JPH0977543A - 人工軽量骨材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製鉄所から排出される高炉スラグと火力発電
所から排出されるフライアッシュとを主要原料とし、高
強度、低吸水率で、品質の安定した人工軽量骨材及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 高炉スラグ及びフライアッシュを主原料
とし、これにベントナイト等の粘土類及び所望により炭
化珪素を添加した混合原料を造粒・成形し、焼成してな
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工軽量骨材及
びその製造方法、特に、産業廃棄物である高炉スラグと
フライアッシュを有効利用して成るコンクリート用の軽
量骨材及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所のボイラー等で燃料として石
炭を用いると、いわゆる産業廃棄物として多量のフライ
アッシュが発生する。一年間に発生するフライアッシュ
はおよそ４００万トンであり、そのうちの約半分がセメ
ントコンクリート等の建設、土木分野、窯業分野で有効
利用されている。しかしながら、近年の動向をみると、
フライアッシュの発生量は確実に増加しつつあるにも関
わらず、有効利用率は５０％以下で推移しており、環境
保全の立場からも、フライアッシュの有効利用が更に促
進されることが望まる。

【０００３】このようなフライアッシュの有効利用の一
つとして、フライアッシュを主原料とし、これを造粒、
発泡焼成して得られる人工軽量骨材がある。しかしなが
ら、フライアッシュは、化学的・物理的性状のバラツキ
が大きいため、一定の製造条件で品質の安定した骨材を
大量に製造することが難しく、得られる骨材は、高吸水
率で強度も低いという問題点があった。

【０００４】一方、高炉スラグは、溶鉱炉で銑鉄を製造
する際に、１４５０℃前後で溶融状態で排出されるもの
であり、その量は銑鉄生産量の約４割といわれている。
その発生量の大半は、路盤材、セメント原料、ロックウ
ール原料等として再利用が図られている。また、セラミ
ックスタイル、煉瓦、人工骨材として再利用しようとす
る研究もなされており、フライアッシュの場合より、そ
の有効利用率はかなり高いもののさらなる活用が期待さ
れる。

【０００５】さらに、高炉スラグの使用方法の一つとし
て、コンクリート粗骨材として使用することが知られて
いる。しかし、高炉スラグは表面に凹凸が多く吸水率が
高いので、コンクリート練り混ぜ時に、砕石を使用した
時に比べて添加水量が多量に必要なことから、作業条件
が不安定になる。かかる問題を回避する手段として、高
炉スラグを粉砕し、造粒・焼成する方法も考えられる
が、高炉スラグのみを十分に緻密化するためには１３０
０℃以上の高温が必要となるし、焼結してから軟化する
までの温度幅が狭く、製造上の工程管理が難しいという
問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明は、
製鉄所から排出される高炉スラグと火力発電所から排出
されるフライアッシュとを主要原料とし、高強度、低吸
水率で、品質の安定した人工軽量骨材及びその製造方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明の人工骨材によれば、高炉スラグ及びフラ
イアッシュを主原料とし、これにベントナイト等の粘土
類及び所望により炭化珪素を添加した混合原料を造粒・
成形し、焼成してなること（請求項１）、高炉スラグ４
０〜６０重量部及びフライアッシュ６０〜４０重量部を
主原料とすること（請求項２）、廃ガラスをフライアッ
シュの一部に置換して用いること（請求項３）、フライ
アッシュ６０〜４０重量部のうち、５〜２５重量部を廃
ガラスで置き換えてなること（請求項４）、を特徴とす
る。

【０００８】また、この発明の人工骨材の製造方法によ
れば、高炉スラグ４０〜６０重量部、フライアッシュ６
０〜４０重量部から成る主原料に、粘結材としてベント
ナイト等の粘土類及び所望により発泡補助材として炭化
珪素を添加、混合して成形し、１１００℃以上の温度で
焼成すること（請求項５）、フライアッシュ６０〜４０
重量部のうち、５〜２５重量部を廃ガラスで置き換えて
なること（請求項６）、を特徴とする。以下、この発明
を詳細に説明する。

【０００９】

【発明の実施の形態】高炉スラグは製鉄工業の溶鉱炉で
副生する水滓スラグ、あるいは徐冷滓スラグの粉砕品、
好ましくは、平均粒径２５μｍ以下のものを使用する。
高炉スラグ単味で造粒・焼成しても、それ自身発泡成分
を含んでいないので加熱に伴って発泡が起こり難く軽量
骨材とは成らない。また加熱温度のわずかな上昇に伴っ
て急激な粘性の低下を起こし、骨材同士の融着や、形状
を維持出来ない等の問題がある。この発明では後述する
フライアッシュあるいはフライアッシュと廃ガラス粉末
の混合物をシリカ源として高炉スラグに混合することに
よって、比較的低温での液相形成を可能にし、軽量骨材
化を達成する。

