轻质石、轻质砂及其制造方法 本发明系关于用于营建工程用之轻质石、轻质砂及其制造方法。
一般石类应用于营建上不外乎：石板、石粒。其中石板为面材，多用于一般建物之表面贴装或地板贴装；至于石粒则分其粒径大小、比重(强度)而用于级配或混凝土之骨材。而用于石粒者多半采自河床之砾石，其比重均大于2.6，此类石粒不论大小，如系使用于地基或低楼层之结构，由于系地磐直接承重，其自重对整体结构或成本之影响尚非极为显着，但因土地有限，大楼、甚至超高大楼已为必然趋势，材料重量、成本已演变成结构设计上之瓶颈。
现今，在大楼建筑上均极注重材料重量，故在其建筑物之帷幕墙或非结构强度必要之隔间均采轻材设计，即，一般人常听见之「帷幕墙」；这类壁板为求轻、强度够，因而多采复合式结构，它们的缺点是制程繁复、成本高，且因系大量预铸单位板状再裁切，废料亦极多，造成后续处理上之困扰。
前述「帷幕墙」另还包含一种轻质发泡水泥构成之墙板，若纯以重量来说，发泡水泥板固然可较一般RC墙轻，但其壁板一点都不耐冲击，钉支钉子或挂钩上去，只要东西挂上去一受力，再一个不小心扯动一下挂上去之物品，钉子或挂钩马上跟着被拉脱出来！
而，目前之隔间材材料在无更佳之代替品之下，只能依需求而选强度佳但较重且较贵者，或选强度稍差但较轻且较便宜者，无法两全其美。更无法避免火灾的意外。
另，目前使用之轻质隔间材也因强度或成本而丝毫不能取代为结构用之骨材。
而，在新兴之工业陶瓷领域中，有结构用或工程用之陶瓷，但其比重仍大(均在3以上)，且部份材料成份纯度要求高，加上品管要求高等等因素，使其成本居高不下，另因其产量受限，故，工业陶瓷虽有强度佳等之优点，亦只能应用于特殊产品上，目前，陶瓷用于营建上只有传统之面砖、地砖，再来即已提过之轻质水泥勉强算为一种，但从未有作为骨材者。
再一方面，前已提及石粒应用于营建上之基础级配极普遍，而众所周知，如营建基础在地形上为冲积地，则如集中建筑高楼将造成整个地层逐年下陷；事实上地层下陷，使用比重较重之级配也是原因之
至此，有人明确发现一事实，即：
「质硬而比重轻之轻质石」将可解决上述问题，并取代现有石粒建材！因此，发明人乃先着手「找」自然界中现有之矿石，期能找到「硬而轻」又便宜、易取得之矿品，然均不可得，而现存矿石均硬而重，另，以人工制成之坚硬建材，即为陶瓷，其比重仍大于3，且成本亦高。而，现行市面可购得之「轻质石」多属质轻而强度不足，其中，天然物采矿制粒者，则是价昂且供量有限，无法经济(大量)使用，并其比重变化之范围不大，应用面有限，另，以炉石或其它冶金废物造粒者，则仅是取其比重轻，而和传统水泥或其它材料胶结成粒/或搅拌成粒再烧固成型，基本上比重仍高(即体积变化仍小)且强度不佳，成本亦高，供应量有限，应用面有限。
前述轻硬质石粒构造之形成，在自然界中难以形成(或正确地说是：要形成自然矿源，讫今未见)，主要原因在于自然界中高温常系同时处于高压下，而一旦以爆发形态由高压高温状态下释出(如火山爆发)，又立即处于骤降温之情形，故，自然矿石中虽可见表面具硬质玻璃相之石块，但俱为火山熔岩或火山尘形成，其内部因系骤冷关系，亦为硬而密质、比重大或松脆结构，无法使用。
本发明之目的即在提供轻质石、轻质砂及其制造方法，期以供营建产业利用于高楼结构、基础级配及轻构隔间。
本发明所提供之轻质石、轻质砂，原料为页岩、泥岩、板岩等，而比重约2.6，烧成后，成品比重介于0.4～2.0，并其内部构造为膨松状且膨松之内空为真空，而表面为玻璃相。
