(57)【要約】【課題】従来と同程度の嵩比重で、押圧力に対して圧潰・粉砕され難く、擦削され難く微粉が生じ難い発泡パーライトの提供。【解決手段】安心院産黒曜石原石を粉砕生成される黒曜石粒体を加熱発泡させてなる発泡パーライトである。嵩比重０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、かつＮｅｘｃｏ規格ＪＨＳ−１０９に準拠の破砕率試験による圧縮沈下率が、粒度１〜３ｍｍに対して積荷荷重６０〜１００ｋＮ／ｍ２において１．５％以上２．５％以下、粒度３〜５ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において３．５％以上７．０％以下、粒度５〜２５ｍｍに対して積荷荷重３０〜１００ｋＮ／ｍ２において９．０％以上３０．０％以下であることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライト。
【請求項２】
請求項１記載の発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
平均気孔率が７０体積％以上７６体積％以下であり、
熱伝導率が０．０６８Ｗ／ｍＫ以上０．０７５Ｗ／ｍＫ以下である発泡パーライト。
【請求項３】
請求項１記載の発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
かつＪＨＳ−１０９（Ｎｅｘｃｏ規格）に準拠した破砕率試験による圧縮沈下率が、
粒度１〜３ｍｍに対して積荷荷重６０〜１００ｋＮ／ｍ２において１．５％以上２．５％以下、
粒度３〜５ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において３．５％以上７．０％以下、
粒度５〜２５ｍｍに対して積荷荷重３０〜１００ｋＮ／ｍ２において９．０％以上３０．０％以下である発泡パーライト。
【請求項４】
請求項１記載の発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
かつＪＨＳ−１０９（Ｎｅｘｃｏ規格）に準拠した破砕率試験による破砕率が、
粒度１〜３ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において１．０３ｗｔ％以上１．２６ｗｔ％以下、
粒度３〜５ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において０．８４ｗｔ％以上１．４２ｗｔ％以下、
粒度５〜２５ｍｍに対して積荷荷重３０〜１００ｋＮ／ｍ２において０．８７ｗｔ％以上１．４９ｗｔ％以下である発泡パーライト。
【請求項５】
請求項１記載の発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、ＪＩＳ−Ａ−１２１８による室内透水試験の排水後３０分経過時の含水比が、粒度１〜２５ｍｍに対して８６〜８９ｗｔ％である発泡パーライト。
【請求項６】
前記安心院産黒曜石原石を、粉砕し分級することにより粒度０．５〜３０ｍｍの黒曜石粒体を生成し、
前記黒曜石粒体を、外熱式ロータリー・キルンにより温度１０００〜１２００℃で１０〜２０分間焼成することにより発泡させて生成される、請求項１乃至５の何れか一記載の発泡パーライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒曜石を焼成することにより発泡させてなる発泡パーライトに関し、特に、潰れにくく、輸送中等に振動により粒体に圧力や振動が加わっても、噛合結合し難く且つ摩耗粉を生じ難い発泡パーライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、土壌改良材として、黒曜石を焼成することにより発泡させてなる発泡パーライトが広く用いられている。発泡パーライトは、内部に多くの独立気孔を含むため、土壌の透水性を向上させ、又は土壌中に空気を多く供給導入する作用を有する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、発泡パーライトは、コンクリートや建築材の軽量化のための軽量骨材としても多く利用されている（特許文献１−６）。
【０００４】
従来の硬質の発泡パーライトとしては、特許文献５に、流紋岩質の非造粒岩石粒を原料とした発泡体であって、平均粒径５ｍｍ以下、真球度０.７以上、圧縮強度２５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする硬質発泡パーライトが記載されている。
【０００５】
また、特許文献６に、黒曜石を原料とする発泡パーライトであって、単位容量質量が０．１４〜０．２８ｋｇ／Ｌ、等面積円形換算した内部気泡の最大径が２４５〜６００μｍ、平均径が８９〜１５８μｍの発泡パーライト（特許文献６の表１参照）が開示されている。当該発泡パーライトは、直径４０ｍｍ、高さ８０ｍｍの鉄製円筒容器に充填し６Ｎ／ｍｍ２の載荷加重を加える圧縮試験により測定される体積減少率が６２．１〜８０．１vol％であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−６０７２７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０６１４１号公報
