JP2021080146A - 亜硫酸カルシウム含有石膏、セメント組成物、地盤改良材及び地盤改良土 - Google Patents
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Abstract
Description
Ia/Ib<2 … (1)
但し、Iaは2θ=15.76〜16.25°におけるピーク強度であり、Ibは2θ=16.26〜16.75°におけるピーク強度である。
Y<0.4737X … (2)
本開示の第1実施形態に係る亜硫酸カルシウム含有石膏は、亜硫酸カルシウムを含み、CuKα線を用いた粉末XRDで得られる回折パターンにおけるピーク強度比が式(1)を満たす。
Ia/Ib<2 … (1)
但し、Iaは2θ=15.76〜16.25°におけるピーク強度であり、Ibは2θ=16.26〜16.75°におけるピーク強度である。
本開示の第2実施形態に係る亜硫酸カルシウム含有石膏は、亜硫酸カルシウムを含み、熱重量分析及びXRD−リートベルト法の少なくとも一方で求められる亜硫酸カルシウム含有率(X[質量%])と、JIS R 9101:2018の「16 二酸化硫黄の定量方法」に基づいて測定される二酸化硫黄の含有率(Y[質量%])とが、式(2)の関係を満たす。
Y<0.4737X … (2)
Y<0.465X … (4)
Y<0.45X … (5)
Y<0.42X … (6)
本開示の第3実施形態に係る亜硫酸カルシウム含有石膏は、亜硫酸カルシウムを含む。そして、亜硫酸カルシウム含有石膏に含まれる板状結晶の厚さが5μm以下、及び、主面の長さが5〜100μm以下である。板状結晶は亜硫酸カルシウムであってよい。板状結晶の厚さと長さは、SEMによる観察画像に基づいて測定することができる。主面の長さとは、板状結晶の主面(面積が最も大きい平面)において、主面の外縁上において選ばれる互いに異なる位置にある2つの点を結ぶ距離のうち、最大距離をいう。例えば主面が正方形である場合は、対角線の長さが主面の長さとなる。板状結晶の厚さは、主面に直交する方向に沿う長さのうち、最大長さである。
本変形例の亜硫酸カルシウム含有石膏は、上記第1実施形態、第2実施形態又は第3実施形態の亜硫酸カルシウム含有石膏において、さらに、レーザー回折・散乱法における平均粒径が10μm以下である。このような平均粒径を有しつつ、上記第1実施形態、第2実施形態又は第3実施形態で説明した性状を兼ね備える。なお、上記第1実施形態及び第2実施形態の全ての性状を兼ね備えていてもよいし、第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態の全ての性状を兼ね備えていてもよい。すなわち、第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態の説明内容を、本変形例の亜硫酸カルシウムに適用することができる。
本開示の一実施形態に係るセメント組成物は、上述のいずれかの実施形態又は変形例に係る亜硫酸カルシウム含有石膏を含む。セメント組成物は、セメントクリンカーを含んでよい。また、亜硫酸カルシウム含有石膏とは別の石膏を含んでもよい。セメント組成物の種類は特に制限はなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント、アルミナセメント等のいずれであってもよい。
本開示の一実施形態に係る地盤改良材は、上記セメント組成物を含んでよいし、市販のポルトランドセメントと、亜硫酸カルシウム含有石膏とを含んでもよい。このため、セメント系地盤改良材ということもできる。このような地盤改良材は、地盤改良土からの六価クロムの溶出を低減しながらも、地盤改良土の一軸圧縮強さを高く維持することができる。本実施形態の地盤改良材は、セメント系固化材として用いてもよい。
次に、本開示の亜硫酸カルシウム含有石膏の製造方法の一例を説明する。図1は、本例の亜硫酸カルシウムの製造する装置である。製造装置100は、硫黄含有原料及びクリンカー原料を焼成してセメントクリンカーを生産するセメントキルン部10、排ガスを抽気するバイパス部12及び1つ又は複数のサイクロンを有するプレヒータ部16を備えるセメントクリンカー焼成部70と、セメントクリンカー焼成部70から排ガスに含まれる亜硫酸ガスを原料スラリーに吸収して、亜硫酸カルシウム含有石膏を含む亜硫酸スラリーを得る脱硫部60とを有する。
市販のCaCO3粉末と水とを配合して、固形分の割合が20質量%である原料スラリーを調製した。セメントクリンカーを製造するセメントキルンから発生する排ガス(SO2含有)を、原料スラリーに接触させて、亜硫酸カルシウム含有石膏のスラリーを調製した(石灰−石膏法)。
亜硫酸カルシウム含有石膏A〜Eの熱重量分析、粉末XRD分析、XRD−リートベルト法による分析、二酸化硫黄及び三酸化硫黄の湿式分析、及び平均粒径の測定を行った。各分析の条件は以下のとおりである。各分析結果は、表1に示すとおりであった。試薬の亜硫酸カルシウムの粉末XRD分析と平均粒径の測定も同様にして行った。
市販の熱重量分析計を用い、200℃、600℃及び900℃に加熱したときの熱重量変化を測定した。200℃では二水石膏が脱水する。600℃では亜硫酸カルシウムが酸化する。900℃では炭酸カルシウムが分解する。各温度における質量の変化を利用して、以下の式に基づいて、二水石膏、亜硫酸カルシウム及び炭酸カルシウムの含有率をそれぞれ算出した。なお、各温度における保持は、重量変化がなくなるまでとした。各温度における保持時間は、それぞれ1時間であった。また、加熱時の雰囲気はいずれも空気とした。
