JP2009046346A

JP2009046346A - シャモット及びシャモットを配合した粘土瓦

Info

Publication number: JP2009046346A
Application number: JP2007213351A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Inayoshi; 辰夫稲吉; Fukuzo Matsushita; 福三松下; Yuichi Kobayashi; 雄一小林
Original assignee: Aichi Prefecture; Nagoya Denki Educational Foundation; Takahama Industry Co Ltd
Current assignee: Aichi Prefecture; Nagoya Denki Educational Foundation; Takahama Industry Co Ltd
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-20
Also published as: JP5145579B2

Abstract

【課題】シャモットを大量に配合することが可能であって、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低い粘土瓦を提供すること。
【解決手段】粒径が１２５μｍ以下であって平均粒径が１〜１０μｍであるシャモットと、瓦用粘土と、可塑性付与剤と、粘結剤とを配合した粘土瓦。
【選択図】図１

Description

本発明は、粘土瓦の原料の一部であるシャモット、及びシャモットを配合した粘土瓦に関する。

粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などは、年々大量に発生している。
昨今、地球環境への配慮から、不良品の瓦については粉砕されてシャモットとされ、窯業製品の原料の一部として再利用されているものの、その再利用の割合は現実には少なく、シャモットが過剰供給気味となっている。
廃棄瓦については、再利用の見通しがつかないことから、単に廃棄物として埋め立てられているのが現状である。
このようなことから、廃棄瓦についても粉砕してシャモットとし、不良品の瓦を粉砕したシャモットとともに、窯業製品の原料の一部として再利用されることが求められ、特に、粘土瓦の原料の一部として大量に再利用されることが求められている。

従来、シャモットを配合した粘土瓦の製造においては、粒径０．５〜１ｍｍが２０〜５０重量％、０．５ｍｍ未満が５０〜８０重量％であるセルベン粉砕物（予め焼結させたセラミック材料の総称。シャモットを含む。）を粘土原料に５〜２５重量％配合するとともに、タルク粉末を配合して素地土を成形し、乾燥した後、焼成する高強度の粘土瓦の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この従来例においては、シャモット等のセルベン粉砕物の配合量が５〜２５重量％にとどまり、大量のセルベン粉砕物の粘土瓦への配合が困難であった。

そのほか、瓦用粘土に、木節粘土、ワラストナイト、石灰などの粘結剤を３〜１５重量％配合するとともに、粒径１ｍｍ以下のシャモットを１５〜５５重量％配合した後、成形し、焼成する粘土瓦が知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この従来例においては、粒径１ｍｍ以下のシャモットを大量に配合して粘土瓦のリサイクル化を図れるものの、シャモットの配合量を多くするに比例して、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率が高まるおそれがあった。

なぜなら、微粉砕されたものではない、粒径１ｍｍ以下程度の粗いシャモットでは、瓦用粘土に配合して粘土瓦を製造した際に、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まらないため、密度が低くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が大きなものとなって焼結性が低下し、全体の密度が低くなってしまうからである。
特開平９−１９４２５０号公報特開２０００−２５６０５６号公報

この発明が解決しようとする課題は、シャモットを大量に配合することが可能であって、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低い粘土瓦を提供することである。

第１の課題解決手段は、
後に瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合するための瓦用原料の一部であって、粒径が１２５μｍ以下であり、平均粒径が１〜１０μｍであるシャモットである。

第２の課題解決手段は、
第１の課題解決手段のシャモットであって、１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜１２５μｍが６重量％以下のものである。

第３の課題解決手段は、
第１の課題解決手段のシャモットであって、１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜６３μｍが５重量％以下、６３〜１２５μｍが１重量％以下のものである。

第４の課題解決手段は、
第１〜３のうちいずれかの課題解決手段であるシャモットと、瓦用粘土と、可塑性付与剤と、粘結剤とを配合した粘土瓦である。

第５の課題解決手段は、
第４の課題解決手段である粘土瓦であって、前記シャモットの配合率を全体の２５〜６０重量％とし、前記瓦用粘土の配合率を全体の４０〜７５重量％としたものである。

第１の課題解決手段は、上記のように構成されているから、以下の作用効果を奏する。
一般的な瓦用粘土は１２５μｍ以上の粗粒子を１０〜２０重量％含んでいる。
この粗粒子の多くは石英であり、材料強度を低下させる破壊源となることが知られている。
第１の課題解決手段であるシャモットは、上記の構成のように、微粉砕されたものであることから、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいない。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、シャモットの配合割合に応じて、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。

