JP4453097B2 - リン高含有低発熱型セメントの製造方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低発熱型セメントの製造方法に関するもので、さらに詳しくは、下水汚泥または、その焼却灰等のリン高含有産業廃棄物の有効利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低発熱型セメントは、普通ポルトランドセメントと比較して、水和反応に伴う発熱量が低く、マスコンクリートの施工の際に、セメントの水和熱に起因する温度ひび割れを防止する有効な対策のひとつとして、利用されているものであり、セメントクリンカ中のエーライト：３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）およびアルミネート：３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）含有量を低減することにより所用の性能となる。
【０００３】
現在国内で製造販売されている低発熱型セメントは、普通ポルトランドセメントへの高炉スラグやフライアッシュ等の混和材配合量を多くしたものと、セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させたものとに大別でき、前者は混和材を混合することにより、後者はセメントクリンカ中のビーライト：２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）含有量を増加させることにより、エーライトおよびアルミネートの含有量を低減し、低発熱型セメントを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させることにより、低発熱型セメントを得る方法は、普通ポルトランドセメント製造時と比較して、ロータリーキルンでの焼成が困難であり、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが大量に発生するため、その処理が必要となる。
したがって、本発明の目的は、リン高含有セメントクリンカを用いて、上記の課題を解決しつつ、低発熱型セメントを製造する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料およびリン高含有原料を用いて、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が１．８〜２．３、（ＳｉＯ２）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が２．３〜２．７、（Ａｌ２Ｏ３）／（Ｆｅ２Ｏ３）が１．４〜１．８、リン含有量がＰ２Ｏ５として２〜５重量％（焼成ベース）となるように調整した調合原料を粉砕，焼成して得たクリンカに、ＳＯ３量が１〜４重量％となるように石膏を混合して粉砕するか、互いに分離粉砕した後混合して、得ることによって達成される。
【０００６】
本発明は、この製造方法により得られたセメントが、普通ポルトランドセメントとしては、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さくなるため、使用出来ないものの、主にマスコンクリートに使用される低発熱型セメントとしては、十分な性能を有しており、さらに水和反応に伴う発熱量が低いという事実を見出して完成したものである。
【０００７】
また、本発明の製造方法により得られるセメントが、リン含有量が高いことを除けば、普通ポルトランドセメントとして遜色のない化学組成であるために、リン高含有原料の使用を中止することにより、通常の普通ポルトランドセメントの製造ができ、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが発生しないという特徴を持つ。
なお、以後の記述では、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）をＨＭ、（ＳｉＯ２）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）をＳＭ、（Ａｌ２Ｏ３）／（Ｆｅ２Ｏ３）をＩＭと記す。
【０００８】
【発明実施の形態】
従来の低発熱型セメントが、普通ポルトランドセメントへの高炉スラグやフライアッシュ等の混和材の配合量を多くするか、もしくは、セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させることにより、所用の性能を得ていたのに対し、本発明におけるセメントは、リンがセメントクリンカ中でエーライトのＳｉのサイトに置き換わって固溶し、エーライトの初期段階における活性を抑制し、ビーライトに近い性質を示すこと、およびリンのＳｉのサイトへの置換固溶によりＳｉが余剰となり、セメントクリンカ中のビーライト含有量が増加することを見出し、さらにリン含有量が一定の範囲内にある時、低発熱型セメントとして所用の性能が得られる事実を見出して完成したものである。
【０００９】
本発明における、低発熱型セメント用原料のＨＭは１．８〜２．３、好ましくは２．１〜２．２である。１．８未満では、セメントクリンカ中のエーライト含有量が十分でないために、著しい凝結遅延となり、２．４を越えると、キルンでの焼成が困難となる。
【００１０】