【特許文献３】特表２００５−５１２９３３号公報
【特許文献４】特公平６−５５４７２号公報
【特許文献５】特開２００７−３２０８０５号公報
【特許文献６】特開２００８−５０１８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】東邦レオ株式会社カタログ，“酸素管  ＤＯパイプ／ＤＯキャップ”，［online］，２０１０年１月，東邦レオ株式会社，［平成１２年１２月６日検索］，インターネット，＜URL：http://www.r-green.jp/catalog/do.pdf＞．
【非特許文献２】高速道路総合技術研究所，「NEXCO試験方法」，第６版，日本，高速道路総合技術研究所，2013年7月．
【非特許文献３】芙蓉パーライト株式会社ＨＰ，“黒曜石パーライトと真珠岩パーライトの特性の違い”，［online］，［平成２５年１月２２日検索］，インターネット＜URL：http://www.fuyo-p.co.jp/paraito/kokusindef01.html＞．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の黒曜石発泡パーライトは、押圧すると容易に潰れたり粉砕したりするため、土壌に投入した後に、土圧により潰れ又は粉砕し、土壌内部に導入される空隙が減少してしまい、透水効果や空気導入効果が低下してしまうという課題がある。また、従来の黒曜石発泡パーライトは、押圧により発泡パーライトの粒体同士が噛合結合して二次粒子となりやすいという性質がある。そのため、輸送中や保管中に複数の発泡パーライト粒体が塊（二次粒子）となり、ハンドリングがし難くなるという問題がある。
【０００９】
また、従来の黒曜石発泡パーライトをコンクリートや建築材の軽量化のための軽量骨材として用いた場合、骨材が柔らかく潰れるためにコンクリートの強度があまり出ず、大きな強度を要する用途には使用できないという問題もある。
【００１０】
さらに、従来の黒曜石発泡パーライトは、表面のざらつきが大きいため、輸送中等に振動により発泡パーライトの粒体同士が擦れ合い、表面が削れて微粉化しやすい。そのため、輸送中などに発泡パーライト粒体を梱包する包装容器（包装箱や包装袋）の内部に、多量の微粉が蓄積する。この微粉は、二酸化珪素や酸化アルミニウムを主成分としており、呼気と共に肺に吸い込むと有害である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、従来の黒曜石発泡パーライト同程度の単位容積質量で、外部からの押圧力に対して圧潰又は粉砕されにくく、振動により粒体同士が擦れ合っても、従来よりも削れにくく微粉を生じにくい発泡パーライトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライトである。
【００１３】
（１）また、本発明は、大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
平均気孔率が７０体積％以上７６体積％以下であり、
熱伝導率が０．０６８Ｗ／ｍＫ以上０．０７５Ｗ／ｍＫ以下である発泡パーライトである。
【００１４】
（２）また、本発明は、大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
かつＪＨＳ−１０９（Ｎｅｘｃｏ規格）に準拠した破砕率試験による圧縮沈下率が、
粒度１〜３ｍｍに対して積荷荷重６０〜１００ｋＮ／ｍ２において１．５％以上２．５％以下、
粒度３〜５ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において３．５％以上７．０％以下、
粒度５〜２５ｍｍに対して積荷荷重３０〜１００ｋＮ／ｍ２において９．０％以上３０．０％以下である発泡パーライトである。
【００１５】
（３）また、本発明は、大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、
かつＪＨＳ−１０９（Ｎｅｘｃｏ規格）に準拠した破砕率試験による破砕率が、
粒度１〜３ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において１．０３ｗｔ％以上１．２６ｗｔ％以下、
粒度３〜５ｍｍに対して積荷荷重５０〜１００ｋＮ／ｍ２において０．８４ｗｔ％以上１．４２ｗｔ％以下、
粒度５〜２５ｍｍに対して積荷荷重３０〜１００ｋＮ／ｍ２において０．８７ｗｔ％以上１．４９ｗｔ％以下である発泡パーライトである。
【００１６】
