湿式動圧ろ過装置によるフライアッシュ改質分級とその評価に関する研究
高田 龍一*1・神門 誠*2

要旨：フライアッシュのコンクリートへの混和材としての活用は，過去多くの試みが検討されてきたがコンクリートの物性に及ぼすバラツキや経済性の課題によって十分に普及しているとはいいがたい現状にある。
この度，湿式動圧ろ過装置を用いて経済的かつ効率的な化学的，物理的に安定したフライアッシュの改質方法を提案する。これにより，流動性およびポゾラン活性において原粉に比較して優れた性状のフライアッシュコンクリートの提供が可能であることが明らかとなった。
キーワード：動圧ろ過装置，フライアッシュ，粉末度，活性度指数，フロー値比，ポゾラン活性1. はじめに質フライアッシュを用いて評価検討を行ったので報告す

フライアッシュを混合したコンクリートは，ポゾランる。

反応に起因した長期強度の増進，耐久性の向上，セメントの使用量を抑えることによる乾燥収縮の低減，水和熱

2. フライアッシュの改質方法と改質フライアッシュのの減少，またフライアッシュセメントの B 種 C 種におい性状ては ASR の抑制効果が確認されている。その他，C-S-H

これまでのフライアッシュの改質方法を大別すると，の増加に伴う水密性の向上，化学抵抗性の向上などの効乾式法と湿式法に分けることができる。乾式法では，加果も明らかにされている。さらに固有の効果としてフラ熱改質により未燃カーボンや窒素，硫黄分などの不純物イアッシュが球状態であることからボールベアリング効を除去し強熱減量を下げる方法 1)や，北陸電力管内のボ果によりワーカビリテイーの向上，ひいては単位水量のイラシステムで，灰中未燃分低減対策の 2 段分級器 MRS低減を可能にする。

ミルを組合わせた最新低未燃分燃焼システムを導入し，こうした効果にもかかわらず，現在フライアッシュの微粉炭ボイラからのフライアッシュを強制渦遠心分級方総排出量に対して生コンへのコンクリート混和材として式により乾式分級して比表面積を高める方法 2）が検討さの利用は 1％にも満たない状況にある。その原因として，れている。湿式法では，浮遊選鉱によりフライアッシュ

燃料石炭の産炭地，燃焼ボイラなどに起因して発生するの中の未燃カーボンを除去し，強熱減量値を低下させる

フライアッシュの品質のバラツキが原因となってコンクとともにスラリー化を実現する方法 3）4）や未燃炭素を主リート配合を困難にしていることがあげられる。さらに体とするフライアッシュの細孔構造が AE 剤，減水剤をそれに伴うワーカビリテイーのコントロールの不安定さ吸着する性質を改質する方法として，界面活性剤によるなどフレッシュ性状に及ぼす影響や比表面積のバラツキ未燃カーボンの不活性化を図る方法 5）などがあげられる。

による強度発現の不安定さ，型枠脱型強度に影響を及ぼ

未燃カーボンによる減水剤や AE 剤の吸着は従来から懸念されてきたところであるが，一方でフライアッシュす初期強度発現などの課題があげられる。
これまで，こうした課題に対して多くの配合の工夫，の pH に着目した報告があげられており，低 pH のフライ

フライアッシュの品質の安定化など多くの研究検討がな

アッシュは界面活性剤の機能を大きく損ないフライアッされてきたが，経済性の観点やフライアッシュコンクリシュコンクリートの流動性を阻害していることが考えらートの品質の安定性などの課題を抱える中で十分な解決れる 6）7）。

を見ることなく現在に至っている。

本報告の改質手法は pH 値のコントロールに着目し，本研究では，湿式動圧ろ過装置を用いて改質分級を行

湿式法を用いることにより pH 値の課題を解決し，併せうことにより化学的・物理的性質が安定化した微粒分をて動圧ろ過分級により，ポゾラン活性とワーカビリテイ分級する，経済的かつ効率的な改質フライアッシュの製ーに有効なフライアッシュの微粒子を選別し比表面積の造方法を開発したのでその概要を報告し，さらにこの改増加とフライアッシュの品質の安定化を図るものである。

