JP2001019504A

JP2001019504A - 人工骨材、その製造方法および装置

Info

Publication number: JP2001019504A
Application number: JP11186125A
Authority: JP
Inventors: Hideki Wachi; 秀樹和知; Junichi Terasaki; 淳一寺崎; Takayuki Suzuki; 崇幸鈴木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】天然および従来の人工骨材では得られていな
かった低比重、低吸水率且つ高強度の人工骨材、並びに
該人工骨材を製造するための方法および装置を提供す
る。【解決手段】粒形状を有し、且つ、該粒の表面にガラ
ス質層（溶融焼結層）を有する人工骨材。該人工骨材の
絶乾比重は１．２以下、２４時間吸水率は５重量％以
下、飽和吸水率は１０重量％以下で、且つ圧壊強度は８
００Ｎ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工骨材およびそ
の製造方法・製造装置に関し、より詳しくは、天然骨材
では得られ難い特性、すなわち低比重、低吸水率且つ高
強度という優れた特性を有する人工骨材、およびその製
造方法・製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、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大規模の建
築物を実現するためには、該建物の構造物の自重を軽減
することが極めて重要である。この自重軽減の観点か
ら、剛性の低下を最小限に抑制しつつ軽量化を図った超
軽量コンクリートの開発が強く望まれている。

【０００３】超軽量コンクリート実現のためには、モル
タルへの気泡の導入とともに、該コンクリートを構成す
る骨材自体の軽量化が極めて重要である。しかしなが
ら、従来の天然骨材では、このような要求に応える性能
を実現することが通常は困難であるため、天然骨材では
得られ難い良好な特性を有する人工軽量骨材の開発が強
く望まれている。

【０００４】加えて、近年では天然骨材資源（じゃり、
砂等）の枯渇傾向を考慮し、環境問題の改善を図る観点
から、天然資源以外の資源（例えば、産業廃棄物等）を
原料として積極的に利用する人工骨材の製造方法の技術
を確立することが強く望まれている。

【０００５】上記した２つの側面から、優れた特性を有
する人工骨材の需要もかなり高まっており、したがっ
て、その製造方法の確立も急務となっている。

【０００６】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、（低比重であることに加えて）骨材
強度と吸水率が挙げられる。一般に、骨材強度が大きい
程、それを用いたコンクリート強度も増大する。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。

【０００７】上述したように、低比重、低吸水率、しか
も高強度という人工軽量骨材が切望されているが、従来
の人工軽量骨材においては、低比重（例えば、比重＝１
程度）とすると、強度も低くならざるを得ず、また吸水
率も３０〜５０重量％程度と著しく高くなってしまうと
いう問題点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を解消した人工骨材、並びに該人工
骨材を製造するための方法および装置を提供することに
ある。

【０００９】本発明の他の目的は、天然および従来の人
工骨材では得られていなかった低比重、低吸水率且つ高
強度の人工骨材、並びに該人工骨材を製造するための方
法および装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究の結
果、従来におけるように人工骨材の全体を均一な構成と
するのではなく、粒状の人工骨材の表面部に積極的にガ
ラス質層（溶融焼結層）を形成することが、上記目的の
達成のために極めて効果的なことを見出した。

【００１１】本発明の人工骨材は上記知見に基づくもの
であり、より詳しくは、粒形状を有し、且つ、該粒の表
面にガラス質層（溶融焼結層）を有する人工骨材であっ
て；且つ、絶乾比重が１．２以下、２４時間吸水率が５
重量％以下、飽和吸水率が１０重量％以下で、且つ圧壊
強度が８００Ｎ以上であることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明によれば、更に、その内部に供給さ
れた原料を加熱するための中空円筒部と；該円筒部を回
転させるための駆動部と；前記円筒部内部の原料を加熱
するための加熱部とを少なくとも含み；且つ、該加熱部
が、前記円筒部の外側に配置された外熱手段と、前記円
筒部内部の原料を該円筒部内側から加熱するための内熱
手段とを含むことを特徴とする人工骨材の製造装置が提
供される。

【００１３】本発明によれば、更に、粒形状を有する原
料を焼成・発泡させ、次いで、該粒の表面にガラス質層
（溶融焼結層）を形成することを特徴とする人工骨材の
製造方法が提供される。

【００１４】本発明によれば、更に、粒形状を有する原
料を焼成・発泡させる焼成工程を含む人工骨材の製造方
法であって、且つ、該焼成工程が、主として発泡反応を
進めるための本焼成ステップと、これに続く主として前
記粒の表面での溶融・焼結反応を進めるための仕上げ焼
成ステップとを含むこと特徴とする人工骨材の製造方法
が提供される。

