JP3132712B2 - 石炭灰質軽量固化物の製造方法 - Google Patents
石炭灰質軽量固化物の製造方法Info
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭灰を主要成分とす
る固化物である石炭灰質軽量固化物の製造方法に関し、
特に建築用パネル等の建材、人工軽量骨材等の製造方法
を提供するものである。
る固化物である石炭灰質軽量固化物の製造方法に関し、
特に建築用パネル等の建材、人工軽量骨材等の製造方法
を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】エネルギー源として石炭を利用している
火力発電所や各種の工場では、フライアッシュ等の石炭
灰が大量に産出されている（約４００万トン／年）。こ
のうち、有効利用されるものは約４０％にすぎず、残り
の約６０％は埋め立て処分されているのが現状である。
しかしながら、石炭灰の埋め立て処分場を確保すること
は必ずしも容易ではなく、漁業権の保証やリサイクル法
の制定により埋め立て処分場の確保がますます困難にな
ってきている。従って、今後さらに増大するであろう石
炭灰の有効利用が緊急の課題となっている。
火力発電所や各種の工場では、フライアッシュ等の石炭
灰が大量に産出されている（約４００万トン／年）。こ
のうち、有効利用されるものは約４０％にすぎず、残り
の約６０％は埋め立て処分されているのが現状である。
しかしながら、石炭灰の埋め立て処分場を確保すること
は必ずしも容易ではなく、漁業権の保証やリサイクル法
の制定により埋め立て処分場の確保がますます困難にな
ってきている。従って、今後さらに増大するであろう石
炭灰の有効利用が緊急の課題となっている。
【０００３】現在のところでは、石炭灰は特開昭６３−
１７２４７号公報および特開平４−３０５０４４号公報
に示されているように無機質系の建築材料の一原料とし
て提案され、または特開平３−１６１７６号公報に示さ
れているように多孔質の濾過助剤の一原料として提案さ
れている。また、特殊な例としては刊行物「日本工業新
聞：人工海底山脈を石炭灰で構築（平成５年２月２６日
発行）」に示されているように、人工魚礁の一原料とし
ても提案されている。これらの提案のうち建築材料とし
て利用する場合には、石炭灰の大量の利用が期待でき
る。しかし、建築材料として利用するためには、軽量
化、高強度化及び耐水性を図らなければならない。
１７２４７号公報および特開平４−３０５０４４号公報
に示されているように無機質系の建築材料の一原料とし
て提案され、または特開平３−１６１７６号公報に示さ
れているように多孔質の濾過助剤の一原料として提案さ
れている。また、特殊な例としては刊行物「日本工業新
聞：人工海底山脈を石炭灰で構築（平成５年２月２６日
発行）」に示されているように、人工魚礁の一原料とし
ても提案されている。これらの提案のうち建築材料とし
て利用する場合には、石炭灰の大量の利用が期待でき
る。しかし、建築材料として利用するためには、軽量
化、高強度化及び耐水性を図らなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に建築
材料は軽量化を図るため発泡剤を入れたセメント泥漿を
オートクレーブ養生しているが、上記した石炭灰も軽量
建築材料としてＡＬＣ等に一部利用されている。しか
し、その混合比率は必ずしも高くなく、また、石炭灰の
混合比率を４０重量％以上に高めようとする場合には軽
量固化物の強度が低下するという問題があった。また、
水に対する寸法安定性も悪いという欠点があった。ここ
で、水に対する寸法安定性が悪いとは、乾燥−湿潤状態
により固化物の体積変化が大きいことをいう。
材料は軽量化を図るため発泡剤を入れたセメント泥漿を
オートクレーブ養生しているが、上記した石炭灰も軽量
建築材料としてＡＬＣ等に一部利用されている。しか
し、その混合比率は必ずしも高くなく、また、石炭灰の
混合比率を４０重量％以上に高めようとする場合には軽
量固化物の強度が低下するという問題があった。また、
水に対する寸法安定性も悪いという欠点があった。ここ
で、水に対する寸法安定性が悪いとは、乾燥−湿潤状態
により固化物の体積変化が大きいことをいう。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点を解決し
て、石炭灰の混合比率が高く、軽量かつ高強度で、強度
のばらつきが小さく、水に対する寸法安定性が良好な石
炭灰質軽量固化物を提供することを目的としている。
て、石炭灰の混合比率が高く、軽量かつ高強度で、強度
のばらつきが小さく、水に対する寸法安定性が良好な石
炭灰質軽量固化物を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、石炭灰の品質
管理（嵩密度、平均粒径、及びアルミニウム含有量）、
石炭灰とカルシウム化合物との混合比率及び水熱処理に
より、従来のものに比べ格段に優れている固化物となる
ことを見いだした。すなわち、本発明の石炭灰質軽量固
化物の製造方法の第１の発明は、嵩密度が小さくとも
０．８ｇ/cm3、平均粒径が５〜４０μｍで、アルミニウ
ム量がＡｌ2Ｏ3換算で多くとも３５重量％の石炭灰６０
〜９０重量％と、カルシウム化合物４０〜１０重量％と
からなる原料、発泡剤及び水の混合物を作製し、この混
合物を成形した後、３０〜１００℃で養生し、次いで、
１２０℃以上の高温及び高圧下で水熱処理する工程を含
むことを特徴とするものである。また、第２の発明は、
嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、平均粒径が５〜４０
μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3 換算で多くとも３５
重量％の石炭灰６０〜９０重量％と、カルシウム化合物
４０〜１０重量％とからなる原料、起泡剤及び水の混合
物を作製し、この混合物を成形した後、３０〜１００℃
で養生し、次いで、１２０℃以上の高温及び高圧下で水
熱処理する工程を含むことを特徴とするものである。 ま
た、第３の発明は、嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、
