(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を主原料とし、これに固化材と水とを加えて混練りする土木材料の製造方法であって、
石炭灰に固化材を加える前後に分けて段階的に水を添加することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
石炭灰に水を添加して攪拌する第１の水添加攪拌過程と、該過程を経た石炭灰に固化材を加えてその混合物に水を添加しながら攪拌する第２の水添加攪拌過程と、該過程を経た石炭灰と固化材と水との混合物を混練りする混練り過程とを有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１の水添加攪拌過程では、投下する石炭灰に対して周囲から水が噴射され、前記第２の水添加攪拌過程では、攪拌される石炭灰と固化材との混合物に対してこれを押し返す向きに水が噴射されることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
石炭灰を主原料とし、これに固化材と水とを加えて混練りする土木材料の製造装置であって、
内部の攪拌手段により一端側から他端側に向けて原料を送りながら連続的に混練り可能なミキサを有し、該ミキサは、一端側に石炭灰及び固化材の各投入口を備え、他端側に混練り物の排出口を備え、前記固化材の投入口は、前記石炭灰の投入口の他端側に設けられると共に、該固化材の投入口の一端側に石炭灰に対して水を添加する第１の水添加手段が、前記固化材の投入口の他端側に石炭灰と固化材との攪拌混合物に対して水を添加する第２の水添加手段がそれぞれ設けられたことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
前記第１の水添加手段は、上向きに開口された前記石炭灰の投入口を取り囲むように並べて設けられて、上方から当該投入口内に投下された石炭灰に向けて周囲から水を噴射する複数のノズルからなることを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
【請求項６】
前記第２の水添加手段は、前記攪拌手段による一端側から他端側に向かう原料の移送方向と逆向きに一端側に向けて水を噴射するノズルを有することを特徴とする請求項４若しくは請求項５に記載の製造装置。
【請求項７】
前記第２の水添加手段は、回転軸の周囲に複数列設された前記攪拌手段を構成する攪拌部材の回転方向と逆向きに水を噴射するノズルを有することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の製造装置。
【請求項８】
前記水添加手段は、噴出孔からの水をその噴出方向に対して傾斜して設けられたガイド面によって扇形状に広げて噴射するノズルからなることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の製造装置。
【請求項９】
前記固化材を複数種類用いるものであり、該複数の固化材に対応した前記固化材の投入口が、原料の移送方向に対して直交する向きに横に並べて複数設けられたことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰を主原料とし、これにセメント等の固化材と水とを加えて混練りして得られ、例えば地盤改良材、路盤材、防草材、並びに構造物の裏込め材等の用途に用いられる土木材料の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所では、微粉砕した石炭をボイラ内で燃焼させた際に発生する粉塵、いわゆる石炭灰が大量に排出されるが、この石炭灰は、石油代替エネルギーとして石炭の利用が進むのに伴い、排出量が増大する傾向にある。他方、近年、産業廃棄物の処分用地の確保が困難になりつつあり、それに伴い石炭灰の処分コストが増大することが予想される。そこで、石炭灰を大量かつ経済的に有効利用することの可能な技術の開発が要望されている。
【０００３】
このような石炭灰の有効利用技術として土木・建築分野では、従来からフライアッシュセメントの原料として利用されていたが、近年、石炭灰を主原料とし、これに所要の強度が得られるようにセメント等の固化材を混合して得られる材料を、地盤改良材、路盤材、防草材、構造物の裏込め材等に利用する方法が提案・実用化されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような土木材料は粉体で用いられることが多く、施工時の取り扱いが不便であったり、あるいは施工方法が制約される等の不都合が生じていた。例えば表層地盤の改良材として用いる場合には、現地土に改良材を散布しバックホウ等で撹拌・混合した上で転圧することになるが、このとき粉体の改良材では粉塵の発生が顕著になる。