JP3673960B2 - 水硬性粉体の製造方法 - Google Patents
水硬性粉体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3673960B2 JP3673960B2 JP11799298A JP11799298A JP3673960B2 JP 3673960 B2 JP3673960 B2 JP 3673960B2 JP 11799298 A JP11799298 A JP 11799298A JP 11799298 A JP11799298 A JP 11799298A JP 3673960 B2 JP3673960 B2 JP 3673960B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cao
- hydraulic powder
- coal ash
- ash
- fly ash
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はセメント等の水硬性粉体の製造方法に係り、特に、石炭灰を利用して水硬性粉体を製造することを可能とした水硬性粉体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、土木・建築分野においては、セメントが数多く使用されている。このようなセメントは、主に原料として石灰、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄及び粘土が用いられ、それらの原料を適当な割合で混ぜ合わせ、更にその一部が溶融するまでキルンで焼成して得られるクリンカに、適量の石膏を加えて粉砕することによって製造させている。
【0003】
ところで、近年、エネルギー事情の変化により、石油から石炭への燃料転換及び新規石炭火力発電所建設の気運が高まり、海外炭の導入と相俟って石炭灰の発生量は年々増加の一途を辿っている。この石炭灰は、石炭火力発電所において微粉炭を燃焼した際に排出される。そして、西暦2000年における一般炭の需要が約8000万トンと予想されているので、灰発生率16%と仮定すると、石炭灰の量は1280万トンとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記石炭灰は、現在、コンクリート混和材やアルカリ骨材反応抑制材などに使用され、その40〜45%は有効利用されているが、残りは埋め立て管理されているのが現状にある。また、その埋め立て地の確保も困難になりつつある。
【0005】
さらに、最近では、地球環境保全と資源リサイクルの観点から、法整備が進み、石炭灰の更なる有効利用技術の開発が急務となっている。
【0006】
本発明の目的は、石炭灰の有効利用を図ることにより、地球環境保全及び資源リサイクルに寄与することのできる水硬性粉体の製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、石炭灰に生石灰を混合してメカノケミカル処理を行うことにより、水硬性の処理産物粉体を製造することを特徴としている。
【0008】
上記構成によれば、石炭灰を利用して水硬性粉体が製造されるので、石炭灰の有効利用を図ることができ、地球環境保全及び資源リサイクルに寄与することが可能となる。
【0009】
上記メカノケミカル処理を行う場合、請求項2のように、石炭灰に対する生石灰の混合割合をパラメータとして調節し、また、メカノケミカル処理の処理時間は請求項3のように、用いる粉砕機に応じて必要最低時間以上とする。さらに、請求項4のように、メカノケミカル処理を高エネルギ−粉砕機を用いて行うと都合がよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
石炭灰は、排ガスから電気集塵機で捕集される微粒灰(フライアッシュ:85〜95%)と、ボイラ底部より回収される比較的粗粒な灰(クリンカアッシュ:5〜15%)とに区別される。このうち、本発明ではフライアッシュに着目し、そのフライアッシュの新たな有効利用の開発を目指したものである。
【0011】
ここで本出願人は、メカノケミカル法を利用して、石炭灰から非加熱で水硬性粉体を製造することの実験を行った。その結果、本発明に係る製造方法によって水硬性粉体が製造可能であることが判明し、また、粉体の水硬性は粉砕による原料の無定型化・機械的活性が水和過程でのケイ酸カルシウム生成を助長・促進させたことによるものであることなどがわかったので、一つの実施例として、その主要点を以下に述べる。
【0012】
まず、実験に用いた試料と実験方法について説明する。
▲1▼試料
実験に用いた石炭灰はフライアッシュである。表1にフライアッシュ試料の蛍光X線分析結果を酸化物換算値として示す。同表より明らかなように、本フライアッシュの主要成分は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)で、その他微量成分から構成されているが、炭素分が多い点が特徴である。なお、フライアッシュ試料の粒径範囲は、ほぼ1〜100μmの範囲であり、平均径は20μmであった。
【0013】
【表1】
【0014】
一方、フライアッシュに混合する試料としては、以下の理由によって生石灰(CaO)試薬を選択した。CaOあるいはCa(OH)2を混合することによって、フライアッシュの主成分であるSiO2 あるいはAl2O3と反応し、CaO・SiO2あるいはCaAl2O4がメカノケミカル的に合成される可能性がある。また、メカノケミカル処理後に水を添加することによってポゾラン反応促進される可能性もある。それらの反応におけるギブスの生成自由エネルギー変化(ΔG)は、次のように与えられる。
