JP2001261391A

JP2001261391A - 人工軽量骨材の製造方法

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Publication number: JP2001261391A
Application number: JP2000084236A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawamoto; 孝次川本; Joji Tanimoto; 譲二谷本; Yoshiki Yagi; 良樹八木
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な設備で造粒し、高圧蒸気養生を用い
て、比重が広く、特に低く制御された人工軽量骨材を低
コストで製造する方法を提供する。【解決手段】珪酸質原料と石灰質原料と水とを混練
し、次に発泡剤を添加し、さらに混合して、スラリーを
作成する第１工程、作成したスラリーを貯留する第２工
程、気泡を保持しながら３０〜１５００Ｐａ・ｓに硬化
しつつあるケーキをスクリュー式で押し出して、造粒す
る第３工程、および造粒物を高圧蒸気養生する第４工程
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工軽量骨材を製
造する方法、より詳しくは人工軽量骨材組成物ケーキの
造粒方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工軽量骨材は、砕石骨材と比較してコ
スト面で問題が多い。すなわち、人工軽量骨材（以下、
単に「骨材」という）の製造方法としては、転動、押し
出しなどにより造粒した後に焼成する方法が一般的であ
り、発泡剤を添加して焼成過程で発泡させたり、焼成方
法を変えたりして、制御された比重のものが得られる。
しかし、なお一層の低コスト化を追求する必要がある。

【０００３】そこで、本発明者らは、上記焼成に代わっ
て、エネルギーコストが極めて少ない高圧蒸気養生を用
いる骨材の製造方法を提案してきた。すなわち、高圧蒸
気養生を用いて骨材比重を低くするには、一般的に、型
枠にスラリーを鋳込んだ後に脱型して、ケーキのみをハ
ンドリングできる程度の半硬化状態（ボールテスト値：
２４〜２０ｍｍ程度）で切断していた。しかしながら、
高圧蒸気養生を用いた骨材製造方法では、骨材比重を広
く、特に低く制御することが困難であった。また、この
方法では実用生産に当たって多数の型枠や切断装置を必
要とするため、設備コストおよび運転コストが増加し、
ひいては製造コストが増加する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、上記事情に鑑み、簡易な設備で造粒し、高圧蒸気養
生を用いて、比重が広く、特に低く制御された骨材を低
コストで製造する方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の骨材製造方法は、第１発明によれば、珪酸質
原料と石灰質原料と水とを混練して、スラリーを作成す
る第１工程、作成したスラリーを貯留する第２工程、３
０〜１５００パスカル秒（Ｐａ・ｓ）に硬化しつつある
ケーキをピストン式またはスクリュー式で押し出して、
造粒する第３工程、および造粒物を高圧蒸気養生する第
４工程を有する。

【０００６】また、本発明の骨材製造方法は、第２発明
によれば、珪酸質原料と石灰質原料と水とを混練し、次
に金属アルミニウム粉末などの発泡剤を添加しあるいは
空気などの気泡を分散させた水を添加し、さらに混合し
て、スラリーを作成する第１工程、作成したスラリーを
貯留する第２工程、気泡を保持しながら３０〜１５００
Ｐａ・ｓに硬化しつつあるケーキをピストン式またはス
クリュー式で押し出して、造粒する第３工程、および造
粒物を高圧蒸気養生する第４工程を有する。

【０００７】

【発明の実施の形態】珪石などの珪酸質原料、および生
石灰、消石灰、セメントなどの石灰質原料、必要に応じ
て石膏を水と混練してスラリーを作成する。この際、石
炭灰、下水汚泥、建設汚泥やこれらを適宜処理した処理
物などの珪酸質産業廃棄物や、石灰質産業廃棄物を珪酸
質原料・石灰質原料に用いることは、骨材の製造コスト
をより低減させるだけでなく、骨材の大量の需要が見込
めるので産業廃棄物処理面でも有利である。

【０００８】石炭灰は、石炭火力発電所や石炭焚きボイ
ラーなどから発生するもので、特に限定されない。石炭
灰の例に、ＪＩＳＡ６２０１に適合するようなフライア
ッシュ、粗粉、クリンカアッシュを挙げることができ
る。

【０００９】石灰質原料は、珪酸質原料の主成分である
シリカやアルミナとのポゾラン反応により強度を発現さ
せるためのものであり、例えば生石灰、消石灰、セメン
トが挙げられる。セメントは特に限定されないが、例え
ばＪＩＳ規格で規定されている普通ポルトランドセメン
ト、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセ
メント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルト
ランドセメント、白色セメント、超速硬セメント、アル
ミナセメント、シリカセメント、高炉セメント、フライ
アッシュセメントなどが挙げられる。

