JP2002316845A - 人工骨材 - Google Patents
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/02—Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
- C04B18/021—Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates agglomerated by a mineral binder, e.g. cement
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
- C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 石炭灰を主成分とする高強度、低吸水率の品
質の高い人工骨材を、できるだけ安価に提供すること。 【解決手段】 石炭灰にベントナイトと消石灰と酸化鉄
を配合し、水を加えて混練したものから造粒した核ペレ
ットを、石炭灰とベントナイトを用いた、核ペレットよ
りも融着温度の高い外郭で表面を被い、核ペレットの融
着温度近傍にて焼成してなることを特徴とする。
質の高い人工骨材を、できるだけ安価に提供すること。 【解決手段】 石炭灰にベントナイトと消石灰と酸化鉄
を配合し、水を加えて混練したものから造粒した核ペレ
ットを、石炭灰とベントナイトを用いた、核ペレットよ
りも融着温度の高い外郭で表面を被い、核ペレットの融
着温度近傍にて焼成してなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭灰を主成分と
するコンクリート用の人工骨材に関するものである。
するコンクリート用の人工骨材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、火力発電所等の燃料として石炭の
占める割合が増える傾向にあり、それに伴って石炭灰が
年を追うごとに増加している。これまで、石炭灰は主に
セメントの原料として再利用されていたが、セメント会
社は設備の統廃合などにより年々縮小傾向にあり、他の
有効な用途の確立が待たれている。
占める割合が増える傾向にあり、それに伴って石炭灰が
年を追うごとに増加している。これまで、石炭灰は主に
セメントの原料として再利用されていたが、セメント会
社は設備の統廃合などにより年々縮小傾向にあり、他の
有効な用途の確立が待たれている。
【０００３】そうした中で、石炭灰を焼成してコンクリ
ート用の人工骨材を作る研究が盛んに行われている。人
工骨材が、天然の骨材に匹敵する高品質なものとみなさ
れるには、十分な強度（圧潰強度が少なくとも１００ｋ
ｇ／ｃｍ２以上）と、吸水率が３％以下であることが求
められる。吸水率が大きいと、骨材がモルタルの水分を
過剰に吸収し、生コンクリートの流動性を低下させた
り、後々コンクリートの圧縮強度や耐久性にも悪影響を
及ぼすので好ましくない。
ート用の人工骨材を作る研究が盛んに行われている。人
工骨材が、天然の骨材に匹敵する高品質なものとみなさ
れるには、十分な強度（圧潰強度が少なくとも１００ｋ
ｇ／ｃｍ２以上）と、吸水率が３％以下であることが求
められる。吸水率が大きいと、骨材がモルタルの水分を
過剰に吸収し、生コンクリートの流動性を低下させた
り、後々コンクリートの圧縮強度や耐久性にも悪影響を
及ぼすので好ましくない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまでの石炭灰によ
る人工骨材は、石炭灰に粘土（ベントナイトや頁岩）と
水を加えて混練したものを粒状のペレットに成形し、こ
れを石炭灰の融点に近い高温で焼成する方法で生産され
ているが、現状の人工骨材は多孔質状で吸水率が１０％
以上と高いものがほとんどである。多孔質状となる原因
のひとつには、石炭灰に残っている未燃カーボンが、焼
成時に燃焼して発泡することが挙げられる。また、焼成
時には軟化したペレット同士がくっついてしまうことが
多く、そうなると生産性が上がらない。石炭灰は融点が
１３００〜１６００℃と非常に高く、焼成には膨大なエ
ネルギーを要する。コストがかかる上に品質の良い物を
作れていないのが現状である。
る人工骨材は、石炭灰に粘土（ベントナイトや頁岩）と
水を加えて混練したものを粒状のペレットに成形し、こ
れを石炭灰の融点に近い高温で焼成する方法で生産され
ているが、現状の人工骨材は多孔質状で吸水率が１０％
以上と高いものがほとんどである。多孔質状となる原因
