JP2001322846A

JP2001322846A - 石炭灰による高強度蒸気養生骨材の製造方法

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Publication number: JP2001322846A
Application number: JP2000139918A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawamoto; 孝次川本; Joji Tanimoto; 譲二谷本
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-20

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気養生により骨材化する場合に、高強度で
かつ安定した品質を得るための方法を提供する。【解決手段】石炭灰に、早強ポルトランドセメント１
０〜２０重量％、生石灰２〜５重量％、平均粒径を５〜
４０μｍに粉砕した廃ガラス０．５〜５重量％を加え
て、さらに水を全固形分に対して４０〜６０重量％加え
てスラリーとし、該スラリーを押出し成型機または型枠
に鋳込んで硬化させ、得られるケーキを造粒し、転動機
で造粒ペレットの角を取り、表面を平滑にしてオートク
レーブで１１０〜２００℃、養生時間６時間以上で養生
することにより、絶乾比重１．１〜１．３の高強度蒸気
養生骨材を得る。前記石炭灰の平均粒径が５〜４０μｍ
であることが好ましい。廃ガラスは、板、容器、ビンガ
ラス等のソーダ・ライム・シリカガラスを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度蒸気養生骨
材の製造方法に関し、特に、石炭火力発電所や石炭焚き
ボイラー等から発生する石炭灰を、土木・建築用の人工
軽量骨材として再資源化して有効利用するための高強度
蒸気養生骨材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭は、石油に比べて資源が豊富で、単
位発熱量あたりの価格も低いことから、国内のエネルギ
ー政策により、特に発電用燃料として大幅な使用量の増
加が計画され実施されつつある。その結果、石炭火力発
電所や石炭焚きボイラー等から発生する石炭灰が、石炭
使用量にほぼ比例して増加する結果、急増する石炭灰の
有効利用法が大きな課題となっている。

【０００３】石炭灰の有効利用技術としては、人工軽量
骨材としての再利用が、その需要量の大きさから大量処
理の面で適している。

【０００４】しかしながら、現在の骨材の大半に供給さ
れている砕石と比較して、人工軽量骨材はコスト面で問
題が大きい。

【０００５】本発明者らは、人工軽量骨材の製造方法と
して一般的な高温焼成による製造方法以外に、低コスト
化を追求するために、蒸気養生骨材の製造方法を提案し
てきた。従来から提案され、石炭灰や珪砂等のシリカ含
有物と、セメントや生石灰等のカルシナ含有物質を添加
する製造方法のみでは、得られる骨材物性の変動が大き
く、構造用コンクリート骨材として、高強度で安定した
品質を得るのに不十分であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、蒸気
養生により骨材化する場合に、高強度でかつ安定した品
質を得るための高強度蒸気養生骨材の製造方法を見出す
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の石炭灰による高
強度蒸気養生骨材の製造方法では、石炭灰に、早強ポル
トランドセメント１０〜２０重量％、生石灰２〜５重量
％、平均粒径を５〜４０μｍに粉砕した廃ガラス０．５
〜５重量％を加えて、さらに水を全固形分に対して４０
〜６０重量％加えてスラリーとし、該スラリーを押出し
成型機または型枠に鋳込んで硬化させ、得られるケーキ
を造粒し、転動機で造粒ペレットの角を取り、表面を平
滑にしてオートクレーブで１１０〜２００℃、養生時間
６時間以上で養生することにより、絶乾比重１．１〜
１．３の高強度蒸気養生骨材を得る。

【０００８】前記石炭灰の平均粒径が５〜４０μｍであ
ることが好ましい。

【０００９】廃ガラスには、板、容器、ビンガラス等の
ソーダ・ライム・シリカガラスが使用される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高強度蒸気養生骨
材の製造方法について、詳細およびその作用についてさ
らに具体的に説明する。

【００１１】平均粒径が５〜４０μｍの石炭灰を用い
る。

【００１２】平均粒径が５μｍ以下では、加水した場合
にスラリーの粘性が著しく増加して、混練が不可能とな
り水固体比を下げられず、骨材強度が著しく低下する。
また、スラリーの硬化時間が遅延して、蒸気養生骨材の
生産性が悪化する。平均粒径が４０μｍ以上では、骨材
強度は低下する。石炭灰粒子が粗大となって、比表面積
が減少して、バインダーとなる珪酸カルシウムやアルミ
ン酸カルシウム水和物が生成しにくくなるためと考えら
れる。

