(57)【要約】【課題】ポンプ圧送においても管路の閉塞を生じない焼成骨材を提供する。【解決手段】石炭灰を主体とする原料を造粒して養生固化し、焼成してなる骨材であって、石炭灰に水硬性材料を混合した原料を用い、好ましくは、石炭灰１００重量部に対して水硬性材料１０〜３０重量部を配合し、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を１：１〜２：４〜７に調整した原料を用い、この混合原料を造粒後、焼成する際に、造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生して緻密化した後に焼成することによって、常圧下の吸水率を２％以下および加圧吸水率を５％以下に抑制したことを特徴とする人工焼成骨材であり、加圧吸水率が低いので、ポンプ圧送中に配管の閉塞などを生じることがなく、優れたワーカビリチーを維持することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を主体とする原料を造粒して養生固化し、焼成してなる骨材であって、石炭灰に水硬性材料を混合した原料を用い、この混合原料を造粒後、焼成する際に、造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生して緻密化した後に焼成することによって、常圧下の吸水率を２％以下および加圧吸水率を５％以下に抑制したことを特徴とする人工焼成骨材。
【請求項２】
石炭灰１００重量部に対して水硬性材料１０〜３０重量部を配合し、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を１：１〜２：４〜７に調整した原料を用いる請求項１の人工焼成骨材。
【請求項３】
水硬性材料と共に、ＣａＯ源、Ａｌ２Ｏ３源、およびまたはＳｉＯ２源となる副材料を加えてＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を上記範囲に調整した請求項２の人工焼成骨材。
【請求項４】
石炭灰１００重量部に対して、水硬性材料およびまたは副材料と共に粘結性材料を３重量部未満加えた原料を用いる請求項１、２または３の人工焼成骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰を主原料とした人工骨材であって、加圧吸水率が低く、従ってポンプ圧送中に配管の閉塞などを生じない、優れたワーカビリチーを維持できる人工焼成骨材に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
コンクリートの打設作業において、コンクリートをポンプ圧送する際、圧送中に管路内の流れが悪化したり、管路が閉塞するなどのトラブルが発生することがある。この原因はコンクリートの添加剤が不適切であったり、骨材の吸水率が高い場合などに生じやすい。とくに高温焼成した発泡系の軽量骨材に代表される従来の人工骨材は骨材組織がポーラスであるため、コンクリートの圧送中に加圧力によってコンクリート中の水分が骨材に吸水される。このような吸水現象が生じると圧送中のコンクリートの流動性が悪化し、管路閉塞などの問題を生じることになる。
【０００３】
このようなトラブルを防止するため、加圧吸水率を抑制した人工焼成骨材が知られている。例えば、石炭灰に粘着材と共にガラス質の混合した原料を用いることによって焼成時の粘性を高め、かつ焼成時の昇温および徐冷を制御して焼成体の空隙を抑制することによって常圧下の吸水率２％以下、加圧吸水率８％以下にした人工軽量骨材が知られている（特開２０００−１６８４６）。また、特定の粒度分布を有するガラス質材料を原料に用いることによって常圧下の吸水率２％以下、加圧吸水率８％以下にした人工軽量骨材が知られている（特開平１１−１８９４４７）。これらの人工焼成骨材は何れもガラス質材料を含む原料を用いることによって吸水率を低減したものである。さらに、石炭灰に活性珪酸質粉を混合した原料を用いることによって加圧吸水率を低減した人工軽量骨材が知られている（特開平９−２５１４６）が、この場合も、活性珪酸質粉はガラス質を７０ｗｔ％以上含むものが好ましいとされており、焼成物の気孔表面にガラス層を形成して密閉気孔にすることによって吸水率を低下させたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のガラス質材料によって気孔率を低減するものとは異なり、ガラス質材料を必要とせずに常圧下および加圧下の吸水率を低減した人工焼成骨材を提供するものである。
【０００５】
本発明によれば、以下の構成からなる人工焼成骨材が提供される。
（１）石炭灰を主体とする原料を造粒して養生固化し、焼成してなる骨材であって、石炭灰に水硬性材料を混合した原料を用い、この混合原料を造粒後、焼成する際に、造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生して緻密化した後に焼成することによって、常圧下の吸水率を２％以下および加圧吸水率を５％以下に抑制したことを特徴とする人工焼成骨材。
