JP5501590B2 - セメントクリンカーを用いた固化材 - Google Patents
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Description
前記廃棄物・副産物には、クロムが含まれているものがあり、これらを原料としてセメントクリンカーを製造すると、得られるセメントクリンカー中に6価クロムが含まれることになる。このようなセメントクリンカーを粉砕して固化材として使用した場合、6価クロムが溶出し、水質汚染や土壌汚染等を引き起こす可能性がある。
キレート化合物、硫酸第一鉄等の硫酸塩類や、石炭又は亜炭の粉末等を混合させる場合には、それらの材料の入手、所定量の添加及び専用サイロの手当て等に費用がかかるため、製造原価や流通経費が嵩むという問題が生じる。また、石炭又は亜炭の粉末を混入させた固化材を使用すると、一般に改良地盤の強度発現性が悪くなるという欠点がある。
また、本発明では、キレート化合物、硫酸第一鉄等の硫酸塩類、石炭又は亜炭の粉末や高炉スラグ粉末等の入手、所定量の添加及び専用サイロの手当て等が必要ないので、セメント製造原価の上昇を抑制することができる。
さらに、本発明のセメントクリンカーは、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。
本発明のセメントクリンカーは、水硬率(H.M.)が2.20〜2.45のものである。水硬率(H.M.)が2.20未満では、改良地盤からの6価クロムの溶出を低減することが困難となる。また、改良地盤の強度発現性も低下する。水硬率(H.M.)が2.45を越えると、f-CaO含有量が増加する傾向にあり、セメントとしての性能が低下する。
なお、水硬率(H.M.)は、廃棄物の有効利用の促進、6価クロムの溶出低減や改良地盤の強度発現性等の観点から、2.25〜2.43が好ましく、2.30〜2.40がより好ましい。
なお、C3S含有量は、廃棄物の有効利用の促進、6価クロムの溶出低減や改良地盤の強度発現性等の観点から、63〜78質量%がより好ましい。C4AF含有量は、セメントクリンカーの製造上の問題や、廃棄物の有効利用の促進、6価クロムの溶出低減や改良地盤の強度発現性等の観点から、8〜10質量%がより好ましい。
上記半値幅が0.2°未満では、改良地盤からの6価クロムの溶出を低減することが困難となる。半値幅が0.23°を越えるものについては製造が困難である。
なお、b値は、6価クロムの溶出低減等の観点から、8.6〜10.0が好ましく、8.7〜9.5がより好ましい。
全クロム含有量が60mg/kg未満のものは製造することが困難であり、また、産業廃棄物、一般廃棄物等の廃棄物・副産物の原料としての使用量が少なくなる。全クロム含有量が130mg/kgを越えると、改良地盤からの6価クロムの溶出を低減することが困難となる場合がある。
全クロムに対する全6価クロムの割合が60質量%を越えると、改良地盤からの6価クロムの溶出を低減することが困難となる場合がある。
なお、6価クロムの含有量は、JCAS I−51により規定された方法で測定された、注水後直ちに溶解する6価クロム量を指している場合が多いが、C3Sなどのクリンカー鉱物に固溶して、水と接してもすぐには溶出してこないが、セメントの水和が進むと溶出してくる6価クロムも存在する。そこで、本発明においては、注水後直ちに(10分以内)溶出する6価クロム(以降、水溶性6価クロムと称す)、水溶性6価クロムとクリンカー鉱物中に固溶している6価クロムをあわせて全6価クロムという。
本発明のセメントクリンカーは、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上を原料として製造することができる。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥(例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等)、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰(例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等)、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉2次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらに廃土壌等が挙げられる。
産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土以外の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料;珪石、粘土等のSiO2原料;粘土等のAl2O3原料;鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。従って、例えば、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用を促進する観点から、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上の原料を、セメントクリンカー1ton当たり、250〜700kg使用することが好ましい。
焼成温度は1300〜1500℃で焼成時間は10〜120分間であるのが好ましい。
この場合、キルンバーナーの角度や設置位置、補助バーナーの角度、設置位置、燃料使用量を調整して、セメントクリンカーと炎の接する割合を変更することにより、水溶性6価クロムの含有量、全6価クロム量を調整することができる。すなわち、キルンバーナーの角度をより下向きにするほど焼成中のセメントクリンカーと炎の接触する割合は大きくなり、水溶性6価クロムの含有量、全6価クロム量は減少する。また、キルンバーナーの設置位置を下にするほどセメントクリンカーと炎の接触する割合は大きくなり、水溶性6価クロムの含有量、全6価クロム量は減少する。
