(57)【要約】本発明は、焼結されたフライアッシュを含有するマトリクスを有する造形物品を形成する方法を提供する。本方法は、フライアッシュを水と混ぜ合わせて、フライアッシュの軟塊を生じさせる工程を包含する。水は、フライアッシュによって吸着され、かつ、少なくとも部分的に流体の状態にあるように軟塊が遊離の水を含む程に過剰に加えられる。本方法はまた、フライアッシュの軟塊から未乾燥物品を所望の形状に形成する工程と、未乾燥物品を形成する間および／またはその後にフライアッシュの軟塊から少なくとも一部の遊離水を除去する工程とを包含する。未乾燥物品は、続いて、フライアッシュマトリクスを焼結させることによって造形物品が硬化されるように焼成される。本発明はまた、焼結されたフライアッシュのマトリクスを有する建築要素を提供する。
2007507403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結されたフライアッシュを含有するマトリクスを有する造形物品を形成する方法であって、
フライアッシュを水と混ぜ合わせて、フライアッシュの軟塊を生じさせ、ここで、水は、フライアッシュによって吸着され、かつ、少なくとも部分的に流体の状態にあるように該軟塊が遊離の水を含む程に過剰に加えられる、工程と、
フライアッシュの軟塊から所望の形状に未乾燥物品を形成する工程と、
未乾燥物品を形成する間および／またはその後にフライアッシュの軟塊から少なくとも一部の遊離の水を除去する工程と、
続いて、フライアッシュマトリクスの焼結により造形物品が硬化されるように未乾燥物品を焼成する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
フライアッシュの軟塊を生じさせるためにフライアッシュおよび水に可塑剤が混ぜ合わせられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
焼成させる前に未乾燥物品を硬化させる工程をさらに包含し、硬化の間、水がフライアッシュと反応して、少なくとも部分的に該物品が凝固させられる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
未乾燥物品を硬化させる間、遊離水の少なくとも一部がフライアッシュの軟塊から除去される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
未乾燥物品は、硬化の間、緩和な低い加熱条件に付される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
未乾燥物品は、３０〜８０℃の温度で加熱に付される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
物品は、５５〜６５℃の温度で加熱に付される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
未乾燥物品は、硬化の間、高湿度にされる、請求項３〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
湿度は、２０〜６０％の相対湿度である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
湿度は、３５〜４５％の相対湿度である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
フライアッシュの軟塊から少なくとも一部の遊離水を除去した後、軟塊中の含水量は、１〜５％である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
フライアッシュの軟塊から少なくとも一部の遊離水を除去した後、軟塊中の含水量は、２〜４％である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
硬化時間は、１２時間〜５日である、請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
硬化時間は、１〜３日である、請求項３に記載の方法。
【請求項１５】
焼成温度は、１０００〜１３００℃である、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