また、上記シャモットは、微粉砕されたものであることから、比表面積が大きく、活性化されたものとなっているため、焼結性に優れ、約１０００℃以上で焼成されると粒子自身が焼き締まって密度が高くなる。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まって密度が高くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が微細なものとなって、焼結性が高まり、全体の密度を高めることができるため、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率を低くすることができる。

第２の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第１の課題解決手段と同様な作用効果を奏する。
第３の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第１の課題解決手段と同様な作用効果を奏する。

第４の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第１の課題解決手段と同様な作用効果を奏するほか、以下の作用効果を奏する。
可塑性付与剤の働きによって、可塑性の低い性質を持つシャモット全体の可塑性を高めるとともに、粘結剤の働きによって、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力を高めることができる。
このため、瓦用粘土に大量のシャモットを配合したとしても、原料全体の成形性を高めることができ、所望の瓦形状に成形することができる。

第５の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第４の課題解決手段と同様な作用効果を奏するほか、以下の作用効果を奏する。
原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を最大６０重量％減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度をいっそう高くするとともに、吸水率をいっそう低くすることができる。
このため、シャモットを大量に配合した粘土瓦を提供することができるため、大量のシャモットを再利用することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、粘土瓦の原料の一部であるシャモット、及びシャモットと瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤とを配合した粘土瓦である。

前記シャモットについて説明する。
前記シャモットは、粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などを、すべての粒径が１２５μｍ以下であって、平均粒径が１〜１０μｍの範囲となるように、破砕機等によって破砕した後、粉砕機等によって微粉砕し、必要に応じて、分級機等によって分級したものである。
なお、上記シャモットの１〜１０μｍの範囲における平均粒径は、小さければ小さいほど望ましいものとなる。
なお、ここでの「平均粒径」とは、累積粒度分布曲線において、累積５０％目にあたる粒径のことをいう。

また、前記シャモットは、１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜１２５μｍが６重量％以下の範囲にあるものや、１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜６３μｍが５重量％以下、６３〜１２５μｍが１重量％以下の範囲にあるものが望ましい。

上記シャモットは、平均粒径が１〜１０μｍの範囲にある微粉砕されたものであることから、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいない。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、シャモットの配合割合に応じて、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。

前記瓦用粘土について説明する。
前記瓦用粘土は、瓦の製造に用いられる一般的な粘土質原料であって、鉱物組成が、石英、長石、セリサイト、ロウ石鉱物、スメクタイト、緑泥石などであり、化学組成が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）などのものである。

前記可塑性付与剤について説明する。
前記可塑性付与剤は、ベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、又はロウ石のうちいずれかの一種を用いる。
なお、これらの可塑性付与剤は、同時に数種又は全種用いるとしても良い。
これらの可塑性付与剤は、可塑性の低い性質を持つシャモット全体の可塑性を高める働きをする。

前記ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物であって、膨潤性に富んだ性質を持ち、水分を得ることにより自らの体積を何倍にも膨張させることができるものである。
前記木節粘土は、花崗岩に由来する風化堆積粘土であって、炭化した木片を含むものであり、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、石英、モンモリロナイト、イライト、長石などを伴うものである。

前記蛙目粘土は、花崗岩の風化によって生成された粘土であって、石英粗粒子が多く含まれるとともに、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、長石などを伴うものである。
前記ロウ石は、パイロフィライトを含む粘土であって、カオリン、セリサイトを主としたものである。

前記粘結剤について説明する。
前記粘結剤は、リグニン又はフミン酸のうちいずれかの一種を用いる。
なお、これらの粘結剤は、同時に用いるとしても良い。
これらの粘結剤は、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力を高める、いわゆる糊の働きをする。

前記リグニンは、植物の細胞間にある高分子化合物であって、パルプ生産時の副産物である蒸解溶出液を原液として精製されたものであり、リグニンスルホン酸を主成分とした粘結性の高い性質を持つものである。
前記フミン酸は、フミン質（腐植質）を構成する酸性成分の一種であって、バインダー効果を持つものである。

前記シャモットと前記瓦用粘土と前記可塑性付与剤と前記粘結剤との配合は、これらに水を適量加えるとともに、混合機によって行う。
その際、前記シャモットを全体の２５〜６０重量％とし、前記瓦用粘土を全体の４０〜７５重量％とし、前記可塑性付与剤を、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する１〜３重量％とし、前記粘結剤を、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する０．５〜２重量％として配合する。

なお、上記成分の各配合率は、これに限定されるものではなく、前記シャモットと前記瓦用粘土との配合率の組み合わせを様々なものとしても良い。
また、非常に高い可塑性と粘結性とを望む場合には、前記可塑性付与剤と前記粘結剤との各配合率を単に増やしてやれば良い。

