JP2008094640A - セラミックス製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発泡剤を用いなくても良好に発泡を生じさせることができ、比重が小さく軽量のセラミックス製品が容易に得られるセラミックス製品の製造方法を提供すること。
【解決手段】 好適な実施形態のセラミックス製品の製造方法は、固化されたコンクリートから骨材を取り除いて得られる粉粒体、粘土及び石材を含む組成物を成形して成形体を得る工程と、この成形体を焼成する工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミックス製品の製造方法に関する。

セラミックス製品は、通常、長石、陶石等の石材と粘土とを粉砕・混合して型押し又は押出し成形し、これを９００〜１３５０℃程度の温度で焼成することにより製造される。セラミックス製品には、例えばタイルに用いられる場合等、用途によっては軽量化が要求されることがある。そのため、比重の小さいセラミックス製品を製造する方法が開発されている。比重の小さいセラミックス製品を製造する方法としては、製造時に発泡を生じさせて焼結体に気泡を導入する方法が知られている。例えば、少なくとも一部の原料に発泡剤を加える方法（特許文献１参照）が開示されている。
特開平９−２９５８５４号公報

しかしながら、上記従来技術の方法では、原料に発泡剤を添加する必要があるため、製造工程が煩雑となるほか、製造コストも増大する等の不都合もあった。また、発泡剤による発泡の場合、気泡を均一に生じさせるのが困難な傾向にあり、強度にばらつきのある焼結体が得られることも少なくなかった。

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、発泡剤を用いなくても良好に発泡を生じさせることができ、比重が小さく軽量のセラミックス製品が容易に得られるセラミックス製品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のセラミックス製品の製造方法は、固化した状態のコンクリートから骨材を取り除いて得られる粉粒体と、粘土と、石材とを含む組成物を成形して成形体を得る工程と、この成形体を焼成する工程とを有することを特徴とする。

上記本発明の製造方法によれば、原料である組成物中に、いったん固化させたコンクリートを破砕して得られる粉粒体（以下、「コンクリート粉粒体」と略す）を含んでいるため、発泡剤を加えなくても焼成時に発泡が良好に生じる。これによって気泡を有しており軽量化されたセラミックス製品を容易に得ることができる。コンクリート粉粒体によって良好に発泡が生じる原因は今のところ明らかではないが、コンクリート粉粒体には、固化した状態にあるコンクリートが有しているセメント水和物質が含まれており、組成物を焼成すると、この水和物質から水分の分離が生じることが一つの要因として考えられる。

上記本発明のセラミックス製品の製造方法においては、コンクリート粉粒体は、１５０μｍ以下の粒径を有することが好ましい。このようなコンクリート粉粒体を用いることで、焼成等を良好に行うことが可能となるほか、発泡がより良好に生じるようになる。

また、原料である組成物としては、コンクリート粉粒体、粘土及び石材の総量中、粉粒体を１〜９０質量％、粘土を９〜８０質量％、石材を１〜８０質量％含むものを用いることが好ましい。このような配合の組成物を用いることで、発泡による軽量化が十分に生じるとともに、良好な特性を有するセラミックス製品が得られ易くなる。

また、コンクリート粉粒体は、固化した状態のコンクリートを磨砕して骨材を取り除いて得られる、主にセメントから構成される粉粒体であると好ましい。このようにして得られるコンクリート粉粒体は、セラミックス製品の原料として好適であり、焼成時の発泡も良好に生じ得る。したがって、かかるコンクリート粉粒体を用いることで、軽量のセラミックス製品を特に良好に製造することが可能となる。

コンクリート粉粒体の原料である固化した状態のコンクリートとしては、廃コンクリートを用いることもできる。ここで、廃コンクリートとは、もともと建築物等に利用されていたコンクリートであって、この建築物等を解体することによって排出された解体コンクリートや、建築物等の建設時等に発生した余剰のコンクリート等が挙げられる。このような廃コンクリートを用いることで、コンクリートのリサイクルの促進が図れるようになる。

従来、廃コンクリートは、鉄筋等のコンクリート以外の含有物を除去した後、４０ｍｍアンダー程度となるまで破砕され、路盤材又は埋戻し材等として活用されていた。また、近年では、大都市部を中心として廃コンクリートの発生が増加しているのに対して路盤材等の需要が合わなくなってきており、更に磨砕等を行うことで、コンクリート中の骨材に付着しているセメント分と骨材（粗骨材や細骨材）とを分離し、この骨材をコンクリート用の骨材として再利用することが試みられている。しかし、この骨材を除去した後でも、通常、当初の廃コンクリートの３０〜４０重量％程度のセメントを主成分とする微粉末が残渣として集塵機等で回収される。従来、このような微粉末については、例えば土壌改良材等として使用された事例はあるが、十分有効に利用されることは少なく、廃棄物として処理されることも多かった。

