JP4434388B2

JP4434388B2 - 石炭灰質の板材の製造方法

Info

Publication number: JP4434388B2
Application number: JP32850799A
Authority: JP
Inventors: 武杉山; 兼治安藤; 吉晴梶田; 芳充蘇; 肇加藤
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mino Ceramic Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mino Ceramic Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2001146461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来品より緻密・高強度で、かつ石炭灰とセメントとを主要原料としたセメント系石炭灰質の板材を経済的に製造し、建築材料や土木材料としての有効利用を広げ、石炭灰の有効利用を図る石炭灰質の板材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の石炭灰質の板材は、石炭灰を主原料とした板材、又はブロックの固形物（板材とする）を得る方法として、原料を金型に入れて加圧成形・焼成等を介して焼結固化する方法と、石炭灰にセメントと水を加えて、その後、加圧成形して養生固化（セメント固化）する方法が一般的である。この焼結方法では板材の強度は高いが、焼成コストがかかり、また焼成による寸法収縮率が大きいために寸法安定性が得られないなどの問題がある。またこの養生固化による方法では不焼成であるため、経済的で、寸法安定性も良いが、焼結品と比べて強度が低く、強度を上げるためには結合材のセメント添加量を多くしなければならない問題がある。
【０００３】
またこのセメント固化による方法（セメント系造粒固化物）では、含水量の多い混合物（スラリー）を型枠に流し込んで養生硬化して板材を得る流し込み方法があるが、この方法では、前処理の混練時に粉体粒子の周囲にセメント硬化に必要な十分な水分が供給され、かつ均一な混合粉体が得られるメリットがある反面、水分量が多いために板材の緻密化には限界がある。この流し込み方法に対して、圧縮成形方法では、形状保持のために必要な水分量は少ないが、強圧下において混練、捏和する工程がなく、板材の強度が不十分である欠点がある。
【０００４】
そして、周知の如く、石炭灰（フライアッシュ）を利用した板材と関連がある発明（文献（１）、文献（２）とする）を述べる。文献（１）として特開平６−１４４９１３号の“繊維補強セメント板”がある。この発明は、セメント、珪砂、フライアッシュ等の無機粉体材料と、バーライト等の無機発泡骨材及び補強繊維を配合（配合物）した層と、前記配合物にさらにポリビニルアルコール粒子を添加した層とで構成し、高温蒸気養生で硬化した構造であり、前記ポリビニルアルコールの特性を利用して吸水性及び外観性の向上が図れる特徴とする。また文献（２）として特開平７−２９１７０７号の“繊維補強セメント板材の製造方法”がある。この発明は、セメント、フライアッシュ、珪砂粉末等の珪酸質原料と、バーライト等の軽量骨材と、パルプ等の補強繊維との配合物に、さらに高炉水砕スラグを添加して成形し、オートクレーブ養生する構成であり、釘打性及び寸法精度の向上が図れる特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記文献（１）、文献（２）は、セメント等にフライアッシュを添加し、繊維補強セメント板等を製造する構成は開示されているが、（Ａ）石炭灰とセメントに水を添加するが、圧力等の条件の開示がないこと（強圧下で混練（ｍｕｌｌｉｎｇ）、捏和（ｋｎｅａｄｉｎｇ）の操作を行うこと、）、又は（Ｂ）石炭灰とセメントに水を添加するが、水等の量の開示がないこと、等から水の管理及び添加量が十分でない。