JP4190299B2

JP4190299B2 - 水硬性組成物

Info

Publication number: JP4190299B2
Application number: JP2003033068A
Authority: JP
Inventors: 宙平尾
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004244237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰等の生活・産業廃棄物を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏およびコンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を含む水硬性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル等のコンクリート構造物を解体すると、大量のコンクリート廃材が発生する。このようなコンクリート廃材は、従来、産業廃棄物として最終処分場で埋め立て処理されるか、又は道路用路盤材として使用されていた。しかし、近年においては、最終処分場を確保することが困難になってきているため、コンクリート廃材を有効利用する方法が求められている。
【０００３】
一方、近年、砂や砂利などの良質の天然骨材は採取が困難になってきており、骨材資源の枯渇問題の解消とコンクリート廃材の有効利用の両面から、コンクリート廃材を破砕して得られる再生骨材をコンクリートの製造に使用することが検討されている。しかし、コンクリート廃材から骨材を回収する際には、セメント水和物や骨材の微粉砕物（粉末）が大量に発生するため、該粉末を有効利用する方法が求められている。
【０００４】
前記コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を有効利用する方法として、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末をセメント混和材として利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２９２６０２号公報（第２−５頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１は、ポルトランドセメントと、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末とを含むセメント系組成物に関するものであるが、該セメント系組成物では、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末として、ブレーン比表面積が6000cm²/g以上の細かいものを使用しないと、モルタルやコンクリートの強度発現性が低下するという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏と組み合わせることによって、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末として比較的粗いもの（ブレーン比表面積が4000cm²/g以下）を使用しても強度発現性が良好なモルタルやコンクリートを製造することができる水硬性組成物が得られることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００８】
即ち、本発明は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏およびコンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を含む水硬性組成物であって、前記焼成物が、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃を１０〜２０質量％含み、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃と４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃の合計量が２０〜３５質量％で、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ₂を含むものであり、前記コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末のブレーン比表面積が１０００〜２３００ｃｍ²／ｇであり、前記焼成物の粉砕物１００質量部に対して、石膏の量がＳＯ₃換算で１．０〜６．５質量部、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末の量が１〜３０質量部であることを特徴とする水硬性組成物である（請求項１）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物について説明する。
前記焼成物の原料としては、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上と、必要に応じて、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物などが用いられ、さらには、普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等を混合して成分調整した原料を用いても良い。
【００１０】
本発明においては、廃棄物から主に由来する塩素およびナトリウム、カリウム等のアルカリを、焼成工程で蒸気圧の低いアルカリ塩化物に変換して揮発させて除去するため、蒸気焼成物の原料調整において、アルカリ塩化物を生成するのに十分な量のアルカリ源または塩素源を添加する、即ち、アルカリ量に比べ塩素量が過剰な原料に対してはアルカリ源を添加し、一方、塩素量に比べアルカリ量が過剰な場合は塩素源を添加することが好ましい。
なお、アルカリ源としては、炭酸ナトリウムまたはアルカリ含有廃棄物を使用することができる。塩素源としては、塩化カルシウムまたは塩化ビニル樹脂等の塩素含有廃棄物を使用することができる。
【００１１】
上記成分調整した原料を1200〜1450℃で焼成した後、粉砕して、焼成物の粉砕物を調製する。
本発明において、焼成物の粉砕物のブレーン比表面積は3000〜5500cm²/gであることが好ましい。なお、本発明においては、前記焼成物を粉砕する際に石膏を添加し同時に粉砕しても良い。この場合、焼成物と石膏の混合粉砕物（混合粉砕物）のブレーン比表面積は、3000〜5500cm²/gであることが好ましい。
焼成物の粉砕物または混合粉砕物のブレーン比表面積が3000cm²/g未満では、モルタルやコンクリートの強度発現性が低下するので好ましくない。ブレーン比表面積が5500cm²/gを越えると、モルタルやコンクリートの流動性が低下するうえ、流動性の経時変化も大きくなるので好ましくない。
【００１２】
本発明において上記焼成物は、3CaO・Al₂O₃(以降、C₃Aと略す)を10〜25質量％、4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃(以降、C₄AFと略す)を10〜20質量％かつC₃AとC₄AFの合計量が20〜35質量％、塩素量が0.1質量％以下で、さらに、2CaO・SiO₂(以降、C₂Sと略す)及び／又は3CaO・SiO₂(以降、C₃Sと略す)を含むものであることが好ましい。焼成物が前記鉱物組成を有するものであれば、該焼成物の調製において廃棄物起源材料の有効利用を促進することができるうえ、モルタルやコンクリートの流動性、強度発現性等を良好なものとすることができる。
【００１３】
本発明の水硬性組成物は、石膏を含むものである。
石膏としては、無水石膏、ニ水石膏、または半水石膏が挙げられる。
