JP3990547B2

JP3990547B2 - 膨張抑制剤及びセメント組成物

Info

Publication number: JP3990547B2
Application number: JP2001134039A
Authority: JP
Inventors: 肇佐々木
Original assignee: 株式会社間組
Priority date: 2001-05-01
Filing date: 2001-05-01
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: JP2002326853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント組成物用膨張抑制剤及び膨張が抑制されたセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却灰、ＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等の焼却灰やスラグを廃棄せず再利用する方法として、これらをコンクリート、モルタル等のセメントを含んだ硬化用組成物（以下「セメント組成物」という。）の骨材、混和材等として用いることが従来より行われている。特に、社会生活に伴い多量に廃棄されるゴミ焼却灰やそれを処理して得られるスラグを、砂の代替材料としてセメント組成物の骨材として利用することは、良質な骨材の枯渇に悩む建設業界にとって極めて有益である。
【０００３】
これらの焼却灰やスラグには、通常、酸化物又は金属アルミニウムとして、アルミニウムが含まれている。これらの焼却灰やスラグ中にアルミニウム、特に金属アルミニウムが存在する場合、それに起因して、これらを配合したセメント組成物は、硬化の過程で膨張しやすくなり、硬化したセメント組成物の亀裂、強度低下等をもたらすという問題点がある。
【０００４】
焼却灰やスラグからアルミニウムを除去することは技術的にもコスト的にも非常に困難であるので、かかる膨張を抑制するために、通常これらは、配合比率を一定以下とするべく、天然骨材等と共にセメント組成物に配合される。具体的には例えば、セメント組成物においてアルミニウムを含有したスラグの骨材を配合する場合、骨材全体に対するアルミニウム含有スラグ骨材の割合は膨張を十分に抑制するため通常50重量%未満に制限される。従って、多くの焼却灰やスラグを効率的に再利用することができないという問題点がある。
【０００５】
アルミニウム含有スラグの配合割合を高くしながら硬化物の膨張を抑制する方法として、スラグを事前にアルカリ処理し、硬化物中で不安定なアルミニウムを安定化させることが提案されている(農業土木学会論文集、No.192，pp.1-8(1997))。即ち、スラグを、アルカリ性のNaOH水溶液等に浸漬すること等によりアルカリ処理した後、スラグを取り出し、セメント組成物の配合に用いることにより、膨張を抑制することができる。しかしながらこの方法では、工程数が増加する上、スラグ中にアルカリ性物質が残存することによりセメント組成物の溶存イオンの構成が変化するため、不所望な強度及び硬化速度等の変化をもたらすという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のアルミニウムを含有する焼却灰やスラグをセメント組成物中に多く配合した際の膨張を、簡便にかつ不所望な反応を伴わずに抑制する膨張抑制剤を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のアルミニウムを含有する焼却灰やスラグを多く含みながら硬化の際の膨張が少ないセメント組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アルカリ金属の塩及びアルカリ土類金属の塩を含み、前記塩が硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択される、セメント組成物用膨張抑制剤が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、上記セメント組成物用膨張抑制剤、並びにアルミニウム含有スラグ及び／又は灰を含むセメント組成物が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の膨張抑制剤は、特定のアルカリ金属の塩及びアルカリ土類金属の塩を含む。
【００１１】
前記アルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カリウム及びこれらの混合物からなる群より選択されるものが好ましく、特にリチウムが好ましい。前記アルカリ土類金属としてはカルシウム、マグネシウム及びこれらの混合物からなる群より選択されるものが好ましい。これらの塩としては、硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択されるものが好ましく、特に硝酸塩、又は硝酸塩と亜硝酸塩との混合物が好ましい。
