JPH02293362A - 石炭灰砂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、壁ボード、天井ボード、床パネル等の各種
パネル材、および断熱板、遮音板等の慢合板の素材など
として好適な石炭灰砂組成物に係り、特に安定した司使
時間が得られると共に早期に強度を発現する石炭灰砂組
成物に関するものである。

「従来の技術」 電源の多様化に伴い、石炭火力発電所は今後ますます増
加すると考えられる。現在、石炭火力発電所において発
生した石炭灰は、セメント原料およびセメント混和剤と
して約２０％が利用されているほか、肥料および建材原
料等に数パーセントが利用されているが、残りの大部分
は灰捨場で処理されているというのが現状である。

また、電力業界では、年間約３００万トンの石炭灰の発
生が予想されているが、利用している石炭の原産地は国
内のほかアメリカ、オーストラリア、中国と多岐にわた
る上、ボイラーの性能の関係もあって発生する石炭灰の
性質が日々に異なるため、発生した石炭灰を各種の原料
として使用することは品質管理の面で難しい。このため
、このような石炭灰を用いて例えば砂利および砂などの
骨材を製造することも考えられており、その場合には、
クリンカーアッシュを除く全ての石炭灰を土木建築等に
有効に利用することもできると考えられている。

一方、石炭灰を原料として用いた骨材として、従来は、
石炭灰をバン型造粒機にて直径５〜１５１ｌｔに造粒し
た後に１１００’ｃ程度で焼成することにより製造され
る焼成形の骨材があり、この焼成形の砂利は主として九
州一円で年間１０万Ｒ３が利用されている。しかしなが
ら、このような焼成形の骨材は、造粒機ならびに焼成方
法の点から、径５１１ｌ程度の砂利を作るのには適して
いるが、径５■以下の砂を造粒することは難しい上、こ
のようにして製造された砂利を粉砕しても、粒形の関係
でコンクリートには使用しにくい砂粒となるため、骨材
として利用することはできなかった。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、骨材市場は年間５億トンの需要があり、その
うちの７割が砂利、３割が砂といわれているが、良質の
砂が不足しているため、現在では、砕砂、海砂等を使用
せざるを得ない状況である。

そして、これら骨材の大部分を占める普通骨材の価格は
、需要値の比較的周辺で生産される関係もあって極めて
安価である。

一方、軽量骨材（軽量砂はほとんど製造されていないの
で軽量砂利を示す）の需要は骨材市場の１％しかない　
（年間５００〜２００万トン）。これは、需要が大都会
の高層ビルに限られている上、軽量砂がないことから普
通砂を使用するため、軽量コンクリートといってもその
比重が１．８程度で、普通コンクリート　（比重約２．
３）と比べてさほど軽量化されず、したがって、基礎や
躯体にかかる経済的メリットも少ない。さらに、軽量砂
利の価格は、生産工場から需要地までの運送の関係もあ
って普通の砂利よりかなり価格が高い。

したがって、もし、軽量砂を安く入手することができ、
それによって文字どおり軽い軽量コンクリート　（比重
１．４程度）を製造することができたならば、基礎、躯
体の経済性から、大量に使用されることは間違いない。

また、軽量コンクリートが大量に使用されると言うこと
は、軽量砂利の使用量が増加することにもなり、それに
よって軽量骨材も価格的に安くなるであろうから、軽量
骨材全体の需要が大いに延びると思われる。

また、通常のコンクリートでは、打設して所定の強度が
発現するまでに３〜４日必要であるため、適当な混和材
を添加することにより早期に強度を発現するように調整
した急硬調整セメントが知られているが、このような従
来の急硬調整セメントは、安定した可使時間（凝結開始
時間）が得られず、製品の品質安定化が図り難くなると
いう不具合があった。

この発明は、上述のような種々の事情に鑑みてなされた
もので、軽量で、かつ従来のモルタルまたはコンクリー
トと同等の強度が得られると共に、安定した可使時間が
得られ、かつ必要に応じて任意の時期に急硬させること
のできる石炭灰砂組成物を提供することを目的としてい
る。

