JP2022070235A - Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリート及びその調製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリート及びその調製方法を提供する。【解決手段】全固形廃棄物コンクリートは、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグと、２６～７８部の炭化カルシウムスラグと、１８２～２３４部のスラグと、１０４～２０８部のフライアッシュと、１７０～１９０部の水と、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂と、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石と、１～３部のポリカルボン酸減水剤とからなり、コンクリート強度のグレードはＣ３０グレード以上である。前記アルカリスラグは、アンモニアアルカリ法でソーダ灰を生産する過程で生じる工業廃棄物残渣であり、前記炭化カルシウムスラグは、炭化カルシウムの加水分解によりアセチレンガスを得た後に生じる水酸化カルシウムを主要成分とする廃棄物残渣である。【選択図】なし
Description
本発明は、建築材料の分野に属し、特にアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂を利用するＣ３０グレードの全固形廃棄物コンクリート及びその調製方法に関する。
工業生産の発展に伴い、工業廃棄物の量は増えている。特に冶金や火力発電等の工業排出量は最も大きい。工業廃棄物の量は膨大で、種類が多く、成分が複雑で、処理が非常に難しい。現在、利用される工業廃棄物の数は限られており、例えば、米国やスウェーデンなどの国では鉄鋼スラグが利用され、日本やデンマークなどの国ではフライアッシュや石炭スラグが利用されている。他の工業廃棄物は依然として主に消極的に貯蔵され、一部の有害な工業固体廃棄物は、埋立、焼却、化学変換、微生物処理等の方法で処分され、一部は海に投棄される。大量の工業固形廃棄物の総合利用は、現在工業の変革とアップグレードを実現するための重要な手段であり、中国の工業の持続可能な発展を確保するための長期的な戦略方針でもある。しかし、工業固形廃棄物の処理方法は、未だに環境保護部門を悩ませる難題である。
工業固形廃棄物の１つであるアルカリスラグは、アンモニアアルカリ法でソーダ灰を生産する過程で生じる工業廃棄物残渣であり、ソーダ灰１ｔを生産するごとに、アルカリスラグ３００～６００ｋｇが生成され、最新の統計によると、中国では毎年７８０万トン程度のアルカリスラグを排出している。現在、アルカリスラグの清澄液は良くリサイクルされているが、加圧ろ過されたアルカリスラグは積場に貯蔵され、資源化利用率は低く、アルカリスラグ積場は年々増加し、関連企業はアルカリスラグの貯蔵問題を対処するために毎年高額な資金を費やさなければならず、これによる環境ストレスは日々増えている。
工業固形廃棄物の１つである鉄尾鉱は、鉄鉱石を精製した後に生じる固形廃棄物であり、現在中国の限られた鉄尾鉱の回収技術を鑑みて、ほとんどの鉄鋼企業は尾鉱庫を立てる方法で貯蔵処理している。不完全な統計によると、現在中国の尾鉱の総生産量は１００億トンを超え、そのうち貯蔵されている鉄尾鉱量は約１／３を占め、尾鉱の総合利用率はわずか７％である。鉄尾鉱の貯蔵は、環境汚染、生態学的バランス破壊、貯蔵による土地の占有など、多くの環境問題をもたらす。
アルカリスラグや鉄尾鉱などの固形廃棄物の大面積貯蔵について、この問題に対処することが急務である。現在、様々な工業固形廃棄物の物理化学特性に基づいたコンクリートの開発調製は、セメントコンクリート業界のグリーン、低炭素で持続可能な重要な発展方向である。
研究者は、アルカリスラグが、アルカリ性物質、及びカルシウム、ケイ素、アルミニウム質成分に富んでいることを発見し、ポルトランドセメント成分と重なる部分があり、アルカリ活性化セメント材料を調製するための潜在的な原料であり、かつスラグ、フライアッシュを活性混合材としてセメントに混入する、又は鉱物混合物としてコンクリートに混入する、又はセメント成分としてアルカリ活性化セメント材料を調製する応用は成熟しており、通常の砂利骨材の代わりに鉄尾鉱を使用してコンクリートを調製することも成熟した応用研究が行われた。アルカリスラグをアルカリ活性化セメント材料として利用するとともに、さらに鉄尾鉱固形廃棄物を利用し、利用価値のある固形廃コンクリートを製造できれば、アルカリスラグ固形廃棄物の処理事業に深い影響を与えることは間違いない。
しかし、従来から、アルカリスラグをアルカリ活性化セメント材料として使用して得られた固形廃コンクリートは、強度の面で非常に理想的ではない。本発明の発明者は、アルカリ活性化セメント材料としてアルカリスラグを直接使用するコンクリート強度は、Ｃ２０グレードにさえ達しないことを発見し、強度が低いため、その応用は大きく制限されている。
したがって、現状は、固形廃コンクリート原料としての工業アルカリスラグの使用は、商業的価値や実用的価値が非常に悪い状態にあり、いかにアルカリスラグを固形廃コンクリート原料として使用し、且つ強度的により利用価値のあるコンクリートを開発することは、解決すべき問題である。
上記の問題を解決するために、発明者は鋭意に研究し、新しい配合を試みた結果、アルカリスラグを単独でアルカリ活性化セメント材料に用いる場合、コンクリートの強度は不十分であるが、アルカリスラグに適量の炭化カルシウムスラグを混合し、アルカリスラグを炭化カルシウムスラグとともにアルカリ活性化セメント材料に用いる場合、コンクリート強度を大幅に向上できることを見出した。
