JP2013510784A - ポルトランドセメントクリンカにおけるアーライトの結晶形の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結果的に、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形が変更されて、ポルトランドセメントクリンカの性能が改善されるように、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形を制御する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形が変更されて、ポルトランドセメントクリンカの性能が改善されるように、セメントクリンカを熱処理して、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形を制御する方法に関する。本方法は簡素で実施可能である。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、ポルトランドセメントクリンカにおけるアーライトの結晶形の制御方法、特にポルトランドセメントクリンカの性能の改善に関する。

中国においてセメント産業は急速に発展している。２００８年における中国のセメント生産量は約１４．５億トンで、世界のセメント総生産量の約５０％を占め、２４年連続世界一であった。中国経済が急速な発展段階にはいっていることにより、中国のセメント生産量は年率１０％で増加し続けると予想されている。多くのセメントが中国で生産されているにも関わらず、全体的なセメントの品質は相対的に低く、それによりコンクリート製品の寿命が影響を受けている。したがってセメント性能が改善されなければならない。ポルトランドセメントは主にポルトランドセメントクリンカ、石膏、複合材料から構成される。ポルトランドセメントの性能を向上させるためには、ポルトランドセメントクリンカの性能が向上しなくてはならない。ポルトランドセメントクリンカは主に、エーライト、ビーライト、アルミン酸三カルシウム（Ｃ_３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３））、鉄アルミン酸四カルシウム（Ｃ_４ＡＦ（４ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３））から構成される。エーライトはポルトランドセメントクリンカのゲル化特性の主要な供給源である一方、エネルギー消費の主要な原因でもある。したがってポルトランドセメントクリンカのゲル化特性を改善するためには、クリンカ内のＣ_３Ｓの含有量あるいはその活性を改善しなければならない。しかし、クリンカ内のＣ_３Ｓの含有量を増加させることは、エネルギー消費の増加につながる。よって省エネルギーと排出量低減の国家的な要請のもとでは、セメントクリンカの性能を改善することの１つの効果的な尺度は、ポルトランドクリンカ内のエーライトの活性を改善することである。現在では、高活性のエーライトがその結晶形の修正によって得られるようなドーピングが、エーライトの活性を改善する最も広く用いられる方法である。

本発明の課題は、結果的に、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形が変更されて、ポルトランドセメントクリンカの性能が改善されるように、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形を制御する処理を提供して、ポルトランドセメントクリンカの性能を改善することである。

上記課題を達成するために、本発明の技術的特徴は、ポルトランドセメントクリンカ内のエーライトの結晶形を制御する方法であって、以下のステップを含む。
（１）準備されたポルトランドセメント原料を焼成する。
（２）ポルトランドセメント原料を毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏１４００度ないし１６００度まで昇温させて、その温度で保持し、それから自然冷却する。
（３）その温度が摂氏６００ないし８００度になったら、毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏７００度ないし１３００度まで昇温させて、その温度で保持し、それから自然冷却する。
（４）冷却されたクリンカを、ボールミルを用いて粉状に挽く。
あるいは以下のステップを含む。
（１Ｂ）準備されたポルトランドセメント原料を焼成する。
（２Ｂ）ポルトランドセメント原料を、毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏１４００度ないし１６００度まで昇温させて、その温度で保持する。それから冷却器に搬送し、その温度を毎分摂氏４０ないし８０度の速さで低下させる。
（３Ｂ）摂氏７００度ないし１３００度に達したら、その温度を維持する。
（４Ｂ）それから自然冷却する。冷却されたセメントクリンカを、ボールミルを用いて粉状に挽く。

好適には、ステップ（２）、（３）、（２Ｂ）、（３Ｂ）での保持時間は、それぞれ５ないし１２０分である。好適には、ステップ（４）、（４Ｂ）の粉状物の比表面積は３４０ないし３６０ｍ^２／ｋｇである。

ステップ（１）、（１Ｂ）において、準備されたセメント原料は、標準の処理パラメータのもとで、クリンカを形成するように焼成される。それに加えて、焼成されたクリンカは、続く熱処理に直接用いられてもよい。