【００１０】石灰質原料の配合量は、骨材の強度および
珪酸質原料の利用率向上の点から、酸化カルシウム換算
で１〜５０重量％（以下、組成を示す重量％を単に
「％」と記す）、好ましくは１〜４０％である。

【００１１】混練に用いる水量は全固体重量に対して４
０〜８０％とするのが好ましい。４０％未満ではスラリ
ーの粘性が高く、ミキサーから短時間で排出できない。
一方、８０％を超えると生ケーキの硬化に長時間を要
し、また骨材強度が低下する。

【００１２】混練方法は、特に限定されず、公知の混練
装置を用いることができる。また、混練を促進するため
に４０〜９０℃程度の温水で攪拌することが好ましい。
この際、スラリーに気泡を保持させて骨材が所望の比重
になるように、発泡膨脹させる金属アルミニウム粉末な
どの発泡剤や、界面活性剤を添加し空気などの気泡が混
入した水をスラリーに加える。スラリーに加える金属ア
ルミニウム粉末の量は、所望の比重が１．０では原料固
形分に対して約０．０２％程度、同じく比重が０．８で
は同じく０．０４％程度、同じく比重が０．５では同じ
く０．０６％程度である。なお、所望の比重１．５〜
１．３は水と原料固形分との量比で制御する。また、上
記界面活性剤には、脂肪酸塩、グリセリン脂肪酸エステ
ル、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、ポリオキシエチ
レン、アルキルエーテル、硫酸エステル塩などがある。
このようにしてスラリーを作成することにより、比重が
所望の、特に低い骨材を広範囲、例えば０．５〜１．５
の範囲にわたって製造することができる。

【００１３】次工程で押し出すのに必要な粘度をもつま
で上記スラリーを硬化させる（所要時間は例えば１〜３
時間程度）ために、該スラリーを貯留する。

【００１４】石灰質原料が水和したり珪酸質原料と反応
して珪酸カルシウム水和物が生成したりしてスラリーを
硬化させる（硬化が始まった以後のスラリーを以下「ケ
ーキ」という）ときに発熱が起こるので、貯留ケーキの
内部と外部とに温度差が生じないように、貯留ケーキを
保温または加温するのが好ましい。

【００１５】押し出しの進行につれて、貯留ケーキは硬
化しながら、圧密や混練を極力受けることなく順次下方
へ移動する。

【００１６】押し出すケーキの粘度を３０〜１５００Ｐ
ａ・ｓとする。ケーキの粘度が３０Ｐａ・ｓ未満では、
押し出し時に内部に気泡を保持し得ず（脱泡し）低比重
化ができなくなったり、押し出されたケーキが形態を保
てなかっり（造粒できなかったり）する。一方、１５０
０Ｐａ・ｓを超えると、押し出し抵抗が過大となって押
し出しにくくなったり、ケーキ自体が圧密を受けケーキ
に保持された気泡が潰されて、低比重化ができなかった
りする。

【００１７】ケーキ全体に剪断力を極力加えないよう
に、ピストン式またはスクリュー式で１ＭＰａ／ｃｍ²
以下程度の押し出し応力で押し出す。何故なら、気泡を
保持し、かつ流動性のあるケーキは、チクソトロピー性
が強く、剪断力を受けると極端に粘性が低下するからで
ある。押し出す際、押し出し抵抗を軽減するために、振
動装置（例えば大東振動工学（株）製）を用いて例えば
振動数：５０〜３００Ｈｚ、振幅：０．２〜２ｍｍの振
動をダイスからケーキに加えて部分的に粘度を低下させ
ることが好ましい。ダイスに金属線メッシュを用いても
よい。

【００１８】図１は、本発明方法を実施するために用い
たスクリュー式鋳込み押し出し槽の概略を示す一部切欠
き正面図である。鋳込み押し出し槽１０は、貯留部１１
と、押し出し部１２とからなり、貯留ケーキおよび押し
出すケーキを保温または加温するために、槽側壁１３を
加熱することができる。貯留部１１は、一定時間間隔で
鋳込んだスラリーを貯留する。押し出し部１２は、１本
のスクリュー駆動軸１２ａ、スクリュー羽根１２ｂおよ
びダイス１２ｃを有する。スクリュー駆動軸１２ａの回
転によりスクリュー羽根１２ｂを回転させ、押し出し力
をケーキに与える。そして、所望量の気泡を保持し、所
望の粘度まで硬化した可塑性ケーキをダイス１２ｃから
押し出す。