のひとつには、石炭灰に残っている未燃カーボンが、焼
成時に燃焼して発泡することが挙げられる。また、焼成
時には軟化したペレット同士がくっついてしまうことが
多く、そうなると生産性が上がらない。石炭灰は融点が
１３００〜１６００℃と非常に高く、焼成には膨大なエ
ネルギーを要する。コストがかかる上に品質の良い物を
作れていないのが現状である。
【０００５】本発明は、石炭灰を主成分とする高強度、
低吸水率の品質の高い人工骨材を、できるだけ安価に提
供することを目的とする。
低吸水率の品質の高い人工骨材を、できるだけ安価に提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本出願人は、石炭灰にベ
ントナイトと消石灰と酸化鉄を配合することで、石炭灰
の融点よりもずっと低い焼成温度で、硬くて緻密な人工
骨材が得られることを見い出し、最良の配合割合を求め
るために配合割合を変えながら数多くの実験を行った。
焼成温度は材料が溶ける直前の温度、すなわち融着温度
とするのが良く、その温度は消石灰と酸化鉄を多く配合
するほど低くできる。ただし焼成温度を低くしすぎると
吸水率が大きくなるので、吸水率３％以下を実現できる
ぎりぎりのところを探ってみたところ、１１５０℃前後
であることが分った。また、このままでは焼成時にペレ
ット同士がくっついてしまうので、これを避けるため
に、核となるペレットの周囲に、石炭灰にベントナイト
と水を加えて混練した被膜をつくることにより、より融
着温度の高い外郭を形成した。さらに、還元性雰囲気中
で焼成することにより、石炭灰に含まれる未燃カーボン
の燃焼による発泡が抑えられ、外郭の内側を溶融させる
ことにより、骨材の吸水率を低くできる。また、酸化鉄
として、製鋼用の転炉に発生する転炉ダストを使用する
ことで材料費を低減できる。
ントナイトと消石灰と酸化鉄を配合することで、石炭灰
の融点よりもずっと低い焼成温度で、硬くて緻密な人工
骨材が得られることを見い出し、最良の配合割合を求め
るために配合割合を変えながら数多くの実験を行った。
焼成温度は材料が溶ける直前の温度、すなわち融着温度
とするのが良く、その温度は消石灰と酸化鉄を多く配合
するほど低くできる。ただし焼成温度を低くしすぎると
吸水率が大きくなるので、吸水率３％以下を実現できる
ぎりぎりのところを探ってみたところ、１１５０℃前後
であることが分った。また、このままでは焼成時にペレ
ット同士がくっついてしまうので、これを避けるため
に、核となるペレットの周囲に、石炭灰にベントナイト
と水を加えて混練した被膜をつくることにより、より融
着温度の高い外郭を形成した。さらに、還元性雰囲気中
で焼成することにより、石炭灰に含まれる未燃カーボン
の燃焼による発泡が抑えられ、外郭の内側を溶融させる
ことにより、骨材の吸水率を低くできる。また、酸化鉄
として、製鋼用の転炉に発生する転炉ダストを使用する
ことで材料費を低減できる。
【０００７】実験の結果から、核ペレットの原料の配合
割合は、石炭灰１００重量部に対してベントナイト５重
量部、消石灰５重量部、転炉ダスト２．５重量部とし、
外郭の原料の配合割合は、石炭灰１００重量部に対して
ベントナイト７重量部としたもので最も良い結果が得ら
れた。ただし、これらの値に限定するわけではなく、状
況に応じて若干変更されて良い。外郭の部分は溶融しな
いので吸水率が高くなり、全体的な吸水率を下げるため
に外郭はなるべく薄くするのが良く、核ペレットと外郭
の重量比は１０対１程度が好ましい。
割合は、石炭灰１００重量部に対してベントナイト５重
量部、消石灰５重量部、転炉ダスト２．５重量部とし、
外郭の原料の配合割合は、石炭灰１００重量部に対して
ベントナイト７重量部としたもので最も良い結果が得ら
れた。ただし、これらの値に限定するわけではなく、状
況に応じて若干変更されて良い。外郭の部分は溶融しな
いので吸水率が高くなり、全体的な吸水率を下げるため
に外郭はなるべく薄くするのが良く、核ペレットと外郭
の重量比は１０対１程度が好ましい。
【０００８】本発明の人工骨材は、石炭灰とベントナイ
トの主成分であるＳｉＯ２と、消石灰の主成分であるＣ
ａＯと、転炉ダストの主成分であるＦｅＯが結び付い
て、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＦｅＯの三元系の溶融状態とな
り、その後再結晶させることで、高強度で緻密な人工骨
材となるのである。
トの主成分であるＳｉＯ２と、消石灰の主成分であるＣ
ａＯと、転炉ダストの主成分であるＦｅＯが結び付い