平均粒径が５〜４０μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3
換算で多くとも３５重量％の石炭灰６０〜９０重量％
と、カルシウム化合物４０〜１０重量％とからなる原料
と水の混合物を作製し、起泡剤によってあらかじめ作っ
ておいた気泡を前記混合物に混入した後、その混合物を
成形し、その後３０〜１００℃で養生し、次いで、１２
０℃以上の高温及び高圧下で水熱処理する工程を含むこ
とを特徴とするものである。また、前記カルシウム化合
物は、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシ
ウム、及びケイ酸カルシウムの少なくとも１種類以上の
カルシウム化合物が好適である。
めに、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、石炭灰の品質
管理（嵩密度、平均粒径、及びアルミニウム含有量）、
石炭灰とカルシウム化合物との混合比率及び水熱処理に
より、従来のものに比べ格段に優れている固化物となる
ことを見いだした。すなわち、本発明の石炭灰質軽量固
化物の製造方法の第１の発明は、嵩密度が小さくとも
０．８ｇ/cm3、平均粒径が５〜４０μｍで、アルミニウ
ム量がＡｌ2Ｏ3換算で多くとも３５重量％の石炭灰６０
〜９０重量％と、カルシウム化合物４０〜１０重量％と
からなる原料、発泡剤及び水の混合物を作製し、この混
合物を成形した後、３０〜１００℃で養生し、次いで、
１２０℃以上の高温及び高圧下で水熱処理する工程を含
むことを特徴とするものである。また、第２の発明は、
嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、平均粒径が５〜４０
μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3 換算で多くとも３５
重量％の石炭灰６０〜９０重量％と、カルシウム化合物
４０〜１０重量％とからなる原料、起泡剤及び水の混合
物を作製し、この混合物を成形した後、３０〜１００℃
で養生し、次いで、１２０℃以上の高温及び高圧下で水
熱処理する工程を含むことを特徴とするものである。 ま
た、第３の発明は、嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、
平均粒径が５〜４０μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3
換算で多くとも３５重量％の石炭灰６０〜９０重量％
と、カルシウム化合物４０〜１０重量％とからなる原料
と水の混合物を作製し、起泡剤によってあらかじめ作っ
ておいた気泡を前記混合物に混入した後、その混合物を
成形し、その後３０〜１００℃で養生し、次いで、１２
０℃以上の高温及び高圧下で水熱処理する工程を含むこ
とを特徴とするものである。また、前記カルシウム化合
物は、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシ
ウム、及びケイ酸カルシウムの少なくとも１種類以上の
カルシウム化合物が好適である。
【０００７】
【０００８】前記嵩密度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２５０
４ の測定方法に準拠した。
４ の測定方法に準拠した。
【０００９】
【作用】本発明に係る製造方法によれば、石炭灰とカル
シウム化合物とからなる原料と水の混合物に、起泡剤に
よってあらかじめ作った気泡を混入した混合物において
は、石炭灰中のＳｉＯ2成分とカルシウム化合物中のカ
ルシウム成分と水が反応して、Ｃ−Ｓ−Ｈゲル（カルシ
ウム シリケート ハイドレートゲル）および水酸化カ
ルシウムが生成する。したがって、この状態では水及び
多数の気孔を含んだ柔らかい構造体が得られる。この構
造体は、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルおよび残留した石炭灰粒子が骨
格を形成していると考えられる。その後の水熱処理であ
る１２０℃以上の温度でのオートクレーブ養生では、こ
の生成したＣ−Ｓ−Ｈゲルが残留した石炭灰粒子と反応
して結晶質のトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５
Ｈ2Ｏ）を生成すると考えられる。
シウム化合物とからなる原料と水の混合物に、起泡剤に
よってあらかじめ作った気泡を混入した混合物において
は、石炭灰中のＳｉＯ2成分とカルシウム化合物中のカ
ルシウム成分と水が反応して、Ｃ−Ｓ−Ｈゲル（カルシ
ウム シリケート ハイドレートゲル）および水酸化カ
ルシウムが生成する。したがって、この状態では水及び
多数の気孔を含んだ柔らかい構造体が得られる。この構
造体は、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルおよび残留した石炭灰粒子が骨
格を形成していると考えられる。その後の水熱処理であ
る１２０℃以上の温度でのオートクレーブ養生では、こ
の生成したＣ−Ｓ−Ｈゲルが残留した石炭灰粒子と反応
して結晶質のトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５
Ｈ2Ｏ）を生成すると考えられる。
【００１０】石炭灰については、嵩密度が０．８ｇ/cm3
以上、好ましくは１．０ｇ/cm3以上である。嵩密度が
０．８ｇ/cm3未満では石炭灰質固化物の強度が十分発現
されず、また、強度のばらつきも大きくなるからであ
る。石炭灰の平均粒径は、５〜４０μｍ、好ましくは１
０〜３０μｍである。平均粒径が５μｍ未満では石炭灰
質固化物の強度が十分発現されず、また、平均粒径が４
０μｍを越える場合には強度が低下するとともに強度の
ばらつきが大きくなるからである。これらの理由は定か
ではないが石炭灰質固化物の強度に、石炭灰が骨材とし
て関与しているものと推測される。したがって、嵩密度
の小さい石炭灰は石炭灰粒子が中空状のものが多くな
り、強度の低下及び強度のばらつき増大をもたらすもの