【００１９】押し出されたケーキは、自重で、あるいは
ダイスに振動を加えた場合は振動と自重で切断されて、
造粒される。

【００２０】スクリュー式では、スクリュー羽根の長さ
は、スクリュー駆動軸１〜３周分程度とするのが好まし
い。１周分未満では押し出し能力が不十分であり、一方
３周分を超えるとケーキの混練が進んで、ケーキの粘度
が増大する（場合により、スクリュー羽根内でケーキが
詰まる）。なお、スクリュー羽根の長さを１〜３周分に
抑えない一般的なスクリュー式では、容器側壁とケーキ
との摩擦抵抗が極度に低下してしまうために、スクリュ
ー羽根内でケーキが詰まったまま搬送されなくなり、押
し出し成形ができない。なお、このスクリュー羽根内の
詰まりは、スクリュー駆動軸を２本にすると解消しやす
い。２本のスクリュー駆動軸で押し出す場合これらの駆
動軸の回転方向は、同方向回転でも異方向回転でもよい
が、異方向回転の方が混練の程度が少なく好ましい。

【００２１】押し出し方向は、押し出されたケーキを切
断して造粒するために利用する該ケーキの自重が最も有
効に働くので、鉛直下方向が好ましい。

【００２２】押し出すケーキの内部と外部とに温度差が
生じないように、押し出すケーキを保温または加温する
のが好ましい。

【００２３】本発明方法で用いる設備は、上述したよう
に簡易なものでよく、型枠鋳込み・脱型・切断を行う従
来の低比重骨材製造設備と比較すれば大幅に簡略化され
る。例えば、径３ｍ、高さ５ｍ程度の大きさの上記鋳込
み押し出し槽と、必要により設けた、振動装置と粒まぶ
し（後述）装置とでよい。型枠やケーキ切断装置は必要
でない。これに対して、上記従来設備は、例えば、１０
ｍ³／ｈで骨材を製造するために、６ｍ×１．５ｍ×
０．６ｍの型枠が約８〜１０台必要であり、また、ケー
キ切断装置や、脱型したケーキをケーキ切断装置まで移
動させる移動装置なども必要である。

【００２４】押し出したままの造粒物は、表面に水分が
多く相互に付着しやすいため、乾燥粉末を該造粒物にま
ぶしたり、高温の乾燥用空気を吹き付けたり、これらを
併用したりなどして、造粒物相互の付着を防止するのが
好ましい。乾燥粉末の原料・配合は、スラリーと同様で
よいが、高圧蒸気養生により押し出したままより高強度
となるようなもの（例えば、石炭灰やセメント粉末）を
用いてもよい。乾燥粉末をまぶした造粒物の上に、さら
に強度を増加させたりその他所望の機能を付与したりで
きる材料をコートしてもよい。

【００２５】乾燥粉末をまぶす具体的な方法は、例え
ば、粒サイズの１〜３倍程度の層厚に乾燥粉末を敷いた
コンベアーベルトをダイスの下で動かせ、押し出された
造粒物を該乾燥粉末層中に落下埋没させる。乾燥粉末の
層が薄すぎると乾燥粉末を造粒物に十分まぶすことがで
きず、一方厚すぎてもまぶす効果は増加しない。また、
薄く敷いた乾燥粉末上に造粒物を落下させその上から乾
燥粉末を振りかけたり、気流中に分散させた乾燥粉末を
造粒物に吹き付けたりしてもよい。

【００２６】押し出されたままの造粒物は表面に水分が
濃縮しているので、まぶした乾燥粉末が該造粒物から剥
離しにくく、まぶす効果が確実に得られる。

【００２７】乾燥粉末をまぶした造粒物にはまぶさなか
った乾燥粉末が随伴するので、まぶした造粒物から随伴
乾燥粉末を分離する。分離した随伴乾燥粉末は、スラリ
ー作成用原料に使用したり、まぶし用乾燥粉末に再使用
する。

【００２８】上記まぶし済み造粒物は、所望のサイズよ
り大きい場合は破砕機などで破砕して所望のサイズに調
整した後、必要に応じてパン、ドラムなどの転動造粒機
で表面の角取りを行う。この転動は、気泡を含む低密度
の粒に嵩高くまぶされている乾燥粉末の緻密化も行って
造粒物の強度向上に役立つ。

