(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭火力発電所の電気集塵機で捕集されたフライアッシュを破砕することなく、そのまま１０〜２０μｍの間のある粒径で分級して当該粒径以下の細粒分を抽出し、この分級細粒分を焼結させて形成して成る分級細粒フライアッシュによる焼成材。
【請求項２】
請求項１に記載した焼成材を破砕して粒状に形成して成る分級細粒フライアッシュによる焼成人工骨材。
【請求項３】
請求項１に記載した焼成材をタイル・れんがとしての形態に焼結させてなる分級細粒フライアッシュによる焼成タイル・れんが。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種のセメント・コンクリート製品やセメント・コンクリート構造物等に広く利用することができ、或いは、アスファルト・コンクリート舗装及び路盤等に利用することができる、分級細粒フライアッシュ（一定範囲の粒径以下の細粒に分級したフライアッシュ）による焼成材、焼成人工骨材、並びに、建築物等の内外装用のタイル・れんが等に、或いは、道路舗装用のタイル・れんが等に利用することができる、分級細粒フライアッシュによる焼成タイル・れんがに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所の電気集塵機で捕集されたフライアッシュを主原料として用いた人工骨材としては、分級してない原粉フライアッシュによる軽量コンクリート用人工軽量骨材が一般的である（例えば、特開昭62‐252354 号公報、特開昭62‐260742 号公報等）。
普通コンクリート用人工骨材やアスファルト・コンクリート舗装用人工骨材としては、粘土を原料として焼成した人工骨材、或いは、主原料として粘土を用い副原料としてフライアッシュ等を用いて、これらを混合した後、焼成した人工骨材はあったが、一定の粒径で分級したフライアッシュを主原料とした人工骨材等は未だ見当たらない。
【０００３】
なお、上述の分級細粒フライアッシュを、品質改良材として通常のセメント・コンクリート中に混入させたもの（特公平2‐49264 号公報）や、フライアッシュの粉末を、骨材としてコンクリートがらの破砕物を用いたコンクリート中に混入させたもの（特許第2684353 号公報）はある。しかし、これらのフライアッシュは単なる混和材として機能するに止まり、吸水率を低下させることはない。殊に後者（特許第2684353 号公報）の場合には、その吸水率が１５％以上にもなり、一般的に好ましい吸水率とされている３％にすら遠く及ばない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、原粉フライアッシュを主原料とし、これを焼成して、人工骨材をつくる場合、次の問題があった。
(1) 原粉フライアッシュを主原料として焼成し、吸水率が高く、強度が比較的小さな人工軽量骨材をつくることは容易であり、既に商品化もされているが、焼成後の乾燥密度が小さいために、低吸水率で高強度のものを得ることは困難である。
(2) 原粉フライアッシュを主原料として焼成し、密度が小さいけれども低吸水率で高強度の人工骨材がつくれたとしても、そのような人工骨材を得るためには非常に狭い領域の最適温度幅に厳格にコントロールしながら焼成する必要があり、また、窯の中のどの位置の焼成物も同じ温度条件にするには、限られた焼成窯しか使用できない。
本発明は、かかる問題を解決し、フライアッシュを焼成して形成した人工骨材等において、より大きな密度で、低吸水率、高強度のものを得ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、第1の手段に係る発明は、石炭火力発電所の電気集塵機で捕集されたフライアッシュを破砕することなく、そのまま１０〜２０μｍの間のある粒径で分級して当該粒径以下の細粒分を抽出し、この分級細粒分を焼結させて形成して成る分級細粒フライアッシュによる焼成材とした。
【０００６】
第２の手段に係る発明は、第1の手段である焼成材を破砕して粒状に形成して成る分級細粒フライアッシュによる焼成人工骨材とした。
【０００７】
第３の手段に係る発明は、第1の手段である焼成材をタイル・れんがとしての形態に焼結させてなる分級細粒フライアッシュによる焼成タイル・れんがとした。
【０００８】
ところで、分級細粒フライアッシュにおいては、焼成前の灰粒子間隔は、従来の原粉のフライアッシュの場合よりも小さくなり、粒子間の接点も多くなる。このため、この分級細粒フライアッシュを焼成すると、焼結が早まると同時に、焼結に伴いもともと小さな灰粒子間の気孔の体積が非常に小さなものになる。つまり、焼成体としては緻密な構造となる。
したがって、分級細粒フライアッシュを主原料とし、これを焼成して得た焼成材、焼成人工骨材、焼成タイル・れんがは、従来の原粉フライアッシュを用いた場合に比べて、焼成後の乾燥密度が大きく、低吸水率、高強度のものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
その１．
実施の形態その１．は、請求項１の発明の焼成材に係るものである。
この場合は、石炭火力発電所の電気集塵機で捕集されたフライアッシュを破砕することなく、そのまま９５％以上が２０μｍ以下の粒径からなる細粒フライアッシュ（ＦＡ−２０という。）に分級し、この分級により得られた細粒分を所要形態に焼結させて焼成材を形成する。
【００１０】
