JP2010037119A

JP2010037119A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP2010037119A
Application number: JP2008200309A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Misumi; 英俊三隅; Masafumi Osaki; 雅史大崎; Hideaki Igarashi; 秀明五十嵐
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】処理に苦慮しているアルカリ含有量の多い建設発生土を多量に使用でき、また、セメントに混和材として使用した場合、流動性に優れるセメント混和材を提供する。
【解決手段】ＣＡＳ₂と、０．０１〜０．０８質量％の水溶性アルカリとを含むセメント混和材である。また、水溶性アルカリ／アルカリの質量比が０．０２５以下である。このセメント混和材はＣＳ、Ｃ₂ＡＳ及びＳｉＯ₂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有することも可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ（Ｎa₂Oeq.）の多い建設発生土を使用しても、水溶性アルカリ（水溶性Ｎa₂Oeq.）の生成を抑制でき、流動性が良好なセメント混和材及びセメント組成物に関するものである。

従来より、産業廃棄物、一般廃棄物を原料としたゲーレナイト系クリンカー混和材の開発が行われている。例えば、建設発生土を使用して、Ｃ_２ＳとＣ_２ＡＳ（ゲーレナイト）を必須成分とし、Ｃ₂Ｓ１００質量部に対して、Ｃ_２ＡＳ＋Ｃ_４ＡＦを１０〜１００質量部含有し、かつ、Ｃ_３Ａの含有量が２０質量部以下であるセメント混和材を製造し、添加することで、セメントの水和熱が低下し、流動性が向上するという技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。また、アルミニウム成分を高濃度で含む無機廃棄物を原料としたアノーサイト系クリンカー混和材の開発が行われている。例えば、石炭灰を使用して、ＣＡＳ_２（アノーサイト）を必須成分とし、ＣＡＳ_２を２０質量部以上含むセメント混和材を製造し、流動性、施工性が向上するという技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
特開２００４−２１５５号公報特開２００３−２７７１１０号公報特開２００５−８９２３２号公報

しかしながら、これらゲーレナイト系クリンカーおよびアノーサイト系クリンカー混和材は、現在処理に苦慮しているアルカリの多い建設発生土を原料に多量に使用するものではない。また、従来のアノーサイト系クリンカー混和材は、アルミニウム成分を高濃度で含む無機廃棄物を使用しても、Ｃ_３Ａの生成を抑制し、流動性の低下を防ぐことを目的としたものである。そこで、本発明は、アルカリを多量に含む建設発生土を多量に使用しても、水溶性アルカリ生成量を低下でき、ポリカルボン酸系減水剤を用いたセメントの混和材として使用した際に流動性に優れるセメント混和材及びセメント組成物を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、建設発生土中のアルカリをＣＡＳ_２中に固定化させることにより、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、ＣＡＳ₂（ゲーレナイト）と、０．０１〜０．０８質量％の水溶性アルカリ（水溶性Ｎa₂Oeq.）とを含むセメント混和材に関する。
また、セメント混和材の粉砕物２〜６０質量％と、ポルトランドセメント４０〜９８質量％とを含むセメント組成物に関する。
また、本発明は、建設発生土と、石炭灰と、スラグと、せっこうとを混合し、原料を調合する工程と、前記原料を１０００〜１２００℃で焼成し、ＣＡＳ₂と、０．０８質量％以下の水溶性アルカリ（水溶性Ｎa₂Oeq.）とを含むセメント混和材を製造する工程とを含むことを特徴とするセメント混和材の製造方法に関する。

本発明のセメント混和材は、処理に苦慮しているアルカリの多い建設発生土を多量に使用しても、セメント混和材中にアルカリが固定されるため、水溶性アルカリの生成を抑制することが可能であり、ポリカルボン酸系減水剤を用いたセメントの混和材として使用した場合、従来のセメント混和材よりも流動性に優れる。

以下、本発明に係るセメント混和材の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明のセメント混和材は、ＣＡＳ_２と水溶性アルカリとを含む。ＣＡＳ_２は化学構造式がＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２で表され、一般にアノーサイトといわれるものである。ＣＡＳ_２の好ましい含有量は４０質量％以上である。