原料のＳＭは２．３〜２．７、好ましくは２．４〜２．６である。２．３未満では、セメントクリンカ中のアルミネート含有量が多くなるために、水和発熱量が上昇し、２．７を越えると、エーライトおよびアルミネートの含有量が十分でないために、凝結遅延となる。
【００１１】
原料のＩＭは１．４〜１．８、好ましくは１．５〜１．７である。１．４未満では、セメントクリンカ中のアルミネートの含有量が十分でないために、凝結遅延となり、１．８を越えると、セメントクリンカ中のアルミネート含有量が多くなるために、水和発熱量が上昇する。
【００１２】
セメントクリンカ中のリン含有量は、Ｐ２Ｏ５として２〜５重量%、好ましくは２〜４重量%である。セメントクリンカ中のＰ２Ｏ５含有量が２重量%未満では、リンのエーライトへの固溶量が不足し、５重量%を越えると、凝結遅延となるためである。
【００１３】
本発明における低発熱型セメントは、前記セメントクリンカを石膏と共に同時粉砕、または、互いに分離粉砕した後混合することによって得られる。なお、セメントの生産性を考慮した場合、前者の同時粉砕することが好ましい。石膏としては、無水・半水および二水石膏を使用することができる。石膏の添加量は、ＳＯ３量で１〜４重量%、好ましくは１〜３重量%である。
【００１４】
上記の粉砕方法は、慣用の装置を用いて行うことができる。セメントの粒度は、ブレーン比表面積で２０００〜５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜４０００ｃｍ２／ｇである。２０００ｃｍ２／ｇ未満では凝結遅延および強度発現性の低下がみられ、５０００ｃｍ２／ｇを越えるように粉砕することは、コスト高になるので好ましくない。
【００１５】
本発明において、リン高含有原料を特定しない。
しかしながら、下水汚泥および、その焼却灰等のリン高含有産業廃棄物の普通ポルトランドセメント原料としての利用が、セメント中のリンがある一定量以上になると、セメントの凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さくなるため、量的に制限されていることおよび産業廃棄物の発生抑制と再資源化を考慮した場合、リン高含有産業廃棄物を有効利用することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の製造方法により得られるセメントが、リン含有量が高いことを除けば、普通ポルトランドセメントとして遜色のない化学組成であるために、ロータリーキルンでの焼成に際して、特に考慮すべき点はなく、リン高含有原料の使用を中止することにより、通常の普通ポルトランドセメントの製造ができ、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが発生しないために、工業化するにあたり特別の手段を講じる必要がない。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料および下水汚泥焼却灰を用いて、ＨＭ，ＳＭ，ＩＭおよびＰ２Ｏ５含有量（焼成ベース）を変化させた、セメント用原料を多数調整し、焼成して得たセメントクリンカより製造された、セメントの物理性状の比較を行った。
使用した石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料および下水汚泥焼却灰の化学組成を表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
これらの原料を用いて、表２に示すセメントクリンカの組成比率およびＰ２Ｏ５含有量となるように調整した調合原料を粉砕後、各調合原料をＳＰロータリーキルンを用いて約１４５０℃で焼成し、セメントクリンカを得た。
【００２０】
なお、比較例１は、一般的な組成に近い調合原料（ＨＭ＝２．１７，ＳＭ＝２．４６，ＩＭ＝１．６０，Ｐ２Ｏ５含有量＝０．５０重量%）から製造された、普通ポルトランドセメントクリンカであり、比較例２は、普通ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ等を混合した市販の低発熱型セメント（第一セメント社製）である。
【００２１】
各セメントクリンカに二水石膏をＳＯ３換算で２．０重量％添加し、混合粉砕してブレーン比表面積約３４００ｃｍ２／ｇのセメントを製造した。
上記のセメントについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」の規定にしたがって、凝結試験および強さ試験を行い、「ＪＩＳ Ｒ ５２０３（セメントの水和熱試験方法）」の規定にしたがって、水和熱の測定を行った。得られた結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
本発明におけるクリンカの組成比率およびＰ２Ｏ５含有量のセメント（実施例１，２）は、一般的な組成に近い普通ポルトランドセメントクリンカより製造したセメント（比較例１）と比較して、Ｐ２Ｏ５含有量の増加に伴い、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さい。
【００２４】
しかしながら、実施例１，２のセメントは、普通ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ等を混合した、市販の低発熱型セメント（比較例２）と比較して、同程度の性能を有していることが判る。