従って、粒子自身が粉体塊中に空気を取り込んだまま凝集すること（ダマの生成）、水との未反応域や不完全混合域ができること、又は主原料の石炭灰は水との濡れ性が悪いことから、例えば、必要最小限度の水を利用して、かつこの水が粉体粒子周囲に均一にコーティングされ難い故に、造粒した養生後において水和結合が不十分となり、板材の強度が低い原因となり兼ねない課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項１の発明は、石炭灰に結合剤としてセメントを添加した粉体粒子を、必要最小限度の水を添加して混合後、強圧下で混練、捏和の操作を行うと、湿潤粉体粒子に凝集が生じて、半造粒状態となり、形枠内に充填して低圧での成形を可能とし、この成形した後に養生して、緻密・高強度の石炭灰質の板材を製造し、この板材の建材等の各分野への利用の用途を広げ、石炭灰の効率的な利用ができる緻密・高強度の石炭灰質の板材の製造に適する方法を提供する。
【００１３】
請求項１は、石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和し、当該粉体粒子の表面が水膜で被覆された湿潤粉体粒子を形成し、この水膜で被覆された湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、湿潤粉体粒子の半造粒状態を確保し、低圧によりさらに緻密・高強度の石炭灰質の板材を成形するに最適な製造方法の提供と、及び前記請求項１の目的の達成する製造方法の提供を意図する。
【００１５】
請求項２は、石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和して湿潤粉体粒子を形成し、この湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法である。
【００１６】
請求項３の発明は、水の媒体下で、緻密・高強度の石炭灰質の板材を成形するに最適な製造方法の提供と、及び板材の建材等の各分野への利用の用途を広げ、石炭灰の効率的な利用ができる製造方法の提供を意図する。
【００１７】
請求項３は、前記の石炭灰とセメントを添加した粉体粒子との重量比が６５：３５〜９５：５に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加することを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の石炭灰質の板材の製造方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、石炭灰とセメントとを混合するが、石炭灰の種類、及び目的とする用途によって最適重量比は異なる。この場合、石炭灰の使用量はできるだけ多い方が有効利用の観点から、及び経済的にも望ましいが、結合材のセメントの量が少ないと強度が不足するので、重量比で６５：３５〜９５：５、好ましくは７０：３０〜９０：１０の範囲とし、水を外割で１０〜３０重量％とし、好ましくは１０〜２５重量％を加えて混合機で予混合させる。この時の混合機としてはどのようなタイプのものでも良く、連続式ではパドルミキサー等のブレード型が一般的である。
【００１９】
混合とは図１に示すように２種類以上の粉体粒子（石炭灰粒子１、セメント粒子２、以下、１、２とする）の混合物を均質化することである。均質な混合物とは着目成分粒子を見出す確率が混合物中いたる所で等しいことであり、即ち、２種類以上の粉体粒子１、２を乾いた状態、或いは少量の液体（必要最小限度の水３）の入った状態で均一に分散させる操作である。従って、混合時の粉体粒子１、２の集合物は空隙が多いために見かけ上の容積は大きい。また石炭灰粒子１の水３に対する濡れ性が悪いので、均一な混合状態であっても石炭灰粒子１の周囲に水３が点在している状態である。
【００２０】