【００２９】この造粒物を高圧蒸気養生する。養生方法
は、湿潤養生、常圧の蒸気養生および高圧の蒸気養生が
知られているが、本発明方法では、高圧蒸気養生を単独
で用いるか、常圧蒸気養生と高圧蒸気養生とを合わせて
用いるのが好ましい。常圧蒸気養生単独では、強度発現
まで長期間の養生を要し生産性が悪い。オートクレーブ
中で行う高圧蒸気養生の条件は、生産性および骨材強度
の点から１１０℃〜２５０℃で１時間以上、好ましくは
３時間以上である。この養生により、製造される骨材の
比重を広範囲、例えば０．５〜１．５の範囲にわたって
任意に制御することができる。

【００３０】

【実施例】以下実施例および比較例により本発明をさら
に説明する。

【００３１】［実施例１］石炭灰を８０％、酸化カルシ
ウムを５％、普通ポルトランドセメントを１５％および
水を固形分総量に対して５０％配合し、ミキサーで混合
してスラリーを作成した。なお、石炭灰の成分組成の主
なものは次の通りである。すなわち、ＳｉＯ₂：５９．
３％、Ａｌ₂Ｏ₃：３１．６％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２．９％、Ｃ
ａＯ：０．９％、ＭｇＯ：０．５％、Ｎａ₂Ｏ：０．２
％、Ｋ₂Ｏ：０．３％である。また、水の温度は６０℃
とした。

【００３２】作成したスラリー約１０リットルを図１の
鋳込み押し出し槽に鋳込んだ。この際、スラリーが排出
しないように、ダイスの下部に蓋をしておいた。なお、
鋳込み押し出し槽に関する寸法は次の通りである。すな
わち、槽内径：２０５ｍｍ、槽高さ：５００ｍｍ、ダイ
ス（エバラ機工（株）製）目開き：１０ｍｍ□、ダイス
厚さ（押し出し方向）：２５ｍｍ、スクリュー羽根（エ
バラ機工（株）製）直径：２００ｍｍ、スクリュー羽根
ピッチ：４０ｍｍ、スクリュー羽根長さ：スクリュー駆
動軸２周分である。

【００３３】鋳込みから約１時間後にケーキ粘度が３０
Ｐａ・ｓとなった時点で、ダイス下部の蓋を外し、スク
リュー羽根を回転させてケーキを押し出した。なお、ケ
ーキ粘度は、円筒回転式の粘度計で測定した。

【００３４】スラリーを作成した際の固形分と同じ組成
の乾燥粉末を混合して約２０ｍｍの層厚に敷いたステン
レスパッドをダイス下に予め設けておいた。そして、こ
のステンレスパッドを動かしながら、ダイスから押し出
され切断されてくる造粒物をステンレスパッド上の乾燥
粉末層上に受けた。乾燥粉末をまぶした造粒物は、目開
き５ｍｍの篩で篩って篩上を回収した。

【００３５】篩上造粒物は、パンペレタイザーで転動し
ながら表面の乾燥粉末を圧密して表面を平滑に仕上げ
た。

【００３６】表面が平滑に仕上がった造粒物は、温度５
０℃、相対湿度９５％の恒温恒湿中で３時間前養生した
後に、オートクレーブに入れ、１８５℃、８時間の高圧
蒸気養生を行った。

【００３７】製造した骨材を評価するため、嵩比重およ
び圧潰強度を測定した。なお、嵩比重は、ＪＩＳＡ１
１３５に準じて測定した。また、圧潰強度は、約１０ｍ
ｍの直径をもつ１５個の試料骨材の粒径および一軸圧縮
破壊荷重を測定し、粒径に対する強度の回帰式を求め、
この回帰式を用いて算出した直径１０ｍｍの骨材の強度
とした。評価結果を表１に示す。

【００３８】［実施例２］鋳込みから約２時間後にケー
キ粘度が５５０Ｐａ・ｓとなった時点で、ダイス下部の
蓋を外し、スクリュー羽根を回転させてケーキを押し出
した以外は、実施例１と同様に試験した。評価結果を表
１に示す。

【００３９】［実施例３］鋳込みから約３時間後にケー
キ粘度が１５００Ｐａ・ｓとなった時点で、ダイス下部
の蓋を外し、スクリュー羽根を回転させてケーキを押し
出した以外は、実施例１と同様に試験した。評価結果を
表１に示す。

