JP2000505776A - スルフェートセメント又はスルフェートセメント結合体の製造プロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、スルフェートセメント又はスルフェートセメント結合体の製造方法に関するものであり、１．３５〜１．６のスラグ塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を有する水硬性の活性合成スラグ（例えば、溶融状態で金属酸化物を還元した鋼スラグと混合した焼却炉スラグ及び／又は高炉スラグ）と、１０〜２０重量％のＡｌ₂Ｏ₃成分及び２．５重量％未満の鉄酸化物成分に、全混合物の重量を基準に５〜２０重量％のアルカリ土類スルフェート（例えば、粗石膏、排ガス石膏、煙ガス脱硫プラント石膏、粉砕又は微粉砕形態の石膏又は無水石膏）を混合する。

Description

【発明の詳細な説明】 スルフェートセメント又はスルフェートセメント結合体の製造プロセス 本発明は、スルフェートセメント又はスルフェートセメント結合体の製造プロ セスに関する。 既に、今世紀の初頭には、粒状の高炉スラグは、石灰又はポルトランドセメン トのみによって水硬化が促進されるのではなく、こうしたスラグは、約１０〜１ ５重量％の量の石膏と混合されたときも硬化可能なことが見出されていた。こう した発見にもかかわらず、これらの発見の技術的応用は限られてきた。石膏は、 スルフェートの代表的なものであるが、実際問題として、石膏の発泡(blowing) を引き起こす恐れがある。反応生成物が結晶水に富むことによる石膏発泡の場合 に局所的に必要な空間は、爆発的な作用を生じさせることがある。このことは、 とりわけ、公知のスルフェートスラグセメントのように、石灰キャリヤーとして のポルトランドセメントクリンカーの混合のみによって初期硬化が誘発され得る 場合にあてはまる。公知のスルフェートスラグセメントにおいて、高炉スラグは 、粗石膏の形態の１５重量％の硫酸カルシウムと一緒に粉砕され、約２重量％の ポルトランドセメントが添加される。硬化の第１段階における石灰水和物の存在 は、それが存在しなければ、いずれにせよスルフェート系硬化が生じる前に先に 緻密なゲル層が生成することから、必要であることが分っていた。 ここで、ポルトランドセメントの場合、スルフェートスラグセメントの硬化メ カニズムは、水和プロセスのアルカリ励起に比較してはならないことに注意する ことが重要である。スラグセメントにお いては、石灰水和物の存在は、水和を引き起こすのに十分であるのに対し、公知 のスルフェートスラグセメントの場合、真の反応が生じなければならず、その過 程で、石膏は、カルシウムスルホアルミネートに転化される。必要な硬化を生じ させるのはそのスルホアルミネートのみであるが、ここで、石膏発泡が完全に回 避されなければならないことは、公知のスラグセメントについては少なくとも４ ０００〜６０００ｃｍ²／ｇの高度な粉砕細度を得ることの要件をもたらした。 さらに、大半の高炉スラグは、スルフェートスラグセメントの製造に適さないこ とが分った。このことは、通常の高炉スラグが多くなると、一般に、割合に低い アルミナ含有率を有し、この結果、スルホアルミネートの所望の生成が全く実現 しないか又は不十分な程度に止り、石膏発泡の恐れが再び惹起するためである。 さらに、石膏の高含有率が必要とされ、このことは、一般に、高炉スラグには見 られないことが多い。以上説明した理由により、スルフェートスラグセメントは 、構造用途においては重要性を獲得していない。 本発明は、冒頭に記したプロセスを提供することを目的とするものであり、本 方法によれば、良好なスルフェートを提供し、耐海水性を示し、例えば、石膏発 泡の恐れが完全に回避されて内孔(borehole）セメントとして使用可能なセメン ト又はセメント結合体を得ることが可能である。この課題を達成するため、本発 明によるプロセスは、１．３５〜１．６のスラグ塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を有す る水硬活性合成スラグ（例えば、溶融状態で金属酸化物を還元した鋼スラグと混 合した焼却炉スラグ及び／又は高炉スラグ）と、１０〜２０重量％のＡｌ₂Ｏ₃成 分及び２．