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JP2005035847A - 廃焼き物のリサイクル方法 - Google Patents

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朝雄 高橋
Takashi Nakamaru
孝 仲丸
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Abstract

【課題】 廃焼き物を簡便な装置で破砕処理し、効率的にコンクリート製品としてリサイクルできるようにした廃焼き物のリサイクル方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 廃焼き物を破砕処理し、早期強度発現性が大きい無機結合材を混合し、コンクリート製品を製造することした。
【選択図】 なし

Description

本発明は、屋根瓦や植木鉢等の焼き物の廃品を効率的にリサイクルする廃焼き物のリサイクル方法に関する。
屋根瓦及び植木鉢等焼き物の廃品(廃焼き物)は安定品目として扱われ、安定型処分場にて最終処分が可能である。したがって、従来、廃焼き物は従来専ら安定型処分場にて最終処分されてきた。しかし、近年、最終処分場の建設が進まず、その結果処分費用が徐々尾に高騰してきている。
廃焼き物は、破砕処理され、同じ焼き物の原料としてリサイクルされているものもあるが、これは廃焼き物の製造工場の中でわずかに実施されていたに留まり、実際には流通段階でのリサイクルはほとんど行われていない。
廃焼き物のリサイクルがほとんど行われていない主な理由は前記の通り、廃棄処分の費用が安かったためであるが、その他に適当なリサイクル方法が見つからなかったためである。従来、細々と行われている、焼き物の原料としてのリサイクルは、屋根瓦や植木鉢等焼き物の廃品を、主原料である粘土並に微粉砕する必要があり、過大な設備が必要になり、また、ランニングコストも高い。
そのような状況の中で、近年、最終処分場の逼迫による処分費の高騰により、効率的な廃焼き物のリサイクル方法が、切望されている。
そこで、本発明は、廃焼き物を簡便な装置で破砕処理し、効率的にコンクリート製品としてリサイクルできるようにした廃焼き物のリサイクル方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、発明者は鋭意研究を重ね、低コストで効果的に廃焼き物をリサイクルする方法に想到した。
すなわち、上記目的を達成するため、本発明は、廃焼き物のリサイクル方法であって、廃焼き物を破砕処理し、早期強度発現性が大きい無機結合材を混合し、コンクリート製品を製造することを特徴とする。
本発明によれば、廃焼き物を簡便な装置で破砕処理し、効率的にコンクリート製品としてリサイクルできるようにした廃焼き物のリサイクル方法が提供される。
以下に、本発明に係る廃焼き物を実施するための最良の形態について説明する。
本発明において、上記廃焼き物は、粘土瓦、普通れんが、陶器質タイル及び植木鉢のうち粘土を主原料として、混練、成型及び焼成した陶製の植木鉢より成るグループから選択された少なくとも一の廃焼き物であることが好適である。
すなわち、本明細書中で、「廃焼き物」とは、一般的に「粘土を主原料として、混練、成型及び焼成した陶器質の焼成品」の廃物である。
このような廃焼き物としては、以下(1)〜(4)の廃品の少なくとも一種以上から成るものを例示することができる。
(1)JISA5208:1996に示されている粘土瓦。
(2)JISA1250:2000に示されている普通れんが。
(3)JISA5209:1994に示されている陶磁器質タイルのうち、陶器質タイル。
(4)植木鉢のうち粘土を主原料として、混練、成型及び焼成した陶製の植木鉢。
いわゆる「焼き物」として一般的に考えられるものは、粘土瓦、れんが、陶磁器質タイル、陶製木鉢、陶磁器質食器、陶磁器質置物がある。
本願発明では、このような「焼き物」の廃品を全て「廃焼き物」として取り扱うものではなく、れんが及び陶器質のもので吸水性を持つ物を「廃焼き物」としてその対象としている。すなわち、磁器質の廃品はその対象とはしていない。なお、「廃焼き物」の吸水性としては、吸水率で5%以上、25%以下、好ましくは8%以上、15%以下が好適である。
