JP6210173B1

JP6210173B1 - 石炭灰造粒物、その製造方法及び水底改良方法

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Publication number: JP6210173B1
Application number: JP2017503173A
Authority: JP
Inventors: 晴貴仁科; 隆仁及川; 健二中本; 暢松尾; 幸介宮國; 樋野　和俊; 和俊樋野; 池田　陵志; 陵志池田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: PH12018501875A1; WO2017154078A1; JPWO2017154078A1; MY191180A

Abstract

強度及び吸水率の高い石炭灰造粒物を提供する。石炭灰造粒物は、石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成された造粒物と、第二石炭灰と、前記第二石炭灰及び前記造粒物を結合するセメント水和物とを含有する混合物からなる。この石炭灰造粒物は、それに含まれる前記造粒物よりも粒径が大きい。この石炭灰造粒物を水底に設置して、水底を改良する。

Description

本発明は、石炭灰造粒物及びその製造方法に関するとともに、その石炭灰造粒物を用いた水底改良方法に関する。

石炭灰造粒物は、石炭灰とセメントと水等の混合物を粒状に形成したものである。そのような石炭灰造粒物の製法又は用途に関する技術を開示する文献として、特許文献１〜５等がある。

特許文献１には、循環型常圧流動床ボイラで発生する石炭灰と、石炭火力発電炉で発生するフライアッシュと、セメントと、生石灰と、水とを混合・造粒して、その造粒物を細骨材としてコンクリートに混合する技術が開示されている。これにより、コンクリートに混合することができるフライアッシュの量を増やすことができる。

特許文献２には、平均粒子径が１０〜３０μｍの石炭灰と、平均粒子径が５μｍ以下の微粒子石炭灰と、セメントとを含む粉体に加水し、それを混合・造粒する技術が開示されている。これにより、造粒時間を短縮することができる。

特許文献３には、石炭灰造粒砂、セメント、砂及び水を調合撹拌後、成形固結させたセメント系構造体が開示されている。このように製造されたセメント構造体は吸水性に優れている。

特許文献４には、フライアッシュを造粒して得たフライアッシュ造粒体にボトムアッシュを被覆した粒状物が開示されている。これにより、フライアッシュに含まれる元素の溶出を抑えることができる。

特許文献５には、石炭灰にベントナイトを混練して造粒し、その造粒物を焼成した後に篩に掛け、その篩下を前記石炭灰と前記ベントナイトの造粒の際に添加することが開示されている。このように製造された造粒物は吸水率が低く抑えられている。

特開２００８−２８０２０５号公報特開２００８−１１０８８８号公報特開２００４−３３１４７６号公報特開２００２−１０４８５０号公報特開２００１−１６３６４６号公報

ところで、石炭灰造粒物は様々な用途に利用されるが、用途によっては石炭灰造粒物の強度及び吸水率が高く要求される。
そこで、本発明は、強度及び吸水率の高い石炭灰造粒物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための主たる発明は、石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成された多孔質な造粒物と、石炭灰と、この石炭灰及び前記造粒物を結合する第二セメント水和物とを含有する多孔質な混合物からなり、前記混合物が前記造粒物よりも粒径の大きな粒状に形成された石炭灰造粒物である。

石炭灰造粒物の製造方法は、石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を造粒し、その造粒により得られた造粒物の養生及び乾燥をする第一造粒物生成工程と、前記第一造粒物生成工程により生成した造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、その加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒し、その造粒により得られた石炭灰造粒物の養生及び乾燥をする第二造粒物生成工程と、を備える。

石炭灰造粒物の製造方法は、石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成され且つ乾燥した多孔質な造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒して、その造粒により得られた造粒物の養生及び乾燥をする方法である。

水底改良方法は、石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成され且つ乾燥した多孔質な造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒し、その造粒により得られた石炭灰造粒物の養生及び乾燥をする造粒物生成工程と、前記造粒物生成工程において養生した石炭灰造粒物を水底に設置する工程と、を備える。

