JP2000016846A

JP2000016846A - 人工軽量骨材の製造方法

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Publication number: JP2000016846A
Application number: JP19811598A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Sugaya; 智幸菅谷; Yoshikatsu Harada; 至克原田; Yoshiji Nishi; 芳次西; Yasubumi Teramitsu; 泰文寺光
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP4159658B2

Abstract

(57)【要約】【課題】化学組成等が異なる石炭灰を用いても、吸水
率が2.0％以下、加圧吸水率が8.0％以下、且つ圧壊強度
が1000Ｎ以上の性状を有する人工軽量骨材を安定して製
造することができる人工軽量骨材の製造方法を提供す
る。【解決手段】最大粒径が100μｍ以下、平均粒径が５
〜20μｍで、かつSiO₂含有量が45〜75％、Al₂O₃含有量
が10〜30％であり、その他の成分を10〜30％含有する、
石炭灰、粘着材、および必要に応じて添加される無機物
質から成る混合物を造粒し、1100℃までに該造粒物中の
可燃還元物量が1％以下となるように該造粒物を昇温
し、1150〜1350℃にて焼成・発泡させ、さらに、該発泡
焼成物を少なくとも、800℃までは300℃／min以下の速
度で徐冷する人工軽量骨材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭灰を主原料と
した、高強度で、しかも加圧下における吸水率も含め
て、吸水率の低い人工軽量骨材が得られる人工軽量骨材
の製造方法に関する。

【０００２】近年、土地のより一層の有効利用等の観点
から、建築物の超高層化及び大規模化の傾向は益々顕著
になってきている。このような超高層ないしは大規模な
建築物を実現するためには、該建築物の自重を軽減する
ことが極めて重要である。この自重軽減の観点から、高
強度を発現しつつ軽量化を図った軽量コンクリートが強
く望まれている。

【０００３】上記軽量コンクリートの実現のためには、
該コンクリートを構成する骨材自体の特性も極めて重要
であることから、近年においては、良好なコンクリート
特性を発現し得る人工軽量骨材の開発が盛んに行われて
いる。なかでも、未利用資源の開発、産業廃棄物の利用
等の問題の解決を図るために、火力発電所、各種工場の
燃焼炉等において石炭の燃焼の際に排出される石炭灰を
有効利用して人工軽量骨材を製造する方法が望まれてい
る。

【０００４】しかしながら、前記石炭灰は、火力発電
所、各種工場で燃料として用いられる石炭の炭種の違い
や、燃焼温度等の条件により、その化学組成や性状は大
きく変動するものである。そのため、該石炭灰を用いて
品質の安定した人工軽量骨材を製造することは困難であ
った。

【０００５】また、軽量コンクリートに用いられる人工
軽量骨材に必要な特性としては、強度が高いことは勿
論、加圧下における吸水率も含めて、吸水率が低いこと
が挙げられる。

【０００６】これは、コンクリート強度は配合した骨材
の強度にも影響され、特に軽量骨材を用いたコンクリー
トにおいては、骨材強度が該コンクリート強度に及ぼす
影響は通常の骨材を用いたコンクリートにおける場合と
比べて顕著であること。

【０００７】さらに、例えば「JIS A 1135（構造用軽量
粗骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて求められ
た吸水率の高い骨材は、良好な作業性を有する軽量コン
クリートを得るためにはその使用前に充分な吸水処理を
必要とし、該吸水処理を行わずに軽量コンクリートの骨
材として用いた場合には、該コンクリートのフレッシュ
性状において練り混ぜ後の急速なスランプロスを発生さ
せたり、或いはポンプ圧送性が低下するという施工面の
問題が生じるためである。

【０００８】また、上記吸水率が低い骨材であっても、
該骨材内部の気泡が表面まで連通している骨材の場合に
おいては、実施工において、例えばポンプ圧送等の作業
時に該骨材に掛かる圧力に起因して骨材表面の一部分か
ら水が骨材の内部に入り込み、スランプロスを発生させ
たり、ポンプ圧送性を低下させるという問題を生じるた
めである。

