JP2005154221A - Portland cement substitute and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポルトランドセメント代替品とその製造方法に関し、さらに詳しくは、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を原料として用いて得られる、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性を有するポルトランドセメント代替品及びその経済的な製造方法に関する。 The present invention relates to a Portland cement substitute and a method for producing the same. More specifically, the present invention is hydraulic, obtained by using a hardened cement containing ettringite as a raw material, and has a stable cementity with a low free quicklime content. The present invention relates to a Portland cement substitute and an economical manufacturing method thereof.
従来から、セメントは、モルタル、コンクリート、セメントを用いた建材等として広く利用されており、大型築造物、建築物等の構築、補修、撤去等あるいは建材の製造工程に際して発生するセメント系廃材は、産業廃棄物として埋め立て用等に廃棄処理されているが、近年、地球環境の保全という観点から、廃棄物の減量が望まれており、廃棄物のリサイクルが重要な課題となっている。 Conventionally, cement has been widely used as building materials using mortar, concrete, cement, etc., and cement-based waste materials generated during the construction, repair, removal, etc. of large structures, buildings, etc. or the manufacturing process of building materials, Although it is disposed of as industrial waste for landfill use, in recent years, from the viewpoint of conservation of the global environment, reduction of waste has been desired, and recycling of waste has become an important issue.
例えば、硬質木片セメント板として、細片化された木片とセメント及び水とを混合し、これ等混合物を所定形状に成型するとともにこれを硬化させて得られたものが知られている。その代表的な製造方法として、ポルトランドセメント、アルミナセメント、無水石膏及び／又は半水石膏を含むセメント組成物に、細片化された木片及び水とを混合し、この混合物を加熱し硬化させる方法があるが、その製造途上において、端部の切屑、加工工程での板取りロス（端材）等の端材又は廃材が発生する。これらの端材、廃材などは、従来、産業廃棄物として場外処分されていた。 For example, as a hard wood piece cement board, what is obtained by mixing a fragmented wood piece with cement and water, molding the mixture into a predetermined shape and curing it is known. As a typical production method thereof, a method comprising mixing a fragmented wood piece and water with a cement composition containing Portland cement, alumina cement, anhydrous gypsum and / or hemihydrate gypsum, and heating and curing the mixture. However, in the course of the production, scraps or scraps such as scraps at the ends and cutting loss (scraps) in the machining process are generated. These offcuts, waste materials, etc. have conventionally been disposed off-site as industrial waste.
このため、これらの端材、廃材等を再利用する方法が種々提案されているが、それぞれ課題がある。
例えば、上記製造方法において、セメント組成物中におけるポルトランドセメントの含有量が熱硬化成分に対し重量比で２．５倍以下になるよう硬質木片セメント板の原料混合物を配合するとともに、この原料混合物中に硬質木片セメント板の製造に際して発生する廃材を原料混合物中の全固形分に対して２０重量％以内になるように添加し、かつ、この原料混合物を加熱し硬化させる硬質木片セメント板の製造方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。しかし、この提案では、利用できる廃材の添加量は、機械的強度の低下を抑えるために、原料混合物中の全固形分に対して最大２０重量％に限られるという問題があった。
For this reason, various methods for reusing these scraps, waste materials, etc. have been proposed, but each has its own problems.
For example, in the above production method, the raw material mixture of hard wood cement board is blended so that the content of Portland cement in the cement composition is 2.5 times or less by weight with respect to the thermosetting component, and in the raw material mixture A method for producing a hard wood cement board in which waste materials generated during the production of a hard wood cement board are added so as to be within 20% by weight with respect to the total solid content in the raw material mixture, and the raw material mixture is heated and cured (See, for example, Patent Document 1). However, in this proposal, there is a problem that the amount of waste materials that can be used is limited to a maximum of 20% by weight with respect to the total solid content in the raw material mixture in order to suppress a decrease in mechanical strength.
また、上記製造方法に際して発生する廃材を粉砕し、回収木片と回収セメントとに分離するとともに、硬質木片セメント板における原料混合物中の木片並びにポルトランドセメントの一部について、回収された回収木片並びに回収セメントで置換し、かつ、この原料混合物を加熱し硬化させる硬質木片セメント板の製造方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。しかし、この提案では、利用できる回収木片と回収セメントの添加量は、機械的強度の低下を抑えるために、、原料混合物中の全固形分に対して両者を併せても最大３０重量％に限られるという問題があった。 In addition, the waste material generated in the above manufacturing method is pulverized and separated into recovered wood pieces and recovered cement, and the recovered wood pieces and recovered cement are recovered for the wood pieces and part of Portland cement in the raw material mixture in the hard wood piece cement board. And a method for producing a hard wood chip cement board in which the raw material mixture is heated and hardened (see, for example, Patent Document 2). However, in this proposal, the amount of recovered wood chips and recovered cement that can be used is limited to a maximum of 30% by weight in combination with the total solid content in the raw material mixture, in order to suppress a decrease in mechanical strength. There was a problem of being.
