JP4441715B2

JP4441715B2 - 地盤材料用石炭灰スラリー材の製造方法

Info

Publication number: JP4441715B2
Application number: JP21500799A
Authority: JP
Inventors: 正人川口; 澄夫堀内
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2001048604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利用率の低い廃棄物である石炭灰と電炉還元スラグとを組み合わせ、建設資材として有効活用を図る石炭灰スラリー材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処分が社会問題化している現状から、産業廃棄物の有効利用が求められているが、現状の競合品に比較して高価格のものでは市場性が無く、利用されにくくなっている。
産業廃棄物を大量に使用する用途としては、地盤材料が考慮されるが、地盤材料の従来品は価格の安い砂や砂利になるために、これに価格的に対抗できる新規の製品を造ることは困難であった。
【０００３】
産業廃棄物の中でも、石炭灰は比較的安全な廃棄物であり、日本全国では年間１０００万トン近くの量を排出しているところから、大量の廃棄物と位置付けられるが、その利用率は５０％程度に留まっており、高炉スラグ等に比較して低率である。
そこで、石炭灰に９〜２５％程度のセメントを添加してスラリー化し、地盤材料として利用率の増加を図ってきたが、製造されたスラリー材は有用物であるセメントを使用することやセメントのコストが高いために高額になってしまい、砂や砂利と比較して価格的に競合できる状況に至っていなかった。そして、石炭灰の種類によっては、微量のセメント添加で数ＭＰａの圧縮強度が発現するために地盤材料としては活用しずらい場合もあった。
又、鉄鋼スラグの中で電炉還元スラグは、年間６０万トン以上発生しており、その量は増加傾向にあるが、セメントのように自硬性がないために膨張破壊が起こり易く、ほとんど利用されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の状況に鑑みてその解決を図っているものであり、共に利用率の低い産業廃棄物同士を組み合わせて、地盤材料に適した品質が高く、かつ廉価な石炭灰スラリー材を供給できる石炭灰スラリー材の製造方法を課題にしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による石炭灰スラリー材の製造方法は、石炭灰に、石炭灰質量の１〜１００％に相当する電炉還元スラグを添加して混合体を調整し、これに水分を加えて混合してスラリー化することを基本にしており、水を２段階に分けて加えたり、電炉還元スラグを石炭灰と同程度の粒径に粉砕してから添加して、強度の発現を図り、混合体に石炭灰の１〜５％に相当するベントナイトやカルボキシメチルセルロースを添加することで、石炭灰スラリー材を製造し易くしている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明による石炭灰スラリー材の製造方法は、石炭灰に、石炭灰質量の１〜１００％に相当する電炉還元スラグを添加して混合体を調整し、これに水分を加えて混合してスラリー化するものであり、以下に、実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００７】
図１は、本発明による石炭灰スラリー材の製造工程を示している。
図において１は、ナウターミキサー等の混合機であり、所定量の石炭灰と後述する方法で石炭灰と同程度の粒径に粉砕した電炉還元スラグを投入して成分調整と混合を行っている。なお、スラリー化用ミキサーの種類によっては、ナウターミキサー等の混合機１を省略することもできる。
電炉還元スラグの添加率は、１％未満では石炭灰スラリー材としての強度が低くなってしまうことと、１００％を越えるとスラリー化が困難になってしまうことから、電炉還元スラグの投入量は、石炭灰１００質量に対して１〜１００質量であり、好ましくは２〜５０質量である。
即ち、２％未満にすると、均質スラリーを得るために特殊な混合装置が必要になる。又、５０％を越えるとスラリーのポンプ圧送性を保つために多量の分離防止剤が必要になる。
【０００８】
成分調整・混合された石炭灰は、コンテナに搭載されて搬送され、原料ホッパー２に移される。
