CN101553325A - 以煤灰为原料的粒状固化体的制造方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能以良好的精度预测煤灰的水合反应性、在捏合时可得到索带状态的捏合物的捏合用水的量的决定方法，以及一种在捏合后的成形时不存在附着于加压板的问题的成形方法。如果所采集的煤灰的修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上，则将其作为原料灰移送至原料灰筒仓2，将除此之外的煤灰移送至废弃灰筒仓3。将原料灰筒仓2内的原料灰投入捏合机8，加入石灰及石膏，然后投入捏合用水进行捏合。调整捏合用水的量，使捏合机的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3。

Description

以煤灰为原料的粒状固化体的制造方法及其装置
技术领域
本发明涉及以煤灰为原料的粒状固化体的制造方法及其装置，更详细地说，本发明涉及根据煤灰的修正碱度及反应性指数对其进行分选，加入石灰、石膏等添加材料，根据捏合(日文：混
Figure A20078004002900051
)机的搅拌器动力调整捏合用水的投入量，得到索带(funicular)状态的捏合物，将其振动成形，进行养生使其固化后，将固化体粉碎，从而制造粒状固化体的方法及装置，所得粒状固化体可有效地用于路基材料、填筑材料、回填材料、背填材料、地基改良材料、温室和地板下的调湿材料等用途。
背景技术
在煤灰中加入石灰(熟石灰、生石灰)、水泥、炉渣、石膏等添加材料，通过水合反应使其固化的方法是公知的，此外，已知煤灰的水合反应性与CaO量、碱度(CaO/SiO2)等存在一定程度的相关性(例如专利文献1，权利要求1)。然而，仅通过CaO量和碱度，很难以一定程度的正确性预测煤灰的水合反应性。
此外，在煤灰中加入添加材料和捏合用水得到捏合物时，希望能稳定地得到索带状态的捏合物，为此，已知如下方法：最初先加入少量的水，根据此时的捏合机的搅拌器动力的上升幅度来推定最终的捏合用水的必需量，根据该推定量来追加不足的部分的捏合用水(例如专利文献1，权利要求6、7)。然而，该方法中，投入的水的推定量是具有一定范围的值，希望开发出能求出更准确的捏合用水的推定量的方法。
还已知在得到捏合物的成形体时、与制造混凝土块时同样地将作为粉体的水泥和骨料等用水捏合、在低压和振动的条件下将钟摆(pendular)状态的捏合物成形、然后即时脱模的方法，或者是将毛细管(capillary)状态的新拌混凝土振动成形、固化、然后脱模的方法。然而，钟摆状态的捏合物的水合反应进行得不充分，因此可观察到重金属等的溶出，此外，在毛细管状态下，存在操作性差、所得粒状固化体的强度也低的问题。
此外，在捏合后的成形时，以往使用的是低压振动成形机，该低压振动成形机使用从型箱的上方施加压力的加压板，但存在根据捏合用水的量的不同、捏合物可能会附着于该加压板、对制造装置的运转造成妨碍的问题。
另外，将养生后的固化体粉碎时，一般使用粉碎机进行粉碎，但这些方法存在无法稳定地得到与用途相对应的规定的粒度的粒状固化体的问题。
专利文献1：日本专利特开2002-211968号公报(权利要求1、6及7)
发明的揭示
本发明是为解决上述问题而完成的发明。即，本发明的目的在于，提供一种能以比以往更高的精度来预测煤灰的水合反应性的方法，此外也提供一种在捏合时可得到索带状态的捏合物的捏合用水的量的决定方法。本发明的目的还在于，提供一种在捏合后的成形时不存在附着于加压板的问题的成形方法。除此之外，本发明的目的还在于，稳定地得到与用途相对应的规定的粒度的粒状固化体。
本发明的以煤灰为原料的粒状固化体的制造方法是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的方法，该方法的特征在于，使用修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰。这里，在本说明书中，R表示Na或K原子，R2O＝Na2O+0.658K2O(重量比)。
煤灰的水合反应性根据煤灰的不同而不同，因此如果以所有的煤灰为对象，则会制造出不满足规定的品质和安全性的粒状固化体。于是，在本发明中，分选出以(CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比)表示的煤灰的修正碱度为0.05以上1以下、较好为0.1以上0.6以下、且以(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))表示的煤灰的反应性指数为10以上50,000以下、较好为15以上5,000以下的煤灰，将其用作原料灰。这里，如果是修正碱度不到0.05的煤灰，则水合反应性低，如果反应性指数不到10，则水合反应性的阻碍变大，因此不佳。此外，如果修正碱度大于1、反应性指数大于50,000，则由于组成的极端偏移，因此反应性降低，不适合作为原料。上述修正碱度及反应性指数的数值特别适合于将本发明的粒状固化体用作路基材料的原料的情况。
