JP2001180992A - 環境負荷低減型セメントクリンカー組成物 - Google Patents

環境負荷低減型セメントクリンカー組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、無機廃棄物、副産物を
原料の一部に使用して製造されたにも関わらず、焼成特
性が改善され、且つ、優れた強度発現性を示す環境負荷
低減型の高機能セメントを与えるクリンカー組成物の提
供を目的とする。 【解決手段】 廃棄物、副産物を原料の一部とし
て製造され、10重量部以上30重量部未満の3CaO
・3Al23・CaSO4、30重量部以上60重量部
以下の2CaO・SiO2、4重量部以上15重量部未
満の4CaO・Al23・Fe23、0.2重量部以上
2重量部未満の遊離CaOを含み、且つ、 式45×(3CaO・3Al23・CaSO4量)+
1.1×(4CaO・Al23・Fe23量) で計算される値以上の量のCaSO4を含むことを特徴
とする、環境負荷低減型セメントクリンカー組成物に関
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートある
いは固化材の製造に使用されるセメントの成分として、
製造時の環境負荷の小さい高機能セメントクリンカー組
成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地球環境問題の深刻化に伴い、地球温暖
化物質の一つとされる炭酸ガスの抑制と共に、廃棄物、
副産物の有効利用が大きな課題となってきている。セメ
ントクリンカー製造に廃棄物、副産物を利用すること
は、これらの問題解決に効果的な方法であるが、無機廃
棄物、副産物は、一般的に、ポルトランドセメントクリ
ンカーに比してAlが多いため、廃棄物、副産物の使用
量は限られたものとなる。また、大量に発生する廃棄
物、副産物には、Al23含有量が30重量部以下であ
り且つ、Al23/SiO2のモル比が0.7以下のも
のが多いが、この様な廃棄物、副産物はアルミネート量
が十分でないため、高アルミネートセメントの製造には
用いることが出来ない。これに対して、早強性あるいは
膨張性を示し高機能セメントとして知られている、アウ
イン−ビーライト系セメントは、ポルトランドセメント
クリンカーに比してAlの含有量が多いものの、高アル
ミネートセメントに比べてアルミネート量が少ないこと
から、Al23量が30重量%以下で且つAl23/S
iO2のモル比が0.7以下の廃棄物、副産物を多量に
使用することが出来る。更には、石こう系の廃棄物、副
産物もポルトランドセメント製造に比較して多量に使用
出来る。アウイン−ビーライト系セメントのこの様な可
能性については既に、Methaによって報告されてい
るものであるが、そこで提唱されているセメントは、強
度発現性を高めるために4CaO・Al23・Fe23
量を多くしているが、4CaO・Al23・Fe23
が多くなると、膨張する問題が在る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無機廃棄
物、副産物を原料の一部に使用して製造されたにも関わ
らず、焼成特性が改善され、且つ、優れた強度発現性を
示す環境負荷低減型の高機能セメントを与えるクリンカ
ー組成物の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、クリンカ
ー中に遊離石灰を少量残存させることにより焼成温度が
低下すること、また、4CaO・Al23・Fe23
を調整すると共に石こうの添加量を適正化することによ
り、膨張が抑制され且つ優れた強度発現性を示す、前記
課題の解決された環境負荷低減型高機能セメントが得ら
れることを見出し、本発明を完成した。すなわち本発明
は、Al23量が30重量%以下で且つAl23/Si
2モル比が0.7以下の廃棄物、副産物を原料の一部
として製造され、10重量部以上30重量部未満の3C
aO・3Al23・CaSO4、30重量部以上60重
量部以下の2CaO・SiO2、4重量部以上15重量
部未満の4CaO・Al23・Fe23、0.2重量部
以上2重量部未満の遊離CaOを含み、且つ、式 0.45×(3CaO・3Al23・CaSO4量)+
1.1×(4CaO・Al23・Fe23量) で計算される値以上の量のCaSO4を含むことを特徴
とする、環境負荷低減型セメントクリンカー組成物に関
する。以下に、本発明を詳細に説明する。
【0005】
【発明の実施の形態】セメントクリンカーの製造に当た
り廃棄物、副産物を用いることにより、原料の一つであ
る石灰石の使用量が減少し、石灰石の分解によって生じ
る炭酸ガスの量が減少する。また、石灰石の分解に要す
る熱量も減少するため、燃料の使用量も低減できる。更
に、廃棄物、副産物は、石灰石や珪石等の天然鉱物より
反応性が高いため、低い焼成温度で所定の生成物が得ら
れ、この点からも、燃料消費量が低減される。燃料使用
量の低減は、炭酸ガス発生量の低減に繋がるのである。
【0006】ビーライト−アウイン系セメントは、ビー
ライト(2CaO・SiO2)、アウイン(3CaO・
3Al23・CaSO4)、フェライト(4CaO・A
2 3・Fe23)、無水石こう(CaSO4)、遊離
石灰(CaO)から成る。廃棄物、副産物は一般にSi
2とAl23を含有することから、ビーライト、アウ
インおよびフェライト量が多いセメント種程、その製造
に当たってより多量の廃棄物、副産物の使用が可能であ
り、廃棄物、副産物の有効利用、CO2発生量的には好
ましいが、一部成分については適量を超えると、硬化体
において特性的に悪い影響が発現するようになることか
ら、当該成分の含有量には制限が加わることに成る。
【0007】例えば、ビーライト量については、60重
