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課題

津波災害廃棄物の除塩処理(水洗分級処理)に伴って回収される水洗された海砂を含む細骨材であって、流動性に優れたモルタルおよびコンクリートを製造することができる細骨材、及びその製造方法を提供する。

解決手段

水洗された海砂と粒体状の生石灰からなる細骨材であって、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%である細骨材。該細骨材は、水洗された海砂と粒体状の生石灰を、水洗された海砂と粒体状の生石灰の混合物中、粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%となるように混合して細骨材を得る混合工程を含む製造方法によって得ることができる。

概要

背景

2011年3月11日に発生した東地方太平洋地震による津波災害廃棄物の処理において、分別水洗により多量の砂泥回収されている。
例えば、津波災害廃棄物を処理してセメント原料とするために、現在、大規模除塩プラント稼働しており、該プラントにおける除塩処理(水洗、分級処理)に伴って、多量の砂泥が回収されている。回収された砂泥は、元々は水底海岸に存在していた砂泥であり、除塩プラントにおいて、油類等の汚染物や、木くずコンクリートくず等の不純物が除去されていることから、砂泥の有効利用が期待されている。
しかしながら、有効利用の用途としては、セメント原料に限られ、上記砂泥のほとんどが、埋め立て処分または海洋投棄処分されている。

一方、海砂等の塩分を含む砂を、砂中塩分量が特定の数値以下となるように、予め除塩処理した上で、コンクリート又はモルタル用細骨材として使用する方法が知られている。例えば、特許文献1には、ふるい目寸法0.15mm以下の通過率が4%以下の海砂を摩砕して、ふるい目寸法0.15mm以下の通過率を5〜15%としたコンクリート用骨材が記載されている。該骨材によれば、海砂等を除塩水洗する際の流出によって低下した細粒含有率を高くすることで、該骨材を用いたコンクリートのスランプ値等を向上することができる。

概要

津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級処理)に伴って回収される水洗された海砂を含む細骨材であって、流動性に優れたモルタルおよびコンクリートを製造することができる細骨材、及びその製造方法を提供する。水洗された海砂と粒体状の生石灰からなる細骨材であって、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%である細骨材。該細骨材は、水洗された海砂と粒体状の生石灰を、水洗された海砂と粒体状の生石灰の混合物中、粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%となるように混合して細骨材を得る混合工程を含む製造方法によって得ることができる。なし

目的

本発明は、津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級処理)に伴って回収される水洗された海砂を含む細骨材であって、流動性に優れたモルタルおよびコンクリートを製造することができる細骨材、及びその製造方法を提供する

効果

実績

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請求項1

水洗された海砂と粒体状の生石灰からなる細骨材であって、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%であることを特徴とする細骨材。

請求項2

上記水洗された海砂が、廃棄物に含まれていた海砂である、請求項1に記載の細骨材。

請求項3

上記生石灰が、目開き5.0mmのを通過する生石灰である、請求項1または2に記載の細骨材。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の細骨材と、セメントと、水と、粗骨材を含むコンクリートであって、水セメント比が55%以上であるコンクリート。

請求項5

(C)水洗された海砂と粒体状の生石灰を、水洗された海砂と粒体状の生石灰の混合物中、粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%となるように混合して細骨材を得る混合工程を含むことを特徴とする細骨材の製造方法。

請求項6

工程(C)の前に、(A)海砂を含む廃棄物を水洗によって、海砂を含む濁水と廃棄物に分離する水洗工程と、(B)上記海砂を含む濁水を、湿式分級することで、水洗された海砂を回収する湿式分級工程と、を含む請求項5に記載の細骨材の製造方法。

請求項7

さらに、(D)工程(C)で得られた細骨材を1週間以上静置する改質工程を含む、請求項5または6に記載の細骨材の製造方法。

請求項8

請求項5〜7のいずれか1項に記載の方法で製造された細骨材と、セメントと、水と、粗骨材を、水セメント比が55%以上となるように混合してコンクリートを得る、コンクリートの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、細骨材及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