【００１５】上記構成を有する本発明の人工骨材は、低
比重、低吸水率しかも高強度という優れた特性を有する
ため、天然資源の枯渇対策、環境問題の改善策としてメ
リットが大であるのみならず、従来では得られなかった
性能を有する人工骨材となる。本発明の人工骨材を利用
することにより、例えば、土木、建築分野及びコンクリ
ート製品の軽量化、高強度化を達成することが可能とな
る。更には、本発明の人工骨材は耐凍結融解性にも優れ
ているため、雪国等の寒冷地対策のような、土木、建築
分野或いはコンクリート製品の新規技術・新規分野への
展開を図ることが容易となる。

【００１６】加えて、本発明の人工骨材は、２４時間吸
水率で５重量％以下、飽和吸水率で１０重量％以下とい
う低吸水率化を達成しているため、施工時のポンプ圧送
も可能であり、上記のメリットと合わせて、また、従来
施工が不可能であった用途への展開も可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、必要に応じて図面を参照し
つつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載におい
て量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り
重量基準とする。

【００１８】（人工骨材）本発明の人工骨材は、粒形状
を有し、且つ、該粒の表面にガラス質層（溶融焼結層）
を有する人工骨材であって、且つ、絶乾比重が１．２以
下、２４時間吸水率が５重量％以下、飽和吸水率が１０
重量％以下で、且つ圧壊強度が８００Ｎ以上の人工骨材
である。

【００１９】（粒形状）後述する特性（絶乾比重、吸水
率および圧壊強度）を満足する限り、本発明の人工骨材
の粒形状・粒径（ないし粉末度）は特に制限されない
が、需要の点からは、通常は、人工骨材の粒径がＪＩＳ
（日本工業規格）Ａ５００２に適合する直径５〜１５ｍ
ｍφであることが好ましい。

【００２０】（ガラス質層）本発明の人工骨材は、その
表面にガラス質層（溶融焼結層）を有する。該ガラス質
層の存在は、例えば、粒状の人工骨材をカッター等によ
り切断し、該断面を光学顕微鏡（倍率：２００倍程度）
で観察することにより、容易に確認することができる。

【００２１】本発明において、この「ガラス質層」と
は、発泡による微細孔が極めて少ない層をいう。より具
体的には、該微細孔の数が、光学顕微鏡で観察した断面
積１ｍｍ²あたりに換算して、直径１０μｍ以上の微細
孔の個数が、１０００個以下（更には５００個以下）で
あることが好ましい。

【００２２】このようなガラス質層の存在、ないしはそ
の厚さは、粒形状の中心部（発泡部）の材質から計算さ
れる比重Ａと、実際の比重Ｂ（ガラス質層の存在によっ
て、比重Ａより大となる）との比（Ｂ／Ａ）で１〜１０
の範囲（更には２〜５の範囲）を与える程度であること
が好ましい。

【００２３】（絶乾比重）本発明の人工骨材は、１．２
以下の絶乾比重を有する。コンクリート工業の点から
は、該絶乾比重は１．３以下であることが好ましい。こ
の絶乾比重は、ＪＩＳＡ１１３４及びＡ１１３５に基
づいて測定することができる。

【００２４】（吸水率）本発明の人工骨材は、２４時間
吸水率で５重量％以下、飽和吸水率で１０重量％以下の
吸水率を有する。耐凍結融解性の点からは、該２４時間
吸水率は、３重量％以下（更には２重量％以下）である
ことが好ましい。これらの吸水率は、ＪＩＳＡ１１３
４に基づいて測定することができる。

【００２５】（圧壊強度）本発明の人工骨材は、８００
Ｎ以上の圧壊強度を有する。コンクリート工業の点から
は、該圧壊強度は、８００Ｎ以上（更には１０００Ｎ以
上）であることが好ましい。この圧壊強度は、ＪＩＳ
Ｚ８８４１に基づいて測定することができる。

【００２６】（製造方法）上記した特定の物性（絶乾比
重１．２以下、２４時間吸水率５重量％以下、飽和吸水
率１０重量％以下、圧壊強度が８００Ｎ以上）を満足す
る限り、本発明の人工骨材の製造方法は、特に制限され
ない。工業化の点からは、該人工骨材は、以下に記述す
る態様の製造方法（本発明の製造方法）によって製造す
ることが好ましい。

【００２７】すなわち、本発明においては、粒形状を有
する原料を焼成・発泡させ、次いで、該粒の表面にガラ
ス質層（溶融焼結層）を形成することにより、人工骨材
を製造することが好ましい。この場合、該製造方法の焼
成工程は、主として発泡反応を進めるための第１ステッ
プ（本焼成ステップ；発泡は、ある程度で止める）と、
主として前記粒の表面での溶融・焼結反応を進めるため
の第２ステップ（仕上げ焼成ステップ）とを含むことが
好ましい。