本発明によれば、石炭灰造粒物は微細な造粒物を含有するので、圧潰強度が高い。また、石炭灰造粒物に含まれる微細な造粒物同士の間に気孔が生成されるので、石炭灰造粒物は密度が低く、空隙率及び吸水率が高い。

図１は、石炭灰造粒物の製造工程を示したフローチャートである。図２は、石炭灰造粒物の製造に利用するパン型造粒機を示した図面である。

以下、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態に限定するものではない。

１．石炭灰造粒物
石炭灰造粒物は、石炭灰と、微細造粒物と、これら石炭灰及び微細造粒物を結合したセメント水和物とを含有した混合物からなり、その混合物は粒状に形成された多孔質材料である。その石炭灰造粒物に含まれる微細造粒物は、石炭灰と、この石炭灰を結合したセメント水和物とを含有した混合物からなり、その混合物は粒状に形成された多孔質材料である。
石炭灰造粒物はその石炭灰造粒物に含まれる微細造粒物よりも粒径が大きく、例えば石炭灰造粒物の粒径が40 mm であり、微細造粒物の粒径が1 mm である。但し、石炭灰造粒物は微細造粒物よりも大きな粒径であれば、40 mm 以下であってもよい。

微細造粒物は、粉末状の石炭灰と粉末状のセメントとの混合物に加水して、その加水した混合物を造粒し、その造粒物を硬化・養生して得られるものである。微細造粒物に含まれる石炭灰の配合比が高いので、微細造粒物が多孔質となる。

石炭灰造粒物は、微細造粒物と粉末状石炭灰と粉末状セメントとの混合物に加水して、その加水した混合物を造粒し、その造粒物を硬化・養生して得られるものである。微細造粒物と石炭灰とセメントの中では、石炭灰の配合比が最も高いので、石炭灰造粒物は多孔質となる。この石炭灰造粒物は微細造粒物を骨材として含有するので、圧潰強度が高い。また、石炭灰造粒物の造粒の際に微細造粒物同士の間に気孔が生成されるので、石炭灰造粒物は密度が低く、空隙率（気孔率）及び吸水率が高い。微細造粒物を含有した石炭灰造粒物の圧潰強度、空隙率及び吸水率が高く、密度が低いことについては、後述の実施例１において説明する。

１−１．石炭灰
石炭灰造粒物に含まれる石炭灰は、石炭を燃料として用いる火力発電所において石炭の燃焼により生成されたフライアッシュである。フライアッシュは、全体の70〜80％を占めるシリカ（ＳｉＯ₂）及びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とし、その他の成分としてＦｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳＯ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等の酸化物を含有する。

１−２．セメント水和物
石炭灰造粒物に含まれるセメント水和物は、セメントと水が化合することによって得られたものである。そのセメント水和物に利用されるセメントは高炉セメントであり、より具体的には、JIS R 5211によって規格されたＢ種高炉セメントである。なお、Ａ種又はＣ種の高炉セメントが利用されてもよいし、他の種類のセメントが利用されてもよい。
石炭灰造粒物にはフライアッシュが含まれていることから、フライアッシュのポゾラン反応による水和物がセメント水和物に含まれている。

１−３．微細造粒物
石炭灰造粒物に含まれる微細造粒物には、上述の「１−１．石炭灰」及び「１−２．セメント水和物」に記載したものと同様の石炭灰及びセメント水和物が含まれる。

２．石炭灰造粒物の製造方法
図１のフローチャートを参照して、石炭灰造粒物の製造方法について説明する。
まず、粉末状石炭灰及び粉末状セメントを造粒機に投入する（ステップＳ１）。配合比は、例えば１００質量部の石炭灰に対して、セメントを１０〜１５質量部とする。そして、造粒機を運転させながら、更に水を造粒機に投入することによってその混合物に加水し（ステップ２）、加水された混合物を所定の粒径（例えば1 mm）になるまで造粒する（ステップＳ３）。以下、このようにして生成した造粒物を微細造粒物という。

