JP2896300B2 - 陶磁器質舗道材とその製造方法 - Google Patents

陶磁器質舗道材とその製造方法

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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は陶磁器質の舗道材とその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の陶磁器質タイルやレンガ、陶板、
平板の製造方法としては、例えば粘土、長石、珪石を主
原料とした素地土をそのまま成形するか、あるいは該素
地土を微粉砕して得られるスプレードライ粉やフィルタ
ープレス粉のような、いわゆる磁器土を成形して焼成す
る方法が行われている。
【0003】上記素地土もしくは磁器土における珪石−
長石−粘土の3成分は、例えば図1のダイヤグラムにお
いて斜線部で示す範囲で配合され、かかる組成の化学成
分はSiO2-Al2O3-CaO-R2Oであり(但し、R:Naまたは
K)、SiO2:55 〜75%,Al2O3:25〜18% をベースとしてCa
O:0.1 〜4%,Na2O:0.5 〜2%,K2O:1.5〜5%,Fe2O3:0.1〜4%
の割合である。
【0004】さらに上記素地土に対して顔料やガラス化
しやすい物質等の副原料を添加することによって、焼成
された製品の表面に黒色あるいは黒褐色の斑点や趣のあ
る凹凸模様を形成する手法が実施され、多様なデザイン
の製品を提供することも行われる。
【0005】上記副原料として、例えば下水道汚泥溶融
スラグや湖沼、河川から回収されたヘドロの乾燥粉、あ
るいは廃タイル屑やガラス屑等の廃棄物を活用できるこ
とも確認されており、原材料コストの削減や資源のリサ
イクル活用をも可能とするとともに上記廃棄物処理に伴
う環境問題をも解決するところから、近年種々の適用例
が報告されている。特に上記廃棄物を添加した素地土で
製造される製品の有用な用途に舗道材があり、在来のコ
ンクリート製の舗石やアスファルトに代えて敷設するこ
とによって都市の美観の向上をも果たすことができるこ
とになる。
【0006】近年ではさらに廃棄物の有効利用を進める
ために、上記素地土の全量を、例えば上記下水道汚泥溶
融スラグだけ、あるいはヘドロの乾燥粉だけで構成する
ようにした陶磁器質舗道材も提供されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような下水道汚泥溶融スラグや湖沼、河川から回収され
たヘドロの乾燥粉、あるいは廃タイル屑やガラス屑等の
廃棄物だけで原料を構成した場合、以下のような要因に
よるものと推定される不都合が生じる。
【0008】すなわち、上記素地土においては、平均的
な溶融温度は1350〜1380℃程度であるが、該溶融温度に
達する以前の1050〜1150℃の温度域で局部的に融液が生
成されることがわかっており、かかる低温域での融液は
温度の上昇とともに漸増する。このとき上記珪石−長石
−粘土の3成分で構成された在来の素地土では比較的高
い融点のSiO2-Al2O3系成分が上記融液の周囲に存在する
ところから、該SiO2-Al2O3系成分を融かしこんだ融液の
融点が上昇するので、融液の急激な増量が抑制される。
【0009】それに対して上記廃棄物だけで構成した素
地土を成形して焼成すると、上記低温域での融液が生成
されたとき、その周囲のSiO2-Al2O3系成分が不足する傾
向にあり、上記融液が急激に増量して発泡したり、成形
体の融け流れを起こすことが多く、採算ベースに見合う
歩留まりが得られ難い。
【0010】また、上記廃棄物には微細な粒度成分が多
いため、成形時の脱気性が悪く、成形後の乾燥時におい
ても収縮が生じる等、特に一定の寸法精度が要求される
舗道材に不適当であり、歩留まりが低下することは不可
避であった。
【0011】さらに上記廃棄物だけを素地土とした製品
の機械的強度は比較的低く、舗道材に必要とされる強度
を満たすことは困難であった。以上のような不都合を解
消するために、例えば上記廃棄物を所定粒度に造粒した
後、ロータリキルン等で焼成した骨材を製造しておき、
