JPH04300230A - 微細球状骨材の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭灰、廃棄ガラス、
精錬スラグ等の産業廃棄物や未利用資源である珪酸塩質
の岩石等を用いた微細な球形状の人工骨材の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭火力発電所で発生する石炭灰は、日
本工業規格ＪＩＳ　　Ａ６２０１の基準を満たすごく一
部の石炭灰がフライアッシュセメントの混和材として使
用されている。しかしながら、近年大気汚染防止のため
、多く用いられる窒素酸化物発生量の少ない低温燃焼に
より発生する未燃炭素分を１０〜３０重量％含有する石
炭灰を含む前記ＪＩＳ規格を満たさない石炭灰は、その
一部はセメント原料等に使用されてはいるが大部分は埋
め立て用として廃棄されている。また、産業廃棄物のガ
ラスや金属精錬スラグ、珪酸塩質岩石等についても、未
だ十分に有効利用されているとは言えないのが現状であ
る。

【０００３】一方、コンクリ−ト用骨材は、以前使用さ
れていた丸みを帯びた川砂や川砂利の枯渇化に伴い、こ
れに代わるものとして岩石を砕いて人工的に製造される
砕砂、砕石あるいは海砂や岩石の風化物を水洗して得ら
れる砂等が使用されている。しかし、これらは形状が角
張ったものが多いためコンクリ−トに使用した場合、未
だ固まらないコンクリ−ト（未硬化コンクリ−ト）の流
動性が悪い、コンクリ−トの強度発現に影響の大きい水
セメント比（Ｗ／Ｃ）が高くなる等の問題がある。又、
前記以外にも人工的に製造されている骨材として、コン
クリ−ト部材の軽量化を図るため、あるいは産業廃棄物
の有効利用等の見地から石炭灰等の産業廃棄物を使用し
た人工骨材（人工軽量骨材）がある。このような人工骨
材の製造方法のうち、５ｍｍ以下の径を有する骨材（細
骨材）の製造方法については、パ−ライト原石の粉砕顆
粒物を芯材とし、その表面に水溶性高分子類等の結合剤
を介して発泡性を有するガラス粉末で被覆し、９００℃
でガラス粉末層を芯材に焼結させるガラス殻被覆粒体の
製造方法（特開昭６１−２５１５３０）、適当の大きさ
に篩分けした軽石の粒子とガラス等の比較的溶融温度が
低い耐熱性の被覆材の粉末を混合して、９００℃で焼成
して軽石粒子を核として、その表面部を溶融被覆材で被
覆する人工砂利とその製造方法（特開平２−１３７７５
１）が知られている。これらの方法は所望の大きさの核
となる粒子を調製しその表面に比較的溶融温度が低いガ
ラス質の被覆材を用いているため、焼成温度の管理が難
しく、ガラス質の被覆材が溶融し骨材相互の融着等が生
じやすくなったり、核を調製するため核とする原料の粗
砕による粒度調整工程が必要で微細粒子のロスが多い等
の問題があり、又得られる骨材の形状も用いた核の形状
に左右され球状の骨材は得られにくい。又、骨材相互の
融着等を防止する方法として、石炭灰と黒曜石、真珠岩
等のガラス質を含む火山岩岩石粉あるいは廃棄ガラス粉
末とを混合・造粒し、これを８００〜１２００℃で焼成
し、加熱発泡時に激しく動かして焼成体の融着を防止し
、焼成後ロ−タリ−ク−ラ−等で焼成体の融着を防止し
ながら冷却する軽量骨材の成形方法（特開昭６４−３７
４４７、特開昭６４−３７４４６）、石炭灰に公知の発
泡材としての苛性ソ−ダ、水を加えて混練りした混合物
を造粒し、この造粒物の表面に骨材相互の融着や炉壁へ
の融着を防止するため更に石炭灰をまぶし、湿った状態
のまま回転炉に投入し、最初７００℃、最高１１００℃
で焼成して表面にガラス質の殻を形成し内部に還元発泡
による気孔群を生成させる人工軽量骨材の製造方法（特
公昭５４−６５６８）、骨材母体となる多孔質無機物（
Ａ）と耐火度の高い粉粒状無機物（Ｂ）を混合して、こ
の混合物を粉粒状無機物（Ｂ）の溶融温度よりも低い温
度で焼成して無機物（Ａ）の表面にガラス質被膜を生じ
させるとともに、この溶融被膜によって周囲にある粉粒
状無機物（Ｂ）を無機物（Ａ）の表面に付着させること
で、焼成体同志の融着を防止し、冷却後骨材と粉粒状無
機物（Ｂ）の混合物を篩分け骨材とする人工軽量骨材の
製造方法（特開昭６２−１０５９４０）等が知られてい
る。しかし、加熱発泡時に激しく動かして焼成体の融着
を防止したり、冷却時に焼成体の融着を防止する等の操
作でガラス質体の融着を完全に防止することは技術的に
困難であり、又造粒物の表面に融着防止用の原料を被覆
させる方法も被覆という操作上得られる骨材はその粒径
が５ｍｍ以上の粗骨材である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、コンクリ−トの製造に使用できる人工骨材
でその粒径が５ｍｍ未満で、形状が球状をなした細骨材
の製造方法を提供することにあり、加えて人工骨材製造
の原料として石炭灰等の産業廃棄物や珪酸塩質の岩石等
の未利用資源の活用を図ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、人工細骨材
の製造方法について鋭意検討した結果、種々産業廃棄物
等を用いて球状に造粒したペレットの表面に特定の原料
を融着防止材とする層を形成せしめて焼成することによ
り、未硬化コンクリ−トの流動性を良くし、型枠への充
填が円滑に行なえ、コンクリ−トの配合時の水セメント
比を小さくでき、かつ産業廃棄物や未利用資源を原料と
する、球状の細骨材を製造できることを見いだし本発明
を完成した。即ち本発明は石炭灰、廃棄ガラス、精錬ス
ラグ、珪酸塩質岩石よりなる群から選ばれる１種又は２
種以上の混合物の粉砕物に必要により水ガラス、水酸化
ナトリウム、炭酸ナトリウムよりなる群から選ばれる１
種以上を加えた混合物を５ｍｍ以下の径を有する球形状
の粒子となし、この球形状の粒子の表面にアルミナ、珪
石、あるいは主要成分としてアルミナ及び／又はシリカ
成分を含有する産業廃棄物よりなる群から選ばれる１種
又は２種以上の混合物の粉砕物の層を形成せしめ、これ
を１０５０〜１３００℃の温度範囲で焼成することを特
徴とする微細球状骨材の製造方法である。