ステップＳ３の造粒工程では、造粒機の中でもパン型造粒機を用いるとよい。図２に示すパン型造粒機１は、傾斜したパン（皿）２と、そのパン２を回転駆動する駆動機（モータ）３とを有するものである。パン型造粒機１を用いて微細造粒物を製造するには、回転するパン２に石炭灰とセメントを供給し、更に水を供給する。そうすると、水の添加により核が生成され、それら核の転動によって核が成長するので、微細造粒物（核の成長物）が生成される。

生成した微細造粒物を気中で所定期間（例えば２週間）乾燥・養生して、微細造粒物を硬化させる（ステップＳ４）。微細造粒物にはセメントと水が含まれていることから、微細造粒物の硬化中にセメントの水和反応が進行し、更にフライアッシュも添加されることから、セメントの水和反応の進行とともにフライアッシュのポゾラン反応も進行する。

その後、養生した微細造粒物、粉末状石炭灰及び粉末状セメントを造粒機に投入する（ステップＳ５）。配合比は、例えば１００質量部の石炭灰に対して、セメントを１０〜１５質量部とし、微細造粒物を５〜３０質量部とする。そして、造粒機を運転させながら、更に水を造粒機に投入することによってその混合物に加水し（ステップ６）、加水された混合物を微細造粒物よりも大きな粒径（例えば40 mm）になるまで造粒する（ステップＳ７）。

生成した造粒物を気中で所定期間（例えば２週間）乾燥・養生して、造粒物を硬化させる（ステップＳ８）。造粒物にはセメントと水が含まれていることから、造粒物の硬化中にセメントの水和反応が進行し、更にフライアッシュも添加されることから、セメントの水和反応の進行とともにフライアッシュのポゾラン反応も進行する。
以上により石炭灰造粒物が完成する。

３．石炭灰造粒物の用途
完成した石炭灰造粒物は、水底改良材（例えば、覆砂材）として利用される。
具体的には、石炭灰造粒物を水底（例えば、湖、沼、地中海等の閉鎖性水域の水底）に被覆（覆砂）し、或いは石炭灰造粒物を水底の土砂・泥に混合し、或いは石炭灰造粒物を水底に埋設する。この方法によって閉鎖性水域の硫化物イオン濃度を低減させて、閉鎖性水域の水質環境を改善する。水底に設置した石炭灰造粒物は、微細造粒物により高強度となっているので、破砕されにくい。

石炭灰造粒物を水底に設置して用いることで、水中及び汚泥中の硫化物イオンが石炭灰造粒物に吸着されるとともに、石炭灰造粒物によって硫化水素が酸化され、硫黄単体が生成される。特に、石炭灰造粒物が多孔質材料であってその気孔率や吸水率が高いので、石炭灰造粒物への硫化物イオンの吸着量が多量となる。よって、水中及び水底の硫化水素や硫化物イオンが低減し、長期間に渡って硫化水素濃度や硫化物イオン濃度の上昇を抑制することができる。

また、水底にある石炭灰造粒物の上に有機物等が堆積し、その堆積物が嫌気性の環境に晒されると、硫酸還元菌によって硫化水素が生じやすくなる。有機物等の堆積物中で生じる硫化水素も石炭灰造粒物の持つ硫化物イオン吸着性能と硫化水素の酸化性能によって除去される。よって、水中の硫化水素濃度及び硫化物イオン濃度の上昇を抑制することができる。

なお、石炭灰造粒物を敷砂材等の地盤材料として利用してもよい。例えば、水底の浚渫により地上（特に堤防近傍）に堆積された浚渫土層上に石炭灰造粒物を敷設し、浚渫土層を石炭灰造粒物層によって被覆してもよい。或いは、埋立地に石炭灰造粒物層を敷設してもよい。

試料Ａ，Ｂを作製した。具体的には、以下の表１に示す重量比の混合物に加水して、加水した混合物を造粒機によって造粒し、その石炭灰造粒物を養生した。試料Ｂに含まれる微細造粒物は、石炭灰100 gに対してセメント15 gの重量比で石炭灰及びセメントを混合し、その混合粉に加水して、造粒機によって1 mmの粒状物に形成し、それを１週間養生したものである。