さらに、モルタル／コンクリート廃材を再利用する方法が種々提案されているが、それぞれ課題がある。
例えば、モルタル／コンクリート廃材を粉砕して篩分けを行い、篩上部分を骨材として回収するとともに、篩下部分を通常のセメント原料と同様の化学組成になるように組成調整し、焼成することにより再生セメントクリンカーを生成し、この再生セメントクリンカーを粉砕して、石膏を添加して新たなセメント原料として使用する方法（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。この方法では、１２５０〜１４００℃の高温で１〜４時間焼成し、粒径数ｃｍの再生セメントクリンカーを生成させた後、その再生セメントクリンカーに石膏を添加し、微粉砕して１０μｍ程度の粒径にする再生セメントを生成する。
しかし、焼成温度が１１００℃を超えるため、ロータリーキルンの内面を耐火レンガで被覆する必要があり、装置が大がかりになること、燃料コストが多大になること、及びモルタル、コンクリート廃材粉砕物が造粒して粒径数ｃｍのクリンカーになるため、再度微粉砕する必要があること等の経済性の問題がある。
Furthermore, various methods for reusing mortar / concrete waste materials have been proposed, but each has its own problems.
For example, pulverizing mortar / concrete waste material, sieving, collecting the upper part of the sieve as an aggregate, adjusting the composition so that the lower part of the sieve has the same chemical composition as ordinary cement materials, and firing A method has been proposed in which a regenerated cement clinker is produced by the above method, the regenerated cement clinker is pulverized, gypsum is added and used as a new cement raw material (for example, see Patent Document 3). In this method, after firing for 1 to 4 hours at a high temperature of 1250 to 1400 ° C. to produce a regenerated cement clinker having a particle size of several centimeters, gypsum is added to the regenerated cement clinker and finely pulverized to give particles of about 10 μm. Produces recycled cement with a diameter.
However, since the firing temperature exceeds 1100 ° C., it is necessary to coat the inner surface of the rotary kiln with refractory bricks, the equipment becomes large, the fuel cost becomes large, and the mortar and concrete waste material is granulated. Therefore, since the clinker has a particle size of several centimeters, there is an economical problem such as the need to pulverize again.
また、コンクリート廃材を主原料とし、該主原料に対して炭酸カルシウム等のカルシウムを含む補助成分を添加して、８００〜１３００℃の温度で焼成処理する水硬性材料の製造方法（例えば、特許文献４参照。）が提案されている。しかし、この提案では、焼成温度が１１００℃以下でも行なえるが、比較的多量の炭酸カルシウムを添加すること等の課題があり、また焼成の際の炉内雰囲気の制御に関しては言及されていない。 Moreover, the manufacturing method of the hydraulic material which uses a waste concrete as a main raw material, adds the auxiliary component containing calcium, such as calcium carbonate, and calcines at the temperature of 800-1300 degreeC with respect to this main raw material (for example, patent document) 4) has been proposed. However, this proposal can be carried out even at a firing temperature of 1100 ° C. or lower, but there are problems such as the addition of a relatively large amount of calcium carbonate, and there is no mention of controlling the furnace atmosphere during firing.
以上の状況から、ポルトランドセメント硬化物等のエトリンガイト（アルミン酸硫酸カルシウム水和物、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３０〜３２Ｈ２Ｏ）を含有するセメント硬化物を原料として、水硬性の、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性能を有するポルトランドセメント代替品を経済的に製造する方法が求められている。 From the above situation, ettringite (calcium sulfate aluminate hydrate, 3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 30~32H 2 O) , such as Portland cement cured cement cured product containing as a raw material, hydraulic Therefore, there is a demand for a method for economically producing a Portland cement substitute having a stable cement performance with a low free lime content.
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を原料として用いて得られる、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性を有するポルトランドセメント代替品及びその経済的な製造方法を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is a Portland cement that is obtained by using a hardened cement containing ettringite as a raw material and has a stable cementity with a low content of free quicklime. It is to provide an alternative and an economical manufacturing method thereof.
本発明者は、上記目的を達成するために、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を用いて、ポルトランドセメント代替品について、鋭意研究を重ねた結果、粉砕し分別して得られる微細セメント粉を特定の条件で焼成したところ、活性化されて、水硬性で、安定したセメント性を有するポルトランドセメント代替品が得られることを見出し、本発明を完成した。 In order to achieve the above object, the present inventor conducted extensive research on a Portland cement substitute using a hardened cement containing ettringite. As a result, the fine cement powder obtained by pulverization and separation was subjected to specific conditions. As a result, it was found that a Portland cement substitute that was activated, hydraulic, and stable in cementability was obtained, and the present invention was completed.
すなわち、本発明の第１の発明によれば、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を粉砕し、分別された微細セメント粉からなるポルトランドセメント代替品であって、
前記微細セメント粉を還元雰囲気下６５０〜８５０℃で焼成して活性化することを特徴とするポルトランドセメント代替品が提供される。
That is, according to the first invention of the present invention, it is a Portland cement substitute consisting of fine cement powder obtained by pulverizing and separating a hardened cement containing ettringite,
A Portland cement substitute is provided, wherein the fine cement powder is activated by firing at 650 to 850 ° C. in a reducing atmosphere.
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、その構成成分として、ポルトランドセメント成分、アルミナセメント成分、石膏及び石灰を含むことを特徴とするポルトランドセメント代替品が提供される。 In addition, according to the second invention of the present invention, there is provided a Portland cement substitute characterized in that, in the first invention, Portland cement component, alumina cement component, gypsum and lime are included as constituent components. .
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記還元雰囲気は、微細セメント粉に木片を添加して形成されることを特徴とするポルトランドセメント代替品が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a Portland cement substitute according to the first aspect, wherein the reducing atmosphere is formed by adding a piece of wood to fine cement powder.
