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技術 道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物、その製造方法、石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材

出願人 新日鐵住金株式会社広鉱技建株式会社
発明者 道下恭博芝本眞吾桑島善幸
出願日 2000年6月8日 (21年4ヶ月経過) 出願番号 2000-171771
公開日 2001年12月18日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 2001-347252
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 道路の舗装構造 セメント、コンクリート、人造石、その養生 固体廃棄物の処理
主要キーワード モーターグレーダー 補足材 破砕加工 粉じん 微粉炭燃焼ボイラー 流動床灰 混練設備 養生日数
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この項目の情報は公開日時点(2001年12月18日)のものです。
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課題

石炭灰路盤材補足材として多量に配合しても、路盤材の運搬施工に際して粉じんによる周辺環境汚染のない石炭灰の造粒硬化物及びその石炭灰の造粒・硬化物を配合した路盤材を提供すること。また上記石炭灰の造粒・硬化物を安価に製造する方法を提供することにある。

解決手段

混練設備に石炭灰と適量のセメントを供給し、粉体を混合し、その混合物に適量の水を添加しながら混練することにより0.3mm〜20mmの造粒物をつくり、混練設備から排出して自然養生により硬化させ、その粒度範囲が0.3mm〜20mmで圧潰強度を1.2MPa 以上とした造粒・硬化物であり、単一の混練設備のみで製造できること及び、破砕機による破砕加工も不要であることから補足材の製造コストは安価なものとなる。

概要

背景

石炭は、石油代替エネルギー資源として、その重要性が見直され、石炭火力発電所建設が各地で行われている。それらの石炭火力発電所の稼働により、極めて多量の石炭灰が発生しており、その有効利用が検討されている。石炭灰を多量に実用化している例としては、セメント原料に利用している例があるが利用数量において既に限界に達しており、多量に活用できる新たな用途の開発が望まれているのが現状である。一方、道路用路盤材は、「アスファルト舗装(平成4年版)」に記載されいるように天然砕石鉄鋼スラグ再生骨材等を破砕して用いるクラッシャランと呼ばれる路盤材、このクラッシャランをベースとして強度をあげる目的で粒度調整した粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性を付加し高強度が得られるようにするため、水硬性高炉スラグを使用し、かつ粒度調整を行った水硬性粒度調整鉄鋼スラグなどがある。

通常、路盤路床と称する地面上に、下層路盤上層路盤に分けて施工される。下層路盤材によってある程度の支持力を確保し、その上に強度の大きい上層路盤材を施工して所要の支持力を確保するものである。下層路盤材として使用されるクラッシャランは、安価であるが強度は高くない。上層路盤材として使用される粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグなどは高強度の材料である。道路用の路盤材は、その使用量が極めて多量であることから、石炭灰を多量に活用できる用途と考えられ、従来から石炭灰を路盤材に利用する研究が行われており、発明もなされている。特開平3−208901号公報において開示された発明は、石炭灰をそのまま鉄鋼スラグを主成分とする路盤材に配合するもので、石炭灰の使用量は2〜7重量%程度と少ない。また、微細な石炭灰を含有しているため、路盤材の運搬や施工の際の発じんをもたらし、周辺環境汚染するという問題を生じるため使用場所が限定されると考えられる。特開平1−320245号公報において開示された発明は、石炭灰に固化剤を加えて水を添加して混合・混練後に成形し、養生によって硬化体を作り、その硬化体を破砕して得た石炭灰硬化体を、路盤材に10重量%〜30重量%配合するもので、石炭灰硬化体の使用量は多い。しかしながら、破砕費用が必要であることや、破砕の際に発生する微細で軽い石炭灰を含有するため、路盤材の運搬や施工の際の発じんの原因となって、周辺環境を汚染するという問題を生じるため使用場所が限定される。

概要

石炭灰を路盤材の補足材として多量に配合しても、路盤材の運搬や施工に際して粉じんによる周辺環境の汚染のない石炭灰の造粒硬化物及びその石炭灰の造粒・硬化物を配合した路盤材を提供すること。また上記石炭灰の造粒・硬化物を安価に製造する方法を提供することにある。

