(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を脱硫のための石灰石粉と共に加圧流動床において燃焼反応させた後に集塵設備から採取した、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ及びＳＯ3を含み、ＳｉＯ2含有割合が３０〜４０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有割合が１５〜３５重量％、Ｆｅ2Ｏ3含有割合が１〜１０重量％、ＣａＯ含有割合が１０〜３０重量％、ＳＯ3含有割合が３．０〜１０重量％である化学組成を有し、比表面積が１００００ｃｍ2／ｇ以上である石炭灰からなる硬化材料と、水と、アルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化物からなる硬化促進剤とを含み、前記水の含有割合が、ＪＩＳ Ａ １２０１に準じて測定した最適含水比＋０〜５％であり、硬化促進剤の含有割合が水に対して２〜５重量％であり、前記石炭灰の３０重量％以下をセメントで置換した石炭灰硬化体組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実質的に硬化材料が石炭灰であり、セメントを含有しないか若しくは少量の含有で硬化させることができ、各種建築物、特に人工魚礁、人工海底山脈のブロック等に利用可能な石炭灰硬化体組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フライアッシュを硬化材料の主成分とする石炭灰硬化体が知られ、特に海水と接する港湾工事等に使用されている。この石炭灰硬化体は、硬化材料としてフライアッシュを含む他、少なくともセメントを１０〜２０％程度含有させる必要がある。このようなフライアッシュを大量に含む場合、その硬化体を得る方法としては、最適含水比に近い少ない水で練り混ぜ、振動させて締固める方法が採用されている。このフライアッシュは、石炭を燃料として使用する火力発電所等の副産物として主に得られており、その規格はＪＩＳ規格において、比重１．９５以上、比表面積２５００ｃｍ2／ｇ以上、４５μｍふるい残分４０％以下、ＳｉＯ2４５％以上であることが規定されている。
【０００３】
ところで、石炭を燃料として使用する火力発電所等の副産物が全てフライアッシュとして使用できるものではなく、加圧流動床発電所からの副産物は、フライアッシュに比べてＳｉＯ2の含有割合が低く、ＣａＯ及びＳＯ3の含有割合が高いために、前記フライアッシュの規格をほとんど充足しない。これは、ボイラー内の燃焼温度が従来より低く、しかも脱硫のために石灰石粉を用いているためと考えられる。このようなフライアッシュの規格を充足しない副産物は、当然、従来のフライアッシュとしての使用ができるとは考えられておらず、その有効利用方法が確立されていないのが実状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特定の石炭灰を配合することにより、セメントを全く配合させなくても、また少量のセメント配合で従来のフライアッシュを主成分とする石炭灰硬化体と同程度の強度を有する石炭灰硬化体を安価に得ることができる石炭灰硬化体組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、従来火力発電所等における加圧流動床からの副産物においてフライアッシュとして使用できなかった石炭灰を利用した石炭灰硬化体組成物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、石炭を脱硫のための石灰石粉と共に加圧流動床において燃焼反応させた後に集塵設備から採取した、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ及びＳＯ3を含み、ＳｉＯ2含有割合が３０〜４０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有割合が１５〜３５重量％、Ｆｅ2Ｏ3含有割合が１〜１０重量％、ＣａＯ含有割合が１０〜３０重量％、ＳＯ3含有割合が３．０〜１０重量％である化学組成を有し、比表面積が１００００ｃｍ2／ｇ以上である石炭灰からなる硬化材料と、水と、アルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化物からなる硬化促進剤とを含み、前記水の含有割合が、ＪＩＳ Ａ １２０１に準じて測定した最適含水比＋０〜５％であり、硬化促進剤の含有割合が水に対して２〜５重量％であり、前記石炭灰の３０重量％以下をセメントで置換した石炭灰硬化体組成物が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の石炭硬化体組成物は、特定の石炭灰から実質的になる硬化材料を含む。特定の石炭灰は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ及びＳＯ3を含み、ＳｉＯ2含有割合が３０〜４０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有割合は１５〜３５重量％、Ｆｅ2Ｏ3含有割合は１〜１０重量％、ＣａＯ含有割合が１０〜３０重量％、ＳＯ3含有割合が３．０〜１０重量％である化学組成を有する（以下石炭灰Ａと称す）。石炭灰Ａにおいて、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ及びＳＯ3の合計の含有割合は、通常９０〜９８重量％程度であり、残部は特に限定されない。
石炭灰Ａの比表面積は、１００００ｃｍ2／ｇ以上である。石炭灰Ａの粒径は特に限定されないが、４５μｍふるいを全て通過する粒径が好ましい。
【０００７】