【００１３】前記石炭灰に、早強ポルトランドセメント
１０〜２０重量％、生石灰２〜５重量％、平均粒径を５
〜４０μｍに粉砕した廃ガラス０．５〜５重量％を添加
する。早強ポルトランドセメントは、主要構成鉱物がＣ
３Ｓで、短時間で珪酸カルシウム水和物を生成する性質
を有する。

【００１４】早強ポルトランドセメントを使用するの
は、スラリーの硬化時間が短縮できるのは勿論である
が、普通ポルトランドセメントに比べて高強度が得られ
るためである。

【００１５】原因は明らかではないが、絶乾比重１．１
〜１．３の高強度蒸気養生骨材では、強度発現の主体が
結晶度の低いＣＳＨ（Ｉ）の生成にあり、早強ポルトラ
ンドセメントの主要構成鉱物であるＣ３Ｓがこれに寄与
しているようである。

【００１６】早強ポルトランドセメントの添加量が１０
重量％未満では、骨材強度が不十分であり、２０重量％
より多く添加しても、骨材強度の向上効果が少なくな
り、コスト面で好ましくない。

【００１７】生石灰の添加量が２重量％未満では、スラ
リーがブリージングを起こして、スラリーが不均一にな
り好ましくない。２〜５重量％では、骨材強度が向上す
るとともに、スラリーの硬化時間を短縮できる。５重量
％以上では骨材強度が低下する。これは、生石灰が水和
して消石灰になる時に、体積膨張を起こして骨材マトリ
ックスに微細なクラックを発生することが原因と考えら
れる。

【００１８】廃ガラスは、板、ビン、容器等のソーダ・
ライム・シリカを使用し、平均粒径を５〜４０μｍに粉
砕して添加量を０．５〜５重量％とする。廃ガラスは、
高温高圧水蒸気雰囲気中でＣａＯと反応し易く、骨材強
度発現の主体を成しているとみられるＣＳＨ（Ｉ）等の
比較的結晶度の低い水和物を生成しやすいようであり、
骨材強度を大きく増加させる。板、ビン、容器等の廃ガ
ラスは、再資源化に苦慮している廃棄物であり、資源有
効利用の点からも好ましい添加物である。

【００１９】廃ガラスの添加量が０．５重量％以下で
は、骨材強度の改良効果が見られず、５重量％以上を添
加しても骨材強度の向上効果は増加しない。

【００２０】廃ガラスは平均粒径を５〜４０μｍに粉砕
して使用するが、平均粒径が５μｍ未満では、骨材強度
の向上効果が少なく、粉砕コストが増加するので好まし
くない。また、平均粒径が４０μｍより大きくなると、
骨材強度の向上効果が低下する。

【００２１】さらに水を加えてスラリーとするが、水量
は全固形分に対して４０〜６０重量％が、最も高強度な
蒸気養生骨材が得られる。水量が４０重量％未満では、
スラリーが高粘性となり、ミキサーからの排出とモール
ドへの鋳込みが困難となる。減水剤の使用は可能である
が、コスト面で好ましくない。水量が６０重量％以上で
は、水によるマトリックス中の空隙が多くなり、骨材強
度が低下する。

【００２２】このスラリーを、押出し成型機または型枠
に鋳込み、スラリーの硬化度がボールテスト値で２０〜
３０ｍｍとなるまで硬化させる。ボールテスト値とは、
直径４０ｍｍで２６０ｇの剛球を、生ケーキ上５０ｍｍ
から自由落下させて、生ケーキ上にできた剛球の痕跡の
直径を測定した値で、単位はｍｍの値であり、生ケーキ
の硬化度を表す。ボールテスト値が２０〜３０ｍｍのケ
ーキ状になった時点で、押出しや裁断により造粒した
後、転動機で造粒ペレットの角を取り、表面を平滑にす
る。この際、造粒したペレットの表面を、同一配合の乾
燥粉によりコートしてもよい。

【００２３】型枠に鋳込んだスラリーの硬化後に、型枠
から取り出して、切断、裁断して造粒することは可能で
あるが、多くのモールドや、ケーキの型枠からの取出し
作業と、ケーキの切断設備を必要とするため、押出し成
型機に連続で鋳込み、硬化させながら押し出して造粒す
ることが好ましい。この場合、造粒しやすいケーキの硬
化度は、ボールテスト値で２０〜３０ｍｍである。

