(57)【要約】【課題】セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材の製造方法および人工軽量骨材を提供することを目的とする。【解決手段】フライアッシュ１０とポリプロピレン２０と石膏３０とからなる原料混合物Ｄ１を人工軽量骨材製造装置４０において２００℃前後で加熱して塊状の溶融混合物Ｅ１を生成する。溶融混合物Ｅ１をさらにペレット状に形成して人工軽量骨材Ｆ１を形成する。人工軽量骨材Ｆ１をセメントＧ１に混和してそのセメントＧ１中に適量の水Ｈ１を加えると流動体Ｉ１が形成される。流動体Ｉ１では、セメントＧ１と水Ｈ１との反応で生成されたセメント水和物が形成され、人工軽量骨材Ｆ１に含有している焼石膏が水Ｈ１に溶解してペーストが形成される。セメント水和物とペーストは、人工軽量骨材Ｆ１とセメントＧ１との間で徐々に硬化していき、やがて互いに結着して強固に硬化する。【選択図】  図１
2004224648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質無機材料および熱可塑性樹脂を用いて同多孔質無機材料を加熱して人工軽量骨材を形成する人工軽量骨材の製造方法であって、
上記多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるための結着手段を同多孔質無機材料に混和することを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
上記多孔質無機材料を５００℃以下で加熱することを特徴とする請求項１に記載の人工軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
多孔質無機材料と、
上記多孔質無機材料を加熱する際に同多孔質無機材料に対して所定の粘性を付与するための熱可塑性樹脂と、
上記多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるために設けられ、同多孔質無機材料に混和される結着手段とを具備し、
上記多孔質無機材料を加熱して形成したことを特徴とする人工軽量骨材。
【請求項４】
上記多孔質無機材料には、少なくともフライアッシュが含まれることを特徴とする請求項３に記載の人工軽量骨材。
【請求項５】
上記多孔質無機材料には、少なくとも微粒状の石英質系鉱物が含まれることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項６】
上記結着手段には、少なくとも微粒状の無機粉体が含まれることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項７】
上記無機粉体には、少なくとも石膏が含まれることを特徴とする請求項６に記載の人工軽量骨材。
【請求項８】
上記無機粉体には、少なくともアルミ系混合物が含まれることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項９】
上記無機粉体には、少なくともスラグが含まれることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項１０】
上記無機粉体には、少なくともセメントが含まれることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項１１】
上記結着手段には、少なくとも分散質に合成樹脂を用いたエマルジョンが含まれることを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項１２】
上記エマルジョンに含まれる分散質には、少なくともゴム系樹脂が含まれることを特徴とする請求項１１に記載の人工軽量骨材。
【請求項１３】
上記エマルジョンに含まれる分散質には、少なくともアクリル系樹脂が含まれることを特徴とする請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項１４】
上記多孔質無機材料に熱硬化性樹脂を添加したことを特徴とする請求項３〜請求項１３のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【請求項１５】
上記多孔質無機材料にスルホン酸とカルボン酸のいずれかまたは組み合わせにて生成された減水剤が添加されていることを特徴とする請求項３〜請求項１４のいずれかに記載の人工軽量骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質無機材料および熱可塑性樹脂を用いた人工軽量骨材の製造方法および人工軽量骨材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、例えば特許文献１に開示されたフライアッシュを用いた人工軽量骨材の製造方法が知られている。この製造方法においては、人工軽量骨材にフライアッシュ等の多孔質無機材料を用いる場合は、フライアッシュ中の未燃焼の炭質物を燃焼除去したものを原料として用いる。このフライアッシュを焼成させて人工軽量骨材を形成するには、通常１３００〜１４００℃の範囲で焼成させるのが好ましいとされており、未燃焼の炭質物を除去するためには少なくとも６００〜８００℃の範囲で２〜５時間焼成させる必要があることが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２５９２９２号公報（第２頁〜第３頁、表１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の人工軽量骨材は、吸水性が低いためセメントの結晶が人工軽量骨材に浸潤され難く互いの結着性が十分ではなかった。
さらに、人工軽量骨材を生成するための焼成温度が高温であるため、人工軽量骨材とセメントとの結着性を向上させるための物質を人工軽量骨材に混和させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材の製造方法および人工軽量骨材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、多孔質無機材料および熱可塑性樹脂を用いて同多孔質無機材料を加熱して人工軽量骨材を形成する人工軽量骨材の製造方法であって、上記多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるための結着手段を同多孔質無機材料に混和する構成としてある。すなわち、熱可塑性樹脂を用いて加熱することにより人工軽量骨材を形成するため、熱可塑性樹脂を用いた加熱よりも遙かに高い温度まで焼成する工程が不要となる。従って、人工軽量骨材とセメントとの結着性を向上させるための物質を人工軽量骨材に混和させることが可能である。ここで、高温の焼成温度まで加熱しないようにすると、加熱された多孔質無機材料に結着手段が混和されていても結着手段は熱で変性しない。さらに、多孔質無機材料の人工軽量骨材製造装置への投入時に結着手段を同時に投入することができ、製造時の手間を省くことができる。
これにより、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することができる。
【０００７】
なお、上記多孔質無機材料を加熱する前に同多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるための結着手段を同多孔質無機材料に混和してもよい。多孔質無機材料の加熱工程よりも前に多孔質無機材料に結着手段が混和されるので、人工軽量骨材内で結着手段を均質に行き渡らせることができ、人工軽量骨材は効率よくセメントと結着しやすい材質に改質される。ここで、高温の焼成温度まで加熱しないようにすると、結着手段を多孔質無機材料の加熱前に投入しても結着手段は熱で変性しない。これにより、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することができる。
