JP2001322847A

JP2001322847A - 石炭灰による高強度蒸気養生骨材の製造方法

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Publication number: JP2001322847A
Application number: JP2000139919A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawamoto; 孝次川本; Joji Tanimoto; 譲二谷本
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-20

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気養生により骨材化する場合に、高強度で
かつ安定した品質を得るための方法を提供する。【解決手段】石炭灰に、早強ポルトランドセメント１
０〜２５重量％、平均粒径を５〜４０μｍに粉砕した廃
ガラス０．５〜５重量％を加えて、乾式混合し、該乾燥
粉末をパンペレタイザーでスプレー散水しながら、０．
６ｍｍ以上に転動造粒し、得られる粒を、温度３０〜５
０℃、相対湿度８０％以上の雰囲気中で８時間以上前養
生した後、オートクレーブで１１０〜２００℃、養生時
間６時間以上で養生することにより、絶乾比重１．４〜
１．６の高強度蒸気養生骨材を得る。前記石炭灰の平均
粒径が５〜４０μｍであることが好ましい。廃ガラス
は、板、容器、ビンガラス等のソーダ・ライム・シリカ
ガラスを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度蒸気養生骨
材の製造方法に関し、特に、石炭火力発電所や石炭焚き
ボイラー等から発生する石炭灰を、土木・建築用の人工
軽量骨材として再資源化して有効利用するための高強度
蒸気養生骨材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭は、石油に比べて資源が豊富で、単
位発熱量あたりの価格も低いことから、国内のエネルギ
ー政策により、特に発電用燃料として大幅な使用量の増
加が計画され実施されつつある。その結果、石炭火力発
電所や石炭焚きボイラー等から発生する石炭灰が、石炭
使用量にほぼ比例して増加する結果、急増する石炭灰の
有効利用法が大きな課題となっている。

【０００３】石炭灰の有効利用技術としては、人工軽量
骨材としての再利用が、その需要量の大きさから大量処
理の面で適している。

【０００４】しかしながら、現在の骨材の大半が供給さ
れている砕石と比較して、人工軽量骨材はコスト面で問
題が大きい。

【０００５】本発明者らは、人工軽量骨材の製造方法と
して一般的な高温焼成による製造方法以外に、低コスト
化を追求するために、蒸気養生骨材の製造方法を提案し
てきた。従来から提案され、石炭灰や珪砂等のシリカ含
有物と、セメントや生石灰等のカルシナ含有物質を添加
する製造方法のみでは、得られる骨材物性の変動が大き
く、構造用コンクリート骨材として、高強度で安定した
品質を得るのに不十分であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、蒸気
養生により骨材化する場合に、高強度でかつ安定した品
質を得るための高強度蒸気養生骨材の製造方法を見出す
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の石炭灰による高
強度蒸気養生骨材の製造方法では、石炭灰に、早強ポル
トランドセメント１０〜２５重量％、平均粒径を５〜４
０μｍに粉砕した廃ガラス０．５〜５重量％を加えて、
乾式混合し、該乾燥粉末をパンペレタイザーでスプレー
散水しながら、０．６ｍｍ以上に転動造粒し、得られる
ペレットを、温度３０〜５０℃、相対湿度８０％以上の
雰囲気中で８時間以上前養生した後、オートクレーブで
１１０〜２００℃、養生時間６時間以上で養生すること
により、絶乾比重１．４〜１．６の高強度蒸気養生骨材
を得る。

【０００８】前記石炭灰の平均粒径が５〜４０μｍであ
ることが好ましい。

【０００９】廃ガラスには、板、容器、ビンガラス等の
ソーダ・ライム・シリカガラスが使用される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高強度蒸気養生骨
材の製造方法について、詳細およびその作用についてさ
らに具体的に説明する。

