(57)【要約】【課題】石炭灰スラリーをコンクリートに添加する前段階である石炭灰スラリーの製造段階で、石炭灰スラリーを添加した後のコンクリートの流動性を予め評価することを可能とする石炭灰スラリーの品質判定方法を提供すること。【解決手段】石炭灰と水とを混合して攪拌することによりスラリー化した石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法であって、前記石炭灰スラリーのゼータ電位を測定し、前記ゼータ電位に基づいて、前記石炭灰スラリーの品質を判定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰と水とを混合して攪拌することによりスラリー化した石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法であって、
前記石炭灰スラリーのゼータ電位を測定し、
前記ゼータ電位に基づいて、前記石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法。
【請求項２】
前記石炭灰スラリーは、コンクリート原料としてコンクリートに添加され、
前記ゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた状態が、前記石炭灰スラリーを前記コンクリートに添加するのに最適の状態である、と判定する請求項１記載の石炭灰スラリーの品質判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
石炭火力発電所の副産物である石炭灰をコンクリート原料として大量に有効利用することを可能とする石炭灰スラリーの品質判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭火力発電所の副産物である石炭灰をコンクリート原料として大量に有効利用することが殊に注目されている。石炭灰は、その平滑且つ球状の粒子形状により、コンクリートの流動性を向上する性質を備えるので、ワーカビリティ、コンシステンシー、プラスティシティー、フィニッシャビリティ等のコンクリートのフレッシュ性状を改善し得る混和材として知られており、コンクリートの原料として有効な性質を備えるものである。
【０００３】
しかし、この石炭灰を使用したコンクリートの製造においては、石炭灰中の未燃カーボンが化学混和剤（ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤）を吸着することから、例えば、石炭灰を含まないコンクリートと同一量のＡＥ剤（空気連行剤）を配合した場合、コンクリートの目標空気量を所望の如く達成し難く、このため、多量のＡＥ剤をコンクリート原料に混入して、所要の空気量を確保する必要が生じるので、コンクリートの製造コストが高額化してしまう。
【０００４】
また、減水剤又は高性能AE減水剤は、主として、コンクリートの流動性付与を目的とした化学混和剤として知られているが、石炭灰の灰種によっては、所期の流動性を確保すべく、減水剤又は高性能AE減水剤等の化学混和剤を大量に添加しなければならない場合がある。しかし、この種の化学混和剤の多量混合は、一般に、コンクリートの製造コスト増大、凝結時間の遅延等につながる。
【０００５】
かくして、多量の化学混和剤（ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤）の使用は、凝結遅延、初期強度低下、低温時の強度発現の遅延等の諸問題を生じさせるなど、コンクリートの施工性及び強度を損なう結果を招くので、望ましくない。同時に、石炭灰は、酸化カルシウム（CaO)及び二酸化硫黄(SO3) 等の膨張成分を比較的多量に含有するので、石炭灰を混合したコンクリートにおいては、膨張ひび割れに起因するコンクリート組織の部分破壊が、硬化時又は硬化後に発生するという問題がある。
【０００６】
そこで、かかる問題を解消し、コンクリート原料としての石炭灰を大量消費することを実現すべく種々の提案がなされている。例えば、〔特許文献１〕に記載のコンクリートの製造方法は、石炭灰をスラリー化して安定化処理をした後に、コンクリートに混合するものが開示されている。
【０００７】
このコンクリートの製造方法は、石炭灰を所定時間、混水攪拌してスラリー化するスラリー化工程を経て石炭灰スラリーとした後、この石炭灰スラリーをセメント、水及び骨材と混合し、コンクリートを製造するものである。このスラリー化工程で石炭灰は水中で継続的に攪拌されて分散するため、これをコンクリートに混合する際、同一の石炭灰を乾燥状態で粉体状のまま混合する場合と比較して、同一の化学混和剤の添加量であればコンクリートの流動性が向上するというメリットがある。これにより、同一の流動性を実現するために必要な化学混和剤の添加量を低減できるため、低コスト化が可能となるというメリットもある。
