６０〜１８０分とされる。
【００２０】
また、本発明方法では、前記補助成分として、鉄及び／又はホウ素を含むことが、好適である。このような態様においては、コンクリート廃材に鉄とホウ素の少なくとも一方を添加することにより、焼成処理後の冷却工程において、水硬性を有するベータ型のビーライト相：β−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、「β−Ｃ2 Ｓ」と略称する。）から水硬性を殆ど有しないガンマ型のビーライト相：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 （以下、「γ−Ｃ2 Ｓ」と略称する。）への、所謂ダスティング現象を伴うセメントクリンカの変態転移が、有効に防止され得ることが本発明者によって確認されており、その結果、目的とする水硬性材料における水硬性の向上と安定化が高度に達成され得るのである。なお、本態様において、補助成分における鉄及び／又はホウ素とカルシウムの組成比は特に限定されるものでないが、好適には、鉄及び／又はホウ素がカルシウムに対して１〜１５％となるように配合される。更にまた、鉄及び／又はホウ素を含む補助成分は、前述の如く細かく粉砕すると共に主原料と混合されて、焼成処理に供されることが望ましい。また、鉄は、酸化第一鉄（II）等を含んで構成されると共に、ホウ素は、酸化ホウ素等を含んで構成される。
【００２１】
また、本発明では、上述の如きくして製造された水硬性材料を用い、１００〜３００℃での高温高圧養生を行なうことによってコンクリート製品を製作することとなる。このようにして得られたコンクリート製品においては、一般に水硬性に有利でないビーライト相を多く含む水硬性材料に対して、水和反応による強度発現を速やかに発揮させることができ、それ故、従来では、到底実現され得なかった程に低温度での焼成処理によって生成された、コンクリート廃材を主原料とした再生利用材としての水硬性材料を用いて新規なコンクリート製品を製作することが可能となったのであって、コンクリート廃材の実用化が有利に実現され得るのである。
【００２２】
しかも、本発明では、上述の如くして製造された水硬性材料を用いたことにより、原材料であるコンクリート廃材に例えばアスベスト繊維等が含まれている場合にも、環境等への悪影響が有利に防止され得るのであり、それ故、上述の如きコスト性や製作性だけでなく、優れた環境性も達成され得るのである。
【００２３】
なお、本発明における高温高圧養生の条件は、特に限定されるものでなく、従来から知られているオートクレーブ養生が適宜に採用可能であるが、養生温度が好ましくは１６０〜２００℃とされると共に、養生圧力が好ましくは６〜１５ｋｇ／ｃｍ2 、より好ましくは６〜１０ｋｇ／ｃｍ2 とされ、更に養生時間が好ましくは５〜２４時間とされる。
【００２４】
また、本発明では、前記第一の態様に係るコンクリート製品の製作方法において、前記高温高圧養生を行なう前の前養生として、４５〜１００℃の蒸気養生を行なうことが、好適に採用される。このような態様においては、特定の前養生を採用したことにより、高温高圧養生下における水硬性材料の強度発現がより確実に実現され得る。なお、かかる前養生は、特に限定されるものでないが、４５〜９０℃の温度で、５〜２４時間の間、行われることが望ましい。
【００２５】
また、本発明では、前述の如くして得られた水硬性材料において、セメントの強度に寄与するセメント鉱物としてアリットよりもベリットを多く含むことを、特徴とする。
【００２６】
また、本発明では、かかるセメント鉱物としてのベリットとして、ガンマ型よりもベータ型を多く含むことが、望ましい。
【００２７】
また、本発明方法における中間生成物である水硬性材料は、それを利用したコンクリート用混和材も、実現し得る。このような態様のコンクリート用混和材においては、採用される水硬性材料がエーライト相よりもビーライト相を多く含み、その特性としてコンクリートの水和熱を低減させる効果があるとされることから、例えば、コンクリートが大量に必要とされるダム建設等で、一般のポルトランドセメント等を用いた施工に際して、本態様に係るコンクリート用混和材をセメントに混合させて施工することにより、ダム建設におけるコンクリートの発熱量を低下させて、発熱に起因する不具合を防止することが可能となるのである。
【発明の効果】
【００２８】
上述の説明から明らかなように、本発明方法に従えば、コンクリート廃材を利用して、比較的に低温で焼成処理することにより、新規なコンクリート製品用の材料等として十分に実用に供され得る水硬性材料を、有利に得ることが可能となり、この水硬性材料を利用して、充分な強度と実用的な生産性を発揮し得る、実用的なコンクリート製品用材料が提供されることとなり、従って、目的とするコンクリート製品を、コンクリート廃材を利用して有利に製作し、市場に提供することが可能となるのてある。
【００２９】
しかも、本発明の製造方法に従えば、アスベスト繊維等を含むコンクリート廃材であっても、それを主原料として用いて環境問題のない水硬性材料を製造することが出来るのであり、今後増加してくる一般住宅のコンクリート瓦等のコンクリート廃棄物の処理に関して、環境的にも優れた効果を発揮し得るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明に係る水硬性材料の製造方法に従って製造される水硬性材料や、該水硬性材料を用いて作製されるコンクリート製品等を説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでない。
【００３１】
〔実施例１〕
コンクリート廃材としての住宅用外装廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、かかる住宅用外装廃材５０重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５０重量部を添加して、１３００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例１）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象が僅かに認められた。