*1 （株）藤井基礎設計事務所

技術顧問*2 （株）藤井基礎設計事務所

常務取締役（松江工業高等専門学校

名誉教授

農学博士）

図－1 に動圧式ろ過装置を用いたフライアッシュの改質手法の模式図を示す。図に示すように，湿式処理とな改質フライアッシュ プラントフロー
スラリー化、中和工程

分級工程

出荷設備っており，中和装置による pH 調整と，マグネットストレーナによるマグネタイトの除去さらに分級機による動圧ろ過の 3 つの工程からなっている。
過去の研究から明らかにされているように低 pH 値のフライアッシュ 水

To 生コンプラントM

マグネット
ストレーナ

分級機

浮灰除去付混練り機

中和装置

細粒子

粗粒子

フライアッシュは界面活性剤の機能を低減させる。そこ
密度計

で，コンクリート用混和剤の陰イオン系界面活性剤の解離状態の存在率を高めるために中和処理を行う。この工程によって，フライアッシュの性質に関わらず pH 値を 7～8 と一定とすることができる。また，フライアッシュ

改質スラリー槽

細粉スラリー槽中のマグネタイトは黒色微粉でありそれ自体がコンクリートの化学的，物理的性状に及ぼす影響は少ないと考え

図－1 フライアッシュの改質プラント

られるが，除去することで，意匠性の観点では従来から言われていた黒みがかったコンクリートの色合いを大きく改善することができる。さらに，超微細ウェッジワイ
ヤースクリーン分級処理によるフライアッシュの動圧ろ過分級は，ポゾラン反応に有益なシリカ，アルミナ系の微細な球形微粒子を取り出すとともに，比較的大粒径の未燃カーボンを取り除くことが期待され，これにより強熱減量の低下と比表面積の増加が期待される。
フライアッシュの光学顕微鏡観察写真によると，写真－1 に示すように大粒径の未燃カーボンと球形微粒子の混在が見られるが，分級後は写真－2 に示すような球形

写真－1 分級前のフライアッシュ微粒子が大半となる性状を示している。
表－1 にスクリーンのスリット幅 75μm と 50μm とした場合のフライアッシュの分級後の物性値を原粉と比較して示している。ここで分級に供した原粉は，三隅火力発電所から排出された JISⅡ種相当灰を使用した。表からも明らかなようにスリット幅を狭くすることで微粒分の回収率は低下するが，粗粒な不純物が取り除かれることにより密度が高くなり，比表面積が増加することが明らかになった。また，未燃カーボンに由来する強熱減量100μｍも低下することが明らかとなった。
表－2 にそれぞれのスリット幅で回収されたフライアッシュのフロー値比と活性度指数を原粉の結果と比較し写真－2 分級後のフライアッシュて示している。表から明らかなように，原粉と比較してフロー値比，活性度指数ともに向上することが明らかととと同時に，炭種，燃焼方法に関わらず多様な品質規格なった。のフライアッシュに適応できることに併せて，そこから既往の乾式分級においてもブレーン値の向上によりフロー値比，活性度指数の向上が示されており 2）フライ一定規格のフライアッシュを取り出すことが期待でき，本改質方法の有意性を見出すことができる。

アッシュを分級することによる流動性，活性度に及ぼす効果が明らかとされているが，本改質方法からも同様の3. コンクリート試験による評価の結果と考察所見を得ることができた。本改質方法では動圧ろ過装置

