JP2966364B2

JP2966364B2 - 焼結体の製造方法および透水性焼結体

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Publication number: JP2966364B2
Application number: JP9010410A
Authority: JP
Inventors: 勝利白石
Original assignee: JANISU KOGYO KK
Current assignee: JANISU KOGYO KK
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JPH10204809A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透水性舗装ブロッ
クまたは外装用陶板などに用いられる透水性焼結体に関
するものであって、特に、火成岩の砕石あるいは砕砂を
その主原料とする焼結体の製造方法および透水性焼結体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、透水性舗装ブロックは次のように
して製造される。例えば、磁器タイル用など通常の陶磁
器用生素地を直径１〜３ｍｍφ程度の粗粒物に成形、焼
成し、得られる焼結粗粒物を骨材とし、これに比較的低
温度で溶融する長石、人工的に生産されたガラスフリッ
トなどを含む溶融材を適宜に添加した配合物を所要の形
状に成形し、焼成すれば、前記粗粒物が相互に融着する
とともに、相互間の空間が無数の連通孔として残留する
ことになる。このように無数の連通孔を内部に持つ板
状、ブロック状の焼結体は、内部の連通孔において水を
透過することができるので、透水性を有するとともに、
高温度で焼結された強度の高いものであるところから、
近年、透水性のある舗装ブロックとして広く用いられる
ようになった。

【０００３】ところが、舗装ブロックは大量に使用され
るところから、安定に生産、供給されることが必要であ
るとともに、特に低コストで生産されることが重要な課
題であった。安定供給という点については、前記方法で
得られる舗装ブロックは好ましいものの、通常の陶磁器
用生素地を応用している点、焼成工程を２回経由する点
でコストダウンが困難であるという問題があった。

【０００４】このような問題を解決するものとして、タ
イル工場などで生じる焼成品カレット、すなわちタイル
の形状不良または色調不良などの廃棄されるべき不良タ
イルに着目して、これらカレットを破砕機で破砕して、
所要の粗粒物を篩分して採取し、これを前記骨材として
応用することが実用化されている。この方法によって、
前記コストの問題はある程度解決できるものの、一方焼
成品カレットは、必ずしも定常的に大量に供給されるも
のではないうえ、供給元の製品の種類によってカレット
の品質も変化するという生産技術上の問題があった。ま
た、前記いずれの製造方法でも、骨材相互を融着するた
めの溶融材には、融点の比較的低い長石または工場生産
品であるガラスフリットを用いているので、この点にお
いてもコストダウンが困難となっていた要因があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、透水性舗装ブ
ロックなどの主要構成材料である骨材として、大量に、
かつ安価に供給可能な天然原料を適用するとともに、同
時に発生する廃物材料などを有効に利用することが可能
となる焼結体の製造方法および透水性焼結体を提供す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するこ
とができた、本発明の焼結体の製造方法は、酸化物組成
でＳｉＯ₂４５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１３〜１８重
量％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量％およびアルカリ金属酸
化物を含有する安山岩質、玄武岩質、角閃岩質または輝
緑岩質などの火成岩の粗粒物からなる骨材に廃泥粘土と
廃釉スラッジを配合した杯土を成形し、焼成して透水性
を有する焼結体を形成することを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、本発明は、前記杯土の成形と同時
に、当該成形物の表層に加飾顔料を添加した加飾杯土を
被覆して一体に成形するか、または成形後に当該成形物
の表層に加飾顔料を添加した加飾杯土を被覆するという
形態に具体化することができる。そして、かくして得ら
れる焼結体は、舗装用ブロックまたは外装用陶板として
ごく好適である。

【０００８】さらに、上記した問題は、酸化物組成でＳ
ｉＯ₂４５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ ₃１３〜１８重量
％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量％およびアルカリ金属酸化
物を含有する安山岩質、玄武岩質、角閃岩質または輝緑
岩質などの火成岩の粗粒物からなる骨材の表面を、廃泥
粘土と廃釉スラッジの混合物とその骨材との溶融反応に
よって生じた結晶物とガラスとが共存する反応層によっ
て平滑な曲面に形成するとともに、前記骨材相互をその
反応層によって結合したことを特徴とする透水性焼結体
によって解決することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の焼結体の製造方法
に係る実施形態について説明する。本発明では、先ず、
骨材として安山岩質、玄武岩質、角閃岩質または輝緑岩
質などの火成岩の粗粒物を用いるところに最大の特長が
ある。表１に産地の異なる火成岩の化学組成を例示して
おくが、本発明において、使用される火成岩は、化学組
成として酸化物組成でＳｉＯ₂４５〜７５重量％、Ａｌ
₂Ｏ₃１３〜１８重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量％お
よび若干のアルカリ金属酸化物を含有するものが必要で
ある。