また、本発明の第４の発明によれば、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を粉砕し、その後篩い分けして篩下部分の微細セメント粉を得る粉砕／篩い分け工程と、該微細セメント粉を木片とともに撹拌型焼成炉に装入し、焼成層内に還元雰囲気を形成しながら６５０〜８５０℃の温度で加熱して活性化された焼成物を得る焼成／活性化工程とを含むことを特徴とするポルトランドセメント代替品の製造方法が提供される。 Further, according to the fourth aspect of the present invention, a hardened cement containing ettringite is pulverized and then sieved to obtain a fine cement powder in the under-sieved portion, and the fine cement powder is And a firing / activation step of charging the wood piece together with a wood piece and heating at a temperature of 650 to 850 ° C. while forming a reducing atmosphere in the fired layer to obtain an activated fired product. A method for producing a Portland cement substitute is provided.
また、本発明の第５の発明によれば、第４の発明において、前記木片の含有割合が、微細セメント粉に対して１０〜５０重量％であることを特徴とするポルトランドセメント代替品の製造方法が提供される。 Moreover, according to 5th invention of this invention, in 4th invention, the content rate of the said wood piece is 10 to 50 weight% with respect to fine cement powder, The manufacture of the Portland cement substitute characterized by the above-mentioned. A method is provided.
本発明のポルトランドセメント代替品は、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を原料として用いて得られる、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性能を有するポルトランドセメント代替品であり、その製造方法は、セメント廃物を効果的かつ経済的にリサイクルすることができる方法であり、その工業的価値は極めて大きい。 The Portland cement substitute of the present invention is a Portland cement substitute obtained by using a hardened cement containing ettringite as a raw material and having a stable cement performance with a low content of free quicklime and its production. The method is a method capable of effectively and economically recycling cement waste, and its industrial value is extremely large.
以下、本発明のポルトランドセメント代替品とその製造方法を詳細に説明する。
本発明のポルトランドセメント代替品は、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を粉砕し、分別された微細セメント粉からなるポルトランドセメント代替品であって、該微細セメント粉を還元雰囲気下６５０〜８５０℃で焼成して活性化するものであり、その製造方法は、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を粉砕し、その後篩い分けして篩下部分の微細セメント粉を得る粉砕／篩い分け工程と、該微細セメント粉を木片とともに撹拌型焼成炉に装入し、焼成層内に還元雰囲気を形成しながら６５０〜８５０℃の温度で加熱して活性化された焼成物を得る焼成／活性化工程とを含む。
Hereinafter, the Portland cement substitute of this invention and its manufacturing method are demonstrated in detail.
The Portland cement substitute of the present invention is a Portland cement substitute made of fine cement powder obtained by pulverizing and fractionating a cement hardened material containing ettringite, and firing the fine cement powder at 650 to 850 ° C. in a reducing atmosphere. The method for producing the cemented material containing ettringite is pulverized and then sieved to obtain a fine cement powder in the under-sieved portion, and the fine cement powder. And a calcination / activation step of obtaining a fired product activated by heating at a temperature of 650 to 850 ° C. while forming a reducing atmosphere in the fired layer.
本発明において、粉砕し篩い分けして得られる篩下部分の微細セメント粉を還元雰囲気下で焼成することが重要な意義を持つ。これによって、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性能を有する焼成物が得られ、好適なポルトランドセメント代替品が達成される。すなわち、焼成に際して還元雰囲気を形成することによって、ＣａＯ−ＳＯ２（ＳＯ３）系の酸化還元平衡によって、得られる組成物中の遊離生石灰（ＣａＯ）が低下するものと思われ、セメント水和反応が通常の製品と同様に適正に行なわれる。 In the present invention, it is important to fire the fine cement powder in the under-sieved portion obtained by pulverization and sieving in a reducing atmosphere. As a result, a calcined product that is hydraulic and has a stable cement performance with a low free quick lime content is obtained, and a suitable Portland cement substitute is achieved. That is, by forming a reducing atmosphere at the time of firing, free quick lime (CaO) in the resulting composition is likely to be lowered by the redox equilibrium of the CaO—SO 2 (SO 3 ) system, and cement hydration reaction Is done just like normal products.
さらに詳しく説明すると、本発明の焼成温度範囲において、硬化物中の含水塩基性硫酸カルシウムアルミニウムであるエトリンガイトは、一旦脱水分解した後、硬化物中の他の成分であるＳｉＯ２と反応して、ポルトランドセメントの成分である３ＣａＯＳｉＯ２と２ＣａＯＳｉＯ２、アルミナセメントの成分であるＣａＯＡｌ２Ｏ３、及び石膏の成分であるＣａＳＯ４等が再生成される。ここで、ＣａＳＯ３、ＣａＳＯ４等のＣａＯ−ＳＯ２系の化合物は還元性雰囲気で安定であるので、弱い還元雰囲気あるいは酸化性雰囲気においては、ＣａＯとＳＯ２ガスの反応が進まないので遊離生石灰が多くなると推察される。
なお、焼成物中の遊離生石灰が多い場合には、水和反応が早く進むため安定したセメント性能が得られない。
More specifically, in the firing temperature range of the present invention, ettringite, which is a hydrated basic calcium aluminum sulfate in the cured product, once dehydrated and decomposed, reacted with SiO 2 which is another component in the cured product, Portland cement components 3CaOSiO 2 and 2CaOSiO 2 , alumina cement component CaOAl 2 O 3 , gypsum component CaSO 4 and the like are regenerated. Here, since CaO—SO 2 compounds such as CaSO 3 and CaSO 4 are stable in a reducing atmosphere, the reaction between CaO and SO 2 gas does not proceed in a weak reducing atmosphere or oxidizing atmosphere, so free quick lime It is guessed that there will be more.