其中原料之页岩、泥岩、板岩等之主要成份为二氧化硅SiO2，其它成份为：
氧化铝 Al2O3 15-25％
三氧化二铁 Fe2O3 2-13％
氧化镁 MgO 1-3％
氧化钾 K2O 4-8％
三氧化硫 SO3 1-6％
碳 C 2-4％
氧化钠 Na2O 2-4％。
轻质石、轻质砂之制造方法系：
(一)取料：原料为页岩、泥岩、板岩等，先采石、破碎、分类露储；各项分类锷碎前必须干燥；
(二)锷碎：依用途配料并锷碎至大约粒径；
(三)干燥：烘干或阴干，锷碎后之颗料充份干燥；
(四)筛选：筛除杂物、消除有机物；
(五)干燥：选用粒料充份干燥；
(六)烧成：转窑内设后温控以预热，设中及主温控以烧制，设前温控以焖温，在转窑转速300转/分，差速器转速150转/分，料桶转速2转/分及适当温度条件下，烧、焖出所要求比重之石粒；
(七)储存：石粒成品依比重分类储存；
其中，有关转窑及各不同比重石粒之生成及转窑温控条件如下：
比重0.4～1.2之石粒—后温控502±10℃、中温控875±10℃、主温控设1125±10℃、前温控860±10℃，
比重1.2～1.5之石粒—后温控501±10℃、中温控874±10℃、主温控1125±10℃、前温控850±10℃，
比重1.5～1.8之石粒—后温控500±10℃、中温控650±10℃、主温控设1115±10℃、前温控587±10℃。
上述轻质石、轻质砂内部构造之所以可为膨松且近乎真空状，而其表面为玻璃相(极坚硬)，主要原因是：本发明制造方法在烧成时分预热、烧制、焖温三阶段，并转窑设了后、中、主、前四段温控，其中后温控为预热阶段使粒料均温并稳定增温，中、主温控则为烧制阶段，其可使粒料表面具玻璃化之温度(能量)，但在前温控时，即为焖温阶段，其温度虽骤降但继续焖温，令粒料内部可均匀受热膨胀，而膨胀之原因系因粒料所含金属热胀撑开其它成份部份，当焖温一段时间后，粒料内部即为膨松状且膨松之内空近乎真空状，另一方面粒料表面之玻璃化也逐渐稳定下来，而形成表面具玻璃相而内部为膨松状且膨松之内空近乎真空之结构。又，粒料表面所以形成玻璃相，主要因较高温之烧制阶段(主温控)区域仅转窑之一部份，粒料通过时间不长，高温能量只能传递、累积在粒料表面附近，故仅表面形成玻璃相，而粒料内部则在主温控烧制阶段传递之能量尚不足而无法形成玻璃相，其后进入焖温阶段之前温控，环境温度已降，传入内部之能量只能供其膨胀，但内部无法形成玻璃相。
而本发明之应用及和习用水泥混凝土(含自然石粒骨材)之比较如下：
1.比重更轻：介于0.4～2.0间，并其成型之水泥板可达比重1.0以下；
2.强度更强：帷幕墙之应用可达300kg/c以上；
3.硬韧度更高：
4.更耐高温：可达1200℃以上之上好防火建材(KTV)之公共场所；
5.隔音更佳：隔音材可减噪40dB及吸音；
6.更耐震：因石粒内为膨松纤维状且轻，故更耐震，且吸震性佳；
7.隔热更佳、耐热：为膨松质纤维状及孔隙的散热，故更能隔热；
而达成上述功效之原因在于本案方法所制造出来之轻质石之构造：内部膨松状且内空部份近乎真空，并轻质石面为玻璃相。因表面具有玻璃相，故质地硬韧，而内部膨松内空既为近乎真空，则热传差，传音效果亦差，正好达成耐高温、隔热、隔音、防震等效果。
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步详述。