炭化カルシウムスラグも工業固形廃棄物の一つであり、炭化カルシウムを加水分解してアセチレンガスを得た後に発生する水酸化カルシウムを主成分とする廃棄物残渣であり、量が多く、硫黄やヒ素などの有害物質を含み、処理せずに排出すると、下水道が詰まり、川床に堆積し、漁業生産が危険にさらされる。アルカリ活性化セメント材料として炭化カルシウムスラグを単独で使用して得られたコンクリートの強度も悪いため、炭化カルシウムスラグも従来のスラグコンクリートのアルカリ活性化セメント材料ではない。本発明者はまた、アルカリ活性化セメント材料として炭化カルシウムスラグを単独で使用する場合の強度を検証したが、Ｃ３０グレードの強度から遥かに遠い（具体的に後述の実施例部分参照）。しかし、アルカリスラグと炭化カルシウムスラグを同時にアルカリ活性化セメント材料として使用する場合、コンクリートの強度が大きく向上し、このような独特な相乗効果に基づいて、発明者は以下の発明を完成した。
具体的に、本発明では、アルカリスラグと、炭化カルシウムスラグと、スラグと、フライアッシュと、鉄尾鉱砂と、鉄尾鉱石と、減水剤とを含み、前記成分は重量部で：５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であり、そのコンクリート強度グレードはＣ３０グレード以上である全固形廃棄物コンクリートを提供する。
好ましくは、前記スラグはＳ９５グレード粉砕スラグである。
好ましくは、前記フライアッシュはＦIIグレードフライアッシュである。
好ましくは、前記鉄尾鉱砂は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、砂作りによって得られ、粒径０．１５ｍｍ～２．３６ｍｍ、粗粒率２．３～３．０、泥含有量＜０．５％である。
好ましくは、前記鉄尾鉱石は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、ふるいにかけることにより得られ、粒径４．７５ｍｍ～２０．００ｍｍ、粉砕指標＜１６％である。
本発明はさらに、以下のステップを含む前記全固形廃棄物コンクリートの調製方法を提供する。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、前記上澄みと下部スラリーを別々に保存しておく。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、前記上澄みと下部スラリーを別々に保存しておく。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕してふるいにかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておく。
Ｓ３．前記アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得る。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０～６０秒攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０～６０秒攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１分間～２分間攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２分間～３分間攪拌し、全固形廃棄物コンクリートを得る。
好ましくは、ステップＳ１において、前記炭化カルシウムスラグの上澄みは、ＯＨ－濃度が０．０３２～０．０６３ｍｏｌ／Ｌに、ＰＨ値が１２．５～１２．８に制御される。
好ましくは、ステップＳ１において、前記アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーの含水率が５０％～６０％に制御される。
好ましくは、ステップＳ２において、前記ふるいの孔径は０．０７５～０．３００ｍｍである。
従来技術に比べて、本発明は以下の有益な効果を有する。
（１）従来のアルカリ活性化セメント材料又はアルカリ活性化コンクリートを調製するための活性化剤は、ＮａＯＨ又は水ガラスなどの強アルカリであることが多く、コストは比較的高い。本発明では、強アルカリを使用せず、アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグに含まれる重要なアルカリ成分を利用して、スラグ－フライアッシュを補完的かつ相乗的に活性化して一定強度のセメント材料を形成し、廃アルカリの十分な利用を実現し、アルカリ活性化セメント材料の生産コストを効果的に低下させることができる。
（１）従来のアルカリ活性化セメント材料又はアルカリ活性化コンクリートを調製するための活性化剤は、ＮａＯＨ又は水ガラスなどの強アルカリであることが多く、コストは比較的高い。本発明では、強アルカリを使用せず、アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグに含まれる重要なアルカリ成分を利用して、スラグ－フライアッシュを補完的かつ相乗的に活性化して一定強度のセメント材料を形成し、廃アルカリの十分な利用を実現し、アルカリ活性化セメント材料の生産コストを効果的に低下させることができる。
（２）本発明のＣ３０グレードの全固形廃棄物コンクリート原料は、完全に工業固形廃棄物に由来し、アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂の物理化学性質に応じて、相乗的な処理を実現し、廃棄物を宝物に変え、様々な工業固形廃棄物による環境汚染問題を効果的に軽減できる。