量部を超えると、材齢28日までの強度発現性が低下す
る。フェライトについては15重量部以上になると、固
化に際して過度の膨張が生じ、硬化体が崩壊する。ま
た、遊離石灰については、0.2重量部以上の含有で、
目的とするクリンカーを得るのに必要な焼成温度の低下
を可能にするが、2重量部以上になると、長期強度の低
下という好ましくない効果が発現することになる。
【0008】一方、アウインは、初期強度を向上させ、
膨張性の付与に有効な成分であるが、その存在量を大と
するためには、Al23量が大きい必要がある。大量に
発生する廃棄物、副産物では、Al23量が30重量%
以下で且つAl23/SiO2のモル比が0.7以下で
ある、すなわちAl23量が低いことが多いが、この場
合にはアウインの生成量は限られることになる。
【0009】また、本発明者等は、石こう量は強度発現
性に影響し、石こう量が式 0.45×(3CaO・3Al23・CaSO4量)+
1.1×(4CaO・Al23・Fe23量) から計算される量より多いと高強度を示すものが得られ
ることも見出した。
【0010】本発明において、原料として使用可能な廃
棄物、副産物としては、電気炉スラグ等の製鋼スラグ、
微粉炭灰や流動床灰等の石炭灰、製紙スラッジ、上水ケ
ーキ、ゴミ焼却灰、下水汚泥、コンクリート廃材等を挙
げることが出来る。Al23量の多い廃アルミナも、勿
論、使用することができる。
【0011】本発明のクリンカー組成物は、石こう及び
その他必要成分を添加・混合した後、粉砕処理を加えて
セメントとすることが出来る。以下では、具体例を示
し、本発明を更に詳しく説明する。
【0012】
【実施例】実施例1,2、比較例1〜4及び参考例1 表1に使用原料の化学組成を示す。鉄精鉱、高炉スラ
グ、石炭灰および石こうは、Al23量が30重量部以
下であり且つ、Al23/SiO2モル比が0.7以下
であることが分かる。ここに示した原料を適宜配合した
後焼成して、クリンカー組成物を調製する。
【0013】
【表1】
【0014】表2にクリンカー組成と、それを製造する
ための原料配合割合を示す。クリンカーの製造に当たっ
ては、ここに示された原料の所定量を振動ミルで粉砕
後、造粒した。造粒物は1250℃で焼成した後、急冷
してクリンカーとした。得られたクリンカーは、振動ミ
ルでブレーン比表面積4000cm2/gに粉砕しセメ
ントとした。尚、表2において、普通クリンカーを使用
したセメントを参考例1として示した。
【0015】
【表2】
【0016】得られたセメントに水を加えてペーストと
し、1×1×6cmの型枠に流し込み、1日湿空養生
後、脱型して所定の材齢まで20℃で水中養生し、養生
後物について、万能試験機を用いて圧縮強度を測定し
た。表3に、強度試験の結果を示す。
【0017】
【表3】
【0018】表2に示される様、ビーライト、アウイ
ン、フェライト組成のクリンカーは、廃棄物、副産物の
使用量が多く、石灰石の使用量が少ないため、石灰石起
源の炭酸ガスの発生量に関する限り、実施例又は比較例
を問わず、参考例として示した普通クリンカー製造の場
合の50%以下となる。
【0019】表3に示されるように、遊離石灰を含まな
い場合(比較例1)では、長期強度の高いセメントが得
られていないが、これは採用した1250℃の温度が焼
成には不十分であることが理由として考えられ、焼成温
度降下によるCO2発生量の低減には、遊離石灰の存在
が必要なことを示すものである。また、石こう量が、前
記式で計算される目的とする値より少ない組成(比較例
3)も、長期強度の低いセメントしか与えない。更に、
フェライト相量15重量部(比較例2)および遊離石灰
量7.1重量部(比較例4)においては膨張破壊が生じ
ており、これらは何れも好ましい組成と言えるものでは
ない。それに対し、各成分が本発明の範囲に含まれる組
成物(実施例1,2)は、製造時のCO2発生量の低減
が可能なのは勿論のこと、特性的にも優れたセメントを
与えることが分かる。
【0020】
【発明の効果】本発明のセメントクリンカー組成物は、
廃棄物、副産物を原料の一部として使用するにも拘わら
ず、特性的に優れたセメントの提供を可能にした。本発
明のセメントクリンカー組成物は、廃棄物、副産物の再
利用が可能になると共に、製造時におけるCO2発生量
が低減されることから、環境への負荷が低減されたもの
となっている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 秀明 山口県宇部市大字小串字沖の山1−6 株 式会社宇部三菱セメント研究所宇部センタ ー内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al23量が30重量%以下で且つAl2
    3/SiO2モル比が0.7以下の廃棄物、副産物を原
    料の一部として製造され、10重量部以上30重量部未
    満の3CaO・3Al23・CaSO4、30重量部以
    上60重量部以下の2CaO・SiO2、4重量部以上
    15重量部未満の4CaO・Al23・Fe23、0.
    2重量部以上2重量部未満の遊離CaOを含み、且つ、
    式 0.45×(3CaO・3Al23・CaSO4量)+
    1.1×(4CaO・Al23・Fe23量) で計算される値以上の量のCaSO4を含むことを特徴
    とする、環境負荷低減型セメントクリンカー組成物。
  2. 【請求項2】廃棄物、副産物に含まれる原料として、鉄
    鋼スラグ、石炭灰、製紙スラッジおよび上水ケーキから
    選ばれる1種または2種以上を使用して製造された、請
    求項1に記載の環境負荷低減型セメントクリンカー組成
    物。
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