(57)【要約】【課題】火山降灰の廃棄物処理上の問題を解決するばかりでなく、異なる炉内雰囲気で焼成することによって赤系と黒系の異なる発色顔料機能を有する焼成物を用いることで色彩豊富な煉瓦や瓦等の建材を得ることができる新燃岳噴火降灰を使用した焼成物とその製造方法を提供する。【解決手段】新燃岳噴火降灰を異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって赤色系と黒色系の色を発現させて建築骨材とする。また、新燃岳噴火降灰を骨材を兼ねた発色顔料として、山之口粘土と混合させ火山灰の組成を焼成雰囲気、酸化炎と還元炎によって赤色系と黒色系の概ね二色の色彩の異なる建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイルを得る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火山灰を異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって赤色系と黒色系の色を発現させることを特徴とする骨材。
【請求項２】
火山灰を骨材を兼ねた発色顔料として、焼成炎を、酸化炎又は中性炎又は還元炎のいずれかの窯炉内雰囲気で焼成することによって色彩を異ならせることを特徴する骨材の製造方法。
【請求項３】
請求項１で得られた赤色系又は黒色系の色彩を有する骨材を、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントと水を混合して固化成形したことを特徴とする建築材。
【請求項４】
火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形されたことを特徴とする建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイル。
【請求項５】
火山灰が新燃岳からの噴出物であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の骨材、建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイル及びその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火山灰を原料とする煉瓦や瓦用の骨材に関し、特に南九州地方霧島山系火山である新燃岳からの噴火降灰を再利用する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火山の噴火により極めて大量に発生する火山灰は、資源活用や産業廃棄物としての処分も困難である。２０１１年１月から大規模に噴火し続けている霧島山系新燃岳からの降灰も、現状での有効な利用方法はない。本発明は、かかる憂慮する状況に対応するために提案されたものであり、路面等に堆積した新燃岳降灰を建築・土木資材として再利用することを主たる目的とする。路面に堆積した火山灰は交通の妨げになり、田畑に堆積した火山灰は路地農作物等に多大な被害を与えるとともに、人体にも悪影響を及ぼして環境破壊を引き起こし、大きな社会問題となっている。かかる状況下において、自治体が所有する廃棄物処分場の許容量や新たな最終処分場の建設は、地域への保障問題等を抱え、迅速には対応できないのが現状である。
【０００３】
従来、建築資材等に火山灰を再利用する技術として、有珠山の火山灰とスラグ、砂利及びセメントを混合して形成したブロック（特許文献１及び特許文献２参照）。千歳、苫小牧方面で採取された火山灰と、粘土、頁（けつ）岩を原料とした軽量骨材、タイル、ブロック、レンガ等の窯業製品の製造方法（特許文献３参照。）。火山灰を原料成分とする焼成体（特許文献４参照。）。火山灰を原料成分とするいぶし瓦（特許文献５参照。）。火山礫や火山灰を陶磁器原料で固めて焼成したタイル（特許文献６参照。）。国内の火山帯に無尽蔵に堆積している活性の火山灰を利用した人造栗石や人造ブロック（特許文献７参照。）。雲仙普賢岳の火山灰を高温焼成した人工建材（特許文献８参照。）等が提案されている。
【０００４】
また、例えば、ＳｉＯ２  、Ａｌ２Ｏ３  、ＣａＯなどを主成分とする人工ガラス原料を用いて高温焼成した結晶化ガラス質の人工建材が市販されている。この人工建材は天然大理石と異なり耐酸性（耐酸性雨）が良いため野外での使用が可能であり、耐酸性の点で安定な御影石と同じく、内、外塗料材として広く利用されている。この人工建材の特徴として顔料を選択することによって所望する色彩を得られる点がある。とくに、淡い色合いのものに対して適応性が大きい。ところが、色調を濃くしようとすると、顔料の添加割合を増加させる必要があり、例えば、御影石調のものを得ようとするとコストが嵩む。このような焼成後の色彩について言及したものとして、特許文献９に示すように、鉄、クロム、コバルト、ニッケル等の金属化合物が含有された粘土を還元焼成して黒色の窯業製品を製造する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０１０５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２１０７号公報
【特許文献３】特公平３−４６１９号公報
【特許文献４】特公平２−１７９２号公報
【特許文献５】特開平１１−１３０５１４号公報