（３）本発明は、セメントの代わりに全固形廃棄物セメント材料を利用し、通常の砂利の代わりに鉄尾鉱砂利を利用し、ポルトランドセメントの生産によって発生する高エネルギー消費、高汚染の問題をある程度軽減し、石の過剰採掘、天然骨材の不足によるストレスを軽減し、コンクリートの生産コストを下げることができ、より一層エネルギー節約や排出削減、グローンで持続可能な発展の要求を満たす。
以下、実施例により、本発明を実施するための形態をさらに詳しく説明する。
上述したように、本発明の全固形廃棄物コンクリートは、アルカリスラグと、炭化カルシウムスラグと、スラグと、フライアッシュと、鉄尾鉱砂と、鉄尾鉱石と、減水剤とを含み、各成分は重量部で：５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤である。
上述したように、本発明の全固形廃棄物コンクリートは、アルカリスラグと、炭化カルシウムスラグと、スラグと、フライアッシュと、鉄尾鉱砂と、鉄尾鉱石と、減水剤とを含み、各成分は重量部で：５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤である。
本発明は、固形廃棄物コンクリートを実現し、アルカリスラグ－炭化カルシウムスラグでスラグ－フライアッシュを相乗的に活性化することにより、新しい水硬性セメント材料を形成し、ポルトランドセメントを大量に置き換え、そして通常の砂利の代わりに鉄尾鉱砂利を使用し、全固形廃棄物コンクリートを調製する。本発明では、セメントを使用せず、強アルカリ（ＮａＯＨ、水ガラスな）を使用せず、アルカリスラグに含まれる一定量の廃アルカリを利用して、スラグ－フライアッシュを活性化して一定強度のセメント材料を形成し、効果的にセメントを置き換えられ、同時に別の工業固形廃棄物である炭化カルシウムスラグを有効に利用することで、複数の固形廃棄物の共同利用を実現し、設計強度を実現するとともに、環境汚染を低減し、生産コストを下げた。同時に、このようなアルカリスラグ－炭化カルシウムスラグアルカリ活性化セメント材料は、活性混合材としての鉄尾鉱固形廃棄物とよく配合できるため、前記本発明の全固形廃棄物コンクリートを得ることが可能になる。
アルカリ活性化セメント材料として、アルカリスラグと炭化カルシウムスラグの相乗効果は、本発明の発明者が初めて発見したものである。本発明者は、このような相乗効果が発生した理由は、アルカリスラグにおけるＣａＣｌ２、ＣａＳＯ４、ＣａＣＯ３はスラグ－フライアッシュを活性化し、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルとカルシウムクロロアルミネート水和物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＣｌ２・１０Ｈ２Ｏ）、カルシウムカーボアルミネート水和物 （７ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・ＣａＣＯ３・２４Ｈ２Ｏ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などの結晶型水和物を生成できるためと推測している。炭化カルシウムスラグにおける大量のＣａ（ＯＨ）２は、スラグ－フライアッシュを活性化し、Ｃ－Ｓ－Ｈ、Ｃ－Ａ－Ｈゲルとカルシウムサルホアルミネート水和物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３０Ｈ２Ｏ）などの結晶型水和産物を生成することが可能であり、両者を混合して使用する場合、重要なアルカリ成分は互いに補い、最適の割合で混合すれば、Ｃ－Ｓ－Ｈ、Ｃ－Ａ－Ｈゲルをより多くより速く生成でき、結晶型水和産物がより豊富になり、ゲルの表面と内部のマイクロクラックに充填されることで、コンクリートの強度がさらに向上し、初期と後期の強度はいずれも大幅に向上する。これに対して、単一のアルカリスラグ又は単一の炭化カルシウムスラグでは、上記の効果を実現することは困難であり、強度を向上できず、具体的に後述の実施例で説明する。
強度と取り扱い性をさらに向上させる観点から、スラグはＳ９５グレードの粉砕スラグであることが好ましい。フライアッシュはＦIIグレードのフライアッシュであることが好ましい。鉄尾鉱砂は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、砂作りによって得られ、粒径０．１５ｍｍ～２．３６ｍｍ、粗粒率２．３～３．０、泥含有量＜０．５％である。鉄尾鉱石は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、ふるいにかけることにより得られ、粒径４．７５ｍｍ～２０．００ｍｍ、粉砕指標＜１６％である。
技術的には、本発明は上記の技術形態に基づいて強度の高いコンクリートを実現できるが、関連法律および規制によれば、前記原料の性質はＧＢ／Ｔ１４６８４－２０１１「建設用砂」、ＧＢ／Ｔ１４６８５－２０１１「建設用子石、砕石」などの関連規制の要求を満たす必要がある。
本発明の全固形廃棄物コンクリートの調製方法は、一般的なコンクリートの調製方法であってもよく、関連原料を本発明のアルカリスラグ－炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂利に置き換えるだけでよい。しかしながら、より高い強度を実現するために、以下のステップにより調製されることが好ましい。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておく。炭化カルシウムスラグの上澄みは、ＯＨ－濃度が０．０３２～０．０６３ｍｏｌ／Ｌであり、ＰＨ値が１２．５～１２．８である。アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーの含水率は５０％～６０％である。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておく。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得る。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０～６０秒攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０～６０秒攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１分間～２分間攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２分間～３分間攪拌し、全固形廃棄物コンクリートを得る。