【００２８】人工軽量骨材を製造するための方法として
は、原石を所望の寸法に粉砕し、焼成・発泡させる方法
（非造粒法）と；原石粉末等の粉末混合物からなる造粒
物原料を、パン型造粒機（ペレタイザー）等を用いて所
望のサイズに造粒した後、焼成・発泡させる方法（造粒
法）とのいずれも使用可能であるが、均質な製品が得や
すいこと、所望の比重および吸水量の調整が容易である
こと等の点からは、（非造粒法に比べて工程は多くなる
ものの）後者の造粒法が好適に使用可能である。

【００２９】以下、先ず本発明の人工骨材を製造するた
めの材料等について述べる。

【００３０】（原料造粒物）本発明に使用可能な原料造
粒物の種類（化学組成、物理的性状など）は特に制限さ
れない。本発明においては、ガラス質層（溶融焼結層）
の形成に基づく所定の物性のコントロールが容易である
ため、一般廃棄物、産業廃棄物、建築廃材等の廃棄物の
有効利用も容易である。

【００３１】骨材の高純度化、低吸水率化の点からは、
該原料造粒物としては、ガラス質原料を主体とし、これ
に発泡剤と、粘着材とを少なくとも添加してなる配合組
成物からなる原料造粒物が好適に使用可能である。

【００３２】（ガラス質原料）上記のガラス質原料とし
ては、骨材の強度、および独立気泡を形成し易い材料の
点からは、例えば、天然の流紋岩系ガラス粉末（火山ガ
ラス粉末）や廃ガラス粉末が好ましい。流紋岩系ガラス
質粉末の具体例としては、真珠岩、黒曜石、マレカナイ
ト、坑火石、シラスなどが挙げられ、廃ガラスとして
は、各種ガラス瓶、窓ガラス、ガラス繊維を始め種々の
ガラス製品の廃材が挙げられる。必要に応じて、これら
のガラス質原料の２種以上を組み合わせて用いてもよ
い。

【００３３】（発泡剤）上記の発泡剤としては、ガラス
質原料との組み合わせの点からは、例えば、ＳｉＣ，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのいずれかが好適に使用
可能である。必要に応じて、これらの発泡剤の２種以上
を組み合わせて用いてもよい。

【００３４】上記した発泡剤の中でも、取り扱いの容易
性および供給コストの実用的観点からは、ＳｉＣが特に
好ましく用いられる。上記配合組成物において、配合割
合はガラス質粉末１００重量部に対して、発泡剤が０．
１〜２．０重量部、更には０．３〜１．０重量部が好ま
しい。発泡剤の配合割合が０．１重量部未満では、焼成
物の発泡が不充分となり易い。他方、発泡剤の配合割合
が２．０重量部を超えると、過発泡となり比重や強度の
低下、バラツキを生じ易くなる。

【００３５】（粘着材）上記粘着材としては、造粒性お
よび造粒物のハンドリング性の点からは、例えば、デキ
ストリン，ポリビニルアルコール，メチルセルロース，
アクリル系樹脂，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る。必要に応じて、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。

【００３６】上記した粘着材の中でも、取り扱いの容易
性および供給コストの実用的観点からは、ベントナイト
が特に好ましい。

【００３７】上記配合組成物における配合割合は、ガラ
ス質粉末１００重量部に対して、通常、粘着材が０．１
〜１０．０重量部である。この粘着材の適正な添加率
は、その種類によって異なる場合があり、水溶性高分子
などの有機材料では０．１〜２．０重量部、ベントナイ
トや水ガラスなどの無機材料では１〜１０重量部、更に
は３〜７重量部が程度が好適に使用可能である。

【００３８】この粘着材は、通常、乾燥および焼成工程
において原料造粒物のハンドリング性を保持するために
添加される。したがって、粘着材の量が少なすぎるとハ
ンドリング性を保持できなくなる。他方、添加する粘着
材の量が多すぎると、造粒過程において多量の水が必要
となり、また製造コスト的にも好ましくない状態とな
る。

【００３９】（粒径・粉末度）原料造粒物の粒径は、造
粒物の比重および製造すべき骨材の比重によっても異な
る場合があるが、通常は、焼成し発泡した後の骨材の粒
径がＪＩＳ（日本工業規格）に適合する直径５〜１５ｍ
ｍφとなるように造粒を行うことが好ましい。

【００４０】原料配合物の粉末度は特に限定されない。
好ましい範囲は、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの
物理試験方法」に準じた方法によるブレーン値で２００
０〜５０００ｃｍ²／ｇである。