煤灰的修正碱度和反应性指数的计算所必需的组成可基于采用从电集尘机、转运料斗等中采集的煤灰或从煤灰输送装置中采集的煤灰的实际的分析结果求出，除此之外，也可通过参照预先保存有各种煤炭种类的灰分组成的数据库求出。
本发明的另一种实施方式的粒状固化体的制造方法是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的方法，该方法的特征在于，包括：(a)分选出修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为1 0以上的煤灰作为原料灰的工序；(b)在所述原料灰中添加石灰及/或石膏并混合的工序；(c)在所述混合物中添加捏合用水，用捏合机得到捏合物的工序，该工序中，控制捏合用水的投入量，使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3，从而得到索带状态的捏合物；(d)将所述索带状态的捏合物加入型箱进行振动成形，然后脱模进行成形的工序；(e)通过蒸气处理进行养生，得到固化体的工序；(f)进行所述固化体的粉碎及粒度调整的工序。
这里，在上述方法中，还可包括如下工序：对于在所述工序(b)中得到的所述混合物，通过使用基于所述煤灰的修正碱度确定的捏合用水用所述捏合机进行捏合，从而预先求出捏合用水的投入量，该投入量可使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，且水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3；将该求出的投入量的捏合用水用于所述工序(c)。
如果一直用一定量的捏合用水将煤灰制造成捏合物，则根据煤灰的性状的不同，会成为钟摆状态的捏合物或毛细管状态的捏合物等，捏合物的状态不稳定，处理性变差，难以稳定地得到在粒状固化体的安全性(例如重金属溶出)方面和品质(例如强度)方面满足要求的捏合物。于是，在本发明中，根据捏合机的搅拌器动力进行捏合用水量的调整，从而稳定地得到索带状态的捏合物。
具体而言，由于随着煤灰的修正碱度的增大，适宜的捏合用水量减少，因此根据预先制成的修正碱度与捏合用水量的关系来确定初次运转时的捏合用水量。在第2次以后，基于初次运转时得到的捏合用水量的(水投入完成后30～40秒的搅拌器动力)/(空运转时的搅拌器动力)的比值以及水投入完成后30秒～水投入完成后90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值的数据来调整捏合用水量，使(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的搅拌器动力)的比值为3.0～4.0，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3，从而制造索带状态的捏合物。
如果所述(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值不到3.0，则会成为钟摆状态的捏合物，成形、养生后的固化体的强度不高，有害重金属溶出量也超过土壤环境基准。此时，要增加下一次的捏合用水量。此外，如果该比值超过4.0，则会成为毛细管状态的捏合物，不可能进行处理。此时，要减少下一次的捏合用水量。
此外，如果所述(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值不到0.1，则无法成为可充分地进行造粒的捏合物，随后的成形工序及养生工序后的固化体的强度不高，有害重金属溶出量也超过土壤环境基准。此时，要增加下一次的捏合用水量。此外，如果该比值超过0.3，则会成为大的造粒物，无法进行处理。此时，要减少下一次的捏合用水量。
通过捏合成为索带状态的捏合物通常用加压板施加较低的压力并同时施加振动来成形，但索带状态的捏合物在脱模时附着于加压板，无法进行稳定的脱模，最终无法得到具有稳定的品质和高安全性的粒状固化体。于是，在本发明中，仅通过振动，即在不使用加压板的情况下将索带状态的捏合物成形。
具体而言，较好的是在所述工序(d)中将所述索带状态的捏合物加入型箱，以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数振动10～40秒，将捏合物成形为块状，然后进行即时脱模。
如果振幅不到0.1mm，则致密化进行得不充分，如果在2mm以上，则气泡分布变大，无法成为均匀的成形体，在养生后无法得到高强度的固化体。此外，如果振动数不到30次/秒，则致密化进行得不充分，在养生后无法得到高强度的固化体，如果超过90次/秒，则气泡变少，在型箱内成为毛细管状，变得无法处理。如果振动时间不到10秒，则致密化进行得不充分，在养生后无法得到高强度的固化体，如果超过40秒，则气泡变少，在型箱内成为毛细管状，变得无法处理。
本发明的一种实施方式中，粒状固化体的粒度根据例如路基材料、回填材料、地基改良材料等用途来调整，具体而言，较好的是在所述工序(f)中进行完养生后的固化体的一次粉碎后，将其分级为粒径25～40mm以上、粒径小于25～40mm且在13～20mm以上以及粒径小于13～20mm的范围的3级的粒状物，将粒径25～40mm以上的粒状物再度粉碎，并且对粒径小于1 3～20mm的粒状物的40～60％进行二次粉碎，然后将全部粒状物混合，得到粒状固化体。