むろん、多孔質無機材料を加熱するタイミングは様々考えられ、多孔質無機材料の加熱前に結着手段を混和する以外にも、多孔質無機材料の加熱中に結着手段を混和してもよいし、加熱した多孔質無機材料に結着手段を混和してもよい。
上記多孔質無機材料を５００℃以下で加熱する構成としてもよい。すなわち、高温の焼成温度まで加熱されないので、熱可塑性樹脂が発火しないとともに、加熱された多孔質無機材料に結着手段が混和されていても、結着手段は変性され難く、結着手段として要求される機能が損なわれ難い。
これにより、より確実にセメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することができる。
【０００８】
上述した製造方法により製造される人工軽量骨材にも、発明の重要な技術的思想が含まれていると捉えることが可能である。そこで、請求項３にかかる発明は、多孔質無機材料と、上記多孔質無機材料を加熱する際に同多孔質無機材料に対して所定の粘性を付与するための熱可塑性樹脂と、上記多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるために設けられ、同多孔質無機材料に混和される結着手段とを具備し、上記多孔質無機材料を加熱して形成した構成としてある。すなわち、人工軽量骨材は熱可塑性樹脂を用いて加熱することにより形成されるため、熱可塑性樹脂を用いた加熱よりも遙かに高温まで焼成される必要がない。従って、人工軽量骨材とセメントとの結着性を向上させるための物質を混和させた人工軽量骨材を得ることが可能である。ここで、高温の焼成温度まで加熱しないようにすると、加熱された多孔質無機材料に結着手段が混和されていても結着手段は熱で変性しない。結着手段が混和された多孔質無機材料は、結着手段が混和されていない場合と比較して、多孔質無機材料とセメントとの結着性の高い人工軽量骨材を形成する作用を有する。
これにより、セメントとの結着性を良好にさせた人工軽量骨材を得ることが可能となる。
【０００９】
なお、多孔質無機材料と、上記多孔質無機材料を加熱する際に同多孔質無機材料に対して所定の粘性を付与するための熱可塑性樹脂と、上記多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させるために設けられ、同多孔質無機材料を加熱する前に同多孔質無機材料に混和される結着手段とを具備する構成としてもよい。多孔質無機材料を加熱する前に多孔質無機材料に結着手段が混和されているので、人工軽量骨材内で結着手段が均質に行き渡り、人工軽量骨材は効率よくセメントと結着しやすい材質に改質されている。なお、高温の焼成温度まで加熱しないようにすると、結着手段を多孔質無機材料の加熱前に投入しても結着手段は熱で変性しない。これにより、セメントとの結着性を良好にさせた人工軽量骨材を効率的に得ることが可能となる。
上記多孔質無機材料を５００℃以下で加熱した構成としてもよい。すなわち、高温の焼成温度まで加熱されないので、加熱された多孔質無機材料に結着手段が混和されていても、結着手段は変性され難く、結着手段として要求される機能が損なわれ難い。これにより、より確実にセメントとの結着性を良好にさせた人工軽量骨材を得ることが可能となる。
上記多孔質無機材料には、少なくともフライアッシュが含まれる構成としてもよい。フライアッシュは、石炭灰が溶融して微細な略球状に形成されたものであり、フライアッシュとセメントと水を混合すると、セメントの水和反応によって生成される水酸化カルシウムと徐々に反応して不溶性の珪酸カルシウムを生成するポゾラン反応を起こす。これにより、フライアッシュを含む人工軽量骨材をセメントに混和すると、長時間かけて徐々にセメントの硬化強度を高めることとなる。また、球形を呈するフライアッシュにおいては、表面が滑らかであるので、人工軽量骨材を製造する時の成形性も向上する。
【００１０】
また、上記多孔質無機材料には、少なくとも微粒状の石英質系鉱物が含まれる構成としてもよい。本発明にいう微粒状には、粉末状も含まれる。石英質系鉱物には、例えば、麦飯石を用いることができる。この麦飯石は、シリカ質を含有しており、セメントから析出した水酸化カルシウムと徐々にポゾラン反応を起こして不溶性の珪酸カルシウムを形成する。この珪酸カルシウムは、セメント粒子間においてセメント粒子やセメント水和物と結着して、コンクリートの強度を増強させる作用を有する。
多孔質無機材料としてフライアッシュや微粒状の石英質系鉱物を用いることにより、セメントと人工軽量骨材との結着性を向上させてより強固なコンクリートを製造することができる。
【００１１】
請求項６にかかる発明のように、上記結着手段には、少なくとも微粒状の無機粉体が含まれる構成としてもよい。この微粒状（粉末状を含む）の無機粉体は、多孔質無機材料とセメントとの結着性を向上させる。同無機粉体を含有している人工軽量骨材をセメントに混和すると、人工軽量骨材表面の無機粉体が周囲のセメント粒子やセメント水和物と強固に結着する。
これにより、セメントと人工軽量骨材との結着性を向上させることができる。ここで、上記多孔質無機材料および上記熱可塑性樹脂の合計を８０〜２０重量％とし、上記微粒状の無機粉体を２０〜８０重量％として人工軽量骨材を形成してもよい。無機粉体が２０％重量以上であるとセメントと十分な結着性を得ることができ、８０重量％以下であると人工軽量骨材を形成することができる。
【００１２】
上記無機粉体には、少なくとも石膏が含まれる構成としてもよい。この石膏は、例えば二水石膏が用いられ、セメントに混和されて凝結調整剤として利用されている。同二水石膏は、５００℃以下で加熱されると、焼石膏（半水石膏）に変性する。この焼石膏は、水を加えるとペーストを形成したのち速やかに硬化する性質を有している。すなわち、加熱された多孔質無機材料に石膏が混和されていると、石膏は多孔質無機材料とともに加熱されて焼石膏となる。そして、焼石膏を含有する人工軽量骨材をセメントに混和して、さらに、このセメントに水を加えると、人工軽量骨材表面の焼石膏がセメント粒子間においてペーストを形成して硬化するので、周囲のセメント粒子やセメント水和物と強固に結着する。
【００１３】
上記無機粉体には、少なくともアルミ系混合物が含まれる構成としてもよい。このアルミ系混合物には、例えば活性カオリンを用いてもよい。この活性カオリンは、水が加えられるとペーストを形成して硬化する作用を有している。この活性カオリンを含有している人工軽量骨材をセメントに混和して、さらに、このセメントに水を加えると、セメント粒子間においてペーストを形成して硬化するので、周囲のセメント粒子やセメント水和物と強固に結着する。
上記無機粉体には、少なくともスラグが含まれる構成としてもよい。このスラグは、高炉から生成される鉄以外の非金属質鉱物にて形成されており、スラグを含有している人工軽量骨材をセメントに混和して、さらに、このセメントに水を加えると、スラグはセメント粒子間においてペーストを形成して硬化するので、周囲のセメント粒子やセメント水和物と強固に結着する。
【００１４】
上記無機粉体には、少なくともセメントが含まれる構成としてもよい。セメントを含有している人工軽量骨材をセメントに混和すると、人工軽量骨材が混和されるセメントと当該人工軽量骨材に含まれるセメントとが強固に結着する。
微粒状の無機粉体として石膏、アルミ系混合物、スラグ、セメントを用いることにより、セメントと人工軽量骨材との結着性を向上させることができる。
【００１５】
また、上記結着手段には、少なくとも分散質に合成樹脂を用いたエマルジョンが含まれる構成としてもよい。このエマルジョンは、セメントに水を投入して形成される流動体と相溶性がよいので、セメント粒子間においてセメント水和物と人工軽量骨材との結着性を促進させる作用を有する。
これにより、セメントと人工軽量骨材との結着性を向上させることができる。ここで、上記多孔質無機材料および上記熱可塑性樹脂の合計を９９．９〜９０重量％とし、上記エマルジョンを０．１〜１０重量％として人工軽量骨材を形成してもよい。エマルジョンが０．１％重量以上であるとセメントと十分な結着性を得ることができ、１０重量％以下であると人工軽量骨材を形成することができる。そして、０．１〜１０重量％の範囲内でエマルジョンの重量比を大きくするほど、本人工軽量骨材を用いたコンクリートの強度を向上させることができる。