图1系本发明轻质石、轻质砂之构造示意图；
图2系本发明制造方法之流程图。
如图1所示，图1为构造示意图，其中，本发明轻质石(砂)1之构造为内部系膨松结构11而表面则为玻璃相12，其比重则介于0.4～2.0，而在实用上以比重0.4～1.2用于轻隔间用、比重1.2～1.5则用于一般建筑用、比重1.5～1.8则用于工程用，另，比重1.0(含)以下者则更适用于预成隔间板而用为装璜建材，而比重1.8～2.0则适于较特殊之用途如锚桩等。
又，本发明轻质石(砂)1(构造见于图1)构造之形成，乃经由图2流程之方法制成，首先简介其原料如下：
一般矿源即页岩、泥岩、板岩，其原石比重约2.6，而其成份除二氧化硅SiO2外，其它成份最佳值为：
1.氧化铝 Al2O3 20％
2.三氧化二铁 Fe2O3 7.5％
3.氧化镁 MgO 2％
4.氧化钾 K2O 6％
5.三氧化硫 SO3 3.5％
6.碳 C 3％
7.氧化钠 Na2O 3％
至于其制程则为：
(一)取料：先采石、破碎、分类露储；各项分类锷碎前必须先干燥；
(二)锷碎：依用途配料并锷碎至大约粒径；
(三)干燥：烘干或阴干，锷碎后之颗料充份干燥；
(四)筛选：筛除杂物、消除有机物；并分类；
(五)干燥：选用粒料充份干燥(采烘干较快，利用后述转炉之废热)；
(六)烧成：以转窑后<预热>、中、主<烧制>、前温控<焖温>，在转窑适速及适当温度条件下，烧、焖出所要求比重之石粒；整个烧成过程(转窑)又分预热、烧制、焖温三阶段；
(七)储存：石粒成品依比重分类储存。
有关转窑及各不同比重石粒之生成及温控条件如下：
转窑温控：
A.后温控<为粒料不完全干燥或进行烘干之先决条件>
B.中温控<均衡粒料周围温度以免影响骨材膨胀不均匀>
C.主温控<主温控为机动性视成品所须机动加温控制促成成品品质稳定成长>
D.前温控<为粒料完成烧制后之闷温促成均衡膨胀>闷温室有如煮饭之闷温作用。
各比重石粒烧成最佳条件：
比重0.5～1.2之石粒：
进料，转窑转速设300转，后温控502℃、中温控875℃、主温控设1125℃、前温控860℃，结果轻质石、砂其比重为0.5～1.2以下，以致融合其材料更为隔音、吸音、防噪之上上之好材料，为未来社会防噪所(机场、屠宰场、高速公路吸音墙)等防火建筑材料。
比重1.2～1.5之石粒：
进料，转窑转速设马达300转，差速器150转，料桶转转速为2转，后温控设501℃、中温控874℃、主温控设温1125℃，前温控850℃左右，结果轻质石、砂均可达到六分到八分熟其比重为1.2～1.5，粒径为1/2″；3/16″综合料视粒径配合转速决定比重)并视粒料之干比重。为当今一般建筑物极佳地使用材料。
比重1.5～1.8之石粒：
转窑转速设马达300转，差速器150转，料桶转速为2转，后温控500℃、中温控650℃、主温控设1115℃、前温控587℃，结果轻质石、砂达到四到六分熟其比重为1.5～1.8(粒径为1/2″-3/16″综合料视粒径配合转速决定比重，并视粒料之干比重)。为当今工程用之上好材料。
以上制程所产生之石粒，分别适用于下列之应用：
(1)比重1.5～1.8适合水坝、卫生下水道、弓堡等，超高强度工程(450Kg/C以上)。
(2)比重1.2～1.5适合一般建大楼工程(350kg/c以上)。
(3)比重1.2～0.4以下适合非结构建筑用(轻质骨材隔间墙)，其中比重1.0以下者可浮于水面上。