(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメントにフライアッシュを混合してフライアッシュセメントを製造する方法において、フライアッシュとして、球形粒子のII種及び／又はIII種フライアッシュと粗粒フライアッシュの粉砕物とをポルトランドセメントに混合することを特徴とするフライアッシュセメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、球形粒子のII種及び／又はIII種フライアッシュと粗粒フライアッシュの粉砕物とを重量比７：３〜３：７の割合でポルトランドセメントに混合することを特徴とするフライアッシュセメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、粗粒フライアッシュの粉砕物のブレーン値が４０００ｃｍ２／ｇ以上であることを特徴とするフライアッシュセメントの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、粗粒フライアッシュの粉砕物のブレーン値が４５００〜６０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とするフライアッシュセメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフライアッシュセメントの製造方法に係り、特に、微粉炭燃焼ボイラーで発生するフライアッシュ（以下「ＦＡ」と略記することがある。）を多量に使用してＦＡセメントを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＡは、微細な球形粒子の石炭灰で、ポゾラン反応性を有する貴重な資源である。ポゾラン反応性とは、それ自体は水と反応して硬化する性質を持たないが、水酸化カルシウムが存在すると徐々に反応して、強度を増加する作用のことである。この球形粒子のＦＡをポルトランドセメントに混入したものがＦＡセメントであるが、ＦＡセメントは、コンクリートとして使用する際、ＦＡの球形粒子が骨材の間に分散して、流動性を向上させる作用（以下「ベアリング作用」と称す場合がある）を有し、他種のセメントに比べて、練り込み水量を減少させることができるという優れた効果を有する。また、硬化コンクリートの性質は、乾燥収縮や亀裂が少なく、マトリックスが緻密で長期強度の発現が高く、化学抵抗性が強く、水和発熱量が低い等の優れた性質があり、ダム建設や大型構造物のマスコンクリートとして使用されている。
【０００３】
ＪＩＳに定めるコンクリート用ＦＡは、発電所などで発生するＦＡを電気集塵機で捕集し、サイクロン分級装置に掛けて微粒分と粗粒分に分け、このうちの微粒分について、その品質に応じて、表１に示すような４品種に分類されたものである。
【０００４】
【表１】
0003707356.tif 000002
【０００５】
このうち、I種ＦＡは、特殊な高度分級機を使用して、超微粒のＦＡを回収したもので、比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ以上と規定されており、ポゾラン反応性に優れたＦＡである。しかし、分級コストが高い。
【０００６】
一般のコンクリートに使用されているものは、II種ＦＡである。このII種ＦＡは、規格では比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上に規定されており、I種ＦＡよりは粒度が粗く、長期の強度発現はI種ＦＡに劣るが、大量生産が可能で、得られるコンクリートの流動性が良好であるため、産業的に最も多く使用されているＦＡである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、年間５００万トンも発生するＦＡの中で、このようにセメント混合材として利用される量は比較的少なく、規格品外の粗粒ＦＡや余剰のＦＡが大量に発生しており、これらのＦＡは、産業廃棄物として、埋め立て処理やセメント製造原料の粘土の代替として処分されている。
【０００８】
