JPH0940445A - 人工骨材及びその製造方法 - Google Patents
人工骨材及びその製造方法Info
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Abstract
使用し、天然石骨材に匹敵する高強度で低吸水性を有す
る、高比重で緻密な人工骨材及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 石炭灰を主原料とし、これに必要に応じ
粘結材及び添加材と水を加えて成型物としたのち焼成し
て得られる人工骨材であって、骨材中のFe2+/全Fe
の値が35%以下、好ましくは30%以下であり、24
時間吸水率が3%以下、圧潰強度が120kgf以上とす
る。
Description
した高強度で低吸水性を有し、高比重である人工骨材と
その製造方法に関するものである。
材及びその製造方法に関しては、数多くの提案がなされ
ている。これらの方法は、主として見かけ比重が1.3
前後の人工軽量骨材の製造を目的としたもので、ロータ
リーキルンで発泡膨脹焼成するか、移動火格子炉により
半焼結させるかして、空隙の多い人工骨材を製造しよう
とするものである。
法においては、空隙の多い多孔質な骨材となる。すなわ
ち、従来のロータリーキルンによる方法では発泡膨脹焼
成であり、骨材の圧潰強度は70kgf程度と弱く、また
移動火格子炉による方法では骨材の24時間吸水率は1
0%以上となるため、用途等、適用範囲が限定されたも
のとなっている。このような骨材をコンクリート用骨材
として使用する場合、軽量ではあるものの天然石骨材使
用コンクリートと同等の性能は期待できない。すなわ
ち、高強度用途への使用は不可であること、骨材内部に
水が吸水されるのでコンクリートの流動性が低下するこ
と、コンクリートの耐凍結融解性の低下によるコンクリ
ートの耐久性が低下すること、等の問題点が挙げられ
る。
たもので、大部分が廃棄物となっている石炭灰を多量に
使用し、天然石骨材に匹敵する高強度で低吸水性を有す
る高比重で、緻密な人工骨材及びその製造方法を提供す
ることを目的とし、資源の有効利用とすることをも目的
とする。
に、この発明によれば、石炭灰を主原料とし、これに必
要に応じ粘結材及び添加材と水を加えて成形物としたの
ち焼成して得られる人工骨材であって、骨材中のFe2+
/全Feの値が35%以下、好ましくは30%以下であ
ること(請求項1)、24時間吸水率が3%以下、圧潰
強度が120kgf以上であること(請求項2)、を特徴
とする。
れば、石炭灰を主原料とし、これに必要に応じて粘結材
及び添加材と水を加えて成形物としたのち焼成する人工
骨材の製造方法であって、骨材中のFe2+/全Feの値
が35%以下、好ましくは30%以下となるように焼成
すること(請求項3)、原料成形物温度が1000℃に
達するまでに原料成形物中の炭素含有量を0.2%以
下、好ましくは0.1%以下とし、その後、その原料成
形物の軟化温度近傍で、必要に応じて融着防止材を吹き
かけながら焼成すること(請求項4)、骨材の見かけ比
重がその原料成形物の見かけ比重よりも大きくなる収縮
焼成であること(請求項5)を特徴とする。尚、%はい
ずれも重量%を示す。以下、この発明を詳細に説明す
る。
ISで規定されるフライアッシュは勿論、一般に原粉と
称されるフライアッシュ及びシンダーアッシュも含めて
広い意味での石炭灰を指す。これら石炭灰は、必要に応
じて粉砕処理し、平均粒径を25μm以下とする。石炭
灰の平均粒径は小さいほど緻密な骨材を得ることができ
るが、粉砕に要する動力費が上昇し、経済的ではない。
ちなみに、ここでの平均粒径は積算粒度分布曲線におけ
る50%粒子径を指し、以下同様とする。
ロナイト、カオリンなどの粘土などを使用する。また、
ペレットの軟化温度を低下させ、骨材の緻密化を促進
し、吸水率を低下させる目的で、添加材を用いてもよ
い。添加材としては炭酸カルシウム、水酸化カルシウム
などを用いることができる。これらの粘結材及び添加材
は、原料に対し40重量部まで添加してもよい。
し、水を加えて調湿、混練し、成形することによって焼
