JP2001328852A - 石炭灰による軽量骨材の製造方法 - Google Patents

石炭灰による軽量骨材の製造方法

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Koji Kawamoto
孝次 川本
Joji Tanimoto
譲二 谷本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気養生により骨材化する場合に高比強度
で、かつ安定した品質を得るための石炭灰からなる軽量
骨材の製造方法を提供する。 【解決手段】 所定粒度の石炭灰と適正量の早強セメン
トを混合し、得られた乾燥粉末を造粒してペレットと
し、そのペレットを前蒸気養生した後、オートクレーブ
にて蒸気養生することにより絶乾比重1.4〜1.8、
圧潰強度55〜85kgfの骨材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭火力発電所や
石炭焚きボイラーなどから発生する石炭灰を、特に土木
・建築用の人工軽量骨材として再資源化して有効利用す
るための石炭灰による軽量骨材の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】石炭は、石油に比べて資源が豊富で単位
発熱量当りの価格も安価なことから、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
が計画または実施されつつある。その結果石炭火力発電
所などの石炭焚きボイラーなどから発生する石炭灰が、
石炭使用量にほぼ比例して増加しているため、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。多量に
発生する石炭灰の有効利用技術としては、人工軽量骨材
としての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。この石炭灰による軽量骨材の製造方法とし
ては、一般的な高温焼成による人工軽量骨材の製造方法
と蒸気養生による製造方法が知られているが、従来から
提案されている石炭灰や珪砂などのシリカ含有物とセメ
ントや生石灰などのカルシア含有物質を添加する方法の
みでは骨材物性の変動が大きく、コンクリート骨材とし
て高比強度で安定した品質を得るのには不十分であっ
た。また、従来の石炭灰による人工軽量骨材はコスト面
でも問題が多かった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状に鑑みなされたもので、石炭灰を蒸気養生により骨材
化する場合に高比強度で、かつ安定した品質を得るため
の方法を提案することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係る石炭灰によ
る軽量骨材の製造方法は、平均粒度5〜40μmの石炭
灰に早強セメントを10〜25重量%、平均粒度5μm
未満に粉砕した石炭灰20重量%以下を加えて乾式混合
し、得られた乾燥粉末を転動造粒機にてペレットとな
し、得られたペレットを温度30〜50℃で相対湿度8
0%以上の雰囲気中で8時間以上前蒸気養生した後、オ
ートクレーブにて110〜200℃で6時間以上蒸気養
生することにより絶乾比重1.4〜1.8、圧潰強度5
5〜85kgfの骨材を得ることを特徴とするもので、
前記石炭灰中のSiO含有率としては30〜80重量
%、前記オートクレーブの所定保持温度までの昇温時間
としては3時間以上とするのが好ましい。
【0005】本発明において、平均粒径が5〜40μ
m、SiOの含有率が30〜80重量%の石炭灰を用
いることとしたのは、火力発電所などの石炭炊きボイラ
ーから排出される石炭灰の平均粒径の下限が5μm程度
であり、これより平均粒径が大きい石炭灰を使用する
と、石炭灰を粉砕する必要が生じるからである。石炭灰
を粉砕すると骨材比重は増加するが、得られる骨材の比
強度は低下する。その原因としては、粉砕前の石炭灰は
一般に球状の粒子が多く、また各粒子は高温で焼結して
高強度を有するが、しかしこの粒子を破砕すると粒子強
度は低下して全体の造粒ペレットの強度が低下し、他
方、平均粒径が40μmを超えても、骨材強度は低下
し、かつ石炭灰の粒子が粗大となり比表面積が減少する
ことにより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難くなるためと考えられ
る。そのため使用する石炭灰の平均粒径としては5〜4
0μmが好ましい。また、石炭灰中のSiOの含有率
が30重量%未満では強度発現の主体となる無定形のS
iO化合物が大きく減少することにより骨材強度が低
下し、他方、石炭灰中のSiOの含有量が80重量%
を超えると、石炭灰中のフラックス成分が減少すること
により強度発現の主体となる無定形のSiO化合物が
生成し難いためである。
【0006】また、早強セメント(早強ポルトランドセ
メント)を使用するのは、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。その理由は比重