【０００６】本発明で球状のペレットを形成せしめるた
めの主原料として、石炭灰、廃棄ガラス、銅や亜鉛等の
精錬時に発生する精錬スラグ、頁岩、花崗岩、真珠岩、
黒曜石等の珪酸塩質岩石、花崗岩風化物、モンモリロナ
イトあるいはカオリナイトを含む粘土等の未利用資源等
が使用できる。これらの原料は１種又は２種以上を混合
して用いることができ、その粒径は４４μｍの篩目を９
５％以上通過するように粉砕して用いることが好ましい
。４４μｍ以上の割合が多くなると、微細な球状のペレ
ットを形成しづらくなるので好ましくない。粉砕方法は
特に限定されないが、原料の形状が大きいものはジョ−
クラッシャ−等で粗砕したものを、水分を含有している
場合はこれを乾燥して、バイブロミル等で所定粒度に粉
砕する。得られた粉砕原料に、必要により粘結材として
水ガラス、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムよりなる
群から選ばれる１種以上を加えて混合物とする。粘結材
は必要により水溶液の形で加えてもよいし、又後工程の
造粒時に散水する水に加えて用いてもよい。粘結材の添
加量は使用する原料により、５〜１０重量％の範囲で原
料に対して外割で添加する。添加量が５重量％未満の場
合は造粒性が悪くなり、又１０重量％を超える場合は形
成されるペレット同士が接着して所望の粒度を有するペ
レットが得られない等の問題があり好ましくない。また
、原料の一部として水を加えたときに粘性を有する粘土
等を用いた場合は、特に前記粘結材は加えなくても良い
場合がある。