【００１６】
上記エマルジョンに含まれる分散質には、少なくともゴム系樹脂が含まれる構成としてもよい。このゴム系樹脂には、例えばＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）を用いてもよい。このＳＢＲは、セメントに水を投入して形成される流動体と相溶性がよいので、セメント粒子間においてセメント水和物と人工軽量骨材との結着を促進させる作用を有する。
【００１７】
上記エマルジョンに含まれる分散質には、少なくともアクリル系樹脂が含まれる構成としてもよい。このアクリル系樹脂には、アクリロニトリル系組成物を用いてもよい。このアクリロニトリル系組成物は、セメントに水を投入して形成される流動体と相溶性がよいので、セメント粒子間においてセメント水和物と人工軽量骨材との結着を促進させる作用を有する。
ゴム系樹脂やアクリル系樹脂を用いることにより、セメントと人工軽量骨材との結着性を向上させることができる。
【００１８】
ところで、請求項１４にかかる発明のように、上記多孔質無機材料に熱硬化性樹脂を添加した構成としてもよい。この熱硬化性樹脂は、例えばメラミン樹脂を用いてもよい。このメラミン樹脂を人工軽量骨材に混和させると、人工軽量骨材自体の強度を向上させるとともに熱拡散係数を向上させる作用を有する。
これにより、高強度のコンクリートを形成することができる。
【００１９】
また、上記多孔質無機材料にスルホン酸とカルボン酸のいずれかまたは組み合わせにて生成された減水剤が添加されている構成としてもよい。この減水剤は、セメント硬化時の水の投入量を低減させるためのものである。減水剤は、通常フライアッシュを焼成する温度の６００〜１４００℃まで加熱すると、変性したり蒸発してしまうので減水剤としての機能を失ってしまう。しかし、本人工軽量骨材は高温の焼成温度まで加熱する必要がないので、同焼成温度より遙かに低い温度しか加熱しないようにすることにより、加熱された多孔質無機材料に減水剤が混和されていても、減水剤は変性しなくなる。
これにより、コンクリート製造時に減水剤を添加する手間を省くことができ、コンクリートを形成する際のワーカビリティを向上させることができるとともに、添加し忘れることによるコンクリート硬化への影響をも防止することができる。
【００２０】
ここで、上記減水剤を０．１〜１０重量％として人工軽量骨材を形成してもよい。減水剤が０．１％重量以上であるとセメントと十分な結着性を得ることができ、１０重量％以下であると人工軽量骨材を形成することができる。そして、０．１〜１０重量％の範囲内で減水剤の重量比を大きくするほど、本人工軽量骨材を用いたコンクリートの強度を向上させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが可能な人工軽量骨材の製造方法を提供することができる。
請求項２にかかる発明によれば、より確実にセメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが可能となる。
請求項３にかかる発明によれば、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を提供することができる。
請求項４、請求項５にかかる発明によれば、セメントとの結着性を向上させてより強固なコンクリートを製造することが可能となる。
請求項６〜請求項１３にかかる発明によれば、セメントとの結着性を向上させることが可能となる。
請求項１４にかかる発明によれば、高強度のコンクリートを形成することが可能となる。
請求項１５にかかる発明によれば、コンクリート製造時に減水剤を添加する手間を省くことができるとともに、コンクリートを形成する際のワーカビリティを向上させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）人工軽量骨材とその製造方法の概略：
（２）人工軽量骨材の製造方法の詳細：
（３）実施例１〜４：
（４）第二の実施形態：
（５）第三の実施形態：
（６）第四の実施形態：
（７）まとめ：
【００２３】
（１）人工軽量骨材とその製造方法の概略：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる人工軽量骨材Ｆ１の製造方法と製造された人工軽量骨材Ｆ１を利用したコンクリートＪ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。
本人工軽量骨材Ｆ１には、微粒状の多孔質無機材料Ａ１と、溶融混合用樹脂Ｂ１と、結着材（結着手段）Ｃ１とが用いられている。これらの材料Ａ１〜Ｃ１を人工軽量骨材製造装置４０に投入し、溶融混合物Ｅ１を形成することにより、人工軽量骨材Ｆ１を製造することができる。さらに、同人工軽量骨材Ｆ１と、セメントＧ１、水Ｈ１とを所定の撹拌容器６０に投入し、混和して硬化させることにより、建築材料などに用いられるコンクリートＪ１を製造することができる。
溶融混合用樹脂Ｂ１は、多孔質無機材料Ａ１を加熱する際に同多孔質無機材料Ａ１に対して所定の粘性を付与するための樹脂であり、熱可塑性樹脂などを用いることができる。本実施形態では、溶融混合用樹脂Ｂ１として熱可塑性樹脂を用いている。結着材Ｃ１は、多孔質無機材料Ａ１とセメントＧ１との結着性を向上させるために設けられている。結着材Ｃ１は、様々な形態が考えられ、例えば、不定形であってもよいし、粉末状であってもよいし、粒状であってもよい。本実施形態では、結着材Ｃ１として微粒状の無機粉体を用いている。そして、多孔質無機材料Ａ１を加熱する前に結着材Ｃ１を多孔質無機材料Ａ１に混和して、人工軽量骨材Ｆ１に成形する。
【００２４】
本実施形態の多孔質無機材料Ａ１には、フライアッシュ１０を用いている。このフライアッシュ１０は、石炭等を焼成したときに生じる黒っぽい石炭灰であり、主に二酸化珪素からなる微粒状（粉末状を含む）の多孔質の無機物質である。フライアッシュ１０は、ポゾランの一種で、セメントＧ１の水和反応によって生じる水酸化カルシウムと反応して不溶性の化合物を生成するポゾラン反応を起こす物質であり、セメントＧ１の水和反応によって生じる発熱を緩和する作用がある。また、フライアッシュは外形が球形であるため、表面が滑らかであり、熱可塑性樹脂の配合割合が少なくてもベアリング効果により容易に熱可塑性樹脂と混合することができ、人工軽量骨材を製造する時の成形性が良好である。
【００２５】
このフライアッシュ１０には種々の粒径の粒子が混在しているが、粒径を揃える等の改質を行わなくても骨材Ｆ１を製造可能である。この場合、非常に低コストにて骨材Ｆ１を得ることができ、建造物の材料等に利用することができる。本実施例に用いられるフライアッシュ１０は、熱可塑性樹脂Ｂ１や無機粉体Ｃ１とともに人工軽量骨材製造装置４０に投入され、所定の製造工程において互いに結着して軟質の原料混合物Ｄ１が形成される。従って、用途に応じて粒径を揃える等の改質を行い、人工軽量骨材や人工軽量骨材を用いた建造物の材料を所望の強度にさせるようにしてもよい。より好適な条件を求めるためフライアッシュの粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の人工軽量骨材を製造することができた。
【００２６】
なお、本発明を適用可能な多孔質無機材料は、フライアッシュ以外にも様々なものがある。
例えば、多孔質無機材料Ａ１として微粒状の石英質系鉱物を用いてもよい。この場合であっても、図１で示した流れにより人工軽量骨材Ｆ１を製造し、コンクリートＪ１を製造することができる。石英質系鉱物として、例えば、麦飯石を用いることができる。そして、溶融混合用樹脂Ｂ１や無機粉体Ｃ１と結着可能な粒径に粉砕して石粉とし、微粒状として混和する。
麦飯石は、二酸化珪素を含む無機物質であり、ポゾランの一種である。従って、麦飯石は、セメントＧ１の水和反応によって生じる水酸化カルシウムと徐々に反応して不溶性の珪酸カルシウムを生成するポゾラン反応を起こす物質である。生成する珪酸カルシウムは、セメントＧ１粒子間においてセメント粒子やセメント水和物と結着し、コンクリートＪ１の強度を増強させる。