1.4〜1.8の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CSがこれに寄与していると
考えられる。また、このセメントの添加量を10〜25
重量%としたのは、10重量%未満では強度が不十分で
あり、他方、25重量%を超えて添加しても強度向上の
効果が少なくなり、コスト面で好ましくないからであ
る。
【0007】さらに、平均粒度5μm未満に粉砕した石
炭灰を20重量%以下添加することとしたのは、骨材比
重を制御するためである。粉砕石炭灰を加えない場合の
骨材比重は1.4〜1.6程度であるが、5μm未満に
粉砕した石炭灰を20重量%まで添加すると、骨材比重
は約1.8まで増加でき、比重に対する強度は若干低下
するが、強度自体は大きく増加する。一方、5μm未満
に粉砕した石炭灰を20重量%を超えて添加しても比重
は増加できるが強度の低下が大きくなることと、粉砕コ
ストの点から好ましくない。なお生石灰、石膏の添加は
前養生、オートクレーブ養生中にマトリックスを膨張さ
せて骨材にクラックを発生させるため好ましくない。
【0008】石炭灰に早強セメントを乾式混合して得ら
れた乾燥粉末をペレットにするための転動造粒機として
は、パンペレタイザーが一般的であるが、ドラム式やデ
ィスク式の転動造粒機も使用することができる。パンペ
レタイザーを用いる場合は、スプレーで散水しながら転
動造粒するが、そのときの散水量は乾燥粉重量の15〜
20重量%程度であり、目標とする骨材サイズに応じて
調整する。骨材サイズとしては特に限定するものではな
いが、0.6mm以上の大きさが一般的である。なお、
スラリーで湿式造粒する方法では得られる比重は1.3
以下であり、比重1.4〜1.8の骨材が造粒できない
ためパンペレタイザーのような乾式造粒機が好ましい。
【0009】また本発明において、本蒸気養生の前に行
う養生条件として、温度30〜50℃、相対湿度80%
以上の雰囲気中で、養生時間8時間以上としたのは、粒
状物のクラック発生を防止するためである。すなわち、
造粒したペレットは固形分の充填率が高くCaOや石膏
の水和による膨張性物質によりクラックが発生し易いの
で、養生温度が30℃では前養生時間が極めて長くなり
実用的ではなく、一方50℃を超えると急激に水和が進
みクラック発生の原因となるためである。そして湿度は
高い方が好ましいが、80%未満ではクラックが発生し
易く、また養生時間が8時間未満では、オートクレーブ
養生後の骨材にクラックが発生し易くなる。
【0010】さらにオートクレーブによる蒸気養生条件
をオートクレーブ保持温度(養生温度)110〜200
℃、養生時間を6時間以上と限定したのは、以下に記載
する理由による。すなわちオートクレーブ保持温度(養
生温度)110〜200℃と限定したのは、110℃未
満では強度発現の主体となる珪酸カルシウム水和物の生
成が不十分となり、他方、200℃を超えるとトバモラ
イトの生成が顕著となり骨材強度が低下するためであ
る。また養生時間を6時間以上と限定したのは、6時間
未満では骨材強度の発現が不十分となるためである。ま
た、オートクレーブの所定保持温度までの昇温時間とし
ては、3時間未満で昇温すると骨材にクラックが発生し
易くなるため3時間以上とするのが好ましい。
【0011】なお、本発明方法により得る軽量骨材の絶
乾比重を1.4〜1.8、圧潰強度を55〜85kgf
としたのは、コンクリート強度で400kg/cm
上が得られ、構造用コンクリートとして十分な強度を発
現できるためである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともにさら
に詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定
されるものではない。 実施例1 表1に示す石炭灰A〜Gをそれぞれ80重量%、早強ポ
ルトランドセメント20重量%の骨材配合原料5kgを
70リットルコンクリートミキサーで15分間混合し
て、内径1.2mφのパンペレタイザーで直径10mm
φに造粒し、得られたペレットを温度40℃、相対湿度
95%の高温恒湿機で16時間前養生した後、該ペレッ
トをオートクレーブに入れ、昇温速度3時間で180℃
まで昇温し当該温度に8時間保持して養生し骨材とし
た。得られた骨材の比重と圧漬強度を評価した結果を表
2の本発明の供試No.1〜7に示す。なお比重につい
てはJIS A1135に準じて測定し、圧漬強度は一
軸圧縮破壊強度を圧潰試験機によって直径約10mmの
骨材15点について測定し、強度の骨材径への回帰式か
ら求めた。
【0013】実施例2 表1に示す石炭灰A80重量%、早強ポルトランドセメ
ント20重量%の骨材配合原料5kgに石炭灰Aの微粉
砕粉をそれぞれ10重量%、20重量%添加した以外は
実施例1と同様な方法で作製した骨材の評価を表2の本
発明の供試No.8、9に示す。
【0014】実施例3 表1に示す石炭灰A80重量%、早強ポルトランドセメ
ント20重量%の骨材配合原料5kgを用い、前養生時
間を8時間とした以外は実施例1と同様な方法で作製し
た骨材の評価を表2の本発明の供試No.10に示す。