例如，对于粒度调整碎石M-40，用40mm及20mm的筛分成3级，对于粒度调整碎石M-30，用30mm、20mm的筛分成3级，对于粒度调整碎石M-25，用30mm、13mm的筛分成3级，藉此可达到规定的粒度。另外，关于小于13～20mm的范围的粒状物的分配比率，如果固化体强度较大，则使其接近60％，如果固化体强度较小，则使其接近40％，藉此可达到更良好的粒度。
此外，例如对于路基用未筛碎石(crusher run)，较好的是在所述工序(f)中进行完养生后的固化体的一次粉碎后，将其分级为粒径10～40mm以上的粒状物及粒径小于10～40mm的粒状物，将粒径10～40mm以上的粒状物进行二次粉碎，然后将全部粒状物混合，得到粒状固化体。
例如，对于未筛碎石C-40，使用40mm的筛，对于未筛碎石C-30，使用30mm的筛，对于未筛碎石C-20，使用20mm的筛。对于背填材料、回填材料等，通过使用10mm的筛，可达到所要求的粒度。
本发明的以煤灰为原料的粒状固化体的制造装置是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的装置，该装置的特征在于，包括：分选单元，该分选单元用于分选出修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰；捏合机，该捏合机在所述原料灰中添加石灰及/或石膏并混合，并同时添加捏合用水，从而得到捏合物；控制装置，该控制装置用于控制捏合用水的投入量，使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3；振动成形机，该振动成形机用于将所述索带状态的捏合物加入型箱进行振动成形；养生机，该养生机通过蒸气处理对从所述振动成形机中脱模而得的所述捏合物进行养生，从而得到固化体；粒度调整单元，该粒度调整单元用于进行所述固化体的粉碎及粒度调整。
上述制造装置中，较好的是所述振动成形机构成为使加入有所述索带状态的捏合物的型箱以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数振动10～40秒，将捏合物成形为块状，然后进行即时脱模。
上述制造装置中，较好的是所述粒度调整单元构成为包括：将所述养生后的捏合物粉碎的一次粉碎机；将一次粉碎物分级为粒径25～40mm以上、粒径小于25～40mm且在13～20mm以上以及粒径小于13～20mm的范围的3级的粒状物的筛机；将粒径25～40mm以上的粒状物再度送回一次粉碎机的搬运机，将粒径小于13～20mm的粒状物的40～60％粉碎的二次粉碎机。
上述制造装置中，较好的是所述粒度调整单元构成为包括：将所述养生后的捏合物粉碎的一次粉碎机；将一次粉碎物分级为粒径10～40mm以上的粒状物及粒径小于10～40mm的粒状物的筛机；将粒径10～40mm以上的粒状物粉碎的二次粉碎机。
上述制造装置中，较好的是所述捏合机构成为具有负载传感器(loadcell)。
本发明的粒状固化体的制造方法及装置中，由于使用的是从根据作为煤灰的原料的煤的种类和锅炉运转条件的不同而特性不同的煤灰中基于修正碱度和反应性指数分选出的煤灰，因此能以良好的精度预测煤灰的水合反应性，可稳定地制造高品质、稳定性优良的粒状固化体。
此外，由于根据煤灰的修正碱度、捏合机的搅拌器动力的大小、振幅来调整捏合用水量，因此可稳定地得到索带状态的捏合物。
另外，通过进行索带状态的捏合物的振动成形，然后即时脱模，可在不使用加压板的情况下得到固化体，可经济且有利地制造粒状固化体。
此外，由于利用一次粉碎机、二次粉碎机及筛机的组合对所得固化体进行粉碎和分级，因此可制造与用途相适应的粒度的粒状固化体。
因此，利用本发明，可将煤灰用作可大量使用的土木物资等，可对循环型社会的构筑作出很大的贡献。
附图的简单说明
图1是本发明的一种实施方式中的粒状固化体制造装置的概念示意图。
图2是本发明的另一种实施方式中的粒状固化体制造装置的概念示意图。
图3是表示揭示煤灰的修正碱度与应投入的捏合用水的量的关系的校准曲线的图。
符号说明
1、17电集尘机
2、19原料灰筒仓
3、20废弃灰筒仓
4、21石灰料斗
5、22石膏料斗
6、23水罐
7、27泵
8带负载传感器的捏合机
9、29振动成形机
10、30养生机
11、31一次粉碎机
12、32筛机
13分配机
14、33二次粉碎机
15、35品质控制装置
16、18筒仓切换机
24、25、26计量机
28捏合机
34煤灰自动采集分析装置
实施发明的最佳方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在本说明书中，“％”只要没有特别说明，即表示“重量％”。