混練設備に石炭灰と適量のセメントを供給し、粉体を混合し、その混合物に適量の水を添加しながら混練することにより0.3mm〜20mmの造粒物をつくり、混練設備から排出して自然養生により硬化させ、その粒度範囲が0.3mm〜20mmで圧潰強度を1.2MPa 以上とした造粒・硬化物であり、単一の混練設備のみで製造できること及び、破砕機による破砕加工も不要であることから補足材の製造コストは安価なものとなる。

目的

本発明の課題は、石炭灰を路盤材の補足材として多量に配合しても、路盤材の運搬や施工に際して粉じんによる周辺環境の汚染のない石炭灰の造粒・硬化物及びその石炭灰の造粒・硬化物を配合した路盤材を提供することにある。また上記石炭灰の造粒・硬化物を安価に製造する方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

クラッシャラン粒度調整鉄鋼スラグ水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用路盤材補足材として配合する石炭灰造粒硬化物であって、その粒度範囲が0.3mm〜20mmで、且つ圧潰強度が1.2MPa 以上であることを特徴とするクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物。

請求項2

混練設備に石炭灰とセメントを供給して、粉体を混合し、その混合物に水を添加しながら混練し、混練を継続することによって造粒を行い、0.3mm〜20mmの粒状に造粒が進んだ段階で、混練設備から排出し自然養生により硬化させて圧潰強度を1.2MPa 以上としたことを特徴とするクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。

請求項3

石炭灰が微粉炭燃焼ボイラーで発生した石炭灰であり、石炭灰とセメントの混合物中のCaO成分が15重量%以上であり、養生期間が14日以上であることを特徴とする請求項2に記載のクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。

請求項4

石炭灰が流動床燃焼ボイラーで発生した石炭灰であり、石炭灰とセメントの混合物中のCaO成分が20重量%以上であり、養生期間が14日以上であることを特徴とする請求項2に記載のクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。

請求項5

クラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に、石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材であって、その石炭灰の造粒・硬化物の粒度範囲が0.3mm〜20mmで、且つ圧潰強度が1.2MPa 以上であることを特徴とする石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材。

請求項6

石炭灰の造粒・硬化物の配合量は50重量%以下であることを特徴とする請求項5に記載の石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材。

技術分野

0001

本発明は、道路用路盤材補足材として配合する石炭灰造粒硬化物、その製造方法、石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材に関する。

背景技術

0002

石炭は、石油代替エネルギー資源として、その重要性が見直され、石炭火力発電所建設が各地で行われている。それらの石炭火力発電所の稼働により、極めて多量の石炭灰が発生しており、その有効利用が検討されている。石炭灰を多量に実用化している例としては、セメント原料に利用している例があるが利用数量において既に限界に達しており、多量に活用できる新たな用途の開発が望まれているのが現状である。一方、道路用の路盤材は、「アスファルト舗装(平成4年版)」に記載されいるように天然砕石鉄鋼スラグ再生骨材等を破砕して用いるクラッシャランと呼ばれる路盤材、このクラッシャランをベースとして強度をあげる目的で粒度調整した粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性を付加し高強度が得られるようにするため、水硬性高炉スラグを使用し、かつ粒度調整を行った水硬性粒度調整鉄鋼スラグなどがある。

0003

通常、路盤路床と称する地面上に、下層路盤上層路盤に分けて施工される。下層路盤材によってある程度の支持力を確保し、その上に強度の大きい上層路盤材を施工して所要の支持力を確保するものである。下層路盤材として使用されるクラッシャランは、安価であるが強度は高くない。上層路盤材として使用される粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグなどは高強度の材料である。道路用の路盤材は、その使用量が極めて多量であることから、石炭灰を多量に活用できる用途と考えられ、従来から石炭灰を路盤材に利用する研究が行われており、発明もなされている。特開平3−208901号公報において開示された発明は、石炭灰をそのまま鉄鋼スラグを主成分とする路盤材に配合するもので、石炭灰の使用量は2〜7重量%程度と少ない。また、微細な石炭灰を含有しているため、路盤材の運搬や施工の際の発じんをもたらし、周辺環境汚染するという問題を生じるため使用場所が限定されると考えられる。特開平1−320245号公報において開示された発明は、石炭灰に固化剤を加えて水を添加して混合・混練後に成形し、養生によって硬化体を作り、その硬化体を破砕して得た石炭灰硬化体を、路盤材に10重量%〜30重量%配合するもので、石炭灰硬化体の使用量は多い。しかしながら、破砕費用が必要であることや、破砕の際に発生する微細で軽い石炭灰を含有するため、路盤材の運搬や施工の際の発じんの原因となって、周辺環境を汚染するという問題を生じるため使用場所が限定される。