焼成温度は、１１００〜１２５０℃である、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
焼成の継続時間は、３０分〜６時間である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
焼成の継続時間は、１〜４時間である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
未乾燥物品は建築レンガであり、焼成温度は、１１００〜１２５０℃である、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
焼結されたフライアッシュのマトリクスを有し、かつ、３０ＭＰａを超える圧縮強度、５ＭＰａを超える破壊係数、０．２〜５ｋｇ／ｍ２／分の初期吸着速度（ＩＲＡ）および５〜２０％の吸着容量を有する建築部材。
【請求項２１】
建築部材は建築レンガである、請求項２０に記載の建築部材。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法によって製造された場合の請求項２０または２１に記載の建築部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、フライアッシュから形成された造形物品（shaped article）およびこのような物品を形成する方法に関する。本発明は、特に（但し排他的な意味ではない）、構造物部材の製造のために開発され、本発明は、そのような関連においてここに記載される。しかしながら、本発明がより広い適用を有しており、広大な範囲の構造物および非構造物の両方の物品の製造のために用いられ得ることが理解されるべきである。
【背景技術】
【０００２】
フライアッシュは、石炭専焼火力発電所での石炭の燃焼からの副生成物である。フライアッシュは豊富に作られ、典型的には、処理上問題となる重金属（例えばカドミウム、クロム、亜鉛および鉛）を含む。フライアッシュの環境への影響を最小にする試みにおいて、フライアッシュの処理を助成し、かつ一定の経済的な見返りを得るようにフライアッシュの種々の使用が企図された。
【０００３】
一つのこのような用途は、構造物の部材としてフライアッシュを含有するレンガの製造において存在する。これらのレンガは、通常、粘土と混ぜ合わされたフライアッシュを含み、燃焼硬化される。これらのレンガにはフライアッシュのための用途が見出されるが、それらは、現実的な構造建築部材とはみなされていない。特に、フライアッシュを含有するレンガを製造する際には、既存のレンガに比較して費用がかかる、一定した品質にする、および構造物の特性の範囲にわたり適切に実行するという点で困難な問題点に遭遇する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様において、本発明は、焼結フライアッシュを含有するマトリクスを有する造形物品を形成する方法であって、
フライアッシュを水と混ぜ合わせて、フライアッシュの軟塊を生じさせ、ここで、水は、フライアッシュに吸収され、かつ、軟塊が少なくとも部分的に流体の状態であるような遊離の水を含む程に過剰に加えられる、工程と、
フライアッシュの軟塊から未乾燥物品を所望の形状に形成する工程と、
未乾燥物品の形成の間および／またはその後にフライアッシュの軟塊から少なくとも一部の遊離水を除去する工程と、
続いて、フライアッシュのマトリクスを焼結させることによって造形物品が硬化させられるように未乾燥物品を焼成する工程と
を包含する方法を提供する。
【０００５】
特定の実施形態において、可塑剤（plasticiser）がフライアッシュおよび水と混ぜ合わせられる。可塑剤を用いる利点は、軟塊を、少なくとも部分的に流動的である加工可能な状態にするために必要とされる遊離の水の量を低減させることにある。言い換えると、このことは、物品における所望の特性を達成するためにその後に取り除かれることを必要とするかもしれない水の量を減少させ、これによって、物品のより効率的な処理を可能にし、さらに、その製造の間の物品の形状および大きさにわたりより良好な制御を可能にする。
【０００６】