【特許文献１】特開２００２−２３４０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このコンクリートの製造方法は、スラリー化工程において、どの程度攪拌すれば上記メリットが得られるのか、石炭灰スラリーの製造段階での品質判定の指標が存在しないために、コンクリートと混合した後にトライアンドエラー的にその流動性を確認する必要があり、その確認作業は、煩雑なものであった。また、石炭灰スラリーを添加した後のコンクリートが所望の流動性を実現できていなければ、コンクリートの流動性を向上させるために再度石炭灰スラリーを攪拌しなければならず、製造効率の低下、製造コストの増大の原因ともなっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、石炭灰スラリーをコンクリートに添加する前段階である石炭灰スラリーの製造段階で、石炭灰スラリーを添加した後のコンクリートの流動性を予め評価することを可能とする石炭灰スラリーの品質判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、石炭灰のスラリー化に伴うコンクリートの流動性向上効果の原因は、石炭灰スラリーの粒子表面の電気的変化にあると考え、この粒子表面の電気的変化に関して、従来コンクリートに化学混和剤を添加するときの流動性向上効果を評価する指標として用いられていたゼータ電位に着目し、コンクリートに添加する前の石炭灰スラリーのゼータ電位を測定することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、かかる知見に基づき、本発明を達成したものである。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の発明は、石炭灰と水とを混合して攪拌することによりスラリー化した石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法であって、前記石炭灰スラリーのゼータ電位を測定し、前記ゼータ電位に基づいて、前記石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法にある。
【００１２】
この方法によれば、石炭灰をスラリー化して石炭灰スラリーとしたことに伴うコンクリートの流動性向上効果を、ゼータ電位を指標として評価することができるので、石炭灰スラリーの製造段階における石炭灰スラリーの品質を判定する指標を得ることができると共に、石炭灰スラリーをコンクリートに添加した後のコンクリートの流動性を予測することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の石炭灰スラリーの品質判定方法において、前記石炭灰スラリーは、コンクリート原料としてコンクリートに添加され、前記ゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた状態が、前記石炭灰スラリーを前記コンクリートに添加するのに最適の状態である、と判定することを特徴とする。
【００１４】
この方法によれば、所望のコンクリートの流動性向上効果を得るためのゼータ電位の閾値を絶対値で６ｍＶとして、例えば、測定した石炭灰スラリーのゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた後に、石炭灰と水との攪拌を停止するなど、攪拌時間を定量的に制御することができ、製造効率の向上、製造コストの抑制を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、石炭灰をスラリー化して石炭灰スラリーとしたことに伴うコンクリートの流動性向上効果を、ゼータ電位を指標として評価することができるので、石炭灰スラリーの製造段階における石炭灰スラリーの品質を判定する指標を得ることができると共に、石炭灰スラリーをコンクリートに添加した後のコンクリートの流動性を予測することができる石炭灰スラリーの品質判定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、コンクリートの流動性に対する石炭灰のスラリー化の影響について検討を行った結果を説明した後に、
本発明に係る石炭灰スラリーの品質判定方法について説明する。
【００１７】