In addition, when there is much free quick lime in baking products, since a hydration reaction advances quickly, the stable cement performance cannot be obtained.
本発明のポルトランドセメント代替品の原料であるエトリンガイトを含有するセメント硬化物としては、特に限定されるものではなく、例えば、エトリンガイトを主要水和生成物のひとつとして形成するポルトランドセメントを含むセメント硬化物が含まれるが、この中で、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石膏、石灰及び木片の混合物から形成される硬質木片セメント板の製造過程で発生する廃材及び端材、硬質木片セメント板製品の使用済みの廃材等（以下、硬質木片セメント板廃材と呼称することがある。）が好ましく用いられる。 The hardened cement containing ettringite as a raw material for the Portland cement substitute of the present invention is not particularly limited. For example, the hardened cement containing Portland cement that forms ettringite as one of the main hydration products. Among them, waste materials and scraps generated in the manufacturing process of hard wood cement board formed from a mixture of Portland cement, alumina cement, gypsum, lime and wood chips, used of hard wood cement board products Waste materials or the like (hereinafter sometimes referred to as hard wood cement board waste materials) are preferably used.
以下に、まず、本発明の製造方法を説明する。
（１）ポルトランドセメント代替品の製造方法
本発明のポルトランドセメント代替品の製造方法において、粉砕／篩い分け工程は、上記セメント硬化物を粉砕し、その後篩い分けして、篩下部分の微細セメント粉を得る工程である。ここで、エトリンガイトを含有するセメント硬化物は、篩下部分の微細セメント粉と篩上部分の粒径の大きなセメント粉に分離される。ここで、例えば、硬質木片セメント板廃材を用いた場合には、両部分に木片が分別されて含まれる。
Below, the manufacturing method of this invention is demonstrated first.
(1) Method for producing Portland cement substitute In the method for producing Portland cement substitute according to the present invention, the crushing / sieving step comprises crushing the cement hardened product and then sieving to obtain a fine cement powder in the under-sieved portion. It is the process of obtaining. Here, the hardened cement containing ettringite is separated into fine cement powder in the lower sieve portion and large cement powder in the upper sieve portion. Here, for example, when a hard wood piece cement board waste material is used, wood pieces are separated and included in both portions.
上記工程で得られる篩下部分の微細セメント粉の粒径としては、特に限定されるものではないが、篩網として呼び寸法１２５μｍ（又は１２０メッシュ）の標準篩の金網メッシュを通過した粒径以下のもの、すなわち、粒径４０μｍ以下のものが好ましく用いられる。 The particle size of the fine cement powder in the under-sieving part obtained in the above process is not particularly limited, but it is equal to or less than the particle size passing through a wire mesh of a standard sieve having a nominal size of 125 μm (or 120 mesh) as a sieve mesh Those having a particle size of 40 μm or less are preferably used.
上記製造方法において、焼成／活性化工程は、上記微細セメント粉を木片とともに撹拌型焼成炉に装入し、焼成層内に還元雰囲気を形成しながら６５０〜８５０℃の温度で加熱して活性化された焼成物を得る工程である。
上記工程で用いる撹拌型焼成炉としては、特に限定されるものではないが、炉体の回転に伴って原料が互いに混合され、また炉壁などとの熱交換がよい、一般にセメント製造プロセスなどに使用されるロータリーキルンが好ましい。
In the above manufacturing method, the firing / activation step is activated by charging the fine cement powder with a piece of wood into a stirring type firing furnace and heating at a temperature of 650-850 ° C. while forming a reducing atmosphere in the fired layer. This is a step of obtaining a fired product.
The stirring-type firing furnace used in the above step is not particularly limited, but the raw materials are mixed with each other as the furnace body rotates, and heat exchange with the furnace wall is good. The rotary kiln used is preferred.
上記工程において、上記微細セメント粉を撹拌型焼成炉で、焼成層内に還元雰囲気を形成することと、６５０〜８５０℃の温度で加熱することとが重要である。
上記工程において、焼成層内に還元雰囲気を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、撹拌型焼成炉内、特に微細セメント粉によって形成される焼成層内を還元雰囲気にする条件が用いられるが、例えば、微細セメント粉とともに所定の温度条件下で還元ガス雰囲気を生成する炭素質還元剤を装入することが好ましい。この中で、特に、原料として硬質木片セメント板廃材を用いた場合には、その篩下部分の微細セメント粉には微細な木片が含まれ、また篩上部分に含まれる木片を再利用することができるので、炭素質還元剤として木片を用いることが特に好ましい。
In the above process, it is important to form a reducing atmosphere in the fired layer and to heat the fine cement powder at a temperature of 650 to 850 ° C. in a stirring type firing furnace.
In the above process, the method for forming the reducing atmosphere in the fired layer is not particularly limited, and the conditions for making the reducing atmosphere in the stirring-type firing furnace, particularly the fired layer formed by fine cement powder are used. However, for example, it is preferable to charge a carbonaceous reducing agent that generates a reducing gas atmosphere under a predetermined temperature condition together with fine cement powder. Among these, especially when hard wood cement board waste is used as a raw material, the fine cement powder in the lower sieve part contains fine wooden pieces, and the wooden pieces contained in the upper sieve part should be reused. It is particularly preferable to use wood chips as the carbonaceous reducing agent.