て、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＦｅＯの三元系の溶融状態とな
り、その後再結晶させることで、高強度で緻密な人工骨
材となるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の人工骨材の製造方
法について詳細に説明する。図１は、本発明の人工骨材
の製造方法のシステムを概略的に示したものである。
法について詳細に説明する。図１は、本発明の人工骨材
の製造方法のシステムを概略的に示したものである。
【００１０】まず最初に、人工骨材のもととなる生ペレ
ット４を形成するために原料の配合を行う。生ペレット
４は、核となる核ペレット１３の周囲を外郭でコートし
た二層構造に形成する。核ペレット１３の原料は石炭灰
とベントナイトと消石灰と転炉ダストであり、配合割合
は石炭灰１００重量部に対して、ベントナイトが５重量
部、消石灰が５重量部、転炉ダストが２．５重量部であ
る。転炉ダストはミルで粉砕して使用する。外郭の原料
は石炭灰とベントナイトであり、配合割合は、石炭灰１
００重量部に対して、ベントナイト７重量部である。核
ペレット１３と外郭の原料の重量比は、核ペレットが１
０に対して外郭が１である。これらの原料を計量して別
々の混練機１ａ，１ｂに入れ、水２を加えて混練する。
ット４を形成するために原料の配合を行う。生ペレット
４は、核となる核ペレット１３の周囲を外郭でコートし
た二層構造に形成する。核ペレット１３の原料は石炭灰
とベントナイトと消石灰と転炉ダストであり、配合割合
は石炭灰１００重量部に対して、ベントナイトが５重量
部、消石灰が５重量部、転炉ダストが２．５重量部であ
る。転炉ダストはミルで粉砕して使用する。外郭の原料
は石炭灰とベントナイトであり、配合割合は、石炭灰１
００重量部に対して、ベントナイト７重量部である。核
ペレット１３と外郭の原料の重量比は、核ペレットが１
０に対して外郭が１である。これらの原料を計量して別
々の混練機１ａ，１ｂに入れ、水２を加えて混練する。
【００１１】続いて上記の原料を生ペレット４に造粒す
るのであるが、まず核ペレット１３の原料をペレタイザ
３ａに入れて、水２を噴霧しながら粒径１０〜２０ミリ
に造粒する。こうして出来た核ペレット１３を別のペレ
タイザ３ｂに入れ、外郭の原料を加えて造粒すること
で、核ペレット１３の表面に厚さ０．３ミリ程度の外郭
が形成される。
るのであるが、まず核ペレット１３の原料をペレタイザ
３ａに入れて、水２を噴霧しながら粒径１０〜２０ミリ
に造粒する。こうして出来た核ペレット１３を別のペレ
タイザ３ｂに入れ、外郭の原料を加えて造粒すること
で、核ペレット１３の表面に厚さ０．３ミリ程度の外郭
が形成される。
【００１２】こうしてできた生ペレット４を、回転式の
熱風乾燥機５に入れて、水分がなくなる状態にまで乾燥
させる。この時の加熱温度は３００〜５００℃である。
熱風乾燥機５に入れて、水分がなくなる状態にまで乾燥
させる。この時の加熱温度は３００〜５００℃である。
【００１３】続いて、乾燥したペレット１１を回転式の
焼成炉６で焼成する。焼成炉の内部は上流部７から下流
部８に向けて温度が高くなるように温度制御されてお
り、上流部は９００〜１０００℃で、下流部は約１１５
０℃となっている。また、焼成炉の上流部７は空気９を
送り込むことで酸化性雰囲気となっており、一方下流部
８は石炭の粉１０を投入することで還元性雰囲気となっ
ている。ペレット１１は、焼成炉の上流部７を通過する
間に石炭灰の未燃カーボンが燃焼して内部が多孔質化す
る。下流部８に来ると核ペレット１３中のＳｉＯ２−Ｃ
ａＯ−ＦｅＯの三成分が結び付いて半溶融状態となる。
この時には石炭灰に含まれる未燃カーボンは、先の段階
でほとんど燃焼しつくして少なくなっており、その上周
囲が還元性雰囲気であるために、僅かに残った未燃カー
ボンもここでは燃焼しない。表面の外郭の融点は核ペレ
ット１３よりも高いので、ペレット１１同士は融着しな
い。
焼成炉６で焼成する。焼成炉の内部は上流部７から下流
部８に向けて温度が高くなるように温度制御されてお
り、上流部は９００〜１０００℃で、下流部は約１１５
０℃となっている。また、焼成炉の上流部７は空気９を
送り込むことで酸化性雰囲気となっており、一方下流部
８は石炭の粉１０を投入することで還元性雰囲気となっ
ている。ペレット１１は、焼成炉の上流部７を通過する
間に石炭灰の未燃カーボンが燃焼して内部が多孔質化す
る。下流部８に来ると核ペレット１３中のＳｉＯ２−Ｃ
ａＯ−ＦｅＯの三成分が結び付いて半溶融状態となる。
この時には石炭灰に含まれる未燃カーボンは、先の段階
