(57)【要約】【課題】短時間で所望の強度を得ることができる石炭灰硬化物の製造方法を提供する。【解決手段】石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とし、好ましくは、回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動養生する石炭灰硬化物の製造方法であり、短時間のうちに成形物の強度を所望の強度に高めることができ、高効率で大量生産も可能な成形物を製造することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とする石炭灰硬化物の製造方法。
【請求項２】
成形物を回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動養生する請求項１の製造方法。
【請求項３】
成形物を温度６５℃〜８５℃、湿度９０％以上で転動養生する請求項２の製造方法。
【請求項４】
石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動して養生硬化させた成形物であって、擦り減り強度８５％以上であることを特徴とする石炭灰硬化物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰硬化物について短時間のうちに硬化させることができる製造方法とその石炭灰硬化物に関する。特に人工骨材、敷き砂利、埋め戻し材、サンドコンパクション等に利用される石炭灰硬化物とその製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力需要の増大に対応して火力発電所から排出される石炭灰の量が次第に増大する傾向にある。これに伴い、石炭灰の有効利用に関する技術開発が様々な分野で取り組まれている。とくに石炭灰をセメントで固化した硬化物は大量利用が見込める路盤材や骨材として活用できる可能性があり、期待が大きい。従来、この石炭灰をセメントで固化した硬化物は、石炭灰にセメントを添加し、これに加水して成形・固化して作られるが、常温養生では硬化するまでに数日間程度の時間を要するために膨大なストックヤードが必要になるなどの問題がある。さらに、造粒直後の成形物はセメントが未硬化であるため極めて脆弱であり、従ってハンドリングに十分な注意が必要である。例えば、成形物を落下させる際には落下距離を極小に抑える必要があり、また山積みができないなどの問題がある。
【０００３】
一方、石炭灰にセメントを混合した骨材の製造方法について、造粒物を加温加湿養生することも知られているが（特開２００１−３２２８４７）、この方法は造粒物を所定雰囲気下で８時間以上前養生した後に、オートクレーブで６時間以上加温加湿養生するものであり、合計で１２時間以上の養生時間を必要としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の石炭灰硬化物における上記問題を解決したものであり、この成形物を極めて短時間のうちに硬化させることのできる石炭灰硬化物の製造方法とその石炭灰硬化物を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば以下の構成からなる石炭灰硬化物とその製造方法が提供される。
（１）石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とする石炭灰硬化物の製造方法。
（２）成形物を回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動養生する上記（１）の製造方法。
（３）成形物を温度６５℃〜８５℃、湿度９０％以上で転動養生する上記（２）の製造方法。
（４）石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動して養生硬化させた成形物であって、擦り減り強度８５％以上であることを特徴とする石炭灰硬化物。
【０００６】
【具体的な説明】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の石炭灰硬化物とその製造方法は、石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とし、好ましくは、該成形物を回転式ドラム内で温度４０℃以上、湿度８０％以上の加温・非乾燥下において３０分〜１時間転動して養生硬化させた成形物であって、擦り減り強度８５％以上であることを特徴とするものである。
【０００７】