可燃性物質は、粒径が0.1〜20mmのものを使用するのが好ましい。可燃性物質の粒径が小さいと、焼成中の極初期で燃えきってしまうため、水溶性6価クロムの含有量を低減できず、改良地盤からの6価クロムの溶出を低減することが困難となる。一方、粒径が大きいとセメントクリンカー中に未燃焼状態の可燃性物質が多量に残存し、強度低下の原因になる場合がある。
可燃性物質は、セメントクリンカー1ton当たり50kgまで使用することができる。50kgまで吹き込めば、セメントクリンカー中の水溶性6価クロム量はほとんどゼロに近づき、それ以上吹き込んでも効果は変わらない。
なお、本発明においては、可燃性物質共存下で炎膜焼成を行うこともできる。
なお、400℃以下まで冷却された後の焼成物の冷却速度は、特に限定するものではない。
ここで、エアークエンチングクーラーは、セメントクリンカーがクーラーグレート上を移動しており、この下部に、複数個の空気室があり、冷却空気がこれらの空気室からクーラーグレートの孔を通って供給されセメントクリンカーを冷却するもので、冷却空気量を調整することにより、セメントクリンカーを400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却することが可能になる。
また、水硬率(H.M.)2.20〜2.45、ケイ酸率(S.M.)1.3〜2.3、鉄率(I.M.)1.3〜2.8に調整したセメントクリンカー粉砕物と石膏を含むセメントや、さらに高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、石灰石粉末を含むものも固化材として使用できる。
本発明の固化材においては、改良地盤の強度発現性等から、石膏をセメントクリンカー粉砕物100質量部に対してSO3換算で2〜15質量部(より好ましくは3〜13質量部)含むことが好ましい。石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏やこれらの混合物を用いることができる。
固化材の製造は、上記セメントクリンカーを粉砕し石膏を添加するか、又はセメントクリンカーと石膏を同時に粉砕して製造することができる。高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末や石灰石粉末を使用する場合は、前記固化材にさらにこれらの粉末を添加混合すれば良い。
本発明の固化材の使用方法は、1)対象土に固化材を粉体のまま添加・混合するドライ添加と、2)水を加えてスラリーとして添加・混合するスラリー添加、が可能である。2)のスラリー添加の場合の水/固化材(質量)比は、0.5〜1.5が好ましく、0.6〜1.0がより好ましい。
表1に示す化学組成の石灰石、珪石、建設発生土、石炭灰、鉄原料(リサイクル品)を原料として、表2に示す水硬率、鉱物組成、全6価クロム・全クロム含有量のセメントクリンカーを製造した。
なお、焼成は、ロータリーキルンを用いて、以下の方法で焼成した。
(1)キルンバーナーに加えて補助バーナーを用いることによって炎膜焼成する。
(2)ロータリーキルン内に、可燃性物質(粒径1.6mmの石炭コークス)をクリンカー出口か らクリンカー1ton当たり30kg供給して、可燃性物質共存下で焼成する
(3)キルンバーナーに加えて補助バーナーを用い、さらに可燃性物質共存下(可燃性物質の 種類と供給量は前記(2)と同じ)で炎膜焼成する。
(4)通常のキルンバーナーのみを用いて通常の焼成(ロータリーキルン内に可燃性物質を供 給せず)を行う。
また、セメントクリンカーの冷却は、以下の方法で行った。
(a)セメントクリンカーを水中に投入して冷却する。
(b)エアークエンチングクーラーの冷却空気量を調整して、セメントクリンカー温度が350 ℃になるまでは50℃/minの冷却速度で冷却する。
(c)エアークエンチングクーラーの冷却空気量を調整して、セメントクリンカー温度が350 ℃になるまでは30℃/minの冷却速度で冷却する。
各セメントクリンカーの焼成条件及び冷却条件を表2に併記する。なお、セメントクリンカーの焼成温度は1350〜1500℃で行った。
なお、本発明において、C4AFのX線回折ピークの半値幅は、各セメントクリンカーを粉砕後(ブレーン比表面積3200cm2/g)、サリチル酸−メタノール処理して、カルシウムシリケート相を除去した後測定した。XRDチャートの測定にはブルカーAXS社製D8(18kW、高速検出器付き)を使用し)を使用し、解析ソフトにDIFFRAC EVAを用いた。b値は、分光色差計(日本電色(株)社製・ CP6R−2000DP型)を使用して測定した。
実施例1で得られた各セメントクリンカー100質量部に、無水石膏(ブレーン比表面積4000cm2/g)を10質量部混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3400±50cm2/gとなるように同時粉砕して、固化材を製造した。
各固化材を関東ローム(含水比100%)に260kg/m3添加した。材齢7日の改良地盤からの6価クロムの溶出量を環境省告示46号法に準拠して測定した。また、材齢7日の改良地盤の一軸圧縮強度を地盤工学会の試験方法(JGS 0511−2000)に準拠して測定した。
結果を表3に示す。
一方、本発明で規定する以外のセメントクリンカー(No.2、3、8、9、10、15、16、17)を使用した固化材では、改良地盤からの6価クロムの溶出量が多く、クリンカー中の全クロム量が少ない場合であっても、改良地盤からの6価クロムの溶出量を0.05(mg/l)以下にすることができなかった。
Claims (1)
- 改良地盤からの6価クロムの溶出量を0.05mg/l以下とすることができる固化材であって、水硬率(H.M.)が2.20〜2.45、3CaO・SiO2含有量が62〜80質量%、4CaO・Al2O3・Fe2O3含有量が7〜12質量%、4CaO・Al2O3・Fe2O3のX線回折角(2θ)が12.1°のピークの半値幅が0.2°以上0.23°以下、ブレーン比表面積3000〜4500cm2/gに粉砕した際のハンターLab表色系におけるb値が8.5以上、全クロム含有量が60〜130mg/kg、及び全クロムに対する全6価クロムの割合が60質量%以下であるセメントクリンカーを用いた固化材。
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