JP4815200B2 - 改質硫黄資材製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、硫黄改質剤で変性した改質硫黄を用いて、土木用および建設用の資材として利用される改質硫黄資材の製造装置に関する。

土木用および建設用の資材の１つとして、骨材をセメントで結合させたコンクリートが一般に用いられている。近年、常温では固体でありおよそ１１９℃を超えると溶融する硫黄の性質に着目して、硫黄を土木用および建設用の資材として利用する試みがなされている。硫黄を利用した資材（硫黄資材）は、通常のコンクリートに比べて高強度で耐水性に優れ、かつ耐酸性の強い材料として知られている。また、硫黄資材は、コンクリートと仕上がりや取り扱いが似ていることから、固化したものは硫黄コンクリートまたは硫黄固化体とも呼ばれる（特許文献１参照）。

硫黄は着火性を有しているため、現場で溶融させて打設することが困難である。そこで、特許文献２には、溶融した硫黄に添加剤として硫黄改質剤を添加して硫黄を変性した改質硫黄を製造し、この改質硫黄と細骨材とを混合して溶融物状の改質硫黄中間資材を製造すること、および、改質硫黄中間資材と粗骨材とを混合し、これを固化させて改質硫黄固化体を製造することが開示されている。

改質硫黄中間資材は非危険物扱いとされる。したがって、改質硫黄中間資材をプラントで予め製造しておき、これを現場まで輸送し、現場にて粗骨材と混合すれば、現場で安全に打設することができる。
特開２００４−１６０６９３号公報 特開２００５−８２４７５号公報

しかしながら、改質硫黄中間資材をプラントで予め製造しておき、現場まで輸送する方法では、改質硫黄中間資材と粗骨材とを現場で混合して改質硫黄資材を製造するための設備を現場に設置する必要がある。このような製造設備を設置することによって設置工数や設置コストが増加する。特に、改質硫黄中間資材は、少なくとも打設される際は溶融状態である必要があるので、現場で改質硫黄中間資材を溶融状態に保つための加熱保温装置が必要となる。加熱保温装置は製造設備の大型化を招く。また、製造設備は工事の終了後、現場から撤去される。したがって、現場に設置される製造設備としては、小型で移動が容易な設備が望まれている。

そこで本発明は、現場で改質硫黄中間資材と粗骨材とを混合して改質硫黄資材を製造することができる、小型で設置や移動が容易な改質硫黄資材製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の改質硫黄資材製造装置は、骨材を連続的に移送しながら乾燥加熱させる骨材乾燥加熱装置と、骨材乾燥加熱装置から排出された骨材および溶融状態の改質硫黄中間資材を受け入れ、骨材および改質硫黄中間資材を連続的に移送しながら混練する混練装置と、骨材乾燥加熱装置内の骨材、および混練装置内の骨材および改質硫黄中間資材を加熱する加熱保温装置と、を有する。改質硫黄中間資材は、溶融状態の硫黄と該硫黄を変性させる硫黄改質剤とを混合して得られた改質硫黄にさらに細骨材を混合したものである。

このように、骨材乾燥加熱装置および混練装置を連続式とすることで、改質硫黄資材が連続的に製造される。よって、骨材乾燥加熱装置および混練装置は小型のものでよく、結果的に、改質硫黄資材製造装置全体の小型化も達成される。

本発明の改質硫黄資材製造装置は、固化した改質硫黄中間資材が供給され、供給された改質硫黄中間資材を、混練装置に供給するために加熱して溶解する改質硫黄中間資材溶解装置をさらに有していてもよい。また、骨材乾燥加熱装置の排出口と、混練装置の骨材受け入れ口とが共通であり、かつ、加熱保温装置が骨材乾燥加熱装置と混練装置とに共通に設けられた構成とすることで、構成が簡易になりより小型化が達成される。