でほとんど燃焼しつくして少なくなっており、その上周
囲が還元性雰囲気であるために、僅かに残った未燃カー
ボンもここでは燃焼しない。表面の外郭の融点は核ペレ
ット１３よりも高いので、ペレット１１同士は融着しな
い。
【００１４】焼成炉から取り出したペレット１１は、保
温材張りの徐冷ボックス１２に入れられ、長い時間をか
けて徐冷される。この時に半溶融状態にあったＳｉＯ２
−ＣａＯ−ＦｅＯの三成分が再結晶して高強度の固化物
となる。
温材張りの徐冷ボックス１２に入れられ、長い時間をか
けて徐冷される。この時に半溶融状態にあったＳｉＯ２
−ＣａＯ−ＦｅＯの三成分が再結晶して高強度の固化物
となる。
【００１５】
【実施例】以下に、上述の製造方法に基づいて製造され
た人工骨材に関するデータの一部を載せておく。使用し
た石炭灰、ベントナイト、転炉ダストの化学成分は表
１、表２、表３の通りである。
た人工骨材に関するデータの一部を載せておく。使用し
た石炭灰、ベントナイト、転炉ダストの化学成分は表
１、表２、表３の通りである。
【表１】
【表２】
【表３】
【００１６】これらを使用して先に述べた方法に沿って
粒径１５ミリの人工骨材を製作した。焼成は１１４５℃
から１１５５℃の温度範囲で行い、得られた人工骨材の
圧潰強度と吸水率を測定したところ、表４のような結果
が得られた。なお、圧潰強度と吸水率は１０粒の人工骨
材の平均値である。
粒径１５ミリの人工骨材を製作した。焼成は１１４５℃
から１１５５℃の温度範囲で行い、得られた人工骨材の
圧潰強度と吸水率を測定したところ、表４のような結果
が得られた。なお、圧潰強度と吸水率は１０粒の人工骨
材の平均値である。
【表４】
【００１７】この結果から分るように、本発明の方法に
よって得られる人工骨材は、天然骨材に匹敵する高い強
度と低い吸水率を有するものとなっている。
よって得られる人工骨材は、天然骨材に匹敵する高い強
度と低い吸水率を有するものとなっている。
【００１８】
【発明の効果】本発明の人工骨材は、天然骨材に匹敵す
る高強度と低吸水率を有し、しかも安い材料費と燃料費
で生産できる。また、表面に融点の高い外郭を持った二
層構造とすることで、焼成時におけるペレット同士の融
着を防止でき、生産性が向上し、吸水率を天然骨材並み
に抑えることができる。
る高強度と低吸水率を有し、しかも安い材料費と燃料費
で生産できる。また、表面に融点の高い外郭を持った二
層構造とすることで、焼成時におけるペレット同士の融
着を防止でき、生産性が向上し、吸水率を天然骨材並み
に抑えることができる。
【００１９】請求項２に記載したように、酸化鉄として
転炉ダストを用いることで、材料費を一層低減できる。
転炉ダストを用いることで、材料費を一層低減できる。
【００２０】請求項３に記載したように、還元性雰囲気
中で焼成することで、転炉ダストの性能を活かし、溶融
温度を１１５０℃前後と低くすることができる。
中で焼成することで、転炉ダストの性能を活かし、溶融
温度を１１５０℃前後と低くすることができる。
【００２１】請求項４と請求項５に記載した発明は、膨
大な実験の中から導き出したベストの条件を開示するも
のであり、これに基づいて製造することによって、上記
したような効果を最大限に得ることができる。
大な実験の中から導き出したベストの条件を開示するも
のであり、これに基づいて製造することによって、上記
したような効果を最大限に得ることができる。
【図１】本発明の人工骨材の製造方法を示す概略システ
ム図である。
ム図である。
１ａ，１ｂ 混練機 ２ 水 ３ａ，３ｂ ペレタイザ ４ 生ペレット ５ 熱風乾燥機 ６ 焼成炉 ７ 上流部 ８ 下流部 ９ 空気 １０ 石炭の粉 １１ ペレット １２ 徐冷ボックス １３ 核ペレット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長山 明 富山県富山市牛島町15番１号 北陸電力株 式会社内 (72)発明者 高村 誠一 富山県富山市牛島町15番１号 北陸電力株 式会社内 (72)発明者 柳本 勝弘 富山県富山市西宮町１番１号 新日本海重 工業株式会社内 (72)発明者 遠藤 正春 富山県富山市西宮町１番１号 新日本海重 工業株式会社内 (72)発明者 葛島 良元 富山県富山市西宮町１番１号 新日本海重 工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 石炭灰にベントナイトと消石灰と酸化鉄
を配合し、水を加えて混練したものから造粒した核ペレ
ットを、石炭灰とベントナイトを用いた、核ペレットよ
りも融着温度の高い外郭で表面を被い、核ペレットの融