と考えられる。また、平均粒径５μｍ未満の石炭灰は、
オートクレーブ養生後では、石炭灰粒子としては残存し
にくくなり、石炭灰が骨材として関与しないため、強度
向上効果をもたらさないものと考えられる。一方、平均
粒径４０μｍを越える石炭灰は、オートクレーブ養生後
でも石炭灰粒子としては残存するものの、粒径が大きす
ぎて逆に欠陥として作用するものと考えられる。一般に
軽量固化物はケイ砂等を骨材として混入し強度の向上を
図っているが、本発明の石炭灰質軽量固化物は残留石炭
灰が骨材として作用し、強度向上効果を有すると考えら
れるため、ケイ砂等を加える必要はない。なお、石炭灰
の粒度分布については、強度向上及び強度のばらつき低
減の点で平均粒径の１／４〜４倍に６０％以上の粒子が
入る分布が好ましい。石炭灰は強度の点でフライアッシ
ュが好ましいが、ボトムアッシュでも粉砕処理すること
により使用することができる。
以上、好ましくは１．０ｇ/cm3以上である。嵩密度が
０．８ｇ/cm3未満では石炭灰質固化物の強度が十分発現
されず、また、強度のばらつきも大きくなるからであ
る。石炭灰の平均粒径は、５〜４０μｍ、好ましくは１
０〜３０μｍである。平均粒径が５μｍ未満では石炭灰
質固化物の強度が十分発現されず、また、平均粒径が４
０μｍを越える場合には強度が低下するとともに強度の
ばらつきが大きくなるからである。これらの理由は定か
ではないが石炭灰質固化物の強度に、石炭灰が骨材とし
て関与しているものと推測される。したがって、嵩密度
の小さい石炭灰は石炭灰粒子が中空状のものが多くな
り、強度の低下及び強度のばらつき増大をもたらすもの
と考えられる。また、平均粒径５μｍ未満の石炭灰は、
オートクレーブ養生後では、石炭灰粒子としては残存し
にくくなり、石炭灰が骨材として関与しないため、強度
向上効果をもたらさないものと考えられる。一方、平均
粒径４０μｍを越える石炭灰は、オートクレーブ養生後
でも石炭灰粒子としては残存するものの、粒径が大きす
ぎて逆に欠陥として作用するものと考えられる。一般に
軽量固化物はケイ砂等を骨材として混入し強度の向上を
図っているが、本発明の石炭灰質軽量固化物は残留石炭
灰が骨材として作用し、強度向上効果を有すると考えら
れるため、ケイ砂等を加える必要はない。なお、石炭灰
の粒度分布については、強度向上及び強度のばらつき低
減の点で平均粒径の１／４〜４倍に６０％以上の粒子が
入る分布が好ましい。石炭灰は強度の点でフライアッシ
ュが好ましいが、ボトムアッシュでも粉砕処理すること
により使用することができる。
【００１１】また、石炭灰の組成に関しては、アルミニ
ウム量がAl2O3 換算で３５重量％以下、好ましくは３０
重量％以下である。アルミニウム量がAl2O3 換算で３５
重量％を越えると固化物の強度の低下及び強度のばらつ
き増大をもたらす。これは、オートクレーブ養生により
石炭灰質固化物中にハイドロガーネットが生成しやすく
なり、これが欠陥として作用するためと考えられる。石
炭灰のその他の組成については、Ｓｉ成分は、SiO2に換
算して３０〜８０重量％、Ｆｅ成分は、Fe2O3に換算し
て１５重量％以下が好ましく、未燃炭素量が５重量％以
上であっても何等問題はない。なお、石炭灰は一般に発
生する微粉炭石炭灰のみならず常圧ないし加圧流動床燃
焼発電システムより発生する石炭灰も使用できる。
ウム量がAl2O3 換算で３５重量％以下、好ましくは３０
重量％以下である。アルミニウム量がAl2O3 換算で３５
重量％を越えると固化物の強度の低下及び強度のばらつ
き増大をもたらす。これは、オートクレーブ養生により
石炭灰質固化物中にハイドロガーネットが生成しやすく
なり、これが欠陥として作用するためと考えられる。石
炭灰のその他の組成については、Ｓｉ成分は、SiO2に換
算して３０〜８０重量％、Ｆｅ成分は、Fe2O3に換算し
て１５重量％以下が好ましく、未燃炭素量が５重量％以
上であっても何等問題はない。なお、石炭灰は一般に発
生する微粉炭石炭灰のみならず常圧ないし加圧流動床燃
焼発電システムより発生する石炭灰も使用できる。
【００１２】また、石炭灰の混合比率が６０重量％未満
の場合には石炭灰質軽量固化物の強度及び寸法安定性が
低く、９０重量％を越えると固化しにくく、石炭灰質軽
量固化物としての強固な形態を保持しえない。したがっ
て、石炭灰の混合比は、６０〜９０重量％、好ましくは
６０〜８０重量％である。石炭灰の混合比が６０重量％
未満の場合、寸法安定性が悪化するのは、水酸化カルシ
ウム、ケイ酸カルシウム、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルが多く残存し
ていることによるものと考えられる。
の場合には石炭灰質軽量固化物の強度及び寸法安定性が
低く、９０重量％を越えると固化しにくく、石炭灰質軽
量固化物としての強固な形態を保持しえない。したがっ
て、石炭灰の混合比は、６０〜９０重量％、好ましくは
６０〜８０重量％である。石炭灰の混合比が６０重量％
未満の場合、寸法安定性が悪化するのは、水酸化カルシ
ウム、ケイ酸カルシウム、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルが多く残存し
ていることによるものと考えられる。
【００１３】しかして、本発明において採用できるカル
シウム化合物としては、酸化カルシウム、水酸化カルシ
ウム、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム等を挙げるこ
とができ、使用に際してはこれらの各化合物を単独で、
または２種以上のものを併用することができる。ここ
で、ケイ酸カルシウムはエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ
2 ）、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）等を挙げるこ
とができ、これらを含む普通ポルトランドセメント等各
種ポルトランドセメントも用いることができる。これら
の各化合物のうちでは、作用効果の点からいえば、特に
ケイ酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム
が好適である。なお、石膏等の硫酸カルシウムは、トバ
モライト以外の生成物ができるために多量の添加は不適
当である。
シウム化合物としては、酸化カルシウム、水酸化カルシ
ウム、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム等を挙げるこ
とができ、使用に際してはこれらの各化合物を単独で、
または２種以上のものを併用することができる。ここ
で、ケイ酸カルシウムはエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ
2 ）、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）等を挙げるこ
とができ、これらを含む普通ポルトランドセメント等各
種ポルトランドセメントも用いることができる。これら
の各化合物のうちでは、作用効果の点からいえば、特に
ケイ酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム
が好適である。なお、石膏等の硫酸カルシウムは、トバ
モライト以外の生成物ができるために多量の添加は不適
当である。
【００１４】また、オートクレーブ養生温度は１２０℃
以上、特に１３０〜２５０℃の範囲が好ましく、オート
クレーブ養生時間は２時間以上が好ましく、５時間以上
がより好ましい。なお、飽和蒸気温度１２０℃のときの
絶対圧力は、約２Ｋｇ／ｃｍ2 である。オートクレーブ
養生温度が１２０℃未満では、石炭灰質軽量固化物の強
度が十分発現されず、また、水に対する寸法安定性も悪
化するからである。この理由は、１２０℃未満のオート
クレーブ養生では、強度向上効果のあるトバモライトの
生成が少なく、また、寸法安定性に悪影響を及ぼす水酸
化カルシウム、ケイ酸カルシウムが多く残存するためと
考えられる。なお、寸法安定性の悪化については、Ｃ−
Ｓ−Ｈゲルも影響を及ぼしていると考えられる。１２０
℃未満のオートクレーブ養生では、トバモライトの生成
が不十分なため、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルが多く残り、このＣ−
Ｓ−Ｈゲルの水は乾燥−湿潤状態により大きく変化す
る。その結果、石炭灰質軽量固化物の体積は、この水の
出入りに伴い大きく変化し、寸法安定性が悪化するもの
と推察する。なお、水中に浸漬した状態でのオートクレ
ーブ養生は好ましくない。
以上、特に１３０〜２５０℃の範囲が好ましく、オート
クレーブ養生時間は２時間以上が好ましく、５時間以上
がより好ましい。なお、飽和蒸気温度１２０℃のときの
絶対圧力は、約２Ｋｇ／ｃｍ2 である。オートクレーブ
養生温度が１２０℃未満では、石炭灰質軽量固化物の強
度が十分発現されず、また、水に対する寸法安定性も悪
化するからである。この理由は、１２０℃未満のオート
クレーブ養生では、強度向上効果のあるトバモライトの
生成が少なく、また、寸法安定性に悪影響を及ぼす水酸
化カルシウム、ケイ酸カルシウムが多く残存するためと
考えられる。なお、寸法安定性の悪化については、Ｃ−
Ｓ−Ｈゲルも影響を及ぼしていると考えられる。１２０
℃未満のオートクレーブ養生では、トバモライトの生成
が不十分なため、Ｃ−Ｓ−Ｈゲルが多く残り、このＣ−
Ｓ−Ｈゲルの水は乾燥−湿潤状態により大きく変化す
る。その結果、石炭灰質軽量固化物の体積は、この水の
出入りに伴い大きく変化し、寸法安定性が悪化するもの
と推察する。なお、水中に浸漬した状態でのオートクレ
ーブ養生は好ましくない。
【００１５】
【００１６】本発明における起泡剤の使用方法は、所定
量の石炭灰と所定量のカルシウム化合物を混合した後、
水、好ましくは４０℃以上の温水を固形分に対して２０
〜１００重量％添加混合した泥漿に、起泡剤によってあ
らかじめ微細気泡を作っておき、これを混入するプレフ
ォーム法である。起泡剤としては、洗浄剤（硫酸ラウリ
ルソーダ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の
アルキルアリルスルホン酸塩、アルキルナフタリンスル
ホン酸塩、ノニルフェノキシジエトキシエチル硫酸塩等
のアニオン系界面活性剤、または、アルキルアリルスル
ホン酸、アルキルスルホン酸ナフタリン、ポリオキシエ
チレンアルキルエーテル系、ポリオキシエチレンラウリ
ルエーテル、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエ
チレンラノリンアルコールエーテル、ポリオキシエチレ
ンラノリン脂肪酸エステル等の非イオン系界面活性
剤）、植物性または動物性膠質、サポニン、変性した膠
質ブチルスルホン酸ナフタリン、イソプロピルスルホン
酸ナトリウム、塩化カルシウム、アルミナセメント、そ
の他界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルアミンエ
ーテル等）、ゼラチン・カゼインなどのタンパク質の誘
導体等がある。特に、アニオン系および非イオン系界面
活性剤が好ましく、起泡剤の添加量は固形分に対して
０．０１〜１重量％が好ましい。
量の石炭灰と所定量のカルシウム化合物を混合した後、
水、好ましくは４０℃以上の温水を固形分に対して２０
〜１００重量％添加混合した泥漿に、起泡剤によってあ
らかじめ微細気泡を作っておき、これを混入するプレフ
ォーム法である。起泡剤としては、洗浄剤（硫酸ラウリ
ルソーダ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の
アルキルアリルスルホン酸塩、アルキルナフタリンスル
ホン酸塩、ノニルフェノキシジエトキシエチル硫酸塩等
のアニオン系界面活性剤、または、アルキルアリルスル
ホン酸、アルキルスルホン酸ナフタリン、ポリオキシエ
チレンアルキルエーテル系、ポリオキシエチレンラウリ
ルエーテル、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエ
チレンラノリンアルコールエーテル、ポリオキシエチレ
ンラノリン脂肪酸エステル等の非イオン系界面活性
剤）、植物性または動物性膠質、サポニン、変性した膠
質ブチルスルホン酸ナフタリン、イソプロピルスルホン