2011年3月11日に発生した東地方太平洋地震による津波災害廃棄物の処理において、分別水洗により多量の砂泥回収されている。
例えば、津波災害廃棄物を処理してセメント原料とするために、現在、大規模除塩プラント稼働しており、該プラントにおける除塩処理(水洗、分級処理)に伴って、多量の砂泥が回収されている。回収された砂泥は、元々は水底海岸に存在していた砂泥であり、除塩プラントにおいて、油類等の汚染物や、木くずコンクリートくず等の不純物が除去されていることから、砂泥の有効利用が期待されている。
しかしながら、有効利用の用途としては、セメント原料に限られ、上記砂泥のほとんどが、埋め立て処分または海洋投棄処分されている。

0003

一方、海砂等の塩分を含む砂を、砂中塩分量が特定の数値以下となるように、予め除塩処理した上で、コンクリート又はモルタル用細骨材として使用する方法が知られている。例えば、特許文献1には、ふるい目寸法0.15mm以下の通過率が4%以下の海砂を摩砕して、ふるい目寸法0.15mm以下の通過率を5〜15%としたコンクリート用骨材が記載されている。該骨材によれば、海砂等を除塩水洗する際の流出によって低下した細粒含有率を高くすることで、該骨材を用いたコンクリートのスランプ値等を向上することができる。

先行技術

0004

特開平5−194000号公報

発明が解決しようとする課題

0005

津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級処理)に伴って回収される海砂の有効利用の用途として、細骨材が考えられるが、上記海砂を細骨材として使用した場合、コンクリートの流動性が悪化するという問題があった。
本発明は、津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級処理)に伴って回収される水洗された海砂を含む細骨材であって、流動性に優れたモルタルおよびコンクリートを製造することができる細骨材、及びその製造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

0006

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水洗された海砂と粒体状の生石灰からなる細骨材であって、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が、2〜20質量%である細骨材によれば、前記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[8]を提供するものである。
[1] 水洗された海砂と粒体状の生石灰からなる細骨材であって、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%であることを特徴とする細骨材。
[2] 上記水洗された海砂が、廃棄物に含まれていた海砂である、前記[1]に記載の細骨材。
[3] 上記生石灰が、目開き5.0mmのを通過する生石灰である、前記[1]または[2]に記載の細骨材。
[4] 前記[1]〜[3]のいずれかに記載の細骨材と、セメントと、水と、粗骨材を含むコンクリートであって、水セメント比が55%以上であるコンクリート。
[5] (C)水洗された海砂と粒体状の生石灰を、水洗された海砂と粒体状の生石灰の混合物中、粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%となるように混合して細骨材を得る混合工程を含むことを特徴とする細骨材の製造方法。
[6] 工程(C)の前に、(A)海砂を含む廃棄物を水洗によって、海砂を含む濁水と廃棄物に分離する水洗工程と、(B)上記海砂を含む濁水を、湿式分級することで、水洗された海砂を回収する湿式分級工程と、を含む前記[5]に記載の細骨材の製造方法。
[7] さらに、(D)工程(C)で得られた細骨材を1週間以上静置する改質工程を含む、前記[5]または[6]に記載の細骨材の製造方法。
[8] 前記[5]〜[7]のいずれかに記載の方法で製造された細骨材と、セメントと、水と、粗骨材を、水セメント比が55%以上となるように混合してコンクリートを得る、コンクリートの製造方法。

発明の効果

0007

本発明の細骨材を使用したモルタルおよびコンクリートは、通常の細骨材を用いたモルタルおよびコンクリートと同等の流動性を有し、かつ、圧縮強度に優れている。
また、本発明の製造方法によれば、津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級処理)に伴って回収される水洗された海砂を原料として、通常の細骨材を用いたモルタルおよびコンクリートと同等の流動性を有し、かつ、圧縮強度に優れている細骨材を製造することができ、上記海砂を有効利用することができる。