これに対し、上記本発明のセラミックス製品の製造方法では、コンクリート粉粒体を原料として用いているが、このコンクリート粉粒体としては、上記のような廃コンクリートの最終的な残渣である微粉末を好適に用いることができる。したがって、本発明の製造方法によれば、従来は十分な利用が期待できなかった残渣を有効に利用することができ、これによって廃コンクリートの大部分を無駄無く再利用することが可能となる。なお、上記の骨材とセメント分とを分離する方法としては、セメント水和物質からの水分の分離を抑制できる非加熱方式が好ましい。

本発明によれば、発泡剤を用いなくても良好に発泡を生じさせることができ、比重が小さく軽量のセラミックス製品が容易に得られるセラミックス製品の製造方法を提供することが可能となる。特に、原料であるコンクリート粉粒体として、廃コンクリートから生じたものを用いることができるため、本発明によれば、廃コンクリートを一層有効に利用することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

好適な実施形態のセラミックス製品の製造方法では、まず、コンクリート粉粒体、粘土及び石材を準備し、これらを含む原料組成物を調製する。この原料組成物の調製に先立っては、固化した状態のコンクリートから骨材を取り除いて粉粒体を得る工程を実施することが好ましい。

ここで、まず、固化した状態のコンクリートとして廃コンクリートを用い、この廃コンクリートから骨材を取り除いてコンクリート粉粒体を製造する方法の例を詳細に説明する。

図１は、廃コンクリートからコンクリート粉粒体を得る工程を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１に示されるように、コンクリート構造物の解体によって、又は、建設時に余剰分として、廃コンクリートが生じる。コンクリート構造物には、コンクリートの他に鉄筋等のコンクリート以外の材料を含むことがあるが、この場合、コンクリート以外の材料を除去することで、廃コンクリートが得られる。このような廃コンクリートは、固化した状態のコンクリートの塊（通常、人頭大以下のサイズを有する）によって構成されている。

廃コンクリートは、固化されたコンクリートであるので、少なくとも固化状態のセメント、粗骨材及び細骨材を含む。コンクリートの種類は、コンクリート建築物の種類等に応じて異なり、特に制限されない。すなわち、コンクリートとしては、各種ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の各種のセメントを含むものを適用できる。なかでも、比重等の特性に優れたセラミックス製品を得る観点からは、ポルトランドセメントを含むコンクリートが好ましい。

次いで、ステップＳ１２において、人頭大アンダーサイズ程度の塊状の廃コンクリートを、好ましくは４０ｍｍ以下の粒径となるまで破砕し、破砕物を得る。この際、好適な粒径のものが得られるように、破砕物に分級を施してもよい。なお、この４０ｍｍ以下まで破砕された破砕物は、例えば路盤材等としても再利用することができる。

次に、ステップＳ１３において、破砕物から骨材（粗骨材や細骨材）を分離する。このステップでは、骨材と、これ以外の主にセメントから構成される粉粒体とを生じさせ、これらを分離する。骨材と粉粒体は、例えば、破砕物をボールミルで処理する（磨砕する）ことによって生じさせることができる。この際、破砕物を予め加熱してボールミルによりすりもみする方式（加熱すりもみ方式）も適用できるが、加熱によってコンクリート中のセメント水和物質からの水分分離が促進されるのを抑制するために、加熱しない非加熱方式の磨砕処理を適用することがより好ましい。そして、かかる工程によって、換言すれば、破砕物から骨材が製造（再生）されことになる。

上記の工程は、磨砕のほか、打撃による破砕等、種々の方法で行うことができる。ここで、一例として、図２に示すような骨材化装置を用いた磨砕による方法について説明する。図２は、骨材化装置の断面構成の一例を示す図である。骨材化装置１０は、筒１２と、この筒１２内をその長さ方向に貫く軸１４と、この軸１４に取り付けられた、スリット（図示せず）を有する複数の磨砕羽根１６とを備えている。また筒１２の上側側面には投入口１８が、また筒１２の両端には排出口２０が設けられている。さらに、筒１２内の磨砕羽根１６間の空間には、多数の鋼球２２が導入されている。

この骨材化装置１０を用いた骨材の製造においては、まず、投入口１８から破砕物を筒１２内に投入する。筒１２内では、軸１４の回転に伴って磨砕羽根１６が回転している。複数の磨砕羽根は、筒２０の垂直断面からやや傾いた状態で回転されることから、破砕物は、筒１２の内部で攪拌されながら鋼球２０と混合される。この際、破砕物は、磨砕羽根１６及び鋼球２０によって磨砕され、骨材に付着していたセメントが骨材から剥がされるとともに粉砕される。また、磨砕により生じた骨材は、徐々に磨細羽根に設けられたスリットを通って筒１２の両端に移動し、排出口２０で回収される。こうして、骨材と主にセメントから構成される粉粒体とが分離される。