【００４１】原料配合物の造粒および乾燥方法は、特に
制限されなく、公知ないし慣用の装置、手法が使用可能
である。

【００４２】（焼成方法）本発明においては、原料造粒
物の焼成工程が重要である。すなわち、本発明において
は、上述したように、該製造方法の焼成工程は、主とし
て発泡反応を進めるための第１ステップ（本焼成ステッ
プ）と、主として前記粒の表面での溶融・焼結反応を進
めるための第２ステップ（仕上げ焼成ステップ）とを含
むことが好ましい。

【００４３】（本焼成ステップ）本焼成ステップにおい
ては、主として発泡反応を進めることが好ましい。すな
わち、本焼成ステップにおいては、例えば、原料造粒物
を表面が半溶融状態になる温度まで昇温し、ガラス化の
進行を抑制しつつ、原料造粒物（焼成物粒体）全体の均
一且つ適度な発泡を進行させることが好ましい。

【００４４】上記の本焼成ステップにおける焼成温度
は、原料の種類および本焼成ステップに要する時間によ
って異なる場合があるが、原料造粒物（焼成物粒体）の
融着が生じる寸前の（ないしは、融着し始める）温度と
することが好ましい。この「融着が生じる寸前の温度」
等は、例えば、（後述するようなキルン等の焼成装置に
「窓」を設ける等により）原料造粒物（焼成物粒体）の
状態をモニターしつつ焼成を行うことによって、経験的
に求めることもできる。

【００４５】該焼成ステップの温度は、例えば、キルン
のシェル温度を熱電対で測定することにより得ることが
できる。適度な発泡の点からは、使用する原料の種類と
配合にもよるが、通常、該焼成物温度が６００〜１２０
０℃（更には８００〜１２００℃）になるように温度を
制御することが好ましい。

【００４６】本焼成ステップの加熱時間に関しては、不
均一な原料を使用して安定した品質の人工骨材を製造す
るためには、発泡までの焼成工程で充分に時間をとり、
バラツキを吸収することが好ましい。しかしながら反
面、溶融、焼結反応は装置をできる限りコンパクト化す
る点からは、短時間での焼成時間が有利である。これら
のバランスの点からは、通常、本焼成ステップの加熱時
間は、１０〜４０分（更には２０〜３０分）程度である
ことが好ましい。

【００４７】（仕上げ焼成ステップ）仕上げ焼成ステッ
プにおいては、主として前記粒の表面での溶融・焼結反
応を進めることが好ましい。すなわち、仕上げ焼成ステ
ップにおいては、例えば、発泡の進行を抑制しつつ、造
粒物表面の適度なガラス化を進行させることが好まし
い。

【００４８】このような仕上げ焼成ステップにおけるガ
ラス化の程度は、粒形状の中心部（発泡部）の材質から
計算される比重Ａと、実際の比重Ｂ（ガラス質層の存在
によって、比重Ａより大となる）との比（Ｂ／Ａ）が１
〜１０の範囲（更には２〜５の範囲）になるように行う
ことが好ましい。

【００４９】仕上げ焼成ステップにおける溶融、焼結に
は、使用する原料の種類と配合にもよるが、通常、該焼
成物温度が１０００〜１４００℃程度（更には１，２０
０〜１，３００℃程度）となるように温度を制御するこ
とが好ましい。溶融、焼結反応の実際に使用する温度範
囲は、上記した１０００〜１４００℃の温度範囲の内の
数１０℃（好ましくは３０〜８０℃、更に好ましくは２
０〜４０℃）の範囲内にある場合がある。

【００５０】上記した仕上げ焼成ステップにおける焼成
物温度が１０００℃未満では、溶融、焼結反応が実質的
に進行しない。他方、該温度が１４００℃を超えると、
原料の融着が発生する傾向が強まる。融着した原料は品
質面及び粒度の関係から、製品とすることは極めて難し
い。実際に使用する温度範囲を広くするために、原料配
合を変更した場合には、同時に、発泡、溶融、焼結に必
要な時間が長くなる傾向があるため、装置をコンパクト
にすることは困難となる。

【００５１】この仕上げ焼成ステップにおいて、発泡が
実質的に進行していないことは、例えば、仕上げ焼成ス
テップにより得られたガラス層の表面を、光学顕微鏡
（倍率２００倍程度）で観察することにより確認するこ
とが可能である。より具体的には、該微細孔の数が、光
学顕微鏡で観察した表面積１ｍｍ²あたりに換算して、
直径１０μｍ以上の微細孔の個数が、１０００個以下
（更には５００個以下）であることが好ましい。

