JP2016113319A - 炉底灰を含んだ水硬性組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉底灰はセメント分野において、セメント原料としての有効利用のみに留まっており、新たな安定処理・再資源化方法の開発が求められている。【解決手段】 セメントクリンカーと石膏と炉底灰とを含んでなる水硬性組成物。その混合割合は、前記炉底灰がブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ２／ｇの状態で、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値によって決定するものである。Ｌの値が４１以上５１未満の場合は１質量％まで加えても良好な外観を呈し、Ｌの値が５１以上の場合は５質量％まで加えても良好な外観を呈する。【選択図】 なし

Description

本発明は炉底灰を含んだ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。

廃棄物、副産物等の中で、石炭灰、都市ゴミ焼却灰、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等、特に石炭灰は、通常のセメントクリンカー組成に比べ、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が多い。そのためこのような廃棄物、副産物等の使用量を増加させた場合、セメントクリンカー成分のうち間隙相に当たるアルミネート相の含有量が増加することになり、セメント物性に影響が生じる。従って、セメント製造での廃棄物、副産物等の使用量は、Ａｌ_２Ｏ_３成分の量により制約を受け、多量に使用できないという問題がある。

上記廃棄物のうち火力発電所から排出される石炭灰においては、近年、火力発電設備の稼働率上昇や高灰分炭の使用により発生量が増加する傾向にある。また、現在、石炭灰の多くはセメント分野においてクリンカー焼成用原料として有効利用されているが、今後、セメント需要の低下が予想される中、石炭灰の処理可能量低下が危惧されている。

石炭灰のうち電気集塵機にて回収されるフライアッシュはセメント分野において、クリンカー焼成用原料の他にセメント用少量混合成分、コンクリート用混和材、フライアッシュセメントなどとして幅広い有効利用がなされている。しかしながら、ボイラー底部から排出される炉底灰はセメント分野において、セメント原料としての有効利用のみに留まっており、新たな安定処理・再資源化方法の開発が求められている。

しかしながら炉底灰をセメントに対して添加した場合、炭素分と推定される黒色異物が表面に滲出し、美観を損なうという問題があり、フライアッシュのような使用はできなかった。そこで、本発明は、炉底灰をセメント混合材として使用可能な方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。そしてその結果、炭素分と関連する強熱減量は黒色異物の滲出程度とは関係がなく、また炉底灰の着色に関係する可能性のある酸化鉄量も無関係であり、おどろくべきことに炉底灰を色差計にて測定し、ハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値を指標とすることで、セメント本来の強度、流動性を損なうことなく、また美観を損なうことなく、セメントに炉底灰を混合可能なことを見出し、本発明を完成した。

即ち本発明は、セメントクリンカーと石膏と炉底灰とを含んでなる水硬性組成物であって、前記炉底灰は、ブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ^２／ｇの状態で、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値が４１以上のものであることを特徴とする水硬性組成物である。

本発明の組成物は、強度、流動性、美観などのセメント物性を損なうことなく、炉底灰を安定して再資源化可能な技術のひとつとして有用である。

本発明の水硬性組成物は、セメントクリンカーと石膏と炉底灰とを含んでなる。ここで、前記炉底灰は、ブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ^２／ｇの状態で、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値を求め、該Ｌの値が４１以上のものを使用する必要がある。好ましくは５１以上である。Ｌの値が４１よりも小さいと水硬性組成物の硬化体表面に炉底灰が浮き出し、美観が損なわれてしまう。Ｌの値が大きい方がより、多量に炉底灰を混合しても美観が損なわれにくい。具体的には、例えばＬの値が４１以上５１未満の場合は１質量％まで加えても良好な外観を呈し、Ｌの値が５１以上の場合は５質量％まで加えても良好な外観を呈する。ここでの混合割合とは水硬性組成物を１００質量％とした際の混合割合である。下限は特に限定されないが、炉底灰を有効利用する観点から０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましい。

本発明で使用する炉底灰は石炭火力発電設備のボイラー底部から排出されたものを指し、ボイラーの型式、燃焼方式には限定されない。また、燃料には石炭の他に石油、天然ガス、木材、廃プラスチック、パーム椰子殻（ＰＫＳ）、廃タイヤ、有機廃液などが混合され、燃料として用いられていても構わない。