モルタル試験により一定の有効性は認められるとこを用いて湿式分級を行うことにより，過去に指摘されてろであるが，混和剤の影響を確認するために 50μm アン

いる低 pH に伴う混和剤の機能の低下 6）7）を防止するこダーの改質フライアッシュを用いてコンクリート試験を表－1 改質フライアッシュの物性
細粉回収率（％）

密度（g/cm3）

比表面積（ブレーン方法）（cm2/g）

強熱減量（％）

フライアッシュ原粉―

2.143150

2.40

スリット幅 75μm 分級後≒80

2.193830

2.17

スリット幅 50μm 分級後≒70

2.224230

1.91

表－2 改質フライアッシュのフロー値比と活性度指数
モルタルフロー

圧縮強度（N/mm2）

活性度指数（％）

フロー値

フロー値比（％）

材齢 28 日材齢 91 日材齢 28 日材齢 91 日基準モルタル

213―

61.6

69.5―

―

フライアッシュ原粉

212

100

51.7

66.98496

スリット幅 75μm 分級後22110452.267.38597

スリット幅 50μm 分級後

223

105

53.4

68.28798

表－3 フライアッシュコンクリートの配合
単位量（kg）

W/C＊
（％）

s/a
（％）

C

W

S1

S2S3

G

AD1AD2FA

1-Control

55.0

46.3

298

164

290

124

413

972

2.68

0.89

0

2-内割 20%置換

55.0

46.3

238

164

288

124

405

962

2.68

2.24

60

3-内割 20％置換

55.0

46.3

238

164

288

124

405

962

2.68

4.02

60

4-内割 20％置換（原粉）

55.0

46.3

238

164

288

124

405

962

2.68

6.71

60

5-外割 12kg 置換

55.0

46.3

298

164

285

124

405

972

2.68

0.89

12

6-外割 12kg 置換55.046.32981642851244059722.68

1.5612

配合の種類*配合 2～4 では W/B
表－4 コンクリート使用材料
記号材料の詳細C

普通ポルトランドセメント，密度 3.16g/cm3，比表面積 3320cm2/g

W

上水S1細骨材（砕砂），密度 2.57g/cm3，F.M.3.05-3.35，最大寸法 5mm

S2細骨材（陸砂），密度 2.58g/cm3，F.M.1.40-1.80，最大寸法 0.6mm

S3細骨材（山砂），密度 2.55g/cm3，F.M.2.50-2.90，最大寸法 5mm

G粗骨材（安山岩），密度 2.60g/cm3，F.M.6.40-6.80，最大寸法 20mm

AD1

AE 減水剤 標準型Ⅰ種

AD2AE 剤Ⅰ種行った。併せて，50μm オーバーのフライアッシュにつ量が 50μm のスリットを通過しない。スリットを通過しいても外割り利用の可能性を確認するための試験を行い，なかった 50μm オーバーのフライアッシュのフロー値それぞれ原粉と比較することにより検討を行った。ここ比は 86％，活性度指数（材齢 28 日）は 66％と表－2 にで，50μm オーバーのフライアッシュは原粉の性状によ示す原粉の値よりも小さくなり，明らかに 50μｍアンダっても異なるが，本試験では原粉の 30％程度に相当するーとの差別化が図られることとなった。しかし，pH 値の表－5 フライアッシュコンクリートの試験結果
スランプ

