JPS5953228B2 - 石炭灰を主原料とする硬化体の製造方法 - Google Patents

石炭灰を主原料とする硬化体の製造方法

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JPS5953228B2
JPS5953228B2 JP21452781A JP21452781A JPS5953228B2 JP S5953228 B2 JPS5953228 B2 JP S5953228B2 JP 21452781 A JP21452781 A JP 21452781A JP 21452781 A JP21452781 A JP 21452781A JP S5953228 B2 JPS5953228 B2 JP S5953228B2
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coal ash
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coal
hydrated
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JP21452781A
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宏之 松村
泰典 柴田
正一 立助
虎之助 廣川
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/34Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders
    • C04B28/342Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders the phosphate binder being present in the starting composition as a mixture of free acid and one or more reactive oxides

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭燃焼時に排出される石炭灰を主原料とし
て硬化体を製造する方法、詳しくは石炭灰に生石灰また
は/および消石灰(以下、生石灰などと略す)、ならび
に2水石こう、半水石こうまたは/および11型無水石
こう (以下、2水石こうなどと略す)を添加してなる
混合粉体に、水を添加して硬化体を作製する際に、少量
のりん酸を添加し、混練温度を30〜60℃に加熱保持
して混練を行つた後、この混練物を型枠または成形容器
などを用いて成形し、ついでこの成形体を常圧水蒸気で
処理することにより機械的強度が大きくかつ耐候性に優
れた水和硬化体を製造する方法に関するものである。
近年我国においては、石油危機以来の国際的な石油供給
不安によつて多大なる石油輸入量の確保が難しくなり、
石油依存度を小さくするための石油代替エネルギーの開
発が国家的な課題となつており、石炭がその1つの柱と
して見直されている。
石炭の大量消費に必要な石炭利用技術の実用化には種々
の課題があるが、なかでも石炭燃焼時に発生する多量の
石炭灰の処理が重要な問題として提起されている。石炭
燃焼時には通常、石炭使用量のほぼ10〜20重量%の
石炭灰が発生する。
従来我国においては石炭灰の約10〜20重量%はフラ
イアッシュとしてセメント混和材、セメント原料などに
再利用されており、残りは埋立地などに廃棄されていた
。しかしながら、現在の方式による再利用だけでは将来
の石炭灰の大量発生に対応し得るだけの需要量は期待で
きず、また埋立地への廃棄は環境保全の見地から灰捨地
の確保が難しくなりつつある。このため、石炭火力発電
所などにおける本格的な石炭利用の際には、現状の石炭
灰の処理方式にて全ての石炭灰を処理することはきわめ
て困難であり、石炭灰の処理技術および有効利用技術が
石炭エネルギー利用規模に大きな影響を及ぼすことも考
えられる。また石炭灰の大量処理方式の確立には、資源
としての再利用が必要であり、これは第1に国産資源に
乏しい我国においては、単なる廃棄ではない再利用が省
資源、省エネルギーに直接結びつくこと、第2に環境破
壊がきわめて少ないことにもとずくものである。本発明
者らは上記の諸点に艦み、石炭灰を土木・建築分野にて
資源として大量に活用すべく、石炭灰を原料として機械
的強度の大きいセメント状硬化体を作製することを目的
として鋭意研究を進めた結果、混合粉体に少量のりん酸
を添加し、さらに混練温度を常温よりやや高い温度に加
熱保持した場合に、機械的強度の大きい硬化体が得られ
ることを知見した。
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、石炭燃焼
時に排出される石炭灰60〜90重量%、生石灰または
/および消石灰10〜25重量%、2水石・こう、半水
石こうまたは/および11型無水石こう8〜25重量%
からなる混合粉体100重量部に、10〜60重量部の
水を添加して硬化体を作製する際に、混合粉体100重
量部に対して0.1〜2.0重量部のりん酸を添加し、
混練温度を30〜60℃に加熱保,持して混練を行つた
後、この混練物を型枠または成形容器などを用いて成形
し、ついでこの成形体を80〜100℃の比較的低温の
常圧水蒸気で処理することにより、機械的強度が大きく
かつ耐候性の良好な水和硬化体を製造する方法を提供す
るものである。
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
一般に、石炭灰の代表的性状である成分、組成および粒
度分布は、石炭の産地および燃焼時の履歴に大きく依存
する。まず第1に、石炭の産地によつてSlO2、Al
2O3、CaO.Fe2O3、Na2O..K2Oなど
の成分の配合割合が異なり、第2に我国にて現在発生す
る石炭灰は微粉炭燃焼灰が主であり、発生湯所および採
取方式によつて電気集じん機灰(原粉、細粉、粗粉)、
クリンカアツシユ、シンダアツシユと区別されそれぞれ
粒度分布が異なる。このため石炭灰を主原料として水蒸
気処理によつて高強度の水和硬化体を作製する際には、
主原料である石炭灰の組成および粒度分布などによつて
、水和硬化体の適正製造条件は微妙に異なる。製造条件
として寄与率の大きい要因は、石炭灰、生石灰など、2
水石こうなどの配合割合、水蒸気処理条件(温度、時間
)および石炭灰の粉砕条件である。なお水蒸気は常圧水
蒸気を用いる。水蒸気処理により生成する水和硬化体の
主成分は、エトリンガイト (3Ca0−Al2O3・
3CaS04・32H20)、種々のケイ酸カルシウム
水和物(XCaO−YSiO2・ZH2O)であるが、
強度メンバーとして最も寄与するものはエトリンガイト
である。
まず石炭灰、生石灰など、2水石こうなどの配合割合と
水和硬化体の性状との関係は概略つぎの通りである。原
料混合粉体中の生石灰などおよび/または2水石こうな
どの添加量が少ない際には、カルシウムモノサルフオア
ルミネート(3Ca0−Al2O3・CaSO4・12
H20)が主成分であり、水和硬化体の強度は小さいが
、生石灰などおよび7または2水石こうなどの添加量が
多くなるにしたがつて強度メンバーとなるエトリンガイ
ト量が多くなり強度が大きくなる。
さらに生石灰などおよび/または2水石こうなどの添加
量が多くなると、水蒸気処理時に反応にあずからない消
石灰および/または石こうが生じて水和硬化体の強度は
低下する。また水蒸気処理条件は、処理温度および処理
時間が主な要因である。
一般に水蒸気処理時間が短い際には、水和硬化体はカル
シウムモノサルフオアルミネート水和物、2水石こう、
エトリンガイトの混合物からなり強度は小さく、水蒸気
処理時間が長くなるにしたがつてエトリンガイトの生成
量が多くなり強度も大きくなる。石炭灰の粒度分布も水
和硬化体の性状に大きな影響を及ぼす。
一般に石炭灰の粒度が小さくなるにしたがつて、すなわ
ち比表面積が大きくなるにしたがつて、短い処理時間で
水和硬化体は所定の強度を呈する傾向にある。また本発
明の特徴である混合粉体と水との混練時に30〜60℃
に加熱保持することによつて、水蒸気処理後の硬化体の
強度は大きくなる。これらは水蒸気処理によるエトリン
ガイトの生成反応はスルーソルーシヨンリアクシヨン(
ThrOughsOlutiOnreactiOn)で
あり、Al2O3の溶解度は消石灰、2水石こうにくら
べて著しく小さく、エトリンガイトの生成速度がAl2
O3の溶解速度に依存するためと推定される。このよう
に作製される水和硬化体の性状は、石炭灰の成分組成お
よび粒度分布、生石灰などおよび2水石こうなどの種類
、添加量、水との混練方式および混練時間・温度、水蒸
気処理温度および処理時間などの製造要因によつて大き
く影響され、水和硬化体の要求特性にあわせて各製造条
件を適切に選定することが必要である。本発明は、少量
のりん酸の添加によつて水和硬化体の初期強度の増強お
よび養生期間の短縮を目的としたものである。
この水和硬化体の強度発現,はエトリンガイトの生成に
よるものであるが、工トリンガイトの生成速度はAl2
O3の溶解速度に依存する。このAl2O3の溶解速度
は石炭灰中のNa2O.K2Oの存在によつて大幅に抑
制される。このため、石炭灰を予め少量のりん酸を含有
する水溶液にて混練するか、または石炭灰中に予め少量