ステップＳ１３で製造された骨材については、ステップＳ１４において更に分級処理を施され、粗骨材、細骨材及びこれら以外の粉粒体に分離される。かかる分級処理は、例えば、振動ふるいによって行うことができる。こうして得られた骨材（粗骨材及び細骨材）は、再びコンクリート用の骨材として用いることができる。

そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１３及びステップＳ１４で骨材と分離された粉粒体を集塵機等を用いて集塵する。このようにして集められた粉粒体が、廃コンクリートから得られたコンクリート粉粒体に該当する。

ここで、コンクリート粉粒体としては、１５０μｍ以下の粒径を有するものが好ましく、このような粒径を有する微粉末が好ましい。これよりも粒径が大きい粉末の場合、セラミックス製品の製造において焼成が困難となったり、また十分な発泡を生じることができなかったりする可能性がある。コンクリート粉粒体としては、上記の製造方法で生じたものをそのまま用いてもよいが、適度な粒径分布を有するように更に粉砕したり、分級を行ったりすることがより好ましい。良好にセラミックス製品を製造する観点からは、コンクリート粉粒体は、７５μｍ以下の粒径を有するとより好ましく、６０μｍ以下の粒径を有すると更に好ましい。

上記コンクリート粉粒体は、コンクリート（上記の例の場合、廃コンクリート）を構成していたセメントから主として構成される。また、セメント以外にも、上述した骨材を分離する工程において骨材が研磨されて生じた粉粒体や、もとのコンクリートに含まれていたセメント以外の成分に由来するもの等が含まれることが多い。このような粉粒体には、例えば、コンクリート中に含まれているセメントに由来する成分が５０％前後程度含まれるものがある。

以上、廃コンクリートからコンクリート粉粒体を製造する工程について説明したが、コンクリート粉粒体の原料としては、解体コンクリートだけでなく、いったん固化されたコンクリートであれば未使用のものであっても適用できる。例えば、建造物の建設時に生じる余剰コンクリート等であってもよい。また、新たに製造したコンクリートを一旦固化させて用いてもよい。

以下、ふたたび好適な実施形態のセラミックス製品の製造方法について説明する。

セラミックス製品の製造においては、上述したコンクリート粉粒体、粘土及び石材を混合して組成物（以下、「原料組成物」という）を調製する。粘土としては、窯業等の分野において粘土として用いられるものであれば特に制限なく適用できる。例えば、粘土鉱物を端部粉砕するか、又は加工後、粉砕して得られる、木節粘土、蛙目粘土、カオリン粘土や、鉱物から抽出された粘土分からなる粘土（例えば、珪砂を水ふるいして粘土分を抽出したもの）等が挙げられる。

また、石材としても、セラミックス製品の製造に用いられるものであれば特に制限なく適用できる。例えば、骨材としての機能を有する廃棄セラミックス屑（シャモット）、結晶スラグ、製品の安定性を向上させる陶石等の一般の岩石材や、製品の表面に所定の形状を付与する形成材としての機能を有する粗砂等が挙げられる。

なお、原料組成物は、コンクリート粉粒体、粘土及び石材のほか、セラミックス製品に求められる特徴等に応じて他の成分を更に含んでもよい。例えば、セラミックス製品は、その表面に着色や模様が付与されることが多い。この場合、通常はセラミックス製品の表面に釉薬が施されるが、これによらず、もともと顔料が配合されたセラミックス製品を製造することで製品自体を着色させることもある。この場合は、顔料を更に含む原料組成物を調製すればよい。原料組成物中の顔料の配合量は、顔料を除く全成分の総重量に対して数質量％以下とすることが好ましい。

原料組成物におけるコンクリート粉粒体、粘土及び石材の好適な配合量は、これらの合計質量中、コンクリート粉粒体１〜９０質量％、粘土９〜８０質量％、石材１〜８０質量％である。このような配合量とすることで、成形等を良好に行うことができるとともに、焼成時の発泡を良好に生じさせることができ、比重の小さいセラミックス製品が好適に得られる傾向にある。

次に、原料組成物に水を加えてスラリーを得る。この際、ボールミル等を用いて湿式混合を行うことにより、原料組成物を混合しながら粉砕することが好ましい。スラリー中の水の配合量は、例えば、水が４０質量％程度となるようにする。なお、スラリーは一旦原料組成物を得た後、これに水を加えることによって調製してもよく、一度に全てを加えて混合することによって調製してもよい。また、このスラリーは、必要に応じて更にふるい分けして、原料組成物の粒子の大きさを調整してもよい。

