JPH0632676A - 多孔性軽量骨材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境汚染をすることがなく、強度、透水性及
び保水性等に優れ、且つ資源の有効利用を図ることがで
きる多孔性軽量骨材、及びその製造方法を提供する。 【構成】 本製造方法は、石灰石を採掘する際に生じる
汚泥を凝集沈殿させ、その後、脱水して得られる石灰石
含有脱水汚泥（含水率３０％）とベントナイト脱水汚泥
（含水率８５％）の等量（重量比）１００部に、起泡剤
（炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム、アジド化合
物又は界面活性剤等）０．０３部を添加し混練し、次い
で、１１００℃にて焼成して炭酸ガスを発生させること
により透水性構造を有する多孔性軽量骨材を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石灰石の採掘及び工業
過程で発生する汚泥及びベントナイト工法等により建設
現場から発生する汚泥等を原料とする軽量骨材及びその
製造方法に関し、更に詳しくは、均一な気孔を保持し、
強度、透水性及び保水性に優れ、且つ資源の有効利用を
図ることができる多孔性軽量骨材及びその製造方法に関
する。本発明は建築材料、農業、ゴルフ場、ハウス栽
培、造園等の土質改良材及び水浄化剤等に広く利用され
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、石灰工業では、採掘された石灰
石（ＣａＣＯ₃ ）、ドロマイト岩（ＭｇＣＯ₃ ）から水
洗、破砕、分級、仮焼等の工程を経て、炭酸カルシウ
ム、消石灰又は生石灰を製造する。このような石灰工業
において発生する汚泥は、石灰石の水洗工程で発生する
含水率の高いものであり、その一般的処理方法として
は、シックナーにより凝集沈殿した汚泥を、フィルター
プレス等で脱水して脱水ケーキとして埋立て処分をして
いる。また、ベントナイト汚泥は、主にベントナイトの
膨潤性が高い特性を利用し、基礎杭工の側壁を保護する
ことから使用等された余剰汚泥で、泥土が混じった汚泥
をいい、含水率の高いものである。この汚泥の処理方法
としては、生石灰やセメントよる乾燥で、乾燥後埋立て
処分がなされている。一方、多孔性軽量骨材を製造する
方法としては、焼成する際に炭素成分を混入させ炭素成
分を燃焼させる方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記脱水汚泥
は、自硬性が有り乾燥すると固形化されているかのよう
に見えるが、一旦水に接触すると水により分解されて赤
泥を呈し、埋立て周辺を汚染する等の環境を損なう。ま
た、乾燥して固形状となったベントナイト汚泥について
も、水分に接すると同様に分解して汚泥状となり、同様
の環境汚染の問題がある。従って、この汚泥の有効な処
理方法が要望されていた。更に、上記埋立て処分する場
合は、有用な資源を廃棄することとなるので、資源の有
効利用を図れないとともに、その処分する手間及びコス
トは大変なものであった。更に、上記従来の軽量骨材を
製造する方法においては、焼成が不十分な場合には多孔
質化が不十分になり、安定して均質をものを作ることが
困難であり、また骨材そのものの強度にも影響する。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、環境汚染をすることがなく、強度、透水性及び保水
性等に優れ、且つ資源の有効利用を図ることができる多
孔性軽量骨材、及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、石灰石の
採掘汚泥を原料とする軽量骨材の製造方法について、鋭
意研究した結果、ベントナイト又は更に起泡剤を混入混
練した汚泥を焼成したところ、強度に優れるとともに強
度変化が少ない多孔質性軽量骨材が製造できるとの知見
を得て本発明を完成するに至ったのである。即ち、本発
明の多孔性軽量骨材の製造方法は、石灰石を採掘する際
に生じる汚泥を凝集沈殿させ、その後脱水して得られる
石灰石含有脱水汚泥とベントナイト汚泥を混合し、混練
し、次いで、焼成して炭酸ガスを発生させることを特徴
とする。

