JPS60131877A - 気泡コンクリ−ト用発泡剤とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金属アルミニウム（以下単にアルミという
）を含む粉体混合物たとえばアルミ灰を原料とする気泡
コンクリート用発泡剤とその製造方法に関するものであ
る。

従来の気泡コ′ンクーリートは、生石灰と珪砂の混合物
を主とする混合物Ｇこ水をカロえてセメントスラリとし
、これに発泡剤としてアルミＶ）末を約０．０５％添加
し、発生する水素ガス【こ−よってかさ高しこする。こ
れをピアノ線で所要形１犬Ｇこ切断したのち、オートク
レーブに人れ、飽右１蒸（Ｃにより約２００°Ｃに加熱
して養生する。ｊＪｌｌ熱すると石灰質成分が硅酸と反
応して硬イヒする。

従来の気泡コンクリートは、以上のようＧこして製造す
るため、大規模なオートクレーブ設（ｌｉｆｔが必要と
なる。このため一定の生産Ｗ’ｓ　（Ｉｆｔｆをもたな
いと生産できず、もち論現場生産も不可１ｉシであった
０まだオートクレーブ内で養／Ｉ＝−１−乙ので、形状
に制限をうけ、大型のものも１］Ａ来４ｊし）欠７Ｗが
あった。

一方アルミ鋳造業界では、その溶解および鋳造工程で大
量のドロスが発生する力（、この卜゛ロスには多量の金
属アルシミ又Ｇまアルミ合金力く含まれている。そこで
これに化学処理を施して、その成分であるアルミを発泡
剤として気泡コンクリートを製造しつるはずである。

この発明は、上記の発想のもとに開発した気泡コンクリ
ート用発泡剤とその製造方法である。

すなわちアルミの溶解および鋳造工程では、多量のドロ
スが発生するが、このドロスには相当量の金属アルミ又
はアルミ合金が混入している。

そこで、このアルミ分を回収するための処理がされるが
、この処理工程で発生する多量の粉塵ずなわちアルミ灰
にも、なお金属アルミが混入している。そこで、このア
ルミ灰を更【こ処理することによって、これを気泡コン
クリート製造時の発泡剤として活用しようとするのであ
る。

以下に、まずその製造方法を説明する。

第一工程は、アルミ灰に含まれている窒素Ｎの含有量を
０５％以下に低下させる工程である。

このために、アルミ灰を撹４半混合容器内に入れ、これ
に水を添加しながら才覚１半混合して、アルミ灰中の窒
化アルミを水と反応させて、窒素分をアンモニヤガスに
変化して放出させる。

ＡｌＮ＋３Ｈ２０→Ａ　ｌ　（ＯＨ）３＋　Ｎ　Ｈ６訃
・・■また金属アルミの一部が酸化する。

Ａｌ＋３Ｈ２０→Ａｌ（ＯＨ）３＋３Ｈ２Ｏ・・・・豐
■工程の初期Ｇこは、特に■の反応が著しくて、酸化熱
が激しく発生し、この熱Ｇこよって■の反応が促進され
る。発生したアンモニヤＮ　Ｈ３および水素ガスＨ２は
容器外に導いて廃棄する。このよう【こして脱窒素又は
低窒素化したアルミ灰は、５是体状の粉末となる。この
工程は常湿では１８〜２（ｌｈを要するが、容器を外部
加熱して混合物を６０°Ｃ前後に保って侃伴すれば、１
２〜１５ｈで終了できる。

纂２工程は、第１工程でえられたアルミ灰混合物を加熱
乾燥させる工程である。これは、第１工程で使用した容
器の外部又は内部を、ガス火焔等Ｇこより加熱しながら
撹拌して行う。また混合物を外部加熱式の乾燥ドラム等
に移して行ってもよい。重要なことは、この工程におい
ても前述■の反応が著しく進むので、水を更【こ添加し
て低窒素化を有効に行うことである。この段階で、混合
物中の菫素量を制御できる。もし窒素分が多足に残れば
、再び水を加えて、この工程を繰返す。混合物の最終的
乾燥温度は２５０〜３５０Ｃであるが、この温度は得ら
れるアルミ灰混合物の含有水分に大きく影響する。乾燥
したアルミ灰混合物は、不規則な凝集粒を含む粉末とな
る。このため、次の第３工程で、これを粉砕して粉末と
する処理が必要となる。

第３工程は、第２工程で得られたアルミ灰混合物を粉砕
して粉末に戻す工程である。この工程で使う装置は、ロ
ール圧砕式又は摺動粉砕我等通常の粉体製造装置である
。この工程で得られる粉体は、１５０メツシュ以上の微
粉末となる。