（４）また、本発明は、大分県安心院地方で産出される、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなす安心院産黒曜石原石を、粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を、加熱し発泡させてなる発泡パーライトであって、
単位容積質量０．１ｇ／ｃｍ３以上０．３ｇ／ｃｍ３以下であり、ＪＩＳ−Ａ−１２１８による室内透水試験の排水後３０分経過時の含水比が、粒度１〜２５ｍｍに対して８６〜８９ｗｔ％である発泡パーライトである。
【００１７】
これらの発泡パーライトは、従来の黒曜石発泡パーライトと比べ、外部からの押圧力に対し圧潰又は粉砕されにくく、振動により粒体同士が擦れ合っても、従来よりも削れにくく微粉を生じにくいという特性を有する。
【００１８】
従来の黒曜石発泡パーライトは、発泡させると内部気泡の多くが互いに連通し、連続気泡が多く生成される。そのため、積荷荷重を加えると、外部に開口する連続気泡を通して内部気泡の空気が抜けて潰れやすく、圧縮沈下量が大きくなる。特に、粒度が大きくなるとその傾向は顕著となる。本発明者は、原料に安心院産黒曜石原石を粒状に粉砕して生成される黒曜石粒体を用いて或る一定条件下で発泡させることにより、従来よりも連続気泡の量を減らすとともに、内部気泡の気泡径を小さくすることで、積荷荷重に対する圧縮沈下量を従来に比べて遥かに小さく（約０．１〜０．６倍）なることを発見した。本発明はこの発見に基づくものである。
【００１９】
尚、本明細書において「粒度」とは、篩分級する際の篩の網有効径（篩径）により定義される。例えば、「粒度１〜３ｍｍ」という場合、網有効径３ｍｍの篩を通過し且つ網有効径１ｍｍの篩を通過しない大きさを意味する。
【００２０】
また、本発明は、上述の何れかの発泡パーライトであって、前記安心院産黒曜石原石を、粉砕し分級することにより粒度０．５〜３０ｍｍの黒曜石粒体を生成し、
前記黒曜石粒体を、外熱式ロータリー・キルンにより温度１０００〜１２００℃で１０〜２０分間焼成することにより発泡させて生成されるものであることを特徴とする。
【００２１】
この焼成条件により、上記（１）〜（４）の発泡パーライトを生成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外部からの押圧力に対して圧潰又は粉砕されにくく、振動により粒体同士が擦れ合っても、従来よりも削れにくく微粉を生じにくい発泡パーライトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】安心院産黒曜石の原石の外観写真である。（ａ）は全体写真、（ｂ）は斑状組織の拡大写真である。
【図２】長野県産の黒曜石の原石の外観写真である。
【図３】安心院産黒曜石の精石（分別生成した原石）の外観写真である。（ａ）は全体写真、（ｂ）は１個の粒体の拡大写真である。
【図４】本発明に係る発泡パーライトの外観写真である。（ａ）は各粒度範囲の発泡パーライトの全体写真、（ｂ）は１個の粒体の外観拡大写真である。
【図５】市販の黒曜石発泡パーライトの粒体の外観拡大写真である。
【図６】本発明に係る発泡パーライトの表面の拡大写真である。
【図７】市販の黒曜石発泡パーライトの表面の拡大写真である。
【図８】本発明に係る発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像の一例である。（ａ）粒度１〜３ｍｍのサンプル、（ｂ）粒度３〜５ｍｍのサンプル。
【図９】比較例１，２（Ｔ社製サンプル）の発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像の一例である。（ａ）粒度１〜３ｍｍのサンプル、（ｂ）粒度３〜５ｍｍのサンプル。
【図１０】比較例３，４（Ｆ社製サンプル）の発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像の一例である。（ａ）粒度１〜３ｍｍのサンプル、（ｂ）粒度３〜５ｍｍのサンプル。
【図１１】本発明に係る発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像に基づく内部気孔の孔径分布の測定結果を表す図である。
【図１２】従来の黒曜石発泡パーライトと本発明に係る発泡パーライトとの圧縮沈下率を比較した結果である。
【図１３】発泡パーライトの単位容量質量と圧縮試験２における圧縮率との関係を示す図である。
【図１４】従来の黒曜石発泡パーライトと本発明に係る発泡パーライトとの破砕率を比較した結果である。
【図１５】単位容量質量と熱伝導率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
（１）原料
原料として、大分県安心院地方（宇佐市安心院町南畑周辺）で産出する黒曜石（以下「安心院産黒曜石」という。）を使用する。安心院産黒曜石の原石は、約３８万年前の九州北部の火山活動によって生成されたものであり、西ノ台という台地を形成しており、地層学的には比較的新しく劣化が少なく良質であるという特徴を有する。
