JP2013189337A

JP2013189337A - セメントの製造方法

Info

Publication number: JP2013189337A
Application number: JP2012056172A
Authority: JP
Inventors: Takuhide Hotta; 卓秀堀田; Arata Kunii; 新国居
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】ロータリーキルンなどにおいて焼成されたセメントクリンカーと石膏とを混合・粉砕するセメントの製造方法において、製造されたセメントの高温での貯蔵性能の向上により偽凝結を防止できるセメントの製造方法を提供する。
【解決手段】セメントクリンカー及び石膏を混合・粉砕してセメントを製造するに際し、セメント製造に用いる石膏に、無水石膏と二水石膏とを併用する。その割合はＳＯ_３質量換算比で１：１であることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントクリンカーと石膏とを混合後、粉砕するセメントの製造方法に関する。更に詳しくは、前記石膏として無水石膏と二水石膏の混合物を用いたセメントの製造方法に関する。

セメントクリンカーと石膏を混合後、粉砕するセメントの製造は古くから行われている。近年、セメント製造に使用される石膏は排煙脱硫石膏が主流であり、二水石膏である。

セメントでは注水直後にあたかも凝結したかのように固まる、偽凝結と呼ばれる品質異常が発生することがある。主原因としてはセメント製造に使用された二水石膏が粉砕時の発熱などにより半水石膏に半水化し、この半水石膏が原因で発生するといわれている（特許文献１参照）。

二水石膏の半水化は８０℃程度から発生する。製造直後のセメントは１００〜１５０℃あるため、そのままセメントサイロで貯蔵された場合、セメントサイロ内でセメント中の二水石膏の半水化が進行する。そのため、セメントの偽凝結を防止するために、二水石膏を半水化させないように、粉砕後のセメントを冷却させてから貯蔵する方法が知られている。

特開平５−２２１６９７号公報

上記二水石膏で用いる方法は、セメントを冷却するためには大型の設備が必要であり、実施することが難しい場合がある。

また、セメント製造時に無水石膏を用いることも知られており、無水石膏の場合には高温で保管しても、脱水して半水石膏を生じることは理論上ない。しかしながら本発明者等の検討によれば、無水石膏を用いて製造したセメントを高温で貯蔵した場合でも、長期間貯蔵することで偽凝結となることもあり、セメントの偽凝結の原因が二水石膏の半水化だけではなく、明確な原因はわかっていない。

このように、偽凝結の原因は二水石膏が半水石膏に半水化すること以外にもあり、セメントの冷却が偽凝結の防止に確実な効果があるとはいえなかった。そこで本発明は、セメント貯蔵時の偽凝結を効率的に防止することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を重ねてきた。その結果、セメント製造に用いる石膏に、無水石膏と二水石膏の混合物を使用してセメントを製造すれば、無水石膏または二水石膏を単独で使用した場合よりも高温での貯蔵性能が向上し、偽凝結の発生を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、クリンカーと石膏とを混合・粉砕するセメントの製造方法において、前記石膏として、無水石膏と二水石膏の双方を併用することを特徴とするセメントの製造方法である。

本発明のセメント製造方法によれば、セメントを冷却するための大型の設備を必要とせず、しかも無水石膏を単独で使用した場合よりもセメントの高温での貯蔵性能が向上し、偽凝結を防止することができる。

各種石膏を使用して製造したセメントを１００℃の乾燥機で貯蔵したときの偽凝結試験結果である。

本発明のセメントの製造方法はセメントクリンカー及び石膏の混合物を粉砕してセメントを製造するに際し、前記石膏として無水石膏と二水石膏の混合物を用いることが特徴である。

（セメントクリンカー）
本発明において、用いられるセメントクリンカーは、特に制限されるものではなく、公知の組成よりなるものであればよいが、一般には、組成式３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３より選ばれた少なくとも一種の鉱物を主成分とするものが好ましい。通常のセメントクリンカーは、上記４鉱物を全て含む。また、これら以外の鉱物あるいは化合物が含有される場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に問題とならない。

上記組成を有するセメントクリンカーを具体的に例示すれば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメントクリンカー、及び、高炉セメント用クリンカー、フライアッシュセメント用クリンカーなどの混合系セメント用クリンカー等が好適に使用される。

