JPH0753246A

JPH0753246A - 膨張セメントの製造方法

Info

Publication number: JPH0753246A
Application number: JP20156493A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nemoto; 謙一根本; Kazuyoshi Sato; 和義佐藤; Haruo Katayama; 治男片山; Kazuma Torii; 数馬鳥居; Hiroyuki Matsuura; 博幸松浦
Original assignee: SHINKO FLEX KK; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: SHINKO FLEX KK; JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】【目的】低価格の原料を用い、低い焼成温度で効率よく
膨脹セメントを製造することができる膨脹セメントの製
造方法を提供する。【構成】まず、アルミナ源として金属アルミニウムの含
有量を１０〜２０重量％に制御したアルミウム残灰を用
意する。次いで、アルミニウム残灰、石灰石および無水
石膏を含有する混合物を、夫々の含有量が、３５〜４５
重量％、４０〜５０重量％、および、１２〜２５重量％
になるように調製する。次に、この混合物を１１５０〜
１３５０℃の焼成雰囲気温度で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、収縮せずに膨張する特
殊セメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】膨脹セメントは、通常のポルトランドセ
メントと異なり、収縮せずに膨脹する性質を有し、収縮
によってひび割れ等の害が発生するのを避けなければな
らない場所や工事で多く使用されている。

【０００３】このような膨張セメントの主成分は、アー
ウィン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣａＳＯ₄ ）であ
り、このアーウィンは、アーウィン−水酸化カルシウム
−石膏の配合系からなるアーウィン系地盤改良材とし
て、軟弱地盤の改良に広く用いられている。

【０００４】アーウィンの製造原料としては、酸化カル
シウム（ＣａＯ）源として石灰石、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）源としてボーキサイト、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ
₄ ）源として無水石膏が用いられる。これらの原料を混
合した後、例えば、ロータリーキルンを用いて、１３５
０〜１４００℃の焼成雰囲気温度で焼成してアーウィン
が製造される。

【０００５】アーウィンを主成分とした膨張セメント
は、単独で、または、石膏あるいは水酸化カルシウムと
配合した後に、これを軟弱土に添加すると、次式（１）
の水和反応により、速やかにエトリンガイト（３ＣａＯ
・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・３ＣａＳＯ₄ ・３２Ｈ₂ Ｏ）を生成す
る。このエントリガイトは土粒子間に架橋を形成して迅
速に固化する。

【０００６】３（３ＣａＯ・３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣａＳＯ₄ ）₄ ＋６２Ｈ₂ Ｏ → ３ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・３ＣａＳＯ₄ ・３２Ｈ₂ Ｏ＋２（３ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・６Ｈ₂ Ｏ）＋６（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・３Ｈ₂ Ｏ）・・・・・（１）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなアーウィンを主原料とする膨脹セメントは、原料
に石灰石、ボーキサイトおよび無水石膏を用いている
が、これらは比較的高価であり、製造コストが高くな
る。

【０００８】また、これらの原料の焼成には、上述のよ
うな１３５０〜１４００°という比較的高温の焼成雰囲
気温度が必要がある。また、従来、アーウィン製造時の
原料配合は、３ＣａＯ＋３Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋ＣａＳＯ₄ →３
ＣａＯ・３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣａＳＯ₄ の反応に従って、石
灰石、ボーキサイトおよび無水石灰のモル比から割り出
している。しかし、無水石膏に関しては、焼成温度が高
く、ＣａＳＯ₄ →ＣａＯ＋ＳＯ_x の反応により激しく分
解してしまうため、反応の歩留が悪く、無水石膏を理論
必要量の２〜３倍添加する必要がある。また、無水石灰
の分解により硫黄酸化物（ＳＯ_x ）が発生するため、環
境汚染の心配もある。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、安価な製造原料を用いて、比較的低温での焼成
によって膨脹セメントを製造することができる膨脹セメ
ントの製造方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属アルミニ
ウムの含有量を５〜２０重量％に制御したアルミニウム
残灰、石灰石および無水石膏を混合した混合物を調製す
る工程と、前記混合物を焼成する工程を具備したことを
特徴とする膨脹セメントの製造方法を提供する。

【００１１】本発明の膨脹セメントの製造方法では、混
合物を調製する工程において、アルミニウム残灰、石灰
石、および無水石膏の含有量を、夫々、３５〜４５重量
％、４０〜５０重量％、および、１２〜２５重量％とす
ることが好ましい。

【００１２】また、混合物を焼成する工程において、焼
成雰囲気温度を１１５０℃〜１３５０℃とすることが好
ましい。以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１３】本発明は、アーウィンを主成分とする膨脹
セメントの主な原料の一つであるアルミナ源のボーキサ
イトの代替として、アルミニウムの二次製錬によって発
生するアルミニウム残灰を用い、しかも、このアルミニ
ウム残灰中の金属アルミニウム(Metal-Al)の量を５重量
％以上に制御することにより、テルミット反応（４Ａｌ
＋３Ｏ₂ →２Ａｌ₂ Ｏ₃ ）による発熱を利用して、焼成
温度の大巾な低下を行なうという本発明者らによる本反
応系における焼成反応に対する新たな知見に基づいてい
る。このアルミニウム残灰は、産業廃棄物として日本中
に大量（約３０万ｔ／年）に流出ており、安価に入手す
ることが可能できる。通常のアルミニウム残灰中の各種
成分は表１に示す通りである。