【００５２】本発明での製造方法においては、上記した
ように焼成工程において、従来では実質的に同時に行っ
ていたところの発泡／ガラス化の焼成工程を２つに分
け、主に発泡反応を進行させる本焼成ステップと、主に
粒の表面での溶融・焼結反応を進めるための仕上げ焼成
ステップとしている。このことにより、（従来法におい
ては困難であったところの）低比重、高強度および低吸
水率のいずれも満足するの良質な骨材を得ることができ
る。なお、焼成後の焼成物がＪＩＳＡ５００２
「構造用軽量コンクリート」の規定の粗骨材および細骨
材粒度に適合しない場合には、必要に応じて、ＪＩＳＺ
−８８０１（標準ふるい）に準拠した篩を用いて篩い粒
度を調整した後に用いればよい。

【００５３】（焼成温度）本発明においては、上記「焼
成温度」として、熱電対で測定した焼成装置（キルン
等）のシェル温度を用いる。この焼成温度は、例えば、
下記の条件下で好適に測定可能である。＜焼成温度の測定条件＞熱電対の種類：Ｒタイプ熱電対の具体名：チノー社製（焼成装置）本発明で用いる焼成装置は特に制限されな
いが、焼成物の均熱化が図りやすく、品質のバラツキを
少なくすることが容易な点からは、キルンの加熱方式と
して、内熱手段と、外熱手段とを組み合わせて用いるこ
とが好ましい。

【００５４】焼成時間を充分にとることが容易なロ一夕
リーキルンを用いた場合、原料の流れに従って、適当な
水分の蒸発、発泡反応が進む温度を保持することを容易
とする点からは、本焼成ステップに対応させて温度制御
が容易な外熱炉方式を採用し、その後段（仕上げ焼成ス
テップ）に対応させて、溶融・焼結反応をロータリーキ
ルン内部にバーナを挿入した直接加熱方式、或いは熱風
炉を設けた間接加熱方式を採用することが好ましい。こ
れにより、原料のバラツキの吸収が容易となって安定し
た製品を製造し、適当な発泡、溶融、焼結の程度と順番
の達成が容易となる。

【００５５】この際、焼成温度を維持したまま、燃料量
の低減を図るため、燃焼排ガスの顕熱及び原料の顕熱
は、燃焼用空気の加熱に使用することで、有効に利用す
ることが好ましい。

【００５６】外熱式キルンを用いた場合、本発明で好適
な加熱曲線パターンを得ることが容易で、且つ、該パタ
ーンをコントロールしやすいという利点がある。

【００５７】本発明で使用可能な外熱式キルンは、前記
加熱曲線パターンが得られる限り特に制限されない。該
キルンとしては、例えば、図１の模式断面図に示すもの
が好適である。

【００５８】外熱式キルンの材質は、１２００℃程度の
加熱に耐えうるものであれば特に限定されない。該材質
としては、ステンレス、耐熱鋳鋼などが使用可能である
が、長さの長い外熱式キルンでは耐熱鋳鋼を用いること
が特に好ましい。

【００５９】バーナーのない部分には、必要に応じて、
温度が下がり過ぎないよう断熱材で被覆したり、逆に冷
風をあてるなどして、本発明の範囲の焼成温度となるよ
う温度コントロールすることも可能である。

【００６０】該キルンの寸法は特に限定されないが、所
望の粒径の骨材を安定して得る点からは、内径が２ｍ以
下程度、長さ８〜１６ｍのキルンを用いることが好まし
い。

【００６１】図１に、本発明において好適に使用可能な
外熱／内熱式キルンの一態様の模式断面図を示す。

【００６２】図１を参照して、この態様のキルンは、原
料造粒物ないし焼成物の供給方向に沿って配置された、
キルン入り口１と、原料造粒物の焼成処理を行うシェル
２と、キルン出口（フッド）３とからなる。該シェル２
の壁面には、原料造粒物ないし焼成物の供給方向に沿っ
て、シェル温度測定用の熱電対（図示せず）が複数配置
されている。シェル２の両端近傍には、キルンを回転さ
せるためのキルンタイヤ（図示せず）等を含むキルン駆
動部が配置されている。キルンの両端部以外にも、必要
に応じて、更にキルンタイヤ（図示せず）を配置しても
よい。

【００６３】シェル２の外部の原料供給部側には、該シ
ェル２の外側を加熱するための外熱炉（外熱手段）４が
設けられ、外熱炉４の内部（シェル２の外部）には、原
料造粒物ないし焼成物の供給方向に沿って、複数のバー
ナー焚き出し口５が配置されている。シェル２の外熱炉
４配置部分は、主に、本焼成ステップ帯に対応するゾー
ンである。バーナー焚き量（本数や火力）を調整するこ
とにより、シェル２の温度を調整することが可能であ
る。