加熱保温装置は、燃料を燃焼させるバーナーを有するものであってもよいし、電熱式ヒータを有するものであってもよい。

また、周囲に臭気が漏れるのを防止するために、混練装置内に発生するガスから臭気を除去して混練装置の外へ排出する脱臭装置をさらに有することが好ましい。

本発明によれば、骨材乾燥加熱装置および混練装置の小型化により改質硫黄資材製造装置全体の小型化も達成されるので、設置や移動を容易に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による改質硫黄資材製造装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態の改質硫黄資材製造装置１は、硫黄改質剤によって改質された改質硫黄中間資材を用いて、土木用および建設用の資材として利用される改質硫黄資材を製造するものであり、骨材ホッパー１１と、骨材乾燥加熱装置１３と、混練装置１６、改質硫黄中間資材計量装置１９と、これらを搭載するベース２とを主として有する。

骨材ホッパー１１は、骨材、特に粗骨材を内部に収容し、また、収容している粗骨材を外部へ排出するものである。粗骨材は、骨材として使用できるものであれば種類は特に制限されず、コンクリートに一般に用いられる骨材を使用できる。

このような骨材としては、天然石、砂、れき、硅砂、鉄鋼スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、金属の製造時に生成される副生産物、石炭灰、溶融スラグ類、貝殻、およびこれらの混合物等からなる群より選択される１種または２種以上が挙げられる。また、アルミナ、石英、石英質岩石、粘土鉱物、ガラス、およびこれらと同等の有害物質を含有しない無機系、有機系等の骨材も使用可能である。

粗骨材の粒径は５ｍｍ以上であることが好ましい。また、粗骨材の粒径の上限は５０ｍｍ以下であることが好ましい。粗骨材の粒径が５０ｍｍを超えると、後工程での改質硫黄中間資材との混練に機械上の支障を来すおそれがある。粗骨材の粒径調整には公知の技術を利用することができる。粗骨材の水分含有量は５％以下が好ましい。

骨材ホッパー１１の下方には、骨材計量フィーダ１２が配置されている。骨材計量フィーダ１２は、骨材ホッパー１１から排出された粗骨材を骨材乾燥加熱装置１３へ搬送するものであり、本形態ではコンベア式としている。

骨材計量フィーダ１２によって搬送された粗骨材は、骨材乾燥加熱装置１３に供給される。骨材乾燥装置１３は、供給された粗骨材を乾燥させるとともに、所定の温度（例えば１１９℃以上の温度）に粗骨材を加熱する。骨材乾燥加熱装置１３の内部には、供給された粗骨材を搬送するスクリュ１３ａ、および骨材乾燥加熱装置１３内を加熱し保温する加熱保温装置１４が設けられている。骨材乾燥加熱装置１３内の温度は、不図示の温度センサによって測定され、その測定結果に基づいて、例えば１３０〜１５０℃程度の温度に制御される。これによって、骨材乾燥加熱装置１３に供給された粗骨材は、スクリュ１３ａによって骨材乾燥加熱装置１３内を連続的に進行しながら加熱され、粗骨材の水分含有量が例えば０．１％以下となるまで乾燥される。乾燥された粗骨材は、骨材乾燥加熱装置１３の骨材搬送方向下流端部にある排出口から排出される。

加熱保温装置１４は、ＬＰガスや灯油等の燃料を燃焼させるバーナーを有する。バーナーの燃料は、燃料タンク１５から供給される。ここでは加熱保温装置１４は２つの燃料タンク１５に接続されているが、加熱保温装置１４に接続される燃料タンク１５の数は、加熱保温装置１４が必要とする熱量や動作時間等に応じて増減することができる。バーナーは、その炎によって骨材乾燥加熱装置１３内を直接加熱してもよいし、熱媒を介して間接的に加熱してもよい。また、必要に応じてスチームボイラーを使用し、スチーム配管を介して乾燥加熱することもできる。熱媒を介して骨材乾燥加熱装置１３を加熱する場合は、熱媒が循環する熱媒用配管を骨材乾燥加熱装置１３の外周部あるいは内部に配し、熱媒用配管をバーナーで加熱する。熱媒としては、例えばタービン油といった、約２００℃程度まで加熱することのできるものを用いることができる。