0008

本発明の細骨材は、水洗された海砂と粒体状の生石灰からなり、細骨材中の粒体状の生石灰の割合が2〜20質量%である細骨材である。
上記細骨材は、モルタルおよびコンクリート用の細骨材として使用することができる。中でも、廃棄物利用促進の観点から、コンクリート用の細骨材として使用することが好ましい。
上記細骨材を、モルタルおよびコンクリート用の細骨材として使用する場合、一般的なモルタルおよびコンクリートの配合、及び製造方法に従えばよい。
例えば、上記細骨材と、セメントと、水と、粗骨材を、水セメント比が、好ましくは55%以上、より好ましくは60〜70%となるように混合することで、コンクリートを製造することができる。
また、上記細骨材は、単独で使用してもよいが、市販の細骨材と混合して使用してもよい。全細骨材中の、本発明の細骨材の割合は、廃棄物利用の観点から、好ましくは40体積%以上、より好ましくは50体積%以上である。

0009

以下、本発明の細骨材の製造方法について詳しく説明する。
なお、以下の工程(A)〜(D)中、工程(C)は必須の工程であるが、工程(A)、(B)、及び(D)は、必須ではなく、任意で追加可能な工程である。
[工程(A);水洗工程]
工程(A)は、海砂を含む廃棄物を水洗によって、海砂を含む濁水と廃棄物に分離する工程である。
上記海砂を含む廃棄物とは、例えば、津波災害廃棄物が挙げられる。
津波災害廃棄物とは、津波によって上に堆積した土砂泥状物等と、家屋等の人工物由来の廃棄物や貝殻草木等の廃棄物が混合したもので、通常、水底や海岸由来の砂泥の他に、紙くず、木くず、金属くず、コンクリートくず、廃プラスチック、油類等を含んでいる。
これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせてもよい。
また、上記海砂を含む廃棄物は、作業性の観点から、予め粉砕されていてもよく、可燃性廃棄物不燃性廃棄物等に予め選別されていてもよい。

0010

水洗方法は、特に限定されるものではないが、例えば、篩上に載置された海砂を含む廃棄物に多量の水を流すことで、篩の下に流れ落ちた海砂を含む濁水と、篩上の廃棄物に分離する方法や、海砂を含む廃棄物と水を攪拌槽内投入して、攪拌翼等を用いて攪拌した後、攪拌槽から海砂を含む濁水を排出することを複数回繰り返す方法や、海砂を含む廃棄物と水を攪拌槽内に投入して、攪拌翼等を用いて攪拌した後、攪拌後の混合物を篩にかける方法等が挙げられる。
水洗において篩を用いる場合、篩の目開きは、海砂を含む濁水が通過し、水洗された廃棄物が通過しない大きさであればよく、好ましくは50mm以下、より好ましくは25mm以下、特に好ましくは10mm以下である。
水洗に用いられる水の量は、特に限定されないが、海砂を含む廃棄物に含まれる塩化物や油類等の不純物を十分に除去する観点から、該廃棄物100質量部当たり、好ましくは300質量部以上、より好ましくは400質量部以上である。

0011

上記海砂を含む廃棄物は、津波等による海水由来の塩化物(NaCl)を含んでいるが、該廃棄物を水洗することで、廃棄物に付着した塩化物を除去(除塩)することができ、除塩された廃棄物を得ることができる。除塩された廃棄物は塩化物の含有量が少ないことから、セメントの原料や、セメントの焼成工程における燃料等として利用することができる。
また、上記海砂を含む廃棄物が、油類等の不純物を含む場合、該廃棄物を水洗することで、廃棄物に付着した油類等を除去することができる。

0012

水洗工程で分離された海砂を含む濁水(懸濁液またはスラリー)には、砂よりも粒径が小さいや、塩化物、及び油類が含まれている。
また、水洗工程で分離された廃棄物は、さらに粉砕や選別を行ったうえで、セメント原料等として使用される。また、再利用が望めないものは最終処分される。

