JP2014205601A

JP2014205601A - 水硬性組成物

Info

Publication number: JP2014205601A
Application number: JP2013085364A
Authority: JP
Inventors: 博章古賀; Hiroaki Koga; 龍男新見; Tatsuo Niimi; 中村　明則; Akinori Nakamura; 明則中村; 弘義加藤; Hiroyoshi Kato
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-30

Abstract

【課題】高炉スラグは、セメント用混和材として利用されるが、凝結遅延や初期強度発現の低下などの課題があった。本発明は、高炉スラグを含有するセメントにおいても、汎用性セメントと同等の性状を示す水硬性組成物を提供するものである。【解決手段】ポルトランドセメントクリンカーに少量の高炉スラグを含むセメント組成物（クリンカーと高炉スラグの合計１００質量部中、高炉スラグが５〜１５質量部）において、さらに水酸化カルシウムを１〜５質量部混合することにより、高炉スラグを含有したセメントでも汎用セメント同等の性状を得る。【選択図】なし

Description

本発明は、ポルトランドクリンカー、高炉スラグおよび水酸化カルシウム、さらにセッコウを含む水硬性組成物に関する。詳しくは、高炉スラグを含有する水硬性組成物の凝結性状および初期強度発現を向上させる水硬性組成物に関する。さらに詳しくは、高炉スラグを含有する水硬性組成物を水酸化カルシウムを利用することにより、凝結性状および初期強度発現を向上させる水硬性組成物に関する。

近年の地球環境問題と関連して、廃棄物、副産物等の有効利用は重要な課題となっている。セメント産業、セメント製造設備の特徴を生かし、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行うことは、安全かつ大量処分が可能という観点から有効とされている。

大量生産・大量消費型産業であるセメント産業は、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行い、省資源・省エネルギーで効率よくセメントを製造することが重要とされている。

一方、地球温暖化の観点からすると、セメント産業はＣＯ２排出量の多い産業位置づけられている。セメント産業で排出されるＣＯ２は、セメント製造段階での、クリンカー原料となる石灰石の脱炭酸による。セメント産業でのＣＯ２低減については、クリンカー量を少なくした混合セメントが有効とされる。このような混合セメントの混合成分の一つとしてとしては、高炉スラグを混合した高炉セメントがある。

特開２００５−１３９０６０号公報

しかしながら高炉スラグは、セメント用混和材として利用した場合、汎用性セメント（普通ポルトランドセメント）に比べて凝結遅延や初期強度発現が低下するなどの課題があった。

従って本発明は、高炉スラグを含有するセメントにおいても、汎用性セメントと同等の性状を示す水硬性組成物を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった。そして、水酸化カルシウムが、セメントの凝結促進作用を有することと、高炉スラグの潜在水硬性を引出す刺激剤として作用することに着目した。そして、ポルトランドセメントと高炉スラグおよび水酸化カルシウムの組合せを適切なものとすることで、高炉スラグを含有したセメントでも汎用セメント同等の性状を得ることができるのではないかと考え、さらに検討を進めた結果、本発明を完成した。

即ち本発明は、ポルトランドセメントクリンカー９５〜７０質量部、高炉スラグ５〜１５質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグの合計を１００質量部とする。）および水酸化カルシウム１〜５質量部を含み、さらにセッコウを全組成物あたりＳＯ_３換算で、１．５〜５質量％含むことを特徴とする水硬性組成物である。

本発明によれば、高炉スラグを含有するセメントとしても汎用性セメントと同等の凝結性状が得られるとともに初期強度発現性状が得られる。

なお、水酸化カルシウムの添加量が多くなりすぎても効果が得られなくなる。水酸化カルシウムは凝結促進に作用することは知られているが、凝結促進されるといえども、必ずしも初期強度発現が促進されるとは限らない。

本発明で使用するポルトランドセメントクリンカーは、セメントとした際に汎用性性状を示す公知のクリンカーを採用することが可能であり、具体的には、普通ポルトランドセメント用クリンカーや早強ポルトランドセメント用クリンカー等が該当する。ポルトランドセメントクリンカーの粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましく、セッコウを添加して調整されても良い。

本発明で使用する上記セメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント（クリンカー）原料を、所望の各鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより容易に得ることができる。

当該セメント原料の調製混合方法も公知の方法を適宜採用すればよい。例えば、事前に廃棄物、副産物およびその他の原料（石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ_２源、粘土等のＡｌ_２Ｏ_３源、鉄源等のＦｅ_２Ｏ_３源など）の組成を測定し、これら原料中の各成分割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すればよい。

なお、本発明で使用するセメントクリンカーの製造に用いる原料は、従来セメントクリンカーの製造において使用される原料と同様なものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。