空気量CT

圧縮強度

（N/mm2）圧縮強度の伸び（cm）

（％）

（℃）

σ7σ28

σ91

σ28/σ7σ91/σ28

σ91/σ7

1-Control

7.5

5.0

1622.3

31.5

37.0

1.41

1.17

1.66

2-内割 20%置換

10.0

3.1

1515.5

27.6

36.6

1.78

1.332.363-内割 20％置換

12.0

4.6

15

14.5

24.4

33.9

1.68

1.39

2.34

4-内割 20％置換（原粉）

10.0

5.4

15

12.7

22.1

29.7

1.74

1.34

2.34

5-外割 12kg 置換

6.0

3.8

16

24.3

34.2

41.6

1.41

1.22

1.71

6-外割 12kg 置換

7.5

4.5

16

23.3

33.7

40.5

1.45

1.20

1.74

材齢7日

材齢28日

材齢91日

135

配合の種類

1450

10
圧縮強度（N/mm2）

スランプ（cm）

1286
4
2

4030
20
100
12

3456配合図－2 スランプ試験結果

0246配合図－4 強度試験結果
650μm アンダーの回収率から，すべてのフライアッシュ

5
空気量（％）

を使用することを目的に決定した分量としている。配合4-1 をコントロールとし，配合-2，3 は 50μm アンダーを3セメントの 20％内割り置換とし，原粉と対比するために2配合-4 は，配合-2，3 と同様に原粉を 20％セメントの内割り置換の配合とした。配合-5，6 は 50μm オーバーの1粉体を骨材置換とした。評価項目として，フレッシュ性

0123456配合

図－3 空気量試験結果

状におけるスランプおよび空気量を測定し，強度発現については材齢 7 日，28 日，91 日の圧縮強度を測定し，初期強度発現の傾向，強度の伸びからポゾラン活性の発現傾向を確認した。なお，混練りに際してフライアッシュ調整とマグネタイトの除去は施されており，有用な混和はペースト状のフライアッシュを使用したため，あらか材となり得る可能性を有していると考える。

じめ炉乾燥機を使用してペースト中のフライアッシュ濃実験に使用したコンクリートの配合を表－3 に示す。

度を求めて配合設計に反映させることとした。

また，使用したコンクリート材料を表－4 に示す。配合

表－5 に試験の結果の一覧を示し，空気量，スランプ，はコントロール，改質フライアッシュ，原粉の内割り

圧縮強度，圧縮強度の伸びを図－2，3，4 に示している。

20％，外割り 12kg，の 4 種類とし，減水剤については一

まず，内割り配合については，AE 剤の調整によりコ定とし，所定の空気量を得るよう AE 剤のコントロールントロールに比較し大きくフレッシュ性状が改善されるを基本に調整した配合とした。したがって，改質フライことが明らかとなった。配合-2 の供試体では AE 剤も少アッシュの内割りと外割り 12kg については AE 剤の量をなく空気量が少ないにもかかわらず，コントロールに比それぞれ 2 水準とし，合計 6 水準の配合について実施し較し大きくスランプが改善している。配合-5 の供試体でた。なお，ここでの外割り 12kg については，分級後のは AE 剤の添加量を増し目標空気量に合わせると，スランプはコントロールに比較し 4.5 ㎝も向上していることと考えられる。

がわかる。配合-2，3 ともに空気量の許容値を満足しており，大きく流動性が増すことが明らかである。このこ

4. おわりにとから，改質フライアッシュは単位水量の減少に大きく試験評価の結果より，動圧ろ過装置によるフライアッ寄与することが明らかであり，フレッシュ性状におけるシュの改質手法の有効性と妥当性を確認することができ優位性を意味するものと考えられる。強度についてみる

た。と，AE 剤の少ない配合-2 の供試体では，コントロールフライアッシュの物性値から明らかなように，原粉とに比較して初期では劣るものの 91 日強度においては同比較して粉末度の向上と強熱減量の減少が明らかとなり，程度の強度を示しており明らかに高いポゾラン活性が認フライアッシュの性状が大きく改善されることが明らかめられた。配合-3 の供試体についてはいずれの材齢におとなった。モルタル試験の結果より，スクリーンメッシ

いてもコントロールと比較して幾分劣るものの，コントュを小さくするほど原粉と比較しフロー値比，活性度指ロールに比較して配合-2 の供試体と同様に高い強度の伸数ともに改善するが回収率との妥当性を検討する必要がびを示しており，高いポゾラン活性を示している。