上記形態による方法は、商業的なスケールでの物品の製造に理想的に適している。一つの形態では、方法は、単に３成分、すなわち、フライアッシュ、水および可塑剤を用いるだけである。フライアッシュは副生成物であるので、それは安価であり、かつ、容易に入手することのできる構成要素である。さらに、本方法は、赤レンガ製造に類似する製造ラインの様式で用いられ得る。軟塊が十分な寸法安定性を示せば、軟塊中の含水量を制御することによって、本物品は鋳型を必要とせずに当初から造形され得る。また、本物品の性質は、未乾燥物品の含水量および焼成温度および継続時間を制御することによって容易に制御され得る。これらのパラメータのそれぞれは製造中に制御され得、これにより、一定した品質の物品が製造され得る。
【０００７】
必要であれば他の添加物が混合物に組み込まれてもよいことが理解されるべきである。例えば、ある程度所定の着色を物品に付与するように色素が組み込まれてもよい。また、混合物あるいは結果として生じる未乾燥物品の性質を向上させるようにさらなる添加物が組み込まれてもよい。例えば、多量のカルボキシメチルセルロース（carboxymethyl cellulose：ＣＭＣ）が、過剰な水を必要とすることなく混合物をゲル化するように微量に組み込まれてもよい。このような添加物はまた、硬化期間が長期にわたる場合での潜在的な収縮および割れから軟塊を保護する。ＣＭＣの添加に対する同様の効果はまた、塩化カルシウム溶液の微量の添加から得られてもよい。
【０００８】
本発明の方法は、レンガ等の構造要素の製造のための特定の適用を有する。本発明者らは、焼結フライアッシュから単独または少なくともそれを主成分として形成されるレンガが、従来の赤レンガより高い圧縮強度および破壊係数（modulus of rupture）を有することを見出した。また、未乾燥物品中の含水量および焼成温度および継続時間を制御することによって、フライアッシュマトリクスの構造およびその表面特性を制御することが可能である。言い換えると、これにより、物品の初期吸着速度および吸着容量（両方とも、特にレンガの製造において重要な性質である）が制御され得る。さらに、遊離水を減少させることにより、未乾燥物品を焼成させた場合の破裂（bursting）の危険が減少し、このため、内部的および外部的な割れが可及的に除かれたより一定した焼結方法が提供される。
【０００９】
本方法の特定の実施形態では、未乾燥物品は、焼成される前に硬化される。硬化の間、水がフライアッシュと反応して物品を凝固させる。
【００１０】
この硬化プロセスの間の未乾燥物品の凝固は、いくつかの異なる反応に寄与可能であってよい。本発明を理論に拘束することはしないが、本発明者らは、フライアッシュがマトリクスの中で唯一のセメント質材料である場合に、所定の迅速な凝固を与え得る唯一の化合物は酸化カルシウムであると考えている。この化合物は、少量でクラスＦのフライアッシュに、遙かに大量でクラスＣのフライアッシュに利用可能である。水と酸化カルシウムとの間の反応により、物品が凝固するのにある程度の寄与を果たす水酸化カルシウムが形成される。続いて、フライアッシュ中の主たる酸化物、主としてシリカおよびアルミナが水酸化カルシウムと反応するポゾラン反応が起こり、水酸化物よりも遙かに硬質でよりセメント性の材料を形成する。結果として生じる材料は、複雑な結晶および非晶質の生成物の混合物であり、それらの格子分子の中に酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウムおよび水を含んでいる。
【００１１】
特定の実施形態では、遊離水は、未乾燥物品が硬化される間に、マトリクスから低減させられる。好ましい態様において、この硬化プロセスの間、未乾燥物品は、低い緩和な加熱に付される。この調節の利点は、穏やかな加熱が、マトリクスの過度の割れを引き起こすことなく遊離水を低減させ得ることにある。また、ゆっくりした水の抜き出しは、フライアッシュ中のセメント質の材料を水和させることによって、かつプラゾン反応の下で、ある程度の水がフライアッシュと反応するための時間をさらに与える。特定の実施形態では、未乾燥物品中の水分含有量は、硬化の間に、１〜５％、より好ましくは２〜４％に低減させられる。
【００１２】
