JP2002145651A

JP2002145651A - セメント組成物

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Publication number: JP2002145651A
Application number: JP2000333749A
Authority: JP
Inventors: Chu Hirao; 宙平尾; Shigeru Yokoyama; 滋横山
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP4498584B2

Abstract

(57)【要約】【課題】廃棄物を原料として製造された水硬性組成物
の強度発現性を改善したセメント組成物を提供する。【解決手段】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種
以上を原料として製造された水硬性組成物および強度増
進剤を含むセメント組成物。特に、水硬性組成物が、Ｃ
₂ＳまたはＣ₃Ｓの１種または２種と、Ｃ₃Ａを１０〜２
５重量％、Ｃ₄ＡＦを１０〜２０重量％かつＣ₃ＡとＣ₄
ＡＦの合計量が２０〜３５重量％、塩素を０．１重量％
未満、および石膏を１．５〜６重量％（ＳＯ₃換算）含
有するものであり、強度増進剤がアルカノールアミンで
あるセメント組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミ焼却灰や
下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として製造してなる水
硬性組成物と強度増進剤を含むセメント組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】わが国では、経済成長、人口の都市部へ
の集中化に伴い、産業・生活廃棄物が急増している。従
来から、かかる廃棄物の大半は、焼却によって十分の一
程度に減容後、埋め立て処分されている。しかし、最近
では埋め立て処分場の残余容量が逼迫していることか
ら、新しい廃棄物処理方法の確立が緊急課題となってい
る。その方法の一つとして、本出願人は、都市ゴミ焼却
灰等を原料としてセメントを製造する方法を提案した
（特開平７−１６５４４６号公報等）。しかし、この方
法により製造されたセメントは、焼却灰等から主に由来
する塩素（Ｃｌ）を０．８〜１．２重量％程度含有する
ため、鉄筋コンクリートに使用すると鉄筋の腐食が懸念
され、セメント板、無筋ブロック等の無筋の建設資材分
野で利用されるに過ぎなかった。

【０００３】しかし、日々、多量に発生する廃棄物を使
用して製造されるセメントの需給バランスを考慮する
と、かかるセメントは多量に消費できるものでなければ
ならず、セメントの使用量の大きな鉄筋コンクリート分
野にも適用可能なセメントであることが望ましい。

【０００４】そのため、本出願人は、さらに特願平１１
−９０２７１号において都市ゴミ焼却灰等を原料として
製造され、かつ塩素含有量の少ないセメントを提案し
た。しかし、このセメントはＣ₃ＳおよびＣ₂Ｓ量が少な
いために、初期強度発現が遅く、全体的な強度もやや低
いという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物を原
料として製造された水硬性組成物の強度発現性を改善し
たセメント組成物の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究した結果、廃棄物を原料として製
造された水硬性組成物に特定の添加剤を添加することに
よって、当該水硬性組成物の他の物性に悪影響を及ぼす
ことなく、強度発現性を改善したセメント組成物を提供
できることを見いだし本発明を完成した。

【０００７】即ち、本発明は以下の態様からなるセメン
ト組成物である。都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種以上を原料と
して製造された水硬性組成物および強度増進剤を含むセ
メント組成物。水硬性組成物が、Ｃ₂ＳまたはＣ₃Ｓの１種または２種
と、Ｃ₃Ａを１０〜２５重量％、Ｃ₄ＡＦを１０〜２０重
量％かつＣ₃ＡとＣ₄ＡＦの合計量が２０〜３５重量％、
塩素を０．１重量％未満、および石膏を１．５〜６重量
％（ＳＯ₃換算）含有するものであり、強度増進剤がア
ルカノールアミンであることを特徴とする上記に記載
のセメント組成物。石膏として、二水石膏、半水石膏または無水石膏の１
種または２種以上を含有する上記に記載のセメント組
成物。強度増進剤がアルカノールアミンおよび下記の一般式
（１）Ｒ¹Ｏ−（ＡＯ¹）_a−（ＥＯ）_b−（ＡＯ²）_c−Ｒ² （１）（式中、Ｒ¹は炭化水素基又はアシル基を表わし、Ｒ²は
水素原子、炭化水素基又はアシル基を表わし、ＡＯ¹及
びＡＯ²は炭素数３以上のオキシアルキレン基を表わ
し、ＥＯはオキシエチレン基を表わし、ａ、ｂ及びｃは
１以上の数を表わす。）で表わされるポリオキシアルキ
レンブロック共重合体系消泡剤を含むことを特徴とする
上記、またはに記載のセメント組成物。アルカ
ノールアミンが、トリイソプロパノールアミンまたはト
リエタノールアミンの１種または２種である上記また
はに記載のセメント組成物。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る水硬性組成物を構成
する焼成物（クリンカ）の原料は、都市ゴミ焼却灰およ
び／または下水汚泥焼却灰等の焼却灰と、必要に応じ
て、下水汚泥に生石灰を添加した下水汚泥乾粉、貝殻等
の生活・産業廃棄物を１０重量％以上含有し、更に、石
灰石粉、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等の
普通ポルトランドセメントの製造に使われている原料を
適量混合して調整したものである。

