JPH11292604A

JPH11292604A - 耐熱性コンクリート組成物

Info

Publication number: JPH11292604A
Application number: JP10484898A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Goto; 達男後藤
Original assignee: SHINSEI DENTAL LAB KK; SHINSEI DENTAL LABORATORY KK
Current assignee: SHINSEI DENTAL LAB KK; SHINSEI DENTAL LABORATORY KK
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】焼却炉などを構成するに好適な耐熱性、特に
耐熱亀裂性に優れたコンクリート組成物を提供する。【解決手段】アルミナ、ムライトなどの粉末状耐熱性
セラミックと、棒状耐熱性セラミックと、アルミナセメ
ントとを含有する。棒状耐熱性セラミックの径：長さの
比が１：３〜１：８の範囲内にあるのが望ましい。この
組成物から得られるコンクリート成形体では、熱亀裂強
度が向上している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼却炉などを構成
する耐熱性に優れたコンクリート組成物に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】焼却炉などの燃焼炉は
非常に高温になり熱腐食が激しいため耐熱性のコンクリ
ートなどのセラミック材料が使用されている。従来、こ
の種のセラミック材料としては粉末状のアルミナフィラ
ーとアルミナセメントとを含有する耐熱性コンクリート
組成物が使用されている。

【０００３】ところで、近年、エネルギーの有効利用が
求められるようになってきており、産業廃棄物や一般廃
棄物、あるいはこれらから製造されるごみ固形燃料( Ｒ
ＤＦ) などを焼却る際の熱を発電や熱源などとして利用
することが行われるようになってきている。このような
廃棄物を燃焼させて、その廃熱を利用する場合、エネル
ギー効率の点からはより高温で燃焼させるのが望まし
い。しかしながら、廃棄物を高温で燃焼させると、焼却
炉の炉壁の内側と外側との間の温度差が拡大し、熱膨張
の差により熱亀裂が生じやすいという問題がある。

【０００４】また、最近では廃棄物を直接燃焼しない無
害化炉も広まりつつある。この無害化炉は、密閉式の炉
内に廃棄物を投入し、この炉を外側から高温で加熱する
とともに炉内を減圧条件として各種有害物質を除去しな
がら廃棄物無害化して燃焼するものである。このような
無害化炉においては、炉を外側より加熱して炉内の廃棄
物を燃焼させるものであるので、炉壁の外側は高温にな
る上に炉内は減圧されるため、前述した熱亀裂が一層生
じ易いという問題点がある。

【０００５】これらの熱亀裂自体は、燃焼自体にただち
に影響しない場合もあるが、これがある程度拡大すると
内部の有害物質を多量に含む燃焼排ガスが外部に漏洩し
てしまう。通常廃棄物処理施設では、燃焼排ガスの流路
にはフィルターなどの安全対策を講じているが、燃焼炉
の外側には排出ガスの漏洩対策が万全でないのが現状で
あり、より高温で燃焼させたとしても加熱炉等を構成し
たときに熱亀裂が生じないだけの耐熱性を有する材料が
望まれている。また耐熱性の向上により熱亀裂が生じる
までの期間を延長できれば、燃焼炉の耐用期間がそれだ
け延長されることとなりコスト的にも望ましい。

【０００６】本発明はこれらの課題に鑑みてなされたも
のであり、焼却炉などを構成するに好適な耐熱性、特に
耐熱亀裂性に優れたコンクリート組成物を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、アルミナ、ムライトなどの粉末状
耐熱性セラミックと、棒状耐熱性セラミックとを併用す
れば、亀裂強度が向上し熱亀裂を防止することができる
ことを見出した。また、本発明者が更に研究した結果、
棒状耐熱性セラミックとしては、径：長さの比が１：３
〜１：８の範囲内にあるものが最も熱亀裂強度が大き
く、前記範囲内で壁厚に応じてその径及び長さを設定し
てやればよいことを見出した。これらに基づき本発明に
想到した。

【０００８】すなわち、本発明の請求項１記載の耐熱性
コンクリート組成物は、粉末状耐熱性セラミックと、棒
状耐熱性セラミックと、アルミナセメントとを含有する
ことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２記載の耐熱性コンクリート
組成物は、請求項１記載の組成物において、前記棒状耐
熱性セラミックの径：長さの比が１：３〜１：８の範囲
内にあることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施形態】以下、本発明の耐熱性コンクリート
組成物について詳細に説明する。