【００３２】
なお、本実施例において主原料として採用した住宅用外装廃材の主たる化学組成は、以下の通りであった。
ＣａＯ：２６．９％、ＳｉＯ2 ：４４．２３％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１３．４％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：３．７７％、ＭｇＯ：０．９２％、ＴｉＯ2 ：０．７５％、Ｋ2 Ｏ：０．５０％、Ｐ2 Ｏ5 ：０．２２％、ＭｎＯ：０．０７％、Ｎａ2 Ｏ：０．２８％
【００３３】
また、上述の如くして得た水硬性材料を水や標準砂と共に練り混ぜて、１日後脱型することによって成形体を作製し、この成形体に、前養生として６５℃で１日蒸気養生を行った後、１８０℃で８時間の高温高圧養生を行うことにより、試験体１を作製した。なお、試験体１の作製条件として、水と水硬性材料の質量比は５０％であり、水と水硬性材料と標準砂の混合割合は、水：水硬性材料：標準砂＝１：２：６である。
【００３４】
そして、材令５日の試験体１に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した。この結果、３３．１Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００３５】
〔実施例２〕
コンクリート廃材としての住宅用瓦廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、住宅用瓦廃材４６重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５４重量部を添加して、１２００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例２）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象は見られなかった。
【００３６】
また、上述の如くして得た水硬性材料を用いて、前記実施例１と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に前記実施例１と同じ試験体１の養生条件で蒸気養生と高温高圧養生を行うことにより、試験体２を作製した。
【００３７】
そして、かかる試験体２に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、５９．７Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００３８】
〔実施例３〕
実施例２と同じコンクリート廃材としての住宅用瓦廃材を、平均粒径が２０〜３００μｍとなるように粉砕した後、５００℃で２時間仮焼した。その後、住宅用瓦廃材４６重量部に補助成分としての炭酸カルシウム５４重量部および酸化鉄１０重量部を添加して、１３００℃で１時間ホールドの条件で焼成処理することにより得られるセメントクリンカを、ボールミルを用いて２００ｒｐｍで１時間粉砕処理することにより、目的とする水硬性材料（実施例３）を得た。なお、このとき、水硬性材料には、ダスティング現象は見られなかった。
【００３９】
なお、上述の実施例２および実施例３の水硬性材料に用いる住宅用瓦廃材の主たる化学組成は、以下の通りであった。
ＣａＯ：２９．３％、ＳｉＯ2 ：４９．４％、Ａｌ2 Ｏ3 ：４．８７％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：２．２６％、ＭｇＯ：３．３５％、ＴｉＯ2 ：０．３１％、Ｋ2 Ｏ：０．３２％、Ｐ2 Ｏ5 ：０．０７％、ＭｎＯ：０．１３％、Ｎａ2 Ｏ：０．０９％
【００４０】
また、上述の如くして得た水硬性材料を用いて、前記実施例２と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に前記実施例２と同じ試験体２の養生条件で蒸気養生と高温高圧養生を行うことにより、試験体３を作製した。
【００４１】
そして、かかる試験体３に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、６９．８Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４２】
上述の圧縮強度試験の結果から明らかなように、本発明方法に従って製造された実施例１〜３の水硬性材料を用いて作製した試験体１〜３は、何れも、蒸気養生および高温高圧養生を行うことにより、強度発現が有利に発揮されることが認められる。
【００４３】
また、上記実施例２の水硬性材料を用いて、実施例２と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に標準養生（２０℃の水中養生）を行うことにより、試験体２’を作製した。
【００４４】
そして、かかる試験体２’に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、材令２８日で１２．０Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４５】
更にまた、上記実施例３の水硬性材料を用いて、実施例３と同じ成形体の作製条件に従い成形体を作製し、この成形体に標準養生（２０℃の水中養生）を行うことにより、試験体３’を作製した。
【００４６】
そして、かかる試験体３’に、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して圧縮強度試験を行うことにより、その圧縮強度を測定した結果、材令２８日で１０．０Ｎ／ｍｍ2 の強度が確認された。
【００４７】