一つの態様において、未乾燥物品は、高湿度の下に加熱される。この調節の利点は、物品の全体にわたってより均一に未乾燥物品の凝固を促進し得ることにある。
【００１３】
この硬化プロセスは、すでに軟塊中にある遊離水を消費し、自己乾燥を埋め合わせるためにある程度の追加の水を必要とするかもしれない。好ましい態様では、追加の水は、湿気のある空気から引き出され得る。
【００１４】
上記態様によるプロセスにおいて、２つの別個の反応（第一に、水酸化カルシウムの形成を通して最初の凝固物を得ることにより、第二に、プラゾン反応を通してさらなる凝固物を得ることによる）の使用がなされる。本方法がこれらの反応の前者にのみ依存する場合、フライアッシュ中の酸化カルシウムの量が制限されることに起因して焼成前の未乾燥物品の凝固は制限される。未乾燥物品を凝固させることの利点は、その取り扱いの性能を向上させること、焼成中のその寸法安定性にあり、その両方は、造形物品の商用製造において重要である。
【００１５】
好ましい態様において、未乾燥物品は、３０〜８０℃、より好ましくは５５〜６５℃の温度で硬化される。
【００１６】
好ましい態様において、未乾燥物品は、２０〜６０％相対湿度、より好ましくは３５〜４５％相対湿度の下に置かれる。
【００１７】
硬化は、好ましくは、穏やかなまたは適度な加熱および高い湿度の下に行われるので、硬化時間を延長しても未乾燥物品のマトリクスが割れを引き起こす可能性がない時には硬化の継続期間はかなり変動してよい。典型的には、レンガのために、硬化時間は、１２時間〜５日程度、より好ましくは１〜３日であろう。水を除去し、未乾燥物品を凝固させるために硬化は重要であるが、製造プロセス時間を最小にするために硬化時間を低減させることが望ましい。一つの形態では、本発明者らは、硬化のためには２日で十分であることを見出した。
【００１８】
好ましい態様では、全てではないにしても大部分の遊離水が除去された後に、未乾燥物品の焼成が行われる。このようにして、焼成された物品の多孔性がより良好に制御され得る。焼成プロセスが、マトリクス中の水の蒸発の結果としての割れまたは破裂を発生させないからである。
【００１９】
上記のように、焼成前の未乾燥物品中に残留する水分含有量は、１〜５％、より好ましくは２〜４％である。
【００２０】
典型的には、物品中に残留する水分は２つの構成要素から構成される。第一のものは、水和反応に入ってきて、ケイ酸カルシウムおよびケイ酸アルミニウム水和複合体の固体生成物を生じさせる水分である。第二の構成要素は、内部の孔内の水分として捕捉されたものである。第一の構成要素は、取り扱い中にレンガを砕くことに抵抗し、焼成中に漏出ガスの内部圧に抵抗する。第二の構成要素は、レンガ構造中に残留する主たる多孔性源である
他の技術、例えば軟塊または未乾燥物品の押圧等が、水の含有量を低減させるために熱および湿度の制御された環境に物品を置く代わりにまたはこれと共に用いられてもよい。
【００２１】
上記に示されるように、本発明者らは、焼成された物品の吸着特性が焼成の温度および継続時間によって、特に、遊離の水が未乾燥物品から実質的に取り除かれる場合に調節され得ることを見出した。
【００２２】
造形物品がレンガである場合の調節において、焼成温度は、好ましくは１０００〜１３００℃、より好ましくは１１００〜１２５０℃であり、焼成の継続時間は、好ましくは３０分〜６時間、より好ましくは１〜４時間である。この範囲で焼成されたレンガの焼結されたフライアッシュのマトリクスは、ガラス状ではなく、初期吸着速度および吸着容量の両方の点において優れた吸着特性を示す。
【００２３】
さらなる局面において、本発明は、焼結されたフライアッシュのマトリクスを有し、３０ＭＰａを超える圧縮強度を有し、５ＭＰａを超える破壊係数を有し、初期吸着速度（initial rate of absorption：ＩＲＡ）が０．２〜５ｋｇ／ｍ２／分であり、吸着容量が５〜２０％である建築部材に関する。
【００２４】
