JP3514535B2 - 人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

人工軽量骨材の製造方法

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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
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    • C04B18/027Lightweight materials

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼成型の人工軽量骨材
を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、酸性火山岩類、酸性火山噴出物や
凝灰岩の粉末を原料として、これに炭化珪素粉末よりな
る発泡剤を加え1000〜1300℃で焼成し人工軽量
骨材を製造する方法が知られている。このようにして得
られた人工軽量骨材は比重が小さい割には、比較的強度
が大きく、低吸水率であるが、所望の比重のものが得に
くいという欠点があった。
【0003】このため所望の比重のものを得ようとし
て、焼成温度を制御したり、発泡剤の添加量などを加減
することが行われている。ところが、前者の場合は、比
重を軽くするためには焼成温度を高くする必要があり、
焼成時に骨材同士の融着を引き起こすという問題があっ
た。後者の場合、比重を軽くするためには、発泡剤の添
加量を増加すればよいが、これにより発泡が不均質にな
り人工軽量骨材の強度低下を引き起こすという欠点があ
った。
【0004】また発泡剤に関しての基準として平均粒径
などが公知である。しかし、これらの基準により同一で
あると判断した発泡剤を用いて人工軽量骨材を製造して
も、比重の変動がみられ、発泡剤の入手先が異なる毎に
予備実験を行わなければならない欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、焼
成温度、発泡剤添加量を変えずに、低比重の人工軽量骨
材を製造する製造方法を提供することを目的とする。更
に本発明は、発泡剤の変動による人工軽量骨材の比重の
変動を制御し、所望の比重の人工軽量骨材の製造方法を
提供すること目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる事情において,本
発明者らが鋭意研究を重ねた結果、人工軽量骨材製造用
発泡剤として用いる炭化珪素粉末において、粒径1μm
以下の粒子の含有量を定めることにより、焼成温度また
は発泡剤添加量を変えることなく、所望の比重の人工軽
量骨材を製造できることを見出し、本発明を完成した。
【0007】すなわち、本発明は、粒径1μm以下の粒
子の含有量が制御された炭化珪素粉末を発泡剤として使
用することにより、所望の比重の人工軽量骨材を製造す
ることを特徴とする。
【0008】本発明に用いられる主原料のうち、酸性火
山岩類としては、流紋岩、真珠岩、石英安山岩等が挙げ
られ、酸性火山噴出物としては、流紋岩質ー石英安山岩
質火山灰、火山軽石等が挙げられ、凝灰岩としては流紋
岩質ー石英安山岩質凝灰岩等を挙げることができる。こ
れらは、いずれもガラス質に富むため、温度の上昇にと
もなう粘性の低下が緩く易焼成の原料である。
【0009】これらの主原料は互いに密に焼結し、微細
な気泡を形成するように平均粒径30μm以下に粉砕し
て用いるのが好ましいが、より好ましくは20μm以下
に粉砕して用いるのが良い。
【0010】粘結材としては、ベントナイト、緑泥岩、
絹雲母等の粘土鉱物が挙げられるが、ベントナイトが特
に好ましい。粘結材の添加量は、主原料の平均粒径等に
より変わり得るが、焼成時に原料の粉化が起こらないよ
うに主原料に対して1〜7重量%とすることが好まし
い。
【0011】発泡剤としては、炭化珪素粉末を使用す
る。発泡剤の添加量は、主原料に対して0.1〜1.5重
量%が好ましい。添加量が0.1重量%未満の場合、比
重の大きな製品しか得られず、添加量が1.5重量%を
越える場合は、気泡が粗く不均一分散となり骨材強度の
低下を起こす。また、発泡剤中に占める1μm以下の粒
子の割合は5〜60重量%が好ましい。5重量%未満の
場合は、製品骨材中に多くの未反応の発泡剤が点在する
ため、骨材強度の低下を起こす。また、60重量%以上