あると考えられる。コンクリート試験の結果より，フレ次に，配合-4 の原紛との対比を行うと，原粉は AE 剤

ッシュ性状においては原粉と比較して明らかな改善効果の使用量を多くすることにより，改質フライアッシュとを見ることができた。また，強度発現についても原粉に同程度のフレッシュ性状は確保できるものの，強度発現比較して改善の効果が明らかとなった。さらに，50μmにおいては配合-2，3 に劣ることが明らかとなった。空オーバーの粉体についても，流動性は劣るものの強度発気量が幾分多いことを割り引いても強度値，強度の伸び現においてはコントロール以上の強度増加が期待でき，が改質フライアッシュに比較して劣っており，このこと有効に活用できることが明らかとなった。

から改質フライアッシュの分級効果が明らかであり，微今後，各種の原粉の分級試験を行うことにより，結果粒分を分級することによる活性度の高さを裏付けるものの再現性，安定性を確認することにより本改質方法の妥と考えられる。以上の評価結果より，動圧ろ過装置を用当性を検証していくとともに，フライアッシュコンクリ

いたフライアッシュの湿式分級による効果が明らかであートの配合検討を行うこととする。

り，改質フライアッシュの有効性が明らかとなった。
次に，外割り置換についてみると，コントロールに比較してスランプ，空気量はやや減少するが AE 剤のわず

参考文献
1)

伊藤七恵，佐藤嘉昭，上田賢司，大谷俊浩：高品質

かな調整で所定のフレッシュ性状を得ることができるこ

フライアッシュを用いたコンクリートの調合設計とが明らかとなった。これは，粉体の割合が多くなり水に関する研究，コンクリート工学年次論文集 Vol.33，

粉体比が下がることによりペーストの粘性が増し空気連

No.1，pp.167-172，2011

行が難しくなったことによると考えられる。しかしなが2)

橋本徹，参納千夏男，江田明孝，鳥居和之：北陸産ら，コントロールと同量の AE 剤でスランプ空気量とも分級フライアッシュを用いたコンクリートの配合に許容値内に収まることも明らかになった。強度についと強度，コンクリート工学年次論文集，Vol.35，No.1，てはいずれの材齢においてもコントロールを上回っておpp.133-138，2013

り，ポゾラン活性，微粉末効果が認められる。特に，材3)松藤泰典，磯部敏幸，小山智幸，重富光人：石炭灰

齢を追うごとに強度の増進が明確に表れており，微粉末をコンクリートに大量使用するための安定化処理効果に併せてポゾラン活性が顕著に表れている。これにに関する研究，コンクリート工学年次論文集，Vol.22，

より，50μm オーバーの粉体についても有効に活用でき

No.2，pp.115-120，2000

ることが明らかとなり，分級とは言えすべてのフライア

4)

ッシュを活用することの可能性が明らかとなった。

高巣幸二，陶山裕樹，小山田英弘：浮遊選鉱法によるフライアッシュ中の未燃炭素除去およびそのフ重要な視点として，改質効果の有効性は改質フライア

ライアッシュスラリーを使用したコンクリートのッシュがどのような原粉に対しても安定したフレッシュ

特性に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文

性状と強度発現に対して安定した効果を示すことであり，集，Vol.79，No.697，pp.331-340，2014

異なるロットの原紛の下での再現性が求められるところ

5)

特開平 08-337449 号である。今後，試験の継続と評価確認することにより，

6)

田野崎隆雄，野崎賢二，白坂優，曽根徳明：コンク

動圧ろ過装置を用いた改質によるフライアッシュのコン

リート混和用石炭灰の品質について，コンクリートクリートに及ぼすばらつきを解消することができるもの

工学年次論文集，Vol.18，No.1，pp.333-338，1996

7)

江藤弘之，赤塚剛，山本晃：フライアッシュの品質変動がコンクリートに及ぼす影響について，コンク
リート工学年次論文集，Vol.24，No.1，pp.111-116，
2002

2002