CaO+SiO2 =CaSiO3 , ΔG=−89.4KJ/mol……(1)
CaO+Al2O3=CaSi2O4 , ΔG=−23.0KJ/mol……(2)
(1)、(2)式より、CaOはAl2O3よりSiO2と反応し易いことがわかる。
【0015】
また、SiO2に対してCa(OH)2の反応におけるΔGを求めると次のようになる。
Ca(OH)2+SiO2=CaSiO3+H2O ,ΔG=−33.0KJ/mol…(3)
(1)、(3)式からわかるように、SiO2に対してはCa(OH)2よりCaOを用いる方が反応達成が容易であるといえる。前述したようにフライアッシュにはSiO2の他にAl2O3も存在するが、SiO2の方が多量に存在する(約3倍)。
【0016】
したがって、以後の実験では、フライアッシュ(より正確にはフライアッシュ中のSiO2成分)とCaOとのメカノケミカル処理を行って、CaO・SiO2あるいは処理産物への水添加による水和物生成を目指すことにした。
【0017】
また、フライアッシュとCaOのメカノケミカル処理において、フライアッシュに対するCaO粉末試薬の混合割合は、0、10、20、40、60%の5段階に変化させた。
【0018】
▲2▼実験方法
上記混合粉末のメカノケミカル処理には遊星ミル(Fritsch Pulverisette-7)を用いた。この粉砕機には、容量50ccのステンレス製ポット2個が水平に回転するデスク上に取り付けられており、このデスクの時計回り公転運動と、同一速度でポット自身も反時計方向に自転運動を行えるようになっている。そして、デスクに公転運動を、ポットに自転運動をそれぞれ行わせると、ミル内の複数個のボール間あるいはボールとミル壁間に強力な圧縮とせん断力が生じ、石炭灰とCaOを粉砕すると共に両者を強力に接触させる(固相反応を起こさせる)。
【0019】
本実験では公転半径は70mm、その回転速度は700rpmとした。ポット内には直径15mmのステンレス製ボール7個を充填し、更に、フライアッシュとCaOの混合物(種々の混合比に調整したもの)3gを装填し、空気中で粉砕処理した。ミルの運転は、15分毎に停止し、30分自然冷却してミル内試料温度の過剰の上昇を防止した。通算の処理時間は2時間までとした。水和実験は、ミル処理産物に等量の蒸留水を添加・混練し、それをデシケータ中で1週間保存した。
【0020】
ミル処理物については粒度分布(Seishin、LMS-30)、X線回折法(XRD)(Rigaku、RAD-B System)、熱分析法(Rigaku、TAS-200)により評価した、また、水和試料の組成並びに生成相の同定もXRD法によって行った。また、水硬体の硬度はVickers硬度計(明石製作所、AVK-M)によって測定・評価した。
【0021】
次に、上記実験の結果とその考察について説明する。
▲3▼ミル処理物の粒度特性
CaO混合割合を40%一定とし、ミル処理時間を15分、30分、1時間、2時間と4段階に変化させた場合の混合粉体の粒度分布を図1に示す。この結果は、30分までは処理時間の増大と共に混合物の粒度分布は細粒側へ単調に移行するが、1時間になると10μm前後の粒子径範囲に新たな小さい頻度の山が出現すること、その小さい頻度分布は2時間では更に成長し、かつ、より粗粒側まで幅が広がることを示している。ミル処理物の50%径の処理時間による変化に着目すると、表2のようになり、その変化の傾向は図1の結果とよく対応している。
【0022】
【表2】
【0023】
したがって、混合粉体に対するミル処理を継続すると、処理の初期では粒子径の減少、粒度分布の細粒側への単調な移行という通常の粉砕現象が認められるが、長時間処理すると機械的エネルギーが粒子内部に蓄積され、いわゆる機械的活性が向上し、生成した微粒子相互の凝集現象が起こることが確認できた。この凝集現象は、粉砕によって切れた粒子の結合子が不安定な状態となり、周りの物質との相互作用が強くなるために起こることがわかっている。本実験系での粉砕から凝集への移行におけるミル処理時間は約1時間であり、その場合の平均粒径は約1μmであった。
【0024】
▲4▼ミル処理物の結晶性
図2はCaOを40%含有する混合粉体のミル処理時間後のX線回折(XRD)パターンを示す。未処理物(単に乳鉢で混合したもの:処理時間0分)では、出発物質である2種類の粉体試料の特徴的な回折ピークが、処理時間15分ではCa(OH)2の回折ピークが観察できる。Ca(OH)2の出現はCaOが粉砕過程で空気中の水分と反応したためと考えられる。更に継続して粉砕処理を行うと、SiO2のピークもやや減少するが、それ以外の構成相のピークは急激に低下し、かつ、パターンのバックグラウンドが高くなる傾向にある。これは、全体的に結晶相が無定形化へと変化しつつあることを意味する。しかしながら、この段階では新しい結晶相を持つ反応生成物の出現は認められない。
【0025】
図3に、ミル処理時間を1時間と一定にし、CaO混合割合を0、10、20、40、60%の5段階に変化させた場合のXRDパターンを示す。同図より、CaOの混合割合が増加すると、Ca(OH)2の回折ピーク強度が徐々に大となることがわかる。これは、前述したようにミル処理過程で原料のCaOが空気中の水分と反応したためである。