石膏の量は、焼成物の粉砕物100質量部に対してSO₃換算で1.0〜6.5質量部が好ましく、1.5〜6.0質量部がより好ましい。石膏の量が、焼成物の粉砕物100質量部に対してSO₃換算で1.0質量部未満では、モルタルやコンクリートの流動性が低下するうえ、流動性の経時変化も大きくなるので好ましくない。6.5質量部を越えると、モルタルやコンクリートの強度発現性が低下するので好ましくない。
石膏のブレーン比表面積は3000cm²/g以上が好ましい。なお、本発明においては、
前記のように焼成物を粉砕する際に石膏を添加し同時に粉砕しても良いし、焼成物の粉砕物に石膏を添加し混合しても良い。後者の場合、焼成物の粉砕物と石膏との混合物（混合物）のブレーン比表面積は、3000〜5500cm²/gであることが好ましい。混合物のブレーン比表面積が3000cm²/g未満では、モルタルやコンクリートの強度発現性が低下するので好ましくない。ブレーン比表面積が5500cm²/gを越えると、モルタルやコンクリートの流動性が低下するうえ、流動性の経時変化も大きくなるので好ましくない。
【００１４】
本発明の水硬性組成物は、さらにコンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を含むものである。本発明において、コンクリート廃材から骨材を回収する方法は、特に限定するものではなく、既往の方法・装置を用いて行えば良い。具体的な例としては、例えば、特許第3200387号に記載される方法等が挙げられる。
コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末の量は、焼成物の粉砕物100質量部に対して1〜30質量部が好ましく、5〜25質量部がより好ましい。該粉末の量が、焼成物の粉砕物100質量部に対して1質量部未満では、該粉末の有効利用の促進が困難となるので好ましくない。30質量部を越えると、モルタルやコンクリートの強度発現性が低下するので好ましくない。
コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末のブレーン比表面積は、4000cm²/g以下が好ましく、モルタルやコンクリートの強度発現性等から1000〜3500cm²/gであることがより好ましい。該粉末のブレーン比表面積が4000cm²/gを越えると、モルタルやコンクリートの流動性が低下するうえ、流動性の経時変化も大きくなるので好ましくない。また、該粉末のブレーン比表面積を4000cm²/gより大きくするには、さらなる粉砕や分級処理等が必要となり手間がかかるので好ましくない。
【００１５】
本発明の水硬性組成物の製造方法としては、例えば、
▲１▼焼成物の粉砕物、石膏、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を混合する方法、
▲２▼焼成物と石膏を同時粉砕しておき、該混合粉砕物、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を混合する方法、
などの方法が挙げられる。
なお、本発明においては、モルタルやコンクリートの製造の際に、水硬性組成物を調製しても差し支えない。具体的には、骨材、減水剤、水等とともに、
▲３▼焼成物の粉砕物、石膏、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末をミキサに投入する、
▲４▼混合粉砕物、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末をミキサに投入する、
などの方法が挙げられる。
【００１６】
本発明の水硬性組成物は、高炉スラグ粉末、石灰石粉末、石炭灰、シリカフューム等の混和材、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の混和剤を混合して使用することも可能である。
【００１７】
【試験例】
以下、試験例により本発明を説明する。
１．都市ゴミ焼却灰を原料とした焼成物の調製
表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰32.6質量部、石灰石粉64.2質量部、鉄原料2.7質量部、ソーダ灰（炭酸ナトリウム99.6質量％含有：セントラル硝子社製）1.45質量部を配合して成分調整した原料をロータリーキルンを用いて、1300〜1450℃で焼成して、焼成物を調製した。表２に焼成物の鉱物組成を示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
２．水硬性組成物の調製
上記得られた焼成物を縦型ミルで粉砕した後、半水石膏を焼成物の粉砕物100質量部に対してSO₃換算で2.1質量部添加・混合して焼成物の粉砕物と半水石膏の混合物（混合物）を製造した。該混合物のブレーン比表面積は3900cm²/gであった。該混合物、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末（ブレーン比表面積2300cm²/g）を用いて、表３に示す割合の水硬性組成物を調製した。なお、比較用として、普通ポルトランドセメントも使用した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
３．モルタルの調製および評価
モルタルの調製は、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）」に準じた。
各モルタルを用いて４×４×16cmの供試体を作製し、１日、３日、７日および28日間水中養生後、圧縮強度を測定した。
結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】

【００２４】
表４より、本発明の水硬性組成物を用いたモルタル（試験例１〜３）では、強度発現性が良好であることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水硬性組成物では、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末として比較的粗いもの（ブレーン比表面積が4000cm²/g以下）を使用しても強度発現性が良好なモルタルやコンクリートを製造することができるので、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末の有効利用に大いに貢献することができる。
また、本発明の水硬性組成物は、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造するものであるので、資源の有効利用に大いに貢献することができる。

Claims

都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造した焼成物の粉砕物、石膏およびコンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末を含む水硬性組成物であって、
前記焼成物が、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を１０〜２５質量％、４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃を１０〜２０質量％含み、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃と４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃の合計量が２０〜３５質量％で、塩素量が０．１質量％以下で、さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ₂を含むものであり、
前記コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末のブレーン比表面積が１０００〜２３００ｃｍ²／ｇであり、
前記焼成物の粉砕物１００質量部に対して、石膏の量がＳＯ₃換算で１．０〜６．５質量部、コンクリート廃材から骨材を回収する際に発生した粉末の量が１〜３０質量部であることを特徴とする水硬性組成物。