混練装置１６は、骨材乾燥加熱装置１３から加熱された粗骨材が供給されるとともに、改質硫黄中間資材計量装置１９から改質硫黄中間資材張込ポンプ２０を使用して供給された改質硫黄中間資材を混練する。改質硫黄中間資材の混練装置１６への供給は必ずしも改質硫黄中間資材張込ポンプ２０を用いる必要はなく、重力式であってもよい。混練装置１６は、筐体が筒状に構成されており、その長手方向一端部には、粗骨材を骨材乾燥加熱装置１３から受け入れるための受け入れ口が、骨材乾燥加熱装置１３の排出口と共通に設けられている。

改質硫黄中間資材は溶融した状態で混練装置１６に供給される。改質硫黄中間資材と粗骨材との混練は、改質硫黄中間資材が溶融した状態で行われるので、混練装置１６は、改質硫黄中間資材が固化しない温度以上の温度（例えば１１９℃以上）に保たれるように加熱されている。本形態では、骨材乾燥加熱装置１３と混練装置１６とが連続しているので、骨材乾燥加熱装置１３に設けられた加熱保温装置１４によって、混練装置１６も上記の温度に加熱することができる。

混練装置１６の内部には、粗骨材と改質硫黄中間資材とを混練するための撹拌羽根１６ａが、その回転軸を筐体の長手方向と平行にして設けられている。したがって、混練装置１６内では、骨材乾燥加熱装置１３から粗骨材が連続的に供給されるので、粗骨材は混練装置１６内を一端から他端へ向かって移動しながら改質硫黄中間資材と混練される。

混練装置１６の長手方向他端部には、粗骨材と改質硫黄中間資材との混練物である改質硫黄資材を排出するための排出部が設けられている。排出部には排出シュート１６ｂが設けられている。改質硫黄資材は、排出シュート１６ｂから直接、あるいはホースあるいは他の運搬手段を介して、改質硫黄資材を打設すべき型枠（不図示）内に供給される。型枠内に供給された改質硫黄資材は型枠内で自然冷却されることで固化し、これによって、改質硫黄固化体が得られる。

ところで、溶融した改質硫黄中間資材からは、硫化水素や二酸化硫黄といった臭気を含むガスが発生する。そこで、混練装置１６にはこれらガスから臭気を吸着するための、活性炭や薬品等の吸着材を有する脱臭装置１７が接続されている。混練装置１６内で発生した臭気を含むガスは脱臭装置１７で吸着され、臭気が吸着されたガスが脱臭装置１７から排気される。これによって、臭気が周囲に漏れるのが防止される。

脱臭装置１７としては、上述した吸着法を利用したものの他に、希釈法や燃焼法といった既存の脱ガス、脱臭技術を利用してもよい。

混連装置６への改質硫黄中間資材の供給は、改質硫黄中間資材と粗骨材との混合比を一定にするために改質硫黄中間資材計量装置１９を介して行われる。改質硫黄中間資材計量装置１９からは、改質硫黄中間資材は溶融した状態で供給される。改質硫黄中間資材計量装置１９の計量方式は、容積計量方式または重量計量方式のいずれでも良い。

改質硫黄中間資材溶解装置１８は、フレーク状とされた固形の改質硫黄中間資材が投入され、不図示の撹拌機によって撹拌しながら加熱することで改質硫黄中間資材を溶解し、硫黄中間資材計量装置１９へ供給するものである。本形態では、改質硫黄中間資材溶解装置１８を２基設置しているが、各改質硫黄中間資材溶解装置１８の容量および改質硫黄中間資材溶解装置１８の数は、この改質硫黄資材製造装置１に要求される処理能力に応じて適宜変更することができる。フレーク状の改質硫黄中間資材はプラントで作られ、トラック等の輸送手段を利用して、この改質硫黄資材製造装置１が設置されている施工現場へ輸送される。