【００１２】
本発明の膨張抑制剤中の前記アルカリ金属と前記アルカリ土類金属との割合は、アルカリ金属１モルに対してアルカリ土類金属が1〜10モルであることが好ましい。
【００１３】
本発明の膨張抑制剤は、溶液等の液体の形態、又は無水物若しくは水和物等の固体の形態等、一般的にコンクリート用混和剤として提供されている各種の形態で提供することができ、また、他の物質と混合した状態で提供することもできる。
【００１４】
本発明の膨張抑制剤は、セメント組成物の膨張抑制に用いることができる。具体的には、後述するアルミニウム含有スラグ及び／又は灰等、アルミニウムを含有するセメント組成物の膨張抑制に用いることができる。
【００１５】
本発明のセメント組成物は、前記セメント組成物用膨張抑制剤、並びにアルミニウム含有スラグ及び／又は灰を含む。
【００１６】
前記アルミニウム含有スラグ及び／又は灰としては、酸化物又は金属アルミニウム等としてアルミニウムを含有しており、セメント組成物中に配合した際膨張を発生しうる各種のスラグ及び灰を挙げることができる。特に、金属アルミニウムを多く含有するスラグ及び／又は灰の場合、大きな膨張を発生するので、本発明のセメント組成物はこのようなスラグを再利用する上で好ましく使用することができる。具体的には例えば、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ（例えばフェロニッケルスラグ、銅スラグ等）及びこれらの混合物等を好ましく用いることができる。
【００１７】
前記ゴミ焼却灰としては、可燃性一般廃棄物または産業廃棄物等を挙げることができる。
【００１８】
前記ゴミ焼却灰溶融スラグは、ごみを焼却し溶融させて得られる固化物である。具体的には例えば、社会生活から発生するごみを焼却し、生成した灰をバーナー式溶融炉若しくは電気炉等の溶融炉又はコークスベッド等を用いて１２００〜１６００℃程度の温度で熱処理して溶融し、水冷又は単に常温で放置すること等により冷却して得ることができる。また、前記焼却と溶融の工程を同時に行い、前記ゴミ焼却灰溶融スラグを得ることもできる。
【００１９】
前記製鋼スラグ及び非鉄金属スラグとしては、それぞれ、製鋼、非鉄金属の精製、ニッケルの精製等の過程において副生するスラグを用いることができる。
【００２０】
前記アルミニウム含有スラグは、その発生の工程によって様々な粒径の物が得られる。具体的には、前記ゴミ焼却灰溶融スラグの場合、灰の溶融物を冷却する際の速度が急激である場合は比較的粒径の小さいものを得ることができ、冷却速度が緩慢である場合は比較的粒径の大きいものを得ることができる。前記アルミニウム含有スラグは、その粒径に応じて、粗骨材、細骨材等の骨材として配合することもでき、混和材として配合することもできる。
【００２１】
本発明のセメント組成物は、前記膨張抑制剤及び前記アルミニウム含有スラグ及び／又は灰の他に、セメント、水、粗骨材、細骨材、混和材、混和剤等の、通常のセメント組成物に配合される他の成分を含むことができる。
【００２２】
本発明のセメント組成物中の、前記膨張抑制剤及びアルミニウム含有スラグ及び／又は灰の配合割合は、特に限定されず、スラグ及び／又は灰中のアルミニウム含有割合、膨張抑制剤の種類、他の粗骨材、細骨材、混和材等の配合割合等に応じて適宜調節することができる。
【００２３】
例えば、前記膨張抑制剤の配合割合は、配合されるスラグ及び／又は灰全量中のアルミニウム量等に応じて適宜調製でき、特に限定されないが、アルミニウム量（Alとして）１ｇあたり３〜１０ｇ程度配合することにより、十分な膨張抑制効果を得ることができる。通常、前記膨張抑制剤は、スラグ及び／又は灰１ｋｇ当たり３０〜１００ｇ程度の割合で配合することができる。
【００２４】
前記アルミニウム含有スラグ及び／又は灰の配合割合は特に限定されないが、骨材及び混和材の全量を基準として１０〜１００重量％、好ましくは３０〜７０重量％を配合しても、膨張が抑制されたセメント硬化物を得ることができる。通常、前記アルミニウム含有スラグ及び／又は灰は、硬化体１ｋｇ当たり５０〜５００ｇ程度の割合で配合することができる。
【００２５】
スラグ及び／又は灰の配合割合は、セメント量の５〜６０重量％であることが好ましい。
【００２６】
本発明のセメント組成物の用途は、特に限定されず、アルミニウム含有スラグ等を配合しない、通常のコンクリート、モルタル等のセメント組成物と同様に用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の膨張抑制剤は、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のスラグ及び／又は灰をセメント組成物中に多く配合した際の膨張を、簡便にかつ不所望な反応を伴わずに抑制することができる。