該骨材と上記原料とを配合し、適当な粒度組成として製
造する方法や、混練時にはセメントや無機/有機バイン
ダーを添加する方法、あるいはハイアルミナ質耐火原料
のような高融点材料を添加することによって焼成時の融
け流れを抑制する方法等、上記の問題を解決するための
手段は種々存在するが、これでは却ってコストアップに
つながることになる。
【0012】本発明は上記従来の事情に鑑みなされたも
のであって、廃棄物質で原料の全てを構成しながらも、
製品歩留まりが高く、しかも表面性状に趣のある陶磁器
質の舗道材を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、廃棄
物より生成される下記の物質を構成材料とする陶磁器質
舗道材であって、粒径3〜1mmのセルベン及び/また
はタイル屑:20〜40重量%、粒径3〜1mmの下水
道汚泥溶融スラグ及び/または高炉スラグ:10〜30
重量%、粒径1mm以下の湖沼ヘドロ乾燥粉及び/また
は都市ゴミ焼却灰:5〜40重量%、微粉状で融点15
00℃以上のSiO2-Al2O3系質廃棄粉:10〜30重量%、
上記〜の原料を混練・成形した後、1050〜13
00℃で焼成するようにして製造される陶磁器質舗道材
である。
【0014】
【作用】上記の構成によれば、粒径3〜1mmのセルベ
ン及び/またはタイル屑と、同じく下水道汚泥溶融ス
ラグ及び/または高炉スラグとは粗骨材として配合され
るものであり、成形時の脱気性を向上させるとともに、
乾燥時の素地の収縮を抑制することができる。しかも上
記下水道汚泥溶融スラグ及び/または高炉スラグは焼
成時に溶融して、周囲の気孔を通じて浸透・拡散し、こ
れによって該舗道材表面に黒色もしくは黒褐色の斑点を
散在せしめる。
【0015】一方、粒径1mm以下の湖沼ヘドロ乾燥粉
及び/または都市ゴミ焼却灰や、微粉状のSiO2-Al2O3
系質廃棄粉は、上記、の原料の空隙マトリックス部
を充填することになり、成形時の加圧によって締まりや
すい素地土を得ることができる他、焼成によって上記空
隙マトリクス部内において収縮を起こし、スポンジ構造
を形成させることができる。
【0016】さらにSiO2-Al2O3系質廃棄粉は以下のよ
うな特有の作用を奏する。すなわち、これによって石英
−長石−粘土系を原料とする一般的な陶磁器において適
量存在するSiO2-Al2O3成分を、本発明の素地土にも配合
することになり、焼成過程における急激な融液の増量を
抑制することができる。しかもSiO2-Al2O3系質廃棄粉
を微粉で配合するようにしているのでマトリクス中に上
記SiO2-Al2O3成分を広く分布させることができ、これに
よって融液の急激な増加にとなう発泡や融け流れを効果
的に抑制することができる。
【0017】従ってこのようなSiO2-Al2O3系質廃棄粉と
しては、融点が1500℃未満のものは低温で溶融を開始す
るところから上記作用を奏することができず排除される
べきであり、また微粉よりも粒度の大きな粒子で構成さ
れるとマトリクス中にSiO2-Al2O3成分が偏在することに
なり、局部的に著しい収縮や軟化発泡を引き起こす恐れ
があり好ましくない。
【0018】これらSiO2-Al2O3系質廃棄粉としての適性
を有する物質は、例えば石炭火力発電所で生成されるフ
ライアッシュより選別される他、レンガ工場の集塵装置
で回収された集塵粉やレンガの破砕粉等を挙げることが
できる。
【0019】従って、以上のような〜の各構成材料
による作用がバランスよく発現されるためには、上記開
示したような配合量とする必要があり、該配合量から逸
脱した場合には以下のような問題が生じる。
【0020】すなわち、セルベン及び/またはタイル
屑の配合量が20重量%未満であると、粗骨材が不足す
ることになって成形時の脱気性が低下したり、乾燥時の
収縮が過大となって歩留まりが低下する一方、40重量
%を超えると逆にマトリクスが粗となって所要の強度の
製品が得られない。
【0021】また下水道汚泥溶融スラグ及び/または
高炉スラグは焼成時に溶融して製品表面に黒色または黒
褐色の斑点を生成させるために配合されるものであるか