改質硫黄中間資材溶解装置１８内の改質硫黄中間資材の加熱、および改質硫黄中間資材計量装置１９内の改質硫黄中間資材の保温には、燃料タンク１５内の燃料を燃焼させるバーナーを有する加熱保温装置（不図示）を用いることができる。また、加熱保温装置１４が熱媒を介して加熱するものである場合は、熱媒用配管を、改質硫黄中間資材溶解装置１８の周囲または内部、および改質硫黄中間資材計量装置１９の周囲または内部を通るように引き回してもよい。あるいは、スチームボイラーを利用する場合は、上記熱媒用配管と同様に、スチーム配管を配置すればよい。

ここで、本形態で用いられる改質硫黄中間資材について説明する。

改質硫黄中間資材は、硫黄と、硫黄改質剤と、微粉末とを原料として作られる。

まず、溶融した硫黄と硫黄改質剤とを混合して改質硫黄を製造する。硫黄は、天然の硫黄でもよいし、石油や天然ガスの脱硫によって生成された硫黄であってもよい。硫黄改質剤は、硫黄を変性、例えば重合することによって改質する。硫黄改質剤としては、シクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、テトラハイドロインデン（ＴＨＩ）、ジシクロペンタジエン、ジペンテン、ビニルトルエン、およびジシクロペンテン等のオレフィン化合物類のうち１種または２種以上の混合物が挙げられる。さらに、硫黄改質剤として、ジシクロペンタジエンのオリゴマー（２〜５量体混合物）を用いることもできる。硫黄と硫黄改質剤との混合は、硫黄が溶融した状態、すなわち１１９℃以上の温度で行われ、製造された改質硫黄も溶融状態に保たれる。

得られた改質硫黄は、所定の温度（例えば１５０℃）以上に加温された微粉末と混合されて改質硫黄中間資材とされる。

微粉末としては、石炭灰、シリカヒューム、石英粉、ガラス粉末、燃料焼却灰、電気集塵灰、および貝殻粉砕粉のうち１種または２種以上を選択できる。微粉末の粒径は、通常、１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下である。微粉末の粒径調整には公知の技術を利用することができる。

得られた改質硫黄中間資材は、冷却固化され、その後、破砕機で破砕されてフレーク状とされる。固化された改質硫黄中間資材をフレーク状にし易くするために、改質硫黄中間資材の固化段階では、改質硫黄中間資材を薄板状に固化することが好ましい。薄板状に固化した改質硫黄中間資材を得る方法としては、例えば、溶融した改質硫黄中間資材をコンベア上に連続的に落下させる方法が挙げられる。この方法によれば、コンベア上に落下した溶融状態の改質硫黄中間資材は、コンベア上で面状に広がる。面状に拡がった改質硫黄中間資材は、コンベアによって搬送されながら固化するので、結果的に薄板状に形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、加熱手段１４用の燃料としてＬＰガスや灯油を使用するので、取り扱いが容易である。また、混練装置１６を連続式とすることで、小型の混練装置１６であっても改質硫黄固化体の基となる改質硫黄資材を連続的に製造することができる。骨材乾燥加熱装置１３についても、連続式とすることで、同様に骨材乾燥加熱装置１３を小型化することができる。結果的に、改質硫黄資材製造装置１全体としての小型化が達成される。

さらに、骨材乾燥加熱装置１３および混練装置１６をともに連続式とすることで、骨材乾燥加熱装置１３の排出口と混練装置１６の受け入れ口とを共通化できる。これによって、骨材乾燥加熱装置１３の内部と混練装置１６の内部とを、連続した１つの空間とすることができる。骨材乾燥加熱装置１３の内部の温度と混練装置１６の内部の温度はほぼ等しくて構わないので、加熱保温装置１４も骨材乾燥加熱装置１３と混練装置１６とで共通化することができ、装置構成を簡単にすることができる。このことも、改質硫黄資材製造装置１の小型化に寄与するものである。

また、上述した骨材乾燥加熱装置１３や混練装置１６といった、改質硫黄資材製造装置１を構成する各装置がベース２上に搭載されているので、施工現場での設置や撤去をベース２ごと行うことができる。これによって、改質硫黄資材製造装置１の設置作業や撤去作業が容易になる。なお、ベース２は一体である必要はなく、いくつかのエレメントに分割されても構わない。ベース２を台車（不図示）上に搭載すれば、改質硫黄資材製造装置１の移動も容易になる。移動を容易にするためには、ベース自身に移動用の車輪を設けてもよい。