【００２７】
石英質系鉱物は用途に応じて様々な粒径とすることができるが、より好適な条件を求めるため石英質系鉱物の粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の人工軽量骨材を得ることができた。
多孔質無機材料Ａ１としてフライアッシュや微粒状の石英質系鉱物を用いることにより、セメントＧ１と人工軽量骨材Ｆ１との結着性を向上させて強固なコンクリートＪ１を製造することができる。むろん、多孔質無機材料に少なくともフライアッシュが含まれていれば同様の効果が得られるし、多孔質無機材料に少なくとも微粒状の石英質系鉱物が含まれていれば同様の効果が得られる。また、多孔質無機材料をフライアッシュと微粒状の石英質系鉱物との組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００２８】
熱可塑性樹脂Ｂ１には、ポリプロピレン２０を用いている。このポリプロピレン２０は、結晶性熱可塑性樹脂で、おおむね１７０℃以下で溶融する性質を有している。本実施形態のポリプロピレン２０は、粒状のものを用いているが、多孔質無機材料Ａ１等に混合可能な形状であればどのような形状のものを用いてもよい。
むろん、熱可塑性樹脂Ｂ１としては、人工軽量骨材製造装置４０における加熱工程において少なくとも一部が溶融可能な材質であれば種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等を使用可能である。むろん、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。そして、熱可塑性樹脂Ｂ１は、多孔質無機材料Ａ１を加熱する際に多孔質無機材料Ａ１に対して所定の粘性を付与する。
【００２９】
微粒状の無機粉体Ｃ１には、石膏３０を用いている。通常、セメントＧ１に混和される石膏３０は、セメントＧ１の硬化時間を遅らせるための凝結調整剤として利用されるが、本実施例に用いられる石膏３０は、フライアッシュ１０およびポリプロピレン２０ともに５００度以下（より具体的には、２００度前後）で加熱されるので、組成の一部が脱水されて硫酸カルシウムの部分水和物である焼石膏に形成される。焼石膏は、水を加えるとペーストを形成したのち速やかに硬化する性質を有している。この焼石膏の粘着性が結着手段として好適である。
【００３０】
なお、本発明を適用可能な微粒状の無機粉体は、石膏以外にも様々なものがある。
例えば、無機粉体Ｃ１として、微粒状とした活性カオリン等のアルミ系化合物を用いてもよいし、微粒状としたスラグを用いてもよいし、微粒状のセメントを用いてもよい。これらの場合であっても、図１で示した流れにより人工軽量骨材Ｆ１を製造し、コンクリートＪ１を製造することができる。熱可塑性樹脂Ｂ１としてポリプロピレンを用いる場合、無機粉体Ｃ１は、２００℃前後に加熱されても変性し難い材質であり、人工軽量骨材Ｆ１に混和された状態で結着手段として人工軽量骨材Ｆ１とセメントＧ１とを結着させ得る作用を有していれば、様々な無機質系原料を用いることができる。
微粒状の無機粉体Ｃ１として石膏、アルミ系混合物、スラグ、セメントを用いることにより、セメントＧ１と人工軽量骨材Ｆ１との結着性を向上させることができる。むろん、無機粉体に少なくとも石膏が含まれていれば同様の効果が得られ、無機粉体に少なくともアルミ系混合物が含まれていれば同様の効果が得られ、無機粉体に少なくともスラグが含まれていれば同様の効果が得られ、無機粉体に少なくともセメントが含まれていれば同様の効果が得られる。また、無機粉体Ｃ１を石膏、アルミ系混合物、スラグ、セメントの中から二以上の組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００３１】
人工軽量骨材製造装置４０では、まず、投入された原料Ａ１〜Ｃ１を、粒状のまま略均一となるように混合し、原料混合物Ｄ１にする。次に、多孔質無機材料Ａ１を含む原料混合物Ｄ１を５００度以下で加熱し、同混合物に含まれる熱可塑性樹脂Ｂ１を溶融させて、粘性を有する軟化した溶融混合物Ｅ１にする。そして、溶融混合物Ｅ１を加圧して筒形状にして押し出し、押し出した筒形状の溶融混合物を切断するとともに同素材の端部の開口を閉じるように成形する。ここで、筒形状とされた溶融混合物は両端部が押し潰されて開口が塞がれるので、略カプセル状ないし略ボール状（外部から遮断された空洞を有する略球状）の人工軽量骨材Ｆ１が製造される。
【００３２】
同人工軽量骨材Ｆ１は、建築用材に配合される。建築用材はセメントを主成分としており、砂利の代替材として軽量骨材が使用されることによって、より軽量の建築用材を得ることができる。建築用材の原料は撹拌容器６０内に投入されて撹拌されるようになっており、上記人工軽量骨材Ｆ１の他、主にセメントＧ１と水Ｈ１とが投入される。むろん、砂利が含まれていてもよい。これらの原料は撹拌容器６０内で撹拌され、流動体の建築用材原料Ｉ１となる。この流動体の建築材料原料Ｉ１は、所定の形状を有する建築用材の雌型に流し込まれると、時間の経過とともに硬化してコンクリートＪ１となり、種々の建築物に使用される。
【００３３】
（２）人工軽量骨材の製造方法の詳細：
図２は本発明の人工軽量骨材の製造方法により人工軽量骨材を製造する人工軽量骨材製造装置４０の構成の概略を示す側面図であり、図３は同人工軽量骨材製造装置４０の上面図である。以下、同装置４０を用いた人工軽量骨材の製造方法について説明する。人工軽量骨材製造装置４０は、混合物供給装置４２と、混合物搬送装置４４と、混合物加熱装置４６と、人工軽量骨材成形装置４８と、選別搬送装置５０と、制御盤５２とを備えている。
【００３４】
混合物供給装置４２は、中空の略円筒形状に形成され、上面に開口部４２ａを備えたホッパ装置４３を有する。人工軽量骨材Ｆ１の原料となる微粒状の多孔質無機材料Ａ１、粒状の熱可塑性樹脂Ｂ１、微粒状の無機粉体Ｃ１を開口部４２ａから投入すると、同原料Ａ１〜Ｃ１をホッパ装置４３に収容することができる。従って、人工軽量骨材を製造する際には、まず、粒状の原料Ａ１〜Ｃ１をホッパ装置４３に投入する作業を行うことになる。なお、これらの原料Ａ１〜Ｃ１を投入する順序は様々考えられ、配合比等に応じて混合されやすいように決定すればよい。
【００３５】
原料の配合比については、多孔質無機材料Ａ１と熱可塑性樹脂Ｂ１との合計を８０〜２０重量％とし、微粒状の無機粉体Ｃ１を２０〜８０重量％とするのが好ましい。無機粉体Ｃ１が２０％重量以上であるとセメントＧ１と十分な結着性を得ることができ、８０重量％以下であると人工軽量骨材Ｆ１を形成することができる。
【００３６】
ホッパ装置４３の内部には、撹拌翼４３ａと、この撹拌翼４３ａが接続された撹拌翼接続円板４３ｂとが所定位置にそれぞれ配設されている。撹拌翼接続円板４３ｂは、ベルト４３ｃを介して撹拌翼駆動モータ４３ｄに接続されている。この撹拌翼駆動モータ４３ｄの駆動力がベルト４３ｃを介して撹拌翼接続円板４３ｂに伝達され、撹拌翼４３ａと撹拌翼駆動円板４３ｂとを回転駆動させている。これによって、ホッパ装置４３の内部に収容された原料混合物Ｄ１は、粒状のまま攪拌されて略均一に混和される。混和された混合物Ｄ１は、混合物供給口４３ｅへ供給されて、次工程である混合物搬送装置４４へ搬送される。
【００３７】
混合物搬送装置４４は、混合物流入口４４ａにて混合物供給装置の混合物供給口４３ｅに接続されている。粒状の原料混合物Ｄ１は、混合物流入口４４ａから混合物搬送装置４４に流入する。
略円筒形状とされた中空管４４ｂの内部には、スクリュー軸４４ｃが配設されている。このスクリュー軸４４ｃには、軸方向に沿って複数フライトのらせん状のねじ山が形成されたスクリューが配設されている。
【００３８】
混合物流入口４４ａから流入した原料混合物Ｄ１は、中空管４４ｂとスクリュー軸４４ｃとねじ山にて形成される空間に収容される。このスクリュー軸４４ｃは、ギア部４４ｄを介してスクリュー軸駆動モータ４４ｅに接続されている。このスクリュー軸駆動モータ４４ｅを駆動させると、中空管４４ｂとスクリュー軸４４ｃとねじ山にて形成される空間に収容された混合物Ｄ１は、スクリュー軸４４ｃの回転動作によって形成される所定の押し出し速度に基づいて混合されながら混合物流入口４４ａから溶融混合物流出口４４ｆに向かって押し出される。
