(57)【要約】【課題】  石炭灰とセメントとからなる石炭灰硬化物を極めて短時間で硬化させ、膨大なストックヤード等が不要で、オートクレーブ養生も不要な容易な石炭灰硬化物を得る。【解決手段】  石炭灰とセメントとからなる混合材料に加水した後、成形して石炭灰硬化物を得るにあたって、石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬し、溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下である石炭灰を使用する。このような石炭灰は、早期にＳｉ及びＡｌが溶出するため、石炭灰のポゾラン活性、及びセメントとの水和発現性に優れ、短期の水和発現によって早期に強度が発現する。上記石炭灰は、石炭焚き火力発電所等から排出されたもの自体だけでなく、新生表面が露出するような粉砕処理を介して得ることもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰とセメントとからなる混合材料に加水した後、成形して石炭灰硬化物を得るにあたって、該石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬し、溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下である石炭灰を使用することを特徴とする石炭灰硬化物の製造方法。
【請求項２】
前記石炭灰を粉砕処理を介して得ることを特徴とする請求項１に記載の石炭灰硬化物の製造方法。
【請求項３】
セメントと混合して加水した後、成形して石炭灰硬化物を得るための石炭灰であって、
該石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬し、溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする石炭灰。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰硬化物の製造方法に関し、特に、路盤材や骨材等に利用することのできる石炭灰硬化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力需要の増大に伴い、石炭焚き火力発電所等から排出される石炭灰の量は、年々増加する傾向にある。そこで、石炭灰の有効利用に関わる技術開発が種々の分野で活発化している。特に、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。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、フライアッシュを主成分とし、高強度の路盤材を経済的に製造するため、フライアッシュ８０〜９５％と、セメント５〜２０％と、外配で２０〜２５％の水とからなるペーストを成形型に供給し、４０ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力でプレス成形し、成形体を養生して固化させた後、破砕して路盤材を得る技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９１８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、加水して転動または撹拌することにより成形・固化して製造されるが、硬化するまでに数日程度の時間を要するため、膨大なストックヤードが必要になるという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載の技術では、成形体を養生して固化させるにあたって、特殊な設備と、燃料コストを要するオートクレーブ養生が必要になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、石炭灰とセメントとからなる石炭灰硬化物を極めて短時間で硬化させることができ、膨大なストックヤード等が不要で、オートクレーブ養生も不要な石炭灰硬化物の製造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】
【０００８】
上記問題の解決に向け、本発明者らは、鋭意研究した結果、石炭灰に含まれるＳｉ及びＡｌのアルカリ水溶液中における溶出特性がある範囲内にある石炭灰を用いることで、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、石炭灰硬化物の製造方法であって、石炭灰とセメントとからなる混合材料に加水した後、成形して石炭灰硬化物を得るにあたって、石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬し、溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下である石炭灰を使用することを特徴とする。
【００１０】
上記条件に適合した石炭灰は、早期にＳｉ及びＡｌが溶出するため、石炭灰のポゾラン活性、及びセメントとの水和発現性に優れ、短期の水和発現によって早期に強度が発現する。そのため、従来のような膨大なストックヤード等が不要で、オートクレーブ養生も不要となる。
【００１１】
前記石炭灰は、石炭焚き火力発電所等から排出されたもの自体だけではなく、粉砕処理を介して得ることができる。この際、石炭灰を微粉砕する必要はなく、新生表面をわずかに露出させ、活性度を高める程度で充分である。
【００１２】
また、本発明は、別の側面として、セメントと混合して加水した後、成形して石炭灰硬化物を得るための石炭灰であって、該石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬し、溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる石炭灰硬化物の製造方法によれば、石炭灰とセメントとからなる石炭灰硬化物を極めて短時間で硬化させることができ、膨大なストックヤード等が不要で、オートクレーブ養生も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明で使用する石炭灰は、石炭焚き火力発電所等から排出されるものであって、アルカリ水溶液中におけるＳｉ及びＡｌの溶出特性が後述する範囲内にあれば、種類は特に限定されない。例えば、微粉炭燃焼方式により燃焼し、電気集塵機によって捕集されたフライアッシュはもとより、流動床燃焼方式により燃焼し、集塵機によって捕集されたＰＦＢＣ灰を使用することもできる。
【００１５】
石炭灰とセメントとからなる混合材料に加水・成形して得た石炭灰硬化物を短時間に硬化させるため、どのような石炭灰が適合するか種々検討した結果、アルカリ水溶液中における石炭灰中の特定成分の溶出挙動が大きく影響していることが判明した。