コンクリートの流動性に対する石炭灰のスラリー化の影響について検討を行った結果について説明する。石炭灰と水とを混合攪拌機(ミキサー)に投入した後に、この混合攪拌機は、所定時間、連続的に作動し、石炭灰をスラリー化する。化学混和剤及び骨材は、混合攪拌機内に投入されず、石炭灰及び水のみが混練され、この結果、石炭灰が均等に分散した石炭灰スラリーが混合攪拌機内に生成される。石炭灰として、石炭火力発電所の副産物である廃棄石炭灰が使用され、混練される水として、上水道水、地下水、工業用水等の一般的な水が使用される。
【００１８】
更に、石炭灰スラリーは、所定の配合に従って、セメント、水、化学混和剤及び骨材と混練され、コンクリートが製造される。化学混和剤として、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤及び／又は高性能ＡＥ減水剤が使用される他、所望の化学混和剤が任意に使用される。セメントとして、普通ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０）を好適に使用し得るが、他の種類のセメント、例えば、早強セメント等を使用しても良い。骨材として、一般的に使用される粗骨材及び細骨材を使用することができる。粗骨材として、砕石又は川砂利等を使用し、細骨材として、川砂等の天然砂又は砕砂等の人工砂を使用し得る。
【００１９】
このコンクリートの流動性に対する石炭灰のスラリー化の影響を考察すべく、石炭灰スラリーを使用してセメントモルタルを調合し、セメントモルタルのフロー値試験を行った。比較例として、混水後、未攪拌状態で静置した石炭灰を使用してセメントモルタルを調合し、セメントモルタルのフロー値試験を行った。フロー値試験に使用したセメントモルタルの配合表が、表１に示されている。なお、セメントとして、普通ポルトランドセメントを使用した。
【００２０】
【表１】
2008058205.tif 000003
【００２１】
図２は、表１の配合表に示す配合比で調合したセメントモルタルのフロー値試験結果を示す線図である。図２には、乾燥状態の石炭灰を使用して調合したセメントモルタルのフロー値（Ａ値）、混水攪拌後のスラリー化石炭灰（第１実施例に相当）を使用して調合したセメントモルタルのフロー値（Ｂ：Ｃ：Ｄ値）、更には、比較例として用意した石炭灰（単に混水静置した石炭灰）を使用して調合したセメントモルタルのフロー値（ａ：ｂ：ｃ：ｄ：ｅ：ｆ値）が示されている。フロー値試験は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」（セメントの物理試験方法）に従って行われた。なお、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」の試験方法では、フロー値の測定基盤（フローテーブル）の直径が３００mmであるので、３００mmを超えるフロー値は、測定不能である。第１実施例及び第２実施例において使用した石炭灰は、「ＪＩＳ Ａ ６２０１−１９９９」に規定されたII種の石炭灰である。第１実施例として１日（２４時間）、第２実施例として３日（７２時間）の時間、石炭灰と水とを強制練りパン型の混合攪拌機（ミキサー）に投入して混合した後、連続的に攪拌し、石炭灰をスラリー化した。図１は、混合攪拌機による石炭灰及び水の攪拌状態を示す図（写真）である。ＡＥ剤等の化学混和剤、砂等の骨材の如く、他のモルタル原料又はコンクリート原料は、混合攪拌機内の流動体に一切混入せず、石炭灰及び水のみを混合して攪拌したが、石炭灰は、水に良好に分散し、均一な石炭灰スラリーが攪拌機内に生成した。
【００２２】
乾燥した石炭灰（加水前の石炭灰）をそのまま使用し、表１の配合比に従ってセメント、水及び細骨材（砂）と混合した場合、セメントモルタルのフロー値（Ａ値）は、１８０mmの値を示すにすぎなかった。これに対し、加水後に２４時間（１日間）の連続混合攪拌（混水攪拌）を行って得られた石炭灰スラリー（上記第１実施例に相当する石炭灰スラリー）を使用し、上記配合表のセメントモルタルを調合した場合、セメントモルタルのフロー値（Ｂ値）は、２８０mmに達した。加水後２日以上の連続混合攪拌を行って得られた石炭灰スラリーを使用し、上記配合表のセメントモルタルを調合した場合、セメントモルタルの流動性は更に向上した。セメントモルタルのフロー値（Ｅ値）は、顕著に増大し、図２に二点鎖線矢印で示す如く、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」の試験方法による測定可能限界（３００mm）を超えたことから、もはや測定不能であった。これらの試験結果によれば、石炭灰をスラリー化した後にセメント、水及び細骨材（砂）と混合したセメントモルタルでは、乾燥状態の石炭灰を使用したセメントモルタルに比べて、フロー値が著しく増大するとともに、石炭灰の混水攪拌時間を長時間に設定すればするほど、セメントモルタルが高フロー値を示しており、この結果、石炭灰のスラリー化がセメントモルタルの流動性向上に大きく寄与すると判明した。