上記セメントクリンカーは、セメント原料をロータリーキルン等の焼成炉にて焼成することで得られる。本発明において、上記焼成によって得られたセメントクリンカーをそのまま用いることも可能であるが、後述する粉砕工程における粉砕を効率よく行うという観点から、セメントクリンカーをある程度の粒度まで予備粉砕することが好ましい。

セメントクリンカーの予備粉砕に用いる粉砕機としては、特に限定されるものではなく、セメントクリンカーの粉砕機として公知のものを適宜使用することが可能である。代表的な粉砕機を例示すれば、連続式のチューブミル、竪型ローラーミル等の連続式粉砕機、及びバッチ式のボールミル、ポットミル、及びディスクミル等の粉砕機が挙げられる。

上記セメントクリンカーの粉砕は、セメントクリンカー粉砕において公知の粉砕助剤を特に制限なく使用できる。粉砕助剤の添加量としては、特に制限されず公知の添加量を採用することが可能である。前記粉砕助剤はセメントクリンカーに対して１００〜５００ｐｐｍ添加するのが一般的である。

上記セメントクリンカーの予備粉砕は、後述する粉砕工程において効率よく粉砕が行える程度まで行えばよく、粉砕機等の種類や能力、及びセメントクリンカーの処理量等を勘案して適宜決定すればよい。通常セメントクリンカーの粒径が１〜１５ｍｍの範囲となるように予備粉砕を行えば十分である。

（石膏）
本発明において、石膏は無水石膏と二水石膏の双方を併用する。後述する比較例に示すように、無水石膏単独でも、二水石膏単独でも高温での保管時の偽凝結の問題が生じてしまう。

本発明においては、製造して得たセメント中に無水石膏と二水石膏との双方が存在していればよい。このような双方の石膏を含むセメントを製造する手法を具体的に例示すれば、無水石膏と二水石膏をあらかじめ混合し、粉砕機へ供給する方法、無水石膏と二水石膏をそれぞれ粉砕機へ供給し、粉砕機内で混合する方法、無水石膏を単独で使用して製造したセメントと、二水石膏を単独で使用して製造したセメントを混合する方法が挙げられる。成分のばらつきが抑えられ、品質が安定する点で、あらかじめ混合しておく手法が好ましい。

無水石膏と二水石膏の比（ＳＯ_３換算質量比）は特に限定されるものではないが、１：２〜２：１であることが好ましく、さらに好ましくは１：１である。なお以下では、特に断らない限り、無水石膏と二水石膏とを併せて、単に「石膏」として記述する。

セメントクリンカーに対する石膏の配合量としては、特に制限されず公知の配合量を採用することが可能である。ポルトランドセメントにおいて、上記石膏は、前記セメント中のＳＯ_３分が１．５〜４．０質量％、好ましくは１．８〜３．２質量％となるように用いるのが一般的である。

（セメントクリンカー及び石膏の混合物の粉砕）
本発明においては、クリンカーと石膏とを混合・粉砕する。ここで「混合・粉砕する」とは、粉砕完了時に混合が完了していれよいことを意味し、具体的には粉砕機に供給する前にクリンカーと石膏を混合しておいてもよく、クリンカーと石膏とを各々粉砕機へ供給し、粉砕機のなかで混合しつつ粉砕してもよい。

セメントクリンカー及び石膏の粉砕に用いる粉砕機としては、特に限定されるものではなく、セメント製造設備で用いられる粉砕機として公知のものを適宜使用することが可能である。代表的な粉砕機を例示すれば、連続式のチューブミル、竪型ローラーミル等の連続式粉砕機、及びバッチ式のボールミル、ポットミル、ディスクミル等の粉砕機が挙げられる。

上記粉砕機へのセメントクリンカー及び石膏の供給方法としては、連続式のチューブミルであればベルトコンベヤ等で所定の割合で連続的に供給する方法、バッチ式のボールミルであれば所定の割合で供給後、粉砕を行う方法が挙げられる。

また、本発明における上記セメントクリンカー及び石膏の粉砕条件は、特に制限なく、粉砕機のサイズや、粉砕に供する混合物の使用量、得られるセメントの粒度等を勘案して適宜行えばよい。例えばポルトランドセメントを製造する場合、ブレーン比表面積は２５００〜５０００ｃｍ^２／ｇの範囲となるよう粉砕を行うのが一般的である。