图1是本发明的一种实施方式中的粒状固化体制造装置的概念示意图。图1所示的粒状固化体制造装置是分批式的制造装置，下面按照工序顺序进行说明。首先，用电集尘机1采集煤灰，在将煤灰从电集尘机1输送至筒仓的过程中对其进行分析，其分析结果输入品质控制装置15。品质控制装置15基于输入的分析结果计算修正碱度及反应性指数，基于其值进行筒仓切换机16的切换。即，进行筒仓切换机16的切换，使修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰移送至原料灰筒仓2，除此之外的煤灰移送至废弃灰筒仓3。另外，在煤灰到达筒仓切换机16的过程中来不及进行煤灰的分析以及修正碱度及反应性指数的计算的情况下，本发明的粒状固化体制造装置可以构成为如下形态：在电集尘机1和筒仓切换机16之间设置中间料斗(未图示)，暂时将煤灰贮留，在上述分析及计算完成后，通过筒仓切换机16的切换将煤灰移送至原料灰筒仓2或废弃灰筒仓3。或者也可以构成为如下形态：不区分原料灰筒仓2和废弃灰筒仓3，不等待上述分析及计算，而是将煤灰贮留于筒仓2或筒仓3，仅将分析及计算结果处于上述规定范围内的煤灰用作原料灰。本实施方式中，品质控制装置15及筒仓切换机16起到分选单元的作用。
接着，将原料灰筒仓2内的原料灰投入带负载传感器的捏合机8，称量出规定的量。接着，通过石灰料斗4将石灰投入带负载传感器的捏合机8，称量出规定的量，通过石膏料斗5投入石膏，称量出规定的量。接着，基于原料灰的修正碱度投入捏合用水。图3是表示用来基于煤灰的修正碱度求出应投入的捏合用水的校准曲线的图，该校准曲线是基于过去的运用成果根据经验求出的曲线。本实施方式中，基于该图3的校准曲线和通过分析及计算求出的原料灰的修正碱度来决定捏合用水的量。用泵7从水罐6中将基于校准曲线求出的捏合用水投入，用带负载传感器的捏合机8称量。此时，捏合机8的搅拌器动力的值被发送至品质控制装置15，确认单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值是否为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值是否为0.1～0.3。如果上述2个比值在上述范围外，则在下一批次中，调节捏合用水的投入量，使上述2个比值进入上述范围。如果上述2个比值在上述范围内，则在下一批次中，仅基于上一次的动力进行捏合用水的投入量的微调。藉此，可稳定地得到索带状态的捏合物。
接着，将索带状态的捏合物供给至振动成形机9进行振动成形，然后即时脱模。振动成形通过在不使用加压板的情况下以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数施加10～40秒的振动来进行。藉此，捏合物成形为块状。本实施方式中，通过振动成形，可使捏合物中所含的气泡分散，可抑制因气泡的膨胀而导致的粒状固化体的强度下降。
接着，将振动成形好的捏合物送入养生机10，在养生机10内，索带状态的捏合物被置于约60℃的蒸气气氛中，通过24～36小时的水蒸气处理进行养生。藉此，捏合物通过固化反应成为固化体。
接着，用一次粉碎机11将从养生机10送出的固化体粉碎。用筛机12将所得粉碎物分级为粒径40mm以上、粒径小于40mm且在20mm以上以及粒径小于20mm的范围的3级。接着，用搬运装置(未图示)将粒径40mm以上的粉碎物再度投入一次粉碎机11，用分配机13将粒径小于20mm的粉碎物一分为二，将其中一半投入二次粉碎机14，将各种粉碎物收集在输送机上，藉此得到满足粒度调整碎石M-40的粒度的粒状固化体。另外，本实施方式中，由一次粉碎机11、筛机12、分配机13、搬运装置和二次粉碎机14构成粒度调整单元。
图2是本发明的另一种实施方式中的粒状固化体制造装置的概念示意图。图2所示的粒状固化体制造装置与图1的粒状固化体制造装置同样地也是分批式的制造装置，下面按照工序顺序进行说明。首先，用电集尘机17采集煤灰，将其一部分输送至煤灰自动采集分析装置34。煤灰自动采集分析装置34中，对所采集的煤灰进行分析，其分析结果输入品质控制装置35。品质控制装置35基于输入的分析结果计算修正碱度及反应性指数，基于该值进行筒仓切换机18的切换。即，进行筒仓切换机18的切换，使修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰移送至原料灰筒仓19，除此之外的煤灰移送至废弃灰筒仓20。另外，本实施方式中，在煤灰到达筒仓切换机18的过程中来不及进行采用品质控制装置35的分析及计算的情况下，本发明的粒状固化体制造装置也可以构成为如下形态：在电集尘机17和筒仓切换机18之间设置中间料斗(未图示)，暂时将煤灰贮留，此外，也可构成为如下形态：不等待上述分析及计算，而是将煤灰贮留于筒仓19或筒仓20，仅将分析及计算结果处于上述规定范围内的煤灰作为原料灰从筒仓中取出。
