(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を４０重量％以上含む骨材原料の造粒及び焼結を行う人工軽量骨材の製造方法であって、前記骨材原料に、ベントナイトと、水溶性高分子と、界面活性剤とを添加して前記造粒及び焼結を行うことを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
石炭灰を４０重量％以上含む骨材原料の造粒及び焼結を行う人工軽量骨材の製造方法であって、前記骨材原料に、ベントナイトと、界面活性剤とを添加して前記造粒及び焼結を行うことを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
前記骨材原料に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物を更に添加して前記造粒及び焼結を行うことを特徴とする請求項２記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項４】
前記骨材原料に、水溶性高分子を更に添加して前記造粒及び焼結を行うことを特徴とする請求項３記載の人工軽量骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工軽量骨材の製造方法に関し、更に詳しくは、コンクリート等の強度を向上させるために使用される人工軽量骨材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンクリート等に混合して使用する骨材として、石炭灰を焼結した人工軽量骨材を使用することが検討されている。このような人工骨材は、石炭灰をペレット化して生ペレットとし、これを焼結することにより製造されている。このようにして製造された人工骨材は軽量であり、種々の用途に利用することができるので注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の石炭灰を利用した人工軽量骨材の製造方法として、例えば、特開平１−１４８７６７号公報に記載されているように、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等を有機バインダーとして生ペレット化してこれを焼結する方法が知られている。また、特開平９−４０４４５号公報に記載されているように、ベントナイト、モンモリナイト、カオリン等の粘結材を使用して生ペレット化してこれを焼結する方法も知られている。
【０００４】
しかし、有機バインダーを用いる前者の場合、生ペレットの強度が弱く、崩れ易いため、微粉分が多くなったり、目的とする粒度のペレットの歩留まりが低くなるという問題点がある。また、粘結材を使用する後者の場合、生ペレット化に際しての押し出し性が悪く、得られる生ペレットの内部に歪みが生じやすくなり、焼結後の骨材の圧壊強度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、十分な強度の生ペレットを得ることができ、しかも、焼結後の骨材の圧壊強度を充分に高めることができる人工軽量骨材の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の人工軽量骨材の製造方法は、石炭灰を４０重量％以上含む骨材原料の造粒及び焼結を行う人工軽量骨材の製造方法であって、前記骨材原料に、ベントナイトを必須成分として添加し、更に、（ａ）水溶性高分子、（ｂ）アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物、並びに（ｃ）界面活性剤から、任意に１〜３成分を選択して添加することにより、前記造粒及び焼結を行うことを特徴とする。
【０００７】
ベントナイトを添加すると、生ペレットの強度が大きくなるが、更に上記３種の成分から（ａ）水溶性高分子を選択して加えることにより、水溶性高分子は周囲の水分子を水素結合やイオン結合によって捕まえた状態で溶解しているので、押出時に水が局在化することなく均一な状態で押出され、均質なペレツトを造ることが出来る。また、（ｂ）アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物を選択して加えることにより、骨材原料から溶出した、界面活性剤や水溶性高分子の働きを阻害する多価金属を捕捉し、本来の働きを助ける効果がある。更に、上記３種の成分から（ｃ）界面活性剤を選択して加えることにより、滑り性や分散性を付与し低分子量でスムーズな押出が可能となる。これらにより、十分な強度の生ペレットを得ることができる。また、焼結に際しては、粒子同士の融着が十分に行われ、得られる骨材の圧壊強度を充分に高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の人工軽量骨材の製造方法は、石炭灰を４０重量％以上含む骨材原料に適用するものである。骨材原料には、上記石炭灰以外に、頁岩、焼却灰、膨張頁岩、膨張粘土、下水汚泥焼却灰、上水汚泥脱水物、高炉スラグ微粉末、膨張スラグ、真珠岩、黒曜岩、松脂岩、ひる石等の他の原料を含み得る。
【０００９】