【００３９】
混合物流入口４４ａから供給された原料混合物Ｄ１は、混合物搬送装置４４に併設されている混合物加熱装置４６によって加熱され、熱可塑性樹脂Ｂ１が溶融して軟化した塊状の溶融混合物Ｅ１が形成される。従って、スクリュー軸４４ｃの回転動作によって押し出される溶融混合物Ｅ１は、軟化した状態で溶融混合物流出口４４ｆへ押し出される。
混合物加熱装置４６は、概略、複数のヒータ部４６ａと、これらのヒータ部４６ａに対応した複数のブロア部４６ｂとを備えている。ヒータ部４６ａは、発熱体（図示省略）を有しており、この発熱体により高温とされた空気をブロア部４６ｂにて中空管４４ｂに吹き付けることにより、中空管４４ｂ内の原料混合物Ｄ１を加熱する。
【００４０】
ヒータ部４６ａは、熱可塑性樹脂の種類に応じて発熱体の加熱温度調節を設定できる構成を有している。ここで、ヒータ部４６ａは、多孔質無機材料を含む溶融混合物が５００℃以下となる範囲で熱可塑性樹脂を溶融させる温度に上昇させることができればよく、熱可塑性樹脂の種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用いる場合、多孔質無機材料を含む溶融混合物が２００℃前後となるようにヒータの加熱能力を設定している。すなわち、多孔質無機材料は６００〜１４００℃程度の高温の焼成温度まで加熱されないので、熱可塑性樹脂は発火しない。また、結着材である無機粉体が多孔質無機材料の加熱前に混和されても変性され難く、人工軽量骨材とセメントとの結着手段として要求される機能が損なわれ難い。従って、確実にセメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが可能となる。なお、５００℃以下であれば、多孔質無機材料や無機粉体の融点より低いため、多孔質無機材料や無機粉体については溶融されずに、熱可塑性樹脂と多孔質無機材料と無機粉体を溶融混合することができる。
このように、熱可塑性樹脂を用いて比較的低温で加熱することにより人工軽量骨材を形成するため、熱可塑性樹脂を用いた加熱よりも遙かに高い温度まで焼成する工程が不要となる。従って、人工軽量骨材とセメントとの結着性を向上させるための物質を人工軽量骨材に混和させることが可能である。
なお、混合物搬送装置４４が溶融混合物を搬送する能力は、混合物加熱装置４６にて形成される溶融混合物Ｅ１の溶融にかかる時間や、軟化された溶融混合物の粘度等の性質等に応じて決定すればよい。
【００４１】
多孔質無機材料Ａ１がフライアッシュであり、熱可塑性樹脂Ｂ１がポリプロピレンであり、無機粉体Ｃ１が石膏である場合、混合物搬送装置４４内を移動する原料混合物Ｄ１は、以下のように変化する。
すなわち、原料混合物Ｄ１が混合物加熱装置４６で加熱処理されると、フライアッシュの表面がさらに多孔質状に形成される。また、原料混合物Ｄ１中に含まれる微粒状の石膏は、加熱されると組成の一部が脱水されて硫酸カルシウムの部分水和物である焼石膏に変化する。この焼石膏は、微粒状の状態でフライアッシュの周囲や孔の内部に付着している。また、原料混合物Ｄ１中のポリプロピレンは、加熱されて溶融する。そして、フライアッシュや焼石膏と混合され、塊状をなす溶融混合物Ｅ１が形成される。
【００４２】
溶融混合物Ｅ１は、溶融混合物流出口４４ｆから人工軽量骨材成形装置４８に押し込まれる。そして、筒形状にされて押し出され、押し出される筒形状の溶融混合物の先端部に対向する凹部が形成された所定の成形型（図示省略）に挿入されて押し潰され、先端部の開口が塞がれる。同時に、ダイフェースカッター（図示省略）にて捩られて断面方向に押し潰されて切断される。ここで、筒形状の溶融混合物は、端部が押し潰されて開口が塞がれた状態に成形される。成形された溶融混合物は、冷却槽４８ａへ投入されて冷却される。冷却槽４８ａは、図示しない冷却機構にて冷却された冷水が入れられており、人工軽量骨材成形装置４８から落下する成形後の溶融混合物を冷水にて固化させるようになっている。成形後の溶融混合物を即座に固化させることにより、成形された素材どうしが相互に接着してしまうことを防止することができる。これにより、溶融混合物Ｅ１は、人工軽量骨材成形装置４８において端部が閉止された内空の略筒形状を呈する軽量かつ高強度の人工軽量骨材Ｆ１に形成される。
なお、筒形状の溶融混合物における端部の開口を塞ぐ際には、同溶融混合物の両端の開口を塞いでもよいし、一方の開口のみを塞いでもよい。開口の一方のみ塞がれた人工軽量骨材であっても、他方の開口が塞がれていると混合される対象であるコンクリート等の流動体は同人工軽量骨材の中空部に入り難いため、同流動体からの成形体を軽量化させることが可能である。
【００４３】
固化されて形成された人工軽量骨材Ｆ１は、人工軽量骨材流出口４８ｂから選別搬送装置５０へ搬送される。選別搬送装置５０は、所定径の略円形状の小穴（図示省略）が多数形成された選別搬送網（図示省略）、搬送網振動モータ（図示省略）、人工軽量骨材収容部（図示省略）を有している。人工軽量骨材Ｆ１は、順次選別搬送網に投入され、搬送網振動モータによって選別搬送網が振動することにより同選別搬送網の小穴にて大きさが選別される。そして、選別搬送網上に残存する人工軽量骨材は、同選別搬送網上を人工軽量骨材回収部に向かって移動していき、図示しないサイクロンによって人工軽量骨材収容部に収容されることになる。また、選別搬送網から落下した人工軽量骨材は、回収されて再利用される。
【００４４】
制御盤５２は、複数の操作ボタンと、本人工軽量骨材製造装置４０の運転条件の設定や運転状態をモニタリングする操作ディスプレイとが前面に配置されている。本装置４０の操作者は、この制御盤５２を使用して各種操作を行う。
【００４５】
上記人工軽量骨材製造装置４０で形成された人工軽量骨材Ｆ１は、所定の重量比でセメントＧ１に混和される。そして、人工軽量骨材Ｆ１を含有するセメントＧ１に水Ｈ１を所定の重量比で投入すると、流動体が形成される。この流動体は、人工軽量骨材Ｆ１およびセメントＧ１が水Ｈ１と様々な凝結反応を起こすことにより徐々に硬化していき、やがてコンクリートＪ１に形成される。
【００４６】
ここで、人工軽量骨材Ｆ１が混和されたセメントＧ１の水Ｈ１との凝結反応について説明する。
図４は、人工軽量骨材Ｆ１とセメントＧ１との反応状態を経過１〜３の順に示す模式図である。「経過１」は、人工軽量骨材Ｆ１の最小単位としてのペレットＦ１ａとセメントＧ１の最小単位としてのセメント粒子Ｇ１ａとを混和したものに水Ｈ１を投入した直後の状態を示している。
【００４７】
「経過２」は、水の投入から数時間が経過した後の状態を示している。セメント粒子Ｇ１ａと水Ｈ１とが反応してセメントを構成するカルシウム、珪素、アルミニウム、鉄等の中から、まずカルシウムが水Ｈ１中に急速に溶解する。セメント粒子Ｇ１ａ中に残った珪酸イオンやアルミナイオンは、比較的反応しやすいモノマーの状態で存在しているので、これらのイオンが水Ｈ１やカルシウムイオンと反応して不溶性のセメント水和物Ｇ１ｂを生成する。一方、このセメント水和物Ｇ１ｂの生成で残ったカルシウムイオンは、水酸化カルシウムＧ１ｃとして析出される。
【００４８】
ここで、ペレットＦ１ａに含まれるシリカ質は、析出した水酸化カルシウムＧ１ｃと徐々にポゾラン反応を起こして不溶性の珪酸カルシウムＦ１ｂを生成する。この珪酸カルシウムＦ１ｂは、セメント粒子Ｇ１ａ間においてセメント粒子Ｇ１ａやセメント水和物Ｇ１ｂと結着することにより、コンクリートＪ１の強度を向上させる作用を有する。
また、セメント粒子Ｇ１ａ間の水Ｈ１は徐々に液相反応を起こし、セメント水和物Ｇ１ｂと珪酸カルシウムＦ１ｂとがセメント粒子Ｇ１ａ間を充填していく。やがて、セメント粒子Ｇ１ａやペレットＦ１ａがセメント水和物Ｇ１ｂや珪酸カルシウムＦ１ｂにより互いに結着されていく。
【００４９】