本工程によって得られたアルミ灰混合物の分析例を別紙
の第１表昏こ示す。すンよりち■■が第１工程【こ投入
したアルミ灰の分析を示し、］■′が第３工程でそれぞ
れ【こついて得られたアルミ灰混合物の分析値を示す。

この表より明らかなようにωｄいずれも、残存窒素は０
．５％以下であり、この程１度なら発２色剤として使用
した場合、アンモニヤ等の有臭フｆスは殆んど発生しな
い。また残存金Ｆｔ（アルミむま、当初の４０〜５０％
に低下してＱする。

同表において、第１行のＡｌは、塩酸水溶を夜混合によ
る水素ガス発生量Ｇこよる分析、従ってアルミ含有当量
である。第２行のＡｌ２Ｏ声、金属アルミおよび窒素ア
ルミの換算イ１αを毛ンむイ１αである。第４行の８１
０２は、金属シ１ノコ〕・含有力（若干あるが、全て酸
化硅素Ｓ　ｉ　０２＆こ換諷（シである。第９行のＨ２
Ｏは、約３００°Ｃのｊｊｔｌ熱による減量分を、全て
Ｈ２Ｏとしたものである。第１０行の０ｔｈｅｒは、Ｆ
　’１２０３、Ｍ　ｎ２　ｏ、、ＯｕＯσ〕合計値であ
る。

第４工程は、上記までの工程Ｇこよって得られたアルミ
灰では、これを発泡剤としてセメントに混入した場合、
水素ガスが発生しても、水素ガスはセメント内にとどま
らず外界へ逃Ｇずて、かさ高効果は少ない。そこでアル
シミ灰Ｇこ硫酸又は硫酸塩を添加して、アルシミ灰【こ
水溶性硫酸＋４にを混合する。このアルミ灰混合物をセ
メントスラＩＪ　Ｇこ混合すると、化学反応で生ずる水
酸化アルミニウムおよび硫酸カルシウムによってセメン
トスラリーの粘性が増加するため、発生した氷菓ガスは
、逃げにくくて製品をがさ高にする効果が生ずるからで
ある。この工程は、つぎのようにして行う。第１表に■
′とじて示す低窒素化アルミ灰混合物を、混合撹拌容器
に投入し、己れに硫酸水溶液を添加しながら混合ａｔ半
する。

この混合割合は第２表に示す。同表において投入する低
菫素化アルミ灰混合物は、金属アルミ含有量が、一定と
なるように、あらかじめいく棟類かのアルミ灰混合物を
、調合しておくことが望ましい。これは、品質を一定に
する上で重要である。常に定められた量の金属アルミを
含有する低′窒素化アルミ灰を使用することにより、同
一の発泡機能を有する発泡剤を製造しうろことになる。

硫酸アルミ　（硫酸鉄、塩化鉄、塩化アルミ等の酸性塩
に置換しうる。）は、硫酸塩含有量調整用として添加す
るが、必ずしも必要ではない。

この工程では、主として以下の反応が生ずる。

２　Ａ　ｌ　＋３　Ｈ２Ｓ　０４−ｔ　Ａ　１２（Ｓ　
０４）３＋　３　Ｈ２・・■このことは、第４表Ｇこ示
すように金属アルミ含有量の低下によって裏付けられる
。同表でＡは第１−表での■′を、Ｂは■′を原料とし
て使用したものである。

この工程では、つぎの反応も生ずることが想像されるが
、水溶性硫酸塩を生成させることが目的であるから、こ
れらの反応が生じても何ら不都合はない。すなわち低窒
素化したアルミ灰混合物には、硫酸塩を生成するしこ十
分な水酸化アルミＡ　ｌ（ＯＨ）３、酸化マグネシウム
ＭｇＯおよび水和酸化マグネシウムＭｇＯ−Ｍｇ（ＯＨ
）２等が存在するから、 ＭｇＯ＋Ｈ２ＳＯ４→Ｍ　ｇ　Ｓ　０４＋　Ｈ２、、、
、、、、、、、、。９．■２　Ａ　ｌ　（ＯＨ）３＋　
３　Ｈ２Ｓ　Ｏ４→Ａ１２（ＳＯＩ）３＋６Ｈ２０・・
■の反応が生ずる。しかし、第３表に示すような典型的
な混合例では、第４表のように金属アルミが消費される
反応■が優先する。

この工程では、上記の反応が行なわれるため、混合撹拌
によって発熱するが、撹拌の進行につれて冷却してゆく
。第３表に示すような典型的な混合では、混合物は粘着
性の強い１体の粉末混合物になる。本工程Ｇこよっても
、なお一定量の金属アルミが残存しつつ、水溶性硫酸塩
が生成する。この硫酸塩は、いずれも後述するように水
酸化カルシウム０ａ（ＯＨ）と反応して、Ｏａ　Ｓ　０
４を生成する。