（２）石炭灰１００重量部に対して水硬性材料１０〜３０重量部を配合し、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を１：１〜２：４〜７に調整した原料を用いる上記（１）の人工焼成骨材。
（３）水硬性材料と共に、ＣａＯ源、Ａｌ２Ｏ３源、およびまたはＳｉＯ２源となる副材料を加えてＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を上記範囲に調整した上記（２）の人工焼成骨材。
（４）石炭灰１００重量部に対して、水硬性材料およびまたは副材料と共に粘結性材料を３重量部未満加えた原料を用いる上記（１），（２）または（３）人工焼成骨材。
【０００６】
本発明の人工焼成骨材は、以上のように、石炭灰を主体とする原料にセメント等の水硬性材料を配合し、かつ養生工程において造粒体を一定強度以上に緻密化した後に焼成して骨材の気孔を微細化することによって、常圧下の吸水率と共に加圧吸水率を低減したものであり、従来のようなガラス質材料を用いる必要が無く、常圧下および加圧下の吸水率を低減した人工焼成骨材である。
【０００７】
【具体的な説明】
ポンプ圧送過程で生じる骨材の吸水現象は通常の常圧下の吸水率（２４時間吸水率）だけでは十分に把握できず、加圧環境下における骨材の吸水特性が大きく関与している。ここで加圧吸水率とは圧力容器内に骨材を水没させ，１ＭＰａまで加圧して１５分間静置させた後に徐圧し、加圧開始から所定時間ごとに液面高さの変化量を測定することによって骨材中に含水した水量から加圧時の吸水率を測定した値である。この加圧吸水率はポンプ圧送時の配管内における骨材の吸水性を推測する指標となるものであり、ポンプ圧送中の配管内の詰まりを抑制してコンクリートの十分なワーカビリティを確保するためには、この加圧吸水率を低減することが重要である。
【０００８】
本発明の人工焼成骨材は、石炭灰を主原料とした焼成骨材において、原料の成分を調整し、養生時の造粒体を緻密化して焼成することによって常圧下および加圧下の吸水率を低減したものであり、具体的には、石炭灰を主体とする原料を造粒して養生固化し、焼成してなる骨材であって、石炭灰に水硬性材料を混合した原料を用い、この混合原料を造粒後、焼成する際に、造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生して緻密化した後に焼成することによって、常圧下の吸水率を２％以下、好ましくは１％以下とし、さらに加圧吸水率を５％以下に低減したものである。加圧吸水率を５％以下にすれば、ポンプ圧送時の加圧条件下においてもコンクリートの十分なワーカビリティを確保することができる。
【０００９】
本発明において、焼成骨材の原料は、石炭灰１００重量部に対して水硬性材料１０〜３０重量部を配合し、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を１：１〜２：４〜７に調整した原料が好ましく、このモル比が１：１．５〜２：４．５〜６．５のものがさらに好ましい。水硬性材料と共に石炭灰１００重量部に対して粘結性材料３重量部未満を加えたものを用いても良い。
【００１０】
原料の成分が上記範囲から外れるものは副原料を加えて成分を上記範囲内に調整するのが好ましい。ＣａＯ源としては石灰石粉、Ａｌ２Ｏ３源としてはアルミ灰やボーキサイト、ＳｉＯ２源としてはケイ石粉などを用いることできる。原料成分を上記割合に調整することによって、焼成工程での原料粒子の焼結が促進され、骨材組織が緻密化するので焼成骨材の細孔を大幅に低減することができる。一方、上記範囲よりもＣａＯが多いと骨材に水和膨張性が付与される可能性があるので好ましくない．また、Ａｌ２Ｏ３が多いと高融点になり易いため十分に焼結するには多大なエネルギーを要するので好ましくない。さらに、ＳｉＯ２が多いと原料の軟化点が極端に低下し、十分な焼結が進まないうちに炉内で造粒ペレットどうしの融着が起こる虞があるので好ましくない。
【００１１】
石炭灰に配合する水硬性材料としてはセメントが適当であり、特にポルトランドセメントが好ましい。造粒性を高めるために配合する粘結性材料としてはベントナイトのような粘土質無機物質を用いることができるが、これは焼結時の発泡性が高くなり、気孔率が高くなりやすいため必要に応じて配合すれば良い。配合する場合には、その配合量は石炭灰１００重量部に対して３重量部未満が好ましい。
【００１２】