【００２６】
図１は、安心院産黒曜石の原石の外観写真（（ａ）は全体写真、（ｂ）は斑状組織の拡大写真）、図２は、長野県産の黒曜石の原石の外観写真である。（図１〜５において、スケールの単位はｍｍ。）安心院産黒曜石は、ガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなすことを特徴としている。通常広く知られている黒曜石は、図２のように、全体が連続した大きなガラス塊状で、化学組成上は流紋岩（まれにデイサイト）で、石基はほぼガラス質であり、少量の斑晶を含むこともある。一方、安心院産黒曜石は、見かけ上もこれとは大きく異なり、図１の通りガラス質黒曜石の小粒体がおこし状に固結した斑状組織をなしており、指で擦ったり軽く衝撃を与えたりすることによって容易に小粒体に崩壊させることができる。
【００２７】
図３は、安心院産黒曜石の精石（分別生成した原石）の外観写真である。図３（ａ）は全体写真、図３（ｂ）は１個の粒体の拡大写真である。精石は、図１の原石をクラッシャーにより破砕し、水で洗浄することで生成される。
【００２８】
表１に安心院産黒曜石の成分分析結果を示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
代表的な化学成分においては、安心院産黒曜石は一般の黒曜石と大差はない。表２に安心院産黒曜石の物性の測定結果を示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
（２）発泡パーライトの製造方法
１．安心院産黒曜石の精石を粉砕し、篩分級し、粒度３０ｍｍ以下の原料粒体とする。なお、本明細書において「粒度」とは、粒子を篩分法で分級した際の篩径をいう。例えば、粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子とは、篩分級において篩径３．０ｍｍのメッシュを通過し、篩径１．０ｍｍのメッシュを通過しない粒径の粒子を指す。
【００３３】
２．原料粒体を、外部加熱式の乾燥用ロータリー・キルンに投入し、約２００℃の温度に加熱して乾燥させる。乾燥時間は５〜２０分である。
【００３４】
３．乾燥させた原料粒体を、約２００℃の高温状態のまま、外部加熱式の焼成用ロータリー・キルンに投入し、１０００℃〜１２００℃の温度で焼成する。尚、１０００℃以下では、原料粒体は十分に発泡しない。１２００℃以上で原料粒体の融解が多くなり、１５００℃以上では原料粒体は全体が融解する。焼成時間は１０〜２０分である。
【００３５】
実際の運転条件としては、１０００℃〜１０６０℃とするのか好適である。温度上限を１０６０℃としたのは、これ以上温度を上げると、原料粒体が部分的に融解し、焼成用ロータリー・キルンの内部に付着し連続運転に困難を来す傾向があるからである。
【００３６】
４．焼成により発泡した粒体（発泡パーライト）を搬送管の外側から水冷し強制冷却させる（又は、送風により自然冷却させる）とともに、分級機で各サイズに分級する。
【００３７】
図４に、上記製造方法により製造された本発明に係る発泡パーライトの外観写真を示す。図４（ａ）は各粒度範囲の発泡パーライトの全体写真、図４（ｂ）は１個の粒体の外観拡大写真である。従来の黒曜石発泡パーライトと比較するため、図５に市販の黒曜石発泡パーライトの粒体の外観拡大写真を示す。図４及び図５の粒体の外観拡大写真から分かるように、市販の黒曜石発泡パーライトは、連続気泡が多く、粒体表面から内部奥深くまで気泡同士が連通している。また、気泡と気泡とを離隔する隔壁が全体的に薄く（シャボン膜状に隔壁が形成されている。）圧潰しやすい。それに対して、本実施例の発泡パーライトは、市販の黒曜石発泡パーライトに比べて連続気泡が少なく独立気泡が多い。そのため、粒体表面に開口する開口気孔（open pore）が市販の黒曜石発泡パーライトに比べ少ない。また、それぞれの気泡が市販の黒曜石発泡パーライトに比べて全体的に緻密である（多数の微細泡の集合体）。そのため、本実施例の発泡パーライトは、市販の黒曜石発泡パーライトに比べて圧潰しにくい。また、表面に開口気孔が少なく滑らかであるため、粒体同士の擦れ合いによる微粉化が生じにくく、また、粒体同士が噛合結合した二次粒子が生じにくい。
【００３８】
図６は、本発明に係る発泡パーライトの表面の拡大写真である。図６において、矢印で示したものが開口気孔である。従来の黒曜石発泡パーライトと比較するため、図７に、市販の黒曜石発泡パーライトの表面の拡大写真を示す。図６及び図７は、ともに倍率５０倍の光学顕微鏡により表面を反射光で観測したものである。尚、市販の黒曜石発泡パーライトの開口気孔の多い表面部分は凹凸が大きく、被写界深度の浅い顕微鏡での撮影は困難であったため、図７では、比較的滑らかな開口気孔の少ない表面部分を選択して撮影している。
【００３９】