酸ナトリウム、塩化カルシウム、アルミナセメント、そ
の他界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルアミンエ
ーテル等）、ゼラチン・カゼインなどのタンパク質の誘
導体等がある。特に、アニオン系および非イオン系界面
活性剤が好ましく、起泡剤の添加量は固形分に対して
０．０１〜１重量％が好ましい。
【００１７】アルカリを包含させた泥漿に気泡を混入さ
せた後、オートクレーブ養生を行うと、特にカルシウム
化合物として、炭酸カルシウムを用いた場合は、強度が
良好になる。この理由は定かではないが、アルカリの存
在により石炭灰とカルシウム化合物の反応が助長され、
トバモライト等の反応生成物が強固に固着した状態にな
ることによるものと推測される。アルカリとしてはアル
カリ金属の水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ等）、アルカリ
金属炭酸塩（Ｎａ2ＣＯ3等）、およびアンモニア等を挙
げることができる。これらの各化合物のうちでは、作用
効果の点からいえばアルカリ金属の水酸化物、アンモニ
ア、アルカリ金属炭酸塩の順であり、これらのうちアル
カリ金属の水酸化物が好ましく、中でも水酸化ナトリウ
ムがより好ましい。成形物中のアルカリの含有量につい
ては、成形物中の石炭灰に対して重量比で０．００１〜
２０％の範囲が好ましく、より好ましくは０．１〜１０
％であって、この範囲においては、強度および寸法安定
性の良好な石炭灰質固化物を得ることができる。
せた後、オートクレーブ養生を行うと、特にカルシウム
化合物として、炭酸カルシウムを用いた場合は、強度が
良好になる。この理由は定かではないが、アルカリの存
在により石炭灰とカルシウム化合物の反応が助長され、
トバモライト等の反応生成物が強固に固着した状態にな
ることによるものと推測される。アルカリとしてはアル
カリ金属の水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ等）、アルカリ
金属炭酸塩（Ｎａ2ＣＯ3等）、およびアンモニア等を挙
げることができる。これらの各化合物のうちでは、作用
効果の点からいえばアルカリ金属の水酸化物、アンモニ
ア、アルカリ金属炭酸塩の順であり、これらのうちアル
カリ金属の水酸化物が好ましく、中でも水酸化ナトリウ
ムがより好ましい。成形物中のアルカリの含有量につい
ては、成形物中の石炭灰に対して重量比で０．００１〜
２０％の範囲が好ましく、より好ましくは０．１〜１０
％であって、この範囲においては、強度および寸法安定
性の良好な石炭灰質固化物を得ることができる。
【００１８】また、泥漿を型枠に流し込む際、振動を加
えることは流し込みのとき生じる大きな巻き込み気泡が
除去でき、強度向上及び保形性の点で好ましい。振動は
振幅０．１〜５ｍｍ、振動数５００〜５０Ｈｚが好まし
い。
えることは流し込みのとき生じる大きな巻き込み気泡が
除去でき、強度向上及び保形性の点で好ましい。振動は
振幅０．１〜５ｍｍ、振動数５００〜５０Ｈｚが好まし
い。
【００１９】また、本発明では、型枠に流し込まれた泥
漿をオートクレーブ養生に先立って養生する。養生温度
は３０〜１００℃、より好ましくは４０〜９０℃で、養
生時間は１時間以上、より好ましくは３時間以上であ
る。この養生により、固化物の強度が向上し、かつ、発
泡が迅速に完了するとともに、半可塑性状態（脱型が出
来るとともにピアノ線で切断できる固化状態）に達する
時間が早くなり、均一分散された気孔が得られるため好
ましい。また、この養生により脱型も可能となり、オー
トクレーブ養生を脱型した状態で出来るため好ましい。
養生には、湿潤養生、湛水養生、散水養生、被膜養生等
が挙げられるが、湿潤養生、湛水養生がより好ましい。
漿をオートクレーブ養生に先立って養生する。養生温度
は３０〜１００℃、より好ましくは４０〜９０℃で、養
生時間は１時間以上、より好ましくは３時間以上であ
る。この養生により、固化物の強度が向上し、かつ、発
泡が迅速に完了するとともに、半可塑性状態（脱型が出
来るとともにピアノ線で切断できる固化状態）に達する
時間が早くなり、均一分散された気孔が得られるため好
ましい。また、この養生により脱型も可能となり、オー
トクレーブ養生を脱型した状態で出来るため好ましい。
養生には、湿潤養生、湛水養生、散水養生、被膜養生等
が挙げられるが、湿潤養生、湛水養生がより好ましい。
【００２０】最終的にはトバモライトを主成分とし、石
炭灰粒子およびＣ−Ｓ−Ｈゲルを含んだマトリックス中
に多数の気孔が分散した構造になって高強度で，強度の
ばらつきも小さく、水に対する寸法安定性に優れた石炭
灰質軽量固化物を得ることができる。
炭灰粒子およびＣ−Ｓ−Ｈゲルを含んだマトリックス中
に多数の気孔が分散した構造になって高強度で，強度の
ばらつきも小さく、水に対する寸法安定性に優れた石炭
灰質軽量固化物を得ることができる。
【００２１】このようにして得られた石炭灰質軽量固化
物は、多数の気孔を内在するにもかかわらず、高強度で
強度のばらつきも小さいものとなり、たとえば絶乾嵩比
重が１．０以下の軽量なものとなり、大型のパネルの製
作も可能となり、また、水に対する寸法安定性が良好な
ため湿潤状態での使用も可能である。
物は、多数の気孔を内在するにもかかわらず、高強度で
強度のばらつきも小さいものとなり、たとえば絶乾嵩比
重が１．０以下の軽量なものとなり、大型のパネルの製
作も可能となり、また、水に対する寸法安定性が良好な
ため湿潤状態での使用も可能である。
【００２２】また、本発明の製造方法で製造された石炭
灰質軽量固化物は、吸音性、遮音性、断熱性、不燃性も
有する。
灰質軽量固化物は、吸音性、遮音性、断熱性、不燃性も
有する。
【００２３】なお、型枠への泥漿の供給を数回に分ける
ことにより成分等の異なる層が多層形成される多層構造
を作製することも可能となる。この多層構造を利用する
ことにより表面の着色が可能となり美観が重要視される
パネル等建材への適用が可能となる。また、添加剤の添
加量あるいは気孔率を連続的に変化させることもでき、
強度等の傾斜機能を持つ材料が作製できる。また、あら
かじめ鉄筋等の補強材を組み込んでおいた型枠に、泥漿
