(57)【要約】【課題】加熱によって改質された石炭灰の２８日活性度指数を、実際にモルタル供試体を作製して２８日間養生することなく、簡易かつ迅速に予測し評価することができる方法を提供する。【解決手段】予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って、改質石炭灰の品質の予測式を作成する予測式作成工程と、品質の評価の対象である改質石炭灰に関する、該改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、該改質石炭灰の強熱減量、及び該改質石炭灰のガラス化率の実測値と、予測式作成工程で作成した予測式を用いて、品質の評価の対象である改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る予測工程を含む改質石炭灰の品質評価方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を加熱して製造される改質石炭灰の品質評価方法であって、
上記品質評価方法で用いる予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って、改質石炭灰の品質の予測式を作成する予測式作成工程と、
品質の評価の対象である改質石炭灰に関する、該改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、該改質石炭灰の強熱減量、及び該改質石炭灰のガラス化率の実測値と、上記予測式作成工程で作成した予測式を用いて、品質の評価の対象である上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る予測工程を含むことを特徴とする改質石炭灰の品質評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の改質石炭灰の品質評価方法によって、上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得た後、上記予測値を評価して、上記改質石炭灰の製造条件を調整する調整工程と、
上記調整した製造条件を用いて、上記石炭灰を加熱して、上記改質石炭灰を得る加熱工程を含む改質石炭灰の製造方法。
【請求項３】
上記製造条件の調整が、上記石炭灰の加熱温度の調整及び上記石炭灰の塩基度の調整の中から選ばれる１種以上である請求項２に記載の改質石炭灰の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質石炭灰の品質評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭灰の品質は、原料となる石炭の種類や該石炭の燃焼条件等によって得られる石炭灰に含まれる未燃カーボンの量が異なる等の理由により、大きく変動する。このため、石炭灰の品質を一定のものにして石炭灰の用途を拡大する目的で、石炭灰の改質が行われている。
石炭灰の改質方法の一例として、石炭灰を、外熱キルン等を用いて加熱して、石炭灰に含まれる未燃カーボンを除去する方法が知られている。
石炭灰に含まれる未燃カーボンの除去等を行うことで、品質のばらつきの少ない人工骨材原料を調整する方法として、特許文献１には、石炭灰原粉を浮遊させた状態で大気中で４００〜１０００℃に加熱し、加熱後の石炭灰を分級し、６０μｍ以下の粒子を人工骨材原料とすることを特徴とする人工骨材原料の調整方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、石炭灰を含むセメントの強度発現性を、簡易かつ迅速に予測することができる方法として、石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測する予測工程を含むことを特徴とする、石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法が記載されている。
モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）
（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７４９０６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９０９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石炭灰の品質を評価するために各種指標が知られている。中でも、石炭灰の２８日活性度指数は、該指数を得るためにモルタル供試体を作製して２８日間養生する必要がある等、石炭灰の品質を評価するための指標として用いるには時間がかかるという問題があった。
本発明の目的は、加熱によって改質された石炭灰（本明細書中、「改質石炭灰」ともいう。）の２８日活性度指数を、実際にモルタル供試体を作製して２８日間養生することなく、簡易かつ迅速に予測し評価することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って予測式を作成した後、該予測式を用いて、品質の評価の対象である改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］  石炭灰を加熱して製造される改質石炭灰の品質評価方法であって、上記品質評価方法で用いる予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って、改質石炭灰の品質の予測式を作成する予測式作成工程と、品質の評価の対象である改質石炭灰に関する、該改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、該改質石炭灰の強熱減量、及び該改質石炭灰のガラス化率の実測値と、上記予測式作成工程で作成した予測式を用いて、品質の評価の対象である上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る予測工程を含むことを特徴とする改質石炭灰の品質評価方法。
［２］  前記［１］に記載の改質石炭灰の品質評価方法によって、上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得た後、上記予測値を評価して、上記改質石炭灰の製造条件を調整する調整工程と、上記調整した製造条件を用いて、上記石炭灰を加熱して、上記改質石炭灰を得る加熱工程を含む改質石炭灰の製造方法。
［３］  上記製造条件の調整が、上記石炭灰の加熱温度の調整及び上記石炭灰の塩基度の調整の中から選ばれる１種以上である前記［２］に記載の改質石炭灰の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の改質石炭灰の品質評価方法によれば、加熱によって改質された石炭灰の２８日活性度指数を、実際にモルタル供試体を作製して２８日間養生することなく、簡易かつ迅速に予測し評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１における、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の予測値と実測値の関係を示す図である。