第５工程は、第４工程で得られた硫酸塩を含むアルミ灰
混合物を乾燥して、粉末にする工程である。すなわち第
４工程で得られるアルミ灰混合物は、湿体粉末であるか
ら、これを外部加熱式のＩ）Ｚ伴容器たとえば回転ドラ
ム等【こ入れて、加熱乾燥する。最終加熱温度は、１５
０〜２５（）０Ｃとする。この湿度は、混合物から余剰
水分を除去して、これを見掛上の乾燥状態にするためで
ある。乾燥した混合物には、凝集した小粒が多く混在す
るので、これを粉末にする。この操作は、第３工程と全
く同じである。

この工程で得られたアルミ灰硫酸混合物の分析例を第４
表に示す。

以上の工程までで、アルミ灰を利用した気泡コンクリー
ト用発泡剤の主要工程が終了する。

要約すると、化窒素化処理をした金属アルミを含む粉体
混合物たとえばアルミ灰混合物粉末に、硫酸水溶液を混
合して、水溶性硫酸塩をＪ杉成し、これと金属アルミ、
水溶性硫酸塩および酸化アルミ等の１付随的担架体粉末
とを含むところの混合物を製造すること９こある。

第６エ程は、発泡促進剤として水酸化カルシウムＯａ　
（ＯＨ）２の粉末を、上記のアルシミ灰硫酸塩混合物粉
末に加えて混合する工程である。この工程は単なる混合
で、発泡コンクリート製品の製造時に混合してもよい。

しかしポルトランドセメン等を主体とする気泡コンクリ
ート製品をつくるＧこは、後述の如くアルミ灰硫酸塩混
合物粉末と共に、水酸化カルシウムＯａ　（ＯＨ）２の
存在が必要であるから、本工程を設定して、あらかじめ
加えることが望ましい。混合割合Ｇ」第５表Ｇこ示す。

つぎ【こ上記の工程で布られた発泡剤を使用した気泡コ
ンクリート製品の製造実験について説明する。第６表に
は、単に金属アルミを含有する低窒素化アルミ灰混合物
Ｇのみの発泡剤Ｘ　−１と、これに水酸化カルシウムを
削与した発泡剤Ｘ−２と、本発明の発泡剤群Ｘ−３Ａ、
Ｘ−４Ｂ・・・・・・Ｘ−７Ｂとを示す。以上の発泡剤
群の性能を実験するため【こ、第７〜８表に示すように
市販のポルトランドセメントと硅紫粉末の混合割合を同
じとし、何らの９ａ　ｉｆｌ剤を加えないＬとの比較を
示している。これらの実験は、通常の混練方法で行った
ものであり、混練中において発泡する傾向は少ないが、
成型用型枠にスラリーをセットした後に、除々に発泡し
て膨張する。また第７〜８表において、水の添加鼠が異
るのは、後述の如く硫酸塩の添加混練により混練物の粘
性が増加するので、水の添加割合が多くなる傾向がある
からである。従って水の添加混合割合は、製品の比重に
大きく影響する。

本笑験は、型枠にスラリーをセットした後、常温に放置
し、約３６時間後に脱型し、更に２４時間常温に放置す
る。この後比重測定が容易な形状に研削加工し、更に４
８時間常常温こ放置してから比重測定したものである。

第７〜８表の比重から分るように、本発泡剤を用いない
ＭおよびＰは、混練したスラリーの粘性が相対的に低い
ため、発泡ガスである水素Ｈ２の表面からの放出が多い
ので、カサ比重が０．９−前後にとどまっている。また
気泡にむらが生ずる（ｑｆ向も大きい。

Ｑ、Ｒ，ＳおよびＥが、発泡剤としてアルミ灰硫酸混合
物粉末を用いたものであるが、際立った性能を示してい
るわけではない。しかし、非常にキメ細い均一な発泡体
となってい、６゜この点において有意義である。

比重０．６前後の好ましい気泡コンクリート製品を得る
には、発泡剤としてアルミ灰硫酸混合物粉末に水酸化カ
ルシウムを混合混在させたものが必要である。第６表に
示す発泡剤Ｘ−３Ａ。

