JP2005350296A

JP2005350296A - 軽量骨材とその製造方法

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Publication number: JP2005350296A
Application number: JP2004171818A
Authority: JP
Inventors: Hideki Wachi; 秀樹和知; Daisuke Yabaneta; 大輔矢羽田; Yoshiaki Tsuchida; 良明土田
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】圧縮強度が大きくかつ２４時間吸水率および真空吸水率が小さい人工軽量骨材とその製造方法を提供する。
【手段】未燃カーボンを含有する原料粉体を、流動状態で６００〜１０５０℃以下に加熱し、あるいは上記温度で焼成後に均一攪拌して、未燃カーボン量０.２５％以上〜１.５以下の仮焼原料粉体とし、この仮焼後に原料粉体を成形し、成形体を１１００〜１３００℃で本焼結して発泡させすることによって、絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下、未燃カーボン量０.２５％未満の人工軽量骨材を製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、圧縮強度が大きくかつ真空吸水率が小さい人工軽量骨材と、その製造方法に関する。なお、以下の説明において特に示さない限り％は重量％である。

コンクリートの軽量化を図るために従来から軽量骨材が用いられている。軽量骨材は、例えば、膨張頁岩や真珠岩などのガラス質成分を含む原料を粉砕して粒度調整し、必要に応じて炭素や炭化珪素（SiC）、あるいは結合成分を加えて成形ないし造粒し、これを加熱(1250℃前後)焼成し、表面を溶融ガラス化すると共に炭素のガス化によって膨張発泡させて軽量化した人工骨材が知られている。

コンクリートの強度を高めるには人工軽量骨材についても高強度のものが求められる。さらに、人工軽量骨材の吸水率が大きいと、フレッシュコンクリートをポンプ圧送する際に骨材の吸水によって圧力が低下して圧送性を損なうので、吸水率の小さいものが求められる。

このような高強度低吸水性の人工軽量骨材として、例えば、炭素含有量２〜５重量％の石炭灰を主原料とし、これにバインダーを添加して造粒し、この造粒物を焼成して見掛け比重１.５〜２.０、吸水率５％以下の軽量骨材を製造する方法が知られている〔特許文献１：特開平６−２６３４９５号〕。また、従来から人工軽量骨材の原料として用いられている石英粗面岩や真珠岩などのガラス質成分を含む活性珪酸質粉体に未燃炭素量１〜１５重量％を含む石炭灰を混合したものを原料とし、これを造粒成形した後に１１５０℃〜１３５０℃で焼成してなる人工軽量骨材が知られている〔特許文献２：特開平９−２５１４６号〕。さらに、原料粉体の粒度および成分量を調整した造粒体を非酸化性雰囲気で二段焼成し、さらに冷却速度を制御することによって高強度低吸水率の軽量骨材を製造する方法知られている〔特許文献３：特開２０００−１６８４６号〕。

特許文献１の軽量骨材は、石炭灰の未燃炭素量を２〜５重量％に調整することによって、圧壊強度２００kgf/cm²程度の軽量骨材を製造しているが、実際の吸水率は１.６％〜４.５％程度であり、吸水率がやや高い。一方、特許文献２の実施例に示されている軽量骨材は、２４時間吸水率１％以下、加圧吸水率約５％〜１.３以下、圧壊強度は２００〜２４０kgf/cm²であるが、真空吸水率は不明である。同様に特許文献３の軽量骨材は圧壊強度が１０００Ｎ以上であって、２４時間吸水率が１.８〜０.４％、加圧吸水率０.８％〜６.７％であるが、真空吸水率は不明である。

一般に、人工軽量骨材では、２４時間吸水率や加圧吸水率が低いと、真空吸水率も低い傾向を示すが、必ずしも比例せず、加圧吸水率が低くても真空吸水率の高いものがある。真空吸水率が高いと骨材をプレウェッティングなしにポンプ圧送した場合に材料分離を生じるためにポンプ圧送不能になり、一方、プレウェッティングを行うと骨材の吸水によって耐凍害性が低下する。従って、他の吸水率と同様に真空吸水率も低いものが好ましいが、従来の人工軽量骨材では真空吸水率を低下させることはあまり考慮されていない。

また、従来の人工軽量骨材の製造方法では、未燃カーボン量が多い原料粉末を用いると、製品化した軽量骨材中に残留する未燃カーボン量も多くなり、上記吸水率が目標値より低い軽量骨材を得ることができない。
特開平６−２６３４９５号特開平９−２５１４６号特開２０００−１６８４６号