【００１１】本発明において使用する粉末状耐熱性セラ
ミックとは、アルミナ、ジルコニアなどの酸化物系セラ
ミックや、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの非
酸化物系セラミックの粉末状フィラーを用いることがで
きる。耐熱性の点では窒化ケイ素、炭化ケイ素などの方
が優れるが、汎用性、コストなどので点でアルミナ、ム
ライトの粉末状フィラーを用いるのが好ましい。アルミ
ナ、ムライトなどのセラミックは一般にキャスタブルセ
ラミックと呼ばれている。

【００１２】また、本発明において使用する棒状耐熱性
セラミックとしては、前述した粉末状耐熱性セラミック
と同じセラミックを用いることができる。ただし、その
熱膨張率が、粉末状耐熱性セラミックと同じものもしく
はわずかに小さいものを使用するのが好ましい。棒状耐
熱性セラミックの熱膨張率の方が大幅に大きいとかえっ
て熱亀裂を生じ易くなることがある。この棒状耐熱性セ
ラミックとしては、その径（平均径）が１〜１２ｍｍ程
度のものを用いるのが好ましい。さらに、前記棒状耐熱
性セラミックの径（平均径）対長さ（平均長さ）の比
（径：長さ）が１：３〜１：８の範囲内にあるのが好ま
しい。径に対する長さが３より短いと十分な熱亀裂の向
上効果が得られない一方、８より長いと、例えば、棒状
耐熱性セラミックの径が１ｍｍ程度と細い場合には、棒
状耐熱性セラミックの引張強度などが低下し、また、棒
状耐熱性セラミックの径が１２ｍｍ程度と太い場合に
は、棒状耐熱性セラミックが大きくなりすぎる、などの
理由により十分な亀裂強度の向上効果が得られない。し
たがって、棒状耐熱性セラミックの径対長さの比は、そ
の径に応じて設定するのが望ましく、例えば、１〜１２
ｍｍの径の範囲内及び１：３〜１：８の径対長さの比の
範囲内において、径が細い側の場合には、ある程度比が
小さくなるように設定し、径が太い側にある場合には、
ある程度比が大きくなるように設定するのが望ましい。
なお、棒状耐熱性セラミックの径は、焼却炉の炉壁の１
／５以下とするのが好ましく、また、大小径の異なるも
のを併用するのが好ましい。

【００１３】上述したような粉末状耐熱性セラミックと
棒状耐熱性セラミックとを耐熱性に優れたアルミナセメ
ントと配合することにより、本発明の耐熱性コンクリー
ト組成物を得ることができる。この場合アルミナセメン
トと、粉末状耐熱性セラミックと、棒状耐熱性セラミッ
クとの配合割合は、アルミナセメント１００重量部に対
して、粉末状耐熱性セラミックが３００〜６００重量部
であり、棒状耐熱性セラミックが１００〜５００重量部
であるのが好ましい。アルミナセメントに対して、粉末
状耐熱性セラミックが３００重量部未満では、得られる
コンクリート成形体の機械的強度が十分でない一方、６
００重量部を超えるとかえって機械的強度が低下する。
また、棒状耐熱性セラミックが１００重量部未満では、
得られるコンクリート成形体の耐熱亀裂性の向上効果が
十分でない一方、５００重量部を超えると機械的強度が
低下する。

【００１４】なお、本発明においては前述した各成分の
他、必要に応じて、コロイダルシリカ、水ガラス、リン
酸アルミニウム、アルミン酸ソーダなどの添加剤を適宜
配合することができる。

【００１５】上述したような本発明の耐熱性コンクリー
ト組成物は、粉末状耐熱性セラミック、棒状耐熱性セラ
ミック及びアルミナセメントに必要に応じてコロイダル
シリカ、水ガラス、リン酸アルミニウム、アルミン酸ソ
ーダなどの添加剤を配合し、これに適量の水を加えて混
練し、これを所定形状の型枠内に流し込み固化すること
により耐熱性コンクリート成形体とすることができる。