以上本発明について代表的な形態を例に挙げて説明したが、本発明は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更を加えることができる。

例えば、図１に示した形態では、フレーク状の改質硫黄中間資材を改質硫黄中間資材溶解装置１８で溶解して、改質硫黄中間資材計量装置１９に供給しているが、施工現場から離れたプラントで製造した改質硫黄中間資材を溶融状態で輸送するよううにすれば、輸送に用いた車両等から直接、改質硫黄中間資材計量装置１９に供給してもよい。これによって、改質硫黄中間資材溶解装置１８が不要になるので、改質硫黄資材製造装置１をより小型化することができる。また、混練装置１６への、溶融した改質硫黄中間資材の供給量を制御できれば、改質硫黄中間資材計量装置１９を介してではなく直接、混練装置１６に改質硫黄中間資材を供給することもできる。

また、上述した形態では加熱保温装置１４として燃焼式のバーナーを用いた例を示したが、加熱保温装置１４は電熱ヒータを有するものであってもよい。その場合は、燃料タンク１５の代わりに電源が備えられる。

さらに、フレーク状の改質硫黄中間資材を改質硫黄中間資材溶解装置１８で溶解してから混練装置１６に供給する代わりに、改質硫黄中間資材をフレーク状のまま、もしくはさらに細かく砕いてから混連装置１６に直接供給し、粗骨材と混合しながら溶解、混練することもできる。その場合、供給される粗骨材の温度は、溶融状態の改質硫黄中間資材を供給する場合よりも高温（好ましくは、改質硫黄中間資材を溶融状態で供給する場合との温度差で３０〜５０℃）であることが必要である。

本発明の一実施形態による改質硫黄資材製造装置の模式的構成図である。

符号の説明

１ 改質硫黄資材製造装置
２ ベース
１１ 骨材ホッパー
１２ 骨材計量フィーダ
１３ 骨材乾燥加熱装置
１３ａ スクリュ
１４ 加熱保温装置
１５ 燃料タンク
１６ 混練装置
１６ａ 撹拌羽根
１６ｂ 排出シュート
１７ 脱臭装置
１８ 改質硫黄中間資材溶解装置
１９ 改質硫黄中間資材計量装置
２０ 改質硫黄中間資材張込ポンプ

Claims (6)

1. 骨材を連続的に移送しながら乾燥加熱させる骨材乾燥加熱装置と、
   前記骨材乾燥加熱装置から排出された骨材および溶融状態の改質硫黄中間資材を受け入れ、前記骨材および前記改質硫黄中間資材を連続的に移送しながら混練する混練装置と、
   前記骨材乾燥加熱装置内の骨材、および前記混練装置内の骨材および改質硫黄中間資材を加熱し保温する加熱保温装置と、
   を有し、
   前記改質硫黄中間資材は、溶融状態の硫黄と該硫黄を変性させる硫黄改質剤とを混合して得られた改質硫黄にさらに細骨材を混合したものである、改質硫黄資材製造装置。
2. 固化した前記改質硫黄中間資材が供給され、供給された改質硫黄中間資材を、前記混練装置に供給するために加熱して溶解する改質硫黄中間資材溶解装置をさらに有する、請求項１に記載の改質硫黄資材製造装置。
3. 前記骨材乾燥加熱装置の排出口と、前記混練装置の骨材受け入れ口とが共通であり、かつ、前記加熱保温装置が前記骨材乾燥加熱装置と前記混練装置とに共通に設けられている、請求項１または２に記載の改質硫黄資材製造装置。
4. 前記加熱保温装置は燃料を燃焼させるバーナーを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の改質硫黄資材製造装置。
5. 前記加熱保温装置は電熱式ヒータを有する、請求項請求項１から３のいずれか１項に記載の改質硫黄資材製造装置。
6. 前記混練装置内に発生するガスから臭気を除去して前記混練装置の外へ排出する脱臭装置をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の改質硫黄資材製造装置。

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