【００１０】フライアッシュは、ＪＩＳで規定されるフ
ライアッシュは無論、通常原粉と称されるフライアッシ
ュ、及びシンダーアッシュ、あるいは流動床飛灰をも含
めた、石炭の燃焼方式如何に拘らず得られる広い意味で
の石炭灰全般を使用することができ、これらフライアッ
シュを造粒物の強度を確保するために必要に応じて粉砕
し、平均粒径約２５μｍ以下として使用することが望ま
しい。

【００１１】高炉スラグとフライアッシュの混合割合
は、高炉スラグ４０〜６０重量部、フライアッシュ４０
〜６０重量部とする。フライアッシュの含有量が４０重
量部未満であると、高炉スラグに対するシリカ源添加量
が不足し、低温での液相量が減少するので、良好な軽量
骨材を得難く成る。また、フライアッシュの含有量が６
０重量部を越えると、発泡が顕著と成りすぎて骨材表面
に開気孔を形成し、吸水率が大きく骨材強度も小さい骨
材しか得られない。

【００１２】また、高炉スラグとフライアッシュの混合
に当たって、やはり廃棄物である廃ガラスをフライアッ
シュの一部に置換して用いることができる。すなわち、
廃ガラスは低温での液相形成に寄与し、フライアッシュ
４０〜６０重量部のうち、５〜２５重量部を廃ガラスで
置き換えて使用することができる。廃ガラスとしては、
飲料水の廃ビンガラス、食器用のガラス製品、通常の窓
ガラス等各種の廃ガラスを２０μｍ程度以下に粉砕して
用いることができる。

【００１３】次ぎに、前記高炉スラグとフライアッシ
ュ、あるいはフライアッシュと廃ガラスを加えた主原料
に、ベントナイト等の粘土類および炭化珪素を添加混合
後、水を加えて成形、造粒する。粘土類は、造粒物の強
度を確保するための粘結材として３〜７重量％添加する
もので、ベントナイトの他、モンモリナイトやカオリン
等を使用することもできる。炭化珪素は、所望により発
泡補助材として０．０５〜０．３０重量％添加するもの
で、特に発泡源となる炭質物の含有量が小さいフライア
ッシュを用いる場合において、効果的に発泡の不足を補
い、品質の安定した軽量化を達成することができる。

【００１４】成形、造粒方法に特に制約はないが、パン
ペレタイザーや押し出し成形機等による造粒が、成形の
容易性、工業的量産性の面から好ましい。次いで造粒物
を、ロータリキルン等の焼成炉により１１００℃以上、
好ましくは１１５０〜１３００℃の比較的低い温度で焼
成、冷却することで、この発明の良質な人工軽量骨材を
得ることが出来る。

【００１５】

【実施例】

（実施例１〜５）高炉水滓スラグ（平均粒径約１２μ
ｍ）５０重量部、フライアッシュ（平均粒径約２０μ
ｍ）５０重量部、及び粘結材としてベントナイト３重量
部を混合した。この混合粉末に水１２重量部を添加し、
約４ｇを天秤で計り取り球状に造粒し、乾燥させたもの
を焼成用ペレットとした。ペレットを電気炉中、１２１
０〜１３００℃の温度内の所定の温度で５分保持するこ
とにより骨材とした。得られた骨材は、吸水率が１．２
％以下、絶乾比重が２未満、引っ張り強度が１５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 以上の良好なものであった。結果を表１に示
す。この骨材は、吸水率が小さいため、構造用コンクリ
ートの軽量骨材として利用することが出来る。また一定
品質の骨材を焼成するための焼成温度領域も広いので、
製造上工程の管理が容易なものであった。

【００１６】

【表１】

【００１７】（実施例６〜９）発泡補助材として炭化珪
素０．１５重量部をさらに混合した以外は、先の実施例
と同様に、ペレットを作成し、１２３０〜１３００℃の
温度内の所定の温度で５分保持することにより骨材とし
た。結果を表２に示す。得られた骨材は、吸水率が０．
４％以下、絶乾比重が２未満、引っ張り強度が１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上の良好なものであった。

【００１８】

【表２】

【００１９】（実施例１０〜１２）高炉水滓スラグ５０
重量部、フライアッシュ４５重量部、廃ガラス粉末（飲
料水の廃ビンガラスをボールミルで約５μｍに粉砕）５
重量部、粘結材としてベントナイト３重量部、及び発泡
補助材として炭化珪素０．１５重量部を混合した以外
は、先の実施例と同様に、ペレットを作成し、１２５０
〜１３００℃の温度内の所定の温度で５分保持すること
により骨材とした。結果を表３に示す。得られた骨材
は、吸水率が０．１％以下、絶乾比重が２未満、引っ張
り強度が１４５ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の良好なものであっ
た。

