JP2004244304A

JP2004244304A - 人工焼成骨材とその製造方法

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Publication number: JP2004244304A
Application number: JP2003348946A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Koibuchi; 清鯉渕; Hiroshi Ozu; 博小津; Yasushi Yamamoto; 泰史山本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】焼却灰を利用した高強度で品質の安定な人工焼成骨材を提供する。
【解決手段】セメント調合原料を用い、セメント調合原料に対して廃棄物等を０.５〜８重量倍混合した原料を１０００℃〜１５００℃で焼成してなることを特徴とする人工焼成骨材であり、セメント原料の調合工程と焼成工程とを有するセメント製造ラインにおいて、セメント調合原料に廃棄物等を添加する工程を付設し、セメント調合原料の焼成と、セメント調合原料に廃棄物等を添加した骨材混合原料の焼成とを選択的に行うことにより、造粒せずに細骨材レベルの粒状体であって圧壊強度の高い人工焼成骨材を、セメント製造ラインをそのまま利用して製造することができる。
【選択図】なし

Description

本発明はセメント調合原料を用いた人工焼成骨材とその製造方法に関する。

従来、人工焼成骨材は、膨張頁岩や膨張粘土、あるいは石炭灰などの原料を粉砕して粒度調整し、ベントナイトなどの粘結性材料や種々の副原料を加えて成分調整した後に、造粒ないし押抜き成形したものを高温で焼成した球状骨材が多く製造されている。これらは軽量、高強度であって、またコンクリート骨材として使用するときの流動性が良く、さらには吸水性が低いなどの付加価値を高めたものであるが、そのため上記のように製造工程が複雑であり、コスト高になっている。しかし、骨材は多くの場合、高付加価値を必要とせず、埋め戻し材、サンドコンパクションなどの用途では、高い強度すらも必要とせず、またコンクリート骨材としても多くの場合には軽量骨材と同程度の性能があれば十分である。

そこで、低コストの人工焼成骨材の製造方法として、石炭灰や頁岩粉末をそのままロータリーキルンに送入し、転動造粒しながら焼結、発泡膨張させる方法が提案されている（特許文献１）。しかし、その実施例に示されている石炭灰の化学組成は石炭灰としては特殊なものであり、一般的にはＣａＯの含有量が低いため、そのまま焼成することは困難であり、従って上記のような成分調整が必要となり、コスト高を解消できないのが現状である。

ー方、近年、セメントの需要減少に伴って遊休セメント製造設備が増え、これらを解体して他の製造装置に改造することが提案されている。例えば、都市ごみを発酵処理し、セメント原燃料を製造する製造システムの一部として遊休セメントキルンを転用することが提案されている（特許文献２）。しかし、このような解体、改造を伴った転用の場合には、将来、セメント需要が増加して供給不足となったときに、これをセメント製造設備に戻すことは困難である。
特開昭５９−１３６６０号公報特開２００１−１９１０６０号公報

本発明は従来の人工骨材および遊休セメント製造設備における上記問題を解決したものであり、セメント調合原料に焼却灰などの廃棄物等を混合した原料を用いることにより、品質の安定な骨材を製造することができると共に、セメント製造ラインをそのまま利用して骨材を製造できるようにし、セメントの製造と人工骨材の製造とを任意選択的に実施できるようにしたものである。

本発明は以下の構成からなる人工焼成骨材とその製造方法に関する。
（１）セメント調合原料を用い、セメント調合原料に対して産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を０.５〜８重量倍混合した原料を焼成してなることを特徴とする人工焼成骨材。
（２）セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を混合した原料を１０００〜１５００℃で焼成してなる上記（１）に記載する人工焼成骨材。
（３）セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を混合することによって、水硬率（Ｈ.Ｍ.）：０.２〜１.０、ＣａＯ−Ａ１₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分系において、ＣａＯ量：１０〜４８重量％に調整した混合原料を焼成してなる上記（１）または（２）に記載する人工焼成骨材。
（４）セメント原料の調合工程と焼成工程とを有するセメント製造ラインにおいて、セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を添加する工程を付設し、セメント調合原料の焼成と、セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を添加した骨材混合原料の焼成とを選択的に行うことを特徴とする人工焼成骨材の製造方法。

〔発明の具体的な説明〕
本発明の人工焼成骨材は、セメント調合原料を用い、セメント調合原料に対して産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を０.５〜８重量倍混合した原料を焼成してなることを特徴とし、好ましくは、セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を混合した原料を１０００〜１５００℃で焼成してなる人工焼成骨材である。