ら、配合量が10重量%未満であると生成量が不足して
所期の効果が期待できず、30重量%を超えると焼成時
に溶融する成分が過量となって変形することがあるため
好ましくない。
【0022】粒径1mm以下の湖沼ヘドロ乾燥粉及び/
または都市ゴミ焼却灰の配合量が5重量%未満である
と、緻密な製品が得られ難く、逆に40重量%を超える
と相対的にSiO2-Al2O3成分が不足するので焼成時の発泡
や融け流れが生じて変形の生じる恐れがある。
【0023】さらにSiO2-Al2O3系質廃棄粉が10重量
%未満の配合量であると、上記変形を招き、30重量%
を超えるとマトリクス内での焼結が生じ難く製品の機械
的強度が不足することとなる。
【0024】尚、本発明では上記構成原料の他に着色材
を添加することを妨げるものではなく、酸化鉄を含有す
る赤泥、酸化鉄塵や黒色発色材としてMnケーキ等を添
加することができる。
【0025】
【実施例】以下、本発明に関し、実施例に基づいて説明
する。表1は下記の実施例において使用された各構成材
料の化学組成及び物性を示すものであり、表2は下記の
実施例1〜5及び従来品の配合とそれによって得られた
製品の物性値を示す。
【0026】尚、各製品の物性値は以下のようにして測
定した。○焼成収縮率:JIS R2208(耐火れん
がの残存膨張収縮率の試験方法)に準じ、0.05mmまで測
定できる長さ計を用いて次式によって算出。
【0027】L0 =(l1 −l0 )/l0 ×100 但し、l0 :試験片の両端面間の初期平均長さ(mm) l1 :試験片の両端面間の加熱後平均長さ(mm) ○寸法:JIS R2202に準じ、1mm単位で測定で
きる長さ計を使用。
【0028】○曲げ強さ:JIS R2213に準じ、
105〜120℃で乾燥させた試験片を3点曲げ試験に
より加圧速度50〜60kg/secで加圧し、最大荷重を測
定し次式で算出した。
【0029】曲げ強さ(kgf/cm2 )=(3×最大荷重×
支持ロール 間距離)/{2×試験体の幅×(試験体の厚
さ)2 } ○圧縮強さ:JIS R1250に準じ、105〜12
0℃で乾燥させた試験片を加圧速度10〜15kg/secで
加圧し、最大荷重を測定し次式で算出した。
【0030】圧縮強さ(kgf/cm2 )=最大荷重/(加圧
面の縦寸法×同横寸法) ○吸水率:JIS A5209(陶磁器質タイル)に準
じ、105〜120℃で乾燥させた試験片の質量を測定
した後、水中に24時間浸漬し、直ちに飽和質量を測定
し、次式で算出。
【0031】吸水率(%)=(飽水質量−乾燥質量)/
乾燥質量×100 ○透水性試験:JIS A6910に準じ、上記水中に
24時間浸漬後の試験片表面にメスピペットの透水試験
器具をセットし、高さ250mm まで水を入れ、1ml減少す
る時間を測定し、次式によって透水率を算出。
【0032】透水率(ml/hr) =3600/(1ml減少す
る時間)(sec) ○すべり抵抗試験:JIS A1407に準じ、すべり
試験機に試験片を固定し、次式で床すべり係数Uを算出
し、得られた値をASTEM E303のBPN 値に換算する。
【0033】U=E/(P×D) 但し、U:床すべり抵抗係数,E:ハンマーの振り上が
り位置の目盛り(kgcm) ,P:バネ力(3kgで換
算),D:試験片の接触距離(cm)…90±5mm 。 <実施例1>表1に示す材料を表2の相当する実施例の
欄に示す組成で配合し、混練水分を外掛け5重量%添加
して充分混練し、800Tプレスで 234×116 mmの金型
を用いて厚さ48mmの成形体を6個同時に成形し、嵩比重
2.00のれんが素地を得た。
【0034】テストハンマーで打音テストを行ったとこ
ろラミネーションの発生は認められず、この素地を12〜
24時間室内で常温乾燥した後、ムライト−コージライト
製の匣に載置して焼成帯最高温度1220±10℃で稼働して
いるトンネルキルンの台車の上段に積載し、焼成を行っ
た。
【0035】得られた舗道材は黒褐色で黒の斑点模様を
有するデザイン性豊かな表情をもち、すべり抵抗値:BPN
70以上のノンスリップ性を示し、且つ3〜10%の吸
水率を有するものである。
【0036】<実施例2>表1に示す材料を表2の相当