【０００９】また、これらの吸水した骨材を使用したコ
ンクリートでは、硬化後のコンクリートの凍結融解抵抗
性を低下させるという問題も生じさせることもあるため
でもある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が課題
とすることは、化学組成等が異なる石炭灰を用いても、
「JIS A 1135（構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験
方法）」に準じて測定される吸水率（以下、単に「吸水
率」と称す）が2.0％以下で、かつ40kgf/cm²の加圧下に
おける吸水率（以下、「加圧吸水率」と称す）が8.0％
以下であり、さらに強度が「JIS Z 8841（造粒物−強度
試験方法）」に準じて測定される圧壊強度（以下、単に
「圧壊強度」と称す）で1000Ｎ以上の性状を有する人工
軽量骨材を安定して製造することができる、人工軽量骨
材の製造方法を提供することを課題とする。

【００１１】なお、本発明は、「JIS A 1135（構造用軽
量粗骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて測定さ
れる絶乾比重が、1.0〜1.5程度の人工軽量骨材を対象に
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
性状を有する人工軽量骨材の製造方法について鋭意研究
した結果、石炭灰を含む原料混合物の粒径及び化学組
成、更には焼成工程における昇温条件及び冷却条件が非
常に重要であることを見いだし、本発明を完成させた。

【００１３】即ち、本発明は、最大粒径が100μｍ以
下、平均粒径が５〜20μｍで、かつSiO₂含有量が45〜75
％、Al₂O₃含有量が10〜30％であり、その他の成分を10
〜30％含有する、石炭灰、粘着材、および必要に応じて
添加される無機物質から成る混合物を造粒し、1100℃ま
でに該造粒物中の可燃還元物量が1％以下となるように
該造粒物を昇温し、1150〜1350℃にて焼成・発泡させ、
さらに、該発泡焼成物を少なくとも、800℃までは300℃
／min以下の速度で徐冷することを特徴とする人工軽量
骨材の製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、まず、最大粒径が100μｍ以下、平均粒径
が５〜20μｍで、かつSiO₂含有量が45〜75％、Al₂O₃含
有量が10〜30％であり、その他の成分を10〜30％含有す
る、石炭灰、粘着材、および必要に応じて添加される無
機物質から成る混合物（以降、原料混合物と称す）を造
粒する。このような、原料混合物を使用することによ
り、造粒が容易であり、且つ焼成（・発泡）時において
も、気泡の形成に適した粘性と一般にいわれている10⁶
〜10⁷NS/m²が得られ易く、加圧吸水率及び吸水率が共に
低く、また圧壊強度が高い人工軽量骨材を製造できる。

【００１５】石炭灰としては、火力発電所、各種工場等
において石炭を燃焼した際に発生する石炭灰、例えば、
フライアッシュ、シンダーアッシュ、ボトムアッシュ、
クリンカーアッシュ等を使用することができる。粘着材
としては、デキストリン、ポリビニルアルコール、メチ
ルセルロース、アクリル樹脂、リグニン、ベントナイ
ト、水ガラスのいずれかが好適に使用可能であり、これ
らの粘着材の２種以上を組み合わせて用いてもよい。な
かでも、取り扱いの容易性及びコストの点から、ベント
ナイトが最も好ましい。粘着材の配合割合は、原料混合
物100重量部中、内割りで0.1〜10重量部が好ましい。こ
の粘着材の添加量は、その種類によって異なるが、リグ
ニンなどの有機材料では、0.1〜3.0重量部、ベントナイ
トなどの無機材料では1.0〜10重量部、更には3.0〜7.0
重量部が好適に使用可能である。この粘着材は、乾燥及
び焼成工程において造粒物のハンドリング性を保持する
ためにも添加され、粘着材の量が上記の範囲外では、ハ
ンドリング性の保持が困難となり、好ましくない。

【００１６】本発明において、100μｍを超える粒子が
存在する原料混合物、或いは平均粒径が20μｍを越える
原料混合物では、焼成後の骨材の加圧吸水率及び吸水率
が共に高くなるため好ましくない。また、平均粒径が５
μｍに満たない原料混合物は、実操業において粉砕に手
間がかかるうえ、ハンドリング性の低下により造粒する
のも困難となるため好ましくない。