本発明で使用するセメントクリンカーの製造において、廃棄物、副産物等から一種以上を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。

本発明の水硬性組成物は、上記ポルトランドセメントクリンカーに加えて、高炉スラグ、水酸化カルシウムおよびセッコウを必須成分として含む。

本発明の水硬性組成物に用いる高炉スラグは、セメント混合材として公知の高炉スラグを用いることができる。具体的には、製鉄所より副産物として副生する高炉スラグを粉砕したものであれば制限なく使用することができる。高炉スラグの粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、３０００〜８０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましく、セッコウを添加して調整されても良い。

高炉スラグの使用量は５〜１５質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグの合計を１００質量部とする。）である。高炉スラグを混合することによりクリンカーの使用量を減らすことができるが、高炉スラグ含有量が１５％を越えると下記の水酸化カルシウムの効果が得られない。

上記高炉スラグを混合すると、凝結遅延や初期強度発現が低下するなどの影響がでる。そこで本発明では、この影響をなくすため水酸化カルシウムを加える。

使用する水酸化カルシウムについては、乾式の粉末状のもでも湿式のスラリー状のものでもよく、限定されることなく使用できる。粉末度は、見かけ上の平均粒子径が１０μｍ以下であれば良く、さらに小さい粒子が二次粒子を形成しているような場合でも、見かけ上の平均粒子径が１０μｍ以下であれば良い。好ましくは、一次粒子として１μｍ以下のものである。

水酸化カルシウムの混合量は、上記のポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグの合計を１００質量部に対して１〜５質量部である。１質量％未満では十分な効果が得られない。５質量％を超えると、初期強度発現が低下する傾向が再度でてくる。

使用するセッコウについては、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。具体的には、排煙脱硫セッコウ、リン酸セッコウ等の副産二水セッコウや天然の二水セッコウ、半水セッコウ、ＩＩ型無水セッコウ等が挙げられる。石膏の添加量は、全組成物あたりＳＯ_３換算で、１．５〜５質量％となるように添加することが好ましく、１．８〜３質量％となるような添加量がより好ましい。

本発明の水硬性組成物を構成するポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグおよびセッコウの粉末度を調製するための粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用でき、各成分を個別に粉砕後、混合しても良いし、混合後に粉砕してもよい。粉砕機としてはボールミル、竪型ミル等が使用できる。水酸化カルシウムは、別途混合することが好ましい。

本発明の水硬性組成物は、汎用性セメントと同等として使用することができる。また、土壌固化材等の固化材の構成成分として使用することも可能である。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

普通ポルトランドセメントクリンカーにＳＯ_３換算で２質量％となるようにセッコウを添加し、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が３５００ｃｍ^２／ｇとなるように混合粉砕した。高炉スラグは、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が４０００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕した。水酸化カルシウムは、０．１μｍ以下の一次粒子が凝集した二次粒子として存在し、見かけの平均粒径が７．５μｍ程度のものを用いた。上記のセッコウを含むポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグおよび水酸化カルシウムを用いて各水硬性組成物を製造した。得られた水硬性組成物の凝結時間、モルタル圧縮強さを測定した。

なお、各種測定方法は以下の方法による。
（１）凝結時間の測定：ＪＩＳＲ５２０１に準拠する方法により測定した。
（２）モルタル圧縮強さの測定：ＪＩＳＲ５２０１に準拠する方法により測定した。

各実施例の混合材添加量、モルタル圧縮強さ、凝結時間の結果を表１に示す。

参考例及び比較例１、３より高炉スラグの添加量の増加により、凝結が遅れ、初期強度発現の低下傾向が見られる。比較例１、実施例１、２および比較例２より、高炉スラグ１０質量部添加したものに対し、水酸化カルシウムを０、２、４、８％と添加量を増やすと、４％添加までは、凝結が促進され初期強度発現も比較例１に対し、同等以上の値を示し、さらに参考例と比較しても同等の性状を示す。比較例２の水酸化カルシウムの添加量が８％になると、凝結の促進効果は得られるものの、３日の強度発現が維持できなくなる。

比較例３〜６は、高炉スラグ含有量２０質量部のものに水酸化カルシウムを添加したものであるが、高炉スラグの添加による凝結遅延は補えるものの強度発現の維持が困難となった。

Claims

ポルトランドセメントクリンカー９５〜７０質量部、高炉スラグ５〜１５質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグの合計を１００質量部とする。）および水酸化カルシウム１〜５質量部を含み、さらにセッコウを全組成物あたりＳＯ_３換算で、１．５〜５質量％含む水硬性組成物。