また、「コンクリート製品」とは、屋根瓦、人工敷石、建築物外装材、建築物内装材等をいう。
本明細書中、「廃焼き物を粉砕処理する」とは、廃焼き物を粉砕して、分級・整粒することを一般的に指す。このような粉砕処理には、例えば、特願2002−194026に記載された装置・方法を利用することが好適である。
すなわち、この先願明細書によれば、廃焼き物を破砕処理するため、粗粉砕設備、粉砕設備、分級設備を含む破砕設備を備えた破砕処理装置を用いる。このような破砕設備は、さらに微粉砕設備を含むことができる。
このような破砕処理装置では、例えば、ジョークラッシャ、ハンマークラッシャ、2軸破砕機等の粗粉砕設備で廃焼き物を破砕する。次いで、粗粉砕物を粉砕設備に投入する。粉砕設備としては、粗粉砕設備と破砕度の異なるジョークラッシャ、ロールミル等を用いることができる。
そして、粉砕設備からの粉砕物を2段篩い等の分級設備に投入する。このような2段篩いでは、篩い下、篩いの中間部、篩い上の3区分を得ることができる。ここで、例えば、篩い上は、粉砕設備に戻し、粉砕する。粉砕物は再び篩いに導入し、篩い分ける。さらに、必要な場合、整粒設備で整粒する。
このように、篩いは2段式の篩いを使用することが適しているが、もちろん1段式の篩いでも、3段式又はそれ以上の多段式篩いでも良い。
なお、整粒設備としては、ボールミル、ピンミル、コーンクラッシャ、振動コンベア、振動ふるい等を使用することができる。
上記破砕処理装置は、上記粗粉砕設備、粉砕設備、微粉砕設備への原料投入のための定量供給装置をさらに備えることが好適である。これは、機械の安定運転と製品品質の安定に寄与するものである。定量供給装置としては、ベルトフィーダー、スクリューコンベア、エプロンコンベア、テーブルフィーダ、パドルフィーダ等を挙げることができる。
さらに、本明細書中、「早期強度発現性が大きい無機結合材」とは、12〜24時間で普通ポルトランドセメントの28日強度(JIS R5201に規定する測定法によるもの)に達する結合材をいう。
本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法では、好適な実施の形態において、上記早期強度発現性が大きい無機結合材としてアルミナセメントを用いる。
アルミナセメントは、酸化アルミニウムAl23(セメント業界ではAという略称が用いられる)と石灰CaO(セメント業界ではCと略称)を主成分として構成されている。酸化アルミニウムと石灰は、部分的には結晶を形成しており、一部はC127の形で、他はCAの形で存在する。
アルミナセメントは通常耐火物としてあるいは耐火物の結合剤として使用されており、その耐火度は1100〜1300℃であり、釉薬の溶融温度を越える。本発明は、アルミナセメントを上記早期強度発現性が大きい無機結合材として用いる場合、製造したコンクリート製品に施釉し、600〜1300℃で焼成することもその実施の形態として含む。焼成温度は釉薬の種類により、このような600℃〜1300℃、好ましくは700℃〜1000℃であり、焼成時間は20分〜120分、好ましくは40分〜90分である。
このように、アルミナセメントをポルトランドセメントの代わりに使用すると、釉薬を塗り、本焼きすることができる。給水率は、15%以下となり、表面がガラス化しており、寿命は半永久的である。また、5〜10年で塗り直しの必要であった防水加工に頼る必要もない。
そして、アルミナセメントを使用すると、約1日で普通ポルトランドセメントの28日強度に匹敵する強度を得ることができるため養生時間が大幅に短縮される。よって、ランニングコスト等の嵩む蒸気養生(オートクレーブ)が不要である。さらに、本発明者らは、この長所に加え、釉薬を塗り、本焼きする前の段階でも透水率が少なくなることを見出している。これは、アルミナセメントの乾燥収縮率が低いことと、骨材として入れた廃焼き物の粉砕、分級・整粒によって得られる砂・砂利(廃焼き物砂・砂利)の混入率のバランスが、緻密なセメント硬化体を構成したためと推察される。