【００１７】更に、化学組成（SiO₂、Al₂O₃及びその他
の成分量）が前記範囲を外れる原料混合物は、焼成物同
士が融着し易くなり大塊状物となったり、気泡の形成に
適した粘性が得られ難く、発泡のさいの泡が破壊して粗
大気泡となったり、ガス抜けのため開放気孔となったり
するため、加圧吸水率及び吸水率が共に低く、また圧壊
強度が高い人工軽量骨材を製造することが困難となる。
このように、本発明においては、原料混合物の化学組成
が重要である。石炭灰は、その使用した石炭の炭種や燃
焼温度等の条件により、化学組成が大きく変動するもの
であるが、通常、SiO₂が多く、次いでAl₂O₃を多く含ん
でおり、その他にはCaO、Fe₂O₃、MgO、Na₂O、K₂Oなどを
含んでいる。SiO₂量が45〜75％で、Al₂O₃量が10〜30％
であるような石炭灰は、前記した粘着材と組み合わせた
だけでも、原料混合物の化学組成を所定範囲にすること
ができる。一方、SiO₂量が45〜75％で、Al₂O₃量が10〜3
0％の組成から大きく外れる石炭灰では、粘着材と組み
合わせただけでは、原料混合物の化学組成を所定範囲に
することは困難である。そこで、このような石炭灰を使
用する場合は、無機物質をさらに添加して、原料混合物
の化学組成を調整する必要がある。ここで、無機物質と
しては、原料混合物のSiO₂量を調整できるようなSiO₂含
有量の多い物質、例えば、流紋岩系ガラス質粉末（具体
的には、真珠岩、黒曜石、マレカナイト等）、ガラス粉
末（具体的には、各種ガラス瓶、窓ガラス、ガラス繊維
を始め種々のガラス製品やその廃材の粉末等）等のガラ
ス質粉末や、原料混合物のAl₂O₃量を調整できるような
物質、例えば、水酸化アルミニウム、アルミニウム粉
末、アルミスラッジ等が挙げられる。これら無機物質
は、２種以上併用してもかまわない。なお、無機物質を
添加する場合、その配合割合は、石炭灰の有効利用の促
進や原料コストの点から、石炭灰100重量部に対して、5
0重量部以下とすることが好ましい。

【００１８】本発明において、原料を混合する方法は、
特に限定するものではなく、例えば、所定の最大粒径お
よび平均粒径を有する各原料を混合してもよいし、予め
原料を混合しておき、該混合物を所定の最大粒径および
平均粒径となるように粉砕してもよい。また、原料混合
物を造粒する方法、さらには該造粒物を乾燥する方法
も、特に限定するものではなく、公知ないし慣用の装
置、手法が使用可能である。また、造粒物の粒径は、製
造する骨材の用途等によっても異なる場合があるが、通
常は、発泡後の骨材の粒径が「JIS A 5002（構造用軽量
コンクリート骨材）」に適合する直径5〜15mmとなるよ
うに造粒するのが好ましい。

【００１９】次に、焼成・冷却条件を説明する。本発明
において、上記造粒物は、1100℃までに該造粒物中の可
燃還元物量が1％以下となるように昇温し、1150〜1350
℃にて焼成・発泡させる。ここで、1100℃までに造粒物
中の可燃還元物量が1％以下となるように昇温するの
は、例えば、20℃／min以下の昇温速度で、ゆっくり
と焼成温度まで昇温することや、900〜1000℃程度ま
で、比較的急激に昇温（例えば、50〜150℃／min程度）
し、該温度で10〜20分程度保持した後、さらに焼成温度
まで昇温する等、の条件で昇温させることにより可能で
ある。人工軽量骨材の生産性の点からは、昇温時間を短
縮できるに相当する昇温条件が好ましい。この場合の
昇温速度は、焼成に用いる装置の性能等に応じて適宜決
めればよい。また、可燃還元物は、主に石炭灰中に含ま
れていた未燃炭素であるので、もともと未燃炭素量が１
％未満である石炭灰や、未燃炭素量が１％未満となるよ
うに予め未燃炭素を除去した石炭灰、を原料として使用
することも、勿論有効である。なお、焼成時間は、４〜
10分程度とすることが好ましい。