【０００６】通常、この「石灰石含有脱水汚泥」は、通
常、含水率が２０〜４０（特に３０）重量％であり、こ
の中には、石灰石以外の他成分としてＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＦｅＯ、ＭｇＯ、Ｎａ₂ Ｏ等の成分が単独若しく
は結合した形で含まれており、これらの他成分量は、こ
の汚泥の種類等により変動がある。また、上記「ベント
ナイト汚泥」としては、モンモリナイトを主成分とした
汚泥であればよく、土木工業的に発生するものだけに限
らず、顔料製造過程等において発生するものでもよく、
また生成されたベントナイトを水に分散させたもの等で
もよく、広く採用できる。更に、この汚泥は、通常、沈
降させて濃縮したもの、又は乾燥若しくは脱水させた脱
水汚泥（若しくは濃縮汚泥）を用いる。通常、この汚泥
の含水率は７０〜９０（特に８５）重量％である。上記
石灰石含有脱水汚泥とベントナイト汚泥の混合割合は、
通常、固形分換算にて、１：〔０．２以下（特に０．１
〜０．２）〕である。ベントナイト汚泥が、この０．２
を越えると、機械的強度が低下しもろくなり、これが少
ないと機械的強度は向上するものの、処理が困難なベン
トナイト汚泥の有効利用が図れないので、好ましくな
い。

【０００７】第２発明に示すように、上記第１発明の原
料に、更に、起泡剤を添加することもできる。この「起
泡剤」としては、加熱により所定のガスを発生させるも
の又は界面活性剤を用いることができる。前者として
は、発生ガスの種類、発泡温度等を特に限定することな
く、例えば、加熱された時に炭酸ガス、窒素、アンモニ
アガス、水蒸気等のガスを発生させるようなもの、具体
的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム、アジ
ド化合物等が挙げられる。後者の界面活性剤も、機械的
撹拌により混合物全体を発泡させる作用があり、十分に
起泡剤として活用できる。この起泡剤は、上記脱水汚泥
の固形分１００重量部に対して、０．０３〜０．７重量
部（以下、単に「部」という。より好ましくは０．０５
〜１．０部）添加されるのが好ましい。これが、０．０
３部未満では十分な発泡効果が得られにくいし、一方、
０．７部を越えると強度が低下してくるので、好ましく
ない。また、第３発明のように、第２発明においてベン
トナイト汚泥を使用せずに、同様にして製造したものと
することもできる。

【０００８】本第４発明に係わる多孔性軽量骨材は、カ
ルシウム、硅素、アルミニウム、鉄、マグネシウム及び
ナトリウムを少なくとも含むそれらの酸化物であって、
石灰石含有汚泥及びベントナイト汚泥を焼成することか
ら製造され、透水性構造を有することを特徴とし、上記
第１及び第２発明により製造できる。上記「焼成」に際
して、通常、所定形状に造粒若しくは成形し、その後、
乾燥（自然乾燥又は予備乾燥等）する。また、その焼成
温度は、通常、９００〜１２００℃であり、実用的には
１１００℃程度で十分である。

【０００９】

【作用】本製造方法において、石灰石含有脱水汚泥中に
炭酸カルシウムが含有されるので、焼成時に炭酸ガスが
発生し、そのため焼成物が多孔質化するとともに透水性
構造（連続気泡構造）となる。また、この汚泥中には、
他成分としてＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＦｅＯ、ＭｇＯ、
ＣａＯ、Ｎａ₂ Ｏ等が単独若しくは結合した形で含まれ
ている。更に、混合されるベントナイト汚泥はシリカア
ルミナを主成分としたモンモリナイトを多く含む。従っ
て、これらのシリカ、アルミナ成分等が焼成により溶融
して、団結し焼結して行き、強固な結合を形成して行
く。従って、石灰石のみ（若しくは実質上石灰石）を加
熱焼成した場合と異なって、水に接触しても溶解するこ
ともなく固形強度を維持することができる。