【００１１】平均粒径が５〜４０μｍの石炭灰を用い
る。

【００１２】火力発電所等の石炭焚きボイラーから排出
される石炭灰の平均粒径の下限は５μｍ程度であり、こ
れより平均粒径が小さい石炭灰を使用する場合は、石炭
灰を粉砕する必要がある。石炭灰を粉砕すると、骨材比
重は増加するが、得られる蒸気養生骨材の比強度は低下
する。原因は明らかでないが、以下のように考えられ
る。粉砕前の石炭灰は、一般に球状の粒子が多く、各粒
子は高温で焼結して高強度を有している。しかし、この
粒子を粉砕すると粒子強度は低下して、全体の造粒ペレ
ットの強度を低下するものと推定される。平均粒径が４
０μｍ以上でも、骨材強度は低下する。石炭灰粒子が粗
大となって、比表面積が減少して、バインダーとなる珪
酸カルシウムやアルミン酸カルシウム水和物が生成しに
くくなるためと考えられる。

【００１３】前記石炭灰に、早強ポルトランドセメント
１０〜２５重量％、平均粒径を５〜４０μｍに粉砕した
廃ガラス０．５〜５重量％を添加する。早強ポルトラン
ドセメントは、主要構成鉱物がＣ３Ｓで、短時間で珪酸
カルシウム水和物を生成する性質を有する。

【００１４】早強ポルトランドセメントを使用するの
は、普通ポルトランドセメントに比べて高強度が得られ
るためである。

【００１５】原因は明らかではないが、比重１．４〜
１．６の蒸気養生骨材では、骨材強度発現の主体が結晶
度の低いＣＳＨ（Ｉ）の生成にあり、早強ポルトランド
セメントの主要構成鉱物であるＣ３Ｓがこれに寄与して
いるようである。早強ポルトランドセメントの添加量
は、１０重量％未満では骨材強度が不十分であり、２５
重量％より多く添加しても骨材強度の向上効果が少なく
なり、コスト面で好ましくない。

【００１６】廃ガラスは、板、ビン、容器等のソーダ・
ライム・シリカを使用し、平均粒径を５〜４０μｍに粉
砕して添加量を０．５〜５重量％とする。廃ガラスは、
高温高圧水蒸気雰囲気中でＣａＯと反応し易く、骨材強
度発現の主体を成しているとみられるＣＳＨ（Ｉ）等の
比較的結晶度の低い水和物を生成しやすいようであり、
骨材強度を大きく増加させる。板、ビン、容器等の廃ガ
ラスは、再資源化に苦慮している廃棄物であり、資源有
効利用の点からも好ましい添加物である。

【００１７】廃ガラスの添加量が０．５重量％以下で
は、骨材強度の改良効果が見られず、５重量％以上を添
加しても骨材強度の向上効果は増加しない。

【００１８】廃ガラスは平均粒径を５〜４０μｍに粉砕
して使用するが、平均粒径が５μｍ未満では、強骨材度
の向上効果が少なく、粉砕コストが増加するので好まし
くない。また、平均粒径が４０μｍより大きくなると、
骨材強度の向上効果が低下する。

【００１９】石炭灰と添加剤の所定量を計量混合して、
好ましくはスプレーで散水しながらパンペレタイザーで
造粒する。散水量は、乾燥粉末重量の１５〜２０重量％
程度であるが、目標とする骨材サイズに応じて調整す
る。造粒にパンペレタイザーを使用するのは、スラリー
で湿式造粒する方法では、得られる比重が１．３以下で
あり、比重１．４〜１．６の蒸気養生骨材のためのペレ
ットが造粒できないためである。パンペレタイザー以外
にドラム式やディスク式の転動造粒機も使用することが
できる。ペレットの大きさは、０．６ｍｍ以上が好まし
い。それは、０．６ｍｍ未満の密に充填したペレットを
転動方式で多量に造粒することができないからである。

【００２０】造粒したペレットは、クラック発生を防止
するために、温度３０〜５０℃、相対湿度８０％以上の
雰囲気中で８時間以上前養生する。造粒したペレット
は、固形分の充填率が高く、ＣａＯや石膏の水和による
膨張性物質によりクラックが発生し易い。養生温度３０
℃未満では前養生時間が極めて長くなり、実用的ではな
い。また、５０℃以上では急激に水和が進み、クラック
発生の原因となる。湿度は高い方が好ましいが、８０％
未満ではクラックが発生しやすい。前養生時間が６時間
未満では、水和反応が不十分で強度発現が不十分であ
る。

