第20巻弟2号（1969）
フライアッシュの物理性と．その応用に関する研究
167 il【陶管の試作とその性能松 田 松 ニ
Ⅰ は し が き 湿田の乾田化ほ水田生産力の増強策としては最も基本的な手段の一・つである掛こ労働生産性の向上を大型機械の 導入によって達成しようとしている現在，機械の効率を高めるた捌こも湿田の乾酪化ほ目下の急務である 一一方，化学工業の発達によって，プラスチック製晶である塩ビ管が暗キヨ排水用として用いられ，保護材判もガラ スファイバ−・シ−トやプラスチック敵維シ−トなどが用いられるようになったこれは機械施工を容易にするだけで なく，耐酸性，甲アルカリ性，均尻軽螢，弾力性，任意整形の可能性など幾多の利点が評価されて，実用化が進め られているこの様に．，暗キヨ排水工事にも続々と新しい材料が作りLHされ その用法が研究されて日進月歩な−窪ね ていることほ誠に歓迎すべきことがらであるこれに反し，陶管の方は焼物にありがちな伝統への執念ともいうべき ものがあって，昔から，その形態および性能において大きな改変がなさわたとほ思われない にもかかわらず，こわ が長い間今日に至るまで淘汰されず残存できたのは／むしろ不思議なほどであるが，近時PVC製品などが出現して■陶 管にとって代ろうとする趨勢にあるしかしながら，プラスチノク製品には独自の番掛野料が極めてすくなく，陶管 によって得られた従来の資料を参考として作られているしたが、つて，陶管の改良は同時にプラスチック製品の改良 をも意味する（．“逆もまた其なり′′で，互．に長所をとり入れた執品の誕生が期待される）そこでプラスチック製品 にほみられない特徴，すなわち管壁の多孔性（毛細管の発達）に．主眼をおき，吸水性に富み，軽畳でしかも堅牢であ ることを念頭において−一つの改良を試みた，原料としてほ．従来の粘土と更にフライアッシュを用いた，このフライー7■ ヅ・ンーユ・ほ，第1報（1）で述べた様なきわだった諸特性を有しながら，ボブランとしての利用を除けば，その多くの部 分は未利用のまま棄却されている，資源の乏しい故国においては特にその葡効利用がかんじんである．陶管原料の良 質粘土も澗渇しかけて−いるのが現状である．かかる見地からして，この未利用幣原に活路を与えることも本研究の副 次的ねらいの一つである Ⅱ 従来の陶管に要求されること 従来の陶管ほ，これを施工した場合，管の接合部から排水が行われており，管壁に何らの流体的役割を期待Lてい ないしかしながら，重力水の排除だけてほ【−・向に問題の解決されない場合がある 干拓地に．おけるヘドロ地の乾田 化を考え．ればこのことは明らかであろう ここにおいて，接合部からの排水だけによらず，管壁に水射】勺忠義をもた せるという一つの着想がある（いずれ稿を・改めて報告する）． また軟弱な地盤への完全な施工には，不等沈下たどに．よる管の喰追いを極力さけるために少しでも軽見てあること が一・つの望ましい条件であるさらに，製造元から施工現場への輪送ほ幾多の輪送機関によって行なわれなければな らず′ このためにも極力瞳盛であることが望ましい． 施工されるまでの間には，残回かにのばる大小の移動があり，その度に胸管は破損の危険にさらされている．また 施工後の破損は許されないことであり，耐圧強度の大きいことが望まれる 陶管原料の粘土はいったん水を吸収すると，なかなかそれを放さず，急激にその水分な強制的に除去すると休硫は 締少し不等乾燥して亀裂を生ずる焼物に亀裂ほ禁物であるそのため，製造工程中，整形物の陰干に要する時間が 極めて長く，したがって，全体としての工程時間は．