上記のように予混合した粉体粒子１、２の混合物を、混練に機械的圧力を用いる混練機を利用して強圧下で混練操作することが本発明の特徴である。このような混練機としては、例えば、ウェットパンミル等のホィール型混練機、コンテニアスニーダー・エクストルーダー等のロール型混練機、等の混練機等のように圧力をかけながら混練できる方式であれば、粉体粒子１、２間の空隙を少なくする練り混ぜ効果としては効果的である。またスキ形ショベル羽根式高速混合機、高速攪拌羽根式の混合機等を用いても、十分な混合時間を与えることにより、ある程度の練り混ぜ効果を得ることができる。
【００２１】
本発明でいう混練機による強圧下において、ｍｕｌｌｉｎｇ（練り混ぜ：混練）及びｋｎｅａｄｉｎｇ（捏和）の操作を行い、図２に示すように粉体粒子１、２の周囲への液体（水３）、或いは必要最低限のコーティング操作をする。この状態では粉体粒子１、２間の空隙が少なくなり見かけ上の容積（カサ密度）は図１の場合より小さくなる。従って、混練機を利用して強圧下で混練して成形された湿潤粉体粒子を、油圧式、機械式、振動式等のプレス成形機等の圧縮成形機により成形すれば、混合のみの湿潤粉体粒子の造粒と比べ、密度が高く（緻密）、かつ高強度の板材４（図３）が成形できる。また本発明の場合は、セメント粒子２の水和結合と石炭灰粒子１のポゾラン反応が粉体粒子１、２間の結合に寄与する。即ち、水３が粉体粒子１、２の表面を均一にコーティングすることにより、各粉体粒子１、２間の結合面積が飛躍的に増加し、強度が向上する。また粉体粒子１、２表面への水３の均一なコーティングは、造粒時の必要とする水分量を低減するため、造粒固化物の緻密化と、強度の向上が図れ、結果的には、板材４の緻密・高強度が達成される。
【００２２】
尚、混練機により均一かつ十分に練り混ぜられた状態の湿潤粉体粒子に凝集が生じて半造粒状態となっている（図２）状況では、成形時による低圧で圧密し易く、かつ必要最小限度の水３を利用することでも、すぐに圧縮成形される可能性があり有益である。従って、水の量を少なくできるとともに、低圧でかつ短時間で成形できる特徴がある。尚、この混合時に水とともに少量の分散剤の混入は、粉体粒子１、２の均一性をさらに高めること、及び成形、硬化に有効である。
【００２３】
石炭灰とセメントからなる成形体は養生することにより硬化する。この場合も前記したように、混練・捏和により水３が均一に粉体粒子１、２表面にコーティングしているので、各粉体粒子１、２間の水和結合面積が増え、養生により高強度の板材４が得られる。養生方法は気中養生と、蒸気養生等がある。しかし、例えば、短時間で高強度の板材４を得る場合はオートクレーブによる加熱蒸気養生が効果的である。
【００２４】
以上、説明したように本技術は、強力な混練操作により、各粉体粒子１、２への水３のコーティングと粉体粒子１、２の均一な分散を実現させ、この状態で造粒することで、各粉体粒子１、２が接近し、セメントの固化反応が効果的に各粉体粒子１、２を拘束し、強度が飛躍的に増大することとなる。
【００２５】
尚、板材４の強度を確保する必要性がある場合、例えば、建築用材、建築用板材等の大型資材の場合には、補強繊維（パルプ繊維、炭素繊維等）を混入する。また板材４の軽量化を図る必要性がある場合には、気泡ガラス、パーライト等の発泡骨材、他の軽量骨材等の軽量骨材を混入する。さらにブロック、又は室内用板材で小型の場合は、補強繊維及び／又は軽量骨材を混入しないで、普通骨材等を混入する構成例もある。また板材４の表面に有機・無機系材料でなる層、又は同材料でコーティング等により被覆を介して装飾性の向上、板材４等の保護、生活環境の維持等を図ることも可能である。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］表１に示す配合で石炭灰（原粉）、セメント、水をそれぞれ連続式のパドルミキサーにより混合した後、表２に示す混練ａ〜混練ｄの方法で湿潤粉体粒子を練り混ぜた。また比較のために混練操作をしない場合を混合ｅとした。
【００２７】
【表１】
配合