【００２４】造粒、表面処理したペレットを、オートク
レーブにより温度１１０〜２００℃、養生時間６時間以
上で養生する。オートクレーブ温度が１１０℃未満で
は、骨材強度の発現が不十分であり、２００℃以上でも
骨材強度は低下する。養生温度が１１０℃未満では、骨
材強度発現の主体となる珪酸カルシウム水和物の生成が
不十分であり、２００℃以上ではトバモライトの生成が
顕著となり、骨材強度は低下する。また、養生時間が６
時間未満では、骨材強度発現が不十分である。

【００２５】（実施例）以下、実施例および比較例によ
り、本発明をさらに説明する。

【００２６】ただし、本発明は下記実施例に限定されな
い。

【００２７】用いた石炭灰の成分を表１に、廃ガラス
（ビン）の主成分を表２に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】（実施例１）石炭灰Ａを８４重量％、早強
ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）１０重
量％、酸化カルシウム３重量％、平均粒径１８μｍの廃
ガラス３重量％を秤量した。骨材配合原料の総量に対し
て、２０℃、４５重量％の水を加えて、ミキサーで混合
してスラリーを作り、これを内容積１０Ｌの小型モール
ドに鋳込み、温度６０℃、相対湿度９５％の雰囲気中で
ボールテスト値２２ｍｍまで硬化させた。硬化したケー
キをモールドから脱型した後、切断して５〜１５ｍｍ程
度に造粒して、比重測定試料とした。これらの内から、
直径１０ｍｍ程度の球状試料の１５個を取り出して、強
度測定試料とした。比重測定試料と強度測定試料は、パ
ンペレタイザーに入れて、約５分間転動させることによ
り、原料と同一配合の乾燥粉を試料乾燥重量の１０重量
％をコートしながら、表面を平滑にした後、オートクレ
ーブに入れ、１８０℃、８時間の高圧蒸気養生を行っ
た。

【００３１】得られた蒸気養生骨材の絶乾比重と圧潰強
度を評価した。

【００３２】絶乾比重については、ＪＩＳＡ１１３５に
準じて測定した。また、圧潰強度は一軸圧縮破壊強度を
圧潰試験機によって、直径１０ｍｍの蒸気養生骨材１５
点について測定して、強度の骨材径への回帰式から、直
径１０ｍｍでの強度を求めた（以後、圧潰強度と呼
ぶ）。試料作成条件を表３に、測定結果を表４に示し
た。

【００３３】（実施例２）実施例１の早強ポルトランド
セメントの添加量を１５重量％とし、生石灰添加量を３
重量％、廃ガラス添加量を１．０重量％とした以外は、
実施例１と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を
表４に示した。

【００３４】（実施例３）実施例１の廃ガラスの添加量
を３．０重量％とした以外は、実施例２と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３５】（実施例４）実施例２の廃ガラスの添加量
を５．０重量％とした以外は、実施例２と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３６】（実施例５）実施例３の早強ポルトランド
セメントの添加量を２０重量％とした以外は、実施例３
と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示
した。

【００３７】表４に示すように、絶乾比重１．１１〜
１．１５で圧潰強度５８．１〜６８．７ｋｇｆの高強度
な蒸気養生骨材が得られた。

【００３８】（比較例１）実施例１の石炭灰Ａを石炭灰
Ｃとした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸気
養生骨材の評価を表４に示した。実施例３と比較して、
比較例１では骨材強度が大きく低下した。

【００３９】なお、実施例１の石炭灰Ａを石炭灰Ｂとし
た以外は、実施例１と同様な方法で作成したが、スラリ
ーの粘性が高く、スラリーの作成が不可能であった。た
だし、石炭灰Ｂは、石炭灰Ａを乾式粉砕した石炭灰であ
る。

【００４０】（比較例２）実施例３の早強ポルトランド
セメントを普通ポルトランドセメントとした以外は、実
施例３と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表
４に示した。実施例３と比較して、比較例２では早強ポ
ルトランドセメントを普通ポルトランドセメントにする
と、骨材強度が大きく低下した。

【００４１】（比較例３）実施例３の早強ポルトランド
セメントの添加量を５重量％とした以外は、実施例３と
同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示し
た。比較例３では、骨材強度が低下した。