「経過３」は、水投入から数日〜数ヶ月が経過した後の状態を示している。セメント粒子Ｇ１ａ間の水Ｈ１がさらに減って流動性がなくなってセメント水和物Ｇ１ｂおよび珪酸カルシウムＦ１ｂ等の結着状態がさらに緊密となる。こうして、セメント粒子Ｇ１ａやペレットＦ１ａが互いに硬化していき、やがて硬質なコンクリートＪ１（図１参照）を形成する。
【００５０】
本発明によると、多孔質無機材料の加熱工程よりも前に多孔質無機材料に結着材が混和されるので、人工軽量骨材内で結着材を均質に行き渡らせることができ、人工軽量骨材は効率よくセメントと結着しやすい材質に改質される。また、高温の焼成温度まで加熱されないので、結着材を多孔質無機材料の加熱前に投入しても結着材は熱で変性しない。さらに、多孔質無機材料の人工軽量骨材製造装置への投入時に結着材を同時に投入することができ、製造時の手間を省くことができる。従って、確実にセメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが可能な人工軽量骨材の製造方法を提供することができるとともに、セメントとの結着性を良好にさせた人工軽量骨材を提供することができる。
むろん、多孔質無機材料の加熱中に結着材を混和したり、加熱した多孔質無機材料に結着材を混和しても、高温の焼成温度まで加熱されないので、加熱された多孔質無機材料に結着材が混和されても結着材は熱で変性しない。従って、結着材を多孔質無機材料に混和することにより製造時の手間を省くことができ、確実にセメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが可能となり、セメントとの結着性を良好にさせた人工軽量骨材を提供することができる。
【００５１】
（３）実施例１〜４：
表１は、多孔質無機材料として微粒状のフライアッシュを用い、熱可塑性樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、結着材として微粒状の石膏を用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例１を示している。
【表１】
2004224648.tif 000003
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、フライアッシュの量を８０，６０，５０，４０，３０重量％と段階的に減らすとともに石膏の量を０，２０，３０，４０，５０重量％と段階的に増やした５試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。成形性とコンクリート強度の欄に記した二重丸◎は成形性やコンクリート強度が非常に良好であったことを意味し、一重丸○は二重丸◎程ではないが成形性やコンクリート強度が良好であったことを意味し、三角△は成形性やコンクリート強度が不十分であったことを意味している。なお、成形性は、成形時の形状を維持している人工軽量骨材の重量比などで評価することができる。また、コンクリート強度は、コンクリートの引っ張り強度などで評価することができる。
この場合、セメントと十分な結着性を得て良好なコンクリート強度を得ることができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンの合計を８０〜６０重量％とし、石膏を２０〜４０重量％とした試験区２，３，４であった。
【００５２】
表２は、結着材として石膏の代わりに微粒状の活性カオリンを用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例２を示している。
【表２】
2004224648.tif 000004
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、フライアッシュの量を８０，６０，５０，４０，３０重量％と段階的に減らすとともに活性カオリンの量を０，２０，３０，４０，５０重量％と段階的に増やした５試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。
この場合、セメントと十分な結着性を得て良好なコンクリート強度を得ることができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンの合計を８０〜６０重量％とし、活性カオリンを２０〜４０重量％とした試験区２，３，４であった。
【００５３】
表３は、結着材として活性カオリンの代わりにスラグを用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例３を示している。
【表３】
2004224648.tif 000005
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、フライアッシュの量を８０，６０，５０，４０，３０、２０，１０重量％と段階的に減らすとともにスラグの量を０，２０，３０，４０，５０、６０，７０重量％と段階的に増やした７試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。
この場合、セメントと十分な結着性を得て良好なコンクリート強度を得ることができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンの合計を８０〜３０重量％とし、スラグを２０〜７０重量％とした試験区２，３，４，５，６，７であった。なお、スラグの重量比を大きくするほど、本人工軽量骨材を用いたコンクリートの強度を向上させることができた。
【００５４】
表４は、結着材としてスラグの代わりにセメントを用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例４を示している。
【表４】
2004224648.tif 000006
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、フライアッシュの量を８０，６０，５０，４０，３０，２０重量％と段階的に減らすとともにセメントの量を０，２０，３０，４０，５０，６０重量％と段階的に増やした６試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。
この場合、人工軽量骨材が混和されるセメントと十分な結着性を得て良好なコンクリート強度を得ることができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンの合計を８０〜５０重量％とし、人工軽量骨材に混和するセメントを２０〜５０重量％とした試験区２，３，４，５であった。なお、人工軽量骨材に混和するセメントの重量比を大きくするほど、本人工軽量骨材を用いたコンクリートの強度を向上させることができた。
【００５５】
なお、表には示さなかったが、フライアッシュの代わりに微粒状の麦飯石等の石英質系鉱物を用いても、同様の結果が得られる。また、ポリプロピレンの配合比は、２０％より少なくすることも可能であるし、２０％より多くすることも可能である。
【００５６】
（４）第二の実施形態：
人工軽量骨材に混和する結着手段には、無機粉体の代わりに、分散質に合成樹脂を用いたエマルジョンを用いてもよい。
図５は、第二の実施形態にかかる人工軽量骨材Ｆ１の製造方法と製造された人工軽量骨材Ｆ１を利用したコンクリートＪ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。なお、第一の実施形態と構成が同じものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本人工軽量骨材Ｆ１には、微粒状の多孔質無機材料Ａ１と、熱可塑性樹脂（溶融混合用樹脂）Ｂ１と、結着材（結着手段）Ｃ２とが用いられている。本実施形態では、結着材Ｃ２として分散質に合成樹脂を用いたエマルジョン（乳濁液）を用いている。そして、多孔質無機材料Ａ１を加熱する前にエマルジョンＣ２を多孔質無機材料Ａ１に混和し、５００℃以下という比較的低温で加熱して、人工軽量骨材Ｆ１に成形する。むろん、多孔質無機材料の加熱中にエマルジョンＣ２を混和したり、加熱した多孔質無機材料にエマルジョンＣ２を混和してもよい。