本発明の人工軽量骨材の製造方法では、上述のように、ベントナイトを必須成分とし、これに、水溶性高分子、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物、及び界面活性剤から任意に１〜３成分を選択したものが添加されるが、本発明に使用し得る水溶性高分子としては、天然高分子物質、半合成高分子物質、合成高分子物質等を挙げることができる。
【００１０】
天然高分子物質の例としては、各種植物由来のデンプン及びα−デンプン、ふのり，寒天，アルギン酸Ｎａなどの海草類由来のもの、グアーガム，ローカストビーンガム，クインスシードガム，アラビノガラクタンガム，アラビアガム，トラガカントガムなどの植物粘着物、キサンタンガム，デキストラン，ラムザンガム，ウエランガム，ガードラン，ジェランガムなどの微生物由来の粘着物、にかわ，ゼラチン，カゼイン，コラーゲンなどのタンパク質を挙げることができる。
【００１１】
半合成高分子物質の例としては、上記天然高分子物質やセルロースを原料として、これらにエチレンオキサイド，プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを付加した物質や、メチル化，カルボキシメチル化，リン酸化，カチオン化したものなどを挙げることができる。具体的には、ビスコース，メチルセルロース，エチルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，カルボキシメチルセルロースなどのセルロース系のものや、可溶化デンプン，カルボキシメチルデンプン，カチオン化デンプンなどのデンプン系のものを挙げることができる。
【００１２】
合成高分子物質の例としては、ポリビニルアルコール，ポリアクリル酸Ｎａ，ポリアクリルアミド，アクリル酸Ｎａアクリルアミド共重合体，ポリエチレンオキサイド，ポリエチレングリコール，ポリビニルピロリドンなどを挙げることができる。
【００１３】
また、本発明の人工軽量骨材の製造方法では、ベントナイトに加えて、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物を添加して造粒及び焼結が行われる。本発明に使用し得るアルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどを挙げることができ、また、キレートを形成し得る化合物としては、エチレンジアミン４酢酸及びその塩，ニトリロ三酢酸及びその塩，クエン酸及びその塩，乳酸及びその塩，リンゴ酸及びその塩，トリポリリン酸Ｎａ，ピロリン酸Ｎａなどを挙げることができる。
【００１４】
更に、本発明の製造方法では、ベントナイトに加えて、界面活性剤を添加して造粒及び焼結が行われる。使用し得る界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤の何れをも使用することができる。
【００１５】
アニオン性界面活性剤の例としては、ラウリン酸塩，ステアリン酸塩，オレイン酸塩，樹脂酸塩などのカルボン酸塩、ラウリル硫酸エステル塩，セチル硫酸エステル塩，ステアリル硫酸エステル塩，オレイル硫酸エステル塩などの高級アルコール硫酸エステル塩、ラウリルエーテル硫酸エステル塩，オレイルエーテル硫酸エステル塩などの高級アルキルエーテル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、硫酸化脂肪酸、α−オレフィンスルホン酸塩などの硫酸化オレフィン、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などのアルキルベンゼンスルホン酸塩、スルホコハク酸ジアルキルエステル塩、高級アルコールリン酸エステル及びその塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物，ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物，リグニンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩などの高電解質分散剤を挙げることができる。
【００１６】
また、カチオン性界面活性剤の例としては、アルキルアミン塩型カチオン界面活性剤、第４級アンモニウム塩型カチオン界面活性剤を挙げることができる。
【００１７】
両性界面活性剤の例としては、ラウリルアミノプロピオン酸メチル、ラウリルアミノプロピオン酸塩などのアミノ酸型両性界面活性剤を挙げることができる。
【００１８】
非イオン性界面活性剤の例としては、高級アルコールのエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールのエチレンオキサイド付加物、脂肪酸のエチレンオキサイド付加物、多価アルコールのエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンのエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドのエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールのエチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物を挙げることができる。
