高速道路エンジニアのためのフライアッシュの事実

第1章-フライアッシュ-エンジニアリング材料

• なぜフライアッシュ？

ライアッシュとは何ですか？

フライアッシュは、微粉炭の燃焼に起因し、排気ガスによって燃焼室から輸送される細かく分割された残留物である。 2001年には6100万トン（6800万トン）以上のフライアッシュが生産された。

飛灰はどこから来たのですか？ フライアッシュは、石炭火力の電気および蒸気発生プラントによって生成されます。 典型的には、石炭は粉砕され、ボイラーの燃焼室に空気で吹き込まれ、そこですぐに発火し、熱を発生させ、溶融鉱物残渣を生成する。 ボイラー管はボイラーから熱を抽出し、煙道ガスを冷却し、溶融鉱物残渣を硬化させて灰を形成させる。 底灰またはスラグと呼ばれる粗い灰粒子は燃焼室の底に落ち、フライアッシュと呼ばれるより軽い細かい灰粒子は煙道ガス中に懸濁したままである。 煙道ガスを排出する前に、フライアッシュは、電気集じん器またはフィルターファブリックバグハウスなどの微粒子排出制御装置によって除去されます（図1-1参照）。

フライアッシュはどこで使われていますか？ 現在、フライアッシュの2,000,000トン（2,200,000トン）にいろいろな工学適用で毎年使用されます。 典型的なハイウェー工学適用は下記のものを: ポルトランドセメントコンクリート（PCC）、土および道の基盤安定、flowable盛り土、グラウト、構造盛り土およびアスファルト注入口。

何がフライアッシュを便利にするのですか？

フライアッシュはPCCの適用のpozzolanとして最も一般的です。 ポッツォランは、珪質または珪質および明礬材料であり、細かく分割された形態および水の存在下で、常温で水酸化カルシウムと反応してセメンタイト化合物を生成する。

フライアッシュの独特な球形の形そして粒度分布はそれに熱い組合せのアスファルト（HMA）の塗布のよいミネラル注入口をし、flowable盛り土およびグラウ 多くの地域のフライアッシュの一貫性そして豊富は構造盛り土および他のハイウェーの塗布の使用のための独特な機会を示す。

環境上の利点。 コンクリートのフライアッシュの利用に、特に、重要な環境の利点がを含むある: (1)コンクリート耐久性の向上によるコンクリート道路-構造物の寿命の向上、(2)フライアッシュを使用して製造されたセメントを置換または置換する際のエネルギー使用および温室効果ガスその他の有害な空気排出量の純削減、(3)埋立地に廃棄される石炭燃焼生成物の量の削減、(4)その他の天然資源-材料の保全。

図1-1：フライアッシュ転送の方法は、乾式、湿式、またはその両方にすることができます。



生産

フライアッシュは、電力会社または工業用ボイラーで石炭を燃焼させることから生産されます。 石炭焚きボイラーには、粉炭（PC）、ストーカー焚きまたは走行火格子、サイクロン、流動床燃焼（FBC）ボイラーの四つの基本的なタイプがあります。 PCのボイラーは大きい電気発生の単位のための最も広く利用された、特にです。 他のボイラーは、工業用またはコージェネレーション施設でより一般的です。 FBCのボイラーによって作り出される飛灰はこの文書で考慮されません。 フライアッシュは電気集じん器(特別に)を使用してガス送管からまたは一般にbaghousesと言われるフィルター生地のコレクターで、捕獲されます。 フライアッシュの物理的および化学的特性は、燃焼方法、石炭源、および粒子形状によって異なる。表1-1：2001年のフライアッシュの生産と使用。th>

百万トン 百万ショートトン パーセント 生産 61.84 68.12 100.0 使用 19.98 22.00 32.3

表1-1に示すように、62万トン（68万トン）のうち、2001年に生産されたフライアッシュは、20万トン（22万トン）、すなわち総生産量の32％しか使用されていなかった。 以下は、フライアッシュの使用の内訳であり、その多くは輸送業界で使用されています。表1-2:フライアッシュの使用方法。

表1-2:フライアッシュの使用方法。th>

百万トン	百万ショートトン	パーセント
セメント/コンクリート
フロー可能な塗りつぶし	0.73	0.80	3.7
構造的な塗りつぶし	2.91	3.21	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6	14.6
道路ベース/サブベース	0.93	1.02	4.7
土壌改良	0.67	0.74	3.4
Mineral Filler	0.10	0.11	0.5
Mining Applications	0.74	0.82	3.7
Waste Stabilization /Solidification	1.31	1.44	6.3
Agriculture	0.02	0.02	0.1
Miscellaneous/Other	0.41	0.45	2.1
Totals	19.98	22.00	100