上記によって得られた原料は、一般的な瓦の製造方法に準じて、混練機による混練工程を経た後、真空土練機及びプレス機による成形工程を経て所望の瓦形状に成形される。
なお、原料には大量のシャモットが配合されているものの、可塑性付与剤によって、可塑性の低い性質を持つシャモットの可塑性が高められるとともに、粘結剤によって、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力が高められることから、原料全体の成形性が高められ、真空土練機とプレス機とを介して所望の瓦形状に成形することができる。

さらに、真空土練機とプレス機によって所望の瓦形状に成形された荒地は、引き続き、一般的な瓦の製造工程である、乾燥ラインにおける乾燥工程と、施釉ラインにおける施釉工程と、焼成ラインにおける焼成工程とを経て、製品としての粘土瓦に仕上げられる。
この際、配合されたシャモットが微粉砕されたものであり、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいないものとなっていることから、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を最大６０重量％減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。

また、配合されたシャモットが微粉砕されたものであることから、比表面積が大きく、活性化されたものとなっているため、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まって密度が高くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が微細なものとなって、焼結性が高まり、全体の密度を高めることができるため、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率を低くすることができる。

以下、実施例について、表１及び図１を参照しながら説明する。
表１に示すとおり、本発明の実施例との比較例である「瓦用粘土」、「シャモットＡ」、及び「シャモットＢ」と、本発明の実施例である「シャモットＣ」及び「シャモットＤ」の５種類のものを用意し、それぞれの吸水率と曲げ強度の比較測定を行った。
表１の瓦用粘土の原料は、一般的な粘土瓦の原料である瓦用粘土を１００重量％とし、さらに水を適量加えたものである。

表１のシャモットＡの原料は、瓦用粘土を全体の５０重量％とし、シャモットを全体の５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトを、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、粘結剤であって含水率が５０重量％であるリグニンを、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する０．５重量％として配合し、さらに水を適量加えたものである。
シャモットＡにおいて配合されるシャモットは、不良品瓦を破砕機により約１５ｍｍ以下に破砕した後、上記破砕物を回転式縦型ミルにて約０．５ｍｍ（５００μｍ）以下に粉砕したものであり、愛知県陶器瓦工業組合にて市販されているものである。

シャモットＡにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図１に示すとおり、１μｍ以下が０．６重量％、１〜２μｍが２．９重量％、２〜５μｍが７．７重量％、５〜１０μｍが１４．３重量％、１０〜１５μｍが１０．２重量％、１５〜２０μｍが７．２重量％、２０〜２５μｍが６．０重量％、２５〜３０μｍが５．６重量％、３０〜３５μｍが１．６重量％、３５〜４０μｍが１．６重量％、４０〜６３μｍが１０．７重量％、６３〜１２５μｍが２３．０重量％、１２５〜２５０μｍが８．３重量％、２５０〜５００μｍが０．３重量％のものであり、平均粒径が２６μｍのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。

表１のシャモットＢの原料は、シャモットＡの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットＢにおいて配合されるシャモットは、シャモットＡにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約２４時間追加粉砕した後、６３μｍの標準篩いにて分級したものである。
シャモットＢにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図１に示すとおり、１μｍ以下が１．４重量％、１〜２μｍが５．７重量％、２〜５μｍが１５．１重量％、５〜１０μｍが２２．７重量％、１０〜１５μｍが１８．７重量％、１５〜２０μｍが１３．３重量％、２０〜２５μｍが１０．１重量％、２５〜３０μｍが９．０重量％、３０〜３５μｍが１．４重量％、３５〜４０μｍが１．５重量％、４０〜６３μｍが１．１重量％のものであり、平均粒径が１２μｍのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。

表１のシャモットＣの原料は、シャモットＡの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットＣにおいて配合されるシャモットは、シャモットＡにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約４８時間追加粉砕したものである。
シャモットＣにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図１に示すとおり、１μｍ以下が５．８重量％、１〜２μｍが８．２重量％、２〜５μｍが２２．４重量％、５〜１０μｍが２３．０重量％、１０〜１５μｍが１４．６重量％、１５〜２０μｍが９．２重量％、２０〜２５μｍが６．８重量％、２５〜３０μｍが５．９重量％、３０〜３５μｍが１．２重量％、３５〜４０μｍが１．２重量％、４０〜６３μｍが１．５重量％、６３〜１２５μｍが０．２重量％のものであり、平均粒径が８μｍのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。