これらの特性を伴って形成された建築部材は、従来の赤レンガに対する直接的な交換品として理想的に適している。それらは、特に応力において従来の赤レンガより強く、それらの吸着特性に起因してモルタルとよく結合することが可能である。部材の強度は焼結されたフライアッシュのマトリクスに起因する一方で、吸着特性は、部材の多孔性およびそれらの表面特性に起因する。このように、本発明のこの態様による建築部材は、多孔性および表面特性が制御され得る本発明の前述の態様によって製造されることに理想的に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付図面を参照しながら本発明の実施形態を以降において記載することが便利である。図面および関連する記載の特殊性が前述の本発明の広い記載に取って代わらないように理解されるべきであることは言うまでもない。
【００２６】
まず、図１を参照すると、フライアッシュのレンガ（１０）が開示される。フライアッシュ（１０）は、マトリクス（１１）を組み込んでおり、これは、焼結されたフライアッシュ（１２）から作られる。焼結されたフライアッシュ（１２）は、その全体にわたって分散された空洞（１３）を有する。焼結されたフライアッシュの構造および空洞の構成および分散が、レンガ（１０）の構造上の強度およびその吸着容量（初期吸着速度および全体の吸着容量の両方）を規定する。
【００２７】
一般に、空洞（１３）は、マトリクス全体にわたって分散されており、主に、小さい相互に連結された空洞（１４）とより大きい孤立した空洞（１５）とを含んでいる。小空洞（１４）は、レンガ（１０）を多孔性にし、水を吸着することが可能であるようにする。これらの小空洞（１４）は、大きくは、フライアッシュの充填密度およびレンガの製造に引き受けられたフライアッシュの軟塊の緻密度（degree of compaction）を機能とする。同等に重要なことに、これらの空洞は、焼成温度および継続時間によって制御される焼結プロセスの効率性を機能とする。小空洞（１４）はまた、軟塊製造に用いられる可塑剤に部分的に起因する。可塑剤を包含させれば、フライアッシュの軟塊を混ぜ合わせるために必要とされる水の量が低減しつつ、加工性の容易性を可能にする。可塑剤の分散剤効果により、水が液滴の形態で保持され、フライアッシュ粒子がそれら上に広がることを可能にし、溶媒留去および／または自己乾燥により乾燥させられた場合に、液滴は気泡としてそれらの痕跡を残す。
【００２８】
フライアッシュの粒子の粒子径は、典型的には、１〜１５０μｍである。典型的には、６６％超のフライアッシュ粒子の直径は４５μｍ未満である。平均直径は２〜１０μｍであり、アッシュの反応性は、粒子径が小さくなる程高まる。フライアッシュを分粒することによって充填密度が調節されてもよいが、本発明者らは、下記に詳述されるように、強度および吸着容量の必要とされる特性を与えるためにこのようなふるい分けが必要とされないことを見出した。これは、フライアッシュの前処理が必要とされないという明確な利点を有する。フライアッシュは、供給源（典型的には発電所）から集められ、レンガ製造プロセスにおける構成要素として直接的に使用され得る。
【００２９】
図１のレンガにおいて用いられるフライアッシュは、クラスＦである。クラスＦのフライアッシュは、瀝青炭から製造され、主として珪藻土性（silicious）である。ＡＳＴＭ分類によると、クラスＦのフライアッシュは、全体的に少なくとも７０％の化合物を、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化鉄として含有する。別のタイプのフライアッシュは、クラスＣのフライアッシュとして知られる。これは、亜瀝青炭および亜炭（lignite coal）から誘導される。クラスCのフライアッシュは、酸化カルシウムを豊富に含む。クラスFのフライアッシュにおける酸化カルシウム含有量は、典型的には２〜４％であり、一般的には１０％未満であり、クラスCのフライアッシュにおける酸化カルシウム含有量は、典型的には１０〜２０％であり、２６％の高さ程度であり得る。本発明者らは、瀝青質のクラスFのフライアッシュを用いたが、本発明がこのタイプに制限されず、同様にタイプCのフライアッシュに適用可能であることが理解されるべきである。さらに、クラスCのフライアッシュ中に存在する高含有量の酸化カルシウムが凝固を促進するように機能し、硬化時間を低減させ、それ故に、取り扱いおよび焼成プロセスを進行させるために必要とされる時間を低減させる