【００２３】
更に、混合攪拌後の石炭灰スラリーの安定性を考察すべく、攪拌停止後に石炭灰スラリーを所定時間静置し、静置時間経過後の石炭灰スラリーを使用してセメントモルタルを調合し、セメントモルタルのフロー値を測定した。図２には、２４時間混水攪拌してスラリー化した石炭灰スラリーに関し、攪拌停止後に２日間静置した石炭灰スラリーを使用して上記配合表のセメントモルタルを調合し、セメントモルタルのフロー値を測定した試験結果（Ｃ値）が示されている。同様に、攪拌停止後に６日間静置した石炭灰スラリーを用いて上記配合表のセメントモルタルを調合し、セメントモルタルのフロー値を測定した試験結果（Ｄ値）が図２に示されている。スラリー化後に約２日間静置した石炭灰スラリーを使用したセメントモルタルにおいては、フロー値（Ｃ値）は、約３００mmであり、スラリー化後に約６日間静置した石炭灰スラリーを使用したセメントモルタルにおいても、ほぼ同様な値のフロー値（Ｄ値＝約２９０mm）が測定されており、攪拌停止後の静置に伴うフロー値の低下は、観られなかった。このような試験結果によれば、２４時間混水攪拌により、概ね安定した石炭灰スラリーが得られると考えられる。前述の如く、混水攪拌の長期化によりセメントモルタルのフロー値（Ｅ値）が更に増大する点を考慮した上で、混水攪拌停止後の静置時間の長短がセメントモルタルのフロー値向上又フロー値低下に大きく影響していない現象を考察すると、セメントモルタルの流動性向上の主要因は、混水攪拌による石炭灰のスラリー化行為自体にあると考えられる。
【００２４】
比較例として、石炭灰を水に浸漬し、混水攪拌を全く行わずに所定時間、静置した石炭灰を用意し、この石炭灰を使用して、表１に示す配合のセメントモルタルを調合し、上記試験方法によるセメントモルタルのフロー値試験を実施した。図２に示す如く、浸水時間が２日以内の石炭灰を使用したセメントモルタルでは、２００〜２１０mm（ａ値、ｂ値）のフロー値が測定され、乾燥状態の石炭灰を使用したセメントモルタル（フロー値＝１８０mm（Ａ値））よりも若干高い値のフロー値が測定されたが、以下に示す如く、７日以上の浸水・静置時間を経た石炭灰を使用した場合、セメントモルタルのフロー値（ｄ、ｅ、ｆ値）は、乾燥状態の石炭灰を使用したセメントモルタルのフロー値（約１８０mm（Ａ値））と同等、若しくは、それ以下の値に低下しており、長時間に亘って浸水・静置した石炭灰を配合したセメントモルタルのフロー値は、却って低下すると判明した。
【００２５】
加水静置後３日経過の石炭灰使用：フロー値＝約１８０mm（ｃ値）
加水静置後７日経過の石炭灰使用：フロー値＝約１７０mm（ｄ値）
加水静置後14日経過の石炭灰使用：フロー値＝約１７０mm（ｅ値）
加水静置後28日経過の石炭灰使用：フロー値＝約１４０mm（ｆ値）
即ち、石炭灰をスラリー化せず、単に未攪拌の浸水状態に保持するだけでは、長時間の浸水時間を確保しても、流動性向上の効果は得られず、逆に、浸水後の静置時間の長期化は、却って、セメントモルタルの流動性を低下させる要因となり得る。
【００２６】
これらの試験結果より、以下の技術的事項が確認された。
【００２７】
（１）加水後に１日（２４時間）の連続的な混合攪拌を行うことにより、実質的に均一且つ安定した石炭灰スラリーが得られる。
【００２８】
（２）スラリー化時間（混水攪拌時間）の増大により、コンクリートの流動性を漸増することができる。
【００２９】
（３）スラリー化後の静置時間は、コンクリートの流動性に実質的に影響しない。
【００３０】
以上のような石炭灰のスラリー化に伴うコンクリートの流動性向上効果の原因としては、石炭灰スラリーの粒子表面の電気的変化が考えられる。石炭灰スラリーの粒子表面の電気的変化に関して、コンクリートに化学混和剤を添加するときの流動性向上効果を評価する指標として用いられるゼータ電位に着目し、石炭灰スラリーのゼータ電位と、石炭灰スラリーを添加したコンクリートの流動性との関係を定量化すべく、スラリー化に伴う石炭灰を中心とした無機粉体粒子のゼータ電位の経時変化を含む諸特性について測定及び検討を行った。
【００３１】