本発明は、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形が変更されて、ポルトランドセメントクリンカの性能が改善されるように、セメントクリンカを熱処理して、ポルトランドセメントクリンカにおけるエーライトの結晶形を制御する処理に関する。本処理は簡素で実施可能である。

熱処理なしのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝３２ないし３３度）を示す図。 熱処理なしのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝５１．５ないし５２．７度）を示す図。 熱処理後のセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝３２ないし３３度）を示す図。 熱処理後のセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝５１．０ないし５２．５度）を示す図。

図１は、異なった２θでのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトルである（クリンカはＨｕａｉｈａｉセメントファクトリによって製造された）。ここで図１−１は熱処理なしのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝３２ないし３３度）、図１−２は熱処理なしのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝５１．５ないし５２．７度）である。

図２は、異なった２θでのセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトルである（クリンカはＨｕａｉｈａｉセメントファクトリによって製造され熱処理された）。ここで図２−１は熱処理後のセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝３２ないし３３度）、図２−２は熱処理後のセメントクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトル（２θ＝５１．０ないし５２．５度）である。

（実施例）
本発明を以下の例によってさらに説明する。しかし本発明は以下の例には限定されない。

（例１）
（１）準備されたポルトランドセメント原料を摂氏１４５０度まで昇温し、１時間焼成して冷却する。

（２）ポルトランドセメント原料を、摂氏１４５０度に達するまで毎分摂氏５度の速さで昇温し、その温度を３０分維持してから自然冷却した。

（３）冷却されたクリンカを、摂氏８００度以下の温度まで昇温する。摂氏１１００度に達するまで温度は毎分摂氏１０度の速さで昇温し、その温度を６０分維持してから、自然冷却した。

（４）冷却されたクリンカをボールミルを用いて粉状に挽いた。比表面積は３４０ｍ^２／ｋｇとした。上記クリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトルと、Ｘｕｃｈｏｕ Ｈｕａｕｈａｉセメントファクトリの熱処理なしのクリンカ内のエーライトのＸＲＤスペクトルとが図１と図２に示されている。摂氏１１００度で６０分間の焼成後に、Ｈｕａｕｈａｉセメントファクトリのポルトランドセメントクリンカ内のエーライトの結晶形がＭ３からＭ１に変化していることがわかる。

（５）最終的に得られた９６ｇのセメントクリンカに４ｇの石膏を加えて、一様に混合した。その後、２９ｍＬの水（水セメント比ｗ／ｃ＝０．２９）を加えて、混合して、２０×２０×２０ｍｍのサンプルへ成型した。そして３日、２８日の圧縮強度を計測した。サンプルは、まず養生ケース（curing case）内で２４時間養生(cure)された。その際、相対湿度は９０％、温度は摂氏２０±２度とした。それから、離型されたサンプルを水養生ケース(water curing case)のなかで摂氏２０±１度で養生した。その結果得られた強度の比較が表１に示されている。

（例２）
（１）準備されたポルトランドセメント原料を摂氏１４８０度まで昇温し、０．５時間焼成して冷却する。

（２）そのポルトランドセメント原料を、摂氏１５００度に達するまで毎分摂氏１０度の速さで昇温し、その温度を６０分維持してから自然冷却した。

（３）冷却されたクリンカを、摂氏７００度以下の温度まで昇温する。摂氏１０００度に達するまで毎分摂氏１５度の速さで昇温し、その温度を９０分維持してから、自然冷却した。冷却されたクリンカをボールミルを用いて粉状に挽いた。比表面積は３５０ｍ^２／ｋｇとした。

（４）最終的に得られた９６ｇのセメントクリンカに４ｇの石膏を加えて、一様に混合した。その後、２９ｍＬの水（水セメント比ｗ／ｃ＝０．２９）を加えて、混合して、２０×２０×２０ｍｍのサンプルへ成型した。そして３日、２８日の圧縮強度を計測した。サンプルは、まず養生ケース内で２４時間養生された。その際、相対湿度は９０％、温度は摂氏２０±２度とした。それから、離型されたサンプルを水養生ケースのなかで摂氏２０±１度で養生した。その結果得られた強度の比較が表２に示されている。