本発明は、従来の軽量骨材およびその製造方法における上記問題を解決したものであり、高強度であって上記吸水率が一定基準以下の軽量骨材を提供するものであり、また、未燃カーボン量の多い原料をもちいた場合でも、上記吸水率の低い軽量骨材を製造することができる方法を提供する。

本発明によれば以下の軽量骨材およびその製造方法が提供される。
（１）絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下であることを特徴とする人工軽量骨材。
（２）未燃カーボン量が０.２５％未満である上記(1)の人工軽量骨材。
（３）未燃カーボンを含有する原料粉体を流動状態で６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５％以下に低減する仮焼工程、仮焼した原料粉体を成形する工程、成形体を１１００〜１３００℃で焼成発泡させる本焼成工程を有することを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
（４）上記(3)の製造方法において、流動状態で加熱する仮焼工程に代えて、原料粉体を６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５％以下に低減し、さらにこの仮焼した原料粉体を均一に攪拌する仮焼攪拌工程を有する人工軽量骨材の製造方法。
（５）未燃カーボン量２.０％以上の原料粉体を用い、これを流動状態で仮焼し、または仮焼後に均一攪拌することによって、未燃カーボン量０.２５％以上〜１.５以下に低減する上記(3)または(4)の製造方法。
（６）原料粉体の仮焼手段としてサイクロン式プレヒータ、気流炉、または流動焼成炉を用い、あるいはロータリキルンないしシンターバンド炉に攪拌手段を接続した焼成装置を用いる上記(3)〜(5)の何れかに記載する製造方法。
（７）上記(3)〜(6)に記載する何れかの方法によって、絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下の人工軽量骨材を製造する方法。

〔具体的な説明〕
本発明の軽量骨材は、絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下であることを特徴とする人工軽量骨材である。骨材の絶乾比重が小さく、かつ圧壊強度が大きいほど、コンクリートの強度向上および軽量化において有利であり、このためには、絶乾比重１.５以下および圧壊強度８００Ｎ以上の軽量骨材が好ましく、さらに好ましくは、絶乾比重１.５以下、圧壊強度１０００Ｎ以上、２４時間吸水率０.７％以下であって真空吸水率１.０％以下が良い。

また、軽量骨材中の未燃カーボン量が０.２５％より多いと、２４時間吸水率および真空吸水率が上記基準値（２４時間吸水率１.０％および真空吸水率２.０％）より高くなる傾向があるので、本焼成による発泡後の軽量骨材中に含まれる未燃カーボン量は０.２５％未満であるものが好ましく、０.１以下がより好ましい。

本発明の上記軽量骨材は、（イ）未燃カーボンを含有する原料粉体を流動状態で６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５以下に低減する仮焼工程、仮焼した原料粉体を成形する工程、成形体を１１００〜１３００℃で焼結発泡させる本焼成工程を有する製造方法によって得ることができる。さらに、（ロ）この製造方法において、流動状態で加熱する仮焼工程に代えて、原料粉体を６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５％以下に低減し、さらにこの仮焼した原料粉体を均一に攪拌する仮焼攪拌工程を有する製造方法によって得ることができる。

原料は頁岩、流紋岩、真珠岩、黒曜石などのガラス成分を含む岩石、フライアッシュ等の石炭灰などの軽量骨材原料として従来用いられているものを使用することができる。これらを必要に応じて粉砕または解砕し、粒度を整えて原料粉体として用いる。原料粉体の粒径は仮焼工程で原料粉体を流動状態で仮焼することができる程度である。具体的には例えば１５μm前後の粒径であれば良い。

一般に軽量骨材は、１０５０℃〜１３００℃以下で加熱分解する炭化物を発泡成分とし、この発泡成分と共に上記原料粉末を焼成して軽量骨材を製造する。この炭化物は発泡に必要な量だけ含有すればよく、従来の製造方法では過剰量の炭化物（未燃カーボン）を含有する原料粉末は好ましくない。従来の人工軽量骨材の製造方法では、未燃カーボン量が多い原料粉末を用いると、発泡後の軽量骨材中に残留する未燃カーボン量も多く、また焼成工程で発泡過剰になって外部に通じる開口気泡が多くなり、このため吸水率等が大幅に高くなるので本発明が目的とする高強度低吸水率の軽量骨材を得ることができない。