それから、原料組成物を含むスラリーから、所望とするセラミックス製品の形状を有する成形体を形成する。成形体の形成は、スラリーをスプレー乾燥等によりいったん乾燥して原料組成物とした後、これを金型に充填し、これにプレス機等により圧力を加えて圧縮成形する（乾式型押し）ことによって行うことが好ましい。また、スラリーをある程度脱水してから所定の大きさの塊を形成し、これを用いて押し出し真空成形を行う（湿式押出し）ことによって成形体を形成してもよい。これらの成形方法は、状況に応じて適宜採用できる。不定形のタイルやブロックといったセラミックス製品を製造する場合は、このような形状の焼結体を形成し易い乾式型押しが好適である。

そして、成形体に対し、必要に応じて表面に釉薬等を施した後、この成形体を焼結炉等により焼成して、セラミックス製品を得る。焼成温度は、通常のセラミックス製品の製造における焼成温度を適用することができ、９００〜１３５０℃の範囲とすることが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態のセラミックス製品の製造方法について説明したが、本発明の製造方法においては、原料として、一度固化させたコンクリートを破砕して得られるコンクリート粉粒体を用いていることから、焼成時に発泡を生じさせることができ、その結果、多数の気泡を有することによって軽量化されたセラミックス製品を製造することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、従来のように発泡剤を用いなくて済み、容易に軽量のセラミックス製品を製造することができる。

また、発泡は、コンクリート粉粒体に起因して生じると考えられるが、本実施形態の製造方法では、好適な場合、ボールミル等による混合、粉砕を行い、更にスプレー乾燥等を行って乾式型押しを行うことから、コンクリート粉粒体が原料組成物中に均一に分散されて、成形体においても均一に発泡が生じることとなる。したがって、従来、発泡は発泡剤が含まれる箇所に集中するため気泡を均一に形成することが困難な傾向にあったが、本発明の製造方法によれば、このような不都合を解消し、均一に気泡が形成されており強度等の特性も十分に有するセラミックス製品を製造することが可能となる。

このようにして得られたセラミックス製品は、タイル、レンガ、各種ブロック、各種陶磁器、手工芸や工業化による各種磁器、美術工芸品等に適用することができる。特に、本発明の製造方法により得られるセラミックス製品は、発泡により形成される不定形状を生かすことができ、また軽量化とともに十分な強度が要求されるタイルやブロック（例えば、天然石状タイル又はブロック）の用途に対して好適である。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］

（セラミックス製品の製造）
以下の製造方法にしたがって、セラミックス製品を製造した。
（１）まず、建築物等の解体により排出された廃コンクリートを４０ｍｍアンダーに破砕して、得られた破砕物から図２に示すような骨材化装置を用いて粗骨材及び細骨材を分離した。そして、この残渣である主としてセメントから構成される微粉末を取り出した。この微粉末は約７５μｍの平均粒径を有していた。
（２）（１）で得られた微粉末、粘土及び石材（長石）を混合し、これをボールミルに入れて、水が４０％となるように水を加えて、ボールミルで湿式微粉砕させながら混合を行い、原料組成物を含むスラリーを調製した。原料組成物の混合割合は、表１に示す通りとした。
（３）次いで、このスラリーから５０〜１００メッシュのふるいを通過したものをスプレー乾燥して、成形用の原料組成物とした。
（４）それから、成形用の原料組成物を、製品形状に併せた型を有する金型に充填し、これにプレス機により圧力を加えて、セラミックス製品の形状を有する成形体を得た。
（５）そして、成形体に釉薬を塗布した後、これを焼成炉に入れ、１２５０℃で焼成して、セラミックス製品を得た。

（比重の測定）
上記で得られたセラミックス製品の比重計測を、アルキメデスの原理を用いている測定装置により行った。その結果、このセラミックス製品の比重は、約１．３であった。

廃コンクリートからコンクリート粉粒体を得る工程を示すフローチャートである。 骨材化装置の断面構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０…骨材化装置、１２…筒、１４…軸、１６…磨砕羽根、１８…投入口、２０…排出口、２２…鋼球。

Claims (5)

1. 固化した状態のコンクリートから骨材を取り除いて得られる粉粒体と、粘土と、石材と、を含む組成物を成形して成形体を得る工程と、
   前記成形体を焼成する工程と、
   を有するセラミックス製品の製造方法。
2. 前記粉粒体は、１５０μｍ以下の粒径を有する、請求項１記載のセラミックス製品の製造方法。
3. 前記組成物は、前記粉粒体、前記粘土及び前記石材の総量中、前記粉粒体を１〜９０質量％、前記粘土を９〜８０質量％、前記石材を１〜８０質量％含む、請求項１又は２記載のセラミックス製品の製造方法。
4. 前記粉粒体は、固化した状態のコンクリートを磨砕して骨材を取り除いて得られる、主にセメントから構成される粉粒体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックス製品の製造方法。
5. 前記コンクリートは、廃コンクリートである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックス製品の製造方法。

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