【００１６】このような本発明のコンクリート組成物を
用いることにより得られるコンクリート成形体に熱亀裂
が生じにくくなる理由については必ずしも明らかではな
いが、アルミナセメントが粉末状耐熱性セラミック及び
棒状耐熱性セラミックの表面を覆いかつ間隙を満たす。
この際、棒状耐熱性セラミックが広い範囲のアルミナセ
メント及び粉末状耐熱性セラミックと接触して固着して
いるのでこの間に連結力が生じることになる。このた
め、このコンクリート組成物からなる成形体に機械的な
力が加わったとしても、この棒状耐熱性セラミックによ
る連結力により亀裂が生じにくくなっており、また、万
一亀裂が生じたとしてもそれ以上開裂しにくくなるので
ある。

【００１７】このような本発明の耐熱性コンクリート組
成物を用いた焼却炉について図１及び図２に基き説明す
る。図１は、本発明の耐熱性コンクリート組成物により
製造した焼却炉を用いたボイラ装置を示しており、同図
において、１は耐熱性コンクリート製の焼却炉であり、
この焼却炉１の上側の投入口２の先には廃棄物のストッ
カーが（図示せず）が連通していて、定量ずつの廃棄物
が焼却炉１に供給されるようになっている。また、３は
第１の管路４により焼却炉１の煙口１ａと連通した第１
の触媒フィルター層であり、この第１の触媒フィルター
層３内には、第１のフィルター３ａが複数枚設けられて
おり、さらに、この第１の触媒フィルター層３の下流側
には、第２の管路６を経て第２の触媒フィルター層５が
配置されていて、この第２の触媒フィルター層５内には
第２のフィルター５ａが複数枚設けられている。さら
に、７は第２の触媒フィルター層５に接続された第３の
管路であり、この第３の管路７は前述した第１の管路４
に近接することにより熱交換により再度高温にまで加熱
された後煙管などとして熱交換器たるボイラ８に送給さ
れる。また、10はボイラ８に接続された排出路であり、
この排出路10は、バグフィルター( 図示せず) などを経
て外部環境等に連通している。なお、９はボイラ８の水
管でる。また、本実施例においては、第１の管路４、第
２の管路６、第３の管路７及び排出路10により流路が構
成されている。そして、耐熱性コンクリートからなる焼
却炉１の外壁22には流路21が形成されており、この流路
21の基端は第３の管路７に連通しており、また、流路21
の先端はボイラ８に連通している。図２に示すように焼
却炉１の外壁22は、第３の管路７に連通する開口部23と
円環状の溝部24とを有する底部部材25と、この底部部材
25の溝部24に開口する複数の立ち上がり孔26，26…を有
する複数の管状の予熱域部材27、27…と、前記立ち上が
り孔26，26…が開口する円環状の溝部28と吐出口29とを
有する頂部部材30とから構成されている。これら底部部
材25、予熱域部材27、頂部部材30及び焼却炉本体（図示
せず）は、前述した本発明の耐熱性コンクリート組成物
により構成されている。そして、この吐出口29は水管９
を有するボイラ８に接続した排出路31に連通しており、
この排出路31は、焼却炉１に供給されるＲＤＦを貯蔵し
ておくＲＤＦストッカー32に連通していて、さらにバグ
フィルター( 図示せず) などを経て外部環境に開放して
いる。

【００１８】上述したようなボイラ装置において、焼却
炉１でごみ固形燃料などの廃棄物を燃焼させると、その
高温の排ガスＧが煙口１ａから第１の管路４を通って第
１の触媒フィルター層３に到達する。さらに、その後第
２の管路６を通って第２の触媒フィルター層５に到達
し、排ガスＧ中に含まれる塩化水素ガス、塩素ガスなど
の塩素系のガスやＮＯｘなどの腐食性のガスが除去され
る。そして、このようにして排ガス中の腐食性のガスを
除去した後は、第３の管路７を流通する浄化排ガスｇ
は、開口部23から流路21に導入される。そうするとこの
浄化排ガスｇは、底部部材25の環状の溝部24から立ち上
がり孔26を流通しながら焼却炉１内でのＲＤＦの燃焼熱
により高温に加熱され吐出口29から吐出された後、ボイ
ラ８の水管９内の水と熱交換が行われて、水管９内の水
を高温高圧の蒸気として、発電のエネルギーや熱源とし
て再利用することができる。しかも、この焼却炉１は、
前述したとおり耐熱性コンクリート組成物からなるの
で、熱亀裂等が生じにくくなっているため、従来よりも
高温での燃焼が可能であり熱交換の際のエネルギー効率
が良好なものとなっている。

