(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭フライアッシュと廃ガラスを主原料として成形し、焼成してなる人工軽量骨材であって、石炭フライアッシュと廃ガラスの合計量に対し、廃ガラスが４０〜８０重量部であることを特徴とする人工軽量骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工軽量骨材、特に、産業廃棄物である石炭フライアッシュと廃ガラスを有効利用して成るコンクリート用の軽量骨材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所のボイラー等で燃料として石炭を用いると、いわゆる産業廃棄物として多量の石炭フライアッシュ（以下、単にフライアッシュという。）が発生する。一年間に発生するフライアッシュはおよそ４００万トンであり、そのうちの約半分がセメントコンクリート等の建設、土木分野、窯業分野で有効利用されている。しかしながら、近年の動向をみると、フライアッシュの発生量は確実に増加しつつあるにも関わらず、有効利用率は５０％以下で推移しており、環境保全の立場からも、フライアッシュの有効利用が更に促進されることが望まれる。
【０００３】
このようなフライアッシュの有効利用の一つとして、フライアッシュを主原料とし、これを造粒、発泡焼成して得られる人工軽量骨材がある。しかしながら、フライアッシュは、化学的・物理的性状のバラツキが大きいため、一定の製造条件で品質の安定した骨材を大量に製造することが難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、フライアッシュの化学的・物理的性状は、火力発電所で燃料として用いられる石炭の炭種の違い、燃焼温度等の発電条件で大きく変動しており、このようなフライアッシュを原料とする人工軽量骨材の製造に当たって、所定の品質を得るための焼成条件もフライアッシュの性状ごとに変動し、未焼結の骨材や融着骨材の発生量が増加し、良品の回収率が低下するほか、得られる骨材も、高吸水率で強度も低いという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明は、フライアッシュと廃ガラスを主要原料とし、フライアッシュの化学的・物理的性状の差異に影響されること無く、比較的に低い温度で焼成することができ、低吸水率で、品質の安定した人工軽量骨材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の人工骨材によれば、石炭フライアッシュと廃ガラスを主原料として成形し、焼成してなる人工軽量骨材であって、石炭フライアッシュと廃ガラスの合計量に対し、廃ガラスが４０〜８０重量部であることを特徴とする。以下、この発明を詳細に説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明で使用するフライアッシュは、ＪＩＳで規定されるフライアッシュは無論、通常原粉と称されるフライアッシュ、及びシンダーアッシュ、あるいは流動床飛灰をも含めた、石炭の燃焼方式如何に拘らず得られる広い意味での石炭灰全般を使用することができ、これらフライアッシュを造粒物の強度を確保するために必要に応じて粉砕し、平均粒径約２５μｍ以下として使用することが望ましい。
【０００８】
このようなフライアッシュは、主に微少量の炭質物を含有したガラス質粒子、石英およびムライト等の結晶粒子、未燃焼の炭質物等から成る集合物である。そのガラス鉱物組成は、火力発電所で燃料として用いられる石炭の炭種の違い、燃焼温度等の発電条件で異なってくる。通常フライアッシュを９００℃以上で焼成すると、石英やムライト等の結晶質粒子の溶融に先だってガラス質粒子が溶融する。ガラス質粒子が溶融すると、粒子内部に捕獲されていた炭質物が発泡して軽量化する。発泡の開始温度は、ガラスの粘性で決定され、フライアッシュの化学的・物理的性状の差異によって発泡開始温度も変化する。
【０００９】
この発明は、前記フライアッシュ粒子が発泡する温度よりも低い温度領域で溶融する物質、すなわち、廃ガラスでフライアッシュ粒子の間隙を充填することににより、フライアッシュの化学的・物理的性状の差異に関わらず、１１５０℃以下の低温で比重２未満の人工軽量骨材を安定的に得ることが出来るようにしたものである。廃ガラスとしては、飲料水の廃ビンガラス、食器用のガラス製品、通常の窓ガラス等各種の廃ガラスを２０μｍ程度以下に粉砕して用いることができる。
【００１０】
フライアッシュと廃ガラスの混合割合は、廃ガラスの含有量が４０％〜８０重量％、より好ましくは、５５％〜８０重量％の範囲内である。廃ガラスの含有量が４０％未満であると，発泡軽量化させるのに１２００℃より高温を必要とし、廃ガラスの添加効果が無い。また、廃ガラスの含有量が８０％を越えると、発泡源であるフライアッシュ量が減少するので、発泡軽量骨材が得難くなるばかりか、焼結してから軟化して硬化体の形状が維持出来なくなる温度までの焼結温度幅が狭くなり、製造上工程管理が難しくなる。
【００１１】
次ぎに、フライアッシュと廃ガラスは、これにベントナイト等の粘土類を添加混合後、水を加えて成形、造粒する。粘土類は、造粒物の強度を確保するための粘結材として少量添加するもので、ベントナイトの他、モンモリナイトやカオリン等を使用することもできる。また、成形、造粒方法に特に制約はないが、パンペレタイザーや押し出し成形機等による造粒が、成形の容易性、工業的量産性の面から好ましい。
【００１２】
次いで造粒物を、ロータリキルン等の焼成炉により９００〜１１５０℃、好ましくは９５０〜１１００℃の比較的低い温度で焼成、冷却することで、この発明の良質な人工軽量骨材を得ることが出来る。焼成温度が９００℃を下回ると、焼結が不十分となり、また、１１５０℃を越えると，組成物の溶融が著しく進行し骨材としての形状を維持出来なくなる。尚、焼成にあたっては、フライアッシュ中の未燃焼の炭質物による発泡が、焼結を阻害することがあるので、成形する以前に予め除去するか、あるいは焼成時に廃ガラスが溶融を開始する以前に燃焼しきるように、ロータリーキルン等の焼成炉内の酸素濃度や昇温速度を決定することが望ましい。
【００１３】
【実施例】
（実施例１〜４０）
フライアッシュ（平均粒径約２０μｍ）に、約５μｍに粉砕した市販の飲料水の廃ビンガラスを４０〜８０重量％と成るように混合した。この混合粉末に粘結材としてベントナイトを５重量％、さらに水分を添加して十分に混練し、約４ｇを天秤で計り取り球状に造粒し、乾燥させたものを焼成用ペレットとした。ペレットを電気炉中、９００〜１２００℃の温度内の所定の温度で５分保持することにより骨材とした。尚、昇温速度は毎分２０℃とした。得られた骨材は、吸水率が小さく比重が２未満の良好なものであった。実施例１〜２０までを表１、実施例２１〜４０を表２に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
（比較例１〜１２）
廃ビンガラスの配合割合を３０、及び３５重量％とした以外は、先の実施例と同様にペレットを造粒し、電気炉中、９５０〜１２００℃の温度内の所定の温度で５分保持することにより骨材とした。結果を表３に示す。廃ビンガラスの含有量が４０％未満であると、焼結不足となり、骨材を発泡軽量化させるうえで１２００℃以上の高温を必要とする。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
（比較例１３〜１７）
廃ビンガラスの配合割合を６０〜８０重量％となるようにした以外は、先の実施例と同様にペレットを造粒し、電気炉中、１１５０℃で５分保持することにより骨材とした。結果を表４に示す。得られた骨材は、比重・吸水率とも小さいものであったが、溶融の程度が著しく骨材が試料台に付着してしまった。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によれば、フライアッシュを有効に再利用でき、環境保全上大いに貢献するものである。また、フライアッシュの化学的・物理的性状の差異に関わらず、１１５０℃以下の温度で比重２未満の低吸水率の人工軽量骨材を安定的に製造することが可能である。