接着，用计量机26计量规定量的原料灰筒仓19内的原料灰，投入捏合机28。接着，用计量器24从石灰料斗21中计量规定量的石灰，用计量器25从石膏料斗22中计量规定量的石膏，投入捏合机28。接着，基于图3的校准曲线和通过品质控制装置35的分析及计算求出的原料灰的修正碱度来决定捏合用水的量。用泵27从水罐23中将基于校准曲线求出的捏合用水投入捏合机28。此时，捏合机28的搅拌器动力的值被发送至品质控制装置35，确认(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值是否为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值是否为0.1～0.3。如果上述2个比值在上述范围外，则在下一批次中，调节捏合用水的投入量，使上述2个比值进入上述范围。如果上述2个比值在上述范围内，则在下一批次中，仅基于上一次的动力进行捏合用水的投入量的微调。藉此，可稳定地得到索带状态的捏合物。
接着，将索带状态的捏合物供给至振动成形机29进行振动成形，然后即时脱模。振动成形通过以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数施加10～40秒的振动来进行。藉此，捏合物成形为块状。
接着，将振动成形好的捏合物送入养生机30，在养生机30内，索带状态的捏合物被置于约60℃的蒸气气氛中，通过24～36小时的水蒸气处理进行养生。藉此，捏合物通过固化反应成为固化体。
接着，首先用一次粉碎机31将从养生机30送出的养生后的固化体粉碎。接着，用筛机32将该粉碎物分级为粒径40mm以上及粒径小于40mm的范围的2级。接着，将粒径40mm以上的粉碎物投入二次粉碎机33进行二次粉碎。将该二次粉碎后的粉碎物与粒径小于40mm的粉碎物合并，藉此得到相当于未筛碎石C-40的粒状固化体。
实施例
用根据煤的灰分组成分选出的煤灰A、通过利用煤灰空气输送管进行的自动的采集/分析分选出的煤灰B、以及废弃灰筒仓中的煤灰来实施粒状固化体制造试验。煤灰A、B及C的性状示于表1。
[表1]
Figure A20078004002900161
以下各实施例及各比较例中的粒状固化体的制造条件一并示于表2。此外，对于各实施例及各比较例的粒状固化体，对单轴压缩强度、粒度调整碎石、磨损减量、修正CBR(加州承载比(California Bearing Ratio))及有害重金属溶出试验(环境厅告示46号)进行评价，其结果一并示于表2。另外，单轴压缩强度按照JIS R 5201进行评价，粒度调整碎石、磨损减量及修正CBR按照铺装试验法便览进行评价。
(实施例1)
用计量机计测300kg煤灰A、15kg生石灰、7.5kg石膏后，将它们投入捏合机。根据图3所示的煤灰的修正碱度与适宜捏合用水量的关系，用1分钟时间投入90kg水，进行30秒的捏合。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.4。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.15。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入振动成形机的型箱，以0.3mm的振幅和50次/秒的振动数使型箱振动30秒，将捏合物成形为300×300×200mm的块状，然后进行即时脱模。接着，在60℃的蒸气气氛下进行36小时的养生，得到固化体。
这里，测定该固化体的压缩强度，结果为15N/mm2(容许值为12N/mm2以上)。用冲击式的一次粉碎机将该固化体粉碎，用筛机分级为粒径40mm以上的粉碎物和粒径小于40mm的粉碎物，用冲击式的二次粉碎机对粒径40mm以上的粉碎物进行粉碎后，与粒径小于40mm的粉碎物在输送机上合并，得到粒状固化体。
本实施例的粒状固化体的粒度满足未筛碎石C-40的粒度，磨损减量为33％(容许值为50％以下)，修正CBR为102％(容许值为80％以上)，满足上层路基材料规格。此外，通过溶出试验(环境厅告示46号)测得的有害重金属等的溶出量满足土壤环境基准。
接着，以与上述相同的配比，将捏合用水量设为92kg(不使用图3的校准曲线)，进行第2次、3次、4次的捏合，在与上述相同的条件下进行粒状固化体的制造。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.4～3.6，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.16～0.19。
所得粒状固化体满足未筛碎石C-40的粒度，磨损减量为31～34％，修正CBR为100～104％，有害重金属等的溶出量满足土壤环境基准。
(实施例2)
在用带负载传感器的捏合机进行计量的同时逐次投入300kg煤灰B、20kg熟石灰、7.5kg石膏，用1分钟时间投入根据图3的校准曲线求得的82kg水，进行30秒的捏合。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.2。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.16。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入振动成形机的型箱，以0.3mm的振幅和50次/秒的振动数使型箱振动30秒，将捏合物成形为300×300×200mm的块状，然后进行即时脱模。接着，在60℃的蒸气气氛下进行36小时的养生，得到固化体。
