特開 2023-104419 ブロック及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023104419

(43)【公開日】2023-07-28

(54)【発明の名称】ブロック及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/08 20060101AFI20230721BHJP

   B09B 5/00 20060101ALI20230721BHJP

   B09B 3/20 20220101ALI20230721BHJP

   C04B 18/16 20230101ALI20230721BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20230721BHJP

   E01C 3/00 20060101ALI20230721BHJP

【ＦＩ】

C04B28/08

B09B5/00 L ZAB

B09B3/00 301J

C04B18/16

C04B22/14 B

E01C3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022005391

(22)【出願日】2022-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】393012046

【氏名又は名称】恵和興業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】509298012

【氏名又は名称】公立大学法人宮城大学

(74)【代理人】

【識別番号】100134740

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 文雄

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 秀喜

(72)【発明者】

【氏名】堀切 吉雄

(72)【発明者】

【氏名】丹治 幹彦

(72)【発明者】

【氏名】菅井 弘

(72)【発明者】

【氏名】菅井 尚之

(72)【発明者】

【氏名】北辻 政文

【テーマコード（参考）】

2D051

4D004

4G112

【Ｆターム（参考）】

2D051AD07

2D051AF02

2D051AF03

2D051AF15

4D004AA31

4D004AA46

4D004AB03

4D004BA02

4D004CB21

4D004CB36

4D004CC01

4D004CC03

4D004CC13

4D004CC20

4D004DA03

4D004DA06

4D004DA10

4G112PA30

4G112PB10

(57)【要約】

【課題】石膏ボード廃材やふるい下残渣等の廃棄物を含む新規な組成のブロック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、（ａ）ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水とを混錬して混錬物を生成する工程と、（ｂ）混錬物を所定の型枠に充填する工程と、（ｃ）型枠に充填後の混錬物を所定の期間養生する工程と、（ｄ）養生後に型枠を取り除いて原料を含むブロックを得る工程と、を含むブロックの製造方法である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水を混錬し、型枠に入れて固化し養生して得られた、ブロック。

【請求項2】

前記原料のふるい下残渣及びリサイクル・コンクリートと、固化材と、水を、前記混錬時に、４：２：１の重量比で含む、請求項１のブロック。

【請求項3】

前記原料のふるい下残渣、廃石膏、及びリサイクル・コンクリートを、前記混錬時に、３：１：４の重量比で含む、請求項１のブロック。

【請求項4】

前記廃石膏は、廃石膏ボードを破砕して得られた粉体状の廃石膏を含む、請求項１～３のいずれか一項のブロック。

【請求項5】

前記固化材は、高炉セメントＢ種を含む、請求項１～４のいずれか一項のブロック。

【請求項6】

前記不溶化材は、硫化第一鉄系の不溶化材及びマグネシウム系不溶化材のいずれか一方または双方を含む、請求項１～５のいずれか一項のブロック。

【請求項7】

前記混和剤は、高性能減水剤を含む、請求項１～６のいずれか一項のブロック。

【請求項8】

前記養生は、蒸気下での所定期間の養生（蒸気養生）を含む、請求項１～７のいずれか一項のブロック。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項のブロックを破砕して得られる破砕物。

【請求項10】

請求項９の破砕物を含む路盤材。

【請求項11】

（ａ）ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水を混錬して混錬物を生成する工程と、
（ｂ）前記混錬物を所定の型枠に充填する工程と、
（ｃ）前記型枠に充填後の前記混錬物を所定の期間養生する工程と、
（ｄ）養生後に前記型枠を取り除いて前記原料を含むブロックを得る工程と、
を含むブロックの製造方法。

【請求項12】

前記混錬物を生成する工程（ａ）は、順番に、前記ふるい下残渣と前記固化材を混合し、前記水を加え、前記廃石膏と前記リサイクル・コンクリートを混合することを含む、請求項１１の製造方法。