セメント調合原料はこれを焼成すればセメントクリンカとなるものであり、ＳｉＯ₂、Ａ１₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯなどの成分がクリンカ組成となる量比に調合されている。セメント調合原料に混合される産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。また、一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。なお、以下、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を廃棄物等と云うことがある。

本発明はセメント調合原料に廃棄物等を加えてＳｉＯ₂量およびＡ１₂Ｏ₃量を高めることによって、水硬性がなく或いは水硬性が極めて低く、実質的に水硬性を有しない組成範囲に調整する。

具体的には、セメント調合原料に対して、廃棄物等を０.５〜８重量倍、好ましくは１〜８重量倍、より好ましくは２〜６重量倍混合することによって骨材として用いることができる組成に整える。廃棄物等（産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上）の混合量がこれより少ないと低コスト化を図ることが困難となる。また、廃棄物等の使用量も少なくなり、これらの有効利用を推進する観点からも好ましくない。一方、廃棄物等の混合量が上記範囲よりも多いと、水硬率（Ｈ.Ｍ.）やＣａＯ−Ａ１₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分系において適切な量比を得るのが難しくなる。なお、水硬率(Ｈ.Ｍ.)はＣａＯ／[ＳｉＯ₂＋Ａ１₂Ｏ₃＋Ｆｅ₂Ｏ₃]によって与えられる。

セメント調合原料に廃棄物等を混合した場合の組成範囲は、概ね水硬率０.２〜１.０が適当であり、ＣａＯ−Ａ１₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分系においてＣａＯ量が１０〜４８重量％の範囲が適当である。水硬率が０.２未満では、ＳｉＯ₂量が多くアルカリに対する活性が強くなるので好ましくない。また、Ａ１₂Ｏ₃量も多いため融点が高くなり、高い焼成温度を必要とするので好ましくない。一方、水硬率が１.０を上回ると、廃棄物等の混合量が少ないため、低コスト化を図ることが困難となり、また廃棄物等の有効利用の推進という観点からも好ましくない。

ＣａＯ−Ａ１₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分系において、ＣａＯ量が１０重量％未満ではＳｉＯ₂量が多くアルカリに対する活性が強くなるので好ましくない。また、Ａ１₂Ｏ₃量も多いため融点が高くなり、高い焼成温度を必要とするので好ましくない。ＣａＯ量が４８重量％を越えると、廃棄物等の混合量が少ないため、低コスト化を図ることが困難となり、また廃棄物等の有効利用の推進という観点からも好ましくない。

セメント調合原料と廃棄物等とを混合した原料粉体を焼成する手段としてはセメント製造ラインのロータリーキルンを用いることができる。焼成温度は１０００〜１５００℃の温度範囲が好ましい。一般に焼成温度が高いほど焼結体の強度が増すが、温度が高すぎると液相が増加するので注意する必要がある。具体的には、混合原料のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分に応じ、この三元系状態図に基づいて液相ないし固溶相が生じない温度で焼成するのが良く、概ね、融点よりも５０〜１００℃程度低い温度が好ましい。ただし、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯなどのアルカリ成分の含有量が多いときは、融点が低くなるので注意を要する。この場合には焼成温度を少しづつ上げて原料が溶融し始めたところの温度を維持して焼成すれば良い。焼成時間は概ね１５〜６０分程度が適当である。この焼成処理によって焼き締まった人工骨材が得られる。

以上の方法によって得た人工焼成骨材は１.０ｋＮ以上、好ましくは１.５ｋＮ以上の圧壊強度を有することができる。一般的な軽量骨材の圧壊強度は概ね１.０〜１.５ｋＮであるので、本発明の人工骨材は十分な強度を有しており、従って、コンクリート用、路盤材用、埋め戻し材など各種の用途に用いることができる。

また、本発明の製造方法は、セメント調合原料と廃棄物等を混合する際、セメント製造ラインを利用して製造する場合には、廃棄物等をプレヒータに投入し、プレヒータでセメント調合原料と混合する、あるいは廃棄物等をキルンの窯尻に投入してロータリーキルンで混合すればよく、これらを事前に混合する必要はない。なお、使用する廃棄物等が塊状物の場合は、窯尻に投入してロータリーキルンで混合することが好ましい。また、セメント調合原料と産業廃棄物等の混合原料をロータリーキルンによって焼成すれば、数ｍｍ〜数十ｍｍの粒状体を得ることができるので、この範囲の大きさの骨材を製造する場合には、上記混合原料を造粒する必要がない。さらに、製造された骨材は、そのまま使用しても良いが、必要に応じて粉砕し、粒度調整して用いても良い。