を流し込むことにより石炭灰質固化物の補強も可能であ
る。また、石炭灰質軽量固化物を通常用いられているロ
ールクラッシャ、ジョークラッシャ等で所定の粒径に粉
砕した場合には人工軽量骨材として用いることができ
る。
ことにより成分等の異なる層が多層形成される多層構造
を作製することも可能となる。この多層構造を利用する
ことにより表面の着色が可能となり美観が重要視される
パネル等建材への適用が可能となる。また、添加剤の添
加量あるいは気孔率を連続的に変化させることもでき、
強度等の傾斜機能を持つ材料が作製できる。また、あら
かじめ鉄筋等の補強材を組み込んでおいた型枠に、泥漿
を流し込むことにより石炭灰質固化物の補強も可能であ
る。また、石炭灰質軽量固化物を通常用いられているロ
ールクラッシャ、ジョークラッシャ等で所定の粒径に粉
砕した場合には人工軽量骨材として用いることができ
る。
【００２４】また、吸音板として用いるには、石炭灰質
軽量固化物の絶乾嵩比重は０．２〜０．５が好ましい。
その固化物中の気孔は平均気孔径で１００〜１０００μ
ｍであり、各気孔が連通していることが好ましい。気孔
を連通させるためには固化物の絶乾嵩比重を０．２〜
０．５にするとともに以下に示す界面活性剤を発泡剤と
ともに泥漿に添加する必要がある。界面活性剤として
は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルおよびその
塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルおよび
その塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸ジエタ
ノールアミド、アルキル硫酸エステル塩、スルホン酸
塩、石鹸、水ガラス、樹脂、サポニン等がある。また、
ポリビニルアルコール、メチルセルローズ等の気泡安定
剤を添加することが好ましい。
軽量固化物の絶乾嵩比重は０．２〜０．５が好ましい。
その固化物中の気孔は平均気孔径で１００〜１０００μ
ｍであり、各気孔が連通していることが好ましい。気孔
を連通させるためには固化物の絶乾嵩比重を０．２〜
０．５にするとともに以下に示す界面活性剤を発泡剤と
ともに泥漿に添加する必要がある。界面活性剤として
は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルおよびその
塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルおよび
その塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸ジエタ
ノールアミド、アルキル硫酸エステル塩、スルホン酸
塩、石鹸、水ガラス、樹脂、サポニン等がある。また、
ポリビニルアルコール、メチルセルローズ等の気泡安定
剤を添加することが好ましい。
【００２５】以上、好ましい成形法である流し込み成形
で説明したが、その他の成形方法、例えば、プレス成
形、押し出し成形等もそれぞれ通常の方法で成形するこ
とも可能である。
で説明したが、その他の成形方法、例えば、プレス成
形、押し出し成形等もそれぞれ通常の方法で成形するこ
とも可能である。
【００２６】
【実施例】次に、本発明の第１の発明を実施例に基づき
説明する。 （実施例） 石炭灰として嵩密度０．８〜１．４ｇ/cm3、平均粒子径
５〜４０μｍのフライアッシュ（成分：SiO2 ３０〜８
０重量％，Al2O3 １９〜３５重量％，Fe2O3 １５重量％
以下）を使用し、石炭灰の混合比率を４０重量％〜９０
重量％にするとともに、カルシウム化合物として、酸化
カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、普通
ポルトランドセメントの４種類を使用し、その混合比率
を６０重量％〜１０重量％とし、これらの原料と発泡剤
を混合した後、水を固形分に対して２０〜１００重量％
添加して表１に示す各種石炭灰質泥漿を作製した。発泡
剤としては、アルミニウム粉末及びカルシウム粉末を使
用し、固形分に対して０．０１〜１重量％添加した。こ
の泥漿を型枠に流し込んで４０〜９０℃の温度で２０時
間湿潤状態で発泡及び養生した。なお、比較例１０、１
４及び１５は、養生せず常温で発泡した。また、比較例
５、６、１６及び１７は、石炭灰の混合比率が６０重量
％未満である。これら固化物を１２０℃〜２７０℃の温
度で２０時間オートクレーブ養生した。
説明する。 （実施例） 石炭灰として嵩密度０．８〜１．４ｇ/cm3、平均粒子径
５〜４０μｍのフライアッシュ（成分：SiO2 ３０〜８
０重量％，Al2O3 １９〜３５重量％，Fe2O3 １５重量％
以下）を使用し、石炭灰の混合比率を４０重量％〜９０
重量％にするとともに、カルシウム化合物として、酸化
カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、普通
ポルトランドセメントの４種類を使用し、その混合比率
を６０重量％〜１０重量％とし、これらの原料と発泡剤
を混合した後、水を固形分に対して２０〜１００重量％
添加して表１に示す各種石炭灰質泥漿を作製した。発泡
剤としては、アルミニウム粉末及びカルシウム粉末を使
用し、固形分に対して０．０１〜１重量％添加した。こ
の泥漿を型枠に流し込んで４０〜９０℃の温度で２０時
間湿潤状態で発泡及び養生した。なお、比較例１０、１
４及び１５は、養生せず常温で発泡した。また、比較例
５、６、１６及び１７は、石炭灰の混合比率が６０重量
％未満である。これら固化物を１２０℃〜２７０℃の温
度で２０時間オートクレーブ養生した。
【００２７】次に、表１に基づき実施例について詳細に
説明する。実施例１は、嵩密度１．２ｇ/cm3、平均粒径
１５μｍ、アルミニウム量がAl2O3 換算で２４％の石炭
灰９０重量％と普通ポルトランドセメント１０重量％の
石炭灰質原料を用い、１３０℃でオートクレーブ養生し
た。実施例２は、嵩密度１．３ｇ/cm3、平均粒径１０μ
ｍ、アルミニウム量がAl2O3 換算で２５％の石炭灰８０
重量％と酸化カルシウム２０重量％の石炭灰質原料を用
い、１３０℃でオートクレーブ養生した。実施例３は、
嵩密度０．８ｇ/cm3、平均粒径１１μｍ、アルミニウム