水溶性アルカリ（Ｎa₂Oeq.）の含有量の上限は０．０８質量％、好ましくは、０．０５質量％、更に好ましくは０．０３質量％である。０．０８質量％を超えると、セメント粒子への硫酸イオンの吸着量が増大するため、ポリカルボン酸系減水剤の吸着量が低下し、セメント粒子の分散効果が低下し、粘度が増大して、流動性が低下する。水溶性アルカリの含有量の下限は０．０１質量％、好ましくは、０．０１５質量％、更に好ましくは０．０１８質量％である。水溶性アルカリの含有量は低いほど流動性は向上するが、建設発生土などアルカリを多量に含んだ原料を適度に使用出来る範囲とするのが製造上、好ましい。
本発明のセメント混和材は、セメント混和材中にアルカリを固定することが可能であるため、水溶性アルカリの生成量を抑制することができ、そのため、原料としてアルカリを多量に含んだ建設発生土等を使用可能である。なお，アルカリはアルカリ長石あるいは斜長石（アノーサイトとアルバイトの固溶体）として固定されると推察される。

水溶性アルカリ／アルカリの質量比の上限は、０．０２５、好ましくは０．０２０、更に好ましくは０．０１５、下限は、０．０００、好ましくは０．００５、更に好ましくは０．０１０である。これらの範囲であれば、流動性が良く、建設発生土などアルカリを多量に含んだ原料を適度に使用出来る。
また、本発明のセメント混和材は、更にＣＳ（ワラストナイト）、Ｃ₂ＡＳ（ゲーレナイト）およびＳｉＯ₂（α−クオーツ）からなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含んでも良い。ＣＳの化学構造式はＣａＯ・ＳｉＯ_２であり、Ｃ₂ＡＳの化学構造式は２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２である。ＣＡＳ_２（アノーサイト）以外に、上記鉱物を生成することで、使用する廃棄物の化学成分の範囲を広めることができる。また、ＳｉＯ₂（α−クオーツ）を共存させる場合は、石灰石の使用量が減り、CO_２の発生量を抑制でき、地球温暖化防止に繋がる。

セメント混和材１ｔ当たりの建設発生土の原料原単位は１００〜５５０ｋｇ、好ましくは、２００〜４００ｋｇ、スラグの原料原単位は２５０〜５５０ｋｇ/ｔ、好ましくは３０〜５００ｋｇ、石炭灰の原料原単位は２５０〜５００ｋｇ/ｔ、好ましくは３００〜４５０ｋｇである。これらの範囲であれば、ＣＡＳ_２が充分に生成する。
また、建設発生土、スラグおよび石炭灰の使用比率は、１〜５．５：２．５〜５．５：２．５〜５．０、好ましくは２〜４：３〜５：３〜４．５である（各原料のＣａＯ,ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３の３成分の和の質量比）。上記範囲であれば、ＣＡＳ_２が充分に生成する。

セメント混和材の焼成温度は、キルン内雰囲気温度で１０００〜１２００℃、好ましくは１０００〜１１００℃である。１０００℃未満では、本発明の焼成物が得られない場合があり、１２００℃より高ければ、クリンカーの液相が生成され過ぎ、キルン内にコーチングを多量に生成しキルンの閉塞が生じる恐れがある。焼成に用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物を使用することができる。

焼成して得られたセメント混和材は、チューブミル、振動ミル、竪型ミル等の一般的ミルを使用し、ブレーン比表面積で２０００〜７０００ｃｍ^２/ｇ、好ましくは２５００〜４０００ｃｍ^２/ｇ程度に粉砕する。
粉砕物はセメントに混合して使用する。使用割合は、粉砕物２〜６０質量％、好ましくは２０〜４０質量％に対して、ポルトランドセメント４０〜９８質量％、好ましくは６０〜８０質量％である。
セメント混和材の粉砕物が２質量％未満では、アルカリを含んだ建設発生土の処理が十分に行なえない。６０質量％より多ければ、強度が低下する。