上記工程で用いる木片の含有割合は、特に限定されるものではないが、微細セメント粉に対して１０〜５０重量％が好ましい。すなわち、含有割合が１０重量％未満では、撹拌型焼成炉内に適切な還元雰囲気を形成することができない。一方、５０重量％を超えると、それ以上の効果は見られず、また経済的でない。ここで、原料として、木片を含有する硬質木片セメント板廃材等を用いた場合には、含有される微細な木片が有効に作用するので、その不足分を追加して添加すればよい。 Although the content rate of the wood piece used at the said process is not specifically limited, 10 to 50 weight% is preferable with respect to fine cement powder. That is, when the content ratio is less than 10% by weight, an appropriate reducing atmosphere cannot be formed in the stirring type firing furnace. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, no further effect is seen and it is not economical. Here, when the hard wood piece cement board waste material containing a wood piece is used as a raw material, since the contained fine wood piece works effectively, it is sufficient to add the shortage.
上記工程で用いる木片としては、その種類及び大きさは、特に限定されるものではなく、還元雰囲気の形成が容易な２ｍｍ以下の大きさのものが好ましい。 The type and size of the wood pieces used in the above process are not particularly limited, and those having a size of 2 mm or less that facilitate the formation of a reducing atmosphere are preferred.
上記工程において、焼成層内の温度は６５０〜８５０℃であり、好ましくは７００〜８００℃である。また、焼成時間は、３０分以上が好ましく、１時間以上がより好ましい。なお、焼成時間の上限は、生産性の信頼性を高める範囲で定めることができる。この焼成条件によって、微細セメント粉が活性化され、水硬性で、安定したセメント性を有するポルトランドセメント代替品になる。 In the said process, the temperature in a baking layer is 650-850 degreeC, Preferably it is 700-800 degreeC. The firing time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. In addition, the upper limit of baking time can be defined in the range which improves the reliability of productivity. By this firing condition, the fine cement powder is activated and becomes a Portland cement substitute having hydraulic and stable cement properties.
すなわち、微細セメント粉の焼成において、焼成温度が６５０℃未満では、微細セメント粉中の消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）が脱水し生石灰となる。ここで、生成した生石灰は混水すると高熱を発して水と反応するため、例えば、硬質木片セメント板等の成形を難しくするので、ポルトランドセメント代替品として用いることができない。また、焼成温度が５００〜６００℃で焼成時間が１時間の焼成物では、それを一部用いたセメント組成物では、可使時間が短く、成形後の曲げ強度などの機械強度も低い。さらに、焼成温度が５００℃未満の焼成物では、水硬性が低く、ポルトランドセメント代替品として用いることができない。なお、セメント組成物などの可使時間とは、ポットライフともいわれ、原料を混合したとき、硬化などが起こらずに使用に適する、すなわち成形可能な流動性を保っている時間を意味する。 That is, in the firing of the fine cement powder, when the firing temperature is less than 650 ° C., the slaked lime (Ca (OH) 2 ) in the fine cement powder is dehydrated to become quick lime. Here, since the produced quicklime generates high heat when mixed with water and reacts with water, for example, it becomes difficult to form a hard wood piece cement board or the like, so it cannot be used as a substitute for Portland cement. Further, in a fired product having a firing temperature of 500 to 600 ° C. and a firing time of 1 hour, a cement composition using a part thereof has a short pot life and low mechanical strength such as bending strength after molding. Furthermore, a fired product having a firing temperature of less than 500 ° C. has low hydraulic properties and cannot be used as a substitute for Portland cement. The pot life of the cement composition or the like is also referred to as pot life, and means a time when the raw materials are mixed and suitable for use without curing or the like, that is, the moldable fluidity is maintained.
一方、焼成温度が８５０℃を超えると、微細セメント粉中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が分解して炭酸ガスを放出し生石灰となる。ここで、生成した生石灰は、混水すると、高熱を発して水と反応するため、硬質木片セメント板などの成形が難しくなり、ポルトランドセメント代替品として用いることができない。 On the other hand, when the calcination temperature exceeds 850 ° C., calcium carbonate (CaCO 3 ) in the fine cement powder is decomposed to release carbon dioxide and turn into quick lime. Here, when the produced quicklime is mixed with water, it generates high heat and reacts with water, so that it becomes difficult to form a hard wood piece cement board and cannot be used as a substitute for Portland cement.
ところが、焼成温度が６５０〜８５０℃では、微細セメント粉の焼成物は、ポルトランドセメントの成分である３ＣａＯＳｉＯ２、２ＣａＯＳｉＯ２等、アルミナセメントの成分であるＣａＯＡｌ２Ｏ３、石膏の成分であるＣａＳＯ４等が再生成されて、セメント粉が活性化されて、水硬性のものとなる。しかも、生石灰が生成されず、あるいは生成しても微量である。また、焼成温度６５０〜８５０℃で焼成時間３０分の焼成品では、それを一部用いたセメント組成物では、可使時間が長くなり、成形後の曲げ強度などの機械強度も向上する。 However, when the firing temperature is 650 to 850 ° C., the fired product of fine cement powder includes 3CaOSiO 2 and 2CaOSiO 2 which are components of Portland cement, CaOAl 2 O 3 which is a component of alumina cement, and CaSO 4 which is a component of gypsum. Etc. are regenerated and the cement powder is activated and becomes hydraulic. In addition, quick lime is not produced or is produced in a very small amount. In the case of a fired product having a firing temperature of 650 to 850 ° C. and a firing time of 30 minutes, a cement composition using a part of the fired product has a longer pot life and improved mechanical strength such as bending strength after molding.