【０００９】更に、かかる廃棄物から主に由来する塩素
およびナトリウム、カリウム等のアルカリを、焼成工程
で蒸気圧の低いアルカリ塩化物に変換して揮発させて除
去するため、焼成物の原料調整において、アルカリ塩化
物を生成するのに十分な量のアルカリ源または塩素源を
添加する。即ち、アルカリ量に比べ塩素量が過剰な原料
に対してはアルカリ源を添加し、一方、塩素量に比べア
ルカリ量が過剰な場合は塩素源を添加する。具体的に
は、焼成工程でのアルカリの損失を考慮して、焼成物中
のアルカリ量が１〜２重量％、好ましくは１〜１．５重
量％になるように、原料にアルカリ源または塩素源を添
加して調整すると、焼成物中の塩素量は０．１重量％未
満になる。ここでアルカリ量とは、ナトリウムはＮａ₂
Ｏに換算し、カリウムはＫ₂Ｏに換算した場合の、両者
の合計重量％をいう。焼成物中のアルカリ量が１重量％
未満では、塩素が揮発せずに残る場合があり、かかる残
存塩素によりカルシウムクロロアルミネートが生成・混
在し、できた焼成物の凝結性状が変動しやすくなる。ま
た、焼成物中のアルカリ量が２重量％を超えると、これ
をコンクリートに使用した場合、アルカリ骨材反応等に
よりコンクリートの耐久性が低下する恐れがある。

【００１０】本発明で使用できるアルカリ源として、例
えば、炭酸ナトリウムまたはアルカリ含有廃棄物が使用
でき、また、塩素源としては、例えば、塩化カルシウム
または塩化ビニル樹脂等の塩素含有廃棄物が使用でき
る。かかる成分調整した原料を１２００〜１４５０℃で
焼成するのが好ましい。焼成温度が１２００℃未満で
は、できた焼成物の水和活性が低くなる他、アルカリ塩
化物の揮発が十分でなく、アルカリまたは塩素が残存す
る場合がある。一方、焼成温度が１４５０℃を超える
と、キルン内に溶融物が付着し安定操業ができなくな
る。

【００１１】水硬性組成物は、Ｃ₂ＳまたはＣ₃Ｓの１種
または２種と、Ｃ₃Ａを１０〜２５重量％、Ｃ₄ＡＦを１
０〜２０重量％かつＣ₃ＡとＣ₄ＡＦの合計量が２０〜３
５重量％、塩素を０．１重量％未満、および石膏を１．
５〜６重量％（ＳＯ₃換算）含有するものが好ましい。
Ｃ₂ＳおよびＣ₃Ｓは水硬性組成物の中長期の強度発現に
寄与し、Ｃ₃ＡおよびＣ₄ＡＦは初期の強度発現に寄与
し、石膏は水硬性組成物の凝結調整機能を担う。

【００１２】水硬性組成物中のアルミニウム源は焼却灰
等の廃棄物から主に由来するため、Ｃ₃ＡまたはＣ₄ＡＦ
が１０重量％未満では、原料中の廃棄物の使用量が少な
くなり廃棄物の有効利用や再資源化の観点から好ましく
なく、Ｃ₃ＡとＣ₄ＡＦの合計量が３５重量％を超える
と、水硬性組成物の硬化体に膨張によるひび割れが生じ
る場合がある。

【００１３】また、石膏は二水石膏、半水石膏または無
水石膏の１種または２種以上が使用できる。石膏の配合
量はＳＯ₃換算で１．５重量％未満では、水硬性組成物
を水と混練した際に凝結異常を起こす場合があり、６重
量％を超えると水硬性組成物の硬化体が長期にわたって
膨張し、耐久性および寸法安定性が低下する場合があ
る。