これら試験体２’および試験体３’における圧縮強度試験の測定結果からも、本実施例の水硬性材料を用いて作製された試験体については、充分な養生期間が必要とされるものの、最終的には実用的な強度が発現されることが認められる。
【００４８】
また、本実施例では、上述の如くして得られた実施例２の水硬性材料と実施例３の水硬性材料におけるアスベスト繊維の残留の確認を、水硬性材料を酸処理してＸ線回折装置でそのピークを観察することにより行った。その結果を図１に示す。また、比較例として、原料アスベストを酸処理したものを比較例１として図１に併せ示すと共に、５００℃で仮焼処理した後、酸処理した瓦廃材を比較例２として図１に併せ示す。
【００４９】
図１に示された結果から明らかなように、実施例２及び３の水硬性材料は、アスベスト繊維のピークが全く観察されないことから、アスベスト繊維が１２００〜１３００℃の焼成処理によって消失されることが認められる。これに対し、比較例１からも、比較例２には、アスベスト繊維のピークが明確に認められ、アスベスト繊維が残留していることが明らかである。
【００５０】
また、図２の（ａ）には、比較例として５００℃で仮焼した瓦廃材を酸処理したものを、走査電子顕微鏡により適当な倍率で直接に観察した写真を示す一方、図２の（ｂ）には、実施例２の水硬性材料を、走査電子顕微鏡により比較例と略同様な倍率で直接に観察した写真を示す。この結果、図２からも、実施例２の水硬性材料には、図２（ａ）に示す如きアスベスト繊維の針状結晶が確認されないことから、アスベスト繊維が焼成処理乃至は粉砕処理によって消失されることが明らかである。
【００５１】
さらに、本実施例では、上述の如くして得られた実施例２および３の各水硬性材料におけるβ−Ｃ2 Ｓとγ−Ｃ2 Ｓの存在比の確認を、水硬性材料を酸処理してＸ線回折装置でそのピークを観察することにより行った。その分析結果を図３に示す。
【００５２】
図３からも明らかなように、実施例２および実施例３は、β−Ｃ2 Ｓを含んでおり、それによって、コンクリート製作等に必要な水硬性を充分に確保するとが明らかであり、しかも、実施例３は、実施例２に比して、より多くのβ−Ｃ2 Ｓを生成乃至は残留することが認められており、それ故、コンクリート廃材に添加する補助成分に含まれる酸化鉄が、β−Ｃ2 Ｓからγ−Ｃ2 Ｓに変態転移することを有効に防止するものと推考される。
【００５３】
〔実施例４〜６〕
瓦廃材を原料にし、且つ瓦廃材の化学組成におけるＣａＯとＳｉＯ2 のモル比；ＣａＯ／ＳｉＯ2 （以下、Ｃ／Ｓと表す。）を、補助成分としての炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）を添加することによってＣ／Ｓ＝２．０、Ｃ／Ｓ＝０．６、Ｃ／Ｓ＝５．０に調整して、１２００℃で１時間焼成することにより、それぞれ、実施例４，実施例５，実施例６の水硬性材料を得た。そして、これら実施例４〜６の水硬性材料をＸ線回折装置により分析した結果を、図４に示す。
【００５４】
この結果からも明らかなように、Ｃ／Ｓ＝２．０に調整した実施例４では、ベータ型のビーライト相（β−Ｃ2 Ｓ）を多く含むことが認められる。また、Ｃ／Ｓ＝０．６に調整した実施例５では、水和反応による強度発現に寄与しないワラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）を多く含む一方、β−Ｃ2 Ｓを僅かに含むことが図５からも認められる。また、この結果からも、Ｃ／Ｓ＝５．０に調整した実施例６では、僅かであるがβ−Ｃ2 Ｓを含むことが認められるものの、カルシウム成分（ＣａＯ）がケイ酸成分（ＳｉＯ2 ）に比して過多とされているため、ライム（ＣａＣＯ3 やＣａＯを含む）を多く含むことが認められる。
【００５５】
〔実施例７〜９〕
瓦廃材を原料にし、炭酸カルシウムでＣ／Ｓ＝２．０に調整したものを、８００℃，１０００℃，１２００℃で１時間焼成することにより、それぞれ、実施例７，実施例８，実施例９の水硬性材料を得た。また、これら実施例７〜９の水硬性材料をＸ線回折装置により分析した結果を、図５に示す。
【００５６】
図５に示された結果からも明らかなように、１２００℃の温度で焼成処理する実施例９では、ベータ型のビーライト相（β−Ｃ2 Ｓ）を多く含む水硬性材料が有利に得られることが認められる。また、８００℃の温度で焼成処理する実施例７では、炭酸カルシウムが脱炭酸化して酸化カルシウム（ＣａＯ）に変化することによりＣａＯとＳｉＯ2 を多く残留する一方、β−Ｃ2 Ｓを生成することが、図５からも認められる。更にまた、このような結果からも、１０００℃の温度で焼成処理する実施例８では、ＣａＯとＳｉＯ2 を多く残留する一方、β−Ｃ2 Ｓを生成することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例２および実施例３で得られた水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を、比較例１〜２と共に併せ示すＸ線回折図である。
【図２】図１における実施例２で得られた水硬性材料を、比較例としての５００℃で仮焼処理した瓦廃材と共に、走査電子顕微鏡により直接に観察した写真図である。
【図３】図１における実施例２および実施例３で得られた水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【図４】本発明の実施例４〜６で得られた各水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【図５】本発明の実施例７〜９で得られた各水硬性材料を、Ｘ線回折装置により分析した結果を示すＸ線回折図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート廃材を主原料として準備する工程と、
該主原料を粉砕処理する工程と、
該主原料を８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、セメント鉱物としてエーライト相よりもビーライト相を多く含むセメントクリンカを得る工程と、