延長される，これは消費者の購入価格にも関係する問題てあっ て，より安く（よいものをつ供給するためには，製造時問の短縮が望まれる また従来の陶管には，板く軽度ではあるが弓なりに湾曲しているものが大変多いこのようなものを・施工すると， 当然，同一・レベルが保証されなかったり，粗度係数の増大などにより効率が低下するので，この湾曲を除去すること が望まれる 以上を・要約すると，①管壁に水理的意義をもたせること，③軽慮であること，③耐圧強度が大きいこと，く丑製造工程が短縮されること，⑤製品が湾曲しておらないこと等が従来の陶管に要求されることがらである， Ⅲ フライアッシュの特性と二次加工への可能性 フライ■アッシュ・の土壌物理学的特性についてはすでに鶏Ⅰ報（1），第Ⅱ報（2）で述べたので，ここでは掻く簡単にふれ ておく 先ず第一の特徴としてほ，フライアノシュ粒子の形状はその多くが球形である（3）ということがあげられる さらに，均等係数は15前後であり粒径ほ極めてよくそろ、つている，したがって，これらの集合体には規則正しい毛 紳管が発達するはずてあり，事実，毛管上昇速度が極めて大きいことについてほすでに第Ⅱ報で述べたところであ るまた，フライアッシュ・はシルト質口一−・ムである場合が多く，粒径が微細であるにもかかわらず液性限界と塑性限 界はほとんど等しい．．しかも収縮指数はほとんど零に近い以上がフライアッシュの主要な特性である つぎに，これらの特性が，Ⅱ墳で述べた従来の陶管に要求される事項を・どのように満足させるかにつき推論を・行なう。 陶管を焼成するためにはその前に盤形と乾腺がなされる乾燥は管体表面からの水分蒸発である この水分蒸発が すみやかに行なわれるためにほ，管壁内部において円浦な水分移動がなけれはならない従来の陶管制料である粘土 には，いつたん水分を吸収するとなかなかこれを・離さない性質がある これほ管壁内の円滑な水分移動をさまたげ， 表面蒸発を抑制して製造工程中の乾燥時問を長びかせ，かつ乾燥施設の増強を要求するところが球状等大粒子（．フ ライ1アッシュ・）の集合体内部にほ極めて規則正しい毛細管が発達する．これは管壁内の水分移動を円滑にし，著い、 乾燥時間の短縮を可能にするものと思われるまた，整形時の含有水分義のフライアッシュを炉乾燥してもその体積 変化はほとんど起らないつまり，粒子と粒子の問に水膜が入ることなく，各粒子は宙按的に隣接した状態にある このことは焼成による体積変化は小さく，したがって−，亀裂の生じにくいことを意味する．さらに，前述の管壁内に おける円滑な水分移動を考えあわせると焼成に際し，急乾炊，急加熱の可能性，場合によっては乾燥過程の省略の可 能性をも含んでいるように思われる 焼成に・際して．上述のように大きな役割を果すと思われる管壁内の毛管を焼成後においてもそのまま残存させれば管 壁に水理的意義をもたせることができる すなわち，毛管作用による埋設管周囲の水分吸収と，吸収された水分の強 制蒸発を内容とする新しい乾田化方式や果樹園における根群域への通気等にはうまく適合するものと思われる フライアッシュによる陶管の軽最化は，フライ7■ノシュの薬比重が21′、、ノ22であることからも明らかに￣町絶てあ る さらに，プライアプシュほ一度高湿を体験しているので強熱減鼻ほ小さいまた，嘩体粒子は柾めて固く，その 上に球形であるため製品の強度には充分期待できるように思われる なお，管壁に水理的役割を持たせるためにほ，フライ■アノシュの粒子自体が耐酸性でなければならない．そこで耐 酸試験せ行なったこの試験ほフライ■アブシュ粒子（胤削ま陶管を20′、・ノ500／〈に粉砕する）を混合駿（塩酸，硫酸， 硝酸のそれぞれ10％溶液を等盈混合）に．5時間浸した彼の絶乾減少鼻を浸す以前の絶乾試料蛋で険した値を・もって表 わす結果として127％を得た従来の粘土を原料とする陶管は8∼10％の倍を示すので，その差は僅かであり，フ ライ7’ヅシュの耐酸焼場充分であると結論することができる Ⅳ フライアッシュの焼成 前節で述べたような種々の利点が期待できるフライアノシュの焼成が可能であれは，＼＼管壁に水理的意義をもたせ る′′ という第1命題は達成されることになるそこで先ずフライアッシュ・の焼成を試験的に行なった．