原料ホッパーでは、定量ベルトフィーダを稼働させて所定量の石炭灰混合物を、ベルトコンベアでパグミル等の混合・混合機３に投入しており、混合・混合機３では、混合物に水分を加えてさらに混合し、所定の流動性を持ったスラリー材５を製造している。
混合物に加える水分は、１度に全ての量を加えずに２度に分割して添加するとスラリーの密度を増加させることが可能になり、スラリーの固化強度を増加させることができる。そこで、スラリーを使用する現場の状況に合わせて適宜選択するようにして、より適切なスラリーの供給を図っている。
【０００９】
以上の工程で、一般的なスラリー材は完成するが、石炭灰や電炉還元スラグの種類によっては、保水性が低いために、そのままではスラリー化したときに材料分離を起こす支障が生じる場合もある。このような場合には、図示のようにヘンシェルミキサー等の混合機４を用いて、スラリー化を維持する粘結剤として１〜５％のベントナイトやカルボキシメチルセルロースを添加させることで、スラリーの材料分離を回避するようにしている。
【００１０】
石炭灰に添加する電炉還元スラグは、電炉操業時に発生する粉体品をそのまま利用できるが、石炭灰と混合した場合の強度発現が低いために多量に混合する必要がある。
これを改善するために、石炭灰と同程度に粒径を調整して、発現強度を高くし、スラリー化し易いように加工している。又、塊状の電炉還元スラグにあっては、そのままでは利用不可能であるから、電炉還元スラグの粉砕を行って、石炭灰と同程度に粒径を調整し、発現強度を高くして、スラリー化し易いようにしている。
【００１１】
このために、電炉還元スラグの加工は、図２に示すように行われ、石炭灰とのスラリー化処理がし易いようにしている。
即ち、塊状の電炉還元スラグは、最初にジョークラッシャー等の破砕機６に入れられて、細かく粉砕されてから選別される。粒径の大きいものは、さらにロールクラッシャー７に回されて細分化され、振動篩機８によって所定の大きさに選別されている。選別された電炉還元スラグは、さらに、ボールミル９に移されて石炭灰と同じ程度の粒径に粉砕加工される。
【００１２】
次に、製造された石炭灰スラリー材の特性について説明する。
スラリーを地盤材料として利用する場合に要求される強度は、個々のケースで若干の変化があるが、通常は、一軸圧縮強さを０．１〜１ＭＰａにすることが目標値になる。
一軸圧縮強さの値が、１ＭＰａを超過すると再掘削に困難を生じる状況になり、０．１ＭＰａ未満では地盤としての安定性に支障が生じるからである。
この他に、スランプ値をどのように選択するかもポンプ圧送の面から問題になるが、１５ｃｍスランプコーンを使用した測定において、１１ｃｍ前後であればスラリーポンプを特別に用意することなく、通常のポンプを用いることでスラリーの圧送が可能であるから、上記の値をスランプの目標値にしている。
本発明による製造方法で製造された石炭灰スラリー材は、後述する実施例が示すように、これらの目標値に該当する強度等を発現しているものであり、地盤材料として有効に活用できる状態にある。
【００１３】
図３には、本発明による製造方法で製造した石炭灰スラリー材の配合例と物性を表に纏めて表示している。
実施例（１）群の石炭灰スラリー材は、石炭灰１００％に対して、２％の紛状化した電炉還元スラグを添加し、これに３０〜４０％の水を混合して、スラリー化しており、実施例（２）群の石炭灰スラリー材は、石炭灰１００％に対して、２〜６％の紛状化した電炉還元スラグを添加し、これに４０％の水を混合して同様に製造している。
なお、これらの実施例と比較するために、石炭灰に高炉スラグセメントＢ種を異なる数量で混入させた比較例も同時に示している。
【００１４】
【実施例１】
石炭灰スラリー材（１）群の物性は、図３の表―１にＣ−１、Ｃ−４、Ｃ−７の試験結果として示している。
表―１の試験結果がが示すように、石炭灰に対する電炉還元スラグの添加量を一定にして水の混合量を変えた場合には、水の混合量に対応して材令７日の段階において、０．３〜０．５ＭＰａの一軸圧縮強さを発現しており、材令２８日では、０．６〜０．９ＭＰａの一軸圧縮強さを発現している。
又、流動性は、１５ｃｍスランプ値で６．５〜１３ｃｍの値を示しており、水を３０％にした混合の場合には目標値の１１ｃｍに到達していないが、その他の場合には目標値を超えており、上記の一軸圧縮強さの数値と合わせて判断しても、地盤材料として充分に使用可能な特性を示している。
【００１５】
【実施例２】
石炭灰スラリー材（２）群の物性は、図３の表―１にＣ−７、Ｃ−８、Ｃ−９の試験結果として示している。