【００６４】滞留時間の点からは、シェル２はその原料
供給側から原料排出側に向かって傾度３〜１０％（更に
は傾度３〜７％）程度の下向きの傾斜を有することが好
ましい。

【００６５】他方、シェル２のシェル出口３側には、該
シェル２の内側を加熱するためのバーナー（内熱手段）
６が設けられ、該バーナー６からシェル２の内部に向か
ってフレーム７が出ている。該フレーム７で加熱される
シェル２のゾーンの外側には、レンガ８がシェル２の保
護のために配置されている。シェル２のレンガ８配置部
分は、主に、仕上げ焼成ステップ帯に対応するゾーンで
ある。

【００６６】上記した図１の構成では、本焼成ステップ
に対応するゾーンに外熱炉４を設けたシェル２を用い、
仕上げ本焼成ステップに対応するゾーンに、シェル２内
部にバーナを挿入した直接加熱方式（バーナー６）を用
いているが、上述したような所定の本焼成ステップおよ
び仕上げ焼成ステップを実行可能である限り、外熱／内
熱手段はこれらに限定されないことは、もちろんであ
る。すなわち、該外熱／内熱手段としては、熱風炉によ
る間接加熱方式、或いは流動焼成炉等のいずれの公知手
段も利用することが可能である。

【００６７】（外熱／内熱方式のメリット）上述したよ
うな外熱／内熱方式を組み合わせた態様の焼成装置を用
いた場合には、原料のバラツキ（廃棄物を原料とする場
合には、一般にバラツキが大きい）を吸収して安定した
製品を製造するためには、充分にバラツキを吸収するこ
とのできる焼成時間をとることが容易となるというメリ
ットがある。また、上記した所定の低比重、低吸水率、
高強度の人工骨材を実際に得るためには、焼成工程にお
いて適当な発泡、溶融、焼結の程度と順番を達成するこ
とが極めて好ましいが、上述したような外熱／内熱方式
を組み合わせた態様の焼成装置を用いた場合には、この
ような温度制御が極めて容易であるというメリットがあ
る。

【００６８】一般に、人工骨材を製造する方法として
は、外熱炉を設けたロータリーキルンを用いる方法、内
部にバーナを挿入した直接加熱方式或いは熱風炉を設け
た間接加熱方式のロータリーキルンを用いる方法、或い
は流動焼成炉を用いる方法が公知である。

【００６９】従来では得られなかったような低比重、低
吸水率、高強度の人工骨材を実際に得るためには、焼成
工程において適当な発泡、溶融、および焼結を順序良く
行うことが極めて好ましい。しかしながら、従来の技術
（各加熱方式を単独で用いた場合）では、以下に示すよ
うに、低比重、低吸水率、高強度の全てを達成するには
工業的には困難であった。

【００７０】すなわち、外熱炉を設けたロータリーキル
ンを単純に用いた場合には、原料の移動方向の温度制御
が可能であり、人工骨材を製造するために必要でな水分
の蒸発、発泡、溶融、焼結の焼成工程を順番に達成する
ことが可能である。しかしながら、ロータリーキルン胴
体を直接加熱するために、機械的な要請から加熱温度の
上限があり、そのために、焼成温度を低減させる添加剤
等が必要となって、人工骨材の価格が高価になる傾向が
あった。

【００７１】一方、内部にバーナを挿入した直接加熱方
式あるいは熱風炉を設けた間接加熱方式のロータリ一キ
ルンを単純に用いた場合には、加熱温度の上限が無い代
わりに、原料の移動方向の温度制御を行うことが極めて
困難であった。

【００７２】更に、流動焼成炉を単純に用いた場合に
は、ロータリーキルンを用いた場合と異なり、焼成時間
が短く、適当な発泡、溶融、焼結の順番が焼成工程で達
成することができない。また、品質が一定でない産業廃
棄物を原料とする場合、焼成工程でのバラツキを充分吸
収できずに均一な人工骨材の製造は困難であった。

【００７３】（焼成装置の他の態様）図の模式断面図に
は、図１のキルン２を２つの部分２ａおよび２ｂに分け
た構成を示す。この態様においては、原料は入り口１か
ら投入され、キルン２ａ（本焼成に対応するゾーン）を
経て、フッド３ａ（キルン２ａの生成物出口）からフッ
ド３ｂ（キルン２ｂへの生成物入り口）に至り、更にキ
ルン２ｂ（仕上げ焼成に対応するゾーン）を経て、フッ
ド３ｃ（キルン２ｂの生成物出口）に至る。このように
キルンを２つの部分２ａおよび２ｂに分けた場合には、
必要に応じて、キルン２ａ（本焼成に対応するゾーン）
と、キルン２ｂ（仕上げ焼成に対応するゾーン）との焼
成時の雰囲気を変える（例えば、還元的雰囲気と、酸化
的雰囲気とで変える）ことが容易となるというメリット
がある。