【特許文献６】実開昭６１−５９６４６号公報
【特許文献７】特開平７−１４９５５１号公報
【特許文献８】特開平６−１８３８１８号公報
【特許文献９】特許第３５５４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記先行技術文献は、火山灰を建築資材として、そのままの状態での骨材等として再利用することに留まり、火山灰自体の物性に由来する発色素材としての利用方法、それを用いて製造されたブロックや瓦における防水性や強度についてまでは言及されていない。本発明は上記従来技術の課題に鑑み、火山降灰の廃棄物処理上の問題を解決するばかりでなく、異なる炉内雰囲気で焼成することによって赤色系と黒色系の概ね二色の色彩の異なる発色顔料の機能を有する焼成物を得ることができ、これを用いることで色彩豊富な煉瓦や瓦あるいはブロック、タイル等の建築材を得ることができる新燃岳噴火降灰を使用した骨材とそ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】
【０００７】
本発明に係る骨材は、火山灰を異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって赤色系と黒色系の色を発現させることを第１の特徴とする。また、火山灰を骨材を兼ねた発色顔料として、焼成炎を、酸化炎又は中性炎又は還元炎のいずれかの窯炉内雰囲気で焼成することによって色彩を異ならせて製造することを第２の特徴する。そして、得られた赤色系又は黒色系の色彩を有する骨材を、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントと水を混合して固化成形したことを第３の特徴とする。さらに、建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイルは、火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形されたことを第４の特徴とする。そして、骨材、建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイルの製造に使用する火山灰が新燃岳からの噴出物であることを第５の特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、下記の優れた効果を有する。
（１）ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有率が高い新燃岳噴火降灰が素材の強度を高める骨材となり、１０００℃以上の高温焼成によって堅牢さが増す。
（２）火山灰の組成から、炉の雰囲気（酸化炎、中性炎、還元炎）によって、色彩幅の広い豊富なバリエーションの焼成物を得られる。
（３）煉瓦、瓦、ブロック等の二次製品として有効利用することができるため、新たな市場開拓が可能であり、経済浮揚の効果が大きい。
（４）廃棄物としての火山灰を有効活用でき、資源リサイクルの一助となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】山之口粘土のＸ線回析データを示すグラフである。
【図２】新燃岳噴出物の全岩組成のＳｉＯ２の変化を示すグラフである。
【図３】新燃岳噴出物の石基ガラスのＳｉＯ２の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る新燃岳火山灰を用いた煉瓦とその製造方法を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明によって製造される煉瓦や瓦は、宮崎県都城市山之口町周辺地域から産出される粘土（以下、山之口粘土という）を主成分とし、新燃岳噴火降灰を４５重量％程度混合させる。火山灰の組成はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするが、その中でもＡｌ２Ｏ３が多量に含まれる。したがって、１０００℃以上の高温で焼くと堅牢な瓦や煉瓦が得られる。さらに含有率の高いＦｅＯ、ＭｇＯなどの金属酸化物が炉中の雰囲気に応じて様々な色に発色する。こうして製造された瓦（以下、宮崎瓦という）は、瓦が良く焼き締められ、防水性や強度に優れている。ＪＩＳ規格では、瓦の防水性及び強度を示す尺度として、それぞれ「吸水率」及び「曲げ強度」が定められているが、宮崎瓦の吸水率と曲げ強度は、後記する表３及び表４に示すように、いずれもＪＩＳ基準をクリアしており、水分凍結による瓦の損傷が抑制され、耐寒性に優れた効果が生まれる。山之口粘土の化学組成を表１に示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
ここで、本発明に用いる新燃岳噴出火山灰（以下、単に火山灰という）について説明する。この火山灰について化学分析、図１のグラフに示すＸ線回析結果から、粘土に類似した性質であることが判った。しかし、粒度については、粘土に比較して粗いことが判った。参考としては、化学分析結果を表２に示した。火山灰はＳｉＯ２分が多く、酸性で強度も低いので、塩基度（ＣａＯ重量％／ＳｉＯ２重量％）の高いセメントと混合することにより、強度の高い材料とすることができる。
【００１４】