使用したフラ イアッシュは関西電力のものであり，その土壌物理学的特性ほ第Ⅰ報に掲敬した通りである．．これに水を加えて流動 状にねりあわせ，型枠内に流し込む型枠としてほ内径2Ocm，長さ4Ocmの塩ビ管を利用した型枠内の流動状フラ イアッシュの脱水は毛管作用を利用して行なったすなわち，低毛管ポチソン・ヤルを持つフライアノシュを型枠の上 下から流動状フライアノシ．ユに」接触させて毛細管の連結を封り，水分の移臥 すなわち脱水を行なった この水分移 動は極めてすみやかに行なわれ，僅か20∼30秒で流動状フライ■7γ・ンユは型枠をとりはずせる水分量となる型枠を・ とりはずした整形試料を常温の賽内で約24時間放置した後，電気炉でこれを焼成したこの場合，昇温勾配と共に最 高温度が大切である，9000C以下では試料の固形化は行なわれないが，1，0000C以上にたると試料は暗褐色を・呈し，強 度は増すが吸水性は低下してくるように思われる．焼成後においてもなお管壁に毛細管を・発達せしめておく為にほフ ライ7■ノ・ンユ・の単体粒子（球形）がほとんどその原形を失なわず，隣接粒子と接点だけで融着する温度範囲で焼成 しなければならない この温度範囲は原炭やその他の条件により各フライアッシセによって多少異なるが大体900∼ 11000Cであると思われる これ以上の温度になると大部分のフライアノシュほ溶融発泡することになり，製品の透水 性，吸水性ほほとんど称こなってしまう木実験の場合の焼成時における炉内界温曲線ほFig1に示す通りである
169 第20巻第2号（1969） この固からわかるように，昇温勾配は大きく，約80分 で9500Cに達する‖ 9500Cで20′・、ノ30分間加熱してから電 源を切り，自然冷却させた 以上によって多孔質の焼結 塊を得ることができた。なお，型枠からはずしていきな り炉内で加熱しても，つまり夙乾過程を省略しても亀裂 が入ることなく焼成が可能であるこ．とも確認することが 出来た． また前述したように，フライアッシュほ粒径が微細で あるにもかかわらず砂のような性質を山部萌するので， 従来の粘土を索羽とした陶管の欠点をフライアッ・シュの 混入によっておぎなうことができるのではないかと云う 考えのもとに，粘土（従来の陶管用土）とフライアッ・＝ン ユの混合試料について全く同様の手順で焼成を行った． † 焼成物の諸特性 （1）比重，仮比蛮，間隙率 粉末，風乾状態にある粘土およびフライ■アッシ．n．を用 ′一一一・一′− 0 liO ビn苛芯d∈むト P 600 500 400 300 200 100 − ■ ・ ■ 60 70 80 90100
Time，minh
Fig1Temperaturein electric furnace plotted
againsttime（min） 志し，これらを種々の割合（粉末，風乾状態にある時の体積比）で混合して焼成した場合の比番および間隙率を求め た“結果ほFig2に示す通りである 横軸にはフライアッシュ．の混入盈をと、つてある．本固からわかるように，焼成物の間隙率ほフライアッシュの混人 魚町応じて26％から18％まで次第に減少している混合試料の粉末時における密状態の間隙率ほ約50％であることを 考えれは，前述の億は極めて小さく，緻密な組織の作られていることがわかる （2）圧縮強度 圧縮強度の試験結果はFig3に示す通りである この固からわかるように，・アライアッう／ユ・の混入によっでそれ程麒著な変化は認められないが，その混入盈に応じ て強度ほやや増大する傾向が認められ，フライアツ、ンユ・100．％の場合，圧縮強度は164k9／c虎にも達Lている・これらの 倍ほ焼きしめ方によっても大きく左右されるので，これらの値が直ちに実用的意味を持つかとうかば膚に検討する必
211 篭U＼空言警㌢〓S苫SS′芸l∈。U
／ ／ ∼ Fly as‡1，％Fig2Specific gravity，aPparentSpeCific gravity and porosity of the test pleCe plotted against the fly ash content