前記炉底灰は色度計での分析の際にブレーン比表面積が３４００±３００ｃｍ^２／ｇである必要がある。即ち、後述する実施例の欄に具体的に示すように、同じ炉底灰であってもＬの値はブレーン比表面積の異なる粉砕状態では、異なる値を示し、ブレーン比表面積が大きいほど、Ｌの値も大きくなってしまう。そのため、本発明ではとブレーン比表面積が３４００±３００ｃｍ^２／ｇする。ここで、幅を有しているのは、ブレーン比表面積を厳密に規定することが困難であること、及び±３００ｃｍ^２／ｇ程度であれば同じ結果が得られるためである。なお、セメントクリンカー、石膏、その他混合材、粉砕助剤等との混合時、即ち、本発明の水硬性組成物中に存在する状態ではブレーン比表面積は特に限定されない。

本発明で使用する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のポルトランドセメントクリンカー等が該当する。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よく、３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが望ましい。

本発明で使用する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、所望の各鉱物比率および係数となるように所定の割合で調整混合し、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得ることができる。

当該セメント原料の調整混合方法も公知の方法を適宜採用すれば良い。例えば、事前に廃棄物・副産物およびその他の原料の組成を測定し、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良い。

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のものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を使用することも可能である。

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、副産物等をより具体的に例示すると、高炉スラグ、鉄鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、上水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ゴミなどの焼却灰等が挙げられる。

使用する石膏については、二水石膏、半水石膏、無水石膏等のセメント製造として公知の石膏が特に制限なく使用できる。石膏の添加量は、水硬性組成物中のＳＯ_３量が０．５〜５．０質量％となるように添加することが好ましく、１．８〜３．０質量％となるような添加量がより好ましい。本発明による焼成物、セメントクリンカーおよび石膏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る。セメントクリンカーは、その製造方法、組成に特に制限なく公知のものが使用できる。

本発明の水硬性組成物を構成するセメントクリンカー、石膏、炉底灰の粉末度を調整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、混合後に粉砕しても構わない。粉砕機としてはボールミル、竪型ミル等が使用できる。当該水硬性組成物の粉末度は、特に制限されないが、２８００〜４５００ｃｍ^２／ｇに調整されることが望ましく、３０００〜３８００ｃｍ^２／ｇに調整されることが特に望ましい。

また、当該水硬性組成物には、さらに高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ、炭酸カルシウム、石灰石等の混合材や粉砕助剤を適宜、添加混合、混合粉砕してもよい。また、塩素バイパスダスト等を混合してもよい。さらに必要に応じ、粉砕後に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合し、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等にすることも可能である。

本発明の水硬性組成物は従来公知のセメントと同様に使用することができる。

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。

日本国内の火力発電所から排出された炉底灰１０種（ａ〜ｊ）を用いて以下の調査を実施した。

前記炉底灰はブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ^２／ｇとなるまで粉砕し、普通ポルトランドセメントに対して１〜５％の割合で内割り混合したものを試料として用いた。ここで、これらの炉底灰のブレーン比表面積、９５０℃強熱減量および化学組成を表１に示す。

次に、モルタル供試体を作製する過程で、テーブルバイブレーターによる成形を行った際、供試体表面に炉底灰が浮き出し、美観が損なわれているかどうかを目視により判断した。判断基準は炉底灰を添加していない供試体と外観が同等であるかどうかとした。

また、炉底灰について、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値を測定した。明度指数の測定には分光色差計を用い、反射測定により行った。標準白板による校正を行った後、試料セルに炉底灰を充填し、６０回のタッピングを行った後のものを測定試料とした。これらの結果を表３に示す。ここで、外観が炉底灰を添加していない供試体と比較して同等であるものを○、劣化があるものを×として記載した。これらの結果を表２に示す。

ＪＩＳ Ｒ ５２１０「セメントの物理試験方法」に準じてモルタル供試体を作製し、３、７、２８日圧縮強度を測定した。また、ＪＡＳＳ １５ Ｍ１０３「セルフレベリング材の品質基準」に準じてペーストフローにより流動性を測定し、炉底灰を添加していないペーストに対するフロー値の比を算出した。これらの結果を表３に示す。

なお、明度指数Ｌは炉底灰の粉末度によって変化する。例えば炉底灰ｄのブレーン比表面積を変化させた場合、表４のようになった。

Claims (3)

1. セメントクリンカーと石膏と炉底灰とを含んでなる水硬性組成物であって、前記炉底灰は、ブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ^２／ｇの状態で、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値が４１以上のものであることを特徴とする水硬性組成物。
2. 前記炉底灰のハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値が５１以上のものである請求項１に記載の水硬性組成物。
3. セメントクリンカーと石膏と炉底灰とを含んでなる水硬性組成物において、前記炉底灰の混合割合を、前記炉底灰がブレーン比表面積３４００±３００ｃｍ^２／ｇの状態における、色差計により測定したハンターＬａｂにおける明度指数Ｌの値を基準として決定する方法。