・炭酸カルシウムの含有率(質量%)=(900℃に加熱して質量変化がなくなった後の試料の質量−600℃に加熱して質量変化がなくなった後の試料の質量)×[CaCO3の分子量]/[CO2の分子量]/試料の質量×100
・亜硫酸カルシウムの含有率(質量%)=100−(二水石膏の含有率+炭酸カルシウムの含有率)
X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、加速電圧:30kV、電流:10mA、管球:Cu)を用いた。得られた回折パターンから、2θ=15.76〜16.25°におけるピーク強度をIa、2θ=16.26〜16.75°におけるピーク強度をIbとして表1に示した。なお、Ia,Ibは、上記X線回折装置を用いて算出されるピーク強度である。
粉末XRDで得られた回折パターンのリートベルト解析を行った。リートベルト解析には、解析ソフトウェア(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、Topas)を用いた。この解析結果で求められた二水石膏、亜硫酸カルシウム及び炭酸カルシウムの含有率は表1に示すとおりであった。
JIS R 9101:2018の「16 二酸化硫黄の定量方法」に基づいて、二酸化硫黄の含有率を測定した。JIS R 5202:2010の「12 三酸化硫黄の定量方法」に基づいて、三酸化硫黄の含有率を測定した。また、これらの測定結果と、二酸化硫黄、三酸化硫黄、亜硫酸カルシウム半水和物及び二水石膏の各分子量に基づいて、亜硫酸カルシウム及び二水石膏の含有率を算出した。これらの結果は、表1の湿式分析の欄に示すとおりであった。
分散媒として水を使用し、超音波分散を行って測定試料を調製した。レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所製、装置名:SALD−2200)を用いて粒度分布を測定した。得られた粒度分布からメディアン径(D50:頻度の累積が50%となるときの粒子径)を求め、平均粒径とした。結果は表1に示すとおりであった。
亜硫酸カルシウム半水和物と二水石膏と炭酸カルシウムを、2:2:6の質量比で配合して、混合試料を調製した。
(比較例b)
亜硫酸カルシウム半水和物と二水石膏と炭酸カルシウムを、4:4:2の質量比で配合して、混合試料を調製した。
実施例3,4,5及び比較例1の亜硫酸カルシウム含有石膏を使用してセメント組成物を調製した。その他に使用した原料は以下のとおりである。
・普通ポルトランドセメント
・二水石膏(排脱二水石膏)
各実施例及び比較例のセメント組成物を用いて、以下の要領で土壌の地盤改良を行い、その性能を評価した。処理対象土として、関東ローム(湿潤密度:1.36cm3/g)を準備した。この処理対象土に対し、各実施例及び比較例のセメント組成物を、300kg/m3の割合で配合し、ホバートミキサーを用いて混合し、混合物を得た。
Claims (10)
- 亜硫酸カルシウムを含む亜硫酸カルシウム含有石膏であって、
CuKα線を用いた粉末XRDで得られる回折パターンにおけるピーク強度比が式(1)を満たす、亜硫酸カルシウム含有石膏。
Ia/Ib<2 … (1)
(但し、Iaは2θ=15.76〜16.25°におけるピーク強度であり、Ibは2θ=16.26〜16.75°におけるピーク強度である。) - 亜硫酸カルシウムを含む亜硫酸カルシウム含有石膏であって、
熱重量分析及びXRD−リートベルト法の少なくとも一方で求められる亜硫酸カルシウムの含有率(X[質量%])と、JIS R 9101:2018の「16 二酸化硫黄の定量方法」に基づいて測定される二酸化硫黄の含有率(Y[質量%])とが、式(2)の関係を満たす、亜硫酸カルシウム含有石膏。
Y<0.4737X … (2) - 亜硫酸カルシウムを含む亜硫酸カルシウム含有石膏であって、
板状結晶を含み、
前記板状結晶の厚さが5μm以下、及び主面の長さが5〜100μmである、亜硫酸カルシウム含有石膏。 - 二水石膏、半水石膏及び無水石膏のうち少なくとも一つを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の亜硫酸カルシウム含有石膏。
- 熱重量分析及びXRD−リートベルト法の少なくとも一方で求められる亜硫酸カルシウムの含有率(X[質量%])が、2質量%以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の亜硫酸カルシウム含有石膏。
- レーザー回折・散乱法における平均粒径が10μm以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の亜硫酸カルシウム含有石膏。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の亜硫酸カルシウム含有石膏を含む、セメント組成物。
- 亜硫酸カルシウムの含有率が0.2質量%以上である、請求項7に記載のセメント組成物。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の亜硫酸カルシウム含有石膏を含む、地盤改良材。
- 請求項9に記載の地盤改良材と土壌とを含む、地盤改良土。
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