【００１６】
アルカリ水溶液中における石炭灰の溶出特性は、使用する石炭灰１０ｇをｐＨ１２．４に調整した３０℃の水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌ中に１時間浸漬して評価する。本発明で使用する石炭灰は、このときに溶出するＳｉの量が０．７ｍｇ／ｌ以上、３．０ｍｇ／ｌ以下で、かつ、溶出するＡｌの量が０．１５ｍｇ／ｌ以上、０．５０ｍｇ／ｌ以下の石炭灰である。この条件を満たす石炭灰を使用することで、成形後の強度発現が著しく促進される。
【００１７】
ここで、Ｓｉの溶出量が０．７ｍｇ／ｌ未満であると、短期強度を増進する珪酸カルシウム水和物を形成するＳｉの量が充分ではなく、所望する短期強度発現性が望めなくなるため好ましくない。また、Ａｌの溶出量が０．１５ｍｇ／ｌ未満の場合には、短期的な強度増進に寄与するアルミン酸カルシウム水和物の生成量が乏しくなり、結果的に短期の強度増進が望めなくなり好ましくない。
【００１８】
一方、ＳｉまたはＡｌの溶出量が多すぎると、水和生成物が急激に成長して粗大な水和物を生成し、本来粒子間の間隙を充填するものであるこれらが、逆に粒子間の間隙を広めて強度が低下する。そのため、Ｓｉの溶出量は、３．０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは２．０ｍｇ／ｌ以下とすることが必要である。また、Ａｌの溶出量についても、０．５０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは０．２５ｍｇ／ｌ以下とすることが必要である。
【００１９】
ここで、本発明において、Ｓｉ及びＡｌの溶出量は、前述のように、石炭灰をｐＨ１２．４に調整した水酸化ナトリウム水溶液中に１時間浸漬した後、吸引ろ過機により得たろ液を、ＩＣＰ（Inductivity Couple Plasma）装置による発光分光法により、ＳｉとＡｌの元素濃度を測定することによって求めることができる。尚、水酸化ナトリウム水溶液のｐＨを１２．４に調整したのは、セメント中の水酸化カルシウムの溶解度（飽和）から求めたｐＨ値を採用したものであり、セメントと石炭灰を混合して水和させた場合の液相のｐＨを擬似的に再現したものである。
【００２０】
本発明で使用する石炭灰は、上記の条件を満足させることが必須であるが、このような石炭灰を入手し難い場合には、石炭灰に粉砕処理を施すと効果的である。この際、特に石炭灰を微粉砕する必要はなく、新生表面がわずかに露出する程度で充分である。
【００２１】
セメントは硬化剤として使用され、種類は特に限定されず、普通セメント、早強セメント、高炉セメント、アルミナセメント、シリカセメント、エコセメント（普通型、速硬型）から選択することができる。より短時間での硬化を求める場合には、早強セメントや、超早強セメント等、硬化時間の短いセメントを用いることが好ましい。
【００２２】
また、必要に応じて、セメントの硬化促進剤や、成形助剤等を適宜添加してもよい、ここで、セメントの硬化促進剤とは、強度発現をさらに短縮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、急結材等をいう。また、成形助剤とは、カオリンやベントナイト等の粘土鉱物性無機物質や、パルプの製造時に廃液中に含まれるリグニン、またはメチルセルロース等の水溶性高分子等である。粘結性材料、硬化促進剤の添加は、石炭灰硬化物の品質を向上させるため好ましい。
【００２３】
石炭灰とセメントとの混合材料の成形は、所定の粒径となるように成形することができれば、方法は問わない。例えば、パンペレタイザを使用した転動造粒、ヘンシェルミキサ（三井造船株式会社製、登録商標）等を使用した撹拌造粒等が挙げられる。
【００２４】
上記成形工程によって得られた成形物の養生は、自然養生でも問題はないが、成形物をより短期に硬化させることを考慮すると、加温・加湿養生が好ましい。養生は、非乾燥下において、加温・加湿できる構造の装置を用いるのであれば、装置の種類は特に限定されない。すなわち、外熱式または内熱式のいずれの装置をも用いることができる。ここで、成形物の乾燥を抑制するのは、ポゾラン活性度を高めることと、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って、ポゾラン活性と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を取り除いてしまうと、ある程度以上の強度を保有する成形物が得られなくなるため好ましくない。
【実施例】
【００２５】
次に、実施例を挙げて、本発明にかかる石炭灰硬化物の製造方法をさらに詳細に説明する。
【００２６】
表１に、使用した石炭灰の化学成分含有量及び平均粒径を示す。また、表１に示した石炭灰に、結合材として、普通ポルトランドセメントを内割で１０重量％混合し、この混合粉末をパンペレタイザによって、水分量１８重量％で粒径１０ｍｍに造粒した。次いで、造粒物をポリ袋に封入し、養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気中で養生したものについて圧かい強度を測定した。尚、実施例４には、比較例１の石炭灰を粉砕し、新生表面の活性度を高めたものを用い、上記と同様の方法に準じて石炭灰硬化物を製造し、得られた石炭灰硬化物について、同様の試験方法により圧かい強度を測定した。
【００２７】
【表１】
2005272160.tif 000002
【００２８】
圧かい強度の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８４１「造粒物−強度試験方法」に準拠して行った。尚、圧かい強度は、直径１３ｍｍに換算した数値を記載した。１３ｍｍ換算値の計算には、次の式を用いた。
〔１３ｍｍ換算値（Ｎ）〕＝〔圧かい強度実測値〕×｛１３ｍｍ÷〔実測した骨材径（ｍｍ）〕｝1.37
【００２９】
上記数式は、「人工骨材の強度評価方法の検討」、秩父小野田研究報告、１９９６年、第４７巻、第２冊、第１３１号、和泉一志、南部正光、成島良輔、吉川知久、大神剛章の報告に準拠した。
【００３０】
上記試験結果を表２に示す。比較例１、２、３のように、Ｓｉ及びＡｌの両方の溶出量が規定値に達していないものは、加温養生を実施しても圧かい強度の増進は見られず、長期の養生を必要とする。一方、実施例１〜４で示した性状の石炭灰を使用することにより、早期にＳｉ及びＡｌが溶出するため、石炭灰のポゾラン活性の向上、セメントとの水和発現性の向上が確認され、短期の水和発現による強度発現性に明らかな優位性が見られた。
【００３１】
【表２】
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