の場合には過発泡となり、強度の低下を引き越す。この
発泡剤中に占める1μm以下の粒子の割合を制御するこ
とにより、所望の比重を有する人工軽量骨材を得ること
ができる。
【0012】すなわち、後述する実施例で示すように、
人工軽量骨材の比重y、炭化珪素粉末の粒径1μm以下
の粒子の含有量x(重量%)とすると、下記y−x関係
式(ただし、a、bは使用主原料に対応する定数)に示
されるように、骨材の比重yは炭化珪素粉末の粒径1μ
m以下の粒子の含有量と比例関係にあり、この関係式に
基いて、所望の比重有する人工軽量骨材を得ることがで
きる。
【0013】y=a−bx
【0014】次に、前記原料及び添加材を混合して造粒
後焼成する。造粒は、パン型ペレタイザーに代表される
転動造粒機、あるいはブリケットマシーン等の加圧成形
機、又は押し出し成形機等各種の成形機が使用でき、数
mm〜十数mmのペレットに造粒する。造粒物の焼成
は、回転炉、竪型炉及び移動火格子炉等が好適に使用さ
れ、焼成温度は、主原料の軟化点及び発泡剤の発泡温度
以上の温度で行うのが良い。具体的な焼成温度は用いる
主原料の種類、成分等により異なるが、1000〜13
00℃とするのが好ましい。
【0015】
【作用】発泡剤による発泡作用は、主原料であるシリカ
と炭化珪素との酸化還元反応によるものである。焼成工
程において、造粒されたペレットは温度上昇とともに焼
結して、緻密化する。更に温度が上昇すると、ペレット
は軟化し始め,発泡剤と原料が反応することによりガス
を発生し発泡が始まる。
【0016】この時、発泡剤は粒径の小さなものから反
応をはじめ、粒径1μm程度の粒子までが完全に反応す
る。したっがて、発泡剤中の粒径1μm以下の粒子の反
応により微細で均一な気泡が形成し、人工軽量骨材は軽
量化される。焼成温度を更に高温にすることにより粒径
1μm以上の発泡剤粒子も反応し発泡に関与するが、こ
の温度域では主原料の軟化が更に進み気泡が潰れ、粗く
不均一な発泡となり骨材の強度は低下する。この発明
は、粒径1μm以下の粒子の含有量が制御された炭化珪
素粉末を発泡剤として使用することにより、好適に所望
の比重の人工軽量骨材を製造することができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0018】〈主原料及び添加物〉酸性火山岩類の一種
である流紋岩(東京都新島産抗火石)、酸性火山噴出物
の一種である火山軽石(福島県産石英安山岩質軽石凝灰
岩)、及びシラス(鹿児島県串良産)をボールミルで粉
砕し,主原料とした。表1に平均粒径を示す。
【0019】
【表1】
【0020】粘結材としては、ベントナイト(米国ワイ
オミング産)を用い、主原料に対して3重量%添加し
た。発泡剤としては、表2に示す平均粒径及び1μm以
下の粒子含有量の異なる7種の炭化珪素を用い、主原料
に対して0.3重量%添加した。
【0021】
【表2】
【0022】〈造粒方法〉主原料、粘結材及び発泡剤の
混合粉体を良く撹拌し、これに適量の水を加え良く混練
した後、約1gを秤取り造粒した。これを乾燥しペレッ
トとした。ペレットの平均乾燥重量は0.8±0.05
g、平均直径は8±0.2mmであった。
【0023】〈焼成条件〉上記のペレットは、電気炉中
で室温から焼成温度まで20℃/分で昇温し、焼成温度
で5分保持した後、1000℃まで20℃/分で冷却
し、その後は電気炉の電源を切り炉中で自然冷却した。
焼成温度は流紋岩を主成分とするペレットでは1240
〜1300℃、火山軽石及びシラスを主原料とするペレ
ットは軟化温度が流紋岩より低温であるので、1180
〜1240℃の範囲とした。
【0024】〈焼成物の物性値〉焼成物の比重の測定を
おこなった。次の表3(A)、(B)は、上述の要領で
製造された、前記表1のそれぞれNO1及びNO2に示
した主原料を抗火石とする人工軽量骨材にあって、平均
粒径及び1μm以下の粒子含有量の異なる発泡剤および
焼成温度を変えた場合の骨材の比重を示すものである。
同様に主原料を、NO3、NO4の火山軽石、及びNO
5、NO6のシラスとした場合での人工軽量骨材の諸特
性を表4(A)、(B)及び表5(A)、(B)に示
す。
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】
【表5】
【0028】表3(A)に示す平均粒径7.1μmの主原
料を用いて造った発泡剤の異なる人工軽量骨材中、焼成
温度が1200℃のものについて、比重と発泡剤の平均
粒径との関係を図1(A)に、比重と発泡剤中の1μm