上記混合原料を造粒する。造粒は例えばパンペレタイザーを用いて行うことができるが、これに限定されず、攪拌混合造粒機、回転ドラム型造粒機などの造粒装置の他、押し型成形機などを用いて行っても良い。造粒物の焼成を行う際に、造粒物の解砕などを防ぐには、一般には造粒物の圧壊強度が１〜１０Ｎ程度になるまで養生すれば十分である。しかし、本発明においては、造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生する。造粒物の圧壊強度が５０Ｎ以上になるまで養生すると水硬性材料の水和率は概ね５０％以上になる。このような水硬性材料の水和反応が十分に進行した状態にすることによって、水和生成物が成長して造粒物が緻密になる。この結果、焼成した際に細孔の気孔率を大幅に低減することができる。養生時の圧壊強度が５０Ｎ未満では、水硬性材料の水和反応が十分に進行せず、焼成骨材の細孔気孔率を十分に低減することができない。
【００１３】
造粒物の焼成温度は１１００〜１４００℃が好ましく、より好ましくは１２００〜１３５０℃で焼成するのが良い。焼成温度が１１００℃より低いと原料粒子どうしの焼結反応が鈍り、骨材組織の緻密化が進まない。一方、１４００℃より高温では原料が軟化して炉内に融着し、安定な製造の妨げとなる懸念がある。
【００１４】
本発明の人工焼成骨材は、骨材全体の気孔率が一定以下であると共に細孔の気孔率が低減されている。なお、骨材全体の気孔率とは骨材表面に開口した全空隙の骨材体積に対する割合を云い、細孔の気孔率とは骨材表面に開口する孔径１〜１０μｍの細孔についての気孔率を云う。孔径１〜１０μｍの細孔には骨材内部において孔径が１０μｍより大きな空隙に連通しているものも含む。
【００１５】
一般に、骨材の気孔率が低いほど骨材の常圧下の吸水率が低い。しかし、既に述べたように気孔率が小さく、従って常圧下の吸水率が低くても、加圧下での吸水率が高いものは、コンクリートのポンプ圧送に適さない。この加圧吸水率を小さくするには、孔径１〜１０μｍの細孔を少なくし、細孔の気孔率を５％以下にするのが好ましい。水の表面張力のために孔径１０μｍ以下の細孔は常圧下では吸水し難いが、加圧下では孔内に吸水するようになる。とくに気孔どうしを連通するパイプ状の細孔が多いほど加圧時の吸水量が多くなる。そこで、骨材の全気孔中における細孔の割合を概ね３０％以下に抑制することによって細孔の気孔率を５％以下にすればよい。本発明の人工焼成骨材は、概ね骨材全体の気孔率が１５％以下であって、孔径１〜１０μｍの細孔の気孔率が５％以下である。
【００１６】
【実施例および比較例】
原材料として石炭灰８０ｗｔ％に対してポルトランドセメント１８ｗｔ％を用い、粘結材としてベントナイト２ｗｔ％を添加し、さらに成分微調整としてアルミナ粉末およびケイ石粉末を外割で添加し、原料のＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比を本発明の好ましい範囲に調製した。この混合原料を粒径１０ｍｍ程度にパンペレタイザーを用いて造粒し、６０℃で３時間養生し、造粒物の圧壊強度を５５Ｎ〜８５Ｎに高めた後に、ロータリーキルンを用いて約１３００℃で１時間焼成した。一方、比較試料（Ｂ−１，Ｂ−２）として、養生時間を０．１〜１時間とし、造粒物の圧壊強度を２０Ｎ、３０Ｎにした後に同様の焼成処理を行った。これらの吸水率とスランプフロー等を表２に示した。
【００１７】
表２に示すように、本発明の焼結骨材は常圧下の吸水率が１．２％以下および加圧吸水率が２．６％以下と低く、従ってポンプ圧送の前後においてスランプフローの変化が概ね２ｃｍ以下と格段に小さい。一方、養生時間が短く、造粒物の圧壊強度が低い比較試料は、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が本発明の好ましい範囲内であっても、加圧吸水率が９％前後と高く、このためスランプフローの差が大きい。
【００１８】
次に、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が本発明の好ましい範囲から外れる比較試料（Ｃ−１〜Ｃ−３）について同様の養生処理および焼成処理を行った。これらの吸水率とスランプフロー等を表２に示した。この結果から明らかなように、ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が本発明の好ましい範囲から外れる比較試料は加圧吸水率が９％を上回り、このためスランプフローの差が大きい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の焼成骨材は、石炭灰を主体とする原料にセメント等の水硬性材料を配合し、かつ養生工程において造粒体を一定強度以上に緻密化した後に焼成して骨材の気孔を微細化することによって、常圧下の吸水率と共に加圧吸水率を低減したものであり、従って、ガラス質材料を用いる必要が無く、常圧下および加圧下の吸水率が低い人工焼成骨材を得ることができる。また、加圧下での吸水率が小さいのでポンプ圧送によるコンクリートの打設において優れたワーカビリチーを維持することができる。
【００２０】
【表１】
2004149365.tif 000002
【００２１】
【表２】
2004149365.tif 000003