这里，测定该固化体的压缩强度，结果为21N/mm2。用冲击式的一次粉碎机将该固化体粉碎，用筛机分级为粒径40mm以上、粒径小于40mm且在20mm以上以及粒径小于20mm的范围的3级，将粒径40mm以上的粉碎物再度送回冲击式的一次粉碎机，用分配机将粒径20mm以下的粉碎物一分为二，将其中一半投入二次粉碎机进行粉碎后，将粒径小于40mm且在20mm以上的粉碎物以及粒径小于20mm且未进行过二次粉碎的粉碎物在输送机上合并，得到粒状固化体。
本实施例的粒状固化体的粒度满足粒度调整碎石M-40的粒度，磨损减量为30％，修正CBR为138％，满足上层路基材料规格。此外，通过溶出试验(环境厅告示46号)测得的有害重金属等的溶出量满足土壤环境基准。
(实施例3)
在用带负载传感器的捏合机进行计量的同时逐次投入300kg煤灰B、20kg熟石灰、7.5kg石膏，用1分钟时间投入根据图3的校准曲线求得的82kg水，进行30秒的捏合。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.3。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.17。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入振动成形机的型箱，以0.3mm的振幅和50次/秒的振动数使型箱振动30秒，将捏合物成形为300×300×200mm的块状，然后进行即时脱模。接着，在60℃的蒸气气氛下进行36小时的养生，得到固化体。
这里，测定该固化体的压缩强度，结果为20N/mm2。用冲击式的一次粉碎机将该固化体粉碎，用筛机分级为粒径20mm以上及粒径小于20mm的范围，将粒径20mm以上的粉碎物送回二次粉碎机再度进行粉碎，用二次粉碎机对粒径小于20mm的粉碎物进行粉碎后，在输送机上合并，得到粒状固化体。
该粒状固化体的粒度为10mm以下。粒状固化体的修正CBR为71％，满足回填材料、背填材料的规格。另外，通过有害重金属等的溶出试验(环境厅告示46号)测得的有害重金属等的溶出量满足土壤环境基准。
(比较例1)
用计量机计测300kg煤灰A、15kg生石灰、7.5kg石膏后，将它们投入捏合机。用1分钟时间投入79kg水，进行30秒的捏合，该水量少于根据图3所示的煤灰的修正碱度与适宜捏合用水量的关系算出的量。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为2.2。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.06。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入振动成形机的型箱，以0.3mm的振幅和50次/秒的振动数使型箱振动30秒，将捏合物成形为300×300×200mm的块状，然后进行即时脱模。接着，在60℃的蒸气气氛下进行36小时的养生，得到固化体。
这里，测定该固化体的压缩强度，结果为9N/mm2。用冲击式的一次粉碎机将该固化体粉碎，用筛机分级为粒径40mm以上的粉碎物和粒径小于40mm的粉碎物，用冲击式的二次粉碎机对粒径40mm以上的粉碎物进行粉碎后，与粒径小于40mm的粉碎物在输送机上合并，得到粒状固化体。
虽然该粒状固化体的粒度满足未筛碎石C-40的粒度，但磨损减量为56％，修正CBR为75％，不满足上层路基材料规格。此外，通过溶出试验(环境厅告示46号)测得的有害重金属等的溶出量不满足土壤环境基准。
(比较例2)
用计量机计测300kg煤灰C、15kg生石灰、7.5kg石膏后，将它们投入捏合机。用1分钟时间投入根据图3的校准曲线求得的84kg水，进行30秒的捏合。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.2。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.17。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入振动成形机的型箱，以0.3mm的振幅和50次/秒的振动数使型箱振动30秒，将捏合物成形为300×300×200mm的块状，然后进行即时脱模。接着，在60℃的蒸气气氛下进行36小时的养生，得到固化体。
这里，测定该固化体的压缩强度，结果为7N/mm2。用冲击式的一次粉碎机将该固化体粉碎，用筛机分级为粒径40mm以上、粒径小于40mm且在20mm以上以及粒径小于20mm的范围的3级，将粒径40mm以上的粉碎物送回一次粉碎机再度进行粉碎，用分配机将粒径20mm以下的粉碎物一分为二，用二次粉碎机对其中一半进行粉碎后，在输送机上合并，得到粒状固化体。
虽然该粒状固化体的粒度满足粒度调整碎石M-40的粒度，但磨损减量为59％，修正CBR为68％，不满足上层路基材料规格。此外，通过溶出试验(环境厅告示46号)测得的有害重金属等的溶出量不满足土壤环境基准。
(比较例3)