使用する石炭灰は制限されない。クリンカアッシュが混在するものでも良い。なお、成形物の強度を高めるには微粒のフライアッシュが好ましい。使用するセメントも制限されない。各種のセメントを用いることができる。エコセメントも使用することができ、これは普通形でも速硬形でも良い。なお、より短時間で硬化させる場合には早強セメントや速硬形エコセメントなどの硬化時間の短いセメントを用いることが好ましい。
【０００８】
本発明の石炭灰硬化物は石炭灰とセメントを主体とする。これらの配合比は硬化物が所望の強度を有するものであればよく、具体的には、例えば擦り減り強度８５％以上の強度を有するように配合したものであれば良い。一般には概ね石炭灰１００重量部に対してセメント５〜２０重量部配合したものである。
【０００９】
石炭灰とセメントの混合粉体には、必要に応じてセメント硬化促進剤や成形助剤などを添加することができる。セメントの硬化促進剤は成形硬化物の磨り減り抵抗性（強度）や落下強度を増大させるために添加されるものであって、水ガラス、アルミン酸ソーダ等の急硬材や、いわゆるトンネル吹き付けに利用される急結材等が用いられる。また成形助剤はカオリンやベントナイトなどの粘土鉱物性無機物質やパルプ製造時に廃液中に含まれるリグニン、あるいはメチルセルロース等の水溶性高分子等である。
【００１０】
成形手段は制限されない。転動、撹拌、押出し、プレス等の各種成形手段を適用することができる。本発明はこの成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とする。この回転式ドラムは成形物を転動でき、かつ非乾燥下において加温・加熱できる構造のものであれば良い。加温・加熱の形式は外熱式でも内熱式でも良い。なお、回転式ドラムの内部にバーナを装入して加温・加熱するいわゆる内熱式の場合には、成形物が乾燥しやすいので、これを防ぐために水蒸気を導入することが好ましい。
【００１１】
回転式ドラムに成形物を投入して転動させながら加温下において養生・硬化することによって、成形物が均一な加温・加熱され、大量に処理してもムラ無く効率的に加温・加熱することができる。この転動中に成形物が締め固められ、成形物の強度が増す。このような養生効果は静置式の養生では得ることはできない。なお、この効果を最大限に引き出すには、図１に示すように回転式ドラム１０の内壁にリフター１１を設け、または図２に示すように回転式ドラム１０の内部を仕切１２によって複数に分割するなどの手段が有効である。
【００１２】
非乾燥下で加温・加熱するのはセメントの水和に必要な水分を成形物中に確保しておくためであり、セメントの水和反応が進行しないうちに成形物から水分が失われると、所望の強度を保有する成形物が得られなくなる。なお、非乾燥下とは７０％以上の湿度を有する雰囲気下であることを云い、湿度８０％以上が適当であり、９０％以上の湿度が好ましい。また、加温・加熱温度はセメントの水和反応を促進する温度であれば良く、例えば、４０℃以上１００℃未満が適当であり、６５℃〜８５℃が好ましい。
【００１３】
上記回転式ドラムによる転動養生時間は３０分〜１時間が適当である。このような短時間の養生によって擦り減り強度８５％以上の成形硬化物を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
石炭火力発電所から発生する石炭灰（９０重量％）にセメント（１０重量％）を添加し、必要に応じて成形助剤ないしセメント硬化促進剤を添加し、所定の成形方法によって成形した後に、所定の養生条件にて養生し、養生後のペレットの物性を測定した。この結果を表１に示す。なお、表中、ＯＰＣは普通ポルトランドセメント、ＨＰＣは早強ポルトランドセメント、ＨＥＣは速硬形エコセメントを示す。また、成形助剤としてベントナイト、セメント硬化促進剤として水ガラスないしアルミン酸ソーダを適宜添加した。添加材の量は外割の添加率である。
【００１５】
転動成形には直径１０００ｍｍ、高さ３００ｍｍのパンペレタイザーを使用した。撹拌成形には直径９００ｍｍ、高さ１０００ｍｍ、定格処理量５０ｋｇ／ハ゛ッチのミキサータイプの混練機を使用した。押出し成形には口金に直径１０ｍｍの孔を多数設けた押出し成形機を使用した。
【００１６】
転動養生には直径８００ｍｍ、長さ４０００ｍｍ、内壁に高さ３０ｍｍのリフターを設置したドラム式の外熱式養生機を使用した。なお、養生中は水蒸気を適宜供給して湿度を維持した。また、ドラムは１ｒｐｍの回転速度で転動した。
静置養生には縦１０００ｍｍ、横５５０ｍｍの箱型の加熱機を使用した。なお、成形物を直ちにポリ袋内に収め、養生中における水分の蒸発を避けるためにポリ袋に密閉したまま養生を行った。
【００１７】
圧壊強度は、規格（ＪＩＳ  Ｚ  ８８４１「造粒物−強度試験方法」）に準拠して測定した。なお圧壊強度は直径１３ｍｍに換算した数値を示した。１３ｍｍ換算値は次式に基づいて算出した。ここで、骨材の粒径を１３ｍｍに換算するのは、同一粒径での数値比較を目的としたものであって、換算式は既知の報告を参考にした（和泉一志，南部正光，成島良輔，吉川知久，大神剛章（１９９６）．“人工骨材の強度評価方法の検討”，秩父小野田研究報告第４７巻第２冊第１３１号）。