そこで、改良材として適度な湿潤状態にあることが望まれるが、石炭灰と固化材との混合物に水を加えて混練りする従来の方法では、水量が少ないと均一な混練りが困難になり、特に石炭灰等の粉体原料に対する水の添加割合が２０重量％を下回る低い含水率では効率的な製造ができないでいた。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、石炭灰を主原料とし、これに固化材と水とを加えて混練りする土木材料の製造方法及び製造装置を、水の添加量を少なくしても品質を低下させることなく均一な品質の土木材料を効率良く製造することの可能なものとすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、石炭灰を主原料とし、これに固化材と水とを加えて混練りして土木材料を製造するにあたり、石炭灰に固化材を加える前後に分けて段階的に水を添加するものとした。前記の固化材としては、自硬性で石炭灰自体も水和硬化させるポルトランドセメント、石炭灰を水和硬化させる消石灰（水酸化カルシウム）、並びに前記のものと併用されて固化時の強度を高める自硬性の石膏（硫酸カルシウム）等が挙げられる。
【０００７】
これによると、予め石炭灰に水を添加して石炭灰を湿潤状態にした上で固化材を加えるため、少量の水でも混練りが十分になされ、低含水で均一な品質の土木材料を安定して得ることができ、これにより水の添加量を石炭灰と固化材の全量に対する割合で１０％程度に抑えることができる。なお、固化材混合前と固化材混合後の各段階での水添加量の割合は、石炭灰の品質や固化材の配合量等に応じて適宜に設定される。
【０００８】
前記製造方法においては、石炭灰に水を添加して攪拌する第１の水添加攪拌過程と、該過程を経た石炭灰に固化材を加えてその混合物に水を添加しながら攪拌する第２の水添加攪拌過程と、該過程を経た石炭灰と固化材と水との混合物を混練りする混練り過程とを有する構成をとることができ、これによると、固化材混合前に石炭灰と水とが攪拌されて石炭灰が均一な湿潤状態となり、ついで石炭灰と固化材と水との混合物が十分に攪拌・混練りされて、良質な混練り物を得ることができる。
【０００９】
前記製造方法においては、第１の水添加攪拌過程では、投下する石炭灰に周囲から水が噴射され、第２の水添加攪拌過程では、攪拌される石炭灰と固化材との混合物にこれを押し返す向きに水が噴射される構成をとることができ、これによると、石炭灰あるいは石炭灰と固化材との攪拌混合物に対して均一に水を添加することができ、これによってより一層良質な混練り物を得ることができる。
【００１０】
また、このような方法で土木材料を製造するには、バッチ式のミキサでは固化材及び水の添加時期をずらせば良く、連続式のミキサでは固化材及び水の添加位置をずらせば良い。具体的には、土木材料の製造装置の構成を、内部の攪拌手段により一端側から他端側に向けて原料を送りながら連続的に混練り可能なミキサを有し、該ミキサは、一端側に石炭灰及び固化材の各投入口を備え、他端側に混練り物の排出口を備え、固化材の投入口は、石炭灰の投入口の他端側に設けられると共に、該固化材の投入口の一端側に石炭灰に対して水を添加する第１の水添加手段が、固化材の投入口の他端側に石炭灰と固化材との攪拌混合物に対して水を添加する第２の水添加手段がそれぞれ設けられたものとすれば良い。
【００１１】
これによると、ミキサ内部に各投入口から原料が投入されると、石炭灰投入口から固化材投入口に至る領域では、第１の水添加手段により水を添加された石炭灰が攪拌されて石炭灰が均一な湿潤状態になり、これに続く固化材投入口から第２の水添加手段が設けられた領域では、石炭灰と固化材とが水を添加されながら攪拌・混合される。そして、第２の水添加手段より他端側の混練り物の排出口に至る領域では、石炭灰と固化材と水との混合物が攪拌混練りされ、排出口から混練り物が排出され、これにより良質な混練り物を得ることができる。
【００１２】
前記製造装置における第１の水添加手段は、上向きに開口された石炭灰の投入口を取り囲むように並べて設けられて、上方から当該投入口内に投下された石炭灰に向けて周囲から水を噴射する複数のノズルからなる構成をとることができる。これによると、石炭灰投入口から投入された石炭灰に対して均一に水が噴射されるため、石炭灰を均一な湿潤状態にした上で混合・混練りを行うことができ、これによってより一層良質な混練り物を得ることができる。
【００１３】
前記製造装置における第２の水添加手段は、攪拌手段による一端側から他端側に向かう原料の移送方向と逆向きに一端側に向けて水を噴射するノズルを有する構成をとることができる。さらに、前記第２の水添加手段は、回転軸の周囲に複数列設された攪拌手段を構成する攪拌部材の回転方向と逆向きに水を噴射するノズルを有する構成をとることができる。これらによると、原料を押し返す向きに水が噴射されるため、石炭灰と固化材との攪拌混合物に対して均一に水を添加することができ、これによってより一層均一な品質の混練り物を得ることができる。
【００１４】