以下、この発明の一実施例について説明する。但し、この実施例で使用した原料は、標準組成が後記表２のような新燃岳の火山灰で、粒径が０．５ｍｍ以下の粉状原料である。この原料を以下の方法で焼成した。すなわち、火山灰を再焼成してガラス化するものである。再焼成するに際しては、焼却火山灰、あるいはこれに火山性体積物を混合した混合物に、水と、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントからなる硬化材とを混合したスラリーを、例えば平板状に固化した成形し、その成形物を、１０００℃前後、好ましくは１０００℃以上の温度で焼成する。
【００１５】
火山灰中の酸化第一鉄は、高温下で空気中の酸素と接触すると酸化されて酸化第二鉄になり赤色化する。また、窯炉内に酸化防止剤を注入しながら、炉内雰囲気中の酸素による酸化反応が起こらない温度域まで冷却すると、酸化第一鉄は酸化されず黒色となる。
【００１６】
［新燃岳噴火のマグマ物質の岩石学的検討］
平成２３年（２０１１）年１月２６日の新燃岳の噴火で噴出したマグマ物質（軽石）には、数ｃｍ大の軽石、火山灰を構成する軽石粒子の両方で、色彩の多様性がある。白色軽石は、全岩組成、石基組成のいずれでも茶色、灰色軽石に比べてＳｉＯ２に富む。この組成多様性は、温度の異なる少なくとも２種類のマグマの、おそらく噴火直前の混合でもたらされ、白色軽石が低温マグマそのものである可能性が高い。これら端成分マグマの貯蔵深度の特定が、地球物理学的に観測される圧力源の解釈に必要とされる。１月２６日噴火の噴出物の全岩組成は、図２及び図３に示すように、過去の新燃岳噴出物の形成する組成範囲にあり、ＳｉＯ２に乏しいもの（茶色・灰色軽石）は、享保の噴火（１７１６年−１７１７年）と似た組成を持つ。
【００１７】
［試料］
全岩化学組成分析には数ｃｍ大の軽石ブロックを、石基ガラスや斑晶鉱物組成の分析には、多数の粒子をマウントした研磨片の迅速な作成のため、火山灰中の軽石粒子を使用した。試料採取者は、試料１、２共に、平林順一東工大名誉教授。
（試料１：軽石ブロック）
採取日時：２０１１年１月２７日（木曜日）朝
採取場所：都城市立  御池小学校
試料選別：採取された十数個の軽石から、色彩の多様性を網羅するように、４試料を選別した。
（試料２：火山灰）
採取日時：２０１１年１月２７日（木曜日）夜
採取場所：都城インターチェンジから国道１０号線を宮崎方面へ３ｋｍ進んだ地点。
火山灰処理と試料選別：火山灰構成粒子の最大径は５ｍｍ。
この火山灰を純水にて超音波洗浄した後、上澄液を流し、残った粒子を篩いにかけ、１ｍｍ以上の部分から新鮮な軽石（マグマ物質）を選別。軽石には、白色、茶色、灰色の色彩の多様性があり、白色と茶色、灰色の混在した縞状軽石も認められる。
【００１８】
［全岩組成分析結果］
表２に、各主要元素含有量の合計が１００重量％になるよう再計算した値と、再計算前の分析値トータル（最下段）を合わせて示す。白い軽石のＳｉＯ２含有量は、残りの軽石に比べて３重量％程度高い。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
［石基ガラス組成］
全岩組成の違いが、マグマのメルト部分組成の違いによるものか調べるため、メルト部分に相当する石基の分析を試みた。軽石の白色部では、単一粒子で色彩が均一か否か（縞状軽石）に関わらず、石基はガラスのみからなる。一方、灰色・茶色部では、石基に微細結晶（マイクロライト）も存在する。これはマイクロライトの分、メルトが結晶化したことを示す。図３のグラフに示すように、この結晶化の分にも関わらず、灰色・茶色部のメルトは、白色部よりも未分化で、ＳｉＯ２に乏しくＭｇＯに富む。
【００２１】
曲げ強度試験：（ＪＩＳ  Ａ  ５３７１；推奨仕様Ｂ−３）におけるインターロッキングブロックの曲げ強度は、区分３で３．０Ｎ／ｍｍ２以上であり、区分５で５．０Ｎ／ｍｍ２以上であった。よって、本実施例の新燃岳火山灰入り煉瓦は、区分５を十分満足するものであった。その結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
圧縮強度試験：（ＪＩＳ  Ｒ  １２５０）に規定される煉瓦の圧縮強度は、２種で１５．０Ｎ／ｍｍ２以上、３種で２０．０Ｎ／ｍｍ２以上、４種で３０．０Ｎ／ｍｍ２以上である。よって、今回試験を行った新燃岳火山灰入り煉瓦は、４種の品質を十分満足するものであると言える。その結果を表４に示す。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
尚、図３のグラフは、石基ガラスのＳｉ２Ｏ８変化図であり、単一プロットは１軽石粒子の平均。粒子毎に白色部では１０ポイント、灰色・茶色部では５ポイントを分析。茶色部は母地部に比べてＦｅ、Ｔｉがやや多く、逆に白色部はＦｅ、Ｔｉがやや少ない組成となっている。
【００２６】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多い新燃岳噴火降灰が焼成物の強度を高める骨材となり、１０００℃以上の高温焼成において堅牢さが増加する。これは曲げ強度試験ＪＩＳＡ５３７１推奨仕様等の試験結果から十分証明された。色彩の特徴として組成からは、窯炉の雰囲気（酸化炎、中性炎、還元炎）によって、幅のある豊富なバリエーションを焼くことができる。すなわち、骨材となる火山灰による特徴は、強度と豊富な色彩が得られることである。
【００２７】