表１のシャモットＤの原料は、シャモットＡの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットＤにおいて配合されるシャモットは、シャモットＡにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約４０時間追加粉砕した後、４５μｍの標準篩いにて分級したものである。
シャモットＤにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図１に示すとおり、１μｍ以下が３．８重量％、１〜２μｍが６．９重量％、２〜５μｍが１９．４重量％、５〜１０μｍが２４．９重量％、１０〜１５μｍが１８．１重量％、１５〜２０μｍが１２．１重量％、２０〜２５μｍが７．８重量％、２５〜３０μｍが６．４重量％、３０〜３５μｍが０．３重量％、３５〜４０μｍが０．３重量％のものであり、平均粒径が９μｍのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。

上記の各原料を、一般的な瓦の製造方法に準じて、まず、混練機によって混練した後、真空土練機によって、幅３０ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの直方体に成形した。
さらに、上記の各直方体を、乾燥室にて３５℃で１０時間熱風乾燥させた後、電気炉にて、昇温速度を６０℃／ｈとし、かつ、最高温度を１１３０℃として１時間焼成した。
そして、上記によって得られた各直方体の吸水率と曲げ強度を測定した。

吸水率（％）の測定は、次のふたとおり行った。
ひとつめは、２４Ｈ自然吸水法として、各直方体を、水温２０℃の清水中に木端立てし、その上面が水面下１０ｃｍとなるように全形を浸し、２４時間経過した後、清水中から取り出して手早く湿布でふいた後、吸水率を測定した。
ふたつめは、３Ｈ煮沸吸水法として、各直方体を、３時間煮沸し、水温２０℃の清水中にて清水の温度まで冷却した後、清水中から取り出して手早く湿布でふいた後、吸水率を測定した。

曲げ強度（ＭＰａ）の測定は、次のとおり行った。
各直方体を、スパン１５０ｍｍの両端に平行に並べた、２本の直径５ｍｍの鋼製丸棒にて支持した後、直方体の上面の前記スパン中央に、上記２本の鋼製丸棒と平行させて、１本の直径５ｍｍの鋼製丸棒を荷重速度０．５／ｍｉｎにて載荷し、曲げ強度を測定した。

表１の結果から、以下のことが示された。
シャモットＡの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、２４Ｈ自然吸水法においては２．９％も高い８．５％であり、３Ｈ煮沸吸水法においては３．７％も高い１１．２％であった。
また、シャモットＡの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて３ＭＰａも低い１５．３ＭＰａであった。
シャモットＢの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、２４Ｈ自然吸水法においては０．５％も高い６．１％であり、３Ｈ煮沸吸水法においては１．７％も高い９．２％であった。
また、シャモットＢの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて２．１ＭＰａも高い２０．４ＭＰａであった。

シャモットＣの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、２４Ｈ自然吸水法においては０．３％も低い５．３％であり、３Ｈ煮沸吸水法においては１％も低い６．５％であった。
また、シャモットＣの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて３．９ＭＰａも高い２２．２ＭＰａであった。
シャモットＤの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、２４Ｈ自然吸水法においては０．１％も低い５．５％であり、３Ｈ煮沸吸水法においては０．２％も低い７．３％であった。
また、シャモットＤの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて４．１ＭＰａも高い２２．４ＭＰａであった。

したがって、本発明の実施例である、シャモットＣとシャモットＤは、シャモットを大量に配合しているものの、瓦用粘土と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低いものであることが明らかとなった。
なお、本発明の実施例及び比較例の形状は、直方体に成形したものであって、瓦形状に成形したものではないものの、これらの測定結果は、測定対象及び測定方法の内容から、瓦形状に成形した場合における測定結果と同視できるものである。

実施例及び比較例における配合シャモットの粒度分布を示したものである。

Claims

後に瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合するための瓦用原料の一部であって、
粒径が１２５μｍ以下であり、
平均粒径が１〜１０μｍであるシャモット。
１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜１２５μｍが６重量％以下である請求項１記載のシャモット。
１０μｍ以下が５０〜６９重量％、１０〜３０μｍが３０〜４９重量％、３０〜６３μｍが５重量％以下、６３〜１２５μｍが１重量％以下である請求項１記載のシャモット。
請求項１〜３のうちいずれかの請求項に記載のシャモットと、
瓦用粘土と、
可塑性付与剤と、
粘結剤とを配合した粘土瓦。
前記シャモットの配合率を全体の２５〜６０重量％とし、
前記瓦用粘土の配合率を全体の４０〜７５重量％とした請求項４記載の粘土瓦。