着温度近傍にて焼成してなる人工骨材。 - 【請求項２】 酸化鉄として転炉ダストを用いることを
特徴とする請求項１記載の人工骨材。 - 【請求項３】 還元性雰囲気中で焼成することを特徴と
する請求項１又は２記載の人工骨材。 - 【請求項４】 核ペレットの原料の配合割合が、石炭灰
１００重量部に対してベントナイトが５重量部、消石灰
が５重量部、転炉ダストが２．５重量部であり、外郭の
原料の配合割合が、石炭灰１００重量部に対してベント
ナイト７重量部であり、焼成温度が１１５０℃前後であ
ることを特徴とする請求項２又は３記載の人工骨材。 - 【請求項５】 核ペレットと外郭の重量比が、１０対１
程度であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記
載の人工骨材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118647A JP2002316845A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 人工骨材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118647A JP2002316845A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 人工骨材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002316845A true JP2002316845A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=18969011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118647A Pending JP2002316845A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 人工骨材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002316845A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010141976A1 (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Polyrox Pty Ltd | Concrete aggregate |
| EP2006062A3 (de) * | 2007-06-18 | 2013-02-20 | Hochschule Karlsruhe | Verfahren und Vorrichtung zur Feststoffumhüllung |
| EP3296268A1 (en) * | 2016-09-14 | 2018-03-21 | Derrick Emms | Phosphate remediation media |
| CN108181142A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-06-19 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种人工岩心的制备方法及其制备得到的人工岩心 |
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| CN114920525A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-19 | 杭州汉特建材有限公司 | 一种高强植生混凝土及其制备方法 |
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| JPH0940445A (ja) * | 1995-07-26 | 1997-02-10 | Chichibu Onoda Cement Corp | 人工骨材及びその製造方法 |
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-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118647A patent/JP2002316845A/ja active Pending
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