粉砕する際の温度についても、得られるセメントの品質に影響がなければ特に制限されず、粉砕装置の能力や、セメントクリンカーの温度等を勘案して適宜決定すればよい。上記セメントクリンカー及び石膏の混合物を粉砕する際の温度としては、粉砕装置にもよるが、室温〜１５０℃の範囲で行うのが一般的である。

さらに、粉砕時に石灰石、高炉スラグあるいはフライアッシュ等の無機質混合材を添加し、同時粉砕することも可能である。

以下、本発明を具体的に説明するために、実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

（偽凝結試験方法）
まず偽凝結試験について説明する。偽凝結試験には、ＪＩＳＲ５２０１に定める凝結試験装置を用いる。凝結試験装置は、ビカー針装置と称される装置であり、それは滑り棒を上下動可能に保持したスタンドからなるものであり、このスタンドには、試料であるセメントペーストを載せる台（底板）がある。そして、滑り棒には、偽凝結試験用の標準棒が装着される。

偽凝結試験を実施するに当たっては、まず標準軟度のセメントペーストを作る必要がある。その製造は以下のとおりに行う。セメント５００ｇを混練用の鉢に入れ、標準軟度を得るに必要と思われる量の水を注ぎ、３分間十分に練り混ぜた後、セメントペースト容器に採り、過剰のセメントペーストを除き表面を平滑にする。このペースト中にビカー針装置に装着した標準棒を徐々に降下させ、標準棒の先端と底板との間隔が６±１ｍｍになったセメントペーストを標準軟度セメントペーストとする。偽凝結となるセメントは、標準軟度を得るに必要な水量が増加するので注意を要する。

偽凝結試験は標準軟度セメントペーストにビカー針装置に装着した標準棒を徐々に降下させ、標準棒がペースト表面から侵入した深さを、ペースト練り混ぜ終了後から５分後に測定する。上記侵入度が１５ｍｍ以下のとき、偽凝結であると判断する。

実施例１
焼成用ロータリーキルンの窯前に設置されたグレートクーラーより、早強ポルトランドセメントクリンカー（以下、単に、クリンカーともいう）を取り出し、ジョークラッシャーにより約５ｍｍ未満に粗粉砕し、粗粉クリンカーを得た。この粗粉クリンカー１８９８ｇに無水石膏を４５ｇ及び二水石膏を５７ｇ（クリンカーに対してＳＯ_３換算で約３．０質量％）を加えて混合物を調製した。

上記混合物に粉砕助剤を適量添加し、内容積約１０Ｌのポットミルにてブレーン比表面積が４６００ｃｍ^２／ｇ（±５０ｃｍ^２／ｇ）まで粉砕して試製セメントを得た。

上記操作を繰り返し、試製セメントを４ｋｇ製造した。この試製セメントを二水石膏が半水化するのに十分な温度である１００℃の乾燥機内で貯蔵し、貯蔵日数が０、１、２、３、５、７日経過したとき、偽凝結試験に必要な分のセメントを取り出して、試験を実施した。結果を表１に示す。

比較例１、２
使用する石膏種を表１のように変更した以外は実施例１と同様に試製セメントを製造し、偽凝結試験を行った。結果は表１に示した。

実施例２
ベルトコンベヤにてセメントクリンカーを約６０ｔ／ｈの供給速度で搬送し、搬送中に、石膏及び粉砕助剤を添加し、次いで、連続式のチューブミルに供給して粉末度がブレーン値で４６００ｃｍ^２／ｇとなるまで粉砕を行った。このときの粉砕温度は約１２５℃であった。なお、石膏は、無水石膏と二水石膏を約５ｔ／杯のクレーンで交互に供給し、セメントクリンカーに対してＳＯ_３換算で３．０〜３．２質量％となるように添加した。粉砕されたセメントはそのままセメントサイロに貯蔵された。粉砕時の温度は平均で１２３℃であった。粉砕から６日後に抜き出したセメントの温度は７４℃であり、このときの５分侵入度は３５ｍｍであった。８日後に抜き出したセメントの温度は６１℃であり、このときの侵入度は３４ｍｍであった。このように製造したセメントを採取しても偽凝結は発生しなかった。

Claims

クリンカーと石膏とを混合・粉砕するセメントの製造方法において、前記石膏として、無水石膏と二水石膏との双方を併用することを特徴とするセメントの製造方法。
無水石膏と二水石膏の比がＳＯ_３質量換算比で１：１である請求項１記載のセメントの製造方法。