ハンドリング

収集されたフライアッシュは、通常、ESPまたはフィルターファブリックホッパーか敷地内の貯蔵池に。

乾燥した収集された灰は、通常、ポルトランドセメントの処理に使用されるものと同様の装置および手順を使用して保管および処理されます:

• フライアッシュはサイロ、ドームおよび他のバルク貯蔵施設に格納されています
• フライアッシュは、空気スライド、バケットコンベヤおよびネジコンベヤを使用して転送することができ、またはそれは正または負の圧力条件下でパイプラインを介して気学的に搬送することができます
• フライアッシュは、バルクタンカートラック、鉄道車両およびはしけ/船で市場に輸送されます
• フライアッシュは、特殊用途のためのスーパー袋またはより小さな袋に包装することができます

乾燥した収集されたフライアッシュ灰はまた、特殊な装置を使用して、適用可能な場合、水および湿潤剤で湿らせることができる （調節される）および構造盛り土のような特別な適用のための覆われたダンプトラックで連行されて。 水によって調節されるフライアッシュはjobsitesで備蓄することができる。 露出した備蓄された材料は、ほこりの放出を防ぐために、湿った状態に保つか、防水シート、プラスチック、または同等の材料で覆われなければな

特徴

サイズと形状。 フライアッシュは、典型的にはポルトランドセメントや石灰よりも細かい。 フライアッシュは、一般的に球形であり、典型的には10〜100ミクロンの大きさのシルトサイズの粒子からなる（図1-2）。 これらの小さいガラス球は新しいコンクリートの流動率そして実行可能性を改善する。 繊度はフライアッシュのポゾラン反応性に寄与する重要な特性の一つである。

図1-2：2,000倍の倍率でのフライアッシュ粒子。



化学。 フライアッシュはケイ素、アルミニウム鉄およびカルシウムの酸化物から主に成っています。 マグネシウム、カリウム、ナトリウム、チタン、および硫黄も少ない程度に存在しています。 コンクリートでミネラル混和物として使用されたとき、フライアッシュは化学成分に基づいてクラスCまたはクラスFの灰として分類されます。 アメリカ州高速道路交通関係者協会（AASHTO）M295は、クラスCおよびクラスFのフライアッシュの化学組成を定義しています。

クラスCの灰は一般に亜瀝青の石炭から得られ、カルシウムalumino硫酸塩ガラス、また水晶、tricalciumのアルミン酸塩および自由な石灰（CaO）から主に成っています。

クラスCの灰はまた高いカルシウムフライアッシュと普通20%以上CaOを含んでいるので言われます。

クラスFの灰は瀝青および無煙炭から普通得られ、水晶、ムライトおよび磁鉄鉱がまた存在するaluminoケイ酸塩ガラスから主に、成っています。

クラスF、または低カルシウムフライアッシュは10％未満のCaOを持っています。表1-3

表1-3: 灰とポルトランドセメントのサンプル酸化物分析

化合物	フライアッシュクラスF	フライアッシュクラスC	ポルトランドセメント
化合物	フライアッシュクラスF	フライアッシュクラスC
化合物	フライアッシュクラスC
al203	26	17	fe2o3	7
fe2o3	7	6	2
1
1
1
1
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	2

色。 フライアッシュは、その化学的および鉱物成分に応じて、暗灰色に日焼けすることができます。 黄褐色および明るい色は、典型的には、高い石灰含量と関連している。 茶色がかった色は、典型的には、鉄含有量に関連付けられています。 濃い灰色から黒色は、典型的には、未燃炭素含有量の上昇に起因する。 フライアッシュの色は、通常、各発電所と石炭源で非常に一貫しています。

図1-3:典型的な灰の色



フライアッシュの品質要件は、使用目的によって異なります。 フライアッシュの品質は、燃料特性（石炭）、燃料の共焼成（瀝青炭および亜瀝青炭）、および燃焼および煙道ガスの洗浄/回収プロセスの様々な側面に影響され コンクリートの使用のためのフライアッシュの4つの最も関連した特徴は点火(LOI)、優良さ、化学成分および均等性の損失です。