大空洞（１５）が、主として、レンガが形成される時にマトリクス中に捕捉された空気から形成される。これらの空洞（１５）は、部分的には、製造プロセス、特にフライアッシュと水とを最初に混合して軟塊を形成する工程およびこの軟塊の緻密化工程を機能とする。可塑剤も、分散および疎水効果により乾燥させられた生成物中に大空洞が形成されることに寄与し得る。
【００３０】
理想的には、マトリクス（１１）は、マトリクスを弱めるので過剰量の大空洞（１５）を含まない。しかしながら、これらの大空洞は、焼成の間の可能性のある圧力増大を緩和するよう機能し、かつ、凍結および解凍が生じた場合に所々で完成品中に起こり得る応力を緩和するよう機能するので、レンガの性質に寄与し得る。レンガ（１０）が実験室条件の下に製造された場合に、大空洞（１５）の存在を制御することに関して若干の制限があった。フライアッシュのマトリクスの形成がより良好に制御され得る商業手順の下で大空洞の発生がより良好に制御されるであろうことが予想される。
【００３１】
図１の写真に例示されるように、周縁部（peripheral edge）（１７）に隣接するレンガの外側の端部（outer margin）（１６）は、依然として多孔性である。レンガ（１０）は、レンガを焼成する際に形成される皮膜（skin）（１８）を組み込んでいるが、それはつややかではなく、依然として、小空洞（１４）を組み込んでいる。このように、皮膜は、レンガ（１０）への水の浸透に対するバリヤーを形成しない。
【００３２】
また、レンガの強度を相当低減させ、レンガの一貫性のない吸水を促進する、レンガのマトリクスを通って延びる大きなひびまたは亀裂がない。
【００３３】
レンガのマトリクス（１１）の構造は、レンガ（１０）を、以下により詳細に説明されるように従来の赤レンガに対する代替として理想的に適したものにする一貫した強度および吸水特性を提供する。
【００３４】
図２は、レンガ（１０）を製造する方法（２０）を図式的に表すフローチャートである。第一工程（２１）では、レンガの構成要素が適切な量で提供される。構成要素は、フライアッシュ、水および可塑剤を含む。
【００３５】
フライアッシュは計量され、適切なコンクリートミキサまたは類似手段に置かれる。次いで、全量の水の約７０％が加えられ、軟塊の混合物が混ぜ合わされ、３分間にわたり回転させられた。フライアッシュに対する水の全量は、水２６リットルに対してフライアッシュ１００ｋｇであった。この実験において用いられるフライアッシュは、ＡＳＴＭ標準に合致するクラスＦのフライアッシュであった。これは、石炭を用いる発電所から大量に入手可能である。しかしながら、その土地の品質基準に合致するべきではあるが、特定のフライアッシュを使用する必要性がないことは言うまでもない。
【００３６】
次いで、可塑剤（この例では流動化剤）が加えられ、さらなる３分の期間にわたり混合が続けられた。流動化剤が用いられたのは、フライアッシュ・スラリーまたは軟塊の加工性能を促進するためである。流動化剤は、Ｈａｎｄｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製の商品名ＤＩＳＡＬの下で市販されるポリナフタレンスルホン酸の純粋なナトリウム塩であった。しかしながら、特定の可塑剤の使用が必要でないことは明らかであろう。最小量の水により一貫した加工性を達成することのみが重要であり、適切な可塑剤の使用は、用量が使用される特定の流動化剤に関連するならば十分であるべきである。この場合（ＤＩＳＡＬが流動化剤である）、用量は、フライアッシュ１００ｋｇ当たり２００ｍｌの割合である。
【００３７】
次いで、混合が終了した時に、残りの水が加えられ、さらなる３分間にわたり混合が継続して行われた。
【００３８】
軟塊を形成するための構成要素の混合は工程（２２）で行われる。その時、空洞（１３）（特に大空洞（１４））を制限するために軟塊は緻密化されてもよい。緻密化は、あらゆる適切な技術によってなされてよく、本発明者らによって行われた実験では、フライアッシュの軟塊は、トレイに置かれ、そして、コンクリート打込みに類似する方法で、振動台上で緻密化または振動させられた。緻密化または圧縮は、軟塊混合物が流れ始めた時に停止させられた。しかしながら、製造環境において、フライアッシュの軟塊は、典型的には、軟塊の緻密化をもたらす圧力下に混合され、かつ、押し出される。
【００３９】