【００２０】1100℃を超えた段階において、造粒物中に
1％を超える可燃還元物が残る昇温条件では、該可燃還
元物が1150〜1350℃における焼成・発泡に悪影響を与え
るため、加圧吸水率及び吸水率が共に低く、また圧壊強
度が高い人工軽量骨材を製造することが困難となる。焼
成温度が1150℃未満では、加圧吸水率及び吸水率が共に
低い人工軽量骨材を製造することが困難となる。一方、
焼成温度が1350℃を超えると、焼成物同士が融着し易く
なり大塊状物となるため好ましくない。

【００２１】発泡させた後の焼成物（発泡焼成物）は、
少なくとも、800℃までは300℃／min以下の速度で徐冷
する。ここで、発泡焼成物の少なくとも800℃までの徐
冷は、焼成に用いる焼成装置内に、発泡後においても暫
時滞留させることにより可能であり、その後焼成装置か
ら排出して自然冷却等の方法により冷却し、人工軽量骨
材とする。

【００２２】800℃を超える温度から自然冷却等の方法
で急激に冷却したり、800℃までの冷却速度が300℃／mi
nを超えると、熱歪みにもとづくクラック等を多く有す
る人工軽量骨材となり、加圧吸水率が高く、また圧壊強
度が低くなるので好ましくない。なお、冷却速度を50℃
／min未満とすることは、実操業においては困難であ
り、且つ生産性も低いものとなるため、冷却速度は50℃
／min以上とすることが好ましい。

【００２３】本発明で用いる焼成装置は、特に限定され
ず、外熱・内熱式キルン等の公知の装置を用いることが
できる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。使用
した石炭灰、ベントナイト、アルミスラッジ及び真珠岩
の化学分析値を表１に示す。なお、化学分析は、「JIS
R 5202(ポルトランドセメントの化学分析方法）」に準
じて測定した。

【００２５】

【表１】

【００２６】各材料を、表２に示す配合割合で混合し、
パン型ペレタイザーで造粒し乾燥して造粒物を作成し
た。

【００２７】

【表２】

【００２８】上記造粒物を、表３に示す条件で焼成・冷
却した。なお、焼成には、（株）モトヤマ製の超高速昇
温電気炉（スーパーバーン）を用いて行った。焼成時間
は、５分とした。

【００２９】

【表３】

【００３０】評価方法を以下に示す。１．造粒物中の可燃還元物量電気炉の温度が1100℃に達した段階で、造粒物を電気炉
から取り出し、冷却後、該造粒物を乳鉢で粉砕した。粉
砕後、空気雰囲気中でのＴＧ／ＤＴＡ分析を行い、400
〜800℃における重量減少量から、可燃還元物量を算出
した。２．人工軽量粗骨材の絶乾比重と吸水率「JIS A 1135（構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験
方法）」に準じて測定した。３．人工軽量粗骨材の加圧吸水率 10リットルのオートクレーブ内に骨材を入れ、加圧ポン
プを用いて40kgf/cm²の加圧水下に2時間曝した場合の吸
水量を測定した。４．人工軽量粗骨材の圧壊強度オートグラフ（（株）島津製作所製）を用い測定した。
なお、圧壊強度は、粒径14mmの骨材を50個測定し、その
平均値を算出した。その結果を表４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】以上、説明した本発明にかかる人工軽量骨
材の製造方法によれば、化学組成等が異なる石炭灰を用
いても、吸水率が2.0％以下、加圧吸水率が8.0％以下、
且つ圧懐強度が1000Ｎ以上の性状を有する人工軽量骨材
を安定して製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺光泰文東京都江東区清澄１−２−23 日本セメント株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大粒径が100μｍ以下、平均粒径が５
〜20μｍで、かつSiO₂含有量が45〜75％、Al₂O₃含有量
が10〜30％であり、その他の成分を10〜30％含有する、
石炭灰、粘着材、および必要に応じて添加される無機物
質から成る混合物を造粒し、 1100℃までに該造粒物中の可燃還元物量が1％以下とな
るように該造粒物を昇温し、1150〜1350℃にて焼成・発
泡させ、さらに、該発泡焼成物を少なくとも、800℃ま
では300℃／min以下の速度で徐冷することを特徴とする
人工軽量骨材の製造方法。