本発明のポルトランドセメント代替品の製造方法の具体的な応用例として、硬質木片セメント板の製造方法への上記製造方法の適用例を、図１を用いて説明する。図１は、本発明のポルトランドセメント代替品の製造方法を含む硬質木片セメント板の製造方法のフローシートを表す。
図１において、硬質木片セメント板の製造工程１において、製品１０とともに、その製造途上において、端部の切屑、加工工程での板取りロス等の端材又は廃材が、得られる製品に対して１０〜２５重量％程度発生する。製造工程１で得られる硬質木片セメント板廃材あるいは工程外からのエトリンガイト含有セメント硬化物５は、本発明の粉砕／篩い分け工程を構成する粉砕工程２と篩い分け工程３で処理されて、微細セメント粉６と粒径が大きな木片等１１に分離される。ここで、微細セメント粉６には、微細木片が含まれる。
As a specific application example of the manufacturing method of the Portland cement substitute of the present invention, an application example of the above manufacturing method to the manufacturing method of a hard wood cement board will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a flow sheet of a method of manufacturing a hard wood cement board including a method of manufacturing a Portland cement substitute according to the present invention.
In FIG. 1, in the manufacturing process 1 of a hard wood chip cement board, together with the product 10, in the course of its manufacturing, edge chips or scrap materials such as a cutting loss in the processing process are 10 for the obtained product. -25% by weight is generated. The hard wood cement board waste material obtained in the production process 1 or the hardened ettringite-containing cement 5 from outside the process is treated in the pulverization process 2 and the sieving process 3 constituting the pulverization / sieving process of the present invention. It is separated into powder 6 and wood pieces 11 having a large particle size. Here, the fine cement powder 6 includes fine wood chips.
次に、微細セメント粉６は、還元剤用の木片７とともに、本発明の焼成／活性化工程４で処理される。これによって、本発明のポルトランドセメント代替品８が得られる。得られたポルトランドセメント代替品８は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石膏、石灰、水及び木片の混合物９を構成するポルトランドセメントの一部又は全部と置き換えて用いられ、硬質木片セメント板の製造１に供せられる。なお、篩い分け工程３の篩上として得られる粒径が大きな木片等１１は、上記混合物９に繰り返され、硬質木片セメント板の製造１に供せられる。 Next, the fine cement powder 6 is treated together with the reducing agent wood piece 7 in the firing / activation step 4 of the present invention. Thereby, the Portland cement substitute 8 of the present invention is obtained. The obtained Portland cement substitute 8 is used by replacing part or all of Portland cement constituting the mixture 9 of Portland cement, alumina cement, gypsum, lime, water and wood chips, and is used for manufacturing hard wood cement board 1 Provided. In addition, the large particle size etc. 11 obtained as a sieve on the sieving step 3 are repeated in the mixture 9 and provided for the production 1 of hard wood cement board.
次に、本発明のポルトランドセメント代替品について説明する。
（２）ポルトランドセメント代替品
本発明のポルトランドセメント代替品は、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を粉砕し篩い分けして得られる篩下部分のセメント粉からなるポルトランドセメント代替品であって、該セメント粉を還元雰囲気下６５０〜８５０℃で焼成して活性化するものである。
Next, the Portland cement substitute of the present invention will be described.
(2) Portland cement substitute The Portland cement substitute of the present invention is a Portland cement substitute made of cement powder in a sub-sieved portion obtained by pulverizing and sieving a cured cement containing ettringite. The powder is activated by firing at 650 to 850 ° C. in a reducing atmosphere.
上記ポルトランドセメント代替品は、特に限定されるものではなく、ポルトランドセメント成分、アルミナセメント成分、石膏及び石灰をその構成成分として含む。しかも、活性化されて、水硬性のものになっているために、セメント組成物の原料として用いることができる。特に、硬質木片セメント板の製造に用いられる、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石膏及び石灰を含有するセメント組成物中のポルトランドセメントの一部または全部の代替品として有効に用いることができる。その使用割合は、元来のポルトランドセメント使用量の２０〜１００％、好ましくは３５〜１００重量％である。 The said Portland cement substitute is not specifically limited, A Portland cement component, an alumina cement component, gypsum, and lime are included as the structural component. In addition, since it is activated and hydraulic, it can be used as a raw material for the cement composition. In particular, it can be effectively used as a substitute for part or all of Portland cement in a cement composition containing Portland cement, alumina cement, gypsum and lime, which is used for producing hard wood cement boards. The proportion of use is 20 to 100%, preferably 35 to 100% by weight of the original amount of Portland cement used.
なお、上記ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等が含まれる。
因みに、硬質木片セメント板用に用いられるセメント組成物は、常温では水分が存在していても硬化速度は遅いが、一定温度以上に加熱すると急速にエトリンガイトの針状結晶を生成して硬化する性質を有するセメント組成物であり、その組成割合は、ポルトランドセメント５０〜９６重量部、アルミナセメント２５〜２．０重量部、無水石膏及び／又は半水石膏１５〜１．５重量部、及び消石灰１０重量部以下が好ましく、更に好ましくは、ポルトランドセメント８０〜９６重量部、アルミナセメント１０〜２．０重量部、無水石膏及び／又は半水石膏５〜１．５重量部、及び消石灰１０重量部以下である。
The Portland cement includes ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, ultra-early strong Portland cement, white Portland cement, and the like.