Fig3Compr・eSSive strength of the test pleCe Plotted agalnSt the fly ash COntent
要があろう （3）透水度 透水性ほ，管壁に水理的特性及持たせようとする初期の目的からしても極めて蛋要であるそこで，粘土とフライ アノづ／ユの混合された焼成試料（直径1．8cnl，長さ3．Ocmのテストピ−・ス）につき透水試験を行なった・方法としては 変水位法を採用した すなわち，透水係数kは次式によって求めた k＝23（aL／Atl）loglO（hl／h2） ただしa：目盛管の断面積（c摘），A：テ・ス】1ピ♪・・・・・スの断面積（c釦，L：テストピMスの長さ（cm），hl：試験開始値 後の水位（cm），h2＝試験終了直後の水位（cm），t：計測時間（sec）をそれぞれあらわすものとする・なお，試験 には抜気水を・利用した試験結果はFig4に示す通りである 本図からわかるように，フライアッシコ・の温入鼠に応じて−透水係 数は増大し，フライアッシュ100％を原料とした場合は，従来の1司 料（kl＝57×10LIcm／sec）の約45倍（k2＝25×10−5cm／sec）に・も 達しているしかしながら，この程度の値ほ・ンルト肇土壌の透水係 数に相当し，透水度ほ＼、低い′′という範囲に分炉される（従来のも のは、、不適水性〃の範囲笹入る）したがっで，従来のように雷力 水の排除を主目的とした場合にはフライ7■ッシコ・の混入に・よる効果 に多くを期待することほできないよう■であるしかし，管壁に水分 移動に関する他の役割を持たせることは可能であり，目下その実験 的検証を行なっているが，ある程度の明るい見通しを得るに至って いる 11陶管とした場合の諸特性 前項までの実験によって，前に行7まった推論の妥当性がほぼうら づけられたので，これを実際に陶管とした場合にはどうなるかを確 認する意味て，耐圧試験および透水試験を行なった供試陶管ほ内 径7cln，外径9c肌 長さ60cnlのものである （1）耐圧蘭度 耐圧試験の結果はTal）1elに示す通りである ● t 1 1 U諾＼∈U．ソl含コq悪声︸Od 25 5（〕 1TllaSll，％ 7「； 100
Fig，，4Permeabilty of the test piece】）lotted against the flY aSh content
TablelThe relationship between（OmpreSSive strengthofthe file（Ilain and抽e f1y ash contenL
F25：C75 Ⅰ；50：C50 Fo：Cェ00 236lく9 2201く9 J
220k9
フライアッシュの混入瑞が50％以上になると機械整形が閃難（摩擦力の増大）となり，同一−‖条件て試験できる試料 は得られなかったしたがって，今回ほフライ7・ノ、ンコ．75．％および100％混入の場合についてほ省略せぎるを得なかっ たしかし，上表からわかるように，耐圧櫛度はフライアヅ・ンニLの混入昂．に応じてやや増大する傾向がうかがわれる‖ なお，この試験バ牒】立∴業謝髄所に依願して行なったものである （2）透水皮 試験は円箱放射型凌水位法て行ったすなわち， k＝一旦型凄艶由来緑一・log 方1（t2−tl） lO（Hl／H2）a：口盛管の内斬而精（c戒），1：円箇状試刺の長さ（cnl），Tl‥円約の内側半径（cm）T2：円偶の外側半径（cm），Hl：