発明が解決しようとする課題

0004

上述したように、多量に発生している石炭灰を、路盤材に補足材として配合し施工時にも問題を生じることなく活用できる技術が具現化できれば、石炭灰を多量に活用できる道が開けることになる。従来の石炭灰の活用方法は、石炭灰をそのまま路盤材に補足材として配合する方法と、固化粉砕した石炭灰を路盤材に補足材として配合する方法の2通りがある。前者は、路盤材へ配合できる石炭灰が2〜7重量%と少ないことに加え、微細で軽い石炭灰がそのままの状態で路盤材中に存在するため、路盤材の運搬や施工に際して、石炭灰の発じんによる周辺環境の汚染という極めて深刻な状況をもたらす。後者は、路盤材へ配合できる石炭灰が10〜30重量%と多いが、製造工程が複数工程となり製造コストが高価となることに加え、破砕の際に発生する微細で軽い石炭灰を含有するため、路盤材の運搬や施工に際して石炭灰の発じんによる周辺環境の汚染という問題を生じる。

0005

本発明の課題は、石炭灰を路盤材の補足材として多量に配合しても、路盤材の運搬や施工に際して粉じんによる周辺環境の汚染のない石炭灰の造粒・硬化物及びその石炭灰の造粒・硬化物を配合した路盤材を提供することにある。また上記石炭灰の造粒・硬化物を安価に製造する方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明者は、まず施工時等に際して発じんを生じることなく、かつ路盤材の品質向上にも効果のある石炭灰の造粒・硬化物について鋭意検討の結果、「アスファルト舗装要綱(平成4年版)」に記載されている路盤材の粒度分布に関する規格において、路盤材の強度に影響の強い20mm以下の粒度分布となり、「アスファルト舗装要綱(平成4年版)」に記載されている上層路盤材の一軸圧縮強度1.2MPa 相当の強度を持つような石炭灰の造粒・硬化物を用いれば、路盤材の強度を改善できることを見出した。そして、30μm前後という微細な粒子であり、かさ密度も0.7g/cm3 という極めて軽い粒子により構成されている石炭灰にセメントを加えて0.3mm以上の粒状物に造粒し、硬化させた石炭灰の造粒・硬化物であれば、運搬や敷きならしに際して発じんを防止できることを見出した。この発じん防止の技術は、周知のストークスの式において粒子径を大きくして粒子の沈降速度を増加させる原理を活用したものである。また、本発明者は、単一の混練設備に石炭灰と石炭灰の種類に応じて適当量のセメントを供給し、粉体を混合し、その混合物に適当量の水を添加しながら混練することによって0.3mm〜20mmの造粒物を得ることができ、この造粒物を適当期間、自然養生することで圧潰強度1.2MPa 以上とすることができることを見出した。

0007

本発明は、上記の知見に基づきなされたもので、本発明の要旨は、
(1)クラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物であって、その粒度範囲が0.3mm〜20mmで、且つ圧潰強度が1.2MPa 以上であることを特徴とするクラッシャーラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物。
(2)混練設備に石炭灰とセメントを供給して、粉体を混合し、その混合物に水を添加しながら混練し、混練を継続することによって造粒を行い、0.3〜20mmの粒状に造粒が進んだ段階で、混練設備から排出し自然養生により硬化させて圧潰強度を1.2MPa 以上としたことを特徴とするクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。
(3)石炭灰が微粉炭燃焼ボイラーで発生した石炭灰であり、石炭灰とセメントの混合物中のCaO成分が15重量%以上であり、養生期間が14日以上であることを特徴とする上記(2)に記載のクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。
(4)石炭灰が流動床燃焼ボイラーで発生した石炭灰であり、石炭灰とセメントの混合物中のCaO成分が20重量%以上であり、養生期間が14日以上であることを特徴とする上記(2)に記載のクラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に補足材として配合する石炭灰の造粒・硬化物の製造方法。
(5)クラッシャラン、粒度調整鉄鋼スラグ、水硬性粒度調整鉄鋼スラグ等の道路用の路盤材に、石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材であって、その石炭灰の造粒・硬化物の粒度範囲が0.3mm〜20mmで、且つ圧潰強度が1.2MPa 以上であることを特徴とする石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材。
(6)石炭灰の造粒・硬化物の配合量は50重量%以下であることを特徴とする上記(5)に記載の石炭灰の造粒・硬化物を補足材として配合した道路用の路盤材。にある。