量がAl2O3 換算で２０％の石炭灰８０重量％と普通ポル
トランドセメント１０重量％と水酸化カルシウム１０重
量％の石炭灰質原料を用い、２００℃でオートクレーブ
養生した。以下表１の通りである。
説明する。実施例１は、嵩密度１．２ｇ/cm3、平均粒径
１５μｍ、アルミニウム量がAl2O3 換算で２４％の石炭
灰９０重量％と普通ポルトランドセメント１０重量％の
石炭灰質原料を用い、１３０℃でオートクレーブ養生し
た。実施例２は、嵩密度１．３ｇ/cm3、平均粒径１０μ
ｍ、アルミニウム量がAl2O3 換算で２５％の石炭灰８０
重量％と酸化カルシウム２０重量％の石炭灰質原料を用
い、１３０℃でオートクレーブ養生した。実施例３は、
嵩密度０．８ｇ/cm3、平均粒径１１μｍ、アルミニウム
量がAl2O3 換算で２０％の石炭灰８０重量％と普通ポル
トランドセメント１０重量％と水酸化カルシウム１０重
量％の石炭灰質原料を用い、２００℃でオートクレーブ
養生した。以下表１の通りである。
【００２８】こうして得られた各石炭灰質固化物（４０
×４０×１６０ｍｍ）について外観を観察するととも
に，圧縮強度、絶乾嵩比重、及び水に対する寸法安定性
を測定して，これらの結果を表１に示す。実施例１は、
外観は良好であり、絶乾嵩比重は１．００、圧縮強度は
２３０Ｋｇ／ｃｍ2 ，そのばらつきは２６Ｋｇ／ｃ
ｍ2，寸法安定性は０．０１５％であった。以下表１の
通りである。ただし，石炭灰質固化物の外観の観察では
固化物における亀裂などの損傷の有無，形態保持性の強
弱を判定し，良好なものを○印，不良なものを×印で表
示している。また，圧縮強度の測定については，直方体
上下面に直径４０ｍｍの金属板をのせ、これに圧力をか
ける方法で、その他はＪＩＳ Ａ １１０８ に従いオ
ートグラフにより行い、１０個の試料の平均を圧縮強度
とし、その標準偏差をばらつきとした。寸法安定性は試
料を乾燥器に入れ６０℃２４時間乾燥後、デシケータで
常温まで冷却し、２０℃の水中に入れ、３日間吸水させ
た。寸法を測定した後、温度２０℃、相対湿度６０％の
室内に靜置し、含水率が４０％以下となる寸法を測定し
た。この寸法変化率（％）を示した。寸法変化率は、Ｊ
ＩＳ Ａ５４１６の測定方法にしたがった。なお、軽量
固化物の比重は絶乾嵩比重をＪＩＳ Ａ ５４１６に準
拠して測定した。 （比較例）石炭灰として嵩密度０．５〜１．４ｇ/cm3、
平均粒子径１〜６０μｍのフライアッシュ（成分: SiO
2 ３０〜８０重量％，Al2O3 ２４〜４０重量％，Fe2O3
１５重量％以下）を使用し、石炭灰の混合比率を３０重
量％〜１００重量％にするとともに，カルシウム化合物
として，酸化カルシウム、普通ポルトランドセメント、
石膏の３種類を使用し、その混合比率を７０重量％〜０
重量％とし、表２に示す各種石炭灰質泥漿を作製した。
その他は、実施例と同様とした。なお、比較例２７はオ
ートクレーブ養生せずに蒸気養生（２０時間）した。
×４０×１６０ｍｍ）について外観を観察するととも
に，圧縮強度、絶乾嵩比重、及び水に対する寸法安定性
を測定して，これらの結果を表１に示す。実施例１は、
外観は良好であり、絶乾嵩比重は１．００、圧縮強度は
２３０Ｋｇ／ｃｍ2 ，そのばらつきは２６Ｋｇ／ｃ
ｍ2，寸法安定性は０．０１５％であった。以下表１の
通りである。ただし，石炭灰質固化物の外観の観察では
固化物における亀裂などの損傷の有無，形態保持性の強
弱を判定し，良好なものを○印，不良なものを×印で表
示している。また，圧縮強度の測定については，直方体
上下面に直径４０ｍｍの金属板をのせ、これに圧力をか
ける方法で、その他はＪＩＳ Ａ １１０８ に従いオ
ートグラフにより行い、１０個の試料の平均を圧縮強度
とし、その標準偏差をばらつきとした。寸法安定性は試
料を乾燥器に入れ６０℃２４時間乾燥後、デシケータで
常温まで冷却し、２０℃の水中に入れ、３日間吸水させ
た。寸法を測定した後、温度２０℃、相対湿度６０％の
室内に靜置し、含水率が４０％以下となる寸法を測定し
た。この寸法変化率（％）を示した。寸法変化率は、Ｊ
ＩＳ Ａ５４１６の測定方法にしたがった。なお、軽量
固化物の比重は絶乾嵩比重をＪＩＳ Ａ ５４１６に準
拠して測定した。 （比較例）石炭灰として嵩密度０．５〜１．４ｇ/cm3、
平均粒子径１〜６０μｍのフライアッシュ（成分: SiO
2 ３０〜８０重量％，Al2O3 ２４〜４０重量％，Fe2O3
１５重量％以下）を使用し、石炭灰の混合比率を３０重
量％〜１００重量％にするとともに，カルシウム化合物
として，酸化カルシウム、普通ポルトランドセメント、
石膏の３種類を使用し、その混合比率を７０重量％〜０
重量％とし、表２に示す各種石炭灰質泥漿を作製した。
その他は、実施例と同様とした。なお、比較例２７はオ
ートクレーブ養生せずに蒸気養生（２０時間）した。
【００２９】
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【発明の効果】以上説明からも明らかなように、本発明
によると石炭灰混合比率が高く、軽量で、かつ高強度
で、強度ばらつきが小さく、水に対する寸法安定性の良
好な石炭灰質軽量固化物が得られ、パネル・ブロック・
煉瓦・吸音板等の建材、人工軽量骨材等広い分野に適用
できるため、従来から苦慮していた産業廃棄物である石
炭灰を有効に大量利用が実現でき、本発明の効果は極め
て多大である。
によると石炭灰混合比率が高く、軽量で、かつ高強度
で、強度ばらつきが小さく、水に対する寸法安定性の良
好な石炭灰質軽量固化物が得られ、パネル・ブロック・
煉瓦・吸音板等の建材、人工軽量骨材等広い分野に適用
できるため、従来から苦慮していた産業廃棄物である石
炭灰を有効に大量利用が実現でき、本発明の効果は極め
て多大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−287084（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−295843（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−286780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 28/18