市販の黒曜石発泡パーライトは、図７から分かるように、内部の気泡が大きく、各気泡を隔てる隔壁はシャボン泡膜状の薄膜で形成されていることが分かる。従って、表面に形成される開口気孔も大きく多い（図７（ａ）（ｄ）参照）。それに対して、本実施例の発泡パーライトは、市販の黒曜石発泡パーライトに比べて気泡が緻密であり、そのため各気泡を隔てる隔壁の間隔が狭く、開口気孔も小さく少ない。
【００４０】
このように、安心院産黒曜石の主要な化学成分（表１）は一般の黒曜石と大差がないにも関わらず、本発明に係る発泡パーライトと従来の黒曜石発泡パーライトとで、焼成後の気泡の性状に大きな違いが生じるのは、原料である黒曜石の内部に含まれる水の含有量と分布状態の違いに起因すると推測される。
【００４１】
（３）発泡パーライトの特性
（３．１）単位容積質量
表３に、本発明に係る発泡パーライトの単位容積質量の測定結果を示す。従来の通常の黒曜石発泡パーライト（市販品）は、非特許文献３に記載によれば、単位容積質量０．０８〜０．３ｋｇ／Ｌ程度であり、本発明に係る発泡パーライトは、従来の通常の黒曜石発泡パーライトの単位容積質量と同程度で、０．１〜０．３ｇ／ｃｍ３の範囲である。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
（３．２）内部気泡状態
次に、本発明に係る発泡パーライトの内部気泡の状態について測定を行った結果について説明する。
【００４４】
発泡パーライトは、内部の隔壁が薄いため、そのまま切断すると隔壁が破壊されて正確な内部状態を測定するのが困難である。上述の特許文献６においては、発泡パーライトを内径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍの樹脂製容器に充填して、樹脂及び樹脂硬化剤を流入して硬化させ、硬化体を厚さ５ｍｍに切断して走査型顕微鏡により断面を撮影し、断面画像を解析する手法を採っているが、ここでは、発泡パーライト内部の状態を直接観察できるＸ線ＣＴ装置を用いた。具体的には、本実施例では、発泡パーライトの断面をマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置（株式会社島津製作所製  inspeXio SMX-225CT）により撮影し、撮影された断面画像を画像解析することにより、発泡パーライトの内部気泡の状態について測定を行った。
【００４５】
図８は、本発明に係る発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像の一例である。図８（ａ）は粒度１〜３ｍｍのサンプルの一断面、図８（ｂ）は粒度３〜５ｍｍのサンプルの一断面の画像である。実際の測定では、サンプルの断面を一定間隔ごとに複数箇所で撮影し、３次元データが得られる。
【００４６】
比較のため、黒曜石を原料とする市販の発泡パーライト２種類（太平洋セメント株式会社（Ｔ社）製（３号，Ｍ１），芙蓉パーライト株式会社（Ｆ社）製（ＦＬ２号，ＶＬ５号））を用意し同一の条件により断面撮影を行った。図９は比較例１，２（図９（ａ）Ｔ社製  粒度１〜３ｍｍ及び図９（ｂ）Ｔ社製  粒度１〜３ｍｍ）の発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像、図１０は比較例３，４（図１０（ａ）Ｆ社製  粒度１〜３ｍｍ及び図１０（ｂ）Ｆ社製  粒度１〜３ｍｍ）の発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像である。
【００４７】
サンプルによってバラツキがあるが、全体的な傾向として、本発明に係る発泡パーライトは、各比較例のものと比べて、内部隔壁の厚みが厚くＣＴ画像においてはっきりと写る傾向が見られた。
【００４８】
図１１は、本発明に係る発泡パーライトのＸ線ＣＴ画像に基づく内部気孔の孔径分布の測定結果を表す図である。図１１は粒度１〜３ｍｍのサンプルについて測定した。ＣＴ画像より各気孔の面積を算出し、当該面積から円形換算直径を算出した。測定したサンプルに於いて、気孔の平均径０．１６ｍｍ，標準偏差０．１８ｍｍ，最大径１．１５ｍｍであった。しかしながら、気孔の平均径及び最大径は、サンプルの粒度に依存する。即ち、粒度の小さいサンプルほど、気孔径の分布範囲の上限が限定されるため、気孔の平均径及び最大径は小さくなる。非特許文献６はサンプルの粒度が記載されていないため、比較することはできないが、非特許文献６に掲載の写真から、サンプルの粒度は２００μｍ〜１０００μｍ程度であると推測される。従って、本実施例の発泡パーライト（粒度１〜３ｍｍ，３〜５ｍｍ）とは、気孔径のみをもって単純に比較することはできない。実際に断面画像による気孔径の測定を行ったところ、断面の取り方（位置）により見かけの気孔径にバラツキが生じることが見られた。また、特にＸ線ＣＴ画像では、図８〜図１０のように、画像ノイズや擦れが多いため、測定される気孔径の誤差が大きい。従って、内部気泡の状態を表す指標としては、気孔径はあまり良い指標ではないと考えられる。
【００４９】