0013

[工程(B);湿式分級工程]
工程(B)は、上記海砂を含む濁水を、湿式分級することで、水洗された海砂を回収する工程である。
湿式分級を行うことで、水洗された海砂と、泥、塩化物、及び油類等の不純物を含む排水を分離することができる。湿式分級の方法としては、例えば、ハイドロセパレータ沈殿槽または沈殿池等に海砂を含む濁水を投入し、水洗された海砂を沈殿させて回収する方法(以下、「沈殿回収」ともいう。)や、湿式サイクロン機、スパイラル分級機等を用いて遠心力で分級する方法や、濁水を、必要に応じて洗浄水と混合して篩(湿式篩)にかける方法等が挙げられる。
湿式分級によって得られる海砂は、塩化物や、油類等の不純物や、木くず、コンクリートくず等の不純物が除去または低減されたものである。
また、沈殿回収によって回収された海砂を、細骨材として使用する観点から、通常、目開き10mmの篩を全て通過し、かつ、目開き5mmの篩を通過するものが85質量%以上となるように、分級することが好ましい。分級は、湿式分級(例えば、湿式サイクロン機、スパイラル分級機、湿式篩等を用いる方法。)および乾式分級のいずれの方法を使用してもよい。
また、湿式サイクロン機、スパイラル分級機、湿式篩等を用いる場合、細骨材として使用する観点から、分級された海砂が、通常、目開き10mmの篩を全て通過し、かつ、目開き5mmの篩を通過する海砂が85質量%以上となるように、運転調整しながら行うことが好ましい。

0014

上記湿式分級によって発生した排水(泥、塩化物、及び油類等の不純物を含む排水)は、さらに、フィルタープレス等を用いて固液分離が行われ、泥土(ケーキ)と排水に分離される。なお、作業の効率化の観点から、固液分離を行う前に、排水に凝集剤を加えて、凝集沈殿を行ってもよい。得られた泥土の一部は、セメント原料として使用してもよい。また、再利用が望めないものは最終処分がなされる。

0015

[工程(C);混合工程]
工程(C)は、上記工程(B)で得られた水洗された海砂と粒体状の生石灰を混合して細骨材を得る工程である。
水洗された海砂と粒体状の生石灰を混合することで、該海砂が改質され、該海砂を細骨材として好適に使用することができる。
また、作業性の観点から、上記海砂を上記生石灰と混合する前に乾燥することが好ましい。
さらに、混合を行う前に、上記海砂が所定の粒度分布(例えば、海砂が目開き10mmの篩を全て通過し、かつ、全海砂中、目開き5mmの篩を通過する海砂が85質量%以上である粒度分布)となるように分級を行ってもよい。
上記混合によって得られる細骨材中、上記生石灰の割合は2〜20質量%、好ましくは2〜12質量%、より好ましくは2〜6質量%である。
上記生石灰の割合が2質量%未満であると、モルタルまたはコンクリートの流動性を向上させる効果が不十分となる。上記生石灰の割合が20質量%を超えると、モルタルまたはコンクリートの流動性が悪くなる。また、水洗された海砂と粒体状の生石灰の混合で得られる細骨材における、生石灰の反応(後述)が収束するまでの時間(細骨材の温度が気温と同程度になるまでの時間)が長くなる。
上記生石灰は、好ましくは5.0mm以下、より好ましくは4.0mm以下、特に好ましくは3.0mm以下の目開きの篩を通過するものが好ましい。
目開き5.0mm以下の篩を通過する生石灰を用いることで、生石灰の反応が収束するまでの時間を短くすることができ、細骨材の静置時間を短くすることができる。
さらに、上記生石灰は、好ましくは0.15mm以下、より好ましくは0.3mm以下の目開きの篩を通過しないものが好ましい。
目開き0.15mm以下の篩を通過しない生石灰を用いることで、モルタルまたはコンクリートの流動性をより良好にすることができる。

0016

上記海砂と生石灰を混合する方法は、特に限定されるものではないが、重力式強制練り式等の土壌混練用途の各種ミキサ使用可能である。中でも、処理能力の観点から、パン型またはパグミル型の強制練り式ミキサが好ましい。