【００１０】その理由は、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃が多い
場合は、焼結助剤との反応が生じにくく骨材相互の融着
が不十分となり、十分な焼結強度が得られにくいからで
あり、少ない場合は、焼成時に骨材が部分的に溶融する
ようになり形状が保てなくなるからである。また、Ｆｅ
₂Ｏ₃が１２重量％を超える場合には、焼成時に発泡現
象が生じて焼結形状が崩れるようになるからである。

【００１１】また、火成岩の粗粒物として、ＪＩＳ／Ａ
５００１に規定される道路用砕石または砕砂が好適に使
用され得るのである。そして、それら粗粒物は、篩分な
どで整粒処理しておくのがよく、その平均粒径は、砕石
では３〜８ｍｍ、砕砂では３ｍｍ未満の範囲内が好適で
ある。

【００１２】次の特長は、前記骨材に対して廃泥粘土と
廃釉スラッジを配合するところにある。この廃泥粘土
は、前記砕石または砕砂を生産する場合に、篩下の微粒
分として通常は廃棄される部分である。この廃泥粘土の
粒度分布は、１〜５％≧１００メッシュ、１００〜２０
０メッシュが５〜１５％、２００〜３２５メッシュが１
０〜２０％、６０〜８０％≦３２５メッシュの主として
微粒からなり、前記骨材と併用すると振動成形あるいは
加圧成形時に粒子の流れが潤滑になるので、成形助剤と
して機能する利点がある。また、その化学組成は原石に
類似するものの、焼成時に比較的低温度で焼結が始まる
ので、本発明の前記骨材の相互融着に有効であるととも
に、資源を有効に活用できるという利点がある。

【００１３】さらに、廃泥粘土と同時に用いられる廃釉
スラッジは、衛生陶器、陶磁器タイル、食器などを生産
する際に発生する釉薬の廃材である。これには種々の顔
料や融材が雑多に混在するので再生することもできず、
廃棄する以外に仕方がなかったものであるが、もともと
１０００〜１２００℃程度の比較的低温度で溶融するよ
うに調整されたものが多いので、本発明において骨材相
互を強固に融着させるに好ましい焼結助剤としての機能
を持っている。同時に、廃泥粘土の場合と同様に、資源
を有効に活用できるという利点が得られるのである。

【００１４】そして、これらの原料は、砕石が５５〜６
５％、砕砂が１０〜２０％、廃泥粘土が５〜１０％、廃
釉スラッジが１０〜１５％の範囲内に配合されるのが適
当である。なお、その他の原料として、例えば、溶融温
度を調整するためのガラスカレット粉末、可塑性を調整
し、乾燥強度を増加させるためのベントナイトなどの可
塑性粘土などの１０％以内の配合が許容される。ここで
いうガラスカレットとは、ガラス製品の廃棄物あるいは
ガラス工場で発生する不良品を回収したものであって、
リサイクルできる雑ガラスを意味する。

【００１５】このように調整して得られた配合物を水分
が２〜６％程度になるよう調湿して成形用杯土とし、成
形、乾燥、焼成の順に処理して、透水性を有する焼結体
が得られる。この場合、成形方法としては成形型を用い
た加圧成形、または振動成形が特に好適である。焼成
は、トンネルキルン、シャットルキルンのいずれを用い
てもよく、適宜な耐火容器（匣鉢）を使用すればよいが
必須のものではない。また、焼成温度としては、１０５
０℃から１３５０℃の広い温度が適用できるので、この
焼結体専用の焼成窯を設置する必要はなく、他の製品の
焼成温度に合わせて、混焼が可能である。

【００１６】かくして得られる本発明の透水性を有する
焼結体は、透水性舗装ブロックとしての性能基準、例え
ば曲げ強度、３０Ｋｇｆ／ｃｍ²以上（ＪＩＳ／Ａ５２
０９方法）、透水係数、１×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃ以上
（インターロッキングブロック協会法）、すべり抵抗、
ドライ９０以上、ウエット５０以上（ＡＳＴＭ／Ｅ３０
３／６６Ｔ法）等の基準を満足するものであった。

【００１７】また、本発明では、前記杯土の成形と同時
に、当該成形物の表層に加飾顔料を添加した加飾杯土を
被覆して一体に成形するか、または成形後に当該成形物
の表層に加飾顔料を添加した加飾杯土を被覆するという
手段によって、焼結体の表面に適当な彩色を施したり、
保護層を設けることができ、かくして得られる焼結体
は、舗装用ブロックまたは外装用陶板として至って好適
なものとなる。