【請求項13】

前記混錬物を生成する工程（ａ）は、前記ふるい下残渣と、前記廃石膏と、前記リサイクル・コンクリートとを、３：１：４の重量比で含む、請求項１１又は１２の製造方法。

【請求項14】

前記原料のふるい下残渣及びリサイクル・コンクリートと、固化材と、水を、前記混錬時に、４：２：１の重量比で含む、請求項１１の製造方法。

【請求項15】

前記廃石膏は、廃石膏ボードを破砕して得られた粉体状の廃石膏を含む、請求項１１～１４のいずれか一項の製造方法。

【請求項16】

前記固化材は、高炉セメントＢ種のセメントを含む、請求項１１～１５のいずれか一項の製造方法。

【請求項17】

前記不溶化材は、硫化第二鉄系の不溶化材及びマグネシウム系不溶化材のいずれか一方または双方を含む、請求項１１～１６のいずれか一項の製造方法。

【請求項18】

前記混和剤は、高性能減水剤を含む、請求項１１～１７のいずれか一項の製造方法。

【請求項19】

前記養生する工程（ｃ）は、蒸気下での所定期間の養生（蒸気養生）を含む、請求項１１～１８のいずれか一項の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブロック及びその製造方法に関し、特に石膏ボード廃材等の廃棄物を含むブロック及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、新築住宅を建設する際に発生する新築系の石膏ボード廃材は、石膏と紙とに分離された後に、例えば、石膏ボード用の原料やセメント添加用の石膏として、あるいは土壌（地盤）改良材や固化材として、その一部が再生利用されている。しかし、住宅等の解体等で発生する解体系の石膏ボード廃材の再生利用率は極めて低い状態にある。その理由の１つとして、有害な重金属（ヒ素、カドミウム、フッ素）の溶出や硫化水素の発生といった問題が挙げられる。

【0003】

この有害な重金属の溶出を防ぐために、解体後の石膏ボード廃材から回収した石膏をセメント材によって固形化して封じ込める方法がある。しかし、そのセメント材に由来する六価クロムの溶出といった別の問題がある。その六価クロムの溶出抑制対策としては、従来から硫酸第一鉄等の還元剤の添加が知られている。

【0004】

なお、出願人は、有害な重金属の溶出や硫化水素の発生を抑制可能な石膏ボード廃材の再利用方法として、石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法を提案し実施し（特許文献１）、さらにその造粒物をアスファルト舗装用の再生路盤材に利用することを提案し実施している（特許文献２）。

【0005】

また、建設混合廃棄物から安定型産業廃棄物を選別した際に生じた残渣（いわゆる「ふるい下残渣」）は安定型産業廃棄物として取り扱うことはできないとされており、そのため安定型処分場に処分することができず、管理型処分場にて適正に処理をしなければならない。しかし、管理型処分場も埋立残容量がひっ迫しており、受入先が少ないことが問題となっている。また、ふるい下残渣は粒子が細かく遠目には砂のように見えるため不法投棄や不適正処理が問題となっている。

【0006】

廃棄物を原料として含むセメント固化（ブロック化）に関連する従来技術として、特許文献３は、建材系廃棄物等を含むコンクリートブロック及びその製造方法を開示する。また、造粒物の固化に関連する従来技術として、特許文献４は、造粒物を利用するコンクリート製品の製造方法を開示する。

【0007】

しかし、特許文献３には、原材料としてふるい下残渣を利用すること及び有害な重金属の溶出抑制に関する記載はない。特許文献４は、原材料として石炭灰の造粒物を利用するもので、石膏ボード廃材やふるい下残渣を利用するものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第６０５３００４号

【特許文献2】特開２０１４－１７７７９５号公報

【特許文献3】特開２００２－２０１０６０号公報

【特許文献4】特許第５４７４０３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本願発明は、石膏ボード廃材やふるい下残渣等の廃棄物の再生利用を図ることが可能なブロック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】

【0010】

本発明の一態様では、ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水を混錬し、型枠に入れて固化し養生して得られたブロックを提供する。

【0011】

本発明の他の一態様では、（ａ）ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水を混錬して混錬物を生成する工程と、（ｂ）混錬物を所定の型枠に充填する工程と、（ｃ）型枠に充填後の混錬物を所定の期間養生する工程と、（ｄ）養生後に型枠を取り除いて原料を含むブロックを得る工程と、を含むブロックの製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態のブロックの製造方法の工程を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態のブロックの破砕物を含む路盤材の構成を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態の混錬物を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態の円筒型枠に充填された混錬物を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態の円柱形のブロックを示す図である。