在用带负载传感器的捏合机进行计量的同时逐次投入300kg煤灰B、20kg熟石灰、7.5kg石膏，用1分钟时间投入根据图3的校准曲线求得的84kg水，进行30秒的捏合。此时的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3.3。另外，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.15。接着，在30秒的捏合后取出捏合物，将索带状态的捏合物加入已有公知的低压振动成形机的型箱，进行低压振动成形，结果在即时脱模时，成形体附着于加压板，因此无法将成形体运送至以后的流程制成固化体。
(实施例4)
用冲击式的一次粉碎机将实施例2的固化体粉碎，用筛机分级为粒径40mm以上、粒径小于40mm且在20mm以上以及粒径小于20mm的范围的3级，将粒径40mm以上的粉碎物再度送回一次粉碎机，用分配机将粒径20mm以下的粉碎物以1∶4的比例分开，用二次粉碎机对较多的一方(4/5)进行粉碎后，在输送机上合并，得到粒状固化体。虽然粒状固化体的粒度大致满足粒度调整碎石M-40的粒度，但有些批次不满足M-40的粒度。
[表2]
  实施例1   实施例2  实施例3  实施例4   比较例1   比较例2  比较例3
煤灰A煤灰B煤灰C   300Kg 300Kg 300Kg 300Kg   300Kg 300Kg 300Kg
修正碱度反应性指数   0.15937.065   0.288353.4  0.288353.4  0.288353.4   0.15937.065   0.2907.4  0.288353.4
生石灰/熟石灰石膏   15.0Kg7.5Kg   20.0Kg7.5Kg  20.0Kg7.5Kg  20.0Kg7.5Kg   15.0Kg7.5Kg   15.0Kg7.5Kg  20.0Kg7.5Kg
捏合用水量/时间(第2次以后)捏合时间   90Kg/1min(92Kg/1min)5分钟   82Kg/1min5分钟  82Kg/min5分钟  82Kg/min5分钟   79Kg/1min5分钟   84Kg/1min5分钟  84Kg/min5分钟
初期30-40秒平均/空转动力(第2，3，4次平均)动力振幅/动力平均值(第2，3，4次平均) 3.4(3.4-3.6)0.15(0.16-0.19)   3.20.16  3.30.17  3.30.17   2.20.06   3.20.17  3.30.15
成形时振幅振动数成形形状(mm)   0.3mm50次/秒·30秒300×300×200   0.3mm50次/秒·30秒300×300×200  0.3mm50次/秒·30秒300×300×200  0.3mm50次/秒·30秒300×300×200   0.3mm50次/秒·30秒300×300×200   0.3mm50次/秒·30秒300×300×200  低压振动成形(附着于加压板，无法成形)
养生   60℃×36Hr   60℃×36Hr  60℃×36Hr  60℃×36Hr   60℃×36Hr   60℃×36Hr
单轴压缩强度(容许值12N/mm2以上)   15N/mm2   21N/mm2  20N/mm2  20N/mm2   9N/mm2   7N/mm2   -
筛粉碎   ①40mm＜、②40mm＞、①将40mm＜粉碎成40mm＞   ①40mm＜、②20-40mm、③20mm＞将40mm＜粉碎①20-40mm、②将1/2的20mm＞粉碎  ①20mm＜、②20mm＞、①将20mm＜粉碎成20mm＞②将20mm＞粉碎  ①40mm＜、②20-40mm、③20mm＞将40mm＜粉碎①20-40mm、②将4/5的20-40mm粉碎   ①40mm＜、②40mm＞、①将40mm＜粉碎成40mm＞②将40mm＞粉碎   ①40mm＜、②20-40mm、③20mm＞将40mm＜粉碎①20-40mm、②将1/2的20mm＞粉碎   -
粒度调整碎石(第2，3，4次)   满足C-40(同上)   满足M-40  平均粒度10mm以下  有些批次不满足M-40   满足C-40   满足M-40    -
磨损减量(第2，3，4次平均)(容许值50％以下)   33％31-34％   30％  - -   56％   59％    -
修正CBR(第2，3，4次平均)(容许值80％以上)   102％100-104％   138％  71％ -   75％   68％    -
有害重金属等   基准以下   基准以下  基准以下  基准以上   基准以上   基准以上    -
产业上利用的可能性
利用本发明的以煤灰为原料的粒状固化体的制造方法及装置，可得到无有害金属溶出、具有足够的强度的粒状固化体，因此可用于路基材料、填筑材料、回填材料、背填材料、地基改良材料、温室和地板下的调湿材料等领域。

Claims (11)

1.一种粒状固化体的制造方法，该方法是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的方法，其特征在于，