【００２０】

【表３】

【００２１】（実施例１３〜１５）高炉水滓スラグ６０
重量部、フライアッシュ３５重量部、廃ガラス粉末５重
量部、粘結材としてベントナイト３重量部、及び発泡補
助材として炭化珪素０．１５重量部を混合した以外は、
先の実施例と同様に、ペレットを作成し、１１４０〜１
１８０℃の温度内の所定の温度で５分保持することによ
り骨材とした。結果を表４に示す。いずれも良好な骨材
であった。

【００２２】

【表４】

【００２３】（実施例１６）高炉水滓スラグ４０重量
部、フライアッシュ５５重量部、廃ガラス粉末５重量
部、粘結材としてベントナイト３重量部、及びび発泡補
助材として炭化珪素０．１５重量部を混合した以外は、
先の実施例と同様に、ペレットを作成し、１３００℃の
温度で５分保持することにより骨材とした。結果を表５
に示す。

【００２４】

【表５】

【００２５】（比較例１〜４）高炉水滓スラグ１００重
量部、粘結材としてベントナイト３重量部および発泡補
助材として炭化珪素０．１５重量部を混合した以外は、
先の実施例と同様に、ペレットを作成し、１２００〜１
２７０℃の温度内の所定の温度で５分保持することによ
り骨材とした。結果を表６に示す。得られた骨材は、吸
水率が６％以上もあり、コンクリート用骨材としては不
適当なものであった。

【００２６】

【表６】

【００２７】（比較例５、６）高炉水滓スラグ７０重量
部、フライアッシュ２５重量部、廃ガラス粉末５重量
部、粘結材としてベントナイト３重量部および発泡材と
して炭化珪素０．１５重量部を混合した以外は、先の実
施例と同様に、ペレットを作成し、１１４０℃、１１６
０℃の温度で５分保持することにより骨材とした。結果
を表７に示す。得られた骨材は、発泡が顕著と成りすぎ
たために、吸水率が高く、一般軽量骨材としては使用可
能な領域であるが、構造用コンクリート骨材として使用
する場合には限界のあるものであった。

【００２８】

【表７】

【００２９】（比較例７、８）高炉水滓スラグ３０重量
部、フライアッシュ６５重量部、廃ガラス粉末５重量
部、粘結材としてベントナイト３重量部および発泡材と
して炭化珪素０．１５重量部を混合した以外は、先の実
施例と同様に、ペレットを作成し、１２００℃、１２５
０℃の温度で５分保持することにより骨材とした。結果
を表８に示す。得られた骨材は、吸水率が１４％以上と
高く、コンクリート用骨材としては耐久性の面で限界が
あるものであった。

【００３０】

【表８】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、廃棄物
である高炉スラグおよびフライアッシュを有効に再利用
でき、環境保全上大いに貢献するもので、しかも、得ら
れる人工軽量骨材は、低比重、低吸水率及び高強度を有
しており、コンクリート用骨材として用いた場合、高強
度軽量コンクリートとして、土木、建築等の分野におい
て極めて有益に利用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久坂 浩司 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 秩父小 野田株式会社中央研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉スラグ及びフライアッシュを主原料
   とし、これにベントナイト等の粘土類及び所望により炭
   化珪素を添加した混合原料を造粒・成形し、焼成してな
   ることを特徴とする人工軽量骨材。
2. 【請求項２】 高炉スラグ４０〜６０重量部及びフライ
   アッシュ６０〜４０重量部を主原料とすることを特徴と
   する請求項１記載の人工軽量骨材。
3. 【請求項３】 廃ガラスをフライアッシュの一部に置換
   して用いることを特徴とする請求項１若しくは２記載の
   人工軽量骨材。
4. 【請求項４】 フライアッシュ６０〜４０重量部のう
   ち、５〜２５重量部を廃ガラスで置き換えてなることを
   特徴とする請求項２記載の人工軽量骨材。
5. 【請求項５】 高炉スラグ４０〜６０重量部、フライア
   ッシュ６０〜４０重量部から成る主原料に、粘結材とし
   てベントナイト等の粘土類及び所望により発泡補助材と
   して炭化珪素を添加、混合して成形し、１１００℃以上
   の温度で焼成することを特徴とする人工軽量骨材の製造
   方法。
6. 【請求項６】 フライアッシュ６０〜４０重量部のう
   ち、５〜２５重量部を廃ガラスで置き換えてなることを
   特徴とする請求項５記載の人工軽量骨材の製造方法。