【００２１】造粒、前養生したペレットを、オートクレ
ーブで養生して蒸気養生骨材とするが、オートクレーブ
の所定保持時間までの昇温時間を３時間以上とする。３
時間未満で昇温すると、蒸気養生骨材にクラックが発生
しやすい。

【００２２】オートクレーブ保持温度を１１０〜２００
℃、養生時間６時間以上で養生する。養生温度が１１０
℃未満では、骨材強度の発現が不十分であり、２００℃
以上でも骨材強度は低下する。養生温度が１１０℃未満
では、骨材強度発現の主体となる珪酸カルシウム水和物
の生成が不十分であり、２００℃以上ではトバモライト
の生成が顕著となり、骨材強度は低下する。また、養生
時間が６時間未満では、骨材強度発現が不十分である。

【００２３】（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。

【００２４】ただし、本発明は下記実施例に限定されな
い。

【００２５】用いた石炭灰の成分を表１に、廃ガラス
（ビン）の主成分を表２に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】（実施例１）石炭灰Ａを７７重量％、早強
ポルトランドセメント２０重量％、平均粒径１８μｍの
廃ガラス３重量％から成る配合原料５ｋｇを、７０Ｌコ
ンクリートミキサーで１５分間混合して、内径１．２ｍ
ｍのパンペレタイザーで直径約１０ｍｍに造粒した。造
粒したペレットを、温度４０℃、相対湿度９５％の高温
恒湿機で１６時間、前養生した。前養生を行ったペレッ
トをオートクレーブに入れ、３時間で１８０℃の昇温速
度で昇温して、８時間保持して蒸気養生骨材とした。

【００２９】得られた蒸気養生骨材の絶乾比重と圧潰強
度を評価した。

【００３０】絶乾比重については、ＪＩＳＡ１１３５に
準じて測定した。また、圧潰強度は一軸圧縮破壊強度を
圧潰試験機によって、直径１０ｍｍの蒸気養生骨材１５
点について測定して、強度の骨材径への回帰式から、直
径１０ｍｍでの強度を求めた（以後、圧潰強度と呼
ぶ）。試料作成条件を表３に、測定結果を表４に示し
た。

【００３１】（実施例２）実施例１の廃ガラスの添加量
を１．０重量％とした以外は、実施例１と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３２】（実施例３）実施例１の廃ガラスの添加量
を５．０重量％とした以外は、実施例１と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３３】（実施例４）実施例２の早強ポルトランド
セメントを１０重量％とした以外は、実施例１と同様な
方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３４】（実施例５）実施例２の早強ポルトランド
セメントを２５重量％とした以外は、実施例１と同様な
方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。

【００３５】表４に示すように、絶乾比重１．４９〜
１．５８で圧潰強度６０．９〜７６．７ｋｇｆの高強度
な蒸気養生骨材が得られた。

【００３６】（比較例１）実施例１の石炭灰Ａを石炭灰
Ｂとした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸気
養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と比較して、
粉砕により平均粒径が５μｍ未満となった石炭灰Ｂを使
用した比較例１では、骨材強度が低下した。

【００３７】（比較例２）実施例１の石炭灰Ａを石炭灰
Ｃとした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸気
養生骨材の評価を表４に示した。平均粒径が４０μｍよ
り大きくなった石炭灰Ｃを使用した比較例２では、骨材
強度が大きく低下した。

【００３８】（比較例３）実施例１の早強ポルトランド
セメントを普通ポルトランドセメントとした以外は、実
施例１と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表
４に示した。

【００３９】早強ポルトランドセメントを普通ポルトラ
ンドセメントにすると、骨材強度が低下した。

【００４０】（比較例４）実施例１の早強ポルトランド
セメントの添加量を５重量％とした以外は、実施例１と
同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示し
た。実施例１と比較して、比較例４では骨材強度が大き
く低下した。

【００４１】（比較例５）実施例１の早強ポルトランド
セメントの添加量を３０重量％とした以外は、実施例１
と同様な方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示
した。実施例１と比較して、比較例５では、絶乾比重が
増大した。

