JP2022108246A - コンクリート混和材、コンクリート混和材の製造方法およびコンクリート製品 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、従来、火力発電においては、エネルギー効率の点から一般的には石炭や石油等の化石燃料が使用されていた。しかし、化石燃料は燃焼した際に発生する二酸化炭素量が多く、地球温暖化が進行するとして、環境負荷が低い別の燃料が検討されてきた。その中でも、植物を燃料として使用するバイオマス発電は、植物の成長過程で吸収する二酸化炭素が、燃料使用時に燃焼させた際に発生する二酸化炭素よりも多い(カーボンニュートラル)という考えの元、環境負荷が低い火力発電として普及が進んでいる。
このようなバイオマス発電で発生する燃焼灰の有効利用について、出願人は鋭意研究した。そして、バイオマス燃料を用いた火力発電にて産出されるバイオマス燃焼灰を用いたコンクリート混和材を発明した。
以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。
循環流動層ボイラ10は、燃料を供給する燃料供給口11と、ベッド材12と、燃料およびベッド材12の燃焼を行う火炉13と、火炉13内に空気を流入する空気流入路14と、火炉13の上部側面に設けられた火炉出口15と、火炉13内での燃焼により発生した燃焼ガス中に含まれる灰とその灰と共に流動してきた一部のベッド材12とを捕集および分離するサイクロン16と、燃焼ガスを微粉末とともに排気する排気路17と、サイクロン16の底部および火炉13の下部側面に連通した灰戻し管18とを備える。
このようにして得られるバイオマス燃焼灰は、ベッド材12として使用されたケイ砂の粒子由来の二酸化ケイ素含有量が30%以上あり、より好ましくは45%以上あるものであり、50%以上のものとすることもできる。また、得られたバイオマス燃焼灰の強熱減量は、10%以下であり、好ましくは5%以下のものとすることもできる。また、得られたバイオマス燃焼灰の比表面積は、2,500~5,000cm2/gである。さらに、得られるバイオマス燃焼灰に含まれる二酸化ケイ素には、燃焼の際に加えられた熱量が不足したことにより焼結が不十分なままバイオマス燃焼灰に含有される未焼結二酸化ケイ素が含まれる。
より具体的には、バイオマス燃料にパームヤシ殻を採用し、ベッド材12にケイ砂を採用した場合には、ケイ砂の粒子由来の二酸化ケイ素含有量が53.4%、強熱減量が4.6、比表面積が3,360cm2/gのバイオマス燃焼灰が得られる。
製造したコンクリート混和材は、コンクリートの原料の一部と置換する形態でコンクリートに混合する。コンクリートの原料の内、どの原料と置換するかは適宜選択できるが、セメントまたは細骨材(砕砂等)と置換することが好ましく、粒子の大きさの観点から、細骨材の一部と置換することが好ましい。例えば、水、セメント、細骨材(砕砂等)、および粗骨材(砕石または砂利等)を原料とするコンクリートにおいては、セメントおよび/または細骨材(砕砂等)の一部をコンクリート混和材に置換することが好ましい。また、製造したコンクリート混和材を混合したコンクリートを原料として、生コンクリート、再生骨材といった種々のコンクリート製品とすることができる。
本発明のコンクリート混和材は、燃焼したバイオマスであるバイオマス燃焼灰を原料としている。バイオマスは火力発電の中でも環境負荷が小さいバイオマス発電の燃料となり、本発明のコンクリート混和材の原料とするバイオマス燃焼灰は、バイオマスを燃料としたバイオマス発電の発電工程で発生する副産物を使用できる。この構成により、廃棄物削減を実現でき、環境にやさしいコンクリート混和材を提供できる。
<実施例>
測定結果図100には、縦軸を頻度(%)、横軸を粒径(μm)として示す累積%の粒子径分布グラフ101と、体積平均粒径(μm)(MV)、個数平均粒径(μm)(MN)、面積平均粒径(μm)(MA)、比表面積(m2/ml)(CS)、および粒子径分布の分布幅の目安を示す標準偏差(μm)(SD)の測定値である要約データ表102と、粒子径分布グラフ101における山が単数か複数かを示すピーク粒径103と、頻度分布グラフのチャンネルデータ104と、10%間隔の各累積%における粒径を示す累積%径表105と、測定条件を示す測定条件表106が含まれる。
具体的には、置換前のコンクリート材料(普通コンクリートの材料)として、水165kg/m3、セメント450kg/m3、砕砂780kg/m3、砕石1050kg/m3、混和材2.250kg/m3のコンクリート材料を用意した。また、置換前のコンクリート材料に用いられている混和材は、バイオマス燃焼灰以外のものである。
そして、実施例1としてセメントの5重量%を、実施例2としてセメントの10重量%を、実施例3として砕砂の5重量%を、それぞれパームヤシ殻燃焼灰で置換したコンクリートを製造した。また、比較例としていずれの原料もパームヤシ殻燃焼灰で置換していないコンクリート(普通コンクリート)を製造した。
また、91日経過後の長期強度についても、パームヤシ殻燃焼灰を添加しない普通コンクリートと同等かそれ以上の強度が得られた。特に、砕砂をパームヤシ殻燃焼灰で置換した場合に、普通コンクリートよりも長期強度が高まる好適な結果が得られた。
例えば、本実施例におけるバイオマス燃焼灰は、発電所の排煙に含まれる微細な燃焼灰をバグフィルターまたは電気集塵機で回収したものとしたが、サイクロンで沈降した粗粒な燃焼灰に対して分級を行い、粗粒な燃焼灰の中でも比較的微細な燃焼灰を回収してもよい。
11…燃料供給口
12…ベッド材
13…火炉
14…空気流入路
15…火炉出口
16…サイクロン
17…排気路
18…灰戻し管
Claims (7)
- 少なくともケイ砂を流動媒体とする流動層を備えたボイラにより600~1100℃でパームヤシ殻、ソルガム、および木質チップの1以上で構成されるバイオマス燃料と前記流動媒体を共に燃焼させ、
前記燃焼により得られる前記ケイ砂由来の二酸化ケイ素を含有するバイオマス燃焼灰を得、
前記バイオマス燃焼灰を主成分とし前記二酸化ケイ素を含有し、体積平均粒径が250μm以下のコンクリート混和材を得る
コンクリート混和材の製造方法。 - 前記コンクリート混和材は、前記二酸化ケイ素として焼結していない未焼結二酸化ケイ素を含有し、コンクリート材料に混和されてポゾラン反応を生じさせる
請求項1記載のコンクリート混和材の製造方法。 - 前記コンクリート混和材は、コンクリートにおけるセメントの一部と置換可能である
請求項2記載のコンクリート混和材の製造方法。 - パームヤシ殻、ソルガム、および木質チップの1以上で構成されるバイオマス燃料と、少なくともケイ砂を含有する流動媒体を燃焼させたバイオマス燃焼灰を主成分とし、
二酸化ケイ素を含有し体積平均粒径が250μm以下である
コンクリート混和材。 - 前記二酸化ケイ素として焼結していない未焼結二酸化ケイ素を含有し、コンクリート材料に混和されてポゾラン反応を生じさせる
請求項4記載のコンクリート混和材。 - 請求項1、2、または3記載の製造方法で製造され、
前記バイオマス燃焼灰を主成分とし前記二酸化ケイ素を30重量%以上含有する
コンクリート混和材。 - 請求項4、5、または6に記載のコンクリート混和材を含有した
コンクリート製品。
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