そこで、本測定では、粒子全体の体積に対する気孔体積の割合である気孔率を指標として使用する。気孔率では、気孔形状が粒子全体で平均化されるため、気孔径に比べて粒度や断面位置の影響が小さい指標であると考えられる。気孔率測定は、Ｘ線ＣＴ画像をエッジ保存平滑化フィルタにより平滑化し、ノイズ除去処理を行った後、輪郭抽出によって隔壁（白い部分）の輪郭を抽出して面積を求め、得られた隔壁面積と粒子全体の面積（動的輪郭検出アルゴリズムにより計算）を用いて計算することにより行った。Ｘ線ＣＴ画像は複数の位置の断面画像が得られるため、これら複数の画像のそれぞれについて気孔率測定を行い、統計データを得た。
【００５０】
従来技術で挙げた各特許文献に係る試料は入手が困難なため、本測定では、本実施例の発泡パーライトと、入手可能な市販の発泡パーライト（比較例１〜４）を用いて、内部気泡の状態の比較を行った。表４に測定結果を示す。
【００５１】
【表４】
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【００５２】
表４において、サンプルロッド名ＡＪ１３，ＡＪ３５が本実施例の発泡パーライト、サンプルロッド名Ｔ１３，Ｔ３５が比較例１，２の発泡パーライト、サンプルロッド名Ｆ１３，Ｆ３５が比較例３，４の発泡パーライトである。また、σ，Min.，Max.はそれぞれ気孔率の測定値の標準偏差，最小値，最大値を表す。本実施例の発泡パーライトの気孔率は、平均値が７０〜７６％であり、比較例の従来品と比べて気孔率が低いことが分かる。
【００５３】
（３．３）硬度
（Ａ）圧縮試験１（低圧試験）
本発明に係る発泡パーライトは、従来の黒曜石発泡パーライトと比較して硬度が高いことが特徴である。そこで、従来の黒曜石発泡パーライトと本発明に係る発泡パーライトとの硬度の比較試験を行った。従来の黒曜石発泡パーライトは発泡体が破壊点が低く極めて圧潰しやすいため、通常の圧縮試験では測定が難しい。そこで、測定方法として、内径φ１５０ｍｍ、高さ１７５ｍｍの円筒状のモールドの筒内に供試体である発泡パーライトを充填し、その上面から各重量の載荷荷重を加えたときに上面がどの程度沈下するか圧縮沈下距離Ｄｓ［ｍｍ］を測定し、圧縮沈下距離Ｄｓを最初の供試体の層厚（１７５ｍｍ）で割った値の百分率Ｒｓ＝Ｄｓ／１７５×１００［％］を圧縮沈下率とし、この圧縮沈下率により硬度の比較を行った。この測定法は、Ｎｅｘｃｏ規格におけるＪＨＳ−１０９（破砕率試験）に準拠している（非特許文献２参照）。表５に測定結果を示す。表５において「市販品」は市販の従来の黒曜石発泡パーライトのデータを表す。
【００５４】
【表５】
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【００５５】
図１２は、従来の黒曜石発泡パーライトと本発明に係る発泡パーライトとの圧縮沈下率を比較した結果である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、粒度１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍの供試体における載荷荷重と圧縮沈下率との関係である。図１２（ｄ）は、載荷荷重が５０ｋＮ／ｍ２及び１００ｋＮ／ｍ２の場合における平均粒度と圧縮沈下率との関係（本発明に係る発泡パーライトのみ）を示す。図１２において、「本発明」は本発明に係る発泡パーライト、「市販品」は市販の従来の黒曜石発泡パーライトのデータを表す。供試体は、篩分級により各粒度範囲（１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍ）に選別し、測定を行った。また、図１２（ｄ）の３点は、それぞれ粒度範囲１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍのデータである。
【００５６】
表５及び図１２から明らかなように、従来の黒曜石発泡パーライトと比べ、本発明に係る発泡パーライトは、圧縮沈下率Ｒｓが極めて小さく、硬度が大きいことが分かる。特に、供試体の粒度が大きくなるほどその違いは顕著となる。
【００５７】
従来の黒曜石発泡パーライトは、スポンジ状であり、指で挟んで押圧することで容易に圧潰する程度の硬度であった。従って、従来の黒曜石発泡パーライトは、耕地に混合した後に、耕耘などで土壌の攪拌を繰り返すと、発泡体が圧潰して耕地の物理性改善効果が維持できないという欠点があった。それに対し、本発明に係る発泡パーライトは、従来の黒曜石発泡パーライトに比べて約２倍の強度があり、長期に亘る耕地の物理性改善効果が期待される。
【００５８】