以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

[１．原料の調合]
原料は、表1に示す化学組成の石炭灰、建設発生土、スラグ、石炭灰、及び硫酸カルシウム二水和物（試薬）を用いた。本発明に係る混和材（実施例１）は、スラグ：建設発生土：石炭灰＝４０：２５：３５（各原料のＣａＯ,ＳｉＯ_２,Ａｌ_２Ｏ_３の３成分の和の質量比）となるよう調合した。また、混和材中のSO₃量は、硫酸カルシウム二水和物を用いて、石炭灰、建設発生土、スラグ、石炭灰及び硫酸カルシウム二水和物の総量に対して内割りで０．２〜０．４質量%となるように添加した。表２に調合した際の原料原単位を示す。また、比較用としてスラグ、石炭灰を用いない場合（比較例１、２）に関しても原料調合を行なった。

[２．混和材の焼成]
上記原料の混合物を1100℃で30分間電気炉で加熱し混和材を焼成した。得られた焼成物の化学組成を表３に示す。
なお、表３のinsol.はＪＩＳＲ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定し，水溶性アルカリ（水溶性Ｎａ_２Ｏeq.）量は、JCAS I-04：2004「セメントの水溶性成分の分析方法」により測定した。また、表１および３のその他の化学成分は，insol.を含めた全試料を対象に，ＪＩＳＭ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準拠して測定した。なお，分析方法に共通した一般事項は，ＪＩＳＫ００５０:２００５「化学分析方法通則」，ＪＩＳＫ０１１５：２００４「吸光光度分析通則」およびＪＩＳＫ０１２１：２００６「原子吸光分析通則」に準拠して測定した。粉砕物はＸ線回折装置により同定を行なった。使用したＸ線回折装置は理学電気（株）製ＲＩＮＴ−２５００Ｖを用いた。Ｘ線回折装置における測定条件は次の通りとした。
管球：Cu、管電流：１１０ｍＡ、管電圧：３５ｋV、サンプリング幅：０．０２°、走査速度：４°／ｍｉｎ、波長：１．５４０５Å、測定回折角範囲（２θ）：５°〜７０°、発散スリット：１°、受光スリット：０．１５ｍｍ

図１に示すように、混和材Ｎｏ．３（実施例１）ではアノーサイトのピークが明確に確認でき、混和材Ｎｏ．１、２（比較例１、２）では確認できなかった。そのためか、表３に示すように、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を使用する場合のセメントの流動性の指標となる水溶性Ｎａ_２Ｏeq.量は、混和材Ｎｏ．３が最も少なかった。混和材Ｎｏ．３は水溶性Ｎａ_２Ｏeq.／Ｎａ_２Ｏeq.も０．０１０と小さく、アノーサイトのピークが確認されたことから、アルカリはアルカリ長石あるいは斜長石中に固定していると思われる。

セメント混和材のＸ線回折による同定結果を示す図である。

Claims

ＣＡＳ₂と、０．０１〜０．０８質量％の水溶性アルカリとを含むことを特徴とするセメント混和材。
水溶性アルカリ／アルカリの質量比が０．０２５以下であることを特徴とする請求項１記載のセメント混和材。
更に、ＣＳ、Ｃ₂ＡＳ及びＳｉＯ₂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のセメント混和材。
建設発生土と、スラグと、石炭灰とを含む原料を焼成して得られた請求項１〜３の何れか１項記載のセメント混和材。
前記建設発生土の原料原単位が１００〜５５０ｋｇ/ｔ・セメント混和材、前記スラグの原料原単位が３００〜５００ｋｇ/ｔ・セメント混和材、及び前記石炭灰の原料原単位が３００〜５００ｋｇ/ｔ・セメント混和材である請求項４記載のセメント混和材。
前記セメント混和材の焼成温度が１０００〜１２００℃である請求項４又は5に記載のセメント混和材。
請求項１〜６の何れか１項に記載のセメント混和材の粉砕物２〜６０質量％と、ポルトランドセメント４０〜９８質量％とを含むセメント組成物。
建設発生土と、石炭灰と、スラグと、せっこうとを混合し、原料を調合する工程と、前記原料を１０００〜１１５０℃で焼成し、ＣＡＳ₂と、０．０１〜０．０８質量％の水溶性アルカリとを含むセメント混和材を製造する工程とを含むことを特徴とするセメント混和材の製造方法。