【００５７】
エマルジョンの分散質には、セメントＧ１と良好な相溶性を有する合成樹脂を用いており、本実施形態では、ゴム系樹脂であるスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いている。ＳＢＲは、セメントＧ１に水Ｈ１を投入して形成される流動体と相溶性がよいので、セメント粒子間においてセメント水和物と人工軽量骨材との結着を促進させる作用を有する。スチレンブタジエンゴムＣ２を用いて人工軽量骨材Ｆ１を形成すると、多孔質無機材料Ａ１とセメントＧ１との結着性を良好にさせ、コンクリートＪ１を形成する際に型崩れすることなく硬化させることが可能となる。
【００５８】
なお、本発明を適用可能なエマルジョンの分散質は、ＳＢＲ以外にも様々なものがある。
例えば、エマルジョンの分散質として、アクリル系樹脂を用いてもよい。アクリル系樹脂としては、アクリロニトリル系組成物を採用可能である。この場合であっても、図５で示した流れにより人工軽量骨材Ｆ１を製造し、コンクリートＪ１を製造することができる。アクリロニトリル系組成物は、セメントに水を投入して形成される流動体と相溶性がよいので、セメント粒子間においてセメント水和物と人工軽量骨材との結着を促進させ、多孔質無機材料Ａ１とセメントＧ１との結着性を良好にさせることができる。
【００５９】
原料の配合比については、多孔質無機材料Ａ１と熱可塑性樹脂Ｂ１との合計を９９．９〜９０重量％とし、エマルジョンＣ２を０．１〜１０重量％とするのが好ましい。エマルジョンＣ２が０．１％重量以上であるとセメントＧ１と十分な結着性を得ることができ、１０重量％以下であると人工軽量骨材Ｆ１を形成することができる。
【００６０】
エマルジョンの分散質とする合成樹脂にゴム系樹脂、アクリル系樹脂を用いることにより、セメントＧ１と人工軽量骨材Ｆ１との結着性を向上させることができる。むろん、エマルジョンの分散質に少なくともゴム系樹脂が含まれていれば同様の効果が得られ、同分散質に少なくともアクリル系樹脂が含まれていれば同様の効果が得られる。また、エマルジョンに含まれる分散質をゴム系樹脂とアクリル系樹脂の組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００６１】
表５は、多孔質無機材料として微粒状のフライアッシュを用い、熱可塑性樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、結着材として分散質にＳＢＲを使用したエマルジョンを用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例５を示している。
【表５】
2004224648.tif 000007
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、フライアッシュの量を８０，７９．９，８９．５，７９，７５，７０，６０重量％と段階的に減らすとともにＳＢＲを使用したエマルジョンの量を０，０．１，０．５，１，５，１０，２０重量％と段階的に増やした７試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。
この場合、セメントと十分な結着性を得て良好なコンクリート強度を得ることができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンの合計を９９．９〜９０重量％とし、エマルジョンを０．１〜１０重量％とした試験区２，３，４，５，６であった。
【００６２】
なお、表には示さなかったが、ＳＢＲを使用したエマルジョンの代わりにアクリル系樹脂を使用したエマルジョンを用いても、同様の結果が得られる。むろん、フライアッシュの代わりに微粒状の麦飯石等の石英質系鉱物を用いても、同様の結果が得られる。また、ポリプロピレンの配合比は、２０％より少なくすることも可能であるし、２０％より多くすることも可能である。
【００６３】
（５）第三の実施形態：
なお、多孔質無機材料と熱可塑性樹脂と結着材の他に別の材料が添加されてから混合される場合であっても、同様の効果が得られることに変わりはない。その際、さらにコンクリートに機能性を付与する材料を添加してもよい。
図６は、第三の実施形態にかかる人工軽量骨材Ｆ１の製造方法と製造された人工軽量骨材Ｆ１を利用したコンクリートＪ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。なお、第一の実施形態と構成が同じものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本人工軽量骨材Ｆ１には、微粒状の多孔質無機材料Ａ１、熱可塑性樹脂Ｂ１、結着材（結着手段）Ｃ１の他に、熱硬化性樹脂Ｃ３が用いられている。本実施形態では、熱硬化性樹脂Ｃ３としてメラミン樹脂を用いている。そして、多孔質無機材料Ａ１を加熱する前にメラミン樹脂を原料Ａ１〜Ｃ１に添加し、５００℃以下という比較的低温で加熱して、人工軽量骨材Ｆ１に成形する。むろん、多孔質無機材料の加熱中に熱硬化性樹脂Ｃ３を混和したり、加熱した多孔質無機材料に熱硬化性樹脂Ｃ３を混和してもよい。
【００６４】
原料にメラミン樹脂を混和させ、人工軽量骨材Ｆ１を形成すると、加熱処理時にメラミン樹脂が硬化するので、人工軽量骨材Ｆ１自体の強度を向上させる。また、熱拡散係数を向上させることができるので、高弾性で水密性が要求される箇所等に用いられるコンクリートの製造に好適な人工軽量骨材Ｆ１を得ることができる。
【００６５】
なお、本発明を適用可能な熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂以外にも様々なものがある。
例えば、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、等を用いてもよい。これらの場合であっても、図６で示した流れにより人工軽量骨材Ｆ１を製造し、コンクリートＪ１を製造することができる。そして、人工軽量骨材自体の強度が向上するとともに熱拡散係数も向上するので、高強度のコンクリートが形成される。
【００６６】
原料の配合比については、多孔質無機材料Ａ１と熱可塑性樹脂Ｂ１と結着材Ｃ１との合計を９９．９〜９０重量％とし、熱硬化性樹脂Ｃ３を０．１〜１０重量％とするのが好ましい。熱硬化性樹脂Ｃ３が０．１％重量以上であると十分に高強度のコンクリートを形成することができ、１０重量％以下であると容易に人工軽量骨材Ｆ１を形成することができる。
【００６７】
表６は、多孔質無機材料として微粒状のフライアッシュを用い、熱可塑性樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、結着材として石膏を用い、熱硬化性樹脂としてメラミン樹脂を用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例６を示している。
【表６】
2004224648.tif 000008
すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、石膏を３０重量％に固定し、フライアッシュの量を５０，４９．９，４９．５，４９，４５，４０，３０重量％と段階的に減らすとともにメラミン樹脂を０，０．１，０．５，１，５，１０，２０重量％と段階的に増やした７試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートの強度（人工軽量骨材とセメントと水を混和してから１週間後における強度）を相対的に比較している。
この場合、高強度のコンクリートを形成することことができ、かつ、人工軽量骨材の成形性が良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンと石膏の合計を９９．９〜９０重量％とし、メラミン樹脂を０．１〜１０重量％とした試験区２，３，４，５，６であった。