【0026】
▲5▼水和性の特性
図4はCaO40%含有混合粉体をミル処理した後に蒸留水を添加して得られる水和物のXRDパターンである。同図より、15分処理物まではSiO2とCa(OH)2の回折ピークのみが認められるが、それ以上のミル処理を受けた水和物(硬化体)では、ケイ酸カルシウム水和物(Calcium Silicate Hydrates、以下CSHと略記する)が生成されていることがわかる。ミル処理によって直接のメカノケミカル反応は認められなかったが、極めて活性の高い粉体が生成され、水添加によって急速にエネルギーを緩和しながら水和反応が進行したものと予想される。
【0027】
本実験条件ではミル処理30分以降でCSHの回折ピークが急激に高くなっていることから判断して、“硬化特性を有する粉体の製造にはある程度のミル処理時間が必要である”といえる。また、先に示した粒径半径の結果と合わせて考察すると、硬化体製造のミル処理時間の指標として凝集現象が発現するまでの時間を挙げることもできる。
【0028】
図5には、ミル処理時間を1時間一定とし、CaO混合割合を変化させた場合のXRDパターンを示す。同図より、CSHは、CaO10%混合より現れ、その量はCaO混合割合の増大と共に増加し、40%以上でほぼ一定値に近づく傾向にある。
【0029】
一方、図6は、ミル処理時間を1時間一定とし、CaOの混合割合による硬化体硬度の変化を示す。硬度はCaO混合割合の増大と共に大となり、40%で最大値を示し、図5の結果とほぼ対応している。この結果より、高い硬度の水硬体を作るにはCaOの混合割合は約40%が適正と考えられる。
【0030】
図7には、CaOを40%含有する混合粉体から作られる硬化体硬度とミル処理時間との関係を示す。同図より、硬度の向上にはミル処理時間が重要な操作因子であることがわかる。また、同図にはセメントクリンカーを水和させて作成した硬化体の硬度値も示しているが、本実験における1時間ミル処理での硬度はこのセメントクリンカー硬化体の硬度とほぼ等しく、2時間処理ではセメントクリンカー硬化体硬度を上回る高い値が得られることが判明した。
【0031】
なお、上記の実験では石炭灰にCaO(生石灰)を混合したが、CaOの代わりに高炉スラグや消石灰等を混合してもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、石炭灰の有効利用を図ることが可能となり、地球環境保全と資源リサイクルに寄与することができる。
【0033】
また、埋め立てられる石炭灰の量を減らすことができるため、埋め立て地確保の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CaO40%含有フライアッシュ試料のミル処理における粒度分布図である。
【図2】CaO40%含有フライアッシュ試料のミル処理によるX線回折パターンの変化を示した図である。
【図3】フライアッシュに対しCaO混合割合を変化させた場合のミル処理1時間後のX線回折パターンを示した図である。
【図4】CaO40%含有フライアッシュ試料の各ミル処理時間後の水和試料のX線回折パターンを示した図である。
【図5】CaO混合割合を変化させて1時間ミル処理した後の水和試料のX線回折パターンを示した図である。
【図6】CaO混合割合を変化させ、ミル処理1時間後の硬化体硬度の変化を示した図である。
【図7】CaO40%含有フライアッシュ試料に対するミル処理時間による硬化体硬度の変化を示した図である。
Claims (4)
- 石炭灰に生石灰を混合してメカノケミカル処理を行うことにより、水硬性の処理産物粉体を製造することを特徴とする水硬性粉体の製造方法。
- 請求項1に記載の水硬性粉体の製造方法において、前記石炭灰に対する前記生石灰の混合割合をパラメータとして調節することを特徴とする水硬性粉体の製造方法。
- 請求項1に記載の水硬性粉体の製造方法において、前記メカノケミカル処理の処理時間を、用いる粉砕機のエネルギ−レベルに応じて適宜調節することを特徴とする水硬性粉体の製造方法。
- 請求項1又は3に記載の水硬性粉体の製造方法において、前記メカノケミカル処理を行う際に、高エネルギ−型粉砕機を用いることを特徴とする水硬性粉体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11799298A JP3673960B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 水硬性粉体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11799298A JP3673960B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 水硬性粉体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11310442A JPH11310442A (ja) | 1999-11-09 |