【図6】本発明の一実施形態の方形型枠に充填された混錬物を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態の方形のブロックを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態のブロックの破砕後の状態（破砕物）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態のブロックの製造方法の工程を示す図である。図１の製造工程は、例えば、建設廃棄物の再資源化を行う中間処理施設（例えば、出願人所有の「ゼロエミプラント」等）の設備を用いて実施することができる。

【0014】

図１の工程Ｓ１において、ふるい下残渣及び廃石膏のいずれか一方または両方と、リサイクル・コンクリートとを含む原料と、固化材、不溶化材、混和剤、及び水とを混錬して混錬物を生成する。ふるい下残渣は、いわゆる建設混合廃棄物の手選別、風力選別、振動ふるい等の選別過程における残さを意味する。ふるい下残渣の内訳としては、例えば、瓦、レンガ、ガラス、陶器、陶磁器、コンクリート片、モルタル、石材、石膏粉、ＡＬＣ等が挙げられる。廃石膏は、石膏ボード廃材（以下、廃石膏ボードとも呼ぶ）を粉体状に破砕したものを意味する。リサイクル・コンクリートは、コンクリート廃材を破砕して砕石としたものを意味し、いわゆる再生砕石または再生骨材として利用可能なもので、例えば４０ｍｍアンダー（ＲＣ－４０）あるいはサイズの小さい２０ｍｍアンダー（ＲＣ－２０）を用いることができる。

【0015】

固化材としては、セメントを用いることができるが、高炉セメントのうち高炉スラグを１０～６０％混合した高炉セメントＢ種を用いることが望ましい。不溶化材は、鉛等の重金属や六価クロム等の有害物質の溶出を抑制するために用いられ、不溶化材Ａとして硫化第一鉄系の不溶化材（例えば硫酸第一鉄）を、不溶化材Ｂとしてマグネシウム系不溶化材（例えば酸化マグネシウム）を同時にまたは少なくともいずれか一方を使用することができる。混和剤としては、高性能減水剤を用いることができる。水は水道水を用いることができる。混錬は市販の混錬機（ミキサー）を用いることができる。

【0016】

工程Ｓ１の混錬における各材料の配合（混合）は、原料（特にふるい下残渣と廃石膏）をできるだけ多く再利用したい要求がある一方で、製造したブロックの強度を高く維持する必要がある。また、混錬及び型枠充填工程を効率よく適切に行う必要がある。さらにブロック破砕後の破砕物での有害物質の溶出を抑制する必要がある。そうしたことから、実験を通じて各材料の配合（混合）条件を最適化する必要がある。具体的な材料の配合条件については、後述する。

【0017】

工程Ｓ２において、工程Ｓ１で生成された混錬物を型枠に充填する。その際、例えば振動機によって型枠に振動をかけて型枠内での混錬物の均一化を図ることが望ましい。型枠は通常方形（直方体の形状）のものを使用するが、ブロックの用途（利用条件）に応じて、立方体、円筒形（円柱の形状）等の他の形状のものを使用してもよい。枠型への充填には、混錬物のフレッシュ性状が影響を与える。すなわち、型枠への充填作業が終了するまでは、混錬物は所要の軟らかさを保ち、その後は正常な速さで凝結・硬化に至ることが望まれる。このフレッシュ性状は、混錬時の材料の配合条件、特に加える水の量や水を加えるタイミング等に依存して大きく変化する。

【0018】

工程Ｓ３において、型枠に充填された混錬物を所定の期間養生する。養生は、通常養生（常温にて放置）に代えてあるいは加えて、蒸気養生（例えば最高温度６５℃）を用いることができる。養生期間は、固化後のブロックの強度等を考慮して例えば２週間（１４日）から４週間（２８日）の間とすることができる。