0017

[工程(D);改質工程]
混合後、工程(C)で得られた細骨材を、所定時間静置することが好ましい。
本発明では、反応機構は不明ではあるが、水洗された海砂と粒体状の生石灰を混合することで、該生石灰が水洗された海砂と反応して、該海砂が改質されて、該海砂を含む細骨材を用いたモルタルおよびコンクリートの流動性が向上する。
ここで、水洗された海砂と粒体状の生石灰を混合した後に所定時間静置することで、海砂の改質が十分に行われ、モルタルまたはコンクリートの流動性を向上させる効果が大きくなる。
静置する時間は、好ましくは1週間以上、より好ましくは2週間以上である。
海砂の改質が十分に行われたことの判断は、静置時間の他に、細骨材の温度によって判断することもできる。細骨材の温度が気温と同程度になれば、生石灰の反応が収束し、海砂の改質が十分に行われたことを判断することができる。

0018

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
使用材料としては、以下に示す材料を使用した。
(1)セメント:高炉セメントB種(太平洋セメント社製)
(2)細骨材A:静岡県掛川産砕砂
(3)細骨材B:リマテック社が岩手県大渡市で実施している、津波災害廃棄物の除塩処理(水洗、分級)によって回収された海砂である。該海砂は、目開き10mmの篩を全て通過し、かつ、全海砂中、目開き5mmの篩を通過する海砂が85質量%以上のものである。
(4)粗骨材:砕石4020(山梨県下初狩産):砕石2013(県富谷産):砕石1305(茨城県富谷産)=2:1:1(体積比
(5)生石灰:山陽太平洋ライム社製、粒径0.5〜2.5mmの粒状生石灰
(6)AE減水剤:BASFポゾリス社製、商品名「ポゾリス78S」
(7)AE剤:BASFポゾリス社製、商品名「マイクロエア785」
(8)消泡剤:BASFポゾリス社製、商品名「マイクロエア404」
(9)水:上水道水

0019

[細骨材C〜Fの製造]
上記細骨材B(除塩によって回収された海砂)に、下記の表1に示す配合に従って生石灰を混合して、細骨材C〜Fを製造した。混合方法としては、2軸式パグミル型連続ミキサー能力:280t/時間)を用いて、細骨材Bと生石灰を混合した。混合後、露天下において、15日間静置した。15日間静止した後の細骨材C〜Fの温度は、気温と同程度であった。

0020

0021

[実施例1〜5、参考例1、比較例1〜4]
上記材料を使用して、下記の表2に示す配合に従ってコンクリートを製造した。コンクリートの混練は、「JIS A 1138(試験室におけるコンクリートの作り方)」に準拠して行った。
具体的には、容量55リットルのパン型強制練りミキサを使用し、セメント、細骨材及び粗骨材を20秒間空練りした後、水、AE減水剤、AE剤、及び消泡剤を投入して2分間混練して、コンクリート(実施例1〜5、参考例1、比較例1〜4)を得た。

0022

0023

(1)フレッシュ性状スランプ、空気量、温度)の測定
「JIS A 1101(コンクリートのスランプ試験方法)」に準拠して、各々のコンクリートのスランプを測定した。
また、「JIS A 1128(フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法空気室圧力方法)」に準拠して、各々のコンクリートの空気量を測定した。
さらに、「JIS A 1156(フレッシュコンクリートの温度測定方法)」に準拠して、各々のコンクリートの温度を測定した。結果を表3に示す。
(2)圧縮強度の測定
上述の方法で得られたコンクリートを用いて、「JIS A 1132(コンクリートの強度試験用供試体の作り方)」に準拠して、φ10×20cmの供試体を製造した。該供試体を用いて、「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)」に準拠して、材齢7日および28日における、供試体の圧縮強度を測定した。結果を表3に示す。

0024

実施例

0025

表3の結果より、生石灰の配合量が1.5質量%のコンクリート(比較例4)では、生石灰の添加によって、スランプは若干改善したものの、その改善効果は十分とは言えないものであった。実施例1〜5(生石灰の配合量が3.0〜18.1質量%)では、十分なスランプの改善効果が見られた。
なお、細骨材B(除塩処理によって回収された海砂)を用いた比較例1、及び、細骨材Bと細骨材A(通常の砂)を50:50の質量比で混合した比較例2において、コンクリートのスランプはどちらも0であった。
また、実施例1〜5のコンクリートのいずれも、通常の細骨材を用いた参考例1よりも良好な圧縮強度を有している。

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