前記石炭灰Ａは、石炭を脱硫のための石灰石粉と共に加圧流動床において燃焼反応させた後に集塵設備から採取することに得られ、特に加圧流動床複合発電所において、石炭を加圧流動床で燃焼反応させた後に集塵設備から採取することにより得られるものが好ましい。例えば、前記加圧流動床複合発電所の集塵設備から採取する場合、比表面積２０００〜４０００ｃｍ2／ｇの石炭灰が第１の集塵設備（１次サイクロン）から採取され、比表面積１００００ｃｍ2／ｇ以上の石炭灰Ａは第２の集塵設備（２次サイクロン）から採取することができる。このように加圧流動床からの副産物を再利用することにより、本発明の石炭灰硬化体組成物のコストを下げることができると共に、環境的にも好ましい。
【０００８】
硬化材料として、前記石炭灰Ａの一部をセメントで置換することもできる。セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや特殊セメントを用いることができる。セメントの配合割合は、通常セメントを含有させる場合、比表面積１００００ｃｍ2／ｇ以上の石炭灰Ａを３０重量％以下、特に１０〜３０重量％を置換する割合で含有させることができる。
【０００９】
本発明の石炭灰硬化体組成物は、前記硬化材料を硬化させるために水及び硬化促進剤を含有する。水は、硬化材料の反応に悪影響を与える物質が含有されていなければ良く、水道水、地下水、河川水、回収水、海水等の何れであっても良い。特に各種アルカリ、アルカリ土類金属ハロゲン化物等の無機塩類、具体的には塩化ナトリウム、塩化カルシウム等を含有する場合には、これらが後述する硬化促進剤に相当するので、別に硬化促進剤を配合する必要がない。この点を考慮すると海水（塩化物濃度３．３％程度）の使用が好ましい。水の含有割合は、最適含水比＋０〜５％とする必要がある。好ましくは最適含水比＋０〜３％である。５％を超えるとセメントの割合を多くする必要があり、所望の効果が得られない。最適含水比とは、ＪＩＳ Ａ １２０１（突き固めによる土の締固め試験方法）に準じて硬化材料における石炭灰Ａの水結合比と乾燥密度との関係から測定して決定できる。例えば、比表面積１００００ｃｍ2／ｇ以上の石炭灰Ａの最適含水比は１８〜３２％程度よりやや大きくなる。
【００１０】
硬化促進剤は、前記硬化材料と水との硬化反応を促進させるものであって、各種アルカリ、アルカリ土類金属ハロゲン化物等の無機塩類が挙げられ、具体的には塩化ナトリウム、塩化カルシウム等が好ましい。硬化促進剤の水に対する含有割合は、所望効果を発揮し得る範囲であれば特に限定されず、例えば２〜５重量％が望ましい。前述のとおり、硬化促進剤含有の水として海水を使用するのが好ましい。
【００１１】
本発明の石炭灰硬化体組成物には、前記必須成分以外に本発明の所望の効果を損ねない範囲で、通常フライアッシュセメントの硬化体等に配合する添加剤等を添加しても良い。
【００１２】
本発明の石炭灰硬化体組成物を硬化させるには、通常の振動締固め方法等に準じて行うことができ、条件等は適宜選択することができる。得られる硬化体は、種々の建築物に利用することができるが、特に人工魚礁、人工海底山脈のブロック材等に有用である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の石炭硬化体組成物は、従来のフライアッシュとは異なる化学組成を有する石炭灰を用いるので、セメントを全く配合しないか、若しくは少量の配合で所定強度を有する硬化体を得ることができる。使用する石炭灰は、特定の加圧流動床の副生物を利用できるので、コスト的にも安価にでき、しかも硬化剤として海水を使用する場合には更に有利である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
石炭を石灰石粉と共に燃焼反応させる加圧流動床発電所の１次サイクロン及び２次サイクロンから産出される石炭灰を回収した。回収した各石炭灰を蛍光Ｘ線分析装置により化学成分を酸化物量に換算して分析した結果、１次サイクロンからの石炭灰（１次石炭灰）は、ＳｉＯ2３２．７重量％、Ａｌ2Ｏ3２５．５重量％、Ｆｅ2Ｏ3７．６重量％、ＣａＯ２２．０重量％、ＭｇＯ０．４重量％、
ＳＯ3８．６重量％及びＫ2Ｏ０．２重量％であり、２次サイクロンからの石炭灰（２次石炭灰）は、ＳｉＯ2３７．０重量％、Ａｌ2Ｏ3３１．１重量％、
Ｆｅ2Ｏ3６．６重量％、ＣａＯ１３．８重量％、ＭｇＯ０．４重量％、ＳＯ3６．９重量％及びＫ2Ｏ０．２重量％であった。また、１次石炭灰の比重は２．６７、比表面積は２５５０ｃｍ2／ｇであり、４５μｍのふるいを通過させた際の残分は５２．８％であった。一方、２次石炭灰の比重は２．７２、比表面積は１５７８０ｃｍ2／ｇであり、４５μｍのふるいを全て通過する粒径であった。
得られた各石炭灰の最適含水比を、ＪＩＳ Ａ １２０１（突き固めによる土の締固め試験方法）に準じて石炭灰の水結合比と乾燥密度との関係から測定した結果、１次石炭灰は２５％、２次石炭灰は４７％であった。
【００１５】
回収した各石炭灰を含む表１に示す組成の硬化体組成物を調製し、φ５０×１００ｍｍに硬化させた。組成物の練り混ぜは、硬化材料を３０秒間空練りした後、硬化促進剤としての塩化ナトリウムを溶解した水を添加し、１２０秒間本練りして行った。混合物の硬化は、大型ＶＣ試験機を用いて締固め硬化させた。締固め時の振動数は４０００ｒｐｍ、振幅は１．０ｍｍ、締固め時間は、試料が液状化したことを確認後５分程度とし、振動を付与した全時間は８〜１０分程度とした。得られた各硬化体を、ＪＩＳ Ａ １１０８に準拠して材齢７、２８及び９１日の圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。尚、１次石炭灰の例は参考例である。
表１の結果より、従来のフライアッシュとは異なる組成の石炭灰を配合した場合、１次石炭灰ではセメントを配合せずに硬化体を得ることができ、また少ないセメントの含有割合においても十分な強度を有する硬化体が得られることが判った。
【００１６】
【表１】
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