【００７４】加えて、キルンを２つの部分に分けた場合
には、必要に応じて、キルン２ａの傾度と、キルン２ｂ
の傾度とを変えることが容易となるというメリットがあ
る。この場合、後者のキルン２ｂ（仕上げ焼成に対応す
るゾーン）の傾度（下向き）は、５〜１０％（更には６
〜８％）程度であることが好ましい。

【００７５】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００７６】

【実施例】実施例１＜使用原料＞（１）ガラス質粉末真珠岩：奥尻産の真珠岩（ボールミルを用いてブレーン
値３５００ｃｍ²／ｇ程度に粉砕した後、使用した。）フライアッシュ：ボイラーから出た排ガス中の灰を、バ
グフィルター、電気式集塵機で捕集したもの（比表面
積：３０００ｃｍ²／ｇ、比重１〜２）（２）発泡材料炭化ケイ素（屋久島電工（株）製）（３）バインダー（粘着材）ベントナイト（豊順鉱業（株）製）＜ロータリーキルン＞（図１の構成）シェル２の寸法：内径１，４６０ｍｍ×長さ２０，００
０ｍｍシェル２の傾斜：１．４／１００シェル２の回転数：最大１０ｒｐｍ外熱炉バーナ５：灯油燃料、最大燃料量５０リットル／
ｈ・本×１０本直接加熱バーナ６：灯油燃料、最大燃料量１００リット
ル／ｈ・本×１本＜焼成条件＞原料供給量：２ｔ／ｈ燃料使用量：外熱炉バーナ１５０リットル／ｈ直加熱バーナ５０リットル／ｈ＜配合および原料造粒物の作製＞上記使用材料を後述す
る下記に示す配合割合で、よく混合した後、パン型ペレ
タイザーを用い造粒した。

【００７７】（原料の配合割合）

【表１】

【００７８】＜乾燥および焼成＞次いで、上記の原料造
粒物を、ロータリードライヤーにより、４００℃前後の
温度で１０分間乾燥した後、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ−
８８０１）に適合する５ｍｍおよび１５ｍｍの篩を用い
て、粗骨材用原料造粒物と細骨材用原料造粒物とに分け
た後、図１に示す構成の外熱／内熱式キルンを使用し
て、下記に示す焼成条件で焼成を行った。

【００７９】焼成温度は焼成時のキルンシェル２の温度
を複数の熱電対（図示ぜず；シェル２の外側に原料の進
行方向に沿って１０個配置）により測定し、本焼成の焼
成時間は２０分間、仕上げ焼成の焼成時間は１０分間と
した。

【００８０】上記により得られた骨材の性状、物性を、
以下の方法により評価した。

【００８１】＜骨材の性状の評価＞上記により得られた
軽量骨材の個々について、絶乾比重、２４時間吸水率、
飽和吸水率、圧壊強度を測定した。

【００８２】絶乾比重及び２４時間吸水率は、ＪＩＳ
Ａ１１３５「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。飽和吸水率は、骨材を５時間
以上煮沸した後、２４時間吸水率同様に吸水率を測定し
た。圧壊強度は、オートグラフ（（株）島津製作所
製）を用い測定した。なお、圧壊強度には、粒径が１４
ｍｍφを５０個測定し平均値とした。

【００８３】これらの特性値の測定方法の詳細について
は、例えば、ＪＩＳＺ−８８４１（造粒物強度試験方
法）を参照することができる。

【００８４】得られた結果を、下記にまとめて示す。

【００８５】（得られた結果）

【表２】

【００８６】実施例２以下に示す条件を用いた以外は、実施例１と同様に骨材
を製造し、評価した。＜ロータリーキルン＞（図２の構
成）（外熱方式キルン）シェル２ａの寸法：内径１，４６０ｍｍ×長さ２０，０
００ｍｍシェル２ａの傾斜：１．４／１００シェル２ａの回転数：最大１０ｒｐｍ外熱炉バーナ５：灯油燃料、最大燃料量５０リットル／
ｈ・本×１０本（内熱方式キルン）シェル２ｂの寸法：レンガ内径１，２００ｍｍ×長さ
５，０００ｍｍシェル２ｂの傾斜：４／１００シェル２ｂの回転数：最大１０ｒｐｍ直接加熱バーナ６：灯油燃料、最大燃料量１００リット
ル／ｈ・本×１本＜焼成条件＞原料供給量：２ｔ／ｈ燃料使用量：外熱炉バーナ：１５０リットル／ｈ直加熱バーナ：５０リットル／ｈ得られた結果を、下記にまとめて示す。