「課題を解決するための手段」 この発明の石炭灰砂組成物は、ＣａＯ”ＡＩ．Ｏ．水硬
系化合物またはこのＣ　ａ　Ｏ−Ａ　ｌ　ｘ　Ｏ　３水
硬系化合物とＣａＯ−ＳｉＯｔ水硬系化合物との混合物
にフノ酸副生無水石膏またはリン酸副生無水石膏を配合
してなる加熱急硬性セメントに、石炭灰を造粒してなる
石炭灰砂および水を所定の割合で配合し、これらを混練
してなるものである。

「作用」 この発明の石炭灰砂組成物は、加熱急硬性セメントを配
合したことによって型枠内に打設する際の可使時間を長
くとることができると共に、型枠内に打設した後、所定
温度に加熱することによって、加熱急硬性セメントが石
炭灰砂組成物と協働して早期硬化を促すことにより早期
に高い強度が発現する。

この石炭灰砂組成物が加熱により早期に硬化する原因は
、加熱急硬性セメントが加熱により急硬する性質を有し
ていることのほか、石炭灰砂が細かな気泡を含んでいる
ことにより高い断熱性を有しているためであり、それに
よって熱が外部に逃げるのを抑えると共゜に型枠内の温
度を一定に保つこと、および石炭灰砂自体が高い強度を
持っていることにある。

すなわち、この石炭灰砂組成物を型枠内に打設した後、
例えば７０°Ｃに加温して養生すると、３〜５時間程度
で、脱型および運搬可能な強度を発現する。

また、この石炭灰砂組成物は、石炭灰砂組成物を配合し
たことによって、通常のモルタルとほぼ同等の強度で、
かつ従来の軽量モルタルよりも軽爪なセメント硬化体に
なる。そして、この石炭灰砂組成物に軽量砂利を配合す
ることによって、通常のコンクリートと同等の強度で、
かつ従来の軽量コンクリートよりも遥かに軽量な軽量コ
ンクリート代替材料を得ることもできる。その上、この
石炭灰砂組成物は、適切な混和材を添加することによっ
て各種の複雑な形状に成形することもでき、かつ所望の
時期に急硬させることかできるため、壁ボード、天井ボ
ード等のパネル材の素材として用いることができるのは
勿論、ドア、サノシュ等のような複雑な形状の材料の素
材としても用いることができ、しかも、それらを工場生
産する場合に最適な素材である。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を詳細に説明する。

この実施例の石炭灰砂組成物は、モルタルまたはコンク
リートの代替材料として好適なセメント硬化体の一種で
あって、石炭灰砂、加熱急硬性セメントおよび水により
構成される各原料を混合すると共に、必要に応じてこれ
らに増粘材、成型保持材、減水剤等の混和材を添加し、
混練してなるものである。

ここで、この石炭灰砂組成物の主要構成の一っである石
炭灰砂について詳細に説明しておく。

石炭灰砂の原料は石炭灰とセメントであるが、そのうち
の石炭灰は、我が国では主に石炭火力発電所において発
生する。そして、石炭火力発電所において発生する石炭
灰は、ボイラーボトムに落下してきたタリンカーアッシ
ュ　（１０〜２０％）と、節炭器と空気余熱器下部で得
られるシンダーアッシュ　（３〜６％）と、煙道の途中
の電気集塵機で捕捉されるフライアッシュ　（７０〜８
０％）とに分類され、さらに、そのうちのフライアッシ
ュを分級することにより細粉（ＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ａ
　６２０１）に適合したフライアッシュはこれに含まれ
る）と粗粉とに分けられる。これらの石炭灰のうち、石
炭灰砂の原料として使用可能なものは主に細粉であり、
その細粉のうちＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ａ　６２０１）に
適合したものを使用しても、ＪＩＳ規格外のものを使用
しても、造粒された砂粒の性質にほとんど差がないが、
粗粉やシリンダーアッシュを用いた場合、造粒は可能で
あるが、多少の造粒剤が必要となる。