【００４０】［実施例４］実施例１と同様にして、ミキ
サーを用いてスラリーを作成した。次に、配合した原料
固形分に対して０．０２％の金属アルミニウム粉末をこ
のスラリーに加えて混合攪拌した。金属アルミニウム粉
末を加えたスラリーを実施例１の鋳込み押し出し槽に鋳
込んだ。そして、スクリュー羽根を回転させてケーキを
押し出すこと以後は、実施例２と同様に試験した。評価
結果を表１に示す。

【００４１】［実施例５］金属アルミニウム粉末の添加
量を原料固形分に対して０．０４％とした以外は、実施
例４と同様に試験した。評価結果を表１に示す。

【００４２】［実施例６］金属アルミニウム粉末の添加
量を原料固形分に対して０．０６％とした以外は、実施
例４と同様に試験した。評価結果を表１に示す。

【００４３】［比較例１］実施例１と同様にして、スラ
リーを作成し、鋳込んだ。鋳込みから約３０分後にケー
キ粘度が２０Ｐａ・ｓとなった時点で、ダイス下部の蓋
を外し、スクリュー羽根を回転させてケーキを押し出し
た。しかし、押し出されたケーキは、乾燥粉末中に落下
するときに変形してしまい、造粒不能であった。

【００４４】［比較例２］実施例１と同様にして、ミキ
サーを用いてスラリーを作成した。次に、配合した原料
固形分に対して０．０２％の金属アルミニウム粉末をこ
のスラリーに加えて混合攪拌した。金属アルミニウム粉
末を加えたスラリーを実施例１の鋳込み押し出し槽に鋳
込んだ。鋳込みから約３．５時間後にケーキ粘度が２０
００Ｐａ・ｓとなった時点で、ダイス下部の蓋を外し、
スクリュー羽根を回転させてケーキを押し出した。しか
し、硬化が進んだため、ケーキを押し出すことができな
かった。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１から分かるように、実施例１〜６で嵩
比重が０．５２〜１．５０、圧潰強度が５〜６８ｋｇｆ
の骨材が製造されている。

【００４７】

【発明の効果】本発明方法により、比重が広く、特に極
めて低く制御された（嵩比重が例えば０．５〜１．
５）、圧潰強度が例えば５〜７０ｋｇｆの骨材を、大幅
に簡略化した設備や作業で、つまり低コストで効率的に
製造することができる。大量に発生する石炭灰、下水汚
泥、建設汚泥などの珪酸質産業廃棄物や石灰質産業廃棄
物を珪酸質原料・石灰質原料に利用すれば、さらに低コ
ストが実現できる。従って、本発明方法は、土木・建築
業界および産業廃棄物処理業界などに寄与するところが
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するために用いたスクリュー
式鋳込み押し出し槽の概略を示す一部切欠き正面図であ
る。

【符号の説明】

１０鋳込み押し出し槽１１貯留部１２押し出し部１２ａスクリュー駆動軸１２ｂスクリュー羽根１２ｃダイス１３槽側壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪酸質原料と石灰質原料と水とを混練し
て、スラリーを作成する第１工程、作成したスラリーを
貯留する第２工程、３０〜１５００Ｐａ・ｓに硬化しつ
つあるケーキをピストン式またはスクリュー式で押し出
して、造粒する第３工程、および造粒物を高圧蒸気養生
する第４工程を有する人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】珪酸質原料と石灰質原料と水とを混練
し、次に発泡剤を添加しあるいは気泡を分散させた水を
添加し、さらに混合して、スラリーを作成する第１工
程、作成したスラリーを貯留する第２工程、気泡を保持
しながら３０〜１５００Ｐａ・ｓに硬化しつつあるケー
キをピストン式またはスクリュー式で押し出して、造粒
する第３工程、および造粒物を高圧蒸気養生する第４工
程を有する人工軽量骨材の製造方法。
【請求項３】珪酸質原料は、珪酸質産業廃棄物である
請求項１または２に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項４】石灰質原料は、石灰質産業廃棄物である
請求項１または２に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項５】発泡剤は、金属アルミニウム粉末である
請求項２に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項６】鉛直下方向に押し出す請求項１または２
に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項７】スクリュー式は、スクリュー羽根の長さ
がスクリュー駆動軸１〜３周分である請求項１または２
に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項８】ダイスを振動させながら押し出す請求項
１、２または６に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項９】造粒物を高圧蒸気養生する前に、乾燥粉
末でまぶし、または高温の乾燥用空気を吹き付けて乾燥
する請求項１または２に記載の人工軽量骨材の製造方
法。