図１に、原材料として用いる分級細粒フライアッシュＦＡ−２０と、分級しない原粉フライアッシュとの粒度分布を示す。
図１の意味は、例えば、２０μｍのふるい目では、原粉フライアッシュの場合、約６２％がこれを通過し、約３８％が残る。また、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０の場合、約９８％が通過し、約２％が残る（大半が２０μｍ以下の粒子で成りたっている。）。したがって、２０μｍで分級し、分級によって得られた細粒分（分級細粒フライアッシュ）とは、大半が２０μｍ以下の粒子から成るフライアッシュということができる。
【００１１】
ここにおいて、本発明者等は、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０と原粉フライアッシュとに関し、焼成体作成及び品質調査に係る実験を行った。この実験の手順を図２に示す。手順の具体的内容は次の通りである。
▲１▼  フライアッシュ（原粉又は分級細粒フライアッシュ）の含水比調整
含水比１５％に調整する。
▲２▼  フライアッシュの加圧成型
含水比調整したフライアッシュを１０ＭＰａで加圧成型して、直径約２．５ｃｍ、高さ約５ｃｍの円柱状の成型体を所要数作成する。
▲３▼  成型体の焼成
それらの成型体を、４本を１グループとして、最高焼成温度１１００〜１３００℃の間において２５℃のピッチで様々に変えて焼成する。
すなわち、小型電気炉（有効容量１０リットル、有効寸法：幅２００ｍｍ×奥行２５０ｍｍ×高さ２００ｍｍ、ＡＣ２００Ｖ、単層５８Ａ）を用いて、各グループの成型体につき、それぞれ試料NO.1を炉内奥左側、試料NO.2を炉内奥右側、試料NO.3を炉内手前左側、試料NO.4を炉内手前右側に配置し、次の焼成プログラム（最高焼成温度１１００℃の場合を示す。他の最高焼成温度の場合も同様である。）に従って焼成して、上記寸法（直径約２．５ｃｍ、高さ約５ｃｍ）の円柱状の焼成体（試供体）を作成する。
〔最高焼成温度１１００℃の場合〕
１）    ９００℃  上昇
２）    ９００℃  ３０分Ｈ０ＬＤ
３）  １１００℃  上昇
４）  １１００℃  ３０分Ｈ０ＬＤ
５）      常温    降下
６）  ＥＮＤ
▲４▼  焼成後のフライアッシュ焼成体の品質調査
調査項目は、乾燥密度・圧縮強度・吸水率とする。
【００１２】
この実験から、図３、別紙表１及び表２の結果を得た。図３は、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０による焼成体の場合と原粉フライアッシュによる焼成体の場合とにおける焼成最高温度とフライアッシュ焼成体の乾燥密度の関係を比較して示すものであり、それぞれの要部を抽出したものである。
また、別紙表１は、焼成前・後の分級細粒フライアッシュＦＡ−２０と原粉フライアッシュの乾燥密度（焼成後の乾燥密度は、図３の最大乾燥密度である。）を比較して示すものであり、別紙表２は、それらのフライアッシュ焼成体の圧縮強度及び吸水率を比較して示すものである。
図３、別紙表１及び表２より、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０を使用したものが原粉フライアッシュを使用したものに比較して、乾燥密度・圧縮強度が大きく、吸水率が小さいことがわかる。特に圧縮強度は著しく大となることがわかる。一般にこの種の人工骨材では、圧縮強度１００ＭＰａ以上、吸水率３％以下のことが多いが、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０による場合はこれを大きく上回っている。また、図３において、例えば乾燥密度が１．９（ｇ／ｍ3 ）以上の焼成体を必要とする場合、ＦＡ−２０では、焼成温度は１１１０〜１２４０℃（温度許容幅１３０℃）と広いのに対して、原粉フライアッシュによる場合は、焼成温度は１２３５〜１２６０℃（温度許容幅２５℃）と非常に狭い範囲となる。
したがって、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０による場合には、窯の中の厳格な温度コントロールは必要でないことから、焼成は容易であるといえる。更に、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０による場合、原粉フライアッシュの場合よりも焼成最高温度が低くてよいことから、燃料の節約にもなる。
【００１３】
よって、上述の実験例に従い、分級細粒フライアッシュＦＡ−２０を用いて、含水比を調整し、人工骨材、タイル・れんが等の所要形態に加圧成型し、焼結させることで、上述の優れた乾燥密度、圧縮強度、吸水率を備えた焼成材を得ることができ、人工骨材として、セメント・コンクリート製品やセメント・コンクリート構造物等に、或いは、アスファルト・コンクリート舗装及び路盤等に良好に利用することができ、また、タイル・れんが等として、建築物などの内外装に、或いは、道路舗装等に良好に利用することができる。
而して、その分級細粒フライアッシュの分級、含水比調整、加圧成型、焼成の工程は、上述にようにいずれもが容易に行い得るものであるから、連続工程として自動化させることもでき、量産化にも適している。
【００１４】
その２．
実施の形態その２．は、請求項２の発明の焼成人工骨材に係るものである。