【０００７】前記混合物をパン型パンペレタイザ−、オ
ムニミキサ−、ヘンシェルミキサ−等の造粒機に入れ、
散水ノズル等を使用して散水しながら造粒する。このと
き、形成されるペレット表面が水分により湿潤状態とな
るように散水量を調整する。散水量が湿潤状態を超える
と目的とする大きさのペレットの形成が困難となり、ま
た少ないとペレット表面の水分量が不足するため後工程
で行なうペレット表面への耐火物層の形成が困難となる
ため好ましくない。なお、散水量は用いる原料の種類や
粉末度、造粒機等により適宜調整すればよい。　　前記
ペレットを５ｍｍの篩目を有する篩を用いて分別し、篩
を通過した５ｍｍ以下の径を主体とするペレットを次工
程へ送る。なお、篩上に残ったペレットは潰して再造粒
すれば再使用できる。前記５ｍｍ以下の径を主体とする
湿潤状態のペレットに、焼成時のペレット相互の融着や
ペレットの焼成炉炉壁等への融着を防止するための耐火
物粉末を加えて混合しペレットの表面に耐火物粉末の層
を形成させる。耐火物粉末としてはカオリン、珪石、あ
るいは主要成分としてアルミナ及び／又はシリカ成分を
含有する産業廃棄物等が使用でき、これらは１種又は２
種以上の混合物の形で用いてもよい。耐火物粉末の粒径
は２０μｍ以下とするのが好ましい。耐火物粉末の粒径
が大きくなると均一な層を形成しづらくなるので好まし
くない。又、耐火物粉末の層は、耐火物粉末の量が原料
に対して３〜５重量％となるような厚みとする。耐火物
粉末の量が３重量％未満の場合は、有効な耐火物粉末の
層を形成しづらく、５重量％を超えると形成されるペレ
ットの径が大きくなる等で好ましくない。なお、この耐
火物粉末の層を形成させる工程で、ペレットの形状がよ
り球状化される。耐火物粉末の層が形成された前記ペレ
ットを、ロ−タリ−キルン等の焼成炉を使用して用いた
原料の種類に応じて１０５０〜１３００℃の温度範囲で
焼成することにより、微細な球状の人工骨材（細骨材）
を得ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。まず、表１に示す種々原料を用いて、表２に示す
配合割合（重量％表示）で人工骨材用の調合原料を調製
した。調合原料の調製に際して、表１に示す種々原料は
その粒度を調製するため、粒径の大きいものはジョ−ク
ラッシャ−を用いて粗砕した後、又水分を含有している
ものは乾燥して更にバイブロミルを用いて粉砕し、４４
μｍ以下の粉末とした。なお、表２において水ガラス、
水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムは用いた原料に対し
てそれぞれ外割りで配合した。なお、使用原料の石炭灰
には、１４．８重量％の炭素が含有されている。

【０００９】

【表１】

【表２】

【００１０】表２に示す調合原料をヘンシェルミキサ−
を用いて、形成されるペレットの表面が湿潤状態となる
よう水を散水しながら造粒し、得られたペレットを５ｍ
ｍの篩目を有する篩で分別し、篩目を通過した湿潤状態
のペレットを得た。次いで別のヘンシェルミキサ−を用
いて、前記篩目を通過した湿潤状態のペレットに耐火物
粉末として粒度を２０μｍ以下に調製したアルミナ、珪
石微粉末、廃棄耐火レンガを混合しペレット表面に耐火
物粉末の層を形成せしめた。このとき、耐火物粉末の量
はペレットの乾燥重量に対して４重量％とした。前記耐
火物粉末の層を形成せしめたペレットをロ−タリ−キル
ンを用いて１０５０〜１３００℃の温度範囲で焼成し、
人工骨材を得た。得られた人工骨材は骨材相互の融着も
なく、形状は球状であった。前記人工骨材の物性として
、比重（表乾比重）、単位容積重量、吸水率を日本工業
規格（ＪＩＳ）Ａ　　１１３４　　構造用軽量細骨材の
比重及び吸水率試験方法及び同、Ａ　　１１０４　　骨
材の単位容積重量及び実績率試験方法に準じて測定した
。又、骨材１個に荷重をかけ破壊した時点の裁荷重量で
評価する方法で前記人工骨材の強度を測定した。骨材の
強度（圧壊強度）は、３〜２．５ｍｍの骨材１０個につ
いて圧壊強度を測定し、その平均値を求めた。物性の測
定結果を表２に示す。又、前記人工骨材の粒度分布測定
結果の一例を表３に示す。