【００８７】（得られた結果）

【表３】

【００８８】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、粒形状
を有し、且つ、該粒の表面にガラス質層（溶融焼結層）
を有する人工骨材であって；且つ、絶乾比重が１．２以
下、２４時間吸水率が５重量％以下、飽和吸水率が１０
重量％以下で、且つ圧壊強度が８００Ｎ以上である人工
骨材が提供される。

【００８９】更に、本発明によれば、その内部に供給さ
れた原料を加熱するための中空円筒部と、該円筒部を回
転させるための駆動部と、前記円筒部内部の原料を加熱
するための加熱部とを少なくとも含み、且つ、該加熱部
が、前記円筒部の外側に配置された外熱手段と、前記円
筒部内部の原料を該円筒部内側から加熱するための内熱
手段とを含む人工骨材の製造装置が提供される。

【００９０】本発明によれば、更に、粒形状を有する原
料を焼成・発泡させ、次いで、該粒の表面にガラス質層
（溶融焼結層）を形成することを特徴とする人工骨材の
製造方法が提供される。

【００９１】本発明によれば、更に、粒形状を有する原
料を焼成・発泡させる焼成工程を含む人工骨材の製造方
法であって、且つ、該焼成工程が、主として発泡反応を
進めるための本焼成ステップと、これに続く主として前
記粒の表面での溶融・焼結反応を進めるための仕上げ焼
成ステップとを含むこと特徴とする人工骨材の製造方法
が提供される。

【００９２】上記構成を有する本発明の人工骨材は、低
比重、低吸水率しかも高強度という優れた特性を有する
ため、天然資源の枯渇対策、環境問題の改善策としてメ
リットが大であるのみならず、従来では得られなかった
性能を有する人工骨材となる。このような人工骨材を利
用することにより、例えば、土木、建築分野及びコンク
リート製品の軽量化、高強度化を達成することが可能と
なる。更には、本発明の人工骨材は耐凍結融解性にも優
れているため、雪国等の寒冷地対策等のような、土木、
建築分野或いはコンクリート製品の新規技術・新規分野
への展開を図ることが容易となる。

【００９３】加えて、本発明の人工骨材は、２４時間吸
水率で５重量％以下、飽和吸水率で１０重量％以下とい
う低吸水率化を達成しているため、施工時のポンプ圧送
も可能であり、上記のメリットと合わせて、また、従来
施工が不可能であった用途への展開も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨材製造方法に使用可能な焼成装置
（ロータリーキルン）の構成の一例を示す模式断面図で
ある。

【図２】本発明の骨材製造方法に使用可能な焼成装置
（ロータリーキルン）の構成の他の例を示す模式断面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒形状を有し、且つ、該粒の表面にガラ
ス質層（溶融焼結層）を有する人工骨材であって；且
つ、絶乾比重が１．２以下、２４時間吸水率が５重量％以
下、飽和吸水率が１０重量％以下で、且つ圧壊強度が８
００Ｎ以上であることを特徴とする人工骨材。
【請求項２】その内部に供給された原料を加熱するた
めの中空円筒部と、該円筒部を回転させるための駆動部と、前記円筒部内部の原料を加熱するための加熱部とを少な
くとも含み、且つ、該加熱部が、前記円筒部の外側に配置された外熱手段
と、前記円筒部内部の原料を該円筒部内側から加熱する
ための内熱手段とを含むことを特徴とする人工骨材の製
造装置。
【請求項３】前記円筒部が、その原料供給側から原料
排出側に向かって傾度３〜１０％程度の下向きの傾斜を
有する請求項２記載の人工骨材の製造装置。
【請求項４】前記円筒部が、第１円筒部および第２円
筒部の少なくとも２つの部分からなり、該第１円筒部が
前記外熱手段で加熱され、且つ、該第２円筒部が前記内
熱手段で加熱される請求項２または３に記載の人工骨材
の製造装置。
【請求項５】前記原料が、前記第１円筒部側から供給
される請求項４記載の人工骨材の製造装置。
【請求項６】粒形状を有する原料を焼成・発泡させ、
次いで、該粒の表面にガラス質層（溶融焼結層）を形成すること
を特徴とする人工骨材の製造方法。
【請求項７】粒形状を有する原料を焼成・発泡させる
焼成工程を含む人工骨材の製造方法であって、且つ、該焼成工程が、主として発泡反応を進めるための本焼成
ステップと、これに続く主として前記粒の表面での溶融
・焼結反応を進めるための仕上げ焼成ステップとを含む
こと特徴とする人工骨材の製造方法。