尚、還元焼成時の温度域は、温度が高過ぎると、酸化第二鉄等の還元反応が過度に進行し、還元生成された酸化第一鉄が更に還元されてしまって濃く黒色化されず、温度が低すぎると、還元反応が進行不足で黒色に変化しないため、酸化第二鉄を酸化第一鉄に還元させるのに適した温度域を維持するように制御しなければならない。
【００２８】
また、窯炉での煉瓦の焼成条件は、窯の操業方式、大きさ、焼成時間、使用燃料の種類、被焼成物の重量、その他諸条件により大きくことなるため、本発明を応用する際は、使用する窯、被焼成物の条件を考慮し、酸化焼成温度、還元時間、炭化水素ガス量、空気量、窒素ガス量を所望する製品の色彩に応じて調整する。
【図１】
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【図２】
2012218990.tif 000008
【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月13日(2012.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新燃岳からの噴出物である火山灰を、異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって、赤色系又は黒色系の色を発現させることを特徴とする骨材の製造方法。
【請求項２】
請求項１で得られた赤色系又は黒色系の色彩を有する骨材を、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントと水を混合して固化成形したことを特徴とする建築材。
【請求項３】
新燃岳からの噴出物である火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形した後に焼成したことを特徴とする建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る骨材は、新燃岳からの噴出物である火山灰を、異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって、赤色系又は黒色系の色を発現させて製造することを第１の特徴とする。そして、得られた赤色系又は黒色系の色彩を有する骨材を、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントと水を混合して固化成形したことを第２の特徴とする。さらに、建築材、煉瓦、瓦、ブロック及びタイルは、新燃岳からの噴出物である火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はコンクリート又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形した後に焼成したことを第３の特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月9日(2012.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新燃岳からの噴出物である火山灰を、異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって、赤色系又は黒色系の色を発現させることを特徴とする骨材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法により得られた骨材と、山之口粘土又はセメント又はアルミナセメントと、水とを混合して固化成形したことを特徴とする建築材。
【請求項３】
新燃岳からの噴出物である火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はセメント又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形した後に、異なる炉内雰囲気で焼成して、赤色系又は黒色系の色を発現させたことを特徴とする建築材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る骨材は、新燃岳からの噴出物である火山灰を、異なる窯炉内雰囲気で焼成することによって、赤色系又は黒色系の色を発現させて製造することを第１の特徴とする。また、本発明に係る建築材は、前記製造方法により得られた赤色系又は黒色系の色彩を有する骨材を、山之口粘土又はセメント又はアルミナセメントと、水とを混合して固化成形したことを第２の特徴とする。さらに、本発明に係る建築材は、新燃岳からの噴出物である火山灰の配合比率が５〜５０重量％、山之口粘土又はセメント又はアルミナセメントの配合比率が５〜５０重量％の材料を混練して成形した後に、異なる炉内雰囲気で焼成して、赤色系又は黒色系の色を発現させたことを第３の特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
以下、この発明の一実施例について説明する。但し、この実施例で使用した原料は、標準組成が後記表２のような新燃岳の火山灰で、粒径が０．５ｍｍ以下の粉状原料である。この原料を以下の方法で焼成した。すなわち、火山灰を再焼成してガラス化するものである。再焼成するに際しては、焼却火山灰、あるいはこれに火山性体積物を混合した混合物に、水と、山之口粘土又はセメント又はアルミナセメントからなる硬化材とを混合したスラリーを、例えば平板状に固化した成形し、その成形物を、１０００℃前後、好ましくは１０００℃以上の温度で焼成する。