まず、ゼータ電位について説明する。セメントをはじめとする粒子の水中での分散は、コロイド粒子の分散のアナロジーとして議論されることが多い。図３は、粒子近傍で形成される電気二重層とゼータ電位との関係を説明するための図であり、図４は、ＤＬＶＯ理論による粒子間のポテンシャルエネルギー曲線を示す線図である。図３に示すように、液相中の粒子近傍では電気二重層が形成され、粒子近傍の液層の電位は粒子表面から遠ざかるほど低下する。粒子表面にごく近い（数オングストローム程度まで）のいわゆるＨｅｌｍｈｏｌｔｓ層（固定層）では電位は直線的に低下し、その外側のＧｏｕｉ−Ｃｈａｐｍａｎ層（拡散層）では電位は指数関数的に現象する。固定層と拡散層との境界付近、厳密には若干外側の、いわゆる「すべり面」の電位がゼータ電位である。ゼータ電位の測定を行う理由は、粒子表面の電位自体の測定には技術的な困難を伴うが、ゼータ電位は比較的容易に測定することができるからである。
【００３２】
粒子間の斥力は、数式（１）に示すようにゼータ電位ζの二乗に比例する。
【００３３】
【数１】
2008058205.tif 000004
電位がゼータ電位の１／ｅとなる距離Ｄ０は電気二重層の厚さと対応し、数式（１）中のDebye−Huckelのパラメータκとの間にＤ０＝１／κの関係にある。Ｄ０は液相中のイオン濃度の影響を受け、イオン濃度が高いと小さくなり、ＤＬＶＯ理論における極大値が大きく、すなわち粒子の分散状態が安定する性質がある。
【００３４】
一方、上記斥力とは別に、粒子間にはその距離に応じた分子間力（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力）が引力として作用し、数式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
2008058205.tif 000005
したがって粒子間には相反する斥力と引力の合力として数式（３）で示されるポテンシャルエネルギーＶが作用する。ゼータ電位（本質的には表面電位，以下同様）が大きく、したがって斥力ＶＲが大きい場合には、図４中のａ）やｂ）のように、Ｖの極大値Ｖｍａｘが斥力として現れる。この極大値は，粒子どうしがある一定の距離（図４中のＤ）以内に近づくことの障害となるため、一度分散された粒子は凝集することなく安定したコロイド溶液として存在することになる。また、ａ）とｂ）を比較すると、ｂ）の場合には相対的に小さなエネルギーで粒子どうしがＤ以内の距離に近づく可能性があり、ａ）の方が安定した分散状態といえる。逆に、ゼータ電位が小さく、したがって斥力ＶＲが小さい場合には、図４中のｃ）のようになり、粒子間距離が近づくほど引力は大きくなり、粒子どうしは凝集しやすく、かつ安定な凝集状態となる。
【００３６】
【数３】
2008058205.tif 000006
このように、石炭灰スラリーの粒子が有するゼータ電位が大きくなると水中で安定な分散状態になり、同粒子と水の混合物である石炭灰スラリーの流動性が向上する。さらには石炭灰スラリーを用いたコンクリートやモルタルの流動性が向上する。
【００３７】
石炭灰をスラリー化し、ゼータ電位やＤ０などの特性を分析し、どのような条件、要因でゼータ電位が大きくなるのか検討を行った。また、このときの石炭灰スラリー、さらには石炭灰スラリーを用いたモルタルの流動性に関して、ゼータ電位上昇の効果を検証した。
【００３８】
実験に供した石炭灰はJIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」におけるＩ種あるいはII種に相当する6銘柄8種類を用いた。なお、石炭灰のスラリー化の際には再現性を重視して精製水を使用した。
【００３９】
石炭灰をスラリー化して石炭灰スラリーとし、ゼータ電位の測定を行った。測定には高濃度のスラリーにおけるゼータ電位の測定が可能な電気音響法によるゼータ電位測定装置を使用した。同装置では他にDebye−Huckelのパラメータκ、スラリーのpHが同時に測定できる。測定は、石炭灰と精製水とを混合し、攪拌開始後１０分、１日、３日、５日、７日を標準として行った。また、１０分、１日、３日、５日で攪拌を取りやめ、その後静置した試料に関しても測定を行った。ただし試料の残量などの関係で割愛した場合もある。石炭灰スラリー濃度は、濃度が高い場合に流動性向上効果が顕著にみられたことから、混合可能な範囲でできるだけ高濃度とした。その結果、質量濃度で６０〜７５%程度となった。混合、攪拌にはホバートミキサを使用し、管理上の制約から夜間は攪拌を停止したため、「１０時間攪拌→１２時間停止→２時間攪拌→試料採取→（以下同じ）」の要領で行った。
【００４０】