【００１４】本発明に係るセメント組成物の製造方法と
して、例えば、焼成物を単独で粉砕した後に石膏および
強度増進剤を混合するか、焼成物を石膏と共に粉砕した
後に強度増進剤を混合するか、または、焼成物、石膏お
よび強度増進剤を混合した後に同時に粉砕する態様を挙
げることができる。セメント組成物の粉末度は、ブレー
ン比表面積で３５００〜６０００ｃｍ²／ｇが好まし
い。ブレーン比表面積が３５００ｃｍ²／ｇ未満では、
水硬性が十分ではなく、短期および長期の強度発現性が
低くなる傾向になる。また、６０００ｃｍ²／ｇを超え
ると流動性が低下するのみならず、長期の強度発現性の
更なる向上は少ない。

【００１５】強度増進剤は、例えば、モノエタノールア
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モ
ノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミ
ン、トリイソプロパノールアミン、メチルエタノールア
ミン、メチルイソプロパノールアミン、メチルジエタノ
ールアミン、メチルジイソプロパノールアミン等のアル
カノールアミンが挙げられるが、好ましくはトリイソプ
ロパノールアミンまたはトリエタノールアミンの１種ま
たは２種を挙げることができる。

【００１６】また、強度増進剤の使用量は、セメント１
００重量部に対し、アルカノールアミンとして０．００
１重量部以上が好ましく、０．００１〜０．５重量部が
より好ましい。使用量があまりにも少ないと、強度増進
効果が十分では無く、あまりにも多いと使用量に見合っ
ただけの効果が無く技術的に意味が無いからである。
尚、強度増進剤は、セメント組成物を用いてコンクリー
ト等を混練する際に、その混練水に溶解して使用するこ
ともできる。

【００１７】セメント組成物の混練時に混練物中の空気
量が過大になる場合は、強度増進剤に消泡剤を含めると
よい。当該消泡剤としては、一般式（１）Ｒ¹Ｏ−（ＡＯ¹）_a−（ＥＯ）_b−（ＡＯ²）_c−Ｒ² （１）（式中、Ｒ¹は炭化水素基又はアシル基を表わし、Ｒ²は
水素原子、炭化水素基またはアシル基を表わし、ＡＯ¹
およびＡＯ²は炭素数３以上のオキシアルキレン基を表
わし、ＥＯはオキシエチレン基を表わし、ａ、ｂ及びｃ
は１以上の数を表わす。）で表わされるポリオキシアル
キレンブロック共重合体系消泡剤が好ましい。一般式
（１）において、Ｒ¹は炭化水素基またはアシル基を表
わし、Ｒ²は水素原子、炭化水素基またはアシル基を表
わす。

【００１８】炭化水素基としては例えば、アルキル基、
アルケニル基、アルキルアリール基、シクロアルキル
基、シクロアルケニル基等が挙げられる。アルキル基と
しては例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピ
ル、ブチル、イソブチル、２級ブチル、ターシャリブチ
ル、ペンチル、イソペンチル、２級ペンチル、ネオペン
チル、ターシャリペンチル、ヘキシル、２級ヘキシル、
ヘプチル、２級ヘプチル、オクチル、２−エチルヘキシ
ル、２級オクチル、ノニル、２級ノニル、デシル、２級
デシル、ウンデシル、２級ウンデシル、ドデシル、２級
ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、２級トリデシ
ル、テトラデシル、２級テトラデシル、ヘキサデシル、
２級ヘキサデシル、ステアリル、イコシル、ドコシル、
テトラコシル、トリアコンチル、２−ブチルオクチル、
２−ブチルデシル、２−ヘキシルオクチル、２−ヘキシ
ルデシル、２−オクチルデシル、２−ヘキシルドデシ
ル、２−オクチルドデシル、２−デシルテトラデシル、
２−ドデシルヘキサデシル、２−ヘキサデシルオクタデ
シル、２−テトラデシルオクタデシル、モノメチル分枝
−イソステアリル等が挙げられる。

【００１９】アルケニル基としては例えば、ビニル、ア
リル、プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、イソブ
テニル、ペンテニル、イソペンテニル、ヘキセニル、ヘ
プテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセ
ニル、ドデセニル、テトラデセニル、オレイル等が挙げ
られる。

【００２０】アルキルアリール基としては例えば、フェ
ニル、トルイル、キシリル、クメニル、メシチル、ベン
ジル、フェネチル、スチリル、シンナミル、ベンズヒド
リル、トリチル、エチルフェニル、プロピルフェニル、
ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニ
ル、ヘプチルフェニル、オクチルフェニル、ノニルフェ
ニル、デシルフェニル、ウンデシルフェニル、ドデシル
フェニル、α−ナフチル、β−ナフチル基等が挙げられ
る。