むろん、フライアッシュの代わりに種々の微粒状の多孔質無機材料を用いることが可能であるし、ポリプロピレンの代わりに種々の熱可塑性樹脂を用いることが可能であるし、石膏の代わりに種々の結着材を用いることができる。また、多孔質無機材料と熱可塑性樹脂と結着材の配合割合は、上記実施例に限定されるものではない。
【００６８】
（６）第四の実施形態：
図７は、第四の実施形態にかかる人工軽量骨材Ｆ１の製造方法と製造された人工軽量骨材Ｆ１を利用したコンクリートＪ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。なお、第一の実施形態と構成が同じものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本人工軽量骨材Ｆ１には、微粒状の多孔質無機材料Ａ１、熱可塑性樹脂Ｂ１、結着材（結着手段）Ｃ１の他に、減水剤Ｃ４が用いられている。本実施形態では、減水剤Ｃ４としてスルホン酸にて生成された減水剤を用いている。そして、多孔質無機材料Ａ１を加熱する前に減水剤Ｃ４を原料Ａ１〜Ｃ１に添加し、５００℃以下という比較的低温で加熱して、人工軽量骨材Ｆ１に成形する。むろん、多孔質無機材料の加熱中に減水剤Ｃ４を混和したり、加熱した多孔質無機材料に減水剤Ｃ４を混和してもよい。
【００６９】
減水剤Ｃ４は、表面活性剤の一種で、スルホン酸等から形成された液体である。減水剤は、所定の硬度を有するコンクリートＪ１を形成するため、投入される水Ｈ１を減量することを目的とするものである。すなわち、セメントＧ１に水Ｈ１を投入する際に減水剤Ｃ４が投入されていれば、セメント粒子の凝集を解離したり分散させたり湿潤化させることにより、投入する水Ｈ１が減量されていても必要とするスランプを得ることが可能となる。
【００７０】
セメントに所定の重量比の骨材と水とを混和させて建設材料等となるコンクリートを形成する際に、セメント硬化に必要な水の投入量を少なくすることを目的とする減水剤Ｃ４が添加されることがある。そして、この減水剤Ｃ４は、セメントに水を投入する際に添加されるのが一般的である。
【００７１】
ここで、従来の骨材の製造工程における加熱工程では、多孔質無機材料Ａ１の加熱温度は、６００〜１４００℃程度まで達する。つまり、減水剤Ｃ４を加熱工程の前に添加させておくと、加熱温度が高すぎて減水剤Ｃ４が変性してしまうので、加熱工程の前に添加させることは到底できなかった。
【００７２】
しかし、本発明においては、多孔質無機材料Ａ１を高温の焼成温度まで加熱する必要がない。すなわち、多孔質無機材料を加熱する際に減水剤Ｃ４は変性しないので、加熱工程の前でも減水剤Ｃ４を添加することができる。これにより、セメントＧ１に水Ｈ１を投入して混錬する際に減水剤Ｃ４を添加する手間を省くことができ、コンクリートを形成する際のワーカビリティを向上させることができるとともに、添加し忘れることによるコンクリート硬化への影響をも防止することができる。
【００７３】
なお、本発明を適用可能な減水剤は、スルホン酸にて生成された減水剤以外にも様々なものがある。
例えば、減水剤として、カルボン酸にて生成された減水剤を用いてもよい。この場合であっても、図７で示した流れにより人工軽量骨材Ｆ１を製造し、コンクリートＪ１を製造することができる。減水剤が予め人工軽量骨材に含まれているので、コンクリート製造時に減水剤を添加する手間を省くことができ、添加し忘れることによるコンクリート硬化への影響をも防止することができる。
むろん、減水剤を、スルホン酸にて生成された減水剤と、カルボン酸にて生成された減水剤との組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００７４】
原料の配合比については、多孔質無機材料Ａ１と熱可塑性樹脂Ｂ１と結着材Ｃ１との合計を９９．９〜９０重量％とし、熱硬化性樹脂Ｃ３を０．１〜１０重量％とするのが好ましい。熱硬化性樹脂Ｃ３が０．１％重量以上であると十分に高強度のコンクリートを形成することができ、１０重量％以下であると容易に人工軽量骨材Ｆ１を形成することができる。
【００７５】
表７は、多孔質無機材料として微粒状のフライアッシュを用い、熱可塑性樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、結着材として石膏を用い、減水剤としてスルホン酸にて生成された減水剤を用いて人工軽量骨材を製造し、コンクリートに混和して評価した実施例７を示している。
【表７】
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すなわち、ポリプロピレンを２０重量％に固定し、石膏を３０重量％に固定し、フライアッシュの量を５０，４９．９，４９．５，４９，４５，４０，３０重量％と段階的に減らすとともにスルホン酸系減水剤を０，０．１，０．５，１，５，１０，２０重量％と段階的に増やした７試験区で、人工軽量骨材を製造する際の人工軽量骨材の成形性と、その人工軽量骨材を２５重量％用いたコンクリートを形成する際のワーカビリティを相対的に比較している。なお、コンクリートを形成する際のワーカビリティは、複数の作業者の感覚的な評価の数値を平均して評価した。
この場合、コンクリートを良好に硬化させ、かつ、コンクリートを形成する際のワーカビリティが良好であった試験区は、フライアッシュとポリプロピレンと石膏の合計を９９．９〜９０重量％とし、スルホン酸系減水剤を０．１〜１０重量％とした試験区２，３，４，５，６であった。
むろん、フライアッシュの代わりに種々の微粒状の多孔質無機材料を用いることが可能であるし、ポリプロピレンの代わりに種々の熱可塑性樹脂を用いることが可能であるし、石膏の代わりに種々の結着材を用いることができる。また、多孔質無機材料と熱可塑性樹脂と結着材の配合割合は、上記実施例に限定されるものではない。
【００７６】
（７）まとめ：
なお、本人工軽量骨材に混和される結着手段は、上記のように無機粉体Ｃ１やエマルジョンＣ２などの様々な種類の物質が利用可能であるが、これらは、それぞれ単一の物質のみを用いてもよいし、結着手段としての相乗効果が期待できる場合には、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。
また、本人工軽量骨材を軽量化するには、上述したように人工軽量骨材を中空形状に成形する以外にも、例えば発泡させる材料を混和して人工軽量骨材を発泡させた状態にしてもよい。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、セメントとの結着性の良好な人工軽量骨材を効率よく製造することが人工軽量骨材の製造方法を提供することができるとともに、セメントとの結着性を良好にさせる人工軽量骨材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態における人工軽量骨材の製造工程と人工軽量骨材を用いたコンクリートの製造工程を示す概略的な流れ図である。
【図２】人工軽量骨材製造装置の外観を示す側面図である。
【図３】人工軽量骨材製造装置の外観を示す上面図である。
【図４】人工軽量骨材のセメント中での硬化状態を示す模式図である。
【図５】第二の実施形態における人工軽量骨材の製造工程と人工軽量骨材を用いたコンクリートの製造工程を示す概略的な流れ図である。
【図６】第三の実施形態における人工軽量骨材の製造工程と人工軽量骨材を用いたコンクリートの製造工程を示す概略的な流れ図である。
【図７】第四の実施形態における人工軽量骨材の製造工程と人工軽量骨材を用いたコンクリートの製造工程を示す概略的な流れ図である。
【符号の説明】
Ａ１…多孔質無機材料
Ｂ１…熱可塑性樹脂
Ｃ１…無機粉体（結着手段）
Ｃ２…エマルジョン（結着手段）
Ｃ３…熱硬化性樹脂
Ｃ４…減水剤
Ｄ１…原料混合物
Ｅ１…溶融混合物
Ｆ１…人工軽量骨材
Ｇ１…セメント
Ｈ１…水
Ｉ１…流動体の建築材料原料
Ｊ１…コンクリート
１０…フライアッシュ
２０…ポリプロピレン
３０…石膏
４０…人工軽量骨材製造装置
【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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