【0019】

工程Ｓ４において、型枠を除去して原料を含む固化・養生後のブロックを得る。その後、ブロックの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）の測定を行う。圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）の目安（有効か否かの判断基準）は、例えば２０Ｎ／ｍｍ^２とする。なお、この判断基準は、ブロックの使用条件に応じて２０Ｎ／ｍｍ^２未満の値でも有効とすることができる。

【0020】

工程Ｓ５とＳ６は、ブロック製造後の内容であって、工程Ｓ５ではブロックを破砕機で破砕して破砕物を得る。破砕機は、例えば破砕はバックホウ（破砕重機）に取り付けたバケットクラッシャ（破砕バケット）を用いることができる。その後、破砕物の重金属類溶出試験を行って、ヒ素、フッ素、カドミウム、六価クロム等の有害金属類の溶出が基準値以下であることを確認する。

【0021】

工程Ｓ６では、ブロックの破砕物を路盤材等で利用する。路盤材として利用する場合は、その前に路盤材料試験を行って、粒度分布、すりへり減量、塑性指数、修正ＣＢＲの各試験項目が基準内に収まっていることを確認する。図２は、本発明の一実施形態のアスファルト舗装用の路盤材の構成を示す模式図である。本発明で言うアスファルト舗装用の路盤材は、アスファルト舗装における、アスファルトを含む表層／基層１０の下に配置される路盤材２０を意味し、特に路盤材の下層路盤の材料を意味する。図２に示されるように、路盤材２０は、リサイクル・コンクリート２２の間を埋めるようにブロックの破砕物２４を含む。

【実施例0022】

出願人である恵和興業（株）が製造している造粒石の原料である廃石膏ボード、篩下残渣を使用してブロックを作製した。条件を定めた養生を行った後、ブロックの強度を測定した。大まかな目標強度は２０Ｎ／ｍｍ^２とし、最適な配合条件、製造方法を見出す実験を行った。配合試験では、強度とともにフレッシュ性状を検証した。フレッシュ性状は型枠にコンクリートを詰める際のハンドリングに大きな影響を及ぼす。水を増やせば、柔らかくなるが強度が低下することになる。このため、ダブルミキシング（追加加水）など水の混入方法を変えて、１９種類の供試体（円柱ブロック）を作製した。以下に、試験材料と試験方法を示す。

【0023】

＜試験材料＞
１．廃石膏ボード：ケイワ・ゼロエミプラント仙台に搬入があった廃石膏ボードを粉体状に破砕したものを使用した。
２．リサイクル・コンクリート：ケイワ・リサイクルセンター仙台で製造するＲＣ－４０を使用した。しかし、供試体では４０ｍｍアンダーでは大きすぎるため、２０ｍｍアンダー（ＲＣ－２０）とした。
３．水：水道水を使用した。
４．セメント：高炉Ｂ種を使用した。
５．不溶化材Ａ：硫化第二鉄系の不溶化材を使用した。
６．不溶化材Ｂ：マグネシウム系不溶化材を使用した。
７．混和剤：高性能減水剤の製品名「Ｎｌ４０００」を使用した。

【0024】

＜試験方法＞
所定の配合条件で材料を混合（混錬）機にて混合、加水し混練を行った。
混錬物を型枠へ入れ振動機にて振動をかけながら均一になるように充填した。
その後、養生については、通常養生（常温にて保護）と、蒸気養生（最高温度６５℃）の２パターンにて実施した。
＜蒸気養生の条件＞
２時間：２０℃を保持
３時間：２０℃から６５℃へ上昇
５時間：６５℃を保持
蒸気養生は１日後と１４日後にて強度測定を実施した。
通常養生は２８日後にて強度測定を実施した。
養生後に型枠から取り出した供試体（円柱ブロック）の強度を測定した。

【0025】

１９試験のうちの一例として、図３に混錬後の混錬物３０の様子を示す。また、図４に円筒形の型枠３２に充填した混錬物３４の様子を示す。さらに、図５に、養生後に型枠３２から取り出した供試体（円柱ブロック）４０の様子を示す。