ここで、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法によりセメント瓦を製造する形態について説明する。
この実施の形態では、普通のセメント瓦が、砂利と砂とポルトランドセメントと水と必要により減水剤、凝結遅延剤とを使用して製造するのに対し、廃焼き物の粉砕、分級・整粒を行って得られる砂(廃焼き物砂)と廃焼き物の粉砕、分級・整粒を行って得られる砂利(廃焼き物砂利)とアルミナセメントと水を使用してセメント瓦を製造する。
ここで、廃焼き物の粉砕処理は、前記したように、例えば、特願2002−194026に記載された装置・方法を利用することが好適である。「砂」は、粒度範囲〜1mm、「砂利」は、1mm〜5mm及び5mm〜20mm程度に篩い分けることが好適である。
セメント瓦を製造する場合、各成分の混合割合は、重量割合で、廃焼き物砂20〜50%、廃焼き物砂利20〜50%、アルミナセメント10〜30%、水/セメント比:0.2〜0.6の範囲である。そして、これらの材料を配合し、混練する。必要により他の混和剤を添加してもよい。他の混和剤としては、凝結調節剤、減粘剤、徐放性分散剤、AE減水剤、流動化剤、他の高性能減水剤、早強剤、促進剤、保水剤、防水剤、着色剤、防黴剤、ひび割れ低減剤、高分子エマルション、界面活性剤、他の水溶性高分子、グラスファイバーを挙げることができる。後に、型枠に流し込み、養生後、脱形することにより製品を得ることができる。
なお、同様にして他のコンクリート製品を製造することができる。すなわち、オートクレーブ等の設備を用いることなく、早期脱形、早期実用化が可能であり、特殊瓦(鬼瓦等)や特注瓦、特注人工敷石、特注建築物外装材、特注住宅内装材等の需要に即座に応じることできる。なお、各々の製品に合わせた諸条件については、後の実施例で詳説する。
また、他の「早期強度発現性が大きい無機結合材」を用いて、コンクリート製品を製造する場合も、同様にしてセメント瓦等の屋根瓦を含むコンクリート製品を製造することができる。
さらに、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法は、「早期強度発現性が大きい無機結合材」として、ジェットセメントを用いることもその実施の形態として含む。
「ジェットセメント」とは、通常のセメントに比べ、酸化アルミニウム(Al23)と三酸化硫黄(SO3)の量が非常に多く、鉱物組成で約2.5倍、アルミン酸カルシウムの量が多いセメントである。従来のポルトランドセメントのアルミン酸カルシウムは、3CaO・Al23(C3Aと略す)の形をしている。これに対し、ジェットセメントは、11CaO・7Al23・CaF2 (C117・CaF2とも略す)の形をしている。これに適量のSO3が加えられて、凝結の調節や、早期の強度の発現を助けている。ジェットセメントは、早強セメントや超早強セメントが、まだ全く強度を発現しないうちから、強度を発現する。早強性のセメントは、3CaO・SiO2(C3Sとも略す)の量を増加し、また、粉末を細かくすることによって早弾性を発揮させている。しかし、それには限界がある。ジェットセメントは、活性化されたアルミン酸カルシウム(C117・CaF2)という新化合物の超速硬性と、ポルトランドセメントの主要成分のC3Sとを巧みに利用している。したがって、20N/mm2の圧縮強度を得るのに、少なくとも普通セメントで3日以上、早強セメントで1.5日以上を必要とするのに対して、ジェットセメントでは僅3時間である。
すなわち、早期高強度発現性を持つジェットセメントもアルミナセメントと同様に、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法に用いることができる。
ただし、ジェットセメントの場合は、耐火度がポルトランドセメントと同様であるため、釉薬をかけて、本焼きすることはできない。ジェットセメントは、コンクリート硬化体の強度発現が早く、約1日(12〜24時間)で普通ポルトランドセメントの28日強度(JIS A1108に規定する測定方法による)に匹敵する強度を発現する。したがって、オートクレーブ等の設備を用いることなく、早期脱形、早期実用化が可能であり、特殊瓦(鬼瓦等)や特注瓦、特注人工敷石、特注建築物外装材、特注住宅内装材等の需要に応じることが可能である。