１３ｍｍ換算値（Ｎ）＝圧壊強度実測値（Ｎ）×［１３（ｍｍ）÷実測骨材径（ｍｍ）］
【００１８】
擦り減り強度は、成形物をリフター（１０×４×２００ｍｍ）を内蔵したドラム（２１０φ×２００ｍｍ）に挿入し、４０ｒｐｍで１０分間転動した後に所定孔径の網ふるいで篩い分け、篩い上残分を測定することによって測定した。この算出式は以下のとおりである。
擦り減り強度（％）＝試験前の重量（ｇ）÷試験終了後の篩い上残分重量（ｇ）×１００
【００１９】
〔実施例１〕
石炭灰（９０．０ｗｔ％）と普通ポルトランドセメント（１０．０ｗｔ％）の混合粉末を皿型造粒機で水分量１８．０ｗｔ％（外割）にて粒径５〜２０ｍｍに造粒した後に、造粒物を回転ドラム式の養生機（φ８００×４，０００Ｌ）に装入し、養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気中で２時間転動養生して硬化させた。
【００２０】
〔実施例２〕
石炭灰（９０．０ｗｔ％）と早強ポルトランドセメント（１０．０ｗｔ％）に成形助剤としてベントナイトを外割で３ｗｔ％添加し、水分量１９．０ｗｔ％とした以外は実施例１と同様の成形条件下で造粒し、造粒物を養生温度８５℃、相対湿度９０％の雰囲気にて２時間転動養生して硬化させた。
【００２１】
〔実施例３〕
石炭灰（９０．０ｗｔ％）と早強ポルトランドセメント（１０．０ｗｔ％）に水ガラス（外割０．３ｗｔ％）を加え、ミキサー型の攪拌にて数秒間混合を行い、この混合粉末に対して水を２８．０ｗｔ％加えて、３分間攪拌・混合造粒し、粒径５〜２０ｍｍの造粒物を得た。この造粒物を回転ドラム式の養生機（φ８００×４，０００Ｌ）に装入し、養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気中で２時間転動養生して硬化させた。
【００２２】
〔実施例４〕
石炭灰（９０．０ｗｔ％）と早強ポルトランドセメント（１０．０ｗｔ％）にアルミン酸ソーダ（外割０．０４ｗｔ％）を添加した。この混合原料に対して１７ｗｔ％の水を添加し、撹拌型混合機で２分間混合した後、この調湿原料を押し出し成型機により成形し、直径１３ｍｍのペレットを得た。次いで、このペレットを回転ドラム式の養生機（φ８００×４，０００Ｌ）に装入し、養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気中で２時間転動養生して硬化させた。
【００２３】
〔実施例５〕
石炭灰（９０．０ｗｔ％）に速硬形エコセメント（１０．０ｗｔ％）を混合し、さらに水ガラス（外割０．３ｗｔ％）を添加し、ミキサー型の攪拌造粒機にて数秒間混合した。この混合粉末に対して水２９．０ｗｔ％を加え、３分間攪拌・混合造粒して粒径５〜２０ｍｍの造粒物を得た。この造粒物を回転ドラム式の養生機（φ８００×４，０００Ｌ）に装入し、養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気中で２時間転動養生して硬化させた。
【００２４】
〔比較例１〜５〕
表１に示す条件下で、実施例に準じて攪拌・混合・造粒成型を行った。養生方法は箱型の加熱機を用いて静置養生した。なお、各方法にて製造したペレットはポリ袋に密封して養生した。
【００２５】
比較例に示したとおり転動養生せずに静置して養生硬化させた成形物は熱の伝達が均一でなく、外側に熱が伝わった後に内側に熱が伝達されるため、大量の造粒物を一度に養生する状態になるほど、成形物の内外に品質のムラがある。このため安定な品質を得るには長期の養生を必要とする。一方、本発明の条件下で転動養生した成形物は均一に熱が伝達するため、成形物の内部まで均質であり、短期間に水和反応による強度発現性が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る石炭灰硬化物の製造方法によれば、短時間のうちに成形物の強度を所望の強度に高めることができ、高効率で大量生産も可能な成形物を製造することができる。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】内壁にリフターを設けた回転式ドラムの断面を示す概念図
【図２】内部を分割した回転式ドラムの断面を示す概念図
【符号の説明】１０−回転ドラム、１１−リフター、１２−仕切
【図１】
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【図２】
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