【図２】比較例１における、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の予測値と実測値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の改質石炭灰の品質評価方法は、石炭灰を加熱して製造される改質石炭灰の品質評価方法であって、上記品質評価方法で用いる予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って、改質石炭灰の品質の予測式を作成する予測式作成工程と、品質の評価の対象である改質石炭灰に関する、該改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、該改質石炭灰の強熱減量、及び該改質石炭灰のガラス化率の実測値と、上記予測式作成工程で作成した予測式を用いて、品質の評価の対象である上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る予測工程を含むものである。
本発明において、品質評価の対象となる改質石炭灰とは、石炭灰に含まれる未燃カーボンを除去することを目的として、石炭灰を加熱して製造されるものである。石炭灰（加熱によって改質される前の石炭灰）の例としては、特に限定されるものではなく、フライアッシュ及びクリンカアッシュ等が挙げられる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【００１０】
［予測式作成工程］
本工程は、品質評価方法で用いる予測式を作成するための２種以上の改質石炭灰を用意して、これらの改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数とし、これらの改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、これらの改質石炭灰の強熱減量、及びこれらの改質石炭灰のガラス化率を独立変数として、重回帰分析を行って、改質石炭灰の品質の予測式を作成する工程である。
改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の強熱減量、及び改質石炭灰のガラス化率を独立変数とすることで、より高い精度で改質石炭灰の２８日活性度指数を予測しうる予測式を得ることができる。
重回帰分析に用いられる改質石炭灰の種類の数（換言すると、従属変数および独立変数からなるデータの組み合わせの個数）は、予測の精度をより向上する観点からは、好ましくは３個以上、より好ましくは４個以上、特に好ましくは５個以上である。また、改質石炭灰の２８日活性度指数を得るためのモルタル供試体の作製に要する労力を小さくする観点からは、好ましくは２０個以下、より好ましくは１８個以下、特に好ましくは１５個以下である。
【００１１】
改質石炭灰の２８日活性度指数は、「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１：２０１５（コンクリート用フライアッシュ）」に準拠して測定することができる。
改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度とは、石炭灰を改質して、改質石炭灰を製造する過程（石炭灰の改質時）における、改質石炭灰の原料である石炭灰の加熱温度を意味する。石炭灰の加熱温度は、石炭灰の品質（例えば、未燃カーボンの量）や加熱手段等によって、適宜定められるものであり、通常、４００℃以上、好ましくは５００〜１，２００℃である。
改質石炭灰の強熱減量は、例えば、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２：２０１５（セメントの化学分析方法）」に準拠して測定することができる。
改質石炭灰のガラス化率は、例えば、粉末Ｘ線回析に基づく検量線法または粉末Ｘ線回折に基づくプロファイルフィッティング法によって測定することができる。
【００１２】
［予測工程］
本工程は、品質の評価の対象である改質石炭灰に関する、該改質石炭灰の製造時の石炭灰の加熱温度、該改質石炭灰の強熱減量、及び該改質石炭灰のガラス化率の実測値と、上記予測式作成工程で作成した予測式を用いて、品質の評価の対象である上記改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得る工程である。
予測式を用いることで、実際にモルタル供試体を作製して２８日間養生することなく、改質石炭灰の２８日活性度指数を、高い精度の予測値として得ることができる。
すなわち、予測値の算出に用いられる、品質の評価の対象である改質石炭灰の強熱減量及びガラス化率の実測値は、改質石炭灰の２８日活性度指数の実測値と比較して、簡易かつ迅速に得ることができるため、本発明の改質石炭灰の品質評価方法によれば、改質石炭灰の２８日活性度指数を実測する場合に比べて、より簡易かつ迅速に、改質石炭灰の２８日活性度指数を、予測値として得ることができる。
得られた予測値を評価することで、改質石炭灰の品質を評価することができる。
【００１３】
上述した改質石炭灰の品質評価方法によって、改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得た後、該予測値を評価し、得られた評価結果に基づいて、所望の品質の改質石炭灰を得ることができるように改質石炭灰の製造条件を調整してもよい。
本発明の改質石炭灰の品質評価方法によれば、迅速に改質石炭灰の品質の評価を行うことができることから、評価結果を、改質石炭灰の製造に迅速に反映させることができる。
改質石炭灰の製造条件の調整の例としては、石炭灰の加熱温度の調整、石炭灰の塩基度の調整、石炭灰中のムライトの含有率の調整、及び石炭灰中のクォーツの含有率の調整等が挙げられる。これらは１種を単独で行ってもよく、２種以上を組み合わせて行ってもよい。
中でも、容易に調整を行うことができる観点から、石炭灰の加熱温度の調整及び石炭灰の塩基度の調整の中から選ばれる１種以上の調整を行うことが好ましい。
なお、石炭灰の塩基度の調整は、石炭灰に炭酸カリウム等の添加材を混合することで行なうことができる。
また、改質石炭灰の製造条件の調整を行った後、調整後の製造条件によって製造された改質石炭灰について、さらに、本発明の品質評価方法を用いて改質石炭灰の評価を行った後、得られた評価結果に基づいて改質石炭灰の製造条件を調整することを、所望の品質の改質石炭灰を得ることができるまで繰り返してもよい。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
石炭灰を用いて、φ３０ｍｍ×高さ１５ｍｍのペレットを作製し、電気炉を用いて表１に示す加熱温度で加熱を行って、改質石炭灰１〜２、５〜７を得た。