またさらに、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法は、「早期強度発現性が大きい無機結合材」として、アルミナセメントとポルトランドセメントとの混合物を用いる場合もその実施の形態として含む。混合割合は、アルミナセメント:ポルトランドセメント=1:9〜9:1(重量比)まで可能である。
またさらに、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法は、「早期強度発現性が大きい無機結合材」として、ジェットセメントとポルトランドセメントとの混合物を用いる場合もその実施の形態として含む。混合割合はジェットセメント:ポルトランドセメント=1:9〜9:1(重量比)まで可能である。
なお、上記ポルトランドセメントとしては、例えばJISR5210に規定されるポルトランドセメントが好適である。
またさらに、本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法では、廃焼き物を破砕処理して得られる粉砕物及び/又は整粒物のうち、粒度範囲の互いに異なる物を2種類以上用いることもその実施の形態として含む。
廃焼き物を粉砕処理して得られる骨材は細骨材と粗骨材に分けることができる。もちろん、1種類の骨材でコンクリート製品を製造することも可能であるが、製品の品質が骨材の粒度に左右されるため、異なる粒度範囲を持つ2種類以上の骨材を混合することが好適である。骨材の粒度は、例えば、1mm以下(A)、1mm〜5mm(B)、5mm〜20mm(C)、20mm以上(D)の4種類の廃焼き物に由来する骨材に分類することができる。
なお、ここで、これらの粒度範囲で、上限、下限に重なりがあるのは、篩による篩い分けにより粒度範囲を定めるためである。例えば、1mm以下(A)とは、1mmの網目を通過した区分の粒度範囲、1mm〜5mm(B)とは、1mmの網目は通過せず、5mmの網目を通過した区分の粒度範囲として粒度範囲を定める。本明細書中、他の粒度範囲に関する記載についても、これは同様である。
これらの混合割合は、製造するコンクリート製品の種類により異なる。屋根瓦の場合はA:B=1:1程度にすることが適している。また、人工敷石を製造する場合はA:B:C=2:2:1程度にすることが適している。また、建築物外装材を製造する場合はA:B=1:1程度にすることが適している。また、住宅内装材を製造する場合はA:B=1:1程度にすることが適している。なお、以上は全て重量比である。
もちろん、骨材として通常のコンクリート製品・構造物の製造に使用されている砂利、砂を、本発明の目的に反しない割合で、廃焼き物を粉砕処理して得られる骨材に混合しても良い。
以下に本発明に係る廃焼き物のリサイクル方法を実施例について、さらに詳細に説明する。
本実施例1は、屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用してセメント瓦を製作する廃焼き物のリサイクル方法である。
セメント瓦製作用の骨材は〜1mm(A)と1mm〜5mm(B)を主に使用する。
混合割合は例えばA:B:アルミナセメント=2:2:1などである。水セメント比は通常のセメント瓦の製造と同程度かやや低めに設定する。具体的には水セメント比を20%〜70%、好ましくは30〜60%に設定する。なお、この水セメント比は、重量比であり、以下の実施例でも同様である。
混練した生コンクリートを形枠に流しこみ、半日から1日養生した後、脱形、出荷する。普通ポルトランドセメントを使用したセメント瓦の場合、気中では脱形後さらに1週間以上の養生を必要とする。養生時間が少なく、実用化までの時間が短いことがアルミナセメントを用いる最大のメリットである。
このメリットを生かせば、屋根瓦等の特注による注文生産が可能となり、特に役物と称する鬼瓦や棟瓦等の特注は時間とコストがかかっていたが、これらの需要にも容易に応じることが可能となる。
アルミナセメントと屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して製造したセメント瓦は下表1のような性能を有している。