一方、本発明の製造方法によれば、未燃カーボン量の多い原料粉体を成形前に仮焼して予め未燃カーボンを燃焼除去し、その後に成形ないし造粒し、これを本焼成して発泡させれば、焼成後の軽量骨材に残存する未燃カーボン量を低減することができる。具体的には、例えば、未燃カーボン量２〜５％の原料粉体、あるいは未燃カーボン量５％以上の原料粉体をを用いても、高強度であって吸水率等が低い本発明の軽量骨材を得ることができる。

未燃カーボン量を低減する上記仮焼工程は原料粉体の成形前に行う必要がある。従来、原料粉体を造粒した後に、温度を段階的に高めて造粒体を二段焼成する方法が知られているが、原料粉体を成形した後は未燃カーボンが造粒体の内部に閉じ込められるので、未燃カーボンを十分に燃焼除去することができず、発泡焼成後の軽量骨材中に残留する未燃カーボン量を０.２５％以下に低減するのが難しい。

さらに、上記仮焼工程は原料粉体を流動状態で行うのが良い。原料粉体を流動状態で仮焼する手段としては、サイクロン式プレヒータ、気流炉、または流動焼成炉を用いることができる。トンネル炉のように、原料粉体を堆積した状態のまま焼成すると、未燃カーボンを均一に燃焼除去することができず、これを成形したときに未燃カーボンが偏在して開放気泡を形成しやすくなり、目的の物性値を有する軽量骨材を得るのが難しい。

なお、原料粉体を流動状態で仮焼する方法に代えて、ロータリキルンやシンターバンド炉に攪拌手段を接続した焼成装置を用い、原料粉体をロータリキルンやシンターバンド炉で仮焼した後に、この仮焼した原料粉体を均一に攪拌して成形すれば、未燃カーボンの偏在を防止することができる。

流動状態での仮焼工程または仮焼攪拌工程における仮焼温度は、何れも６００〜１０５０℃以下が適当であり、この仮焼工程によって原料粉体中の未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５以下に低減する。仮焼温度が６００℃より低いと未燃カーボンを十分に除去することができなず、一方、仮焼温度が１０５０℃より高いと原料が粉末状態のままカーボンが発泡するので本焼成での発泡作用を低下させ、また未燃カーボンを過剰に燃焼して必要量の未燃カーボン量を失わせるので好ましくない。なお、この仮焼工程は原料中の過剰な未燃カーボンを燃焼除去する工程であるので、燃焼雰囲気は大気下または酸化雰囲気が好ましく、一般に焼成コストの増大を伴う非酸化性雰囲気下での焼成は必要としない。

仮焼後の原料粉体に含まれる未燃カーボン量は０.２５％以上〜１.５以下が好ましい。この未燃カーボン量が０.２５％より少ないと、本焼成においてカーボンの燃焼による発泡が不十分になる。一方、仮焼後の未燃カーボン量が１.５％より多いと、本焼成工程で成形体の焼結途中で発泡が生じ、外部に通じる開放気泡が生じやすくなるので、低吸水率の軽量骨材を得ることができない。

上記仮焼工程ないし仮焼攪拌工程によって均一に仮焼した原料粉体を成形する。成形手段は圧縮成形、攪拌成形、転動造粒など何れの手段でも良い。通常、軽量骨材はコンクリートの粗骨材として用いられるので、成形体の粒径は５〜１５mm程度あれば良い。

成形体ないし造粒体を１１００℃〜１３００℃に焼成（本焼成）し、表面を溶融ガラス化して内部ガスを閉じ込めると共に、内部の未燃カーボン等を燃焼させてガス化させ、内部に閉じ込めたガス成分の発泡膨張によって軽量化する。焼成温度が１１００℃より低いとこの発泡膨張が不十分になる。一方、１３００℃より高い温度で焼成すると成形体の形状が崩れ、また内部で膨張した気泡が表面から破れて開放気泡となりやすく、吸水率の小さい骨材を得ることができない。

本焼成を行う装置としては、ロータリーキルン、シンターバンド炉等を用いることができる。必要に応じ、本焼成の温度を段階的に調整して多段に焼成し、あるいは複数回焼成を行っても良い。また、ロータリーキルン等から排出された飛散微粒子を集塵器によって捕集し、原料粉体に混合して再利用することができる。本焼成後、室温で自然冷却して軽量骨材製品を得る。

本焼成において、発泡後の軽量骨材中に含まれる未燃カーボン量を０.２５％未満にし、好ましくは未燃カーボン量を０.１以下にする。軽量骨材中の未燃カーボン量が０.２５％より多いと、２４時間吸水率および真空吸水率が上記基準値（２４時間吸水率１.０％および真空吸水率２.０％）より高くなる傾向があるので、目的の低吸水率の軽量骨材を得ることができない。