以下の粒子含有率との関係を図1(B)に、比重と発泡
剤中の2μm以下の粒子含有率との関係を図1(C)に
示す。図1(B)より、発泡剤中の1μm以下の粒子含
有率の増加に対して、比重が比例して低下していること
が分かる。しかしながら、図1(A)及び図1(C)よ
り、比重と発泡剤の平均粒径、発泡剤中の1μm以上の
粒子含有率は相関性が無いことが分かる。これは、人工
軽量骨材を発泡させる発泡剤の粒子は、1μm以下の粒
子が中心的役割を果たすことを意味する。
【0029】又、上述の傾向は表4(A)及び表5
(A)に示す主原料においても確認されており、焼成温
度が1140℃のものについて、それぞれ、図2
(A)、(B)、(C)及び図3(A)、(B)、
(C)に示す。更に図示は省略するが、各主原料におい
て焼成温度が変化した場合においても、上述の傾向を確
認した。図1(B)、図2(B)及び図3(B)の関係
は、比重をy、発泡剤中の1μm以下の粒子含有率をx
とすると、それぞれ、次の式で表すことができる。
【0030】 y=1.11−0.019x (1) y=1.07−0.022x (2) y=1.08−0.017x (3)
【0031】これら式は、より一般的には、 y=a−bx で与えられるy−x関係式で表すことができる。定数
a、bは、前記実験結果から使用主原料、焼成温度等に
対応して、1.05<a<1.15、0.015<b<
0.025の範囲で適宜定めることにより、所望する骨
材の比重に応じて必要な1μm以下の粒子含有率を算出
する事が可能となる。すなわち、前記y−x関係式をあ
らかじめ求めておくことにより、発泡剤中の1μm以下
の粒子含有率を制御し、所望の比重を有する人工軽量骨
材を極めて容易に製造することが可能となる。
【0032】尚、この実施例では、発泡剤中に占める1
μm以下の粒子の割合が25.0重量%までのものを使
用したが、前述したように、この割合は5〜60重量%
のものが好適に使用される。
【0033】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
炭化珪素粉末の1μm以下の粒子の含有量を定めること
により、所望の比重の人工軽量骨材を製造することがで
き、多様化する各種ニーズや用途に極めて容易に対応す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】主原料として平均粒径7.1μmの抗火石を用い
た人工軽量骨材の比重を、使用した発泡剤の平均粒径
(A)、発泡剤中の1μm以下の粒子含有量(B)、及
び発泡剤中の2μm以下の粒子含有量(C)との関係で
表したグラフである。
【図2】主原料として、平均粒径7.3μmの火山軽石を
用いた図1に相当するグラフである。
【図3】主原料として、平均粒径6.8μmのシラスを用
いた図1に相当するグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 14/00 - 20/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径1μm以下の粒子の含有量が制御さ
    れた炭化珪素粉末を発泡剤として使用することにより、
    所望の比重の人工軽量骨材を製造することを特徴とする
    人工軽量骨材の製造方法。
  2. 【請求項2】 主原料として酸性火山岩類,酸性火山噴
    出物または凝灰岩の粉末を用い、この粉末に粒径1μm
    以下の粒子の含有量が制御された炭化珪素粉末を0.1
    〜1.5重量%添加し、更に粘結材を混合し、1000
    〜1300℃で焼成することを特徴とする人工軽量骨材
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 酸性火山岩類、酸性火山噴出物または凝
    灰岩が、抗火石、流紋岩、火山軽石、シラスであること
    を特徴とする請求項2記載の人工軽量骨材の製造方法。
  4. 【請求項4】 人工軽量骨材の比重y、炭化珪素粉末の
    粒径1μm以下の粒子の含有量x(重量%)として、下
    記y−x関係式(ただし、a、bは使用主原料に対応す
    る定数)により炭化珪素粉末の粒径1μm以下の粒子の
    含有量が制御されることを特徴とする請求項1若しくは
    2記載の人工軽量骨材の製造方法。 y=a−bx
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