発明を実施するための最良の形態

0008

石炭灰に添加するセメントは、石炭灰中のCaO成分の量によってその添加量を設定すれば、粒状物の破損による微細な石炭灰の発生が防止できること及び、セメントの使用量を最も経済的なものとできる。すなわち、図1は石炭灰とセメントの混合物中のCaO含有量と石炭灰の造粒・硬化物の圧潰強度の関係を示すものであるが、「アスファルト舗装要綱(平成4年版)」に記載されている上層路盤材の一軸圧縮強度1.2MPa 相当の強度を持つ石炭灰の造粒・硬化物とするためには、微粉炭燃焼ボイラーで発生した石炭灰(以下、微粉炭灰と称する)を原料として石炭灰の造粒・硬化物をつくる場合には、石炭灰とセメントの混合物中のCaOが、15重量%となるようにセメントの添加量を定める。また、流動床燃焼ボイラーで発生した石炭灰(以下流動床灰と称する)を原料として石炭灰の造粒・硬化物をつくる場合には、石炭灰とセメントの混合物中のCaOが、20重量%となるようにセメントの添加量を定める。石炭灰とセメントの混合物に添加する水分量は、石炭灰の種類などに対応して設定する。その水分量の範囲は、45重量%〜55重量%の範囲である。

0009

混練設備としては、セラミックス原料混合等に使用されている解砕混練設備又は、コンクリートミキサー等に使用されているスパイラルフローミキサーを用いる。解砕混練設備は、微粉炭灰と流動床灰の両方に適用できるが、スパイラルフローミキサーは流動床灰の処理に適している。

0010

造粒した0.3mm〜20mmの粒状物は、屋外で自然養生を行う。図2は石炭灰の造粒・硬化物の養生日数と圧潰強度の関係を示すものであるが、養生を開始してから14日を経過すると圧潰強度は飽和点に達することから、養生日数は14日間とする。

0011

自然養生してつくった0.3mm〜20mmの粒状の石炭灰の造粒・硬化物を、上層路盤材として使用される水硬性粒度調整鉄鋼スラグと、下層路盤材として使用されるクラッシャラン鉄鋼スラグに配合した。図3に石炭灰の造粒・硬化物の配合率と路盤材の修正CBR及び一軸圧縮強さの関係を示す。石炭灰の造粒・硬化物の配合率が10重量%〜50重量%の範囲であれば、配合しない場合に比べて遜色がない。修正CBR及び一軸圧縮強さは、石炭灰の造粒・硬化物の配合率に連動して高くなるが、30重量%で飽和状態となり、30重量%をこえると低下し、配合しない場合と同等となる。石炭灰の造粒・硬化物の配合率は、50重量%以下であればよく、特に30重量%を配合することによって、修正CBR及び一軸圧縮強さが最高となることから、路盤材の品質保証確度向上という観点から、配合率は30重量%が望ましいことが理解できる。

0012

以下に実施例により、本発明を具体的に説明する。
(原料)実施に際して使用した石炭灰の分析結果を表1に、石炭灰の造粒・硬化物を配合する前の路盤材の分析結果を表2に示す。セメントとして、市販されているポルトランドセメントを使用した。