そして、作製した試料Ａ，Ｂの圧潰強度（JIS Z 8841）、空隙率、吸水率（JIS A 1110，JIS A 1109）及び乾燥密度（JIS A 1125）を測定した。その測定結果を表２に示す。

微細造粒物を含有する試料Ｂ（実施例）は、微細造粒物を含有しない試料Ａ（比較例）よりも乾燥密度が低いにもかかわらず、圧潰強度が高いことが分かる。
また、試料Ｂは、試料Ａよりも空隙率及び吸水率が高いことが分かる。そのため、試料Ｂは、試料Ａよりも硫化物イオンの吸着量が多くなると考えられる。

１…パン型造粒機，２…パン，３…駆動機

Claims

石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成された多孔質な造粒物と、石炭灰と、この石炭灰及び前記造粒物を結合する第二セメント水和物とを含有する多孔質な混合物からなり、
前記混合物が前記造粒物よりも粒径の大きな粒状に形成された石炭灰造粒物。
前記造粒物に含まれる前記石炭灰が１００質量部に対して、前記造粒物に含まれる前記セメント水和物の組成セメントが１０〜１５質量部とした比率である請求項１に記載の石炭灰造粒物。
前記混合物に含まれる前記石炭灰が１００質量部に対して、前記混合物に含まれる第二セメント水和物の組成セメントが１０〜１５質量部とし、前記混合物に含まれる前記造粒物が５〜３０質量部とした比率である請求項１又は２に記載の石炭灰造粒物。
石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を造粒し、その造粒により得られた造粒物の養生及び乾燥をする第一造粒物生成工程と、
前記第一造粒物生成工程により生成した造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、その加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒し、その造粒により得られた石炭灰造粒物の養生及び乾燥をする第二造粒物生成工程と、を備える石炭灰造粒物の製造方法。
前記第二造粒物生成工程では、１００質量部の石炭灰に対して、セメントを１０〜１５質量部とし、造粒物を５〜３０質量部とした配合比で石炭灰とセメントと造粒物を配合する請求項４に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
前記第一造粒物生成工程では、前記造粒物を粒径１ｍｍになるまで造粒する請求項４又は５に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
前記第一造粒物生成工程では、１００質量部の石炭灰に対して、セメントを１０〜１５質量部とした配合比で石炭灰とセメントを配合する請求項４から６の何れか一項に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成され且つ乾燥した多孔質な造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒して、その造粒により得られた造粒物の養生及び乾燥をする石炭灰造粒物の製造方法。
前記造粒物に含まれる前記石炭灰が１００質量部に対して、前記造粒物に含まれる前記セメント水和物の組成セメントが１０〜１５質量部とした比率である請求項８に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
前記造粒物を５〜３０質量部とし、前記造粒物に配合する石炭灰を１００質量部とし、前記造粒物に配合するセメントを１０〜１５質量部とした配合比で、これら造粒物、石炭灰及びセメントを配合する請求項８又は９に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
石炭灰及びその石炭灰を結合するセメント水和物を含有するとともに粒状に形成され且つ乾燥した多孔質な造粒物と石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水した混合物を前記造粒物よりも大きな粒径に造粒し、その造粒により得られた石炭灰造粒物の養生及び乾燥をする造粒物生成工程と、
前記造粒物生成工程において養生した石炭灰造粒物を水底に設置する工程と、を備える水底改良方法。
前記造粒物に含まれる前記石炭灰が１００質量部に対して、前記造粒物に含まれる前記セメント水和物の組成セメントが１０〜１５質量部とした比率である請求項１１に記載の水底改良方法。
前記造粒物生成工程では、前記造粒物を５〜３０質量部とし、前記造粒物に配合する石炭灰を１００質量部とし、前記造粒物に配合するセメントを１０〜１５質量部とした配合比で、これら造粒物、石炭灰及びセメントを配合する請求項１１又は１２に記載の水底改良方法。