なお、このセメント瓦の具体的成分等は、以下のとおりであった。
Figure 2005035847
この中で最も重要な性能は吸水率であり、アルミナセメントと屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して製造したセメント瓦は普通ポルトランドセメントと砂と砂利を使用して製造したセメント瓦に比較して吸水率が大幅に少なく、そのままで瓦としての規格(JIS規格、吸水率15%以下)を満足する値となっている。
本実施例2は、実施例1で作製したセメント瓦に施釉、焼成して吸水率を下げ、瓦としての機能を高めた廃焼き物のリサイクル方法に係るものである。釉薬は廃品の酒瓶やワインビン等の粉砕物を使用し、焼成温度は600℃〜1300℃、好ましくは800℃〜1100℃で30分〜90分間、好ましくは45分〜75分間焼成することにより吸水率が低い良質のセメント瓦を製作することができる。
本実施例3は、屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材とジェットセメントを使用してセメント瓦を製作する廃焼き物のリサイクル方法に係るものである。
セメント瓦製作用の骨材は〜1mm(A)と1mm〜5mm(B)を主に使用する。
混合割合は例えばA:B:ジェットセメント=2:2:1などである。水セメント比は通常のセメント瓦の製造と同程度かやや低めに設定する。具体的には水セメント比を20%〜70%、好ましくは30〜60%に設定する。
混練した生コンクリートを形枠に流しこみ、半日から1日養生した後、脱形、出荷する。普通ポルトランドセメントを使用したセメント瓦の場合、気中では脱形後さらに1週間以上の養生を必要とする。養生時間が少なく、実用化までの時間が短いことがジェットセメントを用いる最大のメリットである。
このメリットを生かせば、屋根瓦等の特注による注文生産が可能となり、特に役物と称する鬼瓦や棟瓦等の特注は時間とコストがかかっていたが、これらの需要にも容易に応じることが可能となる。
ジェットセメントと屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して製造したセメント瓦の吸水率は普通ポルトランドセメントを使用したセメント瓦と同等であり、そのまま屋根瓦として使用することはできず、表面に防水塗装を施す必要がある。
本実施例4は、屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して人工敷石を製作する廃焼き物のリサイクル方法に係るものである。
人工敷石製作用の骨材は〜1mm(A)、1mm〜5mm(B)、5mm〜20mm(C)及びを主に使用する。場合により、20mm以上(D)を混入しても良い。
混合割合は例えばA:B:C:無機結合材=2:2:1:1などである。水セメント比は通常のセメント瓦の製造と同程度かやや低めに設定する。具体的には水セメント比を20%〜70%、好ましくは30〜60%に設定する。
混練した生コンクリートを形枠に流しこみ、半日から1日養生した後、脱形する。出荷までの時間はアルミナセメント又はジェットセメントに対するポルトランドセメントの混合割合による。アルミナセメント又はジェットセメントの割合が概ね50%以上であれば脱形後ただちに出荷可能である。また、ポルトランドセメントの割合が100であれば、出荷まで、5〜7日間養生する必要がある。アルミナセメント又はジェットセメントとポルトランドセメントとの混合割合が、ポルトランドセメント100%〜50%の間では出荷までの時間は1日以上5日未満必要となる。アルミナセメント又はジェットセメントとポルトランドセメントとの混合割合は出荷までの必要時間により適度に設定する。
本実施例5は、屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して建築用外装材を製作する廃焼き物のリサイクル方法に係るものである。
建築用外装材製作用の骨材は〜1mm(A)、1mm〜5mm(B)、5mm〜20mm(C)及びを主に使用する。場合により、20mm以上(D)を混入しても良い。