本発明の人工骨材は、あらかじめセメント製造工程で製造されている調合原料を使用するために原料の調製が容易であり、組成が厳密に管理された調合原料を用いるので品質の安定な人工焼成骨材を容易に製造することができる。また、セメント調合原料と共に廃棄物等（産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上）を用いるので安価であり、廃棄物の減容化と有効利用も促進することができる。さらに、セメント調合原料と廃棄物等を混合した原料をそのまま焼成することによって粒状焼成体を得ることができるので、骨材専用の造粒設備を設ける必要が無く、設備コストが低減できると共に製造工程も簡略化することができる。しかも、製造された人工骨材は高圧壊強度等を有しており、幅広い用途（例えば、路盤材、埋め戻し材、盛土材、コンクリート用骨材、セメントクリンカー用原料等）に利用することができる。

さらに、本発明の人工焼成骨材は、セメント製造ラインをそのまま利用して、これに廃棄物等の添加手段を付設すれば骨材を製造することができ、セメントの製造ラインと人工骨材の製造ラインとを任意選択的に切り替えて実施できるので、設備コストを大幅に低減することができると共にセメント製造ラインの稼働効率を高めることができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、以下の実施例等において、セメント調合原料は平均粒径１０μｍ程度であって、組成がＳｉＯ₂：１４.５％、Ａ１₂Ｏ₃：３.８％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２.１％、ＣａＯ：４３.８％、ＭｇＯ：０.５％のものを用い、焼却灰は平均粒径１０μｍ程度であって、組成がＳｉＯ₂：４７.７％、Ａ１₂Ｏ₃：３１.９％、Ｆｅ₂Ｏ₃：６.１％、ＣａＯ：４.１％、ＭｇＯ：０.５％のものを使用した。また建設発生土は平均粒径１７０μm程度であって、組成がＳｉＯ₂：５８.９％、Ａ１₂Ｏ₃：２６.４％、Ｆｅ₂Ｏ₃：１４.１％、ＣａＯ：２.４８％、ＭｇＯ：１.６９％のものを使用した。

上記セメント調合原料と焼却灰を表１に示す量比でプレヒータ付きロータリーキルンに投入し、混合した原料を表１に示す温度で滞留時間６０分程度焼成を行って粒状の骨材を製造した。この焼成骨材について、土木学会基準の高強度フライアッシュ人工骨材の圧壊荷重試験方法に準拠して圧壊強度を測定した。また、規格「JIS AlllO（粗骨材の密度及び吸水率試験方法）」に準じて吸水率を測定した。この結果を表１に示した。

表１に示すように、本発明に係る焼成骨材（No.Ｂ、Ｃ、Ｄ）は何れも圧潰強度が１.０ｋＮ以上であり、十分な強度の焼成骨材が得られた。また、本発明に係る焼成骨材（No.Ｂ、Ｃ、Ｄ）は何れも比較試料Ａよりも焼却灰の量が少なく（Ｓ／Ｇ比＝４〜１）、従って、相対的にＣａＯ量が多いので焼成温度が試料Ａよりも低い。一方、焼却灰の混合量が過剰な比較試料Ａは他の試料（No.Ｂ、Ｃ、Ｄ）よりも高温で焼成しても圧潰強度が０.９ｋＮと低い。

表１のNo.Ｂ、Ｅの人工骨材を使用し、下記材料を用い、表２に示す配合割合でコンクリートを調製した。この調製したコンクリートについて、規格「JIS AllO8（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて圧縮強度を測定した。この結果を表３に示す。
１．コンクリートの材料
セメント（Ｃ）；普通ポルトランドセメント〈太平洋セメント社製品）
納骨材（Ｓ）；静岡県小笠郡産陸砂
粗骨材（Ｇ）；表１のNo.Ｂ、Ｅ、および硬質砂岩砕石
水（Ｗ）；水道水
ＡＥ減水剤；リグニンスルホン酸系減水剤（ポゾリスNo.70）

Claims

セメント調合原料を用い、セメント調合原料に対して産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を０.５〜８重量倍混合した原料を焼成してなることを特徴とする人工焼成骨材。
セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を混合した原料を１０００〜１５００℃で焼成してなる請求項１に記載する人工焼成骨材。
セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を混合することによって、水硬率（Ｈ.Ｍ.）：０.２〜１.０、ＣａＯ−Ａ１₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂成分系において、ＣａＯ量：１０〜４８重量％に調整した混合原料を焼成してなる請求項１または２に記載する人工焼成骨材。
セメント原料の調合工程と焼成工程とを有するセメント製造ラインにおいて、セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を添加する工程を付設し、セメント調合原料の焼成と、セメント調合原料に産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種以上を添加した骨材混合原料の焼成とを選択的に行うことを特徴とする人工焼成骨材の製造方法。