なお一部の試料を用いて、石炭灰スラリー、ならびに石炭灰スラリーを用いたモルタルのフロー値を測定した。石炭灰スラリーは攪拌中の乾燥により次第に濃度が高くなるため、ゼータ電位やフロー値などの測定値に影響を及ぼす懸念がある。これを防止するため、上記の測定を行う際には、あらかじめ濃度を測定し、蒸発した水分を補給して、濃度が一定となるようにした。また、モルタルの練混ぜにはポリカルボン酸系高性能AE減水剤を用いたが、その添加量は同一の石炭灰スラリーでは常に一定とした。モルタルの調合を表２に示している。
【００４１】
【表２】
2008058205.tif 000007
図５は、攪拌継続に伴うゼータ電位の経時変化の一例を示す。なお、図５中の「３日攪拌後静置」は、上述したように、「１０時間攪拌→１２時間停止→２時間攪拌→試料採取→（以下同じ）」のサイクルを実験開始から3日間まで繰り返し、その後静置したことを意味する。同様に「連続撹拌」は、同サイクルを実験開始から終了まで繰り返したことを意味する。また、以下の「フライアッシュ」は、石炭灰と同様の意味を表す。
【００４２】
図５から明らかなように、フライアッシュAを用いた石炭灰スラリーにおけるゼータ電位は、攪拌時間の経過とともに負側に増大している。図５中の破線はそれぞれの時期に攪拌を停止して静置した場合のゼータ電位を示す。１０分攪拌後静置した場合を除いて、攪拌停止とともにゼータ電位の増大が停止し横這いとなっている。
【００４３】
この傾向は、石炭灰スラリーを用いたモルタルのフローが、長時間攪拌した石炭灰スラリーを用いた場合ほど大きくなり、攪拌停止後に静置した石炭灰スラリーを用いた場合には静置時間が長くなってもフローは増大しない上述の傾向と一致している。
【００４４】
この攪拌継続に伴うゼータ電位の低下は、石炭灰スラリー中の塩基性イオン濃度の経時低下に対応していると考えられる。すなわち、石炭灰スラリー中のイオンが石炭灰表面に吸着されたり、他の物質と反応して沈殿したりして、石炭灰スラリー中のイオン濃度が低下し、石炭灰スラリーのゼータ電位が低下したものと解釈できる。
【００４５】
図６は、攪拌継続に伴い変化する石炭灰スラリーのゼータ電位と、そのときの石炭灰スラリーのフローの関係を示す。フライアッシュF2は、ゼータ電位の絶対値が８ｍＶを超えると、約１００から２５０〜３００まで急激にフローが大きくなり、流動性が向上していることが確認された。フライアッシュAも、８〜１０ｍＶを境に流動性が向上している。
【００４６】
図７は、攪拌継続に伴い変化する石炭灰スラリーのゼータ電位と、そのときの石炭灰スラリーを添加したモルタルのフローの関係を示している。図７に示すように、石炭灰スラリーを添加したモルタルのフロー値は、ゼータ電位の絶対値が、６〜８ｍＶを超えると、モルタルのフロー値が約１００から２００〜４００まで大きく向上していることが確認された。モルタル中では、セメントから溶出したＣａなどの遊離イオンの影響で高アルカリ性となる。一方、図５に示すように、攪拌時間の経過とともにスラリー中の電解質は少なく、ｐＨは中性側に低くなり、ゼータ電位は負側に増大する。図７に示すように、石炭灰スラリー中でゼータ電位が上昇した粒子をセメントと混合してモルタルとしたことにより、石炭灰スラリー中よりもｐＨが著しく高くかつ遊離イオンが多い状況となっても、一度安定した分散状態となった粒子は、流動性を失わないことが確認された。
【００４７】
これらの試験結果より、以下の技術的事項が確認された。
【００４８】
（１）石炭灰のスラリー化による攪拌時間の経過とともに、石炭灰スラリーのゼータ電位が負側に増大した。
【００４９】
（２）一度増大した石炭灰スラリーのゼータ電位は、攪拌を停止しても変化せずに安定した。
【００５０】
（３）石炭灰スラリーのフローは、ゼータ電位が８〜１０ｍＶを超えると急激に向上した。
【００５１】
（４）石炭灰スラリーを添加したモルタル試験体のフローは、石炭灰スラリーのゼータ電位が６〜８ｍＶを超えると急激に向上した。
【００５２】
このように確認された技術的事項に基づき、コンクリートに添加する石炭灰スラリーの品質を、ゼータ電位を指標として判定する石炭灰スラリーの品質判定方法を適用したコンクリート用石炭灰スラリーの製造方法について説明する。
【００５３】
図８は、本発明に係る石炭灰スラリーの品質判定方法を適用した石炭灰スラリーの製造方法を実現する製造設備の概略を示す図である。図８に示すように、本製造設備は、石炭火力発電所から排出された石炭灰を輸送車Ｔで運搬して積載するストックヤード１０と、ストックヤード１０に積載された石炭灰を運搬するベルトコンベア２０と、ベルトコンベア２０により運搬された石炭灰が投入されて、貯蔵される粉体容器３０と、粉体容器３０の下方に配置され、粉体容器３０内の石炭灰が排出され、投入される混合攪拌機４０とを有している。
【００５４】