以上のように上記製造方法によれば、絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下、好ましくは圧壊強度１０００Ｎ以上、２４時間吸水率０.７％以下であって真空吸水率１.０％以下、発泡後の軽量骨材中に含まれる未燃カーボン量０.２５％未満、好ましくは０.１以下の人工軽量骨材を得ることができる。

本発明の軽量骨材は、絶乾比重１.５以下であって圧壊強度８００Ｎ以上の高強度軽量骨材であるので、高強度軽量コンクリートの粗骨材として最適である。また、２４時間吸水率が１.０％以下好ましく０.７％以下であって、真空吸水率が２.０％以下好ましくは１.０％以下であり、吸水率が極めて低いのでプレウェッティングの必要がなく、ポンプ圧送性がよい。特に真空吸水率が低いので耐凍害性に優れる。因みに、凍結環境下では骨材の僅かな吸水量でもその凍結と融解による応力の変動が作用するので、２４時間吸水率や加圧吸水率だけでは耐凍害性を高めるには十分ではなく、真空吸水率を低下させることが耐凍害性を高める大きな要因の一つである。

以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に示す。各例において、原料は粒径１５μm以下に粉砕したものを用い、造粒したものは粒径４〜１４mmに調製した。仮焼工程は表示する装置を用い、本焼成はロータリーキルンを用いた。製造した骨材の圧壊強度はオートグラフによって測定し、２４時間吸水率は絶乾状態の骨材を水に２４時間浸漬したときの吸水率を測定した。真空吸水率は骨材を−７６０mmHgの真空下に１０min保持したときの吸水率を測定した。また、骨材中の残留未燃カーボン量は炭素分析計（島津社製）によって測定した。

表１に示す原料（仮焼前の未燃炭素量２〜３％）を用い、表示する条件下で原料粉体を仮焼し、仮焼後に成形（造粒）して本焼成を行い、軽量骨材を製造した。製造した軽量骨材の２４時間吸水率および真空吸水率、圧壊強度を表１に示した。

表１に示すように、本発明の軽量骨材は何れも骨材製品中の未燃カーボン量が０.２５％以下、２４時間吸水率１.０％以下、真空吸水率２.０％以下、および絶乾比重０.９以下であって、圧壊強度４０ＭPa以上であり、ポンプ圧送性および耐凍害性に優れる。一方、比較試料Ｂ１は仮焼後の未燃カーボン量が少ないために本焼成での発泡が不十分であり、従って絶乾比重が大きい。また、比較試料Ｂ２は仮焼後に均一攪拌しないために原料粉体の未燃カーボンが偏在しており、従って軽量骨材の吸水率が基準値より高い。比較試料Ｂ３は仮焼後の未燃カーボン量が多すぎるため、製品中に残留する未燃カーボン量も多く、吸水率が基準値よりかなり高い。また、比較試料Ｂ１〜Ｂ３は何れも圧壊強度が２５ＭPa以下である。

Claims

絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下であることを特徴とする人工軽量骨材。
未燃カーボン量が０.２５％未満である請求項１の人工軽量骨材。
未燃カーボンを含有する原料粉体を流動状態で６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５％以下に低減する仮焼工程、仮焼した原料粉体を成形する工程、成形体を１１００〜１３００℃で焼成発泡させる本焼成工程を有することを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
請求項３の製造方法において、流動状態で加熱する仮焼工程に代えて、原料粉体を６００〜１０５０℃以下に加熱して未燃カーボン量を０.２５％以上〜１.５％以下に低減し、さらにこの仮焼した原料粉体を均一に攪拌する仮焼攪拌工程を有する人工軽量骨材の製造方法。
未燃カーボン量２.０％以上の原料粉体を用い、これを流動状態で仮焼し、または仮焼後に均一攪拌することによって、未燃カーボン量０.２５％以上〜１.５以下に低減する請求項３または４の製造方法。
原料粉体の仮焼手段としてサイクロン式プレヒータ、気流炉、または流動焼成炉を用い、あるいはロータリキルンないしシンターバンド炉に攪拌手段を接続した焼成装置を用いる請求項３〜５の何れかに記載する製造方法。
請求項３〜６に記載する何れかの方法によって、絶乾比重１.５以下、圧壊強度８００Ｎ以上、２４時間吸水率１.０％以下であって真空吸水率２.０％以下の人工軽量骨材を製造する方法。