【００１８】この加飾杯土としては、酸化物組成でＳｉ
Ｏ₂７０〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃１３〜１５％、若干のア
ルカリ酸化物を必須成分とし、他に必要に応じてＦｅ₂
Ｏ₃１〜３％、加飾顔料を配合したものが適当であり、
下地となる前記焼結体に被覆処理するときには、下地の
透水気孔を閉鎖しないように被覆厚さを薄くするか、ま
たはこの加飾杯土中にも前記のような骨材を配合してお
いて透水性を阻害しないようにして被覆するのがよい。

【００１９】

【表１】

【００２０】次に、本発明の透水性焼結体の１実施形態
を説明する。本発明の透水性焼結体は、火成岩の粗粒物
からなる骨材が、その相互間に無数の透水連通孔を形成
しながら実用的な結合強度で焼結体を構成した点を基本
的な構造とする。そして、火山岩としては、酸化物組成
でＳｉＯ₂４５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１３〜１８重
量％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量％およびアルカリ金属酸
化物を含有する安山岩質、玄武岩質、角閃岩質または輝
緑岩質などの火成岩を素材として、破砕、整粒して得た
粗粒物、例えばその平均粒径を３〜８ｍｍとした砕石ま
たは３ｍｍ未満の砕砂を単独、または混合して骨材とす
る。

【００２１】次の重要な特長は、骨材の表面に予め付着
させておいた廃泥粘土と廃釉スラッジの混合物からなる
被覆材が焼成時に溶融することにより、下地の骨材との
間の溶融反応によって生じた結晶物とガラスが共存する
反応層が、その骨材の全表面を被覆して平滑な曲面を形
成するところにある。このように、溶融反応によって生
じる反応層が骨材表面を平滑に被覆することになるの
で、火山岩を破砕した砕石骨材の表面に見られる粗大で
鋭利な形状の多い凹凸がなだらかな曲面形状に改善され
ることにより、相当程度の塵埃まで通過できるので目詰
まりしにくい透水性材料、例えば透水性舗装ブロックと
して、特に好適なものとなる。

【００２２】さらに、前記溶融反応によって生じる反応
層が前記骨材相互を強固に結合しているところに特長が
ある。ここで、被覆材として機能する廃泥粘土と廃釉ス
ラッジの混合物において、その廃泥粘土は、成形時に粒
子の流れを潤滑にする成形助剤として、また廃釉スラッ
ジは、焼成時に自ら溶融することにより骨材の表面を被
覆するとともに、骨材相互を強固に融着し結合する焼結
助剤として機能する。この場合、廃釉スラッジと廃泥粘
土を併用することにより、前記反応層を発生させる溶融
温度を適宜に調節することができる利点がある。

【００２３】本発明のこの透水性焼結体を製造するに
は、記述した本発明の焼結体の製造方法によればよい。
また、原料の配合において、例えば、廃泥粘土５〜１０
％と廃釉スラッジ１０〜１５％を混合した被覆材と、砕
石５５〜６５％、砕砂１０〜２０％の範囲内に調合され
た骨材を配合して、骨材の周囲に被覆材をまぶすように
付着させるのが好ましい。このために、粘着性と乾燥強
度を増すためにＣＭＣ、ＰＶＡのような有機性糊剤を適
宜配合しておくのもよい。なお、その他の原料として、
製造方法の説明中に記載したようにガラスカレット、ベ
ントナイトなどが溶融温度あるいは可塑性などの調整の
ために使用できるのはもちろんである。

【００２４】このように調整して得られた配合物の水分
を２〜６％程度に調湿して成形用杯土とし、成形、乾
燥、焼成の順に処理して、本発明の透水性を有する焼結
体を得ることができる。この場合、先ず、焼成過程にお
いて骨材粒子間に存在する前記被覆材は、溶融が始まる
と見かけの体積が大幅に減少するので、透水孔が無数に
形成されるようになり、次いで骨材表面に付着していた
被覆材部分が溶融を始めるのであるが、表面張力により
骨材表面を平滑な曲面状態に被覆するにいたるのと同時
に、骨材相互が当接している部分では、双方の被覆材が
溶融状態で骨材両者を結合するにいたる。