【００１０】また、上記第１発明の原料に、更に起泡剤
を添加する場合（特に水溶性無機物質の場合）は、これ
が容易に汚泥（水）中に溶解し若しくは分散される。従
って、この起泡剤が加熱により所定のガスを発生し、こ
のガスが炭酸カルシウムの分解により生じる炭酸ガスに
付加されるので、より均一な発泡多孔質体を製造でき
る。更に、界面活性剤を用いる場合は、混合物を機械撹
拌することにより生じる泡を安定化させるし、且つ各原
料成分をより均一に分散させるので、この場合もより均
一な発泡多孔質体を製造できる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （１）試験片の作製 実施例１ 石灰汚泥の脱水ケーキとベントナイト汚泥を重量比にて
等分に混合し、混練した混練物１０ｋｇに、アルキルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウムを３ｇ添加し、強制２軸ミ
キサー（商品名；「スラッジミキサー」、日本エバトラ
イ（株）製）を用いて更に混練した。この石灰汚泥の脱
水ケーキは、含水率が３０％（脱水ケーキ中の固形分；
３．５ｋｇ）である。この固形分には、酸化物組成でい
えば、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、酸化鉄
等が含まれている。ベントナイト汚泥は、含水率が８５
％（この汚泥中の固形分；７５０ｇ）であり、この固形
分は、シリカアルミナを主成分としており、各組成成分
の含有割合は、ＳｉＯ₂ ；約７０〜７１％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ ；約１７％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ；約３〜４％、Ｎａ
₂ Ｏ；約４％、他にＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｋ₂ Ｏ；約３％で
ある。

【００１２】上記混練物を方形状型枠（４×４×１６ｍ
ｍ）に突き固め、そのまま２４時間自然乾燥させた。そ
の後、これを焼成炉に収容し、１１００℃で１０分間焼
成して、角柱状の多孔質試験片を得た。この切断面を虫
メガネ（約５倍）で観察した所、約０．４〜０．６ｍｍ
の気泡が略全体に均一に分布していた。

【００１３】実施例２ 上記実施例１において使用したアルキルベンゼンスルホ
ン酸ナトリウムを用いないこと以外は、実施例１と同様
にして試験片を作製した。この試験片は、同様に虫メガ
ネで観察した所、細かい孔（点に見えるもの）が無数に
びっしりとあるのが確認された。 実施例３ 上記実施例１において使用した脱水ケーキ及び界面活性
剤のみを用い、ベントナイト汚泥を用いないこと以外
は、実施例と同様にして、試験片を作製した。このこの
試験片は、同様に観察した所、実施例１と同様に、約
０．４〜０．６ｍｍの気泡が略全体に均一に分布してい
た。

【００１４】比較例 実施例１で用いた石灰席含有脱水汚泥及び同ベントナイ
ト汚泥の同混合物を、実施例と同形状に成形し、１００
℃で乾燥して同形状の試験片を得た。この試験片を同様
に観察した所、細かい孔（点）も観察されず、水に触れ
ると表面が粘度状になってしまった。

【００１５】（２）性能試験及びその評価 上記各試験片の多孔質軽量骨材としての実用性を確認す
るため、以下の強度試験、保水試験及び透水試験を行っ
た。 強度試験 上記実施例１の試験片３本について、モルタルの強度試
験方法（ＪＩＳＫ１０２）により、一軸圧壊試験を行
い、破壊される時の圧力を求めた。その圧力強度は、
７５．０ｋｇ／ｃｍ² 、７４．５ｋｇ／ｃｍ² 、７
５．０ｋｇ／ｃｍ² であり、軽量骨材として好ましい強
度であることが判明した。また、上記実施例２の試験片
についても、同様に試験した所、その圧力強度は、上記
とほとんど同じの７５．２ｋｇ／ｃｍ² 、７４．９
ｋｇ／ｃｍ² 、７５．１ｋｇ／ｃｍ² であった。尚、
上記比較例の試験片においては、乾燥後放置すると乾燥
するに伴って、ひび割れが生じてきた。更に、上記実施
例３の試験片についても、同様に試験した所、その圧力
強度は、実施例１の場合よりも大きな値（即ち、１０
５．０ｋｇ／ｃｍ² 、１０５．５ｋｇ／ｃｍ² 、１
０４．０ｋｇ／ｃｍ² ）であった。

【００１６】保水試験 上記実施例１の試験片を約５ｍｍの粒状に揃え、その５
０ｇを２００ｍｌのメスシリンダーに入れ１５０ｍｌの
水を注入して、１０分間浸した後取り出した。そして、
取出し直後及び室温２０℃で４８時間自然乾燥後の試験
片の重さの変化を調べた。この結果、水に浸して取り出
した直後の試験片は、６３．０ｇ（保水量１３．０
ｇ）、４８時間後では５８．５ｇであった。従って、こ
の経過時間内では４．５ｇと極めて少量の蒸発量（保水
量８．５ｇ）であり、十分な保水性があることが判明し
た。また、上記実施例２の試験片についても、同様に試
験した所、保水量はやや少ないものの蒸発量は少なかっ
た。即ち、取出し直後の試験片は５７．０ｇ（保水量
７．０ｇ）、４８時間後では５５．０ｇ、蒸発量は２．
０ｇ（保水量５．０ｇ）であった。これは、気泡（孔）
が小さ過ぎるためと考えられる。更に、上記実施例３の
試験片についても、同様に試験した所、実施例１と全く
同じであった。即ち、取出し直後の試験片は６３．０ｇ
（保水量１３．０ｇ）、４８時間後では５８．５ｇ、蒸
発量は４．５ｇ（保水量８．５ｇ）であった。

【００１７】透水試験 上記実施例１で得た試験片を１００メッシュ以下に粉砕
し、その１００ｇを２００ｍｌのメスシリンダーに収容
し、その上から１００ｇの水を注ぎ、メスシリンダーの
底部に到達するまでの時間を計測した。この到達時間は
約７秒であり、この試験片は透水性に優れることが判明
した。透水性を有することから、連続気泡構造をしてい
るといえる。また、上記実施例２の試験片についても、
同様に試験した所、孔が小さいにもかかわらず約７〜８
秒と略同性能を示した。更に、上記実施例３の試験片に
ついても、同様に試験した所、実施例１と同じ結果の約
７秒を示し、同様に、透水性に優れることを示した。

【００１８】一方、上記比較例で得た試験片について
も、同様に１００メッシュ以下に粉砕品を用いて試験し
た所、メスシリンダーの底部に１時間後でも水が到達せ
ず、透水性が極めて低いものと認められた。以上の結果
から、実施例１〜３の試験片は、比較例のものと比べ
て、強度的、保水性、透水性に優れた軽量骨材としての
性格を十分に充たす結果を得た。特に、実施例１及び３
は保水性、透水性に優れ、実施例２は機械的強度に優れ
た結果を示した。尚、本発明においては、前記具体的実
施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明
の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明の方法により製造
される軽量骨材は、機械的強度、透水性、保水性に優れ
るので、軽量の汎用資材として活用でき、例えば、建築
材料、土質改良剤等に広く利用できる。また、汚泥の処
分地の確保、水処理の問題が同時に解決され、しかも資
源の有効利用ができ、新たな生産事業として石灰工業界
に貢献できるものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石灰石を採掘する際に生じる汚泥を凝集
   沈殿させ、その後、脱水して得られる石灰石含有脱水汚
   泥とベントナイト汚泥を混合し、混練し、次いで、焼成
   して炭酸ガスを発生させることを特徴とする多孔性軽量
   骨材の製造方法。
2. 【請求項２】 石灰石を採掘する際に生じる汚泥を凝集
   沈殿させ、その後、脱水して得られる石灰石含有脱水汚
   泥及びベントナイト汚泥に、起泡剤を添加し混練し、次
   いで、焼成して炭酸ガスを発生させることを特徴とする
   多孔性軽量骨材の製造方法。
3. 【請求項３】 石灰石を採掘する際に生じる汚泥を凝集
   沈殿させ、その後、脱水して得られる石灰石含有脱水汚
   泥に、起泡剤を添加し混練し、次いで、焼成して炭酸ガ
   スを発生させることを特徴とする多孔性軽量骨材の製造
   方法。
4. 【請求項４】 カルシウム、硅素、アルミニウム、鉄、
   マグネシウム及びナトリウムを少なくとも含むそれらの
   酸化物であって、石灰石含有汚泥及びベントナイト汚泥
   を焼成することから製造され、透水性構造を有すること
   を特徴とする多孔性軽量骨材。