混合割合は、例えばA:B:C:アルミナセメント=2:2:1:1などである。水セメント比は通常のセメント瓦の製造と同程度かやや低めに設定する。具体的には水セメント比を20%〜70%、好ましくは30〜60%に設定する。
混練した生コンクリートを形枠に流しこみ、半日から1日養生した後、脱形、出荷する。屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材とアルミナセメントを使用して製作した建築用外装材は実施例1で述べたように吸水率が低い特徴があり、建築用外装材に適している。また、養生時間が少なく、実用化までの時間が短いことがアルミナセメントを用いる最大のメリットである。
このメリットを生かせば、建築用外装材の(デザイン等の)特注による注文生産が可能となる。
本実施例6は、屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材を使用して建築用外装材を製作する廃焼き物のリサイクル方法に係るものである。
建築用外装材製作用の骨材は、〜1mm(A)、1mm〜5mm(B)、5mm〜20mm(C)及びを主に使用する。場合により、20mm以上(D)を混入しても良い。
混合割合は、例えばA:B:C:アルミナセメント=2:2:1:1などである。水セメント比は通常のセメント瓦の製造と同程度かやや低めに設定する。具体的には水セメント比を20%〜70%、好ましくは30〜60%に設定する。
混練した生コンクリートを形枠に流しこみ、半日から1日養生した後、脱形、出荷する。屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を破砕機で破砕し、さらに分級、整粒した骨材とアルミナセメントを使用して製作した建築用外装材は実施例1で述べたように吸水率が低い特徴があり、建築用外装材に適している。また、養生時間が少なく、実用化までの時間が短いことがアルミナセメントを用いる最大のメリットである。
このメリットを生かせば、建築用外装材の(デザイン等の)特注による注文生産が可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、現在ほとんど埋め立てられている屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片を屋根瓦、人工敷石、建築外装材、住宅内装材等において、競争力のある製品としてリサイクルする方法を提供することができ、最終処分場において埋め立てられている屋根瓦破片及び植木鉢破片等焼き物の破片の量を減らすことができ、処分場の延命に寄与することができる。

Claims (8)

  1. 廃焼き物を破砕処理し、早期強度発現性が大きい無機結合材を混合し、コンクリート製品を製造することを特徴とする廃焼き物のリサイクル方法。
  2. 上記廃焼き物が、粘土瓦、普通れんが、陶器質タイル及び植木鉢のうち粘土を主原料として、混練、成型及び焼成した陶製の植木鉢より成るグループから選択された少なくとも一の廃焼き物であることを特徴とする請求項1の廃焼き物のリサイクル方法。
  3. 上記早期強度発現性が大きい無機結合材として、アルミナセメントを使用することを特徴とする請求項1の廃焼き物のリサイクル方法。
  4. 製造したコンクリート製品に施釉し、600〜1300℃で焼成することを特徴とする請求項3の廃焼き物のリサイクル方法。
  5. 上記早期強度発現性が大きい無機結合材として、ジェットセメントを使用することを特徴とする請求項1又は2の廃焼き物のリサイクル方法。
  6. 上記早期強度発現性が大きい無機結合材として、アルミナセメントとポルトランドセメントとを混合して使用することを特徴とする請求項1又は2の廃焼き物のリサイクル方法。
  7. 上記早期強度発現性が大きい無機結合材として、ジェットセメントとポルトランドセメントとを混合して使用することを特徴とする請求項1又は2の廃焼き物のリサイクル方法。
  8. 廃焼き物を破砕処理して得られる粉砕物及び/又は整粒物のうち、粒度範囲の互いに異なる物を2種類以上用いることを特徴とする廃焼き物のリサイクル方法。
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