図９は、混合攪拌機４０の概略を示す図である。混合攪拌機４０は、図９に示すように、粉体容器３０からの石炭灰を混合攪拌機４０内に供給する供給管４１と、混合攪拌機４０内に注水する注水管４２と、混合攪拌機４０内の未燃カーボンを外部に排出する未燃カーボン排出管４３と、混合攪拌機４０内に空気を圧送する空気圧送管４４と、混合攪拌機４０内で生成した石炭灰スラリーを排出する石炭灰スラリー排出管４５と、混合攪拌機４０内の鉄分を排出する鉄分排出管４６と、電磁石を内蔵した有孔回転板から成り、図示しない回転軸周りに回転自在に配置された攪拌板４７とを有している。各管４１〜４６には、それぞれ制御弁４９Ａ〜４９Ｆが設けられている。
【００５５】
また、混合攪拌機４０は、混合攪拌機４０内で生成した石炭灰スラリーのゼータ電位を測定するためのゼータ電位測定装置５０を有している。このゼータ電位測定装置５０は、攪拌板４７と電気的に接続されており、混合攪拌機４０は、ゼータ電位測定装置５０によって測定された石炭灰スラリーのゼータ電位に基づいて攪拌板４７の回転開始及び回転停止を制御し得るように構成されている。
【００５６】
かかる構成の石炭灰スラリーの製造設備を用いて、石炭灰と水とを混合する混合工程と、混合された石炭灰と水とを攪拌してスラリー化し、石炭灰スラリーを生成するスラリー化工程とを有する石炭灰スラリーの製造方法を実行する。さらに、この石炭灰スラリーの製造方法は、スラリー化工程中に、混合攪拌機４０内で生成された石炭灰スラリーのゼータ電位を測定するゼータ電位測定工程を実行し、このゼータ電位測定工程で測定されたゼータ電位に基づいて、スラリー化工程を終了するようになっている。以下、この石炭灰スラリーの製造方法の各工程について具体的に説明する。
【００５７】
まず、混合工程について説明する。混合攪拌機４０は、制御弁４９Ａ，４９Ｃのみを開放し、粉体容器３０に貯蔵されている石炭灰と、例えばパインオイル等の界面活性剤を含む水とを混合攪拌機４０内に投入して混合する。
【００５８】
次に、スラリー化工程について説明する。混合攪拌機４０は、制御弁４９Ｄのみを開放し、混合攪拌機４０の外部から空気を圧送しつつ電磁石オンの状態で、攪拌板４７を連続的に回転することにより、混合攪拌機４０内で混合された石炭灰と水とを攪拌してスラリー化し、石炭灰スラリーを生成する。このスラリー化工程において、界面活性剤の発泡作用を利用して石炭灰中の未燃カーボンが分離される。また、圧送された空気中の二酸化炭素により石炭灰中に含まれる例えばＣａＯ等の高アルカリ成分が中和される。
【００５９】
このスラリー化工程を実行している間に、ゼータ電位測定工程を実行する。このゼータ電位測定工程では、ゼータ電位測定装置５０を用いて混合攪拌機４０内で生成された石炭灰スラリーのゼータ電位を測定し、このゼータ電位に基づいて、混合攪拌機４０内で生成された石炭灰スラリーの品質を判定する石炭灰スラリーの品質判定方法を実施する。
【００６０】
石炭灰スラリーの品質判定方法について説明する。ゼータ電位測定装置５０により石炭灰スラリーのゼータ電位を連続的に測定する。攪拌板４７による攪拌時間の経過に伴い、石炭灰スラリーのゼータ電位は負側に増大する。そして、石炭灰スラリーのゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた後に、又は、石炭灰スラリーのゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた状態から所定時間経過後に、攪拌板４７の回転を停止し、スラリー化工程を終了する。
【００６１】
ゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた状態の石炭灰スラリーは、上述したように、この石炭灰スラリーを添加したコンクリートの流動性が急激に向上するという効果を有する点で、コンクリートに添加するのに最適の状態であると判定することができる。
【００６２】
したがって、この石炭灰スラリーの品質判定方法によれば、石炭灰をスラリー化して石炭灰スラリーとしたことに伴うコンクリートの流動性向上効果を、ゼータ電位を指標として評価することができるので、石炭灰スラリーの製造段階における石炭灰スラリーの品質を判定する指標を得ることができると共に、石炭灰スラリーをコンクリートに添加した後のコンクリートの流動性を予測することができる。よって、石炭灰スラリーをコンクリートに添加した後にトライアンドエラー的にその流動性を確認する必要もなく、製造効率の向上、製造コストの抑制を図ることができる。
【００６３】