さらに、本発明の範囲内でＰ２Ｏ５含有量を調整することにより、水和発熱量を任意に調整することが可能である。
【００２５】
一方、本発明の範囲以上のＰ２Ｏ５含有量（比較例３）およびＳＭ（比較例４）とした場合、凝結の遅延および初期強度の低下が著しく、低発熱型セメントとしては、所用の性能から外れるセメントとなる。
【００２６】
上記表２から、本発明の方法により製造されたセメントは、普通ポルトランドセメントとしては、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さいものの、低発熱型セメントとしては十分な性能を有しており、さらに水和反応に伴う発熱量が低いことは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳記したように、リン高含有セメントが低発熱型セメントとして十分な性能を有している事実を見出したことにより、工業化するにあたり特別の手段を講じる必要がないので、実施化が容易なうえ経済的負担が軽微である点および下水汚泥、またはその焼却灰等のリン含有量の高い産業廃棄物のセメント用原料としての配合量の増加が可能となり、廃棄物処理に量的質的に多大に貢献する点など、メリットは大きい。
【発明の属する技術分野】
本発明は、低発熱型セメントの製造方法に関するもので、さらに詳しくは、下水汚泥または、その焼却灰等のリン高含有産業廃棄物の有効利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低発熱型セメントは、普通ポルトランドセメントと比較して、水和反応に伴う発熱量が低く、マスコンクリートの施工の際に、セメントの水和熱に起因する温度ひび割れを防止する有効な対策のひとつとして、利用されているものであり、セメントクリンカ中のエーライト：３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）およびアルミネート：３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）含有量を低減することにより所用の性能となる。
【０００３】
現在国内で製造販売されている低発熱型セメントは、普通ポルトランドセメントへの高炉スラグやフライアッシュ等の混和材配合量を多くしたものと、セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させたものとに大別でき、前者は混和材を混合することにより、後者はセメントクリンカ中のビーライト：２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）含有量を増加させることにより、エーライトおよびアルミネートの含有量を低減し、低発熱型セメントを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させることにより、低発熱型セメントを得る方法は、普通ポルトランドセメント製造時と比較して、ロータリーキルンでの焼成が困難であり、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが大量に発生するため、その処理が必要となる。
したがって、本発明の目的は、リン高含有セメントクリンカを用いて、上記の課題を解決しつつ、低発熱型セメントを製造する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料およびリン高含有原料を用いて、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が１．８〜２．３、（ＳｉＯ２）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が２．３〜２．７、（Ａｌ２Ｏ３）／（Ｆｅ２Ｏ３）が１．４〜１．８、リン含有量がＰ２Ｏ５として２〜５重量％（焼成ベース）となるように調整した調合原料を粉砕，焼成して得たクリンカに、ＳＯ３量が１〜４重量％となるように石膏を混合して粉砕するか、互いに分離粉砕した後混合して、得ることによって達成される。
【０００６】
本発明は、この製造方法により得られたセメントが、普通ポルトランドセメントとしては、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さくなるため、使用出来ないものの、主にマスコンクリートに使用される低発熱型セメントとしては、十分な性能を有しており、さらに水和反応に伴う発熱量が低いという事実を見出して完成したものである。
【０００７】
また、本発明の製造方法により得られるセメントが、リン含有量が高いことを除けば、普通ポルトランドセメントとして遜色のない化学組成であるために、リン高含有原料の使用を中止することにより、通常の普通ポルトランドセメントの製造ができ、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが発生しないという特徴を持つ。
なお、以後の記述では、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）をＨＭ、（ＳｉＯ２）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）をＳＭ、（Ａｌ２Ｏ３）／（Ｆｅ２Ｏ３）をＩＭと記す。
【０００８】
【発明実施の形態】