この場合、まず、９５％以上が２０μｍ以下の粒径からなる分級細粒フライアッシュＦＡ−２０により図４に示す手順で焼成人工骨材を得る。手順の具体的内容は次の通りである。
▲１▼  分級細粒フライアッシュＦＡ−２０の含水比調整
含水比７％に調整する。
▲２▼  分級細粒フライアッシュＦＡ−２０の加圧成型
含水比調整した分級細粒フライアッシュＦＡ−２０を３０ＭＰａで加圧成型し、縦２０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ３ｃｍのれんが状の成型体を作成する。
▲３▼  成型体の焼成
それらの成型体を焼成炉シャトルキンにより、常温から次第に上昇させて最高温度１２５０℃に達するまで１０時間をかけて加熱し、引き続き１０時間をかけて次第に常温にまで冷却させて、上記寸法（縦２０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ３ｃｍ）のれんが状の焼成体を作成する。
▲４▼  焼成体の破砕
それらの焼成体を破砕機（ダブルロールクラッシャ）にて１３〜０ｍｍに破砕し、これを１３〜５ｍｍ（６号砕石相当）と、５〜０ｍｍ（７号砕石相当）とに分級し、２種類のサイズの焼成人工骨材を得る。これらのサイズはアスファルト舗装の表層、基層の骨材に適している。
▲５▼  焼成体の品質調査
れんが状の焼成体及び破砕後の焼成人工骨材につき、表乾比重、吸水率、圧縮強度、すり減り減量、色を調べる。
【００１５】
実験によれば、こうして製造したれんが状の焼成体及び焼成人工骨材につき品質調査すると、別紙表３の特性を呈した。
これに対し、一般のアスファルト舗装の表層、基層に用いられている骨材は、表乾比重２．４５以上、吸水率３．０％以下、すり減り減量３０％以下であることから、この焼成人工骨材は、一般のアスファルト舗装の表層、基層に用いられ得る。
また、道路の滑り防止や車の騒音防止として用いられる排水性舗装では、骨材は目潰れを起こしやすいために高強度の骨材が要求されており、すり減り減量では１５％以下の骨材が用いられている。この要求に対しても、別紙表３の人工骨材は十分に満足している。このことから、この人工骨材は排水性舗装用の骨材として用い得る。
更に、交通事故防止、交通渋滞対策としてカラー舗装も最近用いられるようになった。別紙表３に示すように、この人工骨材は茶色の骨材のため、カラー舗装用のカラー骨材として用い得る。
【００１６】
その３．
実施の形態その３．は、請求項３の発明の焼成タイル・れんがに係るものである。
この場合、まず、９５％以上が１０μｍ以下の粒径からなる分級細粒フライアッシュＦＡ−１０により、その１．についての図２の手順と同様の手順で焼成タイル・れんがを得る。手順の具体的内容は次の通りである。
▲１▼  分級細粒フライアッシュＦＡ−１０の含水比調整
含水比１５％に調整する。
▲２▼  分級細粒フライアッシュＦＡ−１０の加圧成型
含水比調整した分級細粒フライアッシュＦＡ−１０を１０ＭＰａで加圧成型し、縦２０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ６ｃｍのれんが状の成型体を作成する。
▲３▼  成型体の焼成
それらの成型体を焼成炉シャトルキンで次の焼成プログラム（最高焼成温度１１７５℃）に従って焼成し、上記寸法（縦２０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ６ｃｍ）の焼成れんがを作成する。
なお、実験では、焼成炉として小型電気炉を使用した。
〔最高焼成温度１１７５℃〕
１）    ９００℃  上昇
２）    ９００℃  ３０分Ｈ０ＬＤ
３）  １１７５℃  上昇
４）  １１７５℃  ３０分Ｈ０ＬＤ
５）      常温    降下
６）  ＥＮＤ
▲４▼  焼成体の品質調査
絶乾比重、吸水率、圧縮強度についての性状を調べる。
【００１７】
実験によれば、こうして製造したれんがにつき品質調査すると、別紙表４の性状を呈した。
これにより、そのようにして分級細粒フライアッシュＦＡ−１０を焼成することで、低吸水率・高強度の焼成体ができ、建築の内外装用、道路舗装用等のタイル・れんがとして、従来に優るものが得られることを確認した。
【００１８】
本発明によれば、フライアッシュを１０〜２０μｍの間のある粒径で分級して当該粒径以下の細粒分を抽出し、この分級細粒分を所要形態に焼結させるので、その焼結体の内部の気孔が極めて少ない緻密な構造のものとすることができて、乾燥密度が大きく、高強度、低吸水率の格段に優れた焼成材…を提供することができる。
また、所要の乾燥密度以上の焼成体を得るために必要な焼成温度の範囲が広くなり、釜中の厳格な温度コントロールが必要でないので、焼成を容易にすることができ、しかも、焼結を早めることができて、生産性を高めることができ、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１の発明についての実施の形態その１．に係る石炭灰の粒度分布を示すグラフである。
【図２】  同実施の形態その１．に係る手順を示すブロック図である。
【図３】  同実施の形態その１．に係る焼成温度と焼成後の乾燥密度との関係を示すグラフである。
【図４】  請求項２の発明についての実施の形態その２．に係る手順を示すブロック図である。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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