表―１の試験結果が示すように、石炭灰に対する電炉還元スラグの添加量を変えて水の混合量を一定にした場合には、電炉還元スラグの混合量に対応して材令７日の段階において、０．３〜０．８ＭＰａの一軸圧縮強さを発現しており、材令２８日では、０．６〜１．４ＭＰａの一軸圧縮強さを発現している。
そして、流動性は、１５ｃｍスランプ値で、いずれも１３ｃｍ以上の値を示して目標値を超えており、上記の一軸圧縮強さの数値と合わせて判断すると、上記実施例（１）群と同様に、地盤材料として充分に使用可能な特性を示している。
【００１６】
これに対して、石炭灰に高炉スラグセメントＢ種を混合させた場合には、添加量と水の混合量とを電炉還元スラグと同様にしても、表―１のＢ−１とＣ−１及びＢ−９とＣ−９の物性値に現れているように、スランプ値においては、ほぼ同程度の値を示しているが、一軸圧縮強さはいずれの例においても１ＭＰａを超過した値を発現しており、上述したように再掘削に困難を生じることが明らかであるから、地盤材料としての使用には適さないものである。
【００１７】
以上の状況から、石炭灰に対する電炉還元スラグの添加率は、石炭灰スラリー材としての強度発現面からは１〜１００％の範囲で採用可能であるが、望ましくは添加率２〜５０％の範囲が好ましいものである。そして、５０％を超過させる場合にはベントナイトやカルボキシメチルセルロースの添加をして保水性を向上させる方策が必要であり、この場合においても、１〜５％の範囲が望ましいものである。
【００１８】
以上のように、本発明は、石炭灰に、石炭灰質量の１〜１００％に相当する電炉還元スラグを添加した混合体に水分を加えて混合してスラリー化することを基本にしており、水を２段階に分けて加えたり、電炉還元スラグを石炭灰と同程度の粒径に粉砕してから添加して、強度の発現を図り、混合体に石炭灰の１〜５％に相当するベントナイトやカルボキシメチルセルロースを添加することで、石炭灰スラリー材を製造し易くしているものであるから、石炭灰と電炉還元スラグという共に利用率の低い産業廃棄物同士を組み合わせて地盤材料等の建設資材等に適した品質が高く、かつ廉価な石炭灰スラリー材を供給できるものである。
【００１９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による石炭灰スラリー材の製造方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の上記の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明による石炭灰スラリー材の製造方法は、石炭灰に、石炭灰質量の１〜１００％に相当する電炉還元スラグを添加して混合体を調整し、これに水分を加えて混合してスラリー化することを基本にしており、石炭灰スラリー材を製造し易くしており、石炭灰と電炉還元スラグのように、利用率の低い産業廃棄物同士を効果的に組み合わせることで、地盤材料に要求される一軸圧縮強さと、所望のスランプ値を発現させているものであるから、地盤材料として有効に活用可能な状態に品質を高め、かつ廉価な石炭灰スラリー材を供給できる効果を奏している。
【００２１】
又、水を２段階に分けて加えたり、電炉還元スラグを石炭灰と同程度の粒径に粉砕してから添加することで強度の発現を図ったり、必要な場合には混合体に石炭灰の１〜５％に相当するベントナイトやカルボキシメチルセルロースを添加することで、スラリー化し易くかつ材料分離を回避してスラリー状態を維持して、石炭灰スラリー材の製造効率と特性を向上させる効果も奏している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による石炭灰スラリー材の製造工程図
【図２】電炉還元スラグの粉砕加工の工程図
【図３】本発明による石炭灰スラリー材の物性図
【符号の説明】
１混合機、２原料ホッパー、３混合・混合機、４混合機、
５石炭灰スラリー材、６ジョークラッシャー、
７ロールクラッシャー、８振動篩機、９ボールミル、

Claims

石炭灰に、石炭灰質量の１〜１００％に相当する電炉還元スラグを石炭灰と同程度の粒径に粉砕してから添加した混合体に水分を加えて混合してスラリー化することを特徴とする地盤材料用石炭灰スラリー材の製造方法。
水分を２段階に分けて加えることを特徴とする請求項１に記載の地盤材料用石炭灰スラリー材の製造方法。
混合体にベントナイトを添加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤材料用石炭灰スラリー材の製造方法。
混合体にカルボキシメチルセルロースを添加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤材料用石炭灰スラリー材の製造方法。