即ち、セメント混合材としてのＦＡの品質は、長期材令の強度発現が決め手となるため、I種ＦＡのような超微粒で比表面積の大きい球形粒子のＦＡが理想的であるが、前述の如く、工業的規模の分級装置で、球形の超微粒子を大量に選別することは困難であるから、一般のＦＡセメントには、I種ＦＡよりも比表面積の小さいII種，III種ＦＡを混合材として使用している。その結果として、高炉セメントに比べてポゾラン反応性が劣るものとなることから、II種，III種ＦＡを用いる場合にはセメントに対するＦＡの混入率を下げることにより、長期材令の強度低下を補っている。
【０００９】
表２は、規格に定める高炉水滓スラグとＦＡのセメントに対する混入率を比較した一覧表であるが、高炉セメントと同程度の強度を発現させるためのＦＡ混入率は、高炉水滓スラグの３分の１程度に抑制しなければならない。その理由の一つは、高炉水滓スラグは、ブレーン値で４０００〜５０００ｃｍ２／ｇ程度に細かく粉砕して使用するのに対して、普通のＦＡ（II種，III種）は２５００〜３５００ｃｍ２／ｇ程度の粗い粒子であるため、両者のポゾラン反応性には大きな差が生じることにある。ポゾラン反応性は、比表面積だけに相関するものではないが、少なくとも化学成分が同じＦＡであれば、比表面積の大きいＦＡの方が反応性に優れることは確かである。
【００１０】
【表２】
0003707356.tif 000003
【００１１】
しかし、このような規格品外の粗粒ＦＡや余剰のＦＡを産業廃棄物として処分する場合、その発生場所から処分場所までの輸送費だけでも膨大な費用を要しており、このため、業界では処分費の低減、産業廃棄物量の減量化のために、このような規格品外の粗粒ＦＡや余剰のＦＡの付加価値の高い利用方法の開発が求められている。
【００１２】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ＦＡセメントにおいて、強度や流動性等の特性を損なうことなく、セメントに対するＦＡ混入率を高めることができ、これにより、ＦＡの再利用効率を高め、産業廃棄物として処分されるＦＡ量を低減するＦＡセメントの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のフライアッシュ（ＦＡ）セメントの製造方法は、ポルトランドセメントにフライアッシュを混合してフライアッシュセメントを製造する方法において、フライアッシュとして、球形粒子のII種及び／又はIII種フライアッシュと粗粒フライアッシュの粉砕物とをポルトランドセメントに混合することを特徴とする。
【００１４】
現状において、ＦＡセメントにセメント混合材としてのＦＡが大量に使用されることなくその大部分が産業廃棄物として処分されているのは、次のような理由による。
【００１５】
即ち、ポゾラン反応性の面からは比表面積の大きい超微粒子のI種ＦＡが好適であるが、I種ＦＡの使用は分級コスト、その他の面で工業的に不利である。このため、比較的低コストのII種，III種ＦＡが使用されるが、II種，III種ＦＡでは比表面積が小さく、ポゾラン反応性が劣るため、ポゾラン反応性の低下による強度低下を混合率の低減で補うこととなる。
【００１６】
このポゾラン反応性を高めるためには、比表面積を大きくする必要があるが、粒子形状の中で、球形は比表面積を最小にする形状であるから、現状のサイクロン分級により得られる球形のＦＡは、前述のベアリング作用による流動性、混練水量の低減等には有利であるが、ポゾラン反応性にとっては、最も不利な形状である。従って、現状のＦＡの生産設備では、安価で流動性とポゾラン反応性に優れたＦＡを量産することには限界がある。
【００１７】
本発明では、上記問題を粗粒ＦＡを微粉砕し、その比表面積を増加させたもの（以下「粉砕ＦＡ」と称す場合がある。）を配合することで解決する。
【００１８】
ところで、ＦＡのポゾラン反応性を強化するのが目的であれば、ＦＡを微粉砕して比表面積を増加させても良いが、後述の実験例２の試験結果（表３）からわかるように、ＦＡを比表面積４８００ｃｍ２／ｇに粉砕した粉砕ＦＡをセメントに混合したＦＡセメントは、II種ＦＡを同量混合したＦＡセメントよりも、強度発現性は良好になるが、流動性が劣化する。流動性の良いコンクリートは、練り混ぜ水を減少させることが可能で、これが硬化したコンクリートにとって数々の優れた特性を与えるのであるが、その流動性を犠牲にしては、ＦＡを使用する意義はない。
【００１９】