【００１９】
これらの界面活性剤のうち、アニオン活性剤が好ましく、特に、カルボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、硫酸化オレフィン及び高電解質分散剤が好ましい。この理由は定かではないが、これらのものは、滑り性や、分散性が特に優れている特性があり、低水分量で、スム−ズに押出しができるからではないかと考えられる。
【００２０】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本明細書中に於いて、「部」とは質量に基づく比を表すものとする。
【００２１】
以下の表１は、本発明の実施例に係る骨材原料の全体の配合を示している。表２は、骨材原料の調製に使用される原料の化学組成、比表面積、比重及び強熱減量を示している。また、表３は、表１中の薬剤の組成を示している。
【００２２】
以下では表１の配合ａ及び配合ｂの２つの配合例について説明し、表３に示した薬剤組成と表１の配合ａとを組み合わせた一連の実施例を実施例１ａ、実施例２ａ…とし、表３に示した薬剤組成と表１の配合ｂとを組み合わせた一連の実施例を実施例１ｂ、実施例２ｂ…として示した。同様に、比較例についても、配合ａ及び配合ｂの２つの配合例に対応する一連の比較例を、それぞれ比較例１ａ，比較例２ａ…、比較例１ｂ，比較例２ｂ…として示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
0003551239.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003551239.tif 000004
【００２６】
表１〜３に基づいて配合した各実施例及び各比較例の成分を配合したものをモルタルミキサー（容量３リットル）に入れ、低速回転で１０分間混合した後、ディスクペレッター（Ｆ−５型、日本パウダル製）を用いて、直径９ｍｍの生ペレットを造粒した。
【００２７】
次に、上記で造粒した生ペレットを、電気炉にて１１００℃まで１時間かけて加熱焼結して、実施例１ａ〜実施例８ａ及び比較例１ａ〜比較例３ａ、並びに実施例１ｂ〜実施例８ｂ及び比較例１ｂ〜比較例３ｂの人工軽量骨材を得た。
上記で得られた生ペレット及び人工軽量骨材について評価を行った。評価方法は以下のとおりである。
【００２８】
上記で得られた生ペレット及び人工軽量骨材について評価を行った。評価方法は以下のとおりである。
【００２９】
（評価方法）
生ペレットについては、長さ１５ｍｍのものを上記ペレッターで作成し、レオメーターを用いて圧壊強度を測定した。その結果を表４及び表５に示した。なお、表４及び表５に於ける生ペレットの圧壊強度の値は、３０回の測定の平均値である。
【００３０】
人工軽量骨材については、比重を測定するとともに、万能圧壊強度試験機を用いて圧壊強度を測定した。その結果を表４及び表５に併せて示した。ここで、比重は比重瓶を用い、骨材を３００ｇ使用して測定した。また、表４及び表５に於ける人工軽量骨材の圧壊強度の値は、３０回の測定の平均値である。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
【表５】
0003551239.tif 000006
【００３３】
配合ａの生ペレットについては、表４に示すように、実施例１ａ〜実施例８ａの何れの生ペレットも圧壊強度が大きく、崩れ難いことが分かる。また、焼結して人工軽量骨材とした場合の圧壊強度も充分に大きく、これは、界面活性剤を配合したからであると考えられる。
【００３４】
一方、比較例１ａ〜比較例３ａの生ペレットについては、圧壊強度が小さく、崩れ易いことが分かる。また、焼結して人工軽量骨材とした場合の圧壊強度が小さく、実施例１ａ〜実施例８ａの人工軽量骨材に比べて劣っていることが分かる。
【００３５】
配合ｂの生ペレットについては、表５に示すように、実施例１ｂ〜実施例８ｂの何れの生ペレットも圧壊強度が大きく、崩れ難いことが分かる。また、焼結して人工軽量骨材とした場合の圧壊強度も充分に大きく、これは、界面活性剤を配合したからであると考えられる。
【００３６】
一方、比較例１ｂ〜比較例３ｂの生ペレットについては、圧壊強度が小さく、崩れ易いことが分かる。また、焼結して人工軽量骨材とした場合の圧壊強度が小さく、実施例１ｂ〜実施例８ｂの人工軽量骨材に比べて劣っていることが分かる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の人工軽量骨材の製造方法では、ベントナイトを必須成分とし、これに、（ａ）水溶性高分子、（ｂ）アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩並びにキレートを形成し得る化合物からなる群から選択される化合物、及び（ｃ）界面活性剤、から任意に１〜３成分を選択したものが添加されるので、骨材原料の均一な混合が行われ、十分な強度の生ペレットを得ることができる。また、焼結に際しては、粒子同士の融着が十分に行われ、得られる骨材の圧壊強度を充分に高めることができる。