【００４２】（比較例４）実施例３の早強ポルトランド
セメントの添加量を２５重量％とした以外は、実施例３
と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示
した。比較例４では、強度差は少ないが、絶乾比重が大
きかった。

【００４３】（比較例５）実施例３の生石灰の添加量を
１重量％とした以外は、実施例３と同様な方法で作成し
た蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例３と比較
して、比較例５では骨材強度が低下した。

【００４４】（比較例６）実施例３の生石灰の添加量を
６重量％とした以外は、実施例３と同様な方法で作成し
た蒸気養生骨材の評価を表４に示した。比較例６では、
骨材強度が若干低下した。

【００４５】（比較例７）実施例３の廃ガラスの添加量
を０．３重量％とした以外は、実施例３と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例３
と比較して、比較例７では、骨材強度の向上効果が見ら
れなかった。

【００４６】（比較例８）実施例３の廃ガラスの添加量
を６．０重量％とした以外は、実施例３と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。比較例８
では、絶乾比重が増大した。

【００４７】（比較例９）実施例３の廃ガラスの平均粒
径を４μｍとした以外は実施例３と同様な方法で作成し
た蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例３と比較
して、比較例９では、絶乾比重が増大した。

【００４８】（比較例１０）実施例３の廃ガラス平均粒
径を４６μｍとした以外は実施例３と同様な方法で作成
した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。比較例１０で
は、廃ガラスの骨材強度の向上効果が少なかった。

【００４９】（比較例１１）水固体比を０．７０とした
以外は、実施例３と同様な方法で作成した蒸気養生骨材
の評価を表４に示した。実施例３と比較して、比較例１
１では水固体比の増加により、骨材比重が低下し、骨材
強度も低下した。

【００５０】なお、実施例３の水固体比を０．３５とし
た以外は、実施例３と同様な方法でスラリーを作成しよ
うとしたが、スラリーができなかった。

【００５１】（比較例１２）実施例３のオートクレーブ
養生温度を１００℃とした以外は、実施例３と同様な方
法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施
例３と比較して、比較例１２では、水和反応が不十分
で、骨材強度が大きく低下した。

【００５２】（比較例１３）実施例３のオートクレーブ
養生温度を２２０℃とした以外は、実施例３と同様な方
法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。比較
例１３では、骨材強度が若干低下した。

【００５３】（比較例１４）また、実施例３のオートク
レーブ養生時間を５時間とした以外は、実施例３と同様
な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。
実施例３と比較して、比較例１４では、水和反応が不十
分で、骨材強度が大きく低下した。

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】

【００５６】

【発明の効果】本発明の方法により、構造用コンクリー
ト骨材として、石炭火力発電所や石炭焚きボイラー等か
ら発生する石炭灰を原料に、十分使用に耐える蒸気養生
骨材を、少ない添加剤で安定して生産することができ
る。このような非焼成型の人工軽量骨材の生産は、低コ
ストで効率的である。従って、安価で高品質な人工軽量
骨材を市場に供給できることにより、土木・建築業界に
資するところ大である。

【００５７】また、産業廃棄物を埋め立てて処理するこ
となく、特に、土木・建築材料等に再資源化できること
から、環境の保全とエネルギーの安定供給に寄与すると
ころ大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 18/16 ＺＡＢＢ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の各工程からなる高強度蒸気養生骨材
の製造方法：ａ）石炭灰に、早強ポルトランドセメント１０〜２０重
量％、生石灰２〜５重量％、平均粒径を５〜４０μｍに
粉砕した廃ガラス０．５〜５重量％を加え混合物を作製
する工程ｂ）前記混合物に、水を該混合物に対して４０〜６０重
量％加えてスラリーを形成する工程ｃ）該スラリーを押出し成型機または型枠に鋳込んで硬
化させてケーキを形成する工程ｄ）該ケーキから造粒物を形成する工程ｅ）オートクレーブで１１０〜２００℃、養生時間６時
間以上で前記造粒物を養生する工程。
【請求項２】石炭灰の平均粒径が５〜４０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の高強度蒸気養生骨材
の製造方法。
【請求項３】廃ガラスが、ソーダ・ライム・シリカガ
ラスであることを特徴とする高強度蒸気養生骨材の製造
方法。