（例３）
（１）準備されたポルトランドセメント原料を摂氏１４５０度まで昇温し、１時間焼成して冷却した。

（２）そのポルトランドセメント原料を、摂氏１４５０度に達するまで毎分摂氏５度の速さで昇温し、その温度を６０分維持してから、冷却装置に入れて、温度を毎分摂氏５５度の速さで低下させた。

（３）温度を摂氏１０００度まで冷却し、その温度を６０分維持した。

（４）その後自然冷却した。冷却されたクリンカをボールミルを用いて粉状に挽いた。比表面積は３６０ｍ^２／ｋｇとした。

（５）最終的に得られた９６ｇのセメントクリンカに４ｇの石膏を加えて、一様に混合した。その後、２９ｍＬの水（水セメント比ｗ／ｃ＝０．２９）を加えて、混合して、２０×２０×２０ｍｍのサンプルへ成型した。そして３日、２８日の圧縮強度を計測した。サンプルは、まず養生ケース内で２４時間養生(cure)された。その際、相対湿度は９０％、温度は摂氏２０±２度とした。それから、離型されたサンプルを水養生ケース(water curing case)のなかで摂氏２０±１度で養生した。その結果得られた強度の比較が表３に示されている。

（例４）
（１）準備されたポルトランドセメント原料を摂氏１４５０度まで昇温し、１時間焼成して冷却した。

（２）そのポルトランドセメント原料を、摂氏１５００度に達するまで毎分摂氏１５度の速さで昇温し、その温度を３０分維持してから、冷却装置に入れて、温度を毎分摂氏５０度の速さで低下させた。

（３）温度を摂氏１１００度まで冷却し、その温度を３０分維持した。

（４）その後自然冷却した。冷却されたクリンカをボールミルを用いて粉状に挽いた。比表面積は３５０ｍ^２／ｋｇとした。

（５）最終的に得られた９６ｇのセメントクリンカに４ｇの石膏を加えて、一様に混合した。その後、２９ｍＬの水（水セメント比ｗ／ｃ＝０．２９）を加えて、混合して、２０×２０×２０ｍｍのサンプルへ成型した。そして３日、２８日の圧縮強度を計測した。サンプルは、まず養生ケース内で２４時間養生された。その際、相対湿度は９０％、温度は摂氏２０±２度とした。それから、離型されたサンプルを水養生ケースのなかで摂氏２０±１度で養生した。その結果得られた強度の比較が表４に示されている。

Claims (3)

1. ポルトランドセメントクリンカ内のエーライトの結晶形を制御する方法であって、
   準備されたポルトランドセメント原料を焼成する第１ステップと、
   そのポルトランドセメント原料を毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏１４００度ないし１６００度まで昇温させて、その温度で保持し、それから自然冷却する第２ステップと、
   そのセメントクリンカの温度が摂氏６００ないし８００度になったら、毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏７００度ないし１３００度まで昇温させて、その温度で保持し、それから自然冷却する第３ステップと、
   その冷却されたセメントクリンカを、ボールミルを用いて粉状に挽く第４ステップと、
   を備えるか、あるいは、
   準備されたポルトランドセメント原料を焼成する第１Ｂステップと、
   ポルトランドセメント原料を、毎分摂氏１ないし３５度の速さで摂氏１４００度ないし１６００度まで昇温させて、その温度で保持し、それから冷却器に搬送し、その温度を毎分摂氏４０ないし８０度の速さで低下させる第２Ｂステップと、
   そのクリンカの温度が摂氏７００度ないし１３００度に達したら、その温度を保持する第３Ｂステップと、
   そのクリンカを自然冷却し、冷却されたクリンカを、ボールミルを用いて粉状に挽く第４Ｂステップと、
   を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記第２ステップ、第３ステップ、第２Ｂステップ、第３Ｂステップでの保持時間は、それぞれ５ないし１２０分である請求項１に記載の方法。
3. 前記第４ステップ、第４Ｂステップの粉状物の比表面積は３４０ないし３６０ｍ^２／ｋｇである請求項１に記載の方法。

Images