５重量％未満の鉄酸化物成分に、全混合物の重量を基準に５〜２０重 量％のアルカリ土類スルフェート（例えば、粗石膏、排ガス石膏、煙ガス脱硫プ ラント石膏 、粉砕又は微粉砕形態の石膏又は無水石膏）を混合することから本質的になる。 自然発生的に生じるスラグ（一般に、必要な要件を全く満たさない）に代えて水 硬性の活性合成スラグを使用することにより、石膏発泡を完全に解消する前提条 件を提供することができ、その高められた海水耐久性や高められたスルフェート 耐久性に優れるセメント又はセメント結合体を提供することができる。合成スラ グを使用することにより、スラグの合成において予め１．３５〜１．６のスラグ 塩基度に調節することができ（一般に、高炉スラグでは得られない）、例えば、 これは、焼却炉スラグに鋼スラグを混合し、そのスラグに含まれる金属酸化物を 還元することによって可能である。選択された出発スラグが提供されなければ、 溶融物中のＡｌ₂Ｏ₃含有率は、１０〜２０重量％の所定値に調節され得るが、こ こで、以降で不都合な二次作用を発現させないためには、重金属の含有率のみな らず鉄酸化物の含有率を２．５重量％未満に下げる必要がある。こうした高度に 純化された合成スラグを使用することにより、多くの取り扱いが難しい物質の例 えば、煙ガス脱硫プラント石膏、粗石膏、排ガス石膏、さらに無水石膏が、アル カリ土類スルフェートキャリヤーとして使用されることができる。その場合、ス ラグは、既知のスルフェートスラグセメントの場合よりも実質的に小さい粉砕細 度まで粉砕される必要があるが、従来のように、良好で均一で十分な混合を確保 するためにスラグと石膏を一緒に粉砕する必要はない。粗石膏と金属系スラグの 混合（スルフェートスラグセメントの製造では普通）は、粉砕に関する多くの問 題を伴う。こうした混合物中の石膏は、塗りつけられ易く、所望の粉砕細度が容 易には得られないといった傾向にある。石膏の均一な分布について要求される高 度な細度は、スルフェートスラグセメントに必要とされるものと同様であり、こ のため、大きな困難性を伴うことによ ってのみ得ることができる。これに対して、本発明による合成スラグを選択した 場合、かなり小さい粉砕細度までそのスラグを粉砕し、従って以降でもかなり小 さい粉砕細度で石膏を添加し、それにもかかわらず、混合物の所望の均一性が得 られるのである。 本発明によると、２８００〜３５００ｇｍ²／ｇの合成スラグの粉砕細度が選 択されることが有利であり、このような粉砕細度は、公知のスルフェートスラグ セメントについて必要な粉砕細度よりも顕著に程度が低い。 以降で所望のスルホアルミネート反応が生じることを確保するために、Ａｌ₂ Ｏ₃含有率が１２〜１８重量％に調節されることが有利である。 有利には、ＣａＳＯ₄が８〜１５重量％の量で使用され、スラグ塩基度が１． ４５より高く、好ましくは約１．５であるように選択されることで、迅速な硬化 が保証される。 Ａｌ₂Ｏ₃含有率は、特に簡単な仕方において、クレーやアルミナの添加によっ て調節することができ、こうした調節は、液体のスラグ相で行うことができる。 通常、約１６重量％のＳｉＯ₂、５０重量％のＣａＯ、１重量％のＡｌ₂Ｏ₃が 鋼スラグの中に含まれる。このため、こうした鋼スラグは、殆どは酸性スラグと みなされる例えば焼却炉スラグのような別なスラグの塩基度を調節するための石 灰キャリヤーとして採用されることができる。高炉スラグは、一般に、酸性スラ グとみなされる傾向にあり、１．１又は１．２より高いスラグ塩基度で得られる のは殆ど稀である。高炉スラグセメントは、通常、約３７重量％の量のＳｉＯ₂ と約３２重量％の量のＣａＯを含む。ここで、こうした高炉スラグの中には、一 般に、Ａｌ₂Ｏ₃が約１３重量％の量で含まれ、このため、液体状態の鋼スラグと 高炉スラグの混合物は 、Ａｌ₂Ｏ₃成分の塩基度を適切に調節して且つ例えば金属浴を用いて鋼スラグの 過剰なクロムと鉄成分を還元した後、以降で処理してスルフェートセメントにす ることができる合成スラグとして適する。