このような石炭灰を使用して石炭灰砂を製造する場合に
は、アイリッヒミキサー等の造粒機（以下、アジテータ
ーと呼ぶ）に所定量の石炭灰および少量のセメントを投
入し、空練りの後、水（および必要に応じて増粘剤）を
投入して高速混合造粒することにより砂とする。但し、
石炭灰とセメントとの混合割合は、セメントの配合量に
よって砂粒の吸水率、絶乾比重、破砕破砕率に差が出る
ので、使用目的に応じて配合を決定する。そして、その
場合、最も重要な条件は水の混合割合である。

すなわち、石炭灰砂を造粒するためには、水の混合割合
が極めて狭い範囲（混合される水量に対して　ｌ〜２％
）しか許容されないため、その狭い範囲内で水量を増減
させることによって粒の大きさを変える必要がある。ま
た、アジテーターの回転数、パンの回転数および回転時
間も重要であり、これらの条件によっても粒度分布が変
化する。すなわち、アジテーターの回転数は１５００〜
５００ｒｐｍ、バンの回転数は６０〜３０ｒｐｍ　、回
転時間は１０〜２０分の範囲内で設定されるが、粒度が
一様に揃ったもの（例えば径０．　８ｇｇの砂粒）が必
要な場合には水量を少なめにしてアジテーターを比較的
高回転で長時間回転させ、粒度分布を持たせる場合には
水量を多めにしてアジテーターを比較的低回転で短時間
回転させる、などの操作によって調整する。

また、広範囲の粒度分布を得る場合には、粒度の小さな
石炭仄砂を作る工程と粒度の大きな石炭灰砂を作る工程
とを別個に設け、両工程で得られた各石炭灰砂を混合す
ることが望ましい。例えば、ＪＩＳ　Ａ　５００２　（
構造用軽量コンクリート骨材）で定められた人工軽量骨
材に適合した粒度分布に造粒する場合には、水の混合割
合を適当な割合に調整してアジテーターを比較的低回転
で短時間回転させることにより　１．２ｍｍ以下の細か
い部分を一回造粒すると共に、上述の水の混合割合を許
容範囲内において変えることにより　１．　２１１以上
の粗い部分を一回造粒し、これらを等量混合すれば良い
。

このようにして製造される石炭灰砂の特徴は、まず第一
に絶乾比重が１．３〜１．６と軽いことであるが、さら
に粗粉を使用すると、その比重を１．１〜１．２程度ま
で小さくすることもできる。但し、重量と強度と給水率
は密接な関係があるので、使用目的に応じて選択する必
要がある。また、この石炭灰砂は、以上のように極めて
軽く、かつ、建材として十分な強度も有するため、例え
ば軽量コンクリート用の骨材などとして有望な上、断熱
性が大きいことを利用して断熱材の素材とすることも可
能である。

一方、上記加熱急硬性セメント　（以下、サーモセット
セメントと称す）は、大気温下で成形作業を行なうのに
十分な可使時間を有しているが、凝結硬化を開始する以
前の任意の時期に加熱して水和物を一定温度以上に昇昌
せしめると、急速に硬化して所定の強度を発現するもの
である。

具体的には、Ｃ　ａｏ−Ａ　Ｉ　！　Ｏ　ｓ水硬系化合
物（以下、アルミナセメントと称す）または該アルミナ
セメントとＣａＯ−ＳｉＯ．水硬系化合物（以下、ボル
トランドセメントと称す）との混合物のいずれかと、フ
ッ酸またはフッ化カルシウムを含むフノ酸副生無水石膏
、あるいはリン酸またはリン酸カルシウムおよびフ・ノ
酸またはフッ化カルシウムを含むリン酸副生無水石膏と
を含むセメント、またはこのセメントにさらに凝結調整
作用を有する有機化合物を添加したセメントであって、
凝結開始する以前の任意の時間に加熱した場合、急速に
孝かして脱型強度を発生するに至るものである。なお、
この加熱急硬性セメントには、必要に応じて、半水石膏
および二水石膏、石灰類（生石灰、消石灰、ドロマイト
、ドロマイトブラスター、またはこれらの仮焼物等）、
水ガラス、または合成樹脂等を添加しても良い。