【００２８】
本発明のセメント組成物は、アルミニウム含有スラグ及び／又は灰に加えて特定の膨張抑制剤を含むため、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のアルミニウム含有スラグ及び／又は灰を多く含みながら硬化の際の膨張が少なく、廃棄物を性能の良好な建築材料等として安価且つ効率的に利用することができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
【実施例１〜１３及び比較例１〜８】
水１００ｇ、セメント（普通ポルトランドセメント）２００ｇ、砂（大井川産川砂）６００ｇ、及びアルミニウム微粉末（和光純薬製）１８ｇを配合し、さらに表１に示す量の硝酸リチウム、硝酸カルシウム及び亜硝酸カルシウムを添加し、混合し、モルタル組成物を得た。これを底面直径５cm、高さ１０cmの円筒形の型内に一杯に充填し、室温で１日間放置して硬化させた後、得られた硬化物の高さを、型上に膨張した部分を含めて計測した。測定高さ(mm)−100(mm)を膨張量(mm)として、表１に示す。また、実施例7〜13及び比較例5〜8については、硬化物の28日圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【参考例１】
アルミニウム微粉末、硝酸リチウム、硝酸カルシウム及び亜硝酸カルシウムを添加しなかった他は、実施例１〜１３と同様に操作し、モルタル組成物を調製し、型内に充填し、硬化させ、膨張量を測定し、硬化物の28日圧縮強度を測定した。その結果、膨張量は0.0mmであった。また28日圧縮強度は23.6N/mm²であった。
【００３３】
【実施例１４】
水１００ｇ、セメント（普通ポルトランドセメント）２００ｇ、及びごみ溶融スラグ６００ｇ（表面溶融したもの；金属アルミニウム含有割合１.５重量％）を配合し、さらに硝酸リチウム０.０６ｇ、硝酸カルシウム０.３ｇ及び亜硝酸カルシウム０.２４ｇを添加し、混合し、モルタル組成物を得た。このモルタル組成物を、実施例１〜１３と同様に型内に充填し硬化させ、得られた硬化物の膨張量を測定した。その結果、膨張量は３mmであった。
【００３４】
【比較例９】
水１００ｇ、セメント（普通ポルトランドセメント）２００ｇ、及びごみ溶融スラグ６００ｇ（表面溶融したもの；金属アルミニウム含有割合１.５重量％）を配合し、混合し、モルタル組成物を得た。このモルタル組成物を、実施例１〜１３と同様に型内に充填し硬化させ、得られた硬化物の膨張量を測定した。その結果、膨張量は１０mmであった。
【００３５】
【実施例１５】
水５００ｇ、セメント（普通ポルトランドセメント）２００ｇ、及びＲＤＦ灰８００ｇ（金属アルミニウム含有量４.２重量％）を配合し、さらに硝酸リチウム０.４ｇ、硝酸カルシウム２０ｇ及び亜硝酸カルシウム１.６ｇを添加し、混合し、モルタル組成物を得た。このモルタル組成物を、実施例１〜１３と同様に型内に充填し硬化させ、得られた硬化物の膨張量を測定した。その結果、膨張量は２mmであった。
【００３６】
【比較例１０】
水５００ｇ、セメント（普通ポルトランドセメント）２００ｇ、及びＲＤＦ灰８００ｇ（金属アルミニウム含有量４.２重量％）を配合し、混合し、モルタル組成物を得た。このモルタル組成物を、実施例１〜１３と同様に型内に充填し硬化させ、得られた硬化物の膨張量を測定した。その結果、膨張量は２８mmであった。

Claims

アルカリ金属の塩及びアルカリ土類金属の塩を含み、前記塩が硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択される、セメント組成物用膨張抑制剤。
前記アルカリ金属及びアルカリ土類金属の割合が、アルカリ金属１モルに対してアルカリ土類金属が１〜１０モルである請求項１記載の膨張抑制剤。
前記アルカリ金属がリチウム、ナトリウム、カリウム及びこれらの混合物からなる群より選択され、前記アルカリ土類金属がカルシウム、マグネシウム及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項１又は２記載の膨張抑制剤。
請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント組成物用膨張抑制剤、並びにアルミニウム含有スラグ及び／又は灰を含むセメント組成物。
前記アルミニウム含有スラグ及び／又は灰が、ゴミ焼却灰、ＲＤＦ灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ、及びこれらの混合物からなる群より選択されるスラグである請求項４記載のセメント組成物。