適当な組成物中の合成スラグとしてス ルフェートセメントの製造に使用可能とする目的で、中に含まれる金属酸化物の ために金属浴の上で適当な還元によって予め純化されなければならないと思われ る排棄物焼却プラントやゴミ焼却プラントを使用するために、スラグやダストに ついても同じことがあてはまる。また、排棄物焼却スラグは、一般に、酸性スラ グと考えられ、こうしたスラグは、一般に、１０〜２５重量％のＡｌ₂Ｏ₃含有率 と０．５未満の塩基度を特徴とする。このため、こうしたスラグは、ＣａＯより もかなり高い割合のＳｉＯ₂を含み、そのようなものとして、塩基度の適切な調 節と金属酸化物の適切な還元なしには出発物質として適さないと考えられている 。また、その場合、１．３５〜１．６の所望の塩基度の値を保障するため、求め られる水硬活性合成スラグに適切なスラグ混合物は、液体相の中で調節される必 要があり、ここで、これらの塩基度のみが、石炭水和物及び／又はポルトランド セメントを使用した一次水和なしにスルホアルミネート反応が可能になることを 確保することができ、それ以外ではゲル層の生成がその反応を阻害するからであ る。 比較のため、スルフェートスラグセメントを製造し、本発明によって製造した セメントと比較した。その比較から、本発明によるセメントの圧縮強度の発現は 、高い最終強度と３日後におけるわずかに低い強度を特徴とした。２８日後に、 スルフェートスラグセメントでは７６Ｎ／ｍｍ²の圧縮強度が得られたのに対し 、本発明のセメントは８２Ｎ／ｍｍ²の値を示した。曲げ強度は、本発明による セメントは、公知のスルフェートスラグセメントの約２倍高かった 。スルフェートスラグセメントは、７Ｎ／ｍｍ²の曲げ強度に達したのに対し、 本発明によるセメントでは１４Ｎ／ｍｍ²の値が得られた。 これらの比較テストの際、本発明によるセメントは、収縮がかなり少ないこと が明らかであると観察された。クラックの生成は、スラグセメントと通常の高炉 スラグの混合セメントについて観察されたが、本発明によるセメントにおいては 、収縮のかなり低い性向のため、クラックの生成は大きく解消され又は事実上観 察されなかった。 粉砕細度は、分析の過程の中で、ＡＳＴＭ標準法のＣ２０４−５５に準じてブ ライン（Ｂｌａｉｎｅ）の後で測定した。比較テストで使用したスルフェートス ラグセメントは、かなりコスト高で微細に粉砕し、５０００ｃｍ²／ｇの粉砕細 度で使用したのに対し、比較テストで使用した本発明によるセメントは、３００ ０ｃｍ²／ｇの粉砕細度まで粉砕したに過ぎなかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 14:30） (Ｃ０４Ｂ 28/08 22:14 14:30）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１．３５〜１．６のスラグ塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を有する水硬性の活性 合成スラグ（例えば、溶融状態で金属酸化物を還元した鋼スラグと混合した焼却 炉スラグ及び／又は高炉スラグ）と、１０〜２０重量％のＡｌ₂Ｏ₃成分及び２． ５重量％未満の鉄酸化物成分に、全混合物の重量を基準に５〜２０重量％のアル カリ土類スルフェート（例えば、粗石膏、排ガス石膏、煙ガス脱硫プラント石膏 、粉砕又は微粉砕形態の石膏又は無水石膏）を混合することを特徴とする、スル フェートセメント又はスルフェートセメント結合体の製造方法。 ２．２８００〜３５００ｇｍ²／ｇの合成スラグの粉砕細度が選択される請求 項１に記載の方法。 ３．Ａｌ₂Ｏ₃成分が１２〜１８重量％に調節される請求項１又は２に記載の方 法。 ４．ＣａＳＯ₄が８〜１５重量％の量で使用される請求項１、２又は３に記載 の方法。 ５．スラグ塩基度が１．４５よりも高く、好ましくは約１．５に選択される請 求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６．Ａｌ₂Ｏ₃成分がクレー又はアルミナの添加によって調節される請求項１〜 ５のいずれか１項に記載の方法。