【００１１】

【表３】 本発明の方法により人工骨材を製造するに際し、使用す
る原料を適宜選定することにより、所望の単位容積重量
を有する骨材を得ることができる。例えば、骨材を軽量
化したい場合には真珠岩等の焼成により発泡性を有する
原料や炭素分を含有する石炭灰等を用いればよく、又従
来の天然の砂とほぼ同様な単位容積重量を有するものを
得たい場合は、焼成により発泡性のない原料を選定すれ
ばよい。

【００１２】次に、前記人工骨材の使用した場合の効果
を確認するため、表２の実施例２及び実施例５に示す配
合割合で得られた本発明の人工骨材を用いてコンクリ−
トを調製した。コンクリ−トの配合割合（セメント使用
量３００ｋｇ／ｍ３　、スランプ１８ｃｍの設計）及び
得られたコンクリ−トの物性を表４に示す。ここで、表
４において、番号３〜６は実施例２の配合割合で得られ
た本発明の人工骨材を使用したものであり、番号７〜１
０は実施例５の配合割合で得られた本発明の人工骨材を
使用したものである。又珪石微粉末は粉末度がブレ−ン
値表示で６４００ｃｍ３　／ｇのものを用い、混和剤の
減水剤は空気連行効果をもつものを、増粘剤はセルロ−
ス系のものを用いた。

【００１３】

【表４】 表４の番号１は従来使用されている骨材を用いた例であ
り、番号２は番号１の配合に珪石微粉末を用いた例であ
る。番号２においては、珪石微粉末の使用によりスラン
プを得るために水量が増加し強度が低下している。この
番号１及び２の例に対して、本発明の人工骨材を用いた
ものは、同一スランプの条件下で、珪石微粉末の使用の
有無にかかわらず、使用水量が減少しており、かつ強度
も増加している。このことは、本発明の人工骨材の使用
により未硬化コンクリ−トの流動性を向上せしめ、水・
セメント比（Ｗ／Ｃ）を小さくできる効果を有している
ことを示している。また、番号６、１０のように混和剤
の使用により更に効果を高めることができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、人工骨材の製造
原料として、石炭灰、廃棄ガラス、精錬スラグ等の産業
廃棄物や未利用資源である珪酸塩質の岩石等を用い一旦
粉砕したのち、所望の大きさの球状に造粒してペレット
を作製し、その表面に耐火物粉末の層を形成せしめたも
のを焼成することにより、従来の人工骨材の製造方法で
得られにくかった５ｍｍ以下の粒径及び形状のそろった
微細球状骨材を焼成時の骨材相互の融着等の障害もなく
容易に製造することができ、また、得られた人工骨材を
コンクリ−トの製造に使用した場合は、水・セメント比
（Ｗ／Ｃ）を小さくでき、コンクリ−トの流動性を高め
、コンクリ−ト強度も高めることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　石炭灰、廃棄ガラス、精錬スラグ、珪
   酸塩質岩石よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の
   混合物の粉砕物に必要により水ガラス、水酸化ナトリウ
   ム、炭酸ナトリウムよりなる群から選ばれる１種以上を
   加えた混合物を５ｍｍ以下の径を有する球形状の粒子と
   なし、この球形状の粒子の表面にアルミナ、珪石、ある
   いは主要成分としてアルミナ及び／又はシリカ成分を含
   有する産業廃棄物よりなる群から選ばれる１種又は２種
   以上の混合物の粉砕物の層を形成せしめ、これを１０５
   ０〜１３００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする
   微細球状骨材の製造方法。