0013

0014

0015

(実施例1)混練設備として解砕混練設備を用いた。この混練設備に微粉炭灰とポルトランドセメントを供給した。ポルトランドセメントの量は、図1に基づき微粉炭灰とポルトランドセメントの混合物中のCaO成分が15重量%となるようにした。混練設備を稼働し、微粉炭灰とポルトランドセメントを10秒間混合した。次いで、水を徐々に添加しながら混練し、さらに混練を継続すると造粒が始まり、6分後に停止して造粒物を排出した。水分量は粒状物の水分量が45重量%となるように添加した。混練設備より排出した粒状物を14日間屋外で自然養生を行い粒状の石炭灰の造粒・硬化物を得た。石炭灰の造粒・硬化物の粒度分布と圧潰強度のデータを表3にしめすが、目標通りの圧潰強度1.2MPa 以上と、目標通りの粒度分布0.3mm〜20mmの材料を得ることができた。このように製造した石炭灰の造粒・硬化物をクラッシャラン鉄鋼スラグと水硬性粒度調整鉄鋼スラグに各々30重量%配合した。その路盤材の修正CBRと一軸圧縮強さを表4に示すが、路盤材としての規格値以上の強度となっている。本路盤材を用いて施工する際の発じん状態を目視で観察した結果、ダンプトラックで運搬する工程とダンプトラックから地上に荷おろしする工程、及びモーターグレーダーによる敷均し工程の何れにおいても、従来の路盤材を用いた場合に比べて遜色はなかった。

0016

0017

0018

(実施例2)混練設備としてスパイラルフローミキサーを使用した。この混練設備に流動床灰とポルトランドセメントを供給した。ポルトランドセメントの量は、図1に基づき流動床灰とポルトランドセメントの混合物中のCaO成分が20重量%となるようにした。混練設備を稼働し、流動床灰とポルトランドセメントを10秒間混合した。次いで、水を徐々に添加しながら混練し、混練を継続すると造粒が始まり、6分後に停止して造粒物を排出した。水分量は粒状物の水分量が50重量%となるように添加した。混練設備より排出した粒状物を14日間屋外で自然養生を行い粒状の石炭灰の造粒・硬化物を得た。石炭灰の造粒・硬化物の粒度分布と圧潰強度のデータを表5に示すが、目標通りの圧潰強度1.2MPa 以上と、目標通りの粒度分布0.3mm〜20mmの材料を得ることができた。このように製造した石炭灰の造粒・硬化物を、クラッシャラン鉄鋼スラグと水硬性粒度調整鉄鋼スラグに各々30重量%配合した。その路盤材の修正CBRと一軸圧縮強さを表6に示すが、路盤材としての規格値以上の強度となっている。本路盤材を用いて施工する際の発じん状態を目視で観察した結果、ダンプトラックで運搬する工程とダンプトラックから地上に荷おろしする工程、及びモーターグレーダーによる敷均し工程の何れにおいても、従来の路盤材を用いた場合に比べて遜色はなかった。

0019

0020

発明の効果

0021

本発明は、上記した従来の補足材の課題を全てにわたり解決した補足材と、その補足材を配合した路盤材を提供するものである。即ち、石炭灰をセメントと水を用いて、0.3mm〜20mmの粒状の造粒物をつくり、14日間の自然養生によって圧潰強度を1.2MPa 以上とした硬化物として路盤材の補足材に使用するものであるから、微細で軽い石炭灰を含有していないため、路盤材の運搬や施工に際して石炭灰の発じんによる周辺環境の汚染という問題も生じない。加えて路盤材の強度も規格値を越える成績を得ることができる。本発明の0.3mm〜20mmの粒状の造粒・硬化物の製造は、単一の混練設備のみを用いて行うため製造工程がシンプルであること、及び破砕工程が不要であることから設備費も安価であり、製造コストも安価であることから安価な補足材を提供できることになる。上述したように、本発明による路盤材用の補足材と、その補足材を配合した路盤材は、施工性と環境保全に優れ、規格に適合した強度も確保できることに加えて安価な路盤材を提供できるため、実用的な石炭灰の多量利用の道を開くことができる。

図面の簡単な説明

0022

図1石炭灰とセメントの混合物中のCaO含有量と石炭灰の造粒・硬化物の圧潰強度の関係を示すものである。
図2石炭灰の造粒・硬化物の養生日数と圧潰強度の関係を示すものである。
図3石炭灰の造粒・硬化物の配合率と路盤材の修正CBR及び一軸圧縮強さの関係を示すものである。

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