前記製造装置における水添加手段は、噴出孔からの水をその噴出方向に対して傾斜して設けられたガイド面によって扇形状に広げて噴射する、いわゆるフラット型のノズルからなる構成をとることができ、これによると、広い範囲に水を分散させるため、少数でも原料に対して均一に水を添加することができる。
【００１５】
前記製造装置におけるミキサは、固化材を複数種類用いるものであり、この複数の固化材に対応した固化材の投入口が、原料の移送方向に対して直交する向きに横に並べて複数設けられた構成をとることができる。これによると、石炭灰に対して複数の固化材を同時に加えることができるため、複数の固化材で混合具合が不均一になることによる土木材料の品質低下を避けることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に基づき構成された土木材料の製造装置の全体構成を示している。本装置は、一端側から投入された石炭灰と固化材とに水を加えながら混練りして他端側から混練り物を連続的に排出するミキサ１と、このミキサ１に石炭灰を定量供給するためのホッパ２及びフィーダ３と、ミキサ１にセメント（固化材）を定量供給するためのホッパ４及びフィーダ５と、ミキサ１に消石灰（固化材）を定量供給するためのホッパ６及びフィーダ７と、ミキサ１に水を定量供給するための水槽８及びポンプ９と、ミキサ１から排出される混練り物をストックヤード１０に積み上げるベルトコンベア１１とを有している。各ホッパ２・４・６には、適宜に原料がサイロ１２・１３・１４からそれぞれ給送される。ストックヤード１０の土木材料は、適宜にバックホウ等で施工地点に打設される。なお、固化材として消石灰に代えて石膏を用いる態様も可能である。
【００１８】
ミキサ１は、インバータ制御による可変速式の電動機１６にて駆動され、石炭灰、セメント並びに消石灰の各フィーダ３・５・７もそれぞれ、インバータ制御による可変速式の電動機１７・１８・１９にて駆動される。石炭灰、セメント並びに消石灰のミキサ１への供給量は、ロードセル等の重量計測手段により計測されるホッパ２・４・６の内容物重量の変動状況から算出され、これらの計測値に従って各フィーダ３・５・７の供給量が調整され、また水の供給量は、流量計１５により計測されてポンプ９の供給量が調整され、これによりミキサ１に適切な量の原料が送られる。
【００１９】
ミキサ１は、図２〜図６に示すように、一端１ａ側に石炭灰、セメント並びに消石灰の各投入口２１・２２・２３を備え、他端１ｂ側に混練り物の排出口２４を備え、原料を一端側から他端側に向けて送りながら連続的に混練りするものであり、セメント及び消石灰の投入口２２・２３が石炭灰の投入口２１よりも他端１ｂ側、すなわち排出口２４側に設けられている。
【００２０】
ミキサ１は、横置きされた回転軸２６の周囲に攪拌部材２７が複数列設されたロータ２８をケーシング２９内に備え、このロータ２８が互いに回転軸２６を平行にした態様で一対設けられた構造の２軸式のパドルミキサであり、攪拌効率が高く、所要の品質の混練り物を大量に製造することができる。
【００２１】
攪拌部材２７は、軸方向に所定間隔をおいて周方向に所定角度ずつずらしながら全体として螺旋を描くように列設されており、各攪拌部材２７は、最も他端１ｂ側のものを除き、板部３０の材料を押す面が他端１ｂ側を向くように傾けた態様で板部３０が軸部３１に設けられ、これにより原料を攪拌しつつ他端１ｂ側、すなわち排出口２４側に移送するようになっている。回転軸２６は、連動機構により相互に逆方向に同期回転され、各攪拌部材２７が回転軸２６の上側で外向きに、回転軸２６の下側で内向きに動作するように回転される。
【００２２】
ミキサ１のケーシング２９には、一端１ａ側の石炭灰及びセメント並びに消石灰の各投入口２１・２２・２３が上壁３３に上向きに開口した態様で設けられ、また、他端１ｂ側の混練り物の排出口２４が底壁３４に下向きに開口した態様で設けられており、消石灰の投入口２３とセメントの投入口２２とは、原料の移送方向、すなわち回転軸方向に対して直交する向きに横に並べて設けられている。
【００２３】
ミキサ１は、これを駆動するための電動機１６と共に架台３７に搭載され、この架台３７は、台座３８に傾動可能に支持され、その他端１ｂ側をチェーンブロック３９により上下動可能に吊り下げられて、所定の角度範囲内の任意の角度に調整可能となっており、これにより滞留時間が調整され、例えば他端１ｂ側を上げると滞留時間が長くなり、逆に他端１ｂ側を下げると滞留時間が短くなる。したがって、石炭灰の品質のばらつきや処理量の変動等に影響されることなく均一な品質の混練り物を得ることができ、また現場の状況等に応じて混練り物の性状を変えることができる。
【００２４】
ミキサ１には、石炭灰にセメントを加える前後に分けて段階的に水を添加可能なように複数のノズル４１・４２・４３が設けられている。すなわち、セメント投入口２２の一端１ａ側の部分に、石炭灰に対して水を添加する第１ノズル（第１の水添加手段）４１が設けられ、セメント投入口２２の他端１ｂ側の部分に、石炭灰とセメントとの攪拌混合物に対して水を添加する第２ノズル（第２の水添加手段）４２・４３が設けられている。