また、上記増粘材とは、有機系増帖材であるメチルセル
ロースなど、または無機系増粘材である珪藻上およびベ
ントナイトなどのことであるが、特に耐火性が要求され
る場合には無機系増帖材を用いることが望ましい。また
、上記成型保持材とは、コンクリート成形物の形を保持
するものであり、具体的には、ビニロン等の合成繊維、
およびガラス繊維、カーボン繊維などのいわゆる繊維の
ことである。さらに、上記減水剤は、セメント粒子を分
散させることによってコンクリートの所要のワー力ビリ
チーを得るためにコンクリートの必要水量を減らすもの
で、一種の界面活性剤からなり、その成分は、リグニン
系、オキシカルボン酸塩系、芳香族スルホン酸塩系、ポ
リオール系、あるいはこれらの複合系などである。なお
、このような減水剤の代わりに、ナフタリンスルホン酸
縮合物系および高縮合トリアジン系（含メラミン系）化
合物などを主成分とした高性能減水剤を添加しても差し
支えない。

次に、このような構成の石炭灰砂組成物を成形すること
により各種の建材等を製造する場合の成形法について説
明する。

この石炭灰砂組成物を通常の型枠内に打設することによ
って成形する場合には、予め、上述の石炭灰砂と加熱急
硬性セメントと水とを混合すると共にこれらに混和材を
添加することにより所望量の石炭灰砂組成物を調製して
おくのであるが、その場合、所定量の加熱急硬性セメン
トに対して、石炭灰砂１〜１．５（加熱急硬性セメント
の重量を１とする）、水０．６〜０．７５の重量比（同
上）で配合すると共に、混和材として、成型保持材を１
〜３重量％（加熱急硬性セメントの重量％を　１００と
する）、減水剤をＯ〜２重量％（同上）の割合で添加し
、これらを混練することによってスラリー状の石炭灰砂
組成物を得る。そして、このようにした後、この石炭灰
砂組成物を所望の成形面を有する型枠内に打設し、次い
で赤外線、遠赤外線またはマイクロ波を利用したヒータ
等を用いて、該石炭灰砂組成物を例えば７０゜Ｃで３〜
５時間程度加熱する。このようにすると、該石炭灰砂組
成物が急硬するが、これは、サーモセットセメントがヒ
ータ等の熱により急硬する性質を有していることのほか
、石炭灰砂が細かな気泡を含んでいることにより高い断
熱性を有しているためであり、これがヒータ等の熱を外
部に逃がすのを抑えると共に型枠内の温度を一定に保つ
こと、および石炭灰砂自体が高い強度を持っていること
が原因である。

そして、このようにして石炭灰砂組成物が所定の強度を
発現した後、その石炭灰砂組成物を脱型し、さらに所定
期間蒸気養生することによって所望の成形体を得る。

このようにして成形された石炭灰砂組成物によれば、通
常のモルタルまたはコンクリートとほぼ同等の強度を発
現させることができる上、通常の砂（比重２．６）より
も遥かに軽量な石炭灰砂（比重０．１〜０．６）を細骨
材として用いていることによって、得られた硬化体の比
重が１．４程度になり、普通のモルタルまたはコンクリ
ート　（比重２．３）よりも遥かに軽量であることは勿
論、軽量モルタルまたは軽量コンクリート　（比重　１
．８）よりも軽量になる。

また、この石炭灰砂組成物は、プレス成形法または押し
出し成形法によって成形することもできる。

すなわち、この石炭灰砂組成物をプレス成形法により成
形する場合には、各原料および混和材を調合し混練する
ことによりスラリー状の石炭灰砂組成物を得た後、この
石炭灰砂組成物をプレス成形用の型枠内に打設し、その
石炭灰砂組成物がある程度硬化した後、５〜１０ｋｌ／
ｃｍ”程度の圧力でプレス成形する。このようにして該
石炭灰砂組成物を成形した後、赤外線、遠赤外線または
マイクロ波を利用したヒータ等を用いて、例えば該石炭
灰砂組成物を７０’Ｃで３〜５時間程度加熱することに
より急硬させ、所定の強度を発現させた後、その石炭灰
砂組成物を脱型し、さらに所定期間蒸気養生することに
よって所望の成形体を得る。