JP3673960B2 true JP3673960B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=14725358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11799298A Expired - Fee Related JP3673960B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 水硬性粉体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3673960B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4664462B2 (ja) * | 1999-10-26 | 2011-04-06 | クリオン株式会社 | 炭酸硬化体の製造方法 |
KR20020023591A (ko) * | 2000-09-23 | 2002-03-29 | 이천열 | 과립 석탄회를 이용한 유기질 비료 제조방법 |
JP2005015327A (ja) | 2003-05-30 | 2005-01-20 | Jfe Mineral Co Ltd | 金属の複合酸化物の製造方法 |
CZ2008318A3 (cs) * | 2008-05-23 | 2010-04-07 | Faltus@Miloš | Zpusob výroby anorganických hydraulických pojiv |
US11535559B2 (en) * | 2018-06-15 | 2022-12-27 | Sarod Greenback Llp | Engineered concrete binder composition comprising mechano-chemically modified component and method of producing the same |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP11799298A patent/JP3673960B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11310442A (ja) | 1999-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108218272B (zh) | 源于废物的环保人造集料(骨料) | |
RU2326842C2 (ru) | Сиалитный двухкомпонентный мокрый цемент, способ его производства и способ использования | |
CN101525217B (zh) | 环保无熟料水泥和其制备方法 | |
EP2514727B1 (en) | An alkali activated limestone concrete composition and use of composition in concrete casting | |
JPWO2010143506A1 (ja) | 膨張材およびその製造方法 | |
KR101889783B1 (ko) | 고칼슘 플라이애시와 철강산업부산물을 이용한 고화재 및 그 제조 방법 | |
CN100564301C (zh) | 水硬性组合物 | |
EP2878585B1 (en) | Method for the manufacturing of cementitious C-S-H seeds | |
JP3673960B2 (ja) | 水硬性粉体の製造方法 | |
CN1850693A (zh) | 利用高碳粉煤灰生产水泥的方法 | |
CN106698991A (zh) | 一种混凝土掺合料及其制备方法 | |
JP4728829B2 (ja) | 水硬性組成物およびその製造方法 | |
CN102432205B (zh) | 高活性水泥熟料、高活性水泥和早强水泥组合物 | |
JP4157662B2 (ja) | セメントクリンカ及びセメント組成物 | |
CN115925286A (zh) | 一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用 | |
CN114573318A (zh) | 一种加气混凝土专用混合料及制备方法 | |
CN1101790C (zh) | 湿磨废渣水泥的制备方法 | |
JP4164229B2 (ja) | セメント組成物 | |
JP4453097B2 (ja) | リン高含有低発熱型セメントの製造方法 | |
JP4453098B2 (ja) | リン高含有クリンカと高炉スラグ微粉末からなる低発熱型セメント | |
JPH07126049A (ja) | セメント、その製造方法及びこれを含有する地盤改良材 | |
CN1830873B (zh) | 一种镁渣砖及其制备方法 | |
JP4317391B2 (ja) | エコ石灰セメント及びその製造方法並びにエコ石灰セメント固化体の製造方法 | |
JP7062225B2 (ja) | 強度増進剤及びその製造方法並びにポルトランドセメントの強度増進方法 | |
CN1830872B (zh) | 镁渣砖及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041221 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050405 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050414 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |