JPS6321244A - 人工軽量骨材 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、人工軽量骨材およびその製造法に関するもの
である。

［発明の背景］ 建築物などの構造物は、省エネルギー、省資源および耐
震性の向上のため、軽量化と断熱化とが進められており
、このために必要な軽量コンクリート用の骨材として、
優れた品質の人工軽量骨材（以下、ＡＬＡと言うことが
ある）を安価に製造する方法が課題となっている。

一方、エネルギー源の多様化の必要性が近年において特
に高まり、石炭の消費量が急増しているが、それに伴っ
て発生する石炭灰の処理が問題となっている。従って、
その石炭灰の有効利用が大きな課題となっている。石炭
灰の有効利用としては、これを塊状に焼成して人工軽量
骨材とすることが既に考えられている。

［従来技術および問題点］ 従来より、石炭灰を主原料にしてＡＬＡを製造する方法
に関して数多くの提案がなされている。

これらの提案の詳細は、たとえば、特公昭３６−１２５
８０号、同３８−２５８２０号、同４〇−１６２７０、
同４１〜８２３９号および同４７−４７５７２号並びに
特開昭５７−１１８６６号などの各公報に記載されてい
る。しかしながら、わが国においてはいまだに石炭灰を
主原料にしたＡＬＡの製造は企業化されていないのが現
状である。その主な理由は、これらの公知方法を用いて
製造した石炭灰系ＡＬＡは、国内で市販されている膨張
頁岩系ＡＬＡ　（以下、市場量と略す）にくらべて製造
コストが嵩み、さらには品質が劣るという問題点がある
ためである。

すなわち、上記公報に記載された方法を追跡実験した結
果、それらの製造法は市場量の製造の場合に比べて多量
の副原料、例えば粘土、頁岩、ボタ、長石、パルプ廃液
、マグネシアおよび水ガラスなどの一種またはそれ以上
の添加を必要とし、そしてそれらの混合原料を造粒成形
する際に多量の水を必要とするので、乾燥の際に余分の
燃料を消費し、燃料費が嵩むこと、そして得られるＡＬ
Ａは骨材強度が小さく、吸水率が高いことなどの点で品
質が不充分であることが判明した。

軽量骨材の吸水率が高い場合には、その軽量骨材を用い
て建築材料、建造物などを製造する場合のポンプ施工性
および耐凍結融解性が低下するため、作業性および製品
の耐久性の点において問題となる。

［発明の目的］ 本発明は、高強度かつ低吸水率の人工軽量骨材およびそ
の製造法を提供することを主な目的とするものである。

また本発明は特に、石炭灰の有効利用の要請および高品
質の人工軽量骨材の需要の増大の二つの課題を同時に解
決することが可能な人工軽量骨材およびその製造法を提
供することをも、その目的とするものである。すなわち
、石炭灰を原料にしてこれを有効利用し、安価で高品質
なＡＬＡを製造して、省エネルギーと省資源に役立てる
ことをも目的としていいる。

［発明の要旨］ 本発明は５ｉ０２、Ａ　ｌ　２０３、Ｆｅ２Ｏ，、Ｃａ
ＯおよびＭｇＯを生形！成分とし、各々の成分組成を重
量％で表わした場合に、Ａ　ｌ　２０３／　Ｓ　ｉ　Ｏ
２が０．２５〜０．７０．’１００−（Ｓｉ０２＋Ａ文
２０３）が８〜２５．そしてＦｅ　２０　、＋Ｃａｏ＋
Ｍｇｏが６〜２０の範囲にあるような成分組成からなる
見掛は比重が２．１（好ましくは０．５〜１．８、特に
好ましくは１．０〜１．５）以下の人工軽量骨材であっ
て、その圧潰強度が６０ｋｇｆ以上（好ましくは６５ｋ
ｇｆ以上）、２４時間吸水率が２．５％以下（好ましく
は２−０％以下）、３０気圧加圧吸水率が１０％以下（
好ましくは５〜１０％）であることを特徴とする人工軽
量骨材からなる。