また、この石炭灰スラリーの品質判定方法によれば、所望のコンクリートの流動性向上効果を得るためのゼータ電位の閾値を絶対値で６ｍＶとして、測定した石炭灰スラリーのゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた後に、又は、石炭灰スラリーのゼータ電位の絶対値が６ｍＶを超えた状態から所定時間経過後に、スラリー化工程を終了しており、攪拌時間を定量的に制御することができるので、より一層の製造効率の向上、製造コストの抑制を図ることができる。
【００６４】
次に、混合攪拌機４０は、制御弁４９Ｂを開放し、混合攪拌機４０内で石炭灰中から分離された未燃カーボンを未燃カーボン排出管４３から排出する。
【００６５】
次に、混合攪拌機４０は、制御弁４９Ｂ，４９Ｄを閉鎖した後に、電磁石オンの状態で、制御弁４９Ｃ，４９Ｅを開放し、石炭灰スラリー排出管４５を介して混合攪拌機４０内に生成した石炭灰スラリーを排出する。この石炭灰スラリー排出管４５は、図示しないコンクリートミキサーに接続されており、石炭灰スラリーは、石炭灰スラリー排出管４５介してコンクリートミキサー内に搬送される。このコンクリートミキサー内には、石炭灰スラリーの他に、セメント、水、化学混和剤及び骨材とが、所定の配合に従って投入されており、これらを所定の時間混練することによりコンクリートが製造される。
【００６６】
次に、混合攪拌機４０は、制御弁４９Ｅを閉鎖した後に、電磁石をオフにして制御弁４９Ｃ，４９Ｆを開放し、電磁石に付着したマグネタイト（磁鉄鉱）等の鉄分を排出する。この鉄分は、鉄鋼原料として再利用することができる。
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６８】
例えば、ゼータ電位測定装置５０により石炭灰スラリーのゼータ電位を連続的に測定する構成としているが、石炭灰スラリーのゼータ電位を断続的に測定する構成としても良い。
【００６９】
この場合、混合攪拌機４０は、スラリー化工程を所定の時間だけ実行し、攪拌板４７の回転を一旦停止する。この間に、ゼータ電位測定装置５０により石炭灰スラリーのゼータ電位を測定し、ゼータ電位の絶対値が６ｍＶに到達していれば、スラリー化工程を終了する。
【００７０】
一方、ゼータ電位の絶対値が６ｍＶに未だ到達していなければ、再び攪拌板４７の回転を開始する。以後、混合攪拌機４０は、ゼータ電位の絶対値が６ｍＶに到達するまで、攪拌板４７の回転及び回転停止を繰り返す。
【００７１】
これにより、混合攪拌機４０は、ゼータ電位測定装置５０により石炭灰スラリーのゼータ電位を連続的に測定する場合と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】混合攪拌機による石炭灰及び水の攪拌状態を示す図（写真）である。
【図２】石炭灰スラリー、セメント、水及び骨材を調合したセメントモルタルのフロー値試験結果を示す線図である。
【図３】電気二重層とゼータ電位との関係を説明するための図である。
【図４】ＤＬＶＯ理論による粒子間のポテンシャルエネルギー曲線を示す線図である。
【図５】石炭灰と水との攪拌継続に伴うゼータ電位の経時変化を示す線図である。
【図６】攪拌継続に伴い変化する石炭灰スラリーのゼータ電位と石炭灰スラリーのフロー値との関係を示す線図である。
【図７】攪拌継続に伴い変化する石炭灰スラリーのゼータ電位と石炭灰スラリーを添加したモルタルのフロー値との関係を示す線図である。
【図８】本発明に係る石炭灰スラリーの品質判定方法を適用した石炭灰スラリーの製造方法を実現する製造設備の概略を示す図である。
【図９】図８に示した製造設備における混合攪拌機の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０            ストックヤード
２０            ベルトコンベア
３０            粉体容器
４０            混合攪拌機
４１            供給管
４２            注水管
４３            未燃カーボン排出管
４４            空気圧送管
４５            石炭灰スラリー排出管
４６            鉄分排出管
４７            攪拌板
４９Ａ〜４９Ｆ  制御弁
５０            ゼータ電位測定装置
【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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【図８】
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【図９】
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