従来の低発熱型セメントが、普通ポルトランドセメントへの高炉スラグやフライアッシュ等の混和材の配合量を多くするか、もしくは、セメントクリンカ中のビーライト含有量を増加させることにより、所用の性能を得ていたのに対し、本発明におけるセメントは、リンがセメントクリンカ中でエーライトのＳｉのサイトに置き換わって固溶し、エーライトの初期段階における活性を抑制し、ビーライトに近い性質を示すこと、およびリンのＳｉのサイトへの置換固溶によりＳｉが余剰となり、セメントクリンカ中のビーライト含有量が増加することを見出し、さらにリン含有量が一定の範囲内にある時、低発熱型セメントとして所用の性能が得られる事実を見出して完成したものである。
【０００９】
本発明における、低発熱型セメント用原料のＨＭは１．８〜２．３、好ましくは２．１〜２．２である。１．８未満では、セメントクリンカ中のエーライト含有量が十分でないために、著しい凝結遅延となり、２．４を越えると、キルンでの焼成が困難となる。
【００１０】
原料のＳＭは２．３〜２．７、好ましくは２．４〜２．６である。２．３未満では、セメントクリンカ中のアルミネート含有量が多くなるために、水和発熱量が上昇し、２．７を越えると、エーライトおよびアルミネートの含有量が十分でないために、凝結遅延となる。
【００１１】
原料のＩＭは１．４〜１．８、好ましくは１．５〜１．７である。１．４未満では、セメントクリンカ中のアルミネートの含有量が十分でないために、凝結遅延となり、１．８を越えると、セメントクリンカ中のアルミネート含有量が多くなるために、水和発熱量が上昇する。
【００１２】
セメントクリンカ中のリン含有量は、Ｐ２Ｏ５として２〜５重量%、好ましくは２〜４重量%である。セメントクリンカ中のＰ２Ｏ５含有量が２重量%未満では、リンのエーライトへの固溶量が不足し、５重量%を越えると、凝結遅延となるためである。
【００１３】
本発明における低発熱型セメントは、前記セメントクリンカを石膏と共に同時粉砕、または、互いに分離粉砕した後混合することによって得られる。なお、セメントの生産性を考慮した場合、前者の同時粉砕することが好ましい。石膏としては、無水・半水および二水石膏を使用することができる。石膏の添加量は、ＳＯ３量で１〜４重量%、好ましくは１〜３重量%である。
【００１４】
上記の粉砕方法は、慣用の装置を用いて行うことができる。セメントの粒度は、ブレーン比表面積で２０００〜５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜４０００ｃｍ２／ｇである。２０００ｃｍ２／ｇ未満では凝結遅延および強度発現性の低下がみられ、５０００ｃｍ２／ｇを越えるように粉砕することは、コスト高になるので好ましくない。
【００１５】
本発明において、リン高含有原料を特定しない。
しかしながら、下水汚泥および、その焼却灰等のリン高含有産業廃棄物の普通ポルトランドセメント原料としての利用が、セメント中のリンがある一定量以上になると、セメントの凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さくなるため、量的に制限されていることおよび産業廃棄物の発生抑制と再資源化を考慮した場合、リン高含有産業廃棄物を有効利用することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の製造方法により得られるセメントが、リン含有量が高いことを除けば、普通ポルトランドセメントとして遜色のない化学組成であるために、ロータリーキルンでの焼成に際して、特に考慮すべき点はなく、リン高含有原料の使用を中止することにより、通常の普通ポルトランドセメントの製造ができ、普通ポルトランドセメントと低発熱型セメントとの運転切替時に、中間的な化学組成のセメント原料およびセメントクリンカが発生しないために、工業化するにあたり特別の手段を講じる必要がない。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料および下水汚泥焼却灰を用いて、ＨＭ，ＳＭ，ＩＭおよびＰ２Ｏ５含有量（焼成ベース）を変化させた、セメント用原料を多数調整し、焼成して得たセメントクリンカより製造された、セメントの物理性状の比較を行った。
使用した石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料および下水汚泥焼却灰の化学組成を表１に示す。
【００１８】
【表１】
これらの原料を用いて、表２に示すセメントクリンカの組成比率およびＰ２Ｏ５含有量となるように調整した調合原料を粉砕後、各調合原料をＳＰロータリーキルンを用いて約１４５０℃で焼成し、セメントクリンカを得た。
【００２０】
なお、比較例１は、一般的な組成に近い調合原料（ＨＭ＝２．１７，ＳＭ＝２．４６，ＩＭ＝１．６０，Ｐ２Ｏ５含有量＝０．５０重量%）から製造された、普通ポルトランドセメントクリンカであり、比較例２は、普通ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ等を混合した市販の低発熱型セメント（第一セメント社製）である。
【００２１】
各セメントクリンカに二水石膏をＳＯ３換算で２．０重量％添加し、混合粉砕してブレーン比表面積約３４００ｃｍ２／ｇのセメントを製造した。
上記のセメントについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」の規定にしたがって、凝結試験および強さ試験を行い、「ＪＩＳ Ｒ ５２０３（セメントの水和熱試験方法）」の規定にしたがって、水和熱の測定を行った。得られた結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