時刻t＝tlにおけるn盛管内の水位（cm），H2：時刻t＝t2における甘栗管用の水位（cm），k：試料の透水係数第20巻第2号（1969） （cllり‘sec） なお，円筒試凧の長さほ約10〔ニ111とした 試験結果はFlig5に漬す通りてある 171 この図からわかるように，フライ’7■ノ、シュの混入量に応じてその 透水係数ほ10−8∼10■「5cm／secまてほほ指数的にJ増大する そして， フライ■7■ノシュの混入盈が50％以上の場合については前に小テスト ピ−スで得た値と極めてよく合致しているなお，フライアノンユ 0％の場合はk＝3“36×10▼8c111／secであった 1≠ む す び 以上フライ7■ヅシュの焼成と焼成物の諸物理性に閲し若二「の知見 を得ることかてきた すなわち， （1）フライニ7ッ∵ンニの単体粒子が隣接粒子と一一接点で剋嘉し，毛細 管が充分発達した状態に．焼成するための焼成温度は，フライアγシ ュによって多少の差はあるが大体1000GC内外てある （2）フライ7■ヅシュの混入鼠によっては製造工程中の凪乾過程を短 縮することができる （3）耐圧強度はフライアノシニLの混入鼠に応じやや増加する傾向が ある （一4）焼成物の透水係数はプライアノンユ・の混入堤に応して10￣8−、一10 L5cm／secまで変化する （5）焼成物の軽還化が可酪である
Fig 5Permeability of the tile drain plotted agalnSt the fly ash content 今後試作胸管の現場施工などにより，圃場実鮫に・よってその性能を確かめて−ゆく予定である なお，本研究の遂行に当り，本学教授上原勝樹博士 同田地野歯哉博士に激励と境重な助言を賜わった また実験 途上で中山美知夫氏をわずらわしたここに記して謝意を表する 参 考 文 献 （1）松闇松二，lU田宣良：フライアノ王／ユの物理性とその応用に関する研究（Ⅰ），香川大農学報 28（1），（1968） （2）松田松二 山田富良：フライアノ・ン1の物理姓とその応用に関する研究（Ⅱ），香川大農学軌 20（1），（1968） （3）左右出孝タいフライ■7■ノシュLおよびフライアツンユセメントの班格と性質について＼フライ7■ヅシ1ユの文献集， l，34−′42 （1962）
Some physicalpropcrties of Fly ash andits practicalusc
lu Trialmanufacture oftile drain andits quality
MatsuiiMA’rsuDA
Summa工・y
rhe nccd haslol−g eXisted for・tl−Ctiledrain，thewallofwhichis polOuSal−dplaysthepartof filter for sub−irrigationanddraiⅠ一ageTolneetthispracticalinterest，thetlialmanufactureofthedrainwas carl・icdout
withflyasl−andthequalitiesoftheproductweretestedTheresultsobtainedal・eSumlnerizedasfollows：
1）Inthemanufactureo董thetiledrainwithflyash・theeffectivetemperatulefordevelopil鳩the capi11ar−y
tubesin the wallof thedrainisaboutlOOOOC
2）Thetimeofairdlyingprocesscanbedecreasedbythemixtureoiflyashwithclay、VhichiscomlnOn
in raw materialof tile drain
3）Thecornpressivestrengthofthedraincanbeincreasedby thcmixtureofflyashwithclay
l）PcrlneabilityofthewallofthedrainincreasedfromlOJ8cm／secto10JL5crn／seccorrespondingtothemiⅩing