成用成形物(以下、ペレットと記述することもある)を
製造する。原料の成形方法はパン型ペレタイザーなどの
転動造粒や、押出し成形、加圧成形などが適用できる。
かけ比重がその原料成形物の見かけ比重よりも大きくな
る収縮焼成、すなわち、原料成形物の見かけ比重/骨材
の見かけ比重を収縮比とすると、この収縮比が1より
小、好ましくは0.9より小、となる骨材を得るには、
焼成時の温度条件とその温度条件でのペレットの炭素含
有量を特定の範囲に制御することが必要であることを実
験によって見いだした。すなわち、原料成形物中の炭素
含有量を温度が1000℃に達するまでに少なくとも
0.2%以下、好ましくは0.1%以下にすることが望
ましい。なお、炭素量がこれを上回って残留している
と、以降の発泡によって骨材が緻密化せず不適当であ
る。また、炭素酸化の指標となる製品中のFe2+/全F
eとしては、35%以下、好ましくは30%以下となる
ことが望ましい。
は、主に原料石炭灰中の未燃残留炭素の酸化によって起
こる。ペレット内の炭素は、焼結点以前では、ペレット
外気中の酸素による酸化の他、ペレット内部の酸化第2
鉄の還元による酸化で減少していくと考えられる。しか
し、このような炭素の初期酸化が不十分なまま昇温し高
温域に達すると、残留炭素によって還元された酸化第1
鉄が軟化点の低下を引き起こし、ペレットが溶融するた
め、炭素の酸化によるガスが外部に拡散しにくくなり骨
材は発泡する。そのため、発泡して比重が低下した骨材
製品のFe2+/全Feは、高い値を示す。パイロットス
ケールのロータリーキルンでの実験を行い、キルン内サ
ンプルを取り出してキルン内サンプリング位置、温度条
件、各物性を検討した結果、初期酸化が充分であればF
e2+/全Feは高くならず、製品中のFe2+/全Feが
35%以下、好ましくは30%以下であれば、緻密な骨
材を製造することができることを見いだした。
れるような従来の焼成炉及び焼成方法で行われることが
望ましい。ロータリーキルンを例にとると、窯尻温度を
高くしてキルン中の酸化促進温度域を広くしたり、キル
ン内の酸素濃度を高くしたり、滞留時間を長くしたり、
あるいは、キルン充填率を低くしたりするなどの焼成を
行う。また、このキルンの操業条件は、製品を適宜サン
プリングしてFe2+/全Feを測定することによって管
理することもできる。さらに、特に高炭素含有原料の場
合には仮焼キルンを設けた2段キルンを設置したり、キ
ルン内にリフターを設置したりする他、高温空気酸化な
ど、積極的に残留炭素の酸化が促進される焼成方法であ
ればなおよい。尚、原料成形物中の炭素の酸化方法は特
に限定されるものではない。
の物性が異なるので、予め電気炉などで焼成試験を行
い、焼成温度を確認し、最高比重到達温度を把握するこ
とが望ましい。融点の高い石炭灰には前述の添加材を加
えることも有効である。また、温度上昇によってぺレッ
トが溶融し、焼成炉内でペレット同士が互いに融着する
ことがあるので、溶融温度もあわせて把握しておくこと
が望ましい。焼成の際には、融着を防止するために融着
防止材をペレットに吹きかけてもよい。融着防止材とし
ては、ケイ砂、アルミナ粉など融点が高く骨材品質に影
響を与えないものが望ましい。また、焼成後の冷却速度
は骨材強度に影響を与えるため、少なくとも700℃ま
では毎分50℃以下で徐冷されることが望ましい。
は、Fe2+/全Feが35%以下、好ましくは30%以
下であり、圧潰強度が120kgf以上、24時間吸水率
が3%以下の、極めて高強度で低吸水性を有し、収縮焼
成によって収縮比が1以下、好ましくは0.9以下に高
比重緻密化としたもので、天然石骨材代替として有効に
使用することができる。
ト温度が1000℃に達するまでにペレット中の炭素含
有量を0.1%以下にすることによって、その後の必要
以上の軟化点降下、発泡を防ぐことができ、製品中のF
e2+/全Feが30%以下となり、緻密化し、高強度で
低吸水性を有する高比重の骨材とする。それと共に、F
e2+/全Feが低いことにより、コンクリート中での骨
材中の鉄の自然酸化による膨脹がなく、長期にわたって