工程（２３）で、未処理レンガが形成される。実施された実験において、軟塊は、カッターモールドを用いこれを軟塊に圧入することによって未処理レンガに切り出された。次いで、これらのレンガは、トレイから取り出された。（軟塊が押し出される）商業スケールの操作では、コンベヤーベルト上に軟塊が給送され、ワイヤーカッターによって切り出される赤レンガ製造のために採用される方法でレンガは製造される。
【００４０】
工程（２４）で、個々の未乾燥物品が、５８℃および相対湿度３７％で４８時間の期間にわたり硬化チャンバーに置かれることによって硬化される。前述のように、硬化プロセスは、未乾燥物品を凝固させ、さらに、フライアッシュのマトリクスから大部分の水を抜き出すように設計される。
【００４１】
図５は、硬化中の未処理のフライアッシュのレンガの含水量のグラフである。このグラフは、混合時から焼成時まで、典型的には、硬化後２４〜７２時間の含水量を示す。硬化条件下に、４８時間後に含水量が約３．５％で安定化しているのが明白である。水分の主要な損失は、最初の２４時間以内に起こる。この期間は、凝固を促進させ、不必要な水分を追い出すために最も重大である。２日間を越えると、残りの水分は、２つの構成要素から成り立つ。第一のものは、水和反応に入ってきて、ケイ酸カルシウムおよびケイ酸アルミニウム水和物複合体の固体生成物を生じさせる水分である。第二の部分は、内部孔内の水分として捕捉されるものである。第一の構成要素は、取り扱い中のレンガの崩壊に抵抗するためおよび焼成中の漏出ガスの内部圧力に持ちこたえるために必要である。第二の構成要素は、レンガ構造中に残存する多孔性の主要な供給源である。
【００４２】
次いで、硬化されたレンガは、フライアッシュのマトリクスを焼結させるために工程（２５）で焼成される。本実験では、硬化された物品は、キルン中に置かれ、１２００℃に昇温させられ、レンガは、３．５時間にわたり焼成された。
【００４３】
本方法の最後の工程で、焼結されたフライアッシュのレンガは、次いで、工程（２６）に表されるように、室温に冷却されてよい。
【００４４】
フライアッシュのレンガの種々の特性が試験され、下記表１は、一般の赤レンガと比較したフライアッシュのレンガの特性を表す。
【００４５】
【表１】
2007507403.tif 000003
【００４６】
上記特性を測定するために行われた試験は、以下の通りである。
【００４７】
（圧縮強度）
オーストラリア／ニュージーランド基準ＡＳ／ＮＺＳ  ４４５６．４：１９９７，方法４に従って行われた。石造建築単位（Masonry Units）の圧縮強度を測定した。
【００４８】
（破壊係数）
２回行い、１回目は、オーストラリア／ニュージーランド標準ＡＳ／ＮＺＳ  ４４５６．１５：１９９７，方法１５に従った。横方向破壊係数（Lateral Modulus of Rupture）を測定し、２回目は単位レンガについて行った。これが行われた理由は、標準法が水平方向に３個のレンガを結合するによって梁を形成することを必要とするからである。用いられた接着剤は、Ｅｐｉｒｅｚ（エポキシモルタルバインダ）であった。この方法は、通常の赤レンガにより非常によく機能した。応力において接着剤が赤レンガより強く、破壊線（failure line）がレンガを通るからである。本発明のフライアッシュのレンガの場合、破壊は、７．２ＭＰａで接着剤の線を通じて起こった。これは、レンガがそれより強く、７．２ＭＰａが接着剤の強さであることを意味する。それゆえに、試験が、接着剤を含まない単一のレンガについて再度行われた。結果は、フライアッシュのレンガによる破壊係数の値が７．２の値より高く、事実１０．３ＭＰａであることを確認した。
【００４９】
（初期吸着速度）
オーストラリア／ニュージーランド標準ＡＳ／ＮＺＳ  ４４５６．１７：１９９７，方法１７に従って行われた。初期吸着速度（吸入）を測定した。
【００５０】
（吸着容量）
オーストラリア／ニュージーランド標準ＡＳ／ＮＺＳ  ４４５６．１４：１９９７，方法１４に従って行われた。吸水特性を測定した。
【００５１】
（平均密度）
オーストラリア／ニュージーランド標準ＡＳ／ＮＺＳ  ４４５６．８：１９９７  方法８に従って行われた。含水量および乾燥密度を測定した。
【００５２】
したがって、上記表から、従来の赤レンガと比較してフライアッシュのレンガ（１０）が優れた特性を示すことは明らかである。