このようにして石炭灰砂組成物をプレス成形により成形
した場合には、平板状の成形体だけでなく、各種の複雑
な形状の成形体を成形することができると共に、得られ
る成形体が軽量かつ高強度になるため、壁ボード、天井
ボード等のパネル材だけでな《、ドアおよびサッシュ等
の材料として幅広く活用することができる。

また、押し出し成形法によって成形する場合には、上記
プレス成形法と同様な配合割合で各原料および混和材を
調合し混練することによりスラリー状の石炭灰砂組成物
を得た後、その石炭灰砂組成物を所定形状の吐出口を備
えたチューブに充填し、次いでこれを該吐出口から押し
出す。そして、このようにして石炭灰砂組成物を所望の
形状に成形した後、上記プレス成形法と同様に加熱し、
さらに所定期間蒸気養生させることによって所望の形状
の成形体を得る。

なお、このようにして、石炭灰砂組成物をプレス成形法
または押し出し成形法によって成形する場合には、成形
性を良くするために、各原料を配合する際に加える水の
量を、通常の型枠を用いて成形する場合よりも多くし、
代わりに増粘材を、加熱急硬性セメントに対して４重ｍ
％（加熱急硬性セメントの重量％を１００とする）程度
添加することが望ましい（この場合、減水材は添加しな
《でも良い）。

「発明の効果」 この発明の石炭灰砂組成物によれば、石炭灰を造粒して
なる石炭灰砂と加熱急硬性セメントと水とを所定の割合
で配合し混練してなるので、該石炭灰砂組成物を型枠内
に打設する際の可使時間を長くとることができると共に
、型枠内に打設した後、所定温度に加熱することによっ
て、加熱急硬性セメントが石炭灰砂組成物と協働して早
期硬化を促すことにより非常に短い時間で硬化させて脱
型および運搬するために十分な強度を発現させることが
できる。

また、この石炭灰砂組成物では、石炭灰砂組成物が配合
されているので、通常のモルタルまたはコンクリートと
ほぼ同等の強度を発現させることができ、それによって
土木建築分野においてモルタルまたはコンクリートの代
替材料として有効に利用することができる上、通常の砂
よりも遥かに軽量な石炭灰砂を細骨材として用いている
ので、得られた硬化体が普通のモルタルまたはコンクリ
ートよりも遥かに軽量であることは勿論、軽量モルタル
や軽量コンクリートよりも軽量になる。このため、この
石炭灰砂組成物を建築材料として用いた場合には、基礎
や躯体にかかる費用を軽減することができ、これにより
建築構造物の施工費を軽減することができると共に、非
常に安価で大量に入手可能な石炭灰砂を細骨材として用
いているので、安価に製造することができ、さらには安
価な軽量コンクＩＪ−ト代替材料を普及させ、軽量骨材
の使用量を増加させることができるので、従来の軽量砂
利等の価格も引き下げることができる。

その上、この石炭灰砂組成物は、適切な混和材を添加す
ることによって各種の複雑な形状に成形することもでき
、かつ所望の時期に急硬させることかできるため、壁ボ
ード、天井ボード等のパネル材の素材として用いること
ができるのは勿論、ドア、サッシュ等のような複雑な形
状の材料の素材としても用いることができ、しかも、そ
れらを工場生産する場合に最適な素材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＣａＯ・Ａｌ＿２Ｏ＿３水硬系化合物またはこのＣａＯ
   ・Ａｌ＿２Ｏ＿３水硬系化合物とＣａＯ・ＳｉＯ＿２水
   硬系化合物との混合物にフッ酸副生無水石膏またはリン
   酸副生無水石膏を配合してなる加熱急硬性セメントに、
   石炭灰を造粒してなる石炭灰砂および水を所定の割合で
   配合し、これらを混練してなることを特徴とする石炭灰
   砂組成物。