使用修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰。
2.一种粒状固化体的制造方法，该方法是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的方法，其特征在于，包括：
(a)分选出修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰的工序；
(b)在所述原料灰中添加石灰及/或石膏并混合的工序；
(c)在所述混合物中添加捏合用水，用捏合机得到捏合物的工序，该工序中，控制捏合用水的投入量，使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3，从而得到索带状态的捏合物；
(d)将所述索带状态的捏合物加入型箱进行振动成形，然后脱模进行成形的工序；
(e)通过蒸气处理进行养生，得到固化体的工序；
(f)进行所述固化体的粉碎及粒度调整的工序。
3.如权利要求2所述的粒状固化体的制造方法，其特征在于，
还包括如下工序：对于在所述工序(b)中得到的所述混合物，通过使用基于所述煤灰的修正碱度确定的捏合用水用所述捏合机进行捏合，从而预先求出捏合用水的投入量，该投入量可使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，且水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3；
将该求出的投入量的捏合用水用于所述工序(c)。
4.如权利要求2或3所述的粒状固化体的制造方法，其特征在于，在所述工序(d)中，将所述索带状态的捏合物加入型箱，以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数振动10～40秒，将捏合物成形为块状，然后进行即时脱模。
5.如权利要求2～4中任一项所述的粒状固化体的制造方法，其特征在于，在所述工序(f)中进行完养生后的固化体的一次粉碎后，将其分级为粒径25～40mm以上、粒径小于25～40mm且在13～20mm以上以及粒径小于13～20mm的范围的3级的粒状物，将粒径25～40mm以上的粒状物再度粉碎，并且对粒径小于13～20mm的粒状物的40～60％进行二次粉碎，然后将全部粒状物混合，得到粒状固化体。
6.如权利要求2～4中任一项所述的粒状固化体的制造方法，其特征在于，在所述工序(f)中，在进行完养生后的固化体的一次粉碎后，将其分级为粒径10～40mm以上的粒状物和粒径小于10～40mm的粒状物，将粒径10～40mm以上的粒状物二次粉碎，然后将全部粒状物混合，得到粒状固化体。
7.一种粒状固化体的制造装置，该装置是在煤灰中加入石灰及/或石膏作为添加剂、用水捏合、进行成形、通过蒸气处理进行养生使其固化、然后粉碎、藉此得到粒状固化体的装置，其特征在于，包括：
分选单元，该分选单元用于分选出修正碱度((CaO+Fe2O3+MgO)/SiO2(重量比))为0.1以上、且反应性指数(修正碱度/(R2O/Al2O3)2(重量比))为10以上的煤灰作为原料灰；
捏合机，该捏合机在所述原料灰中添加石灰及/或石膏并混合，并同时添加捏合用水，从而得到捏合物；
控制装置，该控制装置用于控制捏合用水的投入量，使所述捏合机的单位重量的所述捏合物的搅拌器动力的(水投入完成后30～40秒的动力的平均值)/(空运转时的动力)的比值为3～4，水投入完成后30～90秒内的单位重量的捏合物的搅拌器动力的(动力的振幅)/(动力的平均值)的比值为0.1～0.3；
振动成形机，该振动成形机用于将所述索带状态的捏合物加入型箱进行振动成形；
养生机，该养生机通过蒸气处理对从所述振动成形机中脱模而得的所述捏合物进行养生，从而得到固化体；
粒度调整单元，该粒度调整单元用于进行所述固化体的粉碎及粒度调整。
8.如权利要求7所述的粒状固化体的制造装置，其特征在于，所述振动成形机使加入有所述索带状态的捏合物的型箱以0.1～2mm的振幅和30～90次/秒的振动数振动10～40秒，将捏合物成形为块状，然后进行即时脱模。
9.如权利要求7或8所述的粒状固化体的制造装置，其特征在于，所述粒度调整单元包括：将所述养生后的捏合物粉碎的一次粉碎机；将一次粉碎物分级为粒径25～40mm以上、粒径小于25～40mm且在13～20mm以上以及粒径小于13～20mm的范围的3级的粒状物的筛机；将粒径25～40mm以上的粒状物再度送回一次粉碎机的搬运机，将粒径小于13～20mm的粒状物的40～60％粉碎的二次粉碎机。
10.如权利要求7或8所述的粒状固化体的制造装置，其特征在于，所述粒度调整单元包括：将所述养生后的捏合物粉碎的一次粉碎机；将一次粉碎物分级为粒径10～40mm以上的粒状物及粒径小于10～40mm的粒状物的筛机；将粒径10～40mm以上的粒状物粉碎的二次粉碎机。
11.如权利要求7～10中任一项所述的粒状固化体的制造装置，其特征在于，所述捏合机具有负载传感器。
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