上記人工軽量骨材は、５ｉ０２、Ａ立、０３、Ｆｅ２Ｏ
３、ＣａＯおよびＭｇＯを主形成成分とし、各々の成分
組成を重量％で表わした場合に、Ａ文２０３　／　Ｓ　
ｉ　Ｏ２が０．２５〜０．７０．１００−（ＳｉＯ□＋
Ａ文、０３）が８〜２５、そしテＦ　ｅ　２０　、　＋
Ｃａｏ＋Ｍｇｏが６〜２０の範囲にあるような成分組成
からなる、ブレーン比表面積が２０００〜９０００ｃゴ
／ｇの粉末状原料を造粒成形して、見掛は比重が１．１
〜１．８で、常温および６００℃に加熱後における圧潰
強度がいずれも０．５ｋｇｆ以上の造粒物を得たのち、
この造粒物を、６００℃から該造粒物の膨張温度までの
昇温速度を１５０〜ｂ て焼成することを特徴とする製造法により有利に製造す
ることができる。

［発明の詳細な記述１ 次に、本発明の人工軽量骨材の製造法について説明する
。

本発明の人工軽量骨材を製造するための原料としては、
５ｉ０２、Ａ　ｌ　２０３、Ｆｅ　２０３、ＣａＯおよ
びＭｇＯを主形成成分とし、各々の成分組成を重量％で
表わした場合に、Ａ文２０゜／　Ｓ　１０２が０．２５
〜０．７０．１００−（Ｓ　ｉ　Ｏ２＋Ａ見２０３）が
８〜２５、そしてＦｅ　２０３＋ＣａＯ＋Ｍｇｏが６〜
２０の範囲にあるような成分組成のものが選ばれる。そ
のような原料としては、石炭灰を８０重量％以上含有す
る粉末状原料を用いることが、製品の品質の面、そして
製造コストの面で特に有利である。勿論、膨張頁岩、膨
張粘土などの天然原料および他の人工的に得られた原料
を用いることもできる。

石炭灰粉末、たとえばフライアッシュなどは。

通常の岩石、頁岩、粘土などの粉末とは異なった粉体特
性を有している。すなわち、 １）石炭灰の粒子は高温に加熱されている、２）粒子が
球形で、粒子間の付着力が極めて小さい、 ３）粉体として空隙が多く、密充填しにくい、４）未燃
残分を含有していること、等である。

しかし、上記のような粉体特性は本発明の人工軽量骨材
の製造に際しては特に問題とならない。

石炭灰とは、石炭を燃焼もしくはガス化した際に残査と
して残るフライアッシュ、シンダーアッシュ、ボトムア
ッシュ、クリンカーアッシュあるいは炭灰スラグなどと
呼ばれている固形分の総称である。

本発明の製造法の粉末状原料（たとえば、石炭灰）は、
混合または粉砕などの処理を施して、ブレーン比表面積
を２０００〜９０００　ｃ　ｒｎ’　／　ｇ、好ましく
は４０００〜９０００ｃｒｒＩ２／ｇとする、更に好ま
しくは４０００〜７０００ｃゴ／ｇ、として用いる。こ
の場合、ブレーン比表面積が少ない場合にはバインダー
として機能する高温融解性添加材の添加を必要とする場
合が多くなる。ただし、粉末状原料の種別によって異な
るが、ブレーン比表面積が４０００〜９０００　ｃ　ｒ
ｎ’　／　ｇの場合には添加材を特に加えなくともよい
ことが多くなる。ブレーン比表面積を９０００ｃｍ’／
ｇ以上とするためには粉砕のための費用が嵩み好ましく
ない。また、ブレーン比表面積が４０００ｃｒｎ’／ｇ
以下のものは一般に添加材の添加量を増加する必要があ
ることが多い。そしてブレーン比表面積が２０００　ｃ
　ｒｎ’　／　ｇ以下では、添加材の量をｉｏ％以上に
する必要があり、好ましくない。

なお、粉末状原料には、粘土、頁岩、消石灰、水ガラス
、煙道集塵スラグなどのような公知の無機添加材が少な
くとも一種類、２０重量％以下の量（好ましくは１０重
量％以下の量）にて含有されていてもよい。この無機添
加材、粉砕操作の前後、後述の造粒操作の前後などのい
ずれの時期において原料に添加されてよい。

粉末状原料はまず、造粒操作によって造粒されて、見掛
は比重が１．１〜１．８で、常温および６００℃に加熱
後における圧潰強度がいずれも０．５ｋｇｆ以上（好ま
しくは１．５ｋｇｆ以上）の造粒物とされる。造粒方法
としては、圧縮成形法を利用するのが好ましく、公知の
連続圧縮成形機、たとえば団鉱機により成形することが
好ましい。また、造粒物の見掛は比重は、最終製品の人
工軽量骨材の絶乾比重目標値を１．２とすると、１．１
〜１．８、好ましくは１．２〜１．６になるように調整
する。１．１未満では収縮焼成になり好ましくない、１
．８以上では成形に用する動力が急激に増加し好ましく
ない。

上記の造粒物の焼成は、造粒物を比重の上昇を余りとも
なうことなく行なうことが好ましく、比重が同等もしく
は低下する膨張焼成を利用することが好ましい。

造粒物の圧潰強度は、焼成に際して焼成炉内で乾燥、加
熱・焼成されるまで維持される必要がある。その理由は
、従来より製品化されているＡＬＡは粘土、頁岩、スレ
ートなどの粉末原料ないしは塊状原料を用いているため
、その造粒物は造粒強度が高く、しかも高温まで維持さ
れるが、特に石炭灰の造粒物では４００〜７００℃の範
囲で強度の低下現象が発生しやすく、石炭灰の種類によ
っては殆ど強度がなくなり、焼成炉内で粉末に崩壊する
現象を生じやすい。この現象は、実験室の静置電気炉に
よる焼成では問題とならないが、ロータリーキルンによ
る連続焼成実験の結果、造粒物の乾燥及び６００℃で３
０分加熱後の圧潰強度が０．５ｋｇｆ以上、好ましくは
１．５ｋｇｆ以上あれば、焼成炉内の造粒物の粉化が少
なく連続焼成が確実に行なわれることがわかった。特に
圧潰強度が１．５ｋｇｆ以上であれば、焼成帯ので融着
現象を生じなくなり、長期の安定運転ができることを見
い出した。

常温における造粒物の圧潰強度を０．５ｋｇｆ以上に保
つためには、通常、圧縮成形方法において水を２０重量
％以内、好ましくは２〜１０重量％の範囲で添加する。

石炭灰の種類によっては木を添加しなくてもよいが、一
般には水の量が１重量％以下では成形圧力が５ｔ／Ｃｒ
ｒＩ′以上となり、装置の能力が低下する。２〜１０重
量％付近が圧潰強度の増加が大きく好ましい。１０重量
％以上の添加は造粒成形物の急熱による爆裂現象（バー
スティング現象）を生じやすく、また熱経済および製品
品質の面から好ましくない。

なお、製品ＡＬＡの粒子形状は、骨材分離を避け、生コ
ンクリートの性状を良好に保つため、真球状よりも、罪
状もしくはアーモンド状が好ましい。従って、造粒物も
これらの形状にすることが好ましい。

また、石炭灰、とくにフライアッシュは前述したように
粉状における空隙率が大きいため成形にあたっては、予
備圧縮、例えば圧縮ロール機を用い、あらかじめ石炭灰
粉末を圧縮し、空隙率を小さくしたのち、圧縮成形する
方法を採用すると成形物の物性がさらに向」−するとと
もに、生産量も増大する。

圧縮成形した造粒物は焼成工程への送入にさきだち、篩
装置を用いて不必要な微粒子粉を除く。

ここで除去した微粒子粉は原料に戻し、再び圧縮成形す
る。

造粒物（ＪｒＧ形物）の焼成は、ロータリーキルン方式
が製品品質の面から好ましい。前述の物性の範囲にあれ
ば従来の焼成炉および焼成方法が適用され、焼成装置お
よび焼成方法には特に限定はない。ただし、石炭灰の種
別によりその化学組成、融点が異なり、焼成温度を変更
する必要があるので、あらかじめ電気炉による焼成試験
で焼成温度を確認するのが好ましい。実験によれば１１
００〜１６００℃、滞留時間３０−１２０分の範囲の条
件にて焼成を行なうことが有利である。

さらに、本発明の見掛は比重が低く、圧潰強度が高く、
かつ低吸水率を示す人工軽量骨材は、造粒物の焼成時の
昇温条件を特定の範囲に制御することにより容易に得る
ことができることが判明した。すなわち、造粒物の焼成
に際して６００”０から該造粒物の膨張温度までの昇温
速度を、１５０〜ｔｏｏｏ℃／時とする条件にて昇温さ
せて、１１００〜１６００℃にて焼成を行なうことにょ
リ、見掛は比重が２．１以下の人工軽量骨材であって、
その圧潰強度が６０ｋｇｆ以上、２４時間吸水率が２．
５％以下、３０気圧加圧吸水率が１０％以下であるよう
な軽量骨材として優れた特性を有する焼成物を得ること
ができる。

焼成品は冷却後散水などの処理をして、構造用人工軽量
骨材（ＡＬＡ）として出荷する。

本発明の最大の特徴は、後述の実施例からも明らかなよ
うに製品品質が顕著に向上した人工軽量骨材が得られた
ことにある。すなわち石炭灰を出発原料にして、膨張頁
岩から製造されている市場量を越えた品質を有する製品
が製造できることである。特に、 ■）吸水率が著しく小さく、その上、圧力吸水率も低い
こと、そのためにポンプ施工性がよく、容重の小さい生
コンクリートが得られる、そして２）その硬化したコン
クリートは軽い気乾比重でもって、２８日圧縮強度が５
００ｋｇｆ／ｃｒｎ’以上の値を有することが特徴であ
る。

特に後者の特徴により、構造用軽量コンクリートとして
建築物のほかに二次製品用など新規な用途が開けた。

以下に本発明の実施例と比較例を記載する。

［実施例１〜４］ 第１表記載の石炭灰（フライアッシュ）混合物１００重
量部に、第１表記載の添加材（煙道集塵ダストまたは粘
土）を添加し、１．５ゴのリボンミキサーを用いて混合
したのち、この混合粉末を１００ｋｇ／時の供給量で、
皿の直径１．５ｍ、傾斜角５０°、回転数１Ｏｒｐｍの
パン型造粒機を用い、水を散布しながら粒子径５〜１５
ｍｍに転勤造粒した。得られた造粒物の物性を第２表に
示す。

［実施例５］ 第１表記載の石炭灰（フライアッシュ）混合物１００重
量部に、第１表記載の添加材（粘土）と６重量部の水と
を添加し、この混合物をアーモンド形状の予備圧縮スク
リュー付きのブリケットマシン（ロール径：２２８ｍｍ
、幅ニア６ｍｍ、回転数：８ｒｐｍ、粒子形状：１８Ｘ
１３Ｘ９ｍｍ）を用いて１５０ｋｇ／時の供給量、３ト
ンの成形圧力にて圧縮成形した。得られた造粒物の物性
を第２表に示す。

第１表 実施例　　　石炭灰　　　　添加材　　ブレーン（重量
比）　　　（使用量）　比表面積（Ｃピ／ｇ） Ｉ　　　　Ａ＋Ｂ（９：ｌ）　　煙道集塵　　６５６０
ダスト４ｚ ２　　　　Ａ＋Ｂ（９：ｌ）　　煙道集塵　　８８８０
ダスト４ｚ ３　　　　Ａ　＋　Ｃ（８：２）　　粘土５％　　　　
６３７０４　　　　Ａ＋Ｂ　　　　　煙道集塵　　５５
３０（８５：１５）　　　　ダスト２ｚ ５　　　　Ａ　＋　Ｃ（８：２）　　粘土５％　　　　
６１８０ブレ一ン比表面積は、ＪＩＳ−Ｒ５２０１〜８
１による測定値である。

上記第１表記載の石炭灰Ａ、Ｂ、Ｃ１煙道集塵ダストお
よび粘土は、下記節１〜Ｉ表記載の組成比を有するもの
である。

第１〜Ｉ表 Ｓｉ０２ＡＩ２０３Ｆｅ２０３　ＭｇＯＮａ２Ｏ＋Ｇａ
Ｏ＋に２０ 石炭灰Ａ　　５６．５　３２．２　　４．２　　１．６
　１．３石炭灰Ｂ　　４９．４　２３．８　　８．１　
　３．０　３．７石炭灰Ｃ６０，６、ＩＬ８　　３．８
　　９．１　１．４煙道集塵　１３．９　１８　　２．
７　　４５．４　４．４ダスト 粘　　土　　　６１．５　１８−６　　　　７．０　　
　　１．１　　１．６それぞれの強熱減量は、石炭灰Ａ
（３，２重量％）、石炭灰Ｂ（１，３重量％）、石炭灰
Ａ（３，９重量％）、煙道集塵ダスト（１０，３重量％
）、粘土（９，５重量％）であった。強熱減量および化
学組成はＪＩＳ−Ｒ５２０２−８１によって測定した値
である。

第１〜Ｉ表の化学組成に基づき計算した各々の実施例の
原料における、Ａ文２０３　／　Ｓ　ｉ　０２、ＳｉＯ
２＋Ａｕ２０３、Ｆｅ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＭｇＯを第１〜
ＩＩ表に示す。

第ｉ−ｎ表 Ａｌ１０３　　ＳｉＯ２＋　　　Ｆｅ２　ｏ３＋Ｓｉ０
２　　　　Ａｌ１０３　　ＧａＯ＋　ＭｇＯ実施例１　
　０．５４　　８３．８　　９．５実施例２　　０．５
４　　８３．８　　９．５実施例３　　０．５１　　８
６．７　　８．５実施例４　　０．５４　　８４．５　
　９．４実施例５　　０．５１　　８６．７　　７．２
第２表 ２０℃　　６００℃ 実施例１　　１．６２　　　１．１　　３．０実施例２
　　１．６５　　　１．３　　３．５実施例３　　１．
５２　　　１．０　　２．８実施例４　　１．３８　　
　０．８　　３．３実施例５　　１．６６　　　１．６
　　４．２圧潰強度は、ＪＩＳ−Ｍ８７１８−８２によ
る測定値である。

前述の石炭灰系造粒物を有効内径０．９ｍ、有効長さ１
２ｍ、傾斜３．５７ｔｏｏのミゼット規模のロータリー
キルンを用いて７６ｋｇＺ時（乾燥物基準）の送入量で
、第３表の加熱焼成条件にて焼成した。得られた焼成物
の物性を第４表に示す。

第３表 焼成温度（℃）　昇温速度（℃／時） 実施例１　　　１２９０　　　　　６００・　　実施例
２　　　１２８０　　　　　６００実施例３　　　１３
２０　　　　　６００実施例４　　　１２８０　　　　
　４００実施例５　　　１３１０　　　　　４００第４
表 実施例　絶乾　　２４時間　　３０気圧　　圧潰強度比
重　　吸水率　加圧吸水率　（ｋｇｆ）１　　１．３５
　　１．８　　　　９．１　　　　？２２　　１．３２
　　０．８　　　　６．３　　　８０３　　１．２５　
　０−８　　　　６．３　　　７３４　　１．３Ｇ　　
　１．２　　　　７．５　　　７６５　　１．３９　　
０．８　　　　６．０　　　８５［人工軽量骨材の評価
］ 実施例１．４．５で得られた人工軽量骨材について、Ｊ
ＩＳ−Ａ５００２に準拠してコンクリートを製造し、２
８日目の圧潰強度の測定を行なった。結果を第５表に示
す。

第５表 人工軽量骨材　　　　　圧潰強度（ｋｇｆ）実施例１　
　　　　　５０５ 実施例４　　　　　　５６８ 実施例５　　　　　　５９５ 上記のＪＩＳ規格試験は骨材自体の強度が求まるように
、モルタル部分の強度を高めた試験方法であり、ＪＩＳ
規格では例えば品種ＭＡ−４１９の場合、２８日の圧縮
強度を４００　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃゴ以上と規定してい
る。

これらの実施例で得られた骨材はその強度が優れており
、規格には規定されていない圧潰強度５００　ｋ　ｇ　
ｆ　／　ｃ　ｒｎ′以上の品種に相当することがわかる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、Ｃ
   ａＯおよびＭｇＯを主形成成分とし、各々の成分組成を
   重量％で表わした場合に、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＳｉＯ＿２
   が０．２５〜０．７０、１００−（ＳｉＯ＿２＋Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３）が８〜２５、そしてＦｅ＿２Ｏ＿３＋ＣａＯ
   ＋ＭｇＯが６〜２０の範囲にあるような成分組成からな
   る見掛け比重が２．１以下の人工軽量骨材であって、そ
   の圧潰強度が６０ｋｇｆ以上、２４時間吸水率が２．５
   ％以下、３０気圧加圧吸水率が１０％以下であることを
   特徴とする人工軽量骨材。 ２、圧潰強度が６５ｋｇｆ以上であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の人工軽量骨材。 ３、２４時間吸水率が２．０％以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の人工軽量骨材。 ４、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、Ｃ
   ａＯおよびＭｇＯを主形成成分とし、各々の成分組成を
   重量％で表わした場合に、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＳｉＯ＿２
   が０．２５〜０．７０、１００−（ＳｉＯ＿２＋Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３）が８〜２５、そしてＦｅ＿２Ｏ＿３＋ＣａＯ
   ＋ＭｇＯが６〜２０の範囲にあるような成分組成からな
   る、ブレーン比表面積が２０００〜９０００ｃｍ＾２／
   ｇの粉末状原料を造粒成形して、見掛け比重が１．１〜
   １．８で、常温および６００℃に加熱後における圧潰強
   度がいずれも０．５ｋｇｆ以上の造粒物を得たのち、こ
   の造粒物を、６００℃から該造粒物の膨張温度までの昇
   温速度を１５０〜１０００℃／時とする条件にて昇温さ
   せ、１１００〜１６００℃にて焼成することを特徴とす
   る人工軽量骨材の製造法。 ５、粉末状原料が石炭灰を８０重量％以上含有する粉末
   状原料であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の人工軽量骨材の製造法。 ６、上記造粒成形を、圧縮成形により行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の人工軽量骨材の製造
   法。 ７、上記粉末状原料が、粘土、頁岩、消石灰および水ガ
   ラスからなる群より選ばれた少なくとも一種類の無機添
   加材を２０重量％以内の量で含有することを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の人工軽量骨材の製造法。 ８、上記造粒物の比重が、その造粒物を焼成して得られ
   る人工軽量骨材の比重と同等であるか、あるいはそれよ
   りも高いことを特徴とする特許請求の範囲第４項乃至第
   ７項のいずれかの項記載の人工軽量骨材の製造法。