安定である骨材とする。
灰(M2)95重量部にベントナイト5重量部を調合
し、加湿混練後、1800mmφのパンペレタイザーで調
湿しながら造粒し、見かけ比重1.52の球状ペレット
を得た。このペレットを450mmφ×8340mmのロー
タリーキルンで表2に示す焼成条件で焼成し、実施例1
の骨材を得た。これに対し同じペレットを表2の比較例
1の焼成条件で焼成し、比較例1の骨材を得た。それぞ
れの焼成において、キルン内ペレットのサンプリングを
行い、ペレットの物性を調べるとともに、キルン内の温
度分布を測定すると図1の結果となった。実施例1と、
比較例1の製品骨材の物性、1000℃到達時における
残留炭素量、焼成に供した原料ペレットの見かけ比重等
の比較を表3に示す。
7重量部に炭酸カルシウム17.3重量部とベントナイ
ト5重量部を調合し、加湿混練後、1800mmφのパン
ペレタイザーで調湿しながら造粒し、見かけ比重1.5
9の球状ペレットを得た。このペレットを450mmφ×
8340mmのロータリーキルンで表4に示す焼成条件で
焼成し、実施例2の骨材を得た。これに対し同じペレッ
トを表4の比較例2の焼成条件で焼成し、比較例2の骨
材を得た。実施例1の場合と同様に、それぞれの焼成に
おいて、キルン内ペレットのサンプリングとキルン内の
温度分布の測定を行った。実施例2と、比較例2の製品
骨材の物性、1000℃到達時における残留炭素量、焼
成に供した原料ペレットの見かけ比重等の比較を表5に
示す。
量部にベントナイト5重量部を調合し、加湿混練後、1
800mmφのパンペレタイザーで調湿しながら造粒し、
見かけ比重1.54の球状ペレットを得た。このペレッ
トを450mmφ×8340mmのロータリーキルンで表6
に示す焼成条件で焼成し、実施例3の骨材を得た。これ
に対し同じペレットを表6の比較例3−1及び3−2の
焼成条件で焼成し、比較例3−1及び3−2の骨材を得
た。それぞれの焼成において、キルン内ペレットのサン
プリングとキルン内の温度分布の測定を行った。実施例
3と、比較例3−1及び3−2の製品骨材の物性、10
00℃到達時における残留炭素量、焼成に供した原料ペ
レットの見かけ比重等の比較を表7に示す。
れぞれの骨材製品の各物性、すなわち絶乾比重、24時
間吸水率、圧潰強度が、ともに優れた結果であるのに対
して、比較例1、比較例2、比較例3−1及び3−2の
それはいずれも劣るものであった。
て高強度、低吸水率を有する高比重の骨材で、天然石骨
材代替として大量に有効利用することができ、石炭灰の
再資源化に大いに貢献するものである。
位置における、ペレットの絶乾比重、24時間吸水率、
残留炭素、Fe2+/全Fe値、及びキルン内温度測定値
を示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 石炭灰を主原料とし、これに必要に応じ
て粘結材及び添加材と水を加えて成形物としたのち焼成
して得られる人工骨材であって、骨材中の全鉄量に対す
る2価の鉄の割合(以下、Fe2+/全Fe)の値が35
%以下であることを特徴とする人工骨材。 - 【請求項2】 24時間吸水率が3%以下、圧潰強度が
120kgf以上であることを特徴とする請求項1記載の
人工骨材。 - 【請求項3】 石炭灰を主原料とし、これに必要に応じ
て粘結材及び添加材と水を加えて成形物としたのち焼成
する人工骨材の製造方法であって、骨材中のFe2+/全
Feの値が35%以下となるように焼成することを特徴
とする人工骨材の製造方法。 - 【請求項4】 原料成形物温度が1000℃に達するま
でに原料成形物中の炭素含有量を0.2%以下、好まし
くは0.1%以下とし、その後、その原料成形物の軟化
温度近傍で、必要に応じて融着防止材を吹きかけながら
焼成することを特徴とする請求項3記載の人工骨材の製
造方法。 - 【請求項5】骨材の見かけ比重が、その原料成形物の見
かけ比重よりも大きくなる収縮焼成を特徴とする請求項
3または4記載の人工骨材の製造方法。
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