尚、本発明に係る発泡パーライトと特許文献５に記載の硬質発泡パーライト（以下「文献５発泡パーライト」という。）との比較について検討する。文献５発泡パーライトの単位容積質量と硬度データについては、特許文献５の表１に掲載されている。同表のサンプルＮｏ．１〜１６が高硬度サンプルと考えられる。特許文献５では「圧縮強度」は、「発泡パーライトを水中に浸して静水圧を加え、４０ｗｔ％が圧潰せずに残存するときの圧力」と定義されており、本実施例における破砕率試験の測定方法（ＪＨＳ−１０９（Ｎｅｘｃｏ規格））とは測定法が異なるため単純に強度の比較はできない。一方、文献５発泡パーライトの単位容積質量は０．７２〜０．９５（ｋｇ／Ｌ）であり本発明に係る発泡パーライトや通常の黒曜石発泡パーライト（非特許文献３）の単位容積質量の２倍以上である。従って、文献５発泡パーライトは、発泡を一定程度抑制することによって内部の気孔体積を小さくし、強度を上げていると考えられる。それに対し、本発明では通常の黒曜石発泡パーライトと同程度の単位容積質量（例えば、非特許文献３に記載の従来の黒曜石発泡パーライトは単位容積質量０．０８〜０．３ｋｇ／Ｌ）であるにも関わらず、強度的に従来の黒曜石発泡パーライトよりも高強度を達成していることが特徴である。
【００５９】
（Ｂ）圧縮試験２（高圧試験）
次に、測定条件を変えて圧縮試験を行った結果について説明する。上記（Ａ）の圧縮試験１においては、一般の土木資材で用いられる試験条件であり、試験に使用するモールド筒の内径・高さとも大きなものを使用し、比較的低い載荷加重（最大１００ｋＮ／ｍ２＝０．１Ｎ／ｍｍ２）において試験を行った。そこで、圧縮試験２では、内径φ４１．８ｍｍ、高さ９６．７ｍｍの円筒状の金属製モールドを使用し、高さ８０ｍｍまで試料を充填した状態で加圧蓋を被せ、加圧蓋の上部から６Ｎ／ｍｍ２の高い載荷加重を加えて圧縮率の測定を行った。尚、上記表５に示した通り、発泡パーライトは粒度が小さいほど充填率が高くなるため、発泡パーライトの圧縮強度は粒度が小さいほど高く潰れにくくなる。そこで、本測定では、各種粒度に分級した試料を用いて圧縮試験を行った。表６にその結果を示す。
【００６０】
【表６】
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【００６１】
表６において、製品種類ＡＪが本実施例の発泡パーライト、製品種類ＴがＴ社製発泡パーライト、製品種類ＦがＦ社製発泡パーライトを表す。粒度の欄に於いて「混合（７：３）」は、粒度の小さい試料（粒度１〜３又は１．２〜２．５）と粒度の大きい試料（粒度３〜５又は２．５〜５）を７：３の割合で混合したことを表す。また、「圧縮率」は体積減少の割合を表す。平均値を比較すると、従来の発泡パーライトの圧縮率は、Ｔ社製が８４．２〜８６．６vol％，Ｆ社製が９０．２〜９４．２vol％であるのに対し、本実施例の発泡パーライトの圧縮率は７３．１〜８１．３vol％であり、圧縮強度が高いことが分かる。
【００６２】
図１３に、発泡パーライトの単位容量質量と圧縮試験２における圧縮率との関係を示す。図１３より、高圧試験における圧縮率（体積減少率）は単位容量質量にほぼ比例していることが分かる。
【００６３】
最後に、特許文献６に記載の発泡パーライトとの比較について考察する。特許文献６の表１に、黒曜石を原料とする発泡パーライトの圧縮試験結果が記載されている。特許文献６の圧縮試験は、上記の高圧圧縮試験と略同一条件であり、圧縮率（体積減少率）は６２．１〜８０．１vol％と比較的高い強度値が示されている。しかしながら、特許文献６においては試料の粒度の情報が開示されていない。表６及び図１３から分かるように、試料の粒度が小さいほどモールド内における試料の充填率が高くなり、それに伴い圧縮強度も高くなる。また、粒子単体をみると、粒径が小さいほど平均内部気孔径は小さくなり、それに伴い圧縮強度も高くなる。特許文献６の発泡パーライトは、同文献の図１〜図１１の写真より、２００μｍ〜１０００μｍ程度であると推測され、上記本実施例で示した発泡パーライトの試料よりも粒度が小さいと推測される。従って、粒度の違いに起因して、本実施例における圧縮試験よりも圧縮率は小さめの値が得られていると推測される。何れにしても、試験に使用した試料の粒度に関する情報が開示されていない以上、特許文献６に記載された試験結果についてはそのまま比較することはできない。
【００６４】
（３．４）破砕率
上記（３．３）（Ａ）の圧縮試験１と同様の方法により低圧圧縮試験を行い、供試体の破砕率の測定を行った。ここで、破砕率の測定は、以下の手順で行う。
（Ｓ１）圧縮試験前の供試体の質量ｗ０を測定する。
（Ｓ２）上記（３．２）と同様の方法により、各載荷荷重により圧縮試験を行う。
（Ｓ３）供試体をモールドの筒内から取り出した後、篩分級によりもとの供試体の粒度範囲より小さい破砕した供試体を選別してその質量ｗ１を測定する。
（Ｓ４）破砕率Ｒｃ＝ｗ１／ｗ０×１００［ｗｔ％］を算出する。
【００６５】
表７に測定結果を示す。表７において「市販品」は市販の従来の黒曜石発泡パーライトのデータを表す。
【００６６】
【表７】
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【００６７】