以下、具体的な実施例により、本発明の全固形廃棄物コンクリート及びその調製方法を説明し、以下の実施例は本発明を説明するが、本発明の範囲を制限するものではない。
アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得て、そしてそれぞれ袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱で設計材齢まで養生した。サンプル１を得た。
＜比較例１＞
実施例１との区別は、本比較例では炭化カルシウムスラグを添加せず、他の操作は基本的に同じである。
実施例１との区別は、本比較例では炭化カルシウムスラグを添加せず、他の操作は基本的に同じである。
試験では、アルカリスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で：１０４～２０８部のアルカリスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグの上澄みと下部スラリーを得、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．アルカリスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグの上澄みと下部スラリーを得、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末を得てから、袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部のアルカリスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りのアルカリスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。比較サンプル１を得た。
＜比較例２＞
実施例１との区別は、本比較例ではアルカリスラグを添加せず、他の操作は基本的に同じである。
実施例１との区別は、本比較例ではアルカリスラグを添加せず、他の操作は基本的に同じである。
試験では、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、１０４～２０８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれ炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれ炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれ炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。比較サンプル２を得た。
アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。サンプル２を得た。
アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。サンプル３を得た。
アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示されている（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器中に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。サンプル４を得た。
アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ、スラグ、フライアッシュ、鉄尾鉱砂、鉄尾鉱石、減水剤は、重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグ、２６～７８部の炭化カルシウムスラグ、１８２～２３４部のスラグ、１０４～２０８部のフライアッシュ、１７０～１９０部の水、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石、１～３部のポリカルボン酸減水剤であった。
全固形廃棄物コンクリートの具体的な配合比は下表に示される（１立方メートルあたりのコンクリート材料の用量：ｋｇ／ｍ３）。
上記の配合比で、具体的な調製ステップは以下の通りである。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、上澄みと下部スラリーを別々に保存しておいた。
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕して０．１５ｍｍの篩にかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておいた。
Ｓ３．アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得た。