【００２１】シクロアルキル基、シクロアルケニル基と
しては例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シク
ロヘプチル、メチルシクロペンチル、メチルシクロヘキ
シル、メチルシクロヘプチル、シクロペンテニル、シク
ロヘキセニル、シクロヘプテニル、メチルシクロペンテ
ニル、メチルシクロヘキセニル、メチルシクロヘプテニ
ル基等が挙げられる。

【００２２】アシル基としては例えば、アセチル、プロ
ピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、イソバ
レリル、ピバリル、ラウロイル、ミリストイル、パルミ
トイル、ステアロイル、アクリロイル、プロピオロイ
ル、メタクロイル、クロトノイル、オレイロイル、ベン
ゾイル、フタロイル、スクシニル等が挙げられる。これ
らの中でも、優れた消泡性を発揮させるためには、Ｒ¹
は炭素数８〜３６のアルキル基、アルケニル基またはア
シル基が好ましい。Ｒ²は水素原子が好ましい。

【００２３】また、一般式（１）において、ＡＯ¹及び
ＡＯ²は炭素数３以上のオキシアルキレン基を表わす。
炭素数３以上のオキシアルキレン基としては、例えば、
オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシへキシ
レン基、オキシオクチレン基、オキシスチレン基等が挙
げられる。なかでも、オキシプロピレン基またはオキシ
ブチレン基が好ましい。ＥＯはオキシエチレン基を表わ
す。一般式（１）における（ＡＯ¹）_a−（ＥＯ）_b−
（ＡＯ²）_cの部分は、炭素数３以上のアルキレンオキサ
イドおよびエチレンオキサイドのブロック重合で構成さ
れる。

【００２４】重合度ａ、ｂおよびｃは１以上の数を表わ
す。なかでも、優れた消泡性および分散性を発揮させる
ためには、ａは１〜３００の範囲が好ましく、５〜１０
０の範囲が更に好ましい。同様に、ｂは１〜１００の範
囲が好ましく、１〜５０の範囲がより好ましく、２〜３
０の範囲が最も好ましい。ｃは１〜３００の範囲が好ま
しく、１〜１００の範囲がより好ましく、１〜５０の範
囲が最も好ましい。

【００２５】また、一般式（１）で表わされる化合物中
にオキシエチレン基が占める割合は、好ましくは３０重
量％以下、より好ましくは２０重量％以下である。ま
た、一般式（１）で表される化合物の分子量は５００〜
２０，０００の範囲が好ましく、１，０００〜５，００
０の範囲が最も好ましい。

【００２６】一般式（１）で表わされるポリオキシアル
キレンブロック共重合体系消泡剤は、ポリエチレングリ
コール鎖を中心として、その両端にポリプロピレングリ
コール鎖等のポリアルキレングリコール鎖が結合した構
造を特徴とし、ＡＥ剤やＡＥ減水剤等の空気連行性に影
響を与えることなく、トリイソプロパノールアミン等の
アルカノールアミンの空気連行性のみを選択的に低減し
うる性質を有する。また、この構造上の特徴を有する消
泡剤は、コンクリート等中のセメント、骨材等の固相表
面に吸着しにくく、液相中に高い割合で分散するため、
他の構造の消泡剤に比べて消泡効果が高い。

【００２７】一般式（１）で表わされる消泡剤と、アル
カノールアミンの配合割合は、アルカノールアミン１０
０重量部に対し、消泡剤５重量部以上が好ましく、５〜
３００重量部がより好ましい。これは、あまりにも消泡
剤の使用量が少ないと、アルカノールアミンの空気連行
性を低減する効果が十分でなく、あまりにも多いと、添
加量に見合っただけの効果が無く技術的に意味が無いか
らである。

【００２８】また、強度増進剤には、更に、他の公知の
消泡剤、例えば鉱油、植物油、脂肪族アルコール、脂肪
酸または高級アルコール、脂肪酸若しくはアルキルフェ
ノール等のアルキレンオキサイド付加物等を含めてもよ
い。

【００２９】また、本発明に係るセメント組成物は、Ａ
Ｅ剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、防錆剤、凝結
遅延剤、収縮低減剤等の混和剤や、石灰石粉末、スラ
グ、フライアッシュ、石炭灰等の混和材を併用してモル
タル、コンクリート等を製造することができる。