のりん酸を添加しておき、これに水を加えて混練するこ
とによつて、石炭灰がりん酸で洗浄されNa2O、K2
Oがりん酸で沖和され、その結果Al2O3の溶解速度
が向上しエトリンガイトの生成速度が増大し強度が大き
くなる。また本発明は、混合粉体と水の混練時に加熱保
持した状態で混練することにより、水蒸気処理後の水和
硬化体の強度ならびに耐候性の向上を図ることを目的と
したものであり、混練時の加熱温度は30〜60℃の範
囲が適当であり、60℃を越える温度の加熱では混練物
の流動性が悪くなり、一方、30℃未満の場合は硬化体
の強度が小さくなり好ましくない。
またりん酸の添加により、水和硬化体の強度は増大する
。すなわち、りん酸の添加と加熱混練とにより相乗的に
水和硬化体の強度が大きくなる。なおりん酸は予め水に
溶解させておいてもよく、また石炭灰などに添加してお
いてもよいつぎに実施例および比較例について説明する
実施例および比較例における原料石炭灰は市販フライア
ツシユであり、その性状を第1表に示す。石炭灰および
水和硬化体の試験方法をつぎに示す。ブレーン比表面積
は、島津製作所製の粉体比表面積測定器SS−100形
を使用し空気透過法によつた。曲げ速度試験は、試験片
として20×20×80(Mm)のものを使用し、試験
装置として丸菱科学製作所製のMKS改良型万能強度試
験機を使用した。圧縮強度試験は、試験片として20×
20X20(Mm)のものを使用し、試験装置としてイ
ンストロン社製の万能試験機を用いた。試験方法は定た
わみ速度法によつた。なお実施例および比較例において
は、水蒸気は常圧水蒸気を使用した。実施例石炭灰75
重量部、生石灰15重量部、2水石こう10重量部、り
ん酸1.0重量部、水45重量部を混合し、混練温度4
0℃で混練してスラリー状とし、このスラリーを型枠中
に注入して成形体を得た。
この成形体を脱型して密閉容器内に収納し、97℃の常
圧水蒸気と15時間接触させ水和硬化体を得た。水和硬
化体の特性は第2表のごとくであつた。比較例 1石炭
灰75重量部、生石灰15重量部、2水石こう10重量
部、水45重量部を混合し、混練温度40℃で混練して
スラリーとし、このスラリーに実施例1と同様の処理を
施し水和硬化体を得た。
水和硬化体の特性は第2表のごとくであつた。比較例
2 石炭灰75重量部、生石灰15重量部、2水石こう10
重量部、りん酸1.0重量部、水45重量部を混合し、
混練温度20℃で混練してスラリーとし、このスラリー
に実施例1と同様の処理を施し水和硬化体を得た。
水和硬化体の特性は第2表のごとくであつた。比較例
3 石炭灰75重量部、生石灰15重量部、2水石こう10
重量部、水45重量部を混合し、混練温度20℃で混練
してスラリーとし、このスラリーに実施例1と同様の処
理を施し水和硬化体を得た。
水和硬化体の特性は第2表のごとくであつた。第2表か
ら、少量のりん酸を添加し、かつ混練時の温度を室温よ
りやや高い温度に保持することにより、水蒸気処理後の
水和硬化体の強度の向上が望めることがわかる。
以上説明したように、本発明によれば、石炭燃焼時の排
出物である石炭灰に安価な原料である生石灰または/お
よび消石炭、2水石こう、半水石こうまたは/および1
1型無水石こうならびにりん酸を添加し、水と混練する
際に加熱混練を行い、その後の水蒸気処理を施すことに
よつて、高強度でかつ耐候性に優れた硬化体を容易にか
つ安価に製造することが可能であり、本発明は石炭灰を
有効利用して土木・建築の分野における各種建材および
構造材の製造に寄与する技術としてきわめて有益である

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 石炭燃焼時に排出される石炭灰60〜90重量%、
    生石灰または/および消石灰10〜25重量%、2水石
    こう、半水石こうまたは/およびII型無水石こう8〜2
    5重量%からなる混合粉体100重量部に、10〜60
    重量部の水を添加して硬化体を作製する際に、混合粉体
    100重量部に対して0.1〜2.0重量部のりん酸を
    添加し、混練温度を30〜60℃に加熱保持して混練を
    行つた後、この混練物を型枠または成形容器などを用い
    て成形し、ついでこの成形体を80〜100℃の常圧水
    蒸気で処理することを特徴とする石炭灰を主原料とする
    硬化体の製造方法。
JP21452781A 1981-12-28 1981-12-28 石炭灰を主原料とする硬化体の製造方法 Expired JPS5953228B2 (ja)

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