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０ｓ攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０ｓ攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１ｍｉｎ攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２ｍｉｎ攪拌し、Ｃ３０グレードの全固形廃棄物コンクリートを得た。
Ｓ５．コンクリートを離型剤が塗布された１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍの型に入れ、均一につぶし、振動台の上に置いて振動成型した。
Ｓ７．コンクリートが入っている型を２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生条件下で２４ｈ養生して離型し、そして２０±２℃、相対湿度が９５％以上の標準養生箱の中で設計材齢まで養生した。サンプル５を得た。
上記の実施例で得られたサンプル１～５に対して、それぞれスランプ、３ｄ、７ｄ及び２８ｄ強度測定を行い、試験結果は表１に示される。
表１に示されるように、サンプル１の各材齢強度はいずれも比較サンプル１、２よりも高く、アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグを最適な割合で混合した後、良い相乗的活性化効果を示すことができることを表明する。サンプル１～５のコンクリートミックスのスランプはいずれも５０ｍｍを超え、プラスチックコンクリートの範囲に入り、２８ｄの耐圧強度はいずれも３０ＭＰａ以上に達し、総合性能の差異は小さいが、サンプル４の耐圧強度は比較的高い。よって、本発明は、大面積に積み上げられた工業廃棄物残渣を使用し、調製された全固形廃棄物コンクリートは非強化製品に適用でき、廃棄物を宝物に変え、環境を保護するとともに生産コストを削減し、大きな工業推進可能性や経済効益がある。
以上に開示された様々な技術特徴は、すでに開示された他の特徴との組み合わせに限らず、当業者は、発明の目的に応じて各技術特徴の間で他の組み合わせを行うこともでき、本発明の目的を実現するために、本発明の設計精神から逸脱しない前提で、当業者は本発明の技術形態に対して行った様々な改進は、いずれも本発明の請求の範囲によって決定される保護範囲内に含まれるべきである。
Claims (5)
- 重量部で、５２～１５６部のアルカリスラグと、２６～７８部の炭化カルシウムスラグと、１８２～２３４部のスラグと、１０４～２０８部のフライアッシュと、１７０～１９０部の水と、４６０～５１０部の鉄尾鉱砂と、１０３０～１１５０部の鉄尾鉱石と、１～３部のポリカルボン酸減水剤とからなり、コンクリート強度のグレードはＣ３０グレードの以上である全固形廃棄物コンクリートであって、
前記アルカリスラグは、アンモニアアルカリ法でソーダ灰を生産する過程で生じる工業廃棄物残渣であり、前記炭化カルシウムスラグは、炭化カルシウムの加水分解によりアセチレンガスを得た後に生じる水酸化カルシウムを主要成分とする廃棄物残渣であり、
前記全固形廃棄物コンクリートの調製方法は、
Ｓ１．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグ原液を静置して分層させ、それぞれアルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの上澄みと下部スラリーを得て、前記上澄みと下部スラリーを別々に保存しておくステップと、
Ｓ２．アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーを予備処理し、自然乾燥させ、粉砕してふるいにかけ、それぞれアルカリスラグ粉末と炭化カルシウムスラグ粉末を得てから、それぞれ袋に入れて防湿しておくステップと、
Ｓ３．前記アルカリスラグ粉末、炭化カルシウムスラグ粉末及びスラグ、フライアッシュを所定の質量比で混合容器に順次加えて均一に攪拌し、複合セメント材料ミックスを得るステップと、
Ｓ４．ステップＳ３で得られた複合セメント材料ミックスと鉄尾鉱砂をミキサーに入れて３０～６０秒攪拌し、さらに鉄尾鉱石を加え、３０～６０秒攪拌し、そして一部の炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、１分間～２分間攪拌し、さらに残りの炭化カルシウムスラグの上澄みと減水剤を加え、２分間～３分間攪拌し、全固形廃棄物コンクリートを得るステップと、
を含むことを特徴とする全固形廃棄物コンクリート。 - 前記鉄尾鉱砂は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、砂作りによって得られ、粒径０．１５ｍｍ～２．３６ｍｍ、粗粒率２．３～３．０、泥含有量＜０．５％であることを特徴とする請求項１に記載の全固形廃棄物コンクリート。
- 前記鉄尾鉱石は、鉱山採掘で廃棄された尾鉱を機械的に粉砕し、ふるいにかけることにより得られ、粒径４．７５ｍｍ～２０．００ｍｍ、粉砕指標＜１６％であることを特徴とする請求項１に記載の全固形廃棄物コンクリート。
- ステップＳ１において、前記炭化カルシウムスラグの上澄みは、ＯＨ－濃度が０．０３２～０．０６３ｍｏｌ／Ｌに、ＰＨ値が１２．５～１２．８に制御されることを特徴とする請求項１に記載の全固形廃棄物コンクリート。
- ステップＳ１において、前記アルカリスラグ、炭化カルシウムスラグの下部スラリーの含水率を５０％～６０％が制御されることを特徴とする請求項１に記載の全固形廃棄物コンクリート。
Applications Claiming Priority (2)
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