【００３０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、これらは
例示であり、本発明を限定するものではない。尚、消泡
剤の構造式中、ＥＯはオキシエチレン基、ＰＯはオキシ
プロピレン基、ＢＯはオキシブチレン基を表わす。

【００３１】１．水硬性組成物の製造表１に示す化学成分を有する、乾燥した都市ゴミ焼却灰
３２．０重量％、石灰石粉６４．２重量％、粘土２．４
重量％、ソーダ灰（炭酸ナトリウム９９．６重量％含
有；セントラル硝子社製）１．４重量％を配合して成分
調整した原料を、ロータリーキルンを用いて１３００〜
１４５０℃で焼成した。得られた焼成物は、縦型ミルで
ブレーン比表面積が４０００ｃｍ²／ｇになるように粉
砕し、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ²／ｇの半水石
膏を混合して水硬性組成物を製造した。当該水硬性組成
物の鉱物組成を表２に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】２．セメント組成物の製造次に、当該水硬性組成物１００重量部に対し、表３に示
す重量部のトリイソプロパノールアミン（ＴＩＰＡ）を
混合してセメント組成物（Ａ〜Ｆ）を製造した。

【００３５】

【表３】

【００３６】３．コンクリートの空気量および圧縮強度
の測定表４に示す配合に従いコンクリートを製造し、練り混ぜ
直後の空気量、並びに材齢７日及び２８日の圧縮強度を
測定した。この測定結果を表５に示す。また、比較のた
めセメント組成物に代えて、強度増進剤を含まない水硬
性組成物を使用したコンクリートも製造して上記の物性
を測定した。尚、コンクリートの目標空気量は、（強度
増進剤を含まない水硬性組成物コンクリートの空気量）
±１．５％の範囲である。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】表５から分かるように、ＴＩＰＡと消泡剤
を０．００１〜０．５重量部含有するセメント組成物
（Ａ〜Ｅ）を用いて製造したコンクリートの場合、空気
量は全て上記の目標空気量４．６±１．５％、即ち、
３．１〜６．１％を満たし、また、圧縮強度は材齢７
日、２８日何れにおいてもＴＩＰＡの含有量とともに増
加した。強度増進剤を含有しない水硬性組成物を用いた
コンクリートに比べ、材齢７日で最大約２０％、材齢２
８日で最大約１９％程向上している。

【００４０】

【発明の効果】本発明のセメント組成物は、都市ごみ焼
却灰等の廃棄物を原料として使用でき、強度発現性が良
好である。したがって本発明に係る水硬性組成物の製造
を通じて、廃棄物の資源化および有効利用を促進できる
と共に、有効な廃棄物処理方法を提案するという効果も
有する。

───────────────────────────────────────────────────── 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 24:12 Ｃ０４Ｂ 24:12 Ａ 24:32） 24:32）Ａ 103:50 103:50 103:60 103:60 111:20 111:20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種
以上を原料として製造された水硬性組成物および強度増
進剤を含むセメント組成物。
【請求項２】水硬性組成物が、Ｃ₂ＳまたはＣ₃Ｓの１
種または２種と、Ｃ ₃Ａを１０〜２５重量％、Ｃ₄ＡＦを
１０〜２０重量％かつＣ₃ＡとＣ₄ＡＦの合計量が２０〜
３５重量％、塩素を０．１重量％未満、および石膏を
１．５〜６重量％（ＳＯ₃換算）含有するものであり、
強度増進剤がアルカノールアミンであることを特徴とす
る請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】石膏として、二水石膏、半水石膏または
無水石膏の１種または２種以上を含有する請求項２に記
載のセメント組成物。
【請求項４】強度増進剤がアルカノールアミン及び下
記の一般式（１）Ｒ¹Ｏ−（ＡＯ¹）_a−（ＥＯ）_b−（ＡＯ²）_c−Ｒ² （１）（式中、Ｒ¹は炭化水素基又はアシル基を表わし、Ｒ²は
水素原子、炭化水素基又はアシル基を表わし、ＡＯ¹及
びＡＯ²は炭素数３以上のオキシアルキレン基を表わ
し、ＥＯはオキシエチレン基を表わし、ａ、ｂ及びｃは
１以上の数を表わす。）で表わされるポリオキシアルキ
レンブロック共重合体系消泡剤を含むことを特徴とする
請求項１、２または３に記載のセメント組成物。
【請求項５】アルカノールアミンが、トリイソプロパ
ノールアミンまたはトリエタノールアミンの１種または
２種である請求項２または４に記載のセメント組成物。