該セメントクリンカを粉砕処理して水硬性材料とする工程と、
該水硬性材料を水と共に練り混ぜてコンクリート製品用材料を得る工程と、
該コンクリート製品用材料を用いて所定の成形体を作成する工程と、
該成形体に対して、１００〜３００℃での高温高圧養生を行うことによってコンクリート製品を得る工程と
を、含むことを特徴とするコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法。
【請求項２】
前記主原料に対して焼成処理を施す前に、カルシウムを含む補助成分を該主原料に添加することにより、該主原料におけるＣａＯ／ＳｉＯ2 のモル比を１〜４に調整する工程を含む請求項１に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項３】
前記補助成分が、鉄及び／又はホウ素を含む請求項２に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項４】
前記コンクリート廃材がパルプを含み、前記焼成処理の前工程として、該パルプを除去する工程を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項５】
前記パルプを除去する工程として、前記粉砕処理工程において前記コンクリート廃材を粒径：３mm以下に粉砕した後に、前記焼成処理よりも低い温度で仮焼処理する請求項４に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項６】
前記コンクリート廃材および前記補助成分を粒径：３mm以下に粉砕および混合した後、前記焼成処理を行なう請求項１乃至５の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項７】
前記高温高圧養生を行なう前の前養生として、前記所定の成形体に対して、４５〜１００℃の蒸気養生を行なう工程を含む請求項１乃至６の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項８】
前記セメントクリンカが、前記ビーライト相として、ガンマ型よりもベータ型を多く含む請求項１乃至７の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項１】
コンクリート廃材を主原料として準備する工程と、
該主原料を粉砕処理する工程と、
該主原料を８００〜１３００℃の温度で焼成処理することにより、セメント鉱物としてエーライト相よりもビーライト相を多く含むセメントクリンカを得る工程と、
該セメントクリンカを粉砕処理して水硬性材料とする工程と、
該水硬性材料を水と共に練り混ぜてコンクリート製品用材料を得る工程と、
該コンクリート製品用材料を用いて所定の成形体を作成する工程と、
該成形体に対して、１００〜３００℃での高温高圧養生を行うことによってコンクリート製品を得る工程と
を、含むことを特徴とするコンクリート廃材を利用したコンクリート製品の製作方法。
【請求項２】
前記主原料に対して焼成処理を施す前に、カルシウムを含む補助成分を該主原料に添加することにより、該主原料におけるＣａＯ／ＳｉＯ2 のモル比を１〜４に調整する工程を含む請求項１に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項３】
前記補助成分が、鉄及び／又はホウ素を含む請求項２に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項４】
前記コンクリート廃材がパルプを含み、前記焼成処理の前工程として、該パルプを除去する工程を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項５】
前記パルプを除去する工程として、前記粉砕処理工程において前記コンクリート廃材を粒径：３mm以下に粉砕した後に、前記焼成処理よりも低い温度で仮焼処理する請求項４に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項６】
前記コンクリート廃材および前記補助成分を粒径：３mm以下に粉砕および混合した後、前記焼成処理を行なう請求項１乃至５の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項７】
前記高温高圧養生を行なう前の前養生として、前記所定の成形体に対して、４５〜１００℃の蒸気養生を行なう工程を含む請求項１乃至６の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【請求項８】
前記セメントクリンカが、前記ビーライト相として、ガンマ型よりもベータ型を多く含む請求項１乃至７の何れか一項に記載のコンクリート製品の製作方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【公開番号】特開２００６−６２９５９（Ｐ２００６−６２９５９Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１７０３７（Ｐ２００５−３１７０３７）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【分割の表示】特願２００１−４０１５５７（Ｐ２００１−４０１５５７）の分割
【原出願日】平成１３年１２月２８日（２００１．１２．２８）
【出願人】（５９４１５６８８０）三重県 (58)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【分割の表示】特願２００１−４０１５５７（Ｐ２００１−４０１５５７）の分割
【原出願日】平成１３年１２月２８日（２００１．１２．２８）
【出願人】（５９４１５６８８０）三重県 (58)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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