【００２８】
【表２】
混練

【００２９】
混練した後の湿潤粉体粒子を容器に入れて、１分間振動させた後の湿潤粉体粒子容積と重量から求めたカサ密度の値を表３に示す。
【００３０】
【００３１】
【表３】
混練後の湿潤粉体粒子のカサ密度

【００３２】
比較例の混合ｅは単に混合だけの状態のため、湿潤粉体粒子のカサ密度は低い数値となったが、湿潤粉体粒子を混練機を用いて練り混ぜる操作を付加した混練ａ〜混練ｄでは、混練後の湿潤粉体粒子のカサ密度はいずれも増加した。このカサ密度が大きい方が、湿潤粉体粒子への水のコーティングが進んでいて、良く練れている状態と云える。従って、混練性は、混練ａ＞混練ｂ＞混練ｃ＞混練ｄ＞混合ｅの順に良好である。
【００３３】
［実施例２］実施例１で混練したａ〜ｅの湿潤粉体粒子を金型に入れ、４００ｋｇ／ｃｍ２の成形圧力で１２０×４０×２０ｍｍの形状に圧縮成形した。成形直後の成形体のカサ密度の測定結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
成形体のカサ密度

【００３５】
得られた成形体の絶乾状態でのカサ密度は実施例１での混練性の良好な順に高い数値となった。
【００３６】
［実施例３］実施例２で加圧成形した成形体を温度６０℃、湿度９５％以上で１５時間蒸気養生を行った。養生後の成形体から強度試験機により曲げ強度を測定した結果を表５に示す。
【００３７】
［実施例４］実施例２で加圧成形した成形体を、オートクレーブで１８０℃で３時間蒸気養生を行った。実施例３と同様に測定した養生後の成形体の曲げ強度を表５に示す。
【００３８】
尚、実施例３及び実施例４の結果から、混練した湿潤粉体粒子を用いた加圧成形体の養生後の曲げ強度は、実施例１での混練性の良好な順に高い強度を示し、比較例の混合のみの湿潤粉体粒子を用いた成形体と比べて、高い曲げ強度を示した。
【００３９】
【表５】
実施例３〜５による成形体の曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）

【００４０】
【発明の効果】
本発明は、石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和し、当該粉体粒子の表面が水膜で被覆された湿潤粉体粒子を形成し、この水膜で被覆された湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法である。従って、本発明は、石炭灰に結合剤としてセメント及び水を添加する構成であるので、添加石炭灰の使用率が高く、有益であること、及び特別な添加剤を必要としないので経済的であること、等の特徴がある。またセメント粒子の水和結合と石炭灰粒子のポゾラン反応が粉体粒子間の結合に寄与するので、緻密・高強度が確保できること、及び板材の建材等の各分野への利用の用途を広げ、石炭灰の効率的な利用が図れること、等の特徴がある。さらに石炭灰は発生量が多いために従来からその処理に苦慮していたが、上記した用途により、今後大量利用を実現できるので、本発明の効果は極めて大きい。
【００４１】
また本発明は、石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和して湿潤粉体粒子を形成し、この湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法である。従って、前述の効果をさらに向上できる。
【００４２】
更に本発明は前記の石炭灰とセメントを添加した粉体粒子との重量比が６５：３５〜９５：５に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加することを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の石炭灰質の板材の製造方法である。従って、板材の利用分野を広げ、かつ石炭灰の効率的な利用ができる緻密・高強度の石炭灰質の板材の製造に適する方法を提供できる。
【００４３】
このようにして得られた石炭灰質の板材を破砕しての利用も可能であり、例えば、コンクリート骨材又は路盤材、他の骨材等としての利用が可能である。また石炭灰又は石炭灰質の板材の一層の利用分野の拡充が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭灰粒子とセメント粒子及び水の混合を示す拡大模式図である。
【図２】石炭灰粒子とセメント粒子及び水の混練・捏和を示す拡大模式図である。
【図３】板材の縮尺断面図である。
【符号の説明】
１石炭灰粒子
２セメント粒子
３水
４板材

Claims

石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和し、当該粉体粒子の表面が水膜で被覆された湿潤粉体粒子を形成し、この水膜で被覆された湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法。
石炭灰にセメントを添加した粉体粒子に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加して混合機で予混合し、この予混合した粉体粒子と水を混練に機械的圧力を用いる混練機による強圧下において混練、捏和して湿潤粉体粒子を形成し、この湿潤粉体粒子を型に充填し、圧縮成形機を利用して圧縮成形し、この湿潤粉体粒子の隙間に存在する水を媒体として圧密結合し、その後、養生工程を行うことを特徴とする石炭灰質の板材の製造方法。
前記の石炭灰とセメントを添加した粉体粒子との重量比が６５：３５〜９５：５に対して、水を外割で１０〜２５重量％添加することを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の石炭灰質の板材の製造方法。