【0015】比較例 表1に示す石炭灰H、1、J、Kを用いた以外は、実施
例1と同様な方法で作製した骨材の評価をそれぞれ比較
例の供試No.1〜4に、表1に示す石炭灰Aを用い、
該石炭灰に加える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1と同様な方法で作製した骨材の
評価を比較例の供試No.5〜7に、表1に示す石炭灰
Aを用い、前養生温度を60℃、20℃、前養生時間を
6時間とした以外は実施例1と同様な方法で作製した骨
材の評価をそれぞれ比較例の供試No.8、9、10
に、表1に示す石炭灰Aを用い、オートクレーブ昇温時
間を2時間、オートクレーブ養生温度を100℃、22
0℃、オートクレーブ保持時間(養生時間)を5時間と
した以外は、実施例1と同様な方法で作製した骨材の評
価をそれぞれ比較例の供試No.11〜14にそれぞれ
示す。
【0016】表2の結果より明らかなごとく、本発明の
供試No.1〜10の石炭灰軽量骨材はいずれも絶乾比
重を1.4〜1.8、圧潰強度を55〜85kgfの品
質良好なものであった。一方、比較例の供試No.1は
平均粒径が5μm未満に微粉砕した石炭灰を用いると骨
材強度が低下することを示し、また同供試No.2では
平均粒径が40μmより大きい石炭灰を用いると骨材強
度が低下することを示している。同供試No.3では石
炭灰のSiO2含有量が80重量%を超えると骨材強度
が低下することを示し、同供試No.4ではSiO2含
有量が30重量%未満となると骨材強度が低下すること
を示している。また同供試No.5では早強ポルトラン
ドセメントに替えて普通ポルトランドセメントを用いる
と骨材強度が大きく低下し、同供試No.6、7では早
強ポルトランドセメントの転嫁率を10%未満に減少す
ると骨材強度が大きく低下し、25重量%より多くして
も骨材強度の増加が少ないことを示している。さらに同
供試No.8、9はいずれも本発明のものと比較して骨
材材強度が低下することを示し、同供試No.10では
クラックの発生が確認されて骨材強度も大きく低下し
た。同供試No.11〜14はいずれも骨材強度が低下
し、特に供試No.11では骨材にクラックが発生して
強度が大きく低下した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
構造用コンクリート骨材として十分使用に耐える骨材を
少ない添加剤で安定して生産することができるため、石
炭火力発電所や石炭焚きボイラーなどから発生する石炭
灰を原料として、非焼成型の特に軽質な人工軽量骨材を
低コストで効率的に生産することができ、したがって安
価で高品質な骨材を市場に供給することが可能になり土
木・建築業界に資するところ大である。また、石炭灰を
産業廃棄物として埋め立てて処理することなく、特に土
木・建築材料など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。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒度5〜40μmの石炭灰に早強セ
    メントを10〜25重量%、平均粒度5μm未満に粉砕
    した石炭灰20重量%以下を加えて乾式混合し、得られ
    た乾燥粉末を転動造粒機にてペレットとなし、得られた
    ペレットを温度30〜50℃で相対湿度80%以上の雰
    囲気中で8時間以上前蒸気養生した後、オートクレーブ
    にて110〜200℃で6時間以上蒸気養生することに
    より絶乾比重1.4〜1.8、圧潰強度55〜85kg
    fの骨材を得ることを特徴とする石炭灰による軽量骨材
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記石炭灰中のSiO含有率が30〜
    80重量%であることを特徴とする請求項1記載の石炭
    灰による軽量骨材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記オートクレーブの所定保持温度まで
    の昇温時間を3時間以上とすることを特徴とする請求項
    1または2記載の石炭灰による軽量骨材の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1561734A1 (de) * 2004-01-20 2005-08-10 Georg Dipl.-Ing. Partlic Leichtzuschlag für die Betonherstellung sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP2008110888A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Ube Ind Ltd 石炭灰造粒物及びその製造方法
CN112456836A (zh) * 2020-12-23 2021-03-09 河南钰镁新材料科技有限公司 一种抹面砂浆用骨料及制备方法

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