Claims (4)
- 【請求項１】 嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm3、平均
粒径が５〜４０μｍで、アルミニウム量がＡｌ2Ｏ3換算
で多くとも３５重量％の石炭灰６０〜９０重量％と、カ
ルシウム化合物４０〜１０重量％とからなる原料、発泡
剤及び水の混合物を作製し、この混合物を成形した後、
３０〜１００℃で養生し、次いで、１２０℃以上の高温
及び高圧下で水熱処理する工程を含むことを特徴とする
石炭灰質軽量固化物の製造方法。 - 【請求項２】 嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、平均
粒径が５〜４０μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3 換算
で多くとも３５重量％の石炭灰６０〜９０重量％と、カ
ルシウム化合物４０〜１０重量％とからなる原料、起泡
剤及び水の混合物を作製し、この混合物を成形した後、
３０〜１００℃で養生し、次いで、１２０℃以上の高温
及び高圧下で水熱処理する工程を含むことを特徴とする
石炭灰質軽量固化物の製造方法。 - 【請求項３】 嵩密度が小さくとも０．８ｇ/cm 3 、平均
粒径が５〜４０μｍで、アルミニウム量がＡｌ 2 Ｏ 3 換算
で多くとも３５重量％の石炭灰６０〜９０重量％と、カ
ルシウム化合物４０〜１０重量％とからなる原料と水の
混合物を作製し、起泡剤によってあらかじめ作っておい
た気泡を前記混合物に混入した後、その混合物を成形
し、その後３０〜１００℃で養生し、次いで、１２０℃
以上の高温及び高圧下で水熱処理する工程を含むことを
特徴とする石炭灰質軽量固化物の製造方法。 - 【請求項４】 前記カルシウム化合物が、酸化カルシウ
ム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及びケイ酸カ
ルシウムの少なくとも１種類以上のカルシウム化合物で
ある請求項１〜３のいずれか１項に記載の石炭灰質軽量
固化物の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP631795A JP3132712B2 (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 石炭灰質軽量固化物の製造方法 |
| US08/400,972 US5584895A (en) | 1994-04-18 | 1995-03-08 | Process for preparing solidified material containing coal ash |
| EP19950301626 EP0678488B1 (en) | 1994-04-18 | 1995-03-13 | Process for preparing solidified material containing coal ash |
| TW84102347A TW394753B (en) | 1994-04-18 | 1995-03-13 | Process for preparing solidified material containing coal ash |
| DE1995604562 DE69504562T2 (de) | 1994-04-18 | 1995-03-13 | Verfahren zur Herstellung von einem kohlenaschenenthaltenden Feststoff |
| KR1019950005952A KR0132739B1 (ko) | 1994-04-18 | 1995-03-21 | 석탄재를 내포하는 응고물의 조제방법 |
| CN95104373A CN1117032A (zh) | 1994-04-18 | 1995-04-10 | 含煤灰的固化材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP631795A JP3132712B2 (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 石炭灰質軽量固化物の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08198655A JPH08198655A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3132712B2 true JP3132712B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=11635001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP631795A Expired - Fee Related JP3132712B2 (ja) | 1994-04-18 | 1995-01-19 | 石炭灰質軽量固化物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006143534A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Taiheiyo Cement Corp | 珪酸カルシウム硬化体及びその製造方法 |
| JP5902337B2 (ja) * | 2015-04-17 | 2016-04-13 | 株式会社大協組 | 焼却灰を主原料とした発泡水熱固化体の製造方法 |
-
1995
- 1995-01-19 JP JP631795A patent/JP3132712B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08198655A (ja) | 1996-08-06 |
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|---|---|---|---|
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