LOIは灰に残っている未燃炭素（石炭）の測定であり、特に具体的な用途のために、フライアッシュの重要な特性です。 高炭素レベル、炭素の種類（すなわち、活性化）、フライアッシュ中の可溶性イオンの相互作用、および炭素content有量の変動は、新鮮なコンクリートにおける重大な空気巻き込み問題をもたらし、コンクリートの耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。 AASHTOおよびASTMはLOIのための限界を指定する。 しかし、いくつかの州の交通部門は、LOIのためのより低いレベルを指定します。 フライアッシュから炭素を除去することもできます。

いくつかのフライアッシュの使用はLOIの影響を受けません。 アスファルト、flowable盛り土および構造盛り土の注入口は高いカーボン内容が付いているフライアッシュを受け入れることができます。

フライアッシュの繊度は、石炭粉砕機の運転条件および石炭自体の研削性と最も密接に関連している。 具体的な適用のフライアッシュの使用のために、優良さは0.044mm（No.325）ふるいで保たれる材料の重量パーセントとして定義されます。 より粗い階調は、反応性の低い灰をもたらし、より高い炭素含有量を含む可能性がある。 優良さの限界はASTMおよび州の交通機関部の指定によって演説される。 フライアッシュは選別するか、または空気分類によって優良さおよび反応を改善するために処理することができます。

構造盛り土のようなある非具体的な適用は、フライアッシュの優良さによって影響されません。 しかしながら、アスファルト充填剤のような他の用途は、フライアッシュの繊度およびその粒度分布に大きく依存する。

フライアッシュの化学組成は、親石炭および燃焼または燃焼後のプロセスで使用される追加の燃料または添加剤の鉱物化学に直接関連しています。

使用される汚染制御技術は、フライアッシュの化学組成にも影響を与える可能性があります。 発電所は、複数の供給源から大量の石炭を燃焼させます。 石炭は発電効率を最大にするか、または場所の環境性能を改善するために混じるかもしれない。 フライアッシュの化学は特定の使用適用のために絶えずテストされ、評価される。

いくつかのステーションは、選択的に特定の石炭を燃やすか、灰の品質を低下させることを避けるために、または所望のフライアッシュの化学およ

一貫した製品を供給するためには、出荷から出荷までのフライアッシュ特性の均一性が不可欠です。 フライアッシュの化学および特徴は普通先立って知られています従って具体的な組合せは性能のために設計され、テストされます。

表1-4:フライアッシュの品質保証に使用されるガイダンス文書。
ACI229R

制御された低強度材料（CLSM）

ASTM C311

ポルトランドセメントコンクリートにおける鉱物混和剤として使用するためのフライアッシュポルトランドセメントコンクリート中の混和

astm c593

フライアッシュと石灰で使用するための他のポゾラン

astm d5239

土壌安定化に使用す 構造充填における石炭燃焼副産物の

品質保証と品質管理基準は、状態から状態へとソースへのフライアッシュの各使用のために異なります。 ある州は使用の前にテストおよび承認のためにサイロからの証明されたサンプルを指定基礎の要求します。 他は公認の源のリストを維持し、プロジェクトの製造者のフライアッシュの質の証明を受け入れます。 品質管理の条件のある程度は意図されていた使用、特定のフライアッシュおよび可変性によって決まる。 テスト要件は、通常、個々の指定機関によって確立されます。

図1-4：フライアッシュ（左）とポルトランドセメント（右）の顕微鏡写真。



表1-5. PCCのフライアッシュのための指定。
AASHTO M295(ASTM C618)-クラスFおよびC クラスF クラスC

iv id=”

SiO2+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+Fe2O3 sio3+Al2O3+

.5

1.5 物理的要件 繊度（+325メッシュ） 最大％ 34 34 ポゾラン活性 105 オートクレーブ膨張 最大% 0.8 0.8 ユニフォームrequirements2: /th> 5 5 均一な要件2：繊度 5 5 オプションの物理要件 複数の因子（LOI x繊度） 255 — 乾燥収縮の増加 最大％ 。03 。03 均一性要件：空気連行剤 最大％ 20 20 セメント/アルカリ反応：モルタル膨張（14日） 最大％ 0。020 —

ノート:

1. ASTMの条件は6パーセントです
2. 個々のサンプルの密度そして優良さは10の前のテストによって確立される平均示された最大パーセンテージよりも多く。