【００２５】このように、被覆材は溶融して骨材を被覆
するとともに、骨材相互を結合するものであるが、本発
明では、骨材である火成岩の成分と被覆材である廃泥粘
土と廃釉スラッジの成分とが溶融反応により、冷却後に
は高強度の結晶質、例えば、クリストバライトなどに変
化するガラスを形成することから、単にガラス質で結合
した場合と比べて強度の強い焼結体を生産することがで
きる利点がある。

【００２６】

【実施例】次に、本発明を１実施例に基づいて詳細に説
明する。先ず、焼結物の本体を形成するための杯土とし
て、７号砕石６１重量％（以下同じ）、砕砂１５％、廃
釉スラッジ１２％、砕石廃泥粘土５％、ベントナイト３
％、ガラスカレット粉末４％、水分５％を十分に混合
し、本体用生杯土を準備した。

【００２７】また、表層加飾用杯土として、長石７２
％、砕石９％、ガラスカレット粉末１５％、砕石廃泥粘
土４％、ベントナイト３％、水分５％を十分に混合して
準備する。この場合、上記砕石は、火成岩の１種である
関本産角閃岩を破砕して得た砕石であり、その化学組成
は、酸化物組成で大略、ＳｉＯ₂４８％、Ａｌ₂Ｏ₃１
５％、Ｆｅ₂Ｏ₃１１％およびＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合量
４％、その他２０％であった。

【００２８】次いで、前記本体用生杯土を振動成形機に
て、成形型を振動させて２３４×１１５×５５ｍｍの本
体ブロックに１次成形し、さらに、この本体ブロックの
約１０〜１５％の重量に相当する前記表層加飾用杯土を
本体ブロックの周囲に配置させた状態で２次成形を行
い、この本体ブロックの表面に表層加飾用杯土を一体に
被覆した状態の成形ブロックを製作した。

【００２９】この成形ブロックを十分乾燥した後、トン
ネルキルンにて耐火物容器の収容した状態で最高温度１
１５０〜１２００℃の範囲で焼成して、焼結体を製作し
た。かくして得られた焼結ブロックは、曲げ強度約５０
Ｋｇｆ／ｃｍ²（ＪＩＳ／Ａ５２０９に準拠）、透水係
数約５×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃ（インターロッキングブロ
ック協会法に準拠）、すべり抵抗、ドライ１００、ウエ
ット６０（ＡＳＴＭ／Ｅ３０３／６６Ｔに準拠）の諸特
性が認められ、いずれも前記した透水性ブロックの基準
を上回るものであった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の焼結体の製造方法および透水性
焼結体は、以上に説明したように構成されているので、
安山岩などの火成岩の粗粒物である砕石、砕砂を主原料
とするから大幅なコストダウンが可能となるのみなら
ず、安定的に原料が供給できるという効果がある。ま
た、廃棄物である廃泥粘土や廃釉スラッジを活用できる
から、資源の再利用が可能となり、さらにコストダウウ
ンに寄与できるという優れた効果がある。さらに、本発
明の焼結体は、透水孔内面がなだらかであるので目詰ま
りしにくい、強度が強いのみならず、使用後に回収して
再利用することができる、また表面に表層加飾用杯土を
用いる２層構造をとる場合には所望の彩色を施すことが
できるなどの利点も得られる。よって本発明は従来の問
題点を解消した焼結体の製造方法および透水性焼結体と
して、その工業的価値は極めて大なるものがある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化物組成でＳｉＯ₂４５〜７５重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃１３〜１８重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量
％およびアルカリ金属酸化物を含有する安山岩質、玄武
岩質、角閃岩質または輝緑岩質などの火成岩の粗粒物か
らなる骨材に廃泥粘土と廃釉スラッジを配合した杯土を
成形し、焼成して透水性を有する焼結体を形成すること
を特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】前記杯土の成形と同時に、または成形後
に、当該成形物の表層に加飾顔料を添加した加飾杯土を
被覆して一体に成形する請求項１に記載の焼結体の製造
方法。
【請求項３】前記焼結体が舗装用ブロックまたは外装用
陶板である請求項１または２に記載の焼結体の製造方
法。
【請求項４】酸化物組成でＳｉＯ₂４５〜７５重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃１３〜１８重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃２〜１２重量
％およびアルカリ金属酸化物を含有する安山岩質、玄武
岩質、角閃岩質または輝緑岩質などの火成岩の粗粒物か
らなる骨材の表面を、廃泥粘土と廃釉スラッジの混合物
とその骨材との溶融反応によって生じた結晶物とガラス
とが共存する反応層によって平滑な曲面に形成するとと
もに、前記骨材相互をその反応層によって結合したこと
を特徴とする透水性焼結体。