【００５３】
建築レンガの２つの重要な特性は、初期吸着速度（ＩＲＡ）および吸着容量である。これら２つの特性は、レンガにとって特に重要である。ＩＲＡは、レンガを敷設し、モルタルと結合させるために非常に重要である。ＩＲＡが高いと、結果として、モルタルをあまりにも迅速に乾燥させ、このため、モルタルを弱め、レンガへのその付着を低減させることになる。他方、ＩＲＡがあまりに低いと、モルタルに隣接するレンガの表面が、過剰の水を吸着せず、結果的に、モルタルの層を非常に弱くし、レンガの表面割れ目および孔に十分に浸透されない。全吸着容量の特性も、レンガの性能にとって非常に重要である。吸着が非常に高いと、結果として、容積変化に対して脆弱になり、建築物にレンガの割れおよび構造的損傷をもたらす。孔内部の水が凍結および解凍する場合には、それはまた割れに到る。しかしながら、あまりに吸着容量が低いのも望まれない。雨水は、レンガによって部分的に吸収されるよりはむしろ、非常に急速にジョイントに向かって流出する傾向があり、建築物へのその通り道を見出し、並びに、耐久力を低減させるかもしれないからである。
【００５４】
本発明者らによってさらなる試験が、焼成温度の全体の吸着容量および初期吸着速度への効果について行われた。これらの試験は、上記手順に従って製造された未処理レンガを用いて行われた。唯一に相違は、用いられた焼成温度である。これらの試験の結果が、図３および４に例示される。
【００５５】
図３および４から明瞭に明らかなことは、焼成の温度は、焼結されたフライアッシュおよびレンガの吸着特性に大きな効果を有するということである。さらに、上記結果から分かるように、温度範囲を１１００〜１２５０℃に維持することによって、従来の赤レンガと矛盾しない優れた吸着特性を得ることが可能である。
【００５６】
図６および７は、異なる温度で焼成した場合のフライアッシュのレンガのマトリクスの顕微鏡写真である。図６は、１２００℃の焼成温度を有し、これに対して、図７は、１０４０℃の温度で焼成した場合のレンガのマトリクスである。図６の顕微鏡写真では、レンガのマトリクスは、マトリクス構造の全体にわたってより微細でより一貫した孔を示す。フライアッシュは、ガラス化（glassify）されることなく実質的に焼結されている。対照的に、（１０４０℃でレンガが焼成された）図７に開示されたマトリクスでは、フライアッシュは、十分には焼結されておらず、これにより、多孔性の過剰およびその構造強度の減少に至っている。
【００５７】
したがって、本発明は、商業スケールで製造され得、強度および吸着容量の両方において優れた特性を示し、物品を、従来の赤レンガの代替として理想的に適したものにする、フライアッシュから物品を製造する方法を提供する。
【００５８】
明示された言語および必要な意味あいに起因して別の理由で前後関係が必要である場合を除き、請求の範囲および前述の本発明の記載において、言葉「包含する（comprising）」は、包含的な意味で用いられる、すなわち、述べられた特徴は、本発明の種々の実施形態におけるさらなる特徴と関係してもよい。
【００５９】
変形および／または改変は、本発明の意図または環境から逸脱することなく、すでに記載された部分になされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、焼結されたフライアッシュマトリクスを有するレンガの断面の写真である。
【図２】図２は、フライアッシュのレンガを製造する際の工程を例示するフローチャートである。
【図３】図３は、焼成温度の関数としてのフライアッシュのレンガの吸着容量のグラフである。
【図４】図４は、焼成温度の関数としてのフライアッシュのレンガの初期吸着速度のグラフである。
【図５】図５は、硬化時間の関数としてのレンガの水分含有量のグラフである。
【図６】図６は、１２００℃の温度で焼成された場合のフライアッシュのレンガのマトリクスの顕微鏡写真である。
【図７】図７は、１０４０℃の温度で焼成された場合のフライアッシュのレンガのマトリクスの顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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