【００２５】
第１ノズル４１は、石炭灰投入口２１の開口周縁部にこれを取り囲むように複数（ここでは４つ）並べて設けられて石炭灰投入口２１の中心部下方に向けて水を噴射するようになっており、これにより石炭灰投入口２１内に投下された石炭灰に対して周囲から水が均一に噴射される。
【００２６】
第２ノズル４２・４３のうちの一方のノズル４２は、一端側から他端側に向かう原料の移送方向と逆向きに噴射方向が設定され、ミキサ１の幅方向中心位置に配置されている。他方のノズル４３は、攪拌部材２７の回転動作方向と逆向きに噴射方向が設定され、対をなすものがミキサ１の中心線を挟んで対向配置され、攪拌部材２７が回転軸２６の上側で外向きに動作するように回転軸２６を回転させた場合には、外側から中心部に向かうように噴射方向が設定される。これにより、原料を押し返す向きに水が噴射され、石炭灰と固化材との攪拌混合物に対して均一に水が添加される。これらのノズル４２・４３は、原料の移送方向にずらして複数設けられている。
【００２７】
これらの水添加手段としてのノズル４１・４２・４３は、図７に示すように、水滴を面状に噴射するフラット型のものであり、噴出孔５１からの水をその噴出方向に対して傾斜して設けられたガイド面５２に沿って水滴を扇形状に広げて噴射するようになっており、水を広角度に噴射することができる。図４〜図６中に矢印で示した噴射方向は、図７中矢印Ａで示す中心線の方向を示しており、これを中心にして扇形状に広がった態様で水が噴射される。これらのノズル４１・４２・４３は、ケーシング２９の上壁３３に、斜め下向きに水を放出する態様で設けられている。
【００２８】
このように構成されたミキサ１においては、フィーダ３・５・７の末端から投入口２１・２２・２３に各原料が投下され、ノズル４１・４２・４３にはポンプ９から水が供給される。石炭灰投入口２１に投入された石炭灰には、第１の水添加手段を構成する第１ノズル４１により水が添加され、石炭灰投入口２１からセメント投入口２２に至る領域で、水を含んだ石炭灰が攪拌されて石炭灰に水分が均一に行き渡る。
【００２９】
ついでこの湿潤状態にある石炭灰に、投入口２２・２３から投入されたセメント及び消石灰が加えられ、第２の水添加手段を構成する第２ノズル４２・４３が設けられた領域で、上方から水を添加されながら石炭灰とセメントと消石灰とが攪拌部材２７により攪拌・混合される。そして、第２ノズル４２・４３の他端１ｂ側の混練り物の排出口２４に至る領域では、石炭灰とセメントと水との混合物が攪拌部材２７により攪拌混練りされ、排出口２４において、その下方に配置されたベルトコンベア１１に向けて混練り物が排出投下される。
【００３０】
石炭灰とセメントとの配合割合は、要求される強度等の土木材料の用途及び石炭灰の品質等に応じて適宜に設定されるが、例えば重量比で乾燥石炭灰を９０％、セメントを１０％の割合で配合すれば良い。水の添加割合は、土木材料の用途等により異なり、例えば地盤改良材では、石炭灰とセメントとの総重量に対して概ね１０％の割合で水が添加され、得られた混練り物と現地土と混合した上で打設される。この水の添加割合を１０重量％とした配合は従来の方法では困難な値であるが、実際に前記構成のミキサ１で製造したところ、十分に均一な混練り物を得ることができ、本発明の有効性が実証されている。また、路盤材では、石炭灰とセメントとの総重量に対して２０〜３０％の割合で水が加えられ、そのまま敷き均される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による土木材料の製造装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ミキサ装置の全体を示す側面図である。
【図３】ミキサ装置の全体を示す上面図である。
【図４】ミキサの上面図であり、一部を破断して内部を示す。
【図５】図４に示したＶ−Ｖ線に沿って分断した要部断面図である。
【図６】図４に示したVI−VI線に沿って分断した要部断面図である。
【図７】ノズルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ミキサ、１ａ  一端、１ｂ  他端
２・４・６  ホッパ
３・５・７  フィーダ
８  水槽
９  ポンプ
１１  ベルトコンベア
２１  石炭灰投入口
２２  セメント投入口
２３  消石灰投入口
２４  混練り物排出口
２６  回転軸
２７  攪拌部材
２８  ロータ
２９  ケーシング
３０  板部
３１  軸部
３３  上壁
３４  底壁
４１  第１ノズル（第１の水添加手段）
４２・４３  第２ノズル（第２の水添加手段）
５１  噴出孔
５２  ガイド面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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