【００１９】その後、本実施例においては浄化排ガスｇ
は、ＲＤＦストッカー32内を流通するが、ＲＤＦには、
消石灰や生石灰が通常１〜２％添加されているので、粉
塵や微量に残存する塩素ガスなどを塩化カルシウム等と
して固定化することができる。しかも、本実施例におて
は、ボイラ８に到達する直前に焼却炉１の周囲に排ガス
ｇを流通させて再加熱しているので、水管９内の水を高
温高圧の水蒸気とすることができる。そして、この排ガ
スｇ内の腐食性ガスはある程度除去されているので、水
管９が高温でも熱腐食しにくいため水管９として通常の
鋼材を使用することができ、廃棄物の焼却炉の廃熱を利
用する装置としては汎用性及び経済が向上したものとな
っている。また、第２及び第３の管路５，７にも浄化排
ガスｇが流通することになるため、これらの耐久性も向
上させることができる。

【００２０】以上詳述したとおり本発明の耐熱性コンク
リート組成物は、ボイラ装置などの焼却炉に好適である
が、焼却炉以外の各種耐熱性の用途に好適である。ま
た、本発明のコンクリート組成物においては、他の成
分、例えば他の骨剤、分散剤などの混和剤、あるいは各
種添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で適宜添加す
ることができることは言うまでもない。

【００２１】

【実施例】以下の具体的実施例により本発明をより詳細
に説明する。実施例１〜３及び比較例１径（平均値）対長さ（平均値）の比が異なる３種類の棒
状アルミナフィラーを用意した。

【００２２】Ａ：平均径２ｍｍ、平均長さ９．５ｍｍ、
径：長さ＝１：４．５Ｂ：平均径３．３ｍｍ、平均長さ１８．５ｍｍ、径：長
さ＝１：５．６Ｃ：平均径６．４ｍｍ、平均長さ１６．８ｍｍ、径：長
さ＝１：２．６２５アルミナセメント１００重量部に対して、これらの棒状
アルミナフィラー３００重量部と、粉末状アルミナフィ
ラー４５０重量部と、さらに適量の水及び結着剤とをそ
れぞれ配合してコンクリート組成物を得た（実施例１〜
３）。また、比較のために棒状アルミナフィラーを用い
ない以外は同様にしてコンクリート組成物を調製した
（比較例１）。これらのコンクリート組成物を型枠内に
流し込み１０ｃｍ×１０ｃｍ×２ｃｍのコンクリート成
形体をそれぞれ得た。

【００２３】これらのコンクリート成形体を１０００℃
で数時間の熱履歴後、５００ｇの鉄球を１００ｃｍの高
さから落下させて、落下衝撃試験を行ったところ、棒状
アルミナフィラーＡを用いたコンクリート成形体（実施
例１）及び棒状アルミナフィラーＢを用いたコンクリー
ト成形体（実施例２）には、表面上亀裂は認められなか
った。また、棒状アルミナフィラーＣを用いたコンクリ
ート成形体（実施例３）には、表面に細い亀裂が認めら
れたが手では破壊できなかった。これに対し、棒状アル
ミナフィラーを用いなかった比較例１による成形体は、
亀裂が生じ、そこから手で容易に破壊可能となってい
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の耐熱性コンクリ
ート組成物は、粉末状耐熱性セラミックと、棒状耐熱性
セラミックと、アルミナセメントとを含有するものであ
るので、この組成物から得られるコンクリート成形体に
は熱亀裂などの亀裂が生じにくくなっている。このよう
な耐熱性コンクリート組成物は、焼却炉及びその周辺構
造物に好適なものとなっている。

【００２５】また、請求項２記載の耐熱性コンクリート
組成物は、請求項１記載の組成物において、前記棒状耐
熱性セラミックの径：長さの比が１：３〜１：８の範囲
内にあるものであるので、前述した請求項１の熱亀裂に
対する耐性が一層向上したものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐熱性コンクリート組成物を用いた焼
却炉を有するボイラー装置を示す概略図である。

【図２】前記ボイラー装置の炉壁を示す概略図である。

【符号の説明】

１焼却炉 22 外壁 25 底部部材 27 予熱域部材 30 頂部部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末状耐熱性セラミックと、棒状耐熱性
セラミックと、アルミナセメントとを含有することを特
徴とする耐熱性コンクリート組成物。
【請求項２】前記棒状耐熱性セラミックの径：長さの
比が１：３〜１：８の範囲内にあることを特徴とする請
求項１記載の耐熱性コンクリート組成物。