する実施例の欄に示す組成で配合し、混練水分として有
機分散剤「サンエキス(商標名)」の0.5%溶液を外
掛け5%添加し、上回りロールミキサで20分間混練
し、素地土を得た。この素地土を上記実施例1と同条件
で成形し、トンネンキルンにて1170℃の温度で焼成して
舗道材を得た。
【0037】表面色は濃茶色を呈し、焼成時に5%の収
縮を起こし、部分的に発泡が見られたが、割れや膨れ等
の欠陥は認められず良好な舗道材が得られた。特に曲げ
強度は15MN/m2 と高く強度が得られ、車道に敷設した
が割れは全く発生しなかった。
【0038】<実施例3>表1に示す材料を表2の相当
する実施例の欄に示す組成で配合し、混練水分を外掛け
5重量%添加して、上記実施例1と同様混練・成形を行
った後、1140℃で焼成したところ灰色の黒色斑点のある
高強度で、すべり抵抗値の高い焼結体を得た。
【0039】<実施例4>表1に示す材料を表2の相当
する実施例の欄に示す組成で配合し、混練水分として有
機分散剤「サンエキス(商標名)」の 0.5%溶液を外掛
け5%添加し、実施例2と同じ条件で混練・成形した
後、1100℃で焼成したところ、7%の焼成収縮を示し、
赤からピンク色を呈した。
【0040】<実施例5>表1に示す材料を表2の相当
する実施例の欄に示す組成で配合し、混練水分として有
機分散剤「サンエキス(商標名)」の 0.5%溶液を外掛
け5%添加し、実施例2と同じ条件で混練・成形した
後、1170℃で焼成したところ、白色ですべり抵抗値BPN=
45の舗道材に適した製品を得た。
【0041】<比較例>表1に示すように石英、長石、
粘土の3成分よりなる素地土を上記実施例1に記載の成
形した要領で成形を行い、1300℃で焼成した。得られた
製品は緻密で、高い強度であるものの、表面が極めて滑
りやすく、透水性の全くないところから舗道材としての
適性に欠ける。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】以上のように実施例1〜4は、廃棄処分も
しくは埋め立て処分しかできなかった産業廃棄物を高い
付加価値を有する製品の原料として再利用することがで
きるものであり、しかもこれによって得られる製品の表
面には独特の風合いの凹凸や斑点を形成することができ
る。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、セルベ
ン、タイル屑、下水道汚泥溶融スラグ、高炉スラグ、湖
沼ヘドロ乾燥粉、都市ゴミ焼却灰、SiO2-Al2O3系質廃棄
粉のように、主に廃棄処分に付された物質を、既述の配
合で成形・焼成することにより、舗道材に求められる透
水性や強度を備えながらも、表面に趣きのある凹凸や斑
点を備えることによって都市の美観をも向上させること
のできる極めて付加価値の高い陶磁器質舗道材を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】陶磁器の素地土の構成成分の配合を示すダイヤ
グラムである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 33/13

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 廃棄物より生成される下記の物質を構成
    材料とする陶磁器質舗道材。 粒径3〜1mmのセルベン及び/またはタイル屑:20
    〜40重量% 粒径3〜1mmの下水道汚泥溶融スラグ及び/または高
    炉スラグ:10〜30重量% 粒径1mm以下の湖沼ヘドロ乾燥粉及び/または都市ゴ
    ミ焼却灰:5〜40重量% 微粉状で融点1500℃以上
    のSiO2-Al2O3系質廃棄粉:10〜30重量%
  2. 【請求項2】 吸水率が2〜10%のスポンジ構造とし
    た請求項1に記載の陶磁器質舗道材。
  3. 【請求項3】 上記請求項1に記載の〜の原料を混
    練・成形した後、1050〜1300℃で焼成するよう
    にした陶磁器質舗道材の製造方法。
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