そこで、本発明では、流動性を大きく損なうことなく、ポゾラン反応性を強化するために、球形粒子のII種及び／又はIII種ＦＡ（以下「球形ＦＡ」と称す場合がある。）に対して、粉砕ＦＡを好ましくは重量比で７：３〜３〜７の割合で混合し、これをセメントの混合材として用いてＦＡセメントを製造する。
【００２０】
なお、本発明において、粉砕する元のＦＡ、即ち被粉砕ＦＡは、規格に適さない粗粒ＦＡを使用することが可能で、このような粗粒ＦＡをボールミル又は竪型ローラーミルで粉砕すれば良く、後述の実験例１に示す通り、容易にブレーン値で５０００ｃｍ２／ｇ程度に粉砕することができる。サイクロンで分級した後の粗粒ＦＡには、超微粒のＦＡも紛れ込んでいるが、粉砕されるのは粒径の大きなＦＡで、超微粒の球形粒子は、破壊されることもなく、原形を留めて数多く残留している。粉砕ＦＡ中のこの超微粒子も、コンクリートの流動性の向上に寄与することは勿論である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明において用いられる、球形ＦＡと粉砕ＦＡとの混合物（以下「混合ＦＡ」と称す場合がある。）の製造設備の実施の形態を示す系統図である。
【００２３】
粗粒ＦＡをミル１のミル給鉱口２より投入し、ミル１内で粉砕した粉体をエアセパレーター３に移送して、粗粉（戻り粉）と微粉（精粉）とに分級し、精粉の比表面積がブレーン値４０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは４５００〜６０００ｃｍ２／ｇとなるように調整運転を行う。この精粉に所定量の球形ＦＡ（II種、III種）を連続的に添加して、エアスライドやバケットエレベーター等の粉体輸送機４を介して製品タンク５へ移送する間に、球形ＦＡの分散混合を行い、混合ＦＡを得る。
【００２４】
この混合ＦＡは、生コン工場でコンクリートを製造する際に、普通セメントと共にそれぞれ計量し、骨材や水と共に混練して使用することができる。
【００２５】
本発明においては、このように粉砕ＦＡと球形ＦＡとを混合した混合ＦＡを調製し、この混合ＦＡをセメントに混合する方法に限らず、ＦＡとセメントクリンカーが及び石膏とを混合して粉砕し、セメントの調製と、ＦＡの粉砕及び粉砕ＦＡのセメントへの混合を同時に行うこともできる。
【００２６】
この場合には、図１に示す設備を用い、セメントクリンカー、石膏、粗粒ＦＡをそれぞれ計量して調合し、これをミル１のミル給鉱口２に投入して混合、粉砕を行い、ミル１からの粉砕物をエアセパレーター３にかけて精粉と戻り粉に分級する。この粉砕は、粗粒ＦＡをセメントクリンカーや石膏と共に同時粉砕するため、粉砕されたＦＡ自体の粉末度を測定することはできないが、普通セメントを製造する際の精粉比表面積（ブレーン値３０５０〜３１００ｃｍ２／ｇ）よりも高くして、ブレーン値３３００〜３６００ｃｍ２／ｇ目標でエアセパレーター３の調整運転を行えば、粉砕性の良好な粗粒ＦＡが、選択的にブレーン値４５００〜６０００ｃｍ２／ｇ程度に細かく粉砕されるものと思われる。この精粉に対して、所定量の球形ＦＡ（II種、III種）を連続的に後添加することにより、セメント仕上工程の粉砕装置で、ＦＡセメントを製造することができる。
【００２７】
なお、いずれの方法においても、ミル給鉱口２より投入する粗粒ＦＡと精粉に混入する球形ＦＡの合計をセメントに対するＦＡ混合率として調製することにより、Ａ種、Ｂ種、Ｃ種のＦＡセメントを造り分けることができる。
【００２８】
本発明において、球形ＦＡと粉砕ＦＡとの配合割合は好ましくは重量比で７：３〜３：７とするが、この範囲よりも粉砕ＦＡが多いと流動性が大きく損なわれ、球形ＦＡが多いとポゾラン反応性が低下する。
【００２９】
なお、本発明では、粉砕ＦＡを用いるために、球形ＦＡとしては、強度の面からII種及び／又はIII種ＦＡを用いる。
【００３０】
また、粉砕ＦＡの粉砕の程度は前述の如く、ブレーン値で４０００ｃｍ２／ｇ以上、特に４５００〜６０００ｃｍ２／ｇ程度となるように行うのが好ましい。このブレーン値が４０００ｃｍ２／ｇ未満ではポゾラン反応性の向上効果が十分でない。ただし、過度に高度に粉砕することは粉砕コストの面で不利であるため、上記範囲とする。
【００３１】
本発明で製造されるＦＡセメントからのコンクリートやモルタルの製造条件については特に制限はなく、通常の水／セメント比、骨材配合比を採用することができる。