本発明におけるクリンカの組成比率およびＰ２Ｏ５含有量のセメント（実施例１，２）は、一般的な組成に近い普通ポルトランドセメントクリンカより製造したセメント（比較例１）と比較して、Ｐ２Ｏ５含有量の増加に伴い、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さい。
【００２４】
しかしながら、実施例１，２のセメントは、普通ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ等を混合した、市販の低発熱型セメント（比較例２）と比較して、同程度の性能を有していることが判る。
さらに、本発明の範囲内でＰ２Ｏ５含有量を調整することにより、水和発熱量を任意に調整することが可能である。
【００２５】
一方、本発明の範囲以上のＰ２Ｏ５含有量（比較例３）およびＳＭ（比較例４）とした場合、凝結の遅延および初期強度の低下が著しく、低発熱型セメントとしては、所用の性能から外れるセメントとなる。
【００２６】
上記表２から、本発明の方法により製造されたセメントは、普通ポルトランドセメントとしては、凝結時間が長く、初期材齢における強度発現性が小さいものの、低発熱型セメントとしては十分な性能を有しており、さらに水和反応に伴う発熱量が低いことは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳記したように、リン高含有セメントが低発熱型セメントとして十分な性能を有している事実を見出したことにより、工業化するにあたり特別の手段を講じる必要がないので、実施化が容易なうえ経済的負担が軽微である点および下水汚泥、またはその焼却灰等のリン含有量の高い産業廃棄物のセメント用原料としての配合量の増加が可能となり、廃棄物処理に量的質的に多大に貢献する点など、メリットは大きい。
Claims (1)
- 石灰石，粘土，硅石，酸化鉄原料およびリン高含有原料を用いて、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が１．８〜２．３、（ＳｉＯ２）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）が２．３〜２．７、（Ａｌ２Ｏ３）／（Ｆｅ２Ｏ３）が１．４〜１．８、リン含有量がＰ２Ｏ５として２〜５重量％（焼成ベース）となるように調整した調合原料を粉砕，焼成して得たクリンカに、ＳＯ３量が１〜４重量％となるように石膏を混合して粉砕するか、互いに分離粉砕した後混合して、得ることを特徴とする低発熱型セメントの製造方法。
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| JP2000276396A JP4453097B2 (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | リン高含有低発熱型セメントの製造方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN103232179A (zh) * | 2012-04-28 | 2013-08-07 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种高镁硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料及其生产方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4164242B2 (ja) * | 2001-03-08 | 2008-10-15 | 太平洋セメント株式会社 | セメント組成物 |
| JP2008222475A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Taiheiyo Cement Corp | 焼成物、セメント添加材及びセメント組成物 |
| CN115343454A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-15 | 一夫科技股份有限公司 | 一种共晶磷对石膏胶凝性能影响的评价方法 |
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2000
- 2000-09-12 JP JP2000276396A patent/JP4453097B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103232179A (zh) * | 2012-04-28 | 2013-08-07 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种高镁硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料及其生产方法 |
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|---|---|
| JP2002087853A (ja) | 2002-03-27 |
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