【００４２】（比較例６）実施例１の廃ガラスの添加量
を０．２重量％とした以外は、実施例１と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１
と比較して、比較例６では骨材強度が低下した。

【００４３】（比較例７）実施例１の廃ガラスの添加量
を６．０重量％とした以外は、実施例１と同様な方法で
作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１
と比較して、比較例７では骨材強度が若干であるが低下
した。

【００４４】（比較例８）実施例１の廃ガラスの平均粒
径を４μｍとした以外は、実施例１と同様な方法で作成
した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と比
較して、比較例８では、骨材強度が若干であるが低下し
た。

【００４５】（比較例９）実施例１の廃ガラスの平均粒
径を４６μｍとした以外は、実施例１と同様な方法で作
成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と
比較して、比較例９では、廃ガラスの骨材強度の向上効
果が少なかった。

【００４６】（比較例１０）実施例１の前養生温度を２
０℃とした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸
気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と比較し
て、比較例１０では、骨材強度発現が不十分であった。

【００４７】（比較例１１）実施例１の前養生温度を６
０℃とした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸
気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と比較し
て、比較例１１では大きく骨材強度が低下していたが、
クラックの発生によるものである。

【００４８】（比較例１２）実施例１の前養生時間を６
時間とした以外は、実施例１と同様な方法で作成した蒸
気養生骨材の評価を表４に示した。実施例１と比較し
て、比較例１２では、骨材強度発現が不十分であった
が、クラックの発生によるものである。

【００４９】（比較例１３）実施例１のオートクレーブ
昇温時間を１．５時間とした以外は、実施例１と同様な
方法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実
施例１と比較して、比較例１３では蒸気養生骨材にクラ
ックが発生して、骨材強度は大きく低下した。

【００５０】（比較例１４）実施例１のオートクレーブ
養生温度を１００℃とした以外は、実施例１と同様な方
法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施
例１と比較して、比較例１４では、水和反応が不十分で
骨材強度が大きく低下した。

【００５１】（比較例１５）実施例１のオートクレーブ
養生温度を２２０℃とした以外は、実施例１と同様な方
法で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施
例１と比較して、比較例１５では、骨材強度が若干低下
した。

【００５２】（比較例１６）実施例１のオートクレーブ
養生時間を５時間とした以外は、実施例１と同様な方法
で作成した蒸気養生骨材の評価を表４に示した。実施例
１と比較して、比較例１６では、水和反応が不十分で骨
材強度が大きく低下した。

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】

【発明の効果】本発明の方法により、構造用コンクリー
ト骨材として、石炭火力発電所や石炭焚きボイラー等か
ら発生する石炭灰を原料に、十分使用に耐える蒸気養生
骨材を、少ない添加剤で安定して生産することができ
る。このような非焼成型の人工軽量骨材の生産は、低コ
ストで効率的である。従って、安価で高品質な人工軽量
骨材を市場に供給できることにより、土木・建築業界に
資するところ大である。

【００５６】また、産業廃棄物を埋め立てて処理するこ
となく、特に、土木・建築材料等に再資源化できること
から、環境の保全とエネルギーの安定供給に寄与するよ
ころ大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 18/16 ＺＡＢＢ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の各工程からなる高強度蒸気養生骨材
の製造方法：ａ）石炭灰に、早強ポルトランドセメント１０〜２５重
量％、平均粒径を５〜４０μｍに粉砕した廃ガラス０．
５〜５重量％を加えて、乾式混合により乾燥粉末を形成
する工程ｂ）該乾燥粉末をパンペレタイザーで、散水しながら
０．６ｍｍ以上に転動造粒してペレットを形成する工程ｃ）温度３０〜５０℃、相対湿度８０％以上の雰囲気中
で８時間以上、前記ペレットを前養生する工程ｄ）オートクレーブで１１０〜２００℃、養生時間６時
間以上で前記前養生済みペレットを養生する工程。
【請求項２】石炭灰の平均粒径が５〜４０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の骨材の製造方法。
【請求項３】廃ガラスが、ソーダ・ライム・シリカガ
ラスであることを特徴とする骨材の製造方法。