【0026】

＜配合条件及び試験結果＞
１９試験のうち目標強度２０Ｎ／ｍｍ^２が得られた試験についての配合条件と強度測定結果を下記の表１～４に示す。

【表1】

【表2】

No.7は、容積比（原料：セメント：水＝4：2：1）の割合で製造した。
No.8は、No.7配合の原料（ふるい下残渣）の量を減少させ、全体の容積比を4：2：1とした。
No.9は、容積比（ＲＣ－２０：ふるい下残渣：セメント＝4：2：1）の割合で製造した。
強度は目標とした２０Ｎ／ｍｍ^２をいずれの配合も満足した。

【0027】

【表3】

【表4】

No.13とNo.14は、原料として廃石膏を加えており、原料の配合量は同じであるが、No.14では作製方法（混合順序）を変え試験を実施した。すなわち、加水のタイミング（順序）を変えて試験を行った。
＜No.14での混合順序＞
１．ふるい下残渣とセメントを混合
２．水の添加（加水）
３．廃石膏ボードとＲＣ－２０を混合
混合順序が異なることで、加水量が少なくても、製造後の状態が柔らかい状態となることが見いだせた。混合する順番を変えることで、出来上がりの状態が異なり、強度も上がることが確認された。

【実施例0028】

方形の型枠を用いて上記した一連の工程によりブロックを製造した後、ブロックを破砕して破砕物とする試験を行った。ブロック製造時の配合条件は下記の表５に示す通りである。実施例１での配合試験により得られた結果を基に定めた配合条件にて、それぞれ３バッチ（Ａ～Ｃ）製造した。

【表5】

【0029】

表５のＡ～Ｃでは、材料を混合する順番が異なる。材料を混合する順番を下記に示す。
＜Ｎｏ．Ａ＞
・原料（ふるい下残渣）とセメントを混合 30秒
・水（９．５Ｌ）を添加して混合 30秒
・廃石膏ボード、ＲＣ４０、不溶化材を添加し混練 30秒
・水（８Ｌ）を添加し混錬 90秒
＜Ｎｏ．Ｂ＞
・原料（ふるい下残渣）と廃石膏ボードを混合 30秒
・水（９．８Ｌ）を添加して混合 30秒
・セメント、ＲＣ４０、不溶化材を添加し混合 30秒
・水（８．４Ｌ）を添加し混練 90秒
＜Ｎｏ．Ｃ＞
・材料（ふるい下残渣、廃石膏ボード、ＲＣ４０、
セメント、不溶化材）を混合 30秒
・水（９．５Ｌ）を添加し混錬 90秒

【0030】

混練後、バイブレータで振動を与えながら、型枠へ詰め蒸気養生室にて蒸気養生を実施した。翌日、蒸気養生室から取り出し、脱型しブロックを得た。その後、ブルーシートをかけ通常養生を行った。１４日後にブロックを破砕機にて破砕し破砕物を得た。破砕はバックホウに取り付けたバケットクラッシャにて破砕した。

【0031】

図６は、方形の型枠３６に充填した混錬物３８の様子を示す。図７は、方形の型枠３６を取り外して方形のブロック４２を得る様子を示す。図８は、ブロック４２を破砕して得られた破砕物４４の様子を示す。破砕後の破砕物の評価試験及び、重金属類溶出試験を行った。試験結果は下記の通りである。

【0032】

＜評価試験結果＞
・路盤材料試験
試験を実施したブロック破砕後の破砕物全てにおいて再生路盤材の品質規格を満たした。
・ふるい分け試験による粒度分布もすべて規格基準内に収まっていた。
・すりへり減量についても50％以下の規格に収まっていた。
・塑性指数（PI）もNP(Non-Plastic)であり、規格値6以下を満たしていた。
・修正CBRについても、80%以上を示し、規格値である20％以上を大きく上回った。

【0033】

＜重金属類溶出試験＞
使用した原料中には、ヒ素、フッ素、カドミウムの基準値超過が見られた。しかし、本発明の方法で製造したブロックを破砕して得た破砕物では上記重金属類の基準値超過は確認されなかった。そのため不溶化されていると判断できる。フッ素ついては、セメントの水和物の1つであるエトリンガイトも寄与している。一方、六価クロムはセメント中に含まれるため分析を行ったが、溶出は見られなかった。

【0034】

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。