Ｘ−４Ｂ、Ｘ−−７Ｂがそれであり、これを使用した製
品が第７〜８表に示すＴ　％　Ｕ　−、Ｖ％　’Ｗ％Ｆ
　Ｘ０％　Ｈ１工およびＪである。

これらの試料の混合物重量比から明らかなように、発泡
剤の混合量の増加に従って、水の混合量が増加し、これ
に伴って比重が小さくなる傾向を示している。

また発泡剤中に水酸化カルシウムＯａ　（ＯＨ）２を含
有するものは、第６表に示すようＧこＸ＝３Ａ。

Ｘ−４Ｅ、Ｘ−’７Ｅであるが、Ｘ−３ＡＧ５含有する
金属アルミは第４表に示すようにＸ−４Ｂ。

Ｘ−７Ｂ＆こ比較して２倍強である。しかし得られる試
料について、この金属アルミ含有量の差は、明瞭に現わ
れていない。ただし、混線後型枠にセットした後の発泡
は、金属アルミ含有量が多い発泡剤を使うもの程、早く
そして速やが【こ膨張が終了する傾向にある。

本発明に係る発泡剤を使用した気泡コンクリートの生成
反応は、以下のように進むと考えられる。すなわち混練
時には、最初にっぎの反応が行われる。

Ａｚ、、（ＳＯｌ）、＋３０ａ　（ｏ）ｌ）２→３Ｃａ
Ｓ０４＋２Ａｌ（ＯＨ）。

・・・・・・・・・■ ＭｇＳＯ４＋Ｏａ　（ＯＨ）２→ＣａＳＯ４＋Ｍｇ（０
１Ｉ）２・…■これらの反応によって、コロイド状のゲ
ル物質すなわち硫酸カルシウム０ａＳＯ４、水酸化アル
ミニウムＡノ（０１（）　、水酸化マグネシウムＭｇ（
ＯＨ）２が生成される。これＧこよって混練物の粘性が
増加し、スラリーに粘着性が出る。そして第７〜８表に
示すように、本発明の発泡剤の混合量が増加するほど、
混合する水量を増加して、粘性を増しつるので、発泡剤
と混合する水の量を調整することによって、以下の発泡
反応である水素ガスＨ２の発生度合すなわち反応速度と
時間とを自由に制御しうる。

２Ａｌ＋３０　ａ　（ＯＨ）２＋６Ｈ２０→Ｃａ３〔Ａ
）（０Ｈ）６３２＋３Ｈ２ｏ、山→第７〜８表に示すよ
うに、試料製品の比重が、混晶水量によって、大きく影
響されるのは、この理由によるものである。

この発明の発泡剤を使う発泡コンクリート製品は、自然
乾燥だと通常の１製品に比して硬化時間が長くなる。従
って発泡終了後概略硬化後（約２４時間後）、温風乾燥
（５０〜７Ｏ０Ｃ）をしてもよい。また混合物の一つと
して珪砂を用いたが、これに代えて高炉ｊイの粉砕粉を
使っそもよい。また第２工程に先立ってアルミ灰混合物
を水洗し、含有する７ラツクス分である塩化ナトリウム
ＮＩＬＯＡ！、塩化カリウムＫＯ１，等を低減させるこ
とにより、これら麹雑物による影響を極力低下させると
共に、水洗水を凝縮してブラックスを回収する工程を加
えてもよい。

またセメントスラリーに硬化促進剤のような公知の各種
混合剤を添加してもよい。

この発明は以上説明したように、低窒素化処理した金属
アルミを含む粉体混合物たとえばアルミ灰混合物粉末に
主として硫酸水溶液を添加して形成した水溶性硫酸塩で
、混合物中に残存する金属アルミの粉体粒子を被覆して
発泡コンクリート用発泡剤と、その製造方法である。イ
して、この発泡剤を使用すれば、従来のアルミ粉末が不
要となるほが、自然乾燥ないしは温風乾燥で養生できる
ので、オートクレーブ設備が不必要となる。このため何
処でも簡単に製造できるほか、製品の形状に制限をうけ
ないので、大型のものも容易に製作でき、現場生産も可
能となる。しかも従来産業廃棄物として投棄されていた
アルミ灰を原料とするため、安価に製造でき、且つ廃棄
処分Ｇこよる公害発生も防止できる極めて意義ある発明
である。

別紙に第１表から第８表を記載する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　低窒素化処理した金属アルミニウムを含む粉体混
   合物に硫酸水溶液を主とする酸および酸化化合物を添加
   して形成した水溶性硫酸塩で、残存する金属アルミニウ
   ムの粉体粒子を被固してなる気泡コンクリート用発泡剤
   。 ２　金Ａ・４アルミニウムを含む粉体混合物に水を添加
   して低窒素化処理する工程と、低窒素化処理した前記の
   粉体混合物に硫酸を主とする酸および酸化化合物の水溶
   液を添加して水溶性硫酸塩を形成する工程と、粉体混合
   物を乾燥して粉末とする工程とよりなることを特徴とす
   る気泡コンクリート用発泡剤の製造方法。