【００３２】
【実施例】
以下に実験例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、以下において、セメントとしては普通ポルトランドセメントを用いた。
【００３３】
実験例１
内径４５ｃｍ、長さ５０ｃｍの小型テストボールミルを使用してこのミル内に比表面積１８００ｃｍ２／ｇの粗粒ＦＡを３ｋｇ装填し、ミルの回転数と粉砕物の比表面積との関係を求めた。また、比較のために、同じミルを使用して、高炉水滓スラグを３ｋｇ装填し、粉砕試験を行った。結果は図２に示す通り、同一比表面積に到達するまでのミル回転数は、ＦＡがスラグの約２分の１で、ＦＡの粉砕性は良好である。
【００３４】
図３はこの粉砕試験に用いた粉砕前の粗粒ＦＡの顕微鏡写真（倍率１０００倍）、図４はブレーン値４８００ｃｍ２／ｇに粉砕したＦＡの顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。図３，４を比較することにより、粉砕により粗大粒子は破壊され、異形の微細粒子となるが、極く微細な球形のＦＡは破壊されず、原形を留めて多量に混在していることが認められる。
【００３５】
実験例２
粉砕ＦＡのポゾラン反応性を調べるために、ＪＩＳ規格「コンクリート用フライアッシュ」（ＪＩＳ  Ａ  ６２０１−１９９９）に基づくモルタル試験を実施した。
【００３６】
試料I：セメント１００％
試料II：セメント７５重量％と粉砕ＦＡ２５重量％の混合セメント
試料III：セメント７５重量％とII種ＦＡ２５重量％の混合セメント
試料IV：セメント７５重量％と粗粒ＦＡ２５重量％の混合セメント
試験結果を表３に示す。この試験結果から、ＦＡの比表面積がポゾラン反応性に相関し、比表面積が大きいＦＡほど強度発現性が大きいことがわかる。
【００３７】
【表３】
0003707356.tif 000004
【００３８】
実施例１
下記の試料によるＪＩＳモルタル試験を実施し、試験結果を表４に示した。なお、II種ＦＡ、粉砕ＦＡとしては実験例２で用いたものと同様のものを用いた。
【００３９】
試料I：セメント１００％
試料V：セメント８０重量％とII種ＦＡ２０重量％の混合セメント（Ｂ種ＦＡセメント）
試料VI：セメント８０重量％とII種ＦＡ１８重量％及び粉砕ＦＡ２重量％の混合セメント
試料VII：セメント８０重量％とII種ＦＡ１０重量％及び粉砕ＦＡ１０重量％の混合セメント
この結果から、球形粒子のII種ＦＡに対して、比表面積の大きい粉砕ＦＡの混合は、ポゾラン反応性を活性化し、長期強度の増加に有効であること、混入するＦＡの１割を粉砕ＦＡに置換するだけでも強度向上効果があり、５割を置換すれば、更に効果は大きいことがわかる。
【００４０】
【表４】
0003707356.tif 000005
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のフライアッシュセメントの製造方法によれば、粗粒ＦＡを粉砕することによりポゾラン反応性を高め、この粉砕ＦＡと球形ＦＡとを所定割合で混合使用することにより、ベアリング作用とポゾラン反応性とが共に優れたＦＡセメントを製造することが可能となる。このため、ＦＡ混入率を高めても、ＦＡセメント規格の基準強度を満足することができ、ＦＡのリサイクル率を向上させ、産業廃棄物の発生量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明において用いられる混合ＦＡの製造設備の実施の形態を示す系統図である。
【図２】  実験例１における粗粉ＦＡと高炉水滓スラグの粉砕性の比較結果を示すグラフである。
【図３】  実験例１で用いた粉砕前の粗粒ＦＡの顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。
【図４】  実験例１における粉砕後の粉砕ＦＡの顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。
【符号の説明】
１  ミル
３  エアセパレーター
５  製品タンク
【図１】
0003707356.tif 000006
【図２】
0003707356.tif 000007
【図３】
0003707356.tif 000008
【図４】
0003707356.tif 000009