By the way, the cement composition used for hard wood cement board has a slow curing rate even when moisture is present at room temperature, but it quickly forms ettringite needle-like crystals and hardens when heated above a certain temperature. The composition ratio is 50 to 96 parts by weight of Portland cement, 25 to 2.0 parts by weight of alumina cement, 15 to 1.5 parts by weight of anhydrous gypsum and / or hemihydrate gypsum, and slaked lime 10 Preferably, 80 parts by weight or less, more preferably 10 to 2.0 parts by weight of alumina cement, 5 to 1.5 parts by weight of anhydrous gypsum and / or hemihydrate gypsum, and 10 parts by weight or less of slaked lime. It is.
以上より明らかなように、本発明のポルトランドセメント代替品は、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性能を有する焼成物であり、また、原料として硬質木片セメント板廃材を用いた場合にも、得られる篩下の微細セメント粉を上記製造方法で処理することで、好適なポルトランドセメント代替品が得られ硬質木片セメント板の原料として繰り返される。 As is clear from the above, the Portland cement substitute of the present invention is a calcined product that is hydraulic and has a stable cement performance with a low free lime content, and also uses hard wood cement board waste as a raw material. Even in this case, by treating the obtained fine cement powder under the sieve with the above-described production method, a suitable Portland cement substitute can be obtained and repeated as a raw material for the hard wood cement board.
さらに、本発明の製造方法は、焼成温度が６５０〜８５０℃で焼成しているために、焼成温度が１０００℃以上の従来法と対比すると、撹拌型焼成炉であるロータリーキルンの耐火レンガによる内張り被覆が不要となり、また、燃料消費も少なくなり、かつ温度が低く焼成品が造粒しないため、再度の微粉砕工程が不要となる等の経済的な利点がある。 Furthermore, since the production method of the present invention is fired at a firing temperature of 650 to 850 ° C., when compared with the conventional method having a firing temperature of 1000 ° C. or higher, the inner-layer coating of the rotary kiln, which is a stirring type firing furnace, with refractory bricks There is an economic advantage that the pulverization step is unnecessary because the temperature is low and the fired product is not granulated.
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた焼成物の遊離カルシウムの分析方法とセメント組成物を用いた成形物の機械的強度の測定方法は、以下の通りである。
（１）遊離カルシウムの分析：セメント協会標準試験方法による遊離カルシウムの定量方法（エチレングリコール法）で行った。
（２）機械的強度の測定：混合して得たセメント組成物を、３つの角柱供試体が同時に成形できる４０×４０×１６０ｍｍの三連型枠に入れ、角棒を各枠１５回づつ突き固め、成形した。次いで、供試体の養生として、フィルムで包み、２０℃の室に１日置き、脱型した後、２０℃の室に１週間置いた。その後、供試体の圧縮強度と曲げ強度をＪＩＳ Ｒ５２０１（セメントの物理的試験方法）に準拠して評価測定した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the analysis method of the free calcium of the baked product used in the Examples and Comparative Examples and the measurement method of the mechanical strength of the molded product using the cement composition are as follows.
(1) Analysis of free calcium: The free calcium was quantified by the standard method of the Japan Cement Association (ethylene glycol method).
(2) Measurement of mechanical strength: Cement composition obtained by mixing was placed in a 40 × 40 × 160 mm triple mold that can be molded simultaneously by three prismatic specimens, and a square bar was pushed 15 times for each frame. Hardened and molded. Next, as a test piece curing, it was wrapped in a film, placed in a 20 ° C. room for 1 day, demolded, and then placed in a 20 ° C. room for 1 week. Thereafter, the compressive strength and bending strength of the specimen were evaluated and measured according to JIS R5201 (cement physical test method).
（実施例１）
まず、エトリンガイトを含有するセメント硬化物を、粉砕し、分別した篩下部分のセメント粉（平均粒径：４０μｍ以下）に、木片の含有割合が１５重量％になるように木片（サイズ：２ｍｍ以下）を調合して、大和工業（株）製のロータリーキルンで、焼成温度７００℃、１時間で焼成し、微細セメント粉の焼成物（以下、７００℃焼成物と略称することがある。）を得た。その後、遊離カルシウムの分析を行なった。結果を表１に示す。
次に、早強ポルトランドセメント２９２重量部に、上記焼成物１５８重量部、標準砂１３５０重量部及び水２４７．５重量部を加えて混合し、セメント組成物を得た。その後、上記機械的強度の測定方法にしたがって供試体を作成し、評価した。結果を表１に示す。
(Example 1)
First, hardened cement containing ettringite is crushed and separated into cement powder (average particle size: 40 μm or less) in the under-sieving portion, so that the wood piece content is 15% by weight (size: 2 mm or less) ) And baked in a rotary kiln made by Yamato Kogyo Co., Ltd. at a firing temperature of 700 ° C. for 1 hour to obtain a fired product of fine cement powder (hereinafter sometimes abbreviated as 700 ° C. fired product). It was. Thereafter, free calcium was analyzed. The results are shown in Table 1.
Next, 158 parts by weight of the fired product, 1350 parts by weight of standard sand and 247.5 parts by weight of water were added to 292 parts by weight of early strength Portland cement and mixed to obtain a cement composition. Thereafter, specimens were prepared and evaluated according to the method for measuring mechanical strength. The results are shown in Table 1.