また、石炭灰に、改質石炭灰の塩基度が表１に示す数値となる量の炭酸カリウム（試薬）を添加し混合した後、得られた混合物を用いてペレットを作製する以外は、改質石炭灰１と同様にして、改質石炭灰３〜４、８を得た。
石炭灰及び改質石炭灰１〜８の、強熱減量（ｉｇ．ｌｏｓｓ）、ガラス化率、塩基度、ムライトの含有率、クォーツ（石英）の含有率、及び２８日活性度指数を、以下の方法を用いて求めた。結果を表１に示す。
（１）強熱減量
電気炉を用いて、９５０℃で加熱を行い、加熱前の質量と加熱後の質量を測定し、以下の式を用いて強熱減量を算出した。
強熱減量（％）＝（加熱前の質量（ｇ）−加熱後の質量（ｇ））／加熱前の質量（ｇ）
（２）ガラス化率、ムライトの含有率、クォーツ（石英）の含有率
ＸＲＤ／リートベルト法を用いてガラス化率、ムライトの含有率、及びクォーツ（石英）の含有率を測定した。
（３）塩基度
石炭灰または改質石炭灰中の、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＳｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３の含有率（質量％）を、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２：２０１５（セメントの化学分析方法）」に準拠して測定した後、下記式を用いて、石炭灰または改質石炭灰の塩基度を算出した。
塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）
（４）２８日活性度指数
「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１：２０１５（コンクリート用フライアッシュ）」に準拠して測定した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
［実施例１］
改質石炭灰１〜５について、原料である石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の強熱減量、及び改質石炭灰のガラス化率を独立変数とし、改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数として、改質石炭灰の２８日活性度指数を予測するための予測式として、下記重回帰式（決定係数Ｒ２＝０．８４）を得た。
改質石炭灰の２８日活性度指数＝−０．０２×石炭灰の加熱温度−６．９８×改質石炭灰の強熱減量＋０．８１×改質石炭灰のガラス化率＋３８．２
改質石炭灰６〜８の各々について、得られた重回帰式に、石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の強熱減量、及び改質石炭灰のガラス化率の実測値を代入することで、改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得た。また、改質石炭灰１〜５の各々についても、同様にして予測値を得た。
改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の実測値と予測値、及び、これら実測値と予測値の平均二乗誤差を表２に示す。
また、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の実測値と予測値の関係を、図１に示す。図１中の直線は、式：ｙ（予測値）＝０．８３８４ｘ（実測値）＋１１．１２９を表す。
【００１７】
［比較例１］
改質石炭灰１〜５について、原料である石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の塩基度、及び改質石炭灰のガラス化率を独立変数とし、改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数として、改質石炭灰の２８日活性度指数を予測するための予測式である、下記重回帰式（決定係数Ｒ２＝０．５０）を得た。
改質石炭灰の２８日活性度指数＝−０．００４６１×石炭灰の加熱温度−１３７×改質石炭灰の塩基度＋０．９３１×改質石炭灰のガラス化率＋２９．１
改質石炭灰６〜８の各々について、得られた重回帰式に、石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の塩基度、及び改質石炭灰のガラス化率の実測値を代入することで、改質石炭灰の２８日活性度指数の予測値を得た。また、改質石炭灰１〜５の各々についても、同様にして予測値を得た。
改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の実測値と予測値、及び、これら実測値と予測値の平均二乗誤差を表２に示す。
また、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の実測値と予測値の関係を、図２に示す。図２中の直線は、式：ｙ（予測値）＝０．４９５８ｘ（実測値）＋３４．７３７を表す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
実施例１において得られた予測式の決定係数（Ｒ２＝０．８４）は、比較例１において得られた予測式の決定係数（決定係数Ｒ２＝０．５０）よりも大きい数値であることがわかる。
また、表２から、実施例１における改質石炭灰の２８日活性度指数の実測値と予測値の平均二乗誤差（０．７０）は、比較例１における改質石炭灰の２８日活性度指数の実測値と予測値の平均二乗誤差（１７．６２）よりも小さい数値であることがわかる。
さらに、図１に示す関係式（実施例１で得られた、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の予測値と実測値との関係を示す式）の決定係数（Ｒ２＝０．８３８４）は、図２に示す関係式（比較例１で得られた、改質石炭灰１〜８の２８日活性度指数の予測値と実測値との関係を示す式）の決定係数（Ｒ２＝０．４９５８）よりも大きい数値であることがわかる。
これらのことから、実施例１の予測式（石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の強熱減量、及び改質石炭灰のガラス化率を独立変数とし、改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数として得られた予測式）は、比較例１の予測式（石炭灰の加熱温度、改質石炭灰の塩基度、及び改質石炭灰のガラス化率を独立変数とし、改質石炭灰の２８日活性度指数を従属変数として得られた予測式）と比較して、より高い精度で改質石炭灰の２８日活性度指数を予測しうることがわかる。
【図１】
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【図２】
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