図１４は、従来の黒曜石発泡パーライトと本発明に係る発泡パーライトとの破砕率を比較した結果である。図１４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、粒度１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍの供試体における載荷荷重と破砕率との関係である。図１４（ｄ）は、載荷荷重が５０ｋＮ／ｍ２及び１００ｋＮ／ｍ２の場合における平均粒度と破砕率との関係（本発明に係る発泡パーライトのみ）を示す。図１４において、「本発明」は本発明に係る発泡パーライト、「市販品」は市販の従来の黒曜石発泡パーライトのデータを表す。供試体は、篩分級により各粒度範囲（１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍ）に選別し、測定を行った。また、図１４（ｄ）の３点は、それぞれ粒度範囲１．０−３．０ｍｍ，３．０−５．０ｍｍ，５．０−２５．０ｍｍのデータである。
【００６８】
表７及び図１４から明らかなように、従来の黒曜石発泡パーライトと比べ、本発明に係る発泡パーライトは、極めて破砕率Ｒｃが小さく、微粉化し難いことが分かる。特に、供試体の粒度が大きくなるほどその違いは顕著となり、載荷荷重が５０ｋＮ／ｍ２の場合において、粒度範囲３．０−５．０ｍｍでは（本発明）Ｒｃ＝０．８％，（市販品）−１０．４％、粒度範囲５．０−２５．０ｍｍでは（本発明）Ｒｃ＝１．５％，（市販品）２２．４％である。
【００６９】
（３．５）透水性及び含水比
図４及び図５の外観写真から明らかなとおり、本発明に係る発泡パーライトと従来の黒曜石発泡パーライトとは、開口気孔体積が大きく相違している。そこで、開口気孔の定量測定を行うべく吸着法による比表面積の測定を実施したところ、極めてイレギュラな値が得られ、通常の測定方法では比表面積の測定は困難であった。そこで、開口気孔体積の定量評価を行うため、保水性の測定を行った。具体的には、本発明に係る発泡パーライトと従来の黒曜石発泡パーライトのそれぞれの供試体について、初期質量ｗ０を測定しておき、ＪＩＳ−Ａ−１２１８に規定の室内透水試験（変水位法）を行い、供試体の開口気孔内に十分に水を侵入させた後、排水し３０分間放置した後に再び質量ｗ１の測定を行う。質量の増加分は開口気孔内に侵入した水の質量なので、含水比ｒｗはｒｗ＝ｗ１／ｗ０により計算できる。尚、排水後３０分間放置したのは、発泡パーライトの粒体間に表面張力により付着している水を十分に乾燥又は流去させるためである。表８に測定結果を示す。
【００７０】
【表８】
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【００７１】
表８より、本発明に係る発泡パーライトの含水比は、従来の黒曜石発泡パーライトの含水比の０．２３〜０．６６倍であることが分かる。発泡パーライトに保水された水がほぼすべて開口気孔内にトラップされているものと考えれば、含水比は開口気孔体積にほぼ比例していると推定される。従って、本発明に係る発泡パーライトの開口気孔体積は、従来の黒曜石発泡パーライトの約０．２３〜０．６６倍であると見積もることができる。本発明に係る発泡パーライトの単位容積質量は、市販の黒曜石発泡パーライトの単位容積質量とほぼ同じことから（表３）、バルク全体の気孔体積（開口気孔と非開口気孔との合計体積）は、本発明に係る発泡パーライトと市販の黒曜石発泡パーライトとであまり違いはないと考えられる。従って、本発明に係る発泡パーライトでは、開口気孔が少なく、内部に独立気泡が多いことが確認された。
【００７２】
（３．６）熱伝導率
最後に、本実施例の発泡パーライトの熱伝導率について測定した結果について説明する。熱伝導率の測定は、福岡県工業技術センターの熱定数測定システム（NETZSCH）により行った。表９に測定結果を示す。尚、「製品種類」及び「粒度」の欄の記載方法については、表６と同様である。
【００７３】
【表９】
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【００７４】
従来の発泡パーライトは、熱伝導率が、０．５８〜０．６０Ｗ／ｍＫ（Ｔ社製）及び０．５２〜０．５４Ｗ／ｍＫ（Ｆ社製）であるのに対し、本実施例の発泡パーライトは、０．６８〜０．７５Ｗ／ｍＫであり、従来のものと比較して高い熱伝導率を示す。図１５に、単位容量質量と熱伝導率との関係を示す。単位容量質量に対して熱伝導率は略比例関係を示している。粒子内において熱は主に粒子内の隔壁を通じて伝導する。単位容量質量が大きいほど、粒子内部の隔壁の体積が大きいため、熱伝導率が大きくなると考えられる。
【図１】
2015157747.tif 000012
【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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【図８】
2015157747.tif 000019
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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