（実施例２）
焼成物の製造において、焼成温度が８００℃である以外は実施例１と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
(Example 2)
Production of the fired product was performed in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was 800 ° C., to obtain a fired product, a cement composition, and a specimen. Thereafter, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
（実施例３）
セメント組成物の構成分として、早強ポルトランドセメントを用いずに、７００℃焼成物４５０重量部を用いた以外は、実施例１と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
(Example 3)
As a component of the cement composition, a fired product, a cement composition, and a specimen were obtained in the same manner as in Example 1 except that 450 parts by weight of the 700 ° C. fired product was used without using the early strong Portland cement. It was. Thereafter, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
（実施例４）
セメント組成物の構成分として、早強ポルトランドセメントを用いずに、焼成温度８００℃、１時間で処理して得た焼成物４５０重量部を用いた以外は、実施例１と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
Example 4
As a component of the cement composition, it was carried out in the same manner as in Example 1 except that 450 parts by weight of a fired product obtained by processing at a firing temperature of 800 ° C. for 1 hour was used without using early strong Portland cement. A fired product, a cement composition, and a specimen were obtained. Thereafter, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
（比較例１）
焼成物の製造において、木片を調合しなかった以外は、実施例２と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
(Comparative Example 1)
In the production of the fired product, a fired product, a cement composition, and a specimen were obtained in the same manner as in Example 2 except that no wood pieces were prepared. Then, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
（比較例２）
焼成物の製造において、木片の含有割合が２．５重量％になるように木片を調合した以外は、実施例２と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
(Comparative Example 2)
In the production of the fired product, a fired product, a cement composition, and a specimen were obtained in the same manner as in Example 2 except that the wood pieces were prepared so that the content ratio of the wood pieces was 2.5% by weight. Thereafter, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
（比較例３）
焼成物の製造において、木片の含有割合が５重量％になるように木片を調合した以外は、実施例２と同様に行なって、焼成物、セメント組成物及び供試体を得た。その後、焼成物の遊離カルシウムの分析と供試体の機械的強度の測定を行なった。結果を表１に示す。
(Comparative Example 3)
In the production of the fired product, a fired product, a cement composition, and a specimen were obtained in the same manner as in Example 2 except that the wood pieces were prepared so that the content ratio of the wood pieces was 5% by weight. Thereafter, the free calcium of the fired product was analyzed and the mechanical strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 1.
表１から明らかなように、実施例１〜４では、エトリンガイトを含有するセメント硬化物の焼成において木片の含有割合が１０重量以上で、本発明の還元雰囲気が形成されるので、水硬性で、遊離生石灰の含有量が少なく安定したセメント性能を有する焼成物が得られ、かつそれを用いたセメント組成物から得られた成形物は十分な機械的強度を有することが分かる。これに対して、比較例１〜３では、焼成での還元雰囲気の形成においてこれらの条件に合わないため、得られた焼成物は遊離生石灰の含有量が多く、これを用いたセメント組成物の成形において水和反応が早いため満足すべき結果が得られないことが分かる。 As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 4, the content ratio of the wood pieces is 10% or more in the baking of the cement hardened product containing ettringite, and the reducing atmosphere of the present invention is formed. It can be seen that a calcined product having a stable cement performance with a low free lime content is obtained, and a molded product obtained from the cement composition using the calcined product has sufficient mechanical strength. On the other hand, in Comparative Examples 1-3, since these conditions are not met in the formation of the reducing atmosphere in the firing, the obtained fired product has a large amount of free quick lime, and the cement composition using this It can be seen that satisfactory results cannot be obtained due to the rapid hydration reaction in the molding.
以上より明らかなように、本発明のポルトランドセメント代替品とその製造方法は、エトリンガイトを含有するセメント硬化物の再利用方法として有用であり、特に硬質木片セメント板の製造工程での廃材の完全リサイクルに適している。 As is clear from the above, the Portland cement substitute of the present invention and the method for producing the same are useful as a method for reusing hardened cement containing ettringite, and in particular, complete recycling of waste materials in the production process of hard wood cement board. Suitable for
１ 硬質木片セメント板の製造工程
２ 粉砕工程
３ 篩い分け工程
４ 焼成／活性化工程
５ 硬質木片セメント板廃材あるいは工程外からのエトリンガイト含有セメント硬化物
６ 微細セメント粉
７ 木片
８ ポルトランドセメント代替品
９ ポルトランドセメント、アルミナセメント、石膏、石灰、水及び木片の混合物
１０ 製品
１１ 粒径が大きな木片等
1 Hardwood cement board production process 2 Grinding process 3 Sieving process 4 Firing / activation process 5 Hardwood cement board waste or hardened cement containing ettringite 6 Fine cement powder 7 Wood chips 8 Portland cement substitute 9 Portland cement Mixture of cement, alumina cement, gypsum, lime, water and wood pieces 10 products 11 wood pieces with large particle size, etc.
Claims (5)
前記微細セメント粉を還元雰囲気下６５０〜８５０℃で焼成して活性化することを特徴とするポルトランドセメント代替品。 A Portland cement substitute consisting of fine cement powder obtained by grinding and separating cement hardened material containing ettringite,
A Portland cement substitute, wherein the fine cement powder is activated by firing at 650 to 850 ° C. in a reducing atmosphere.
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|---|---|---|---|---|
| JP7436263B2 (en) | 2020-03-31 | 2024-02-21 | 太平洋マテリアル株式会社 | Conductive static crushing agent and static crushing method using the same |
-
2003
- 2003-11-27 JP JP2003397772A patent/JP2005154221A/en not_active Withdrawn
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