【００１４】

【表１】これに対して、本発明の超速硬セメントの製造方法で
は、例えば表２に示すような成分を含有するアルミニウ
ム残灰を使用する。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２から明らかなように、本発明で用いる
アルミニウム残灰は、その全体の５重量％以上、好まし
くは、１０〜２０重量％の金属アルミニウムを含有する
ように制御する。アルミニウム残灰中の金属アルミニウ
ムの含有量は、例えば、アルミニウム精練時の溶解温度
を７００〜７６０℃、スラグ温度を７００〜９００℃と
することにより制御する。

【００１７】アルミニウム残灰中に少なくとも５重量％
の金属アルミニウムが存在することにより、テルミット
反応が起こり発熱するので、焼成温度をボーキサイトを
用いた場合に比べて、含有量１％増加させるごとに焼成
温度を５〜６℃低下することができる。しかし、アルミ
ニウム残灰中の金属アルミニウムの量が２０重量％を越
えると、例えばロータリーキルンの内壁で局所的にテル
ミット反応の点在化が顕著となり、付着物の成長が増大
し、製造が不可能となる。ここでは、金属アルミニウム
によるテルミット反応の発現を焼成温度の低減のメカニ
ズムとして説明したが、テルミット反応以外の焼成反応
促進効果を否定するものではない。

【００１８】また、焼成温度を低減できることにより、
無水石灰の分解を抑制させることができる。このため、
無水石灰を論理配合量の約１．５〜２．０倍使用すれば
製造できるので、原料コストの低減およびＳＯ_x の低減
も図られる。従って、本発明の膨脹セメントの製造方法
では、上述のアルミニウム残灰３５〜４５重量％、石灰
石４０〜５０重量％、および、無水石灰１２〜２５重量
％を混合して混合物として調製する。

【００１９】

【作用】本発明の膨脹セメントの製造方法によれば、ボ
ーキサイトに代えて比較的安価なアルミニウム残灰をア
ルミナ源を使用するので製造コストを削減できる。ま
た、アルミニウム残灰中の金属アルミニウムの量を５重
量％以上に制御することにより、金属アルミニウムによ
るテルミット反応による発熱を利用して焼成温度が低減
される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。金
属アルミニウムを２０重量％含有するアルミニウム残灰
３９０ｋｇ、石灰石４４０ｋｇ、および、無水石膏１７
０ｋｇを混合して混合物を調製した。この混合物をロー
タリーキルンで１２５０℃の焼成雰囲気温度で焼成して
実施例のサンプルＡを得た。

【００２１】以下、本発明の実施例について説明する。
一方、比較例として、金属アルニウムを５重量％未満含
有するアルミニウム残灰を用いた以外は、サンプルＡと
同様にして、比較例のサンプルＢを得た。

【００２２】これらの２種類のサンプルＡおよびＢにつ
いて、Ｘ線解析を行った。この結果を、図１および図２
にぞれぞれ示す。図１および図２から明らかなように、
本発明の混合物は、アルミニウム残灰中に十分な量の金
属アルミニムを含んでいる。これにより、金属アルミニ
ウムのテルミット反応による発熱があるため、金属アル
ミニウムの量が５重量％未満であったサンプルＢに比べ
て、サンプルＡ中にアーウィン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂ Ｏ
₃・ＣａＳＯ₄ ）の回析ピークが増長していることが判
かった。

【００２３】次に、上述の実施例のサンプルＡを用いて
焼成品を作製し、土質工学会法に従って、土質試験を行
った。対象土は、有機物量３２％、含水比２００％の高
有機質土である。この結果を、図３中に特性線Ｉで示
す。

【００２４】一方、上述の比較例のサンプルＢを用いた
焼成品について、同様の土質試験を行った。この結果
を、図３中に特性線IIで示す。図３から明らかなよう
に、実施例のサンプルＡ、すなわち、アルミニウム残灰
中の金属アルミニウムの量が２０重量％である場合の方
が、アルミニウム残灰中の金属アルミニウムの量が５重
量％未満である比較例のサンプルＢを用いた場合より
も、材令１日、７日および２８日での圧縮強度がいずれ
も優れていることがわかった。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の膨脹セメン
トの製造方法によれば、アルミニウムの二次製錬で発生
した産業廃棄物であるアルミニウム残灰アルミナ源とし
て利用するので、原料コストの低減および産業廃棄物の
有効活用に寄与する。また、アルミニウム残灰中の金属
アルミニウムの含有量を制御することにより、焼成温度
を大幅に低減できるので、焼成に必要な熱エネルギーを
低減できると共に、無水石膏の熱分解を低減して無水石
膏の使用量を削減できる。この結果、膨脹セメントの低
コスト製造を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属アルミニウムを２０重量％含有するアルミ
ニウム残灰をアルミナ源として用いたサンプルＡのＸ線
回析強度を示す特性図。

【図２】金属アルミニウムを５重量％未満含有するアル
ミニウム残灰をアルミナ源として用いたサンプルＢのＸ
線回析強度を示す特性図。

【図３】焼成品の材令に対する圧縮強度の関係を示す特
性図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山治男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鳥居数馬静岡県浜松市西丘町71番地の５株式会社シンコーフレックス内 (72)発明者松浦博幸静岡県浜松市西丘町71番地の５株式会社シンコーフレックス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属アルミニウムの含有量を５〜２０重
量％に制御したアルミニウム残灰、石灰石および無水石
膏を混合した混合物を調製する工程と、前記混合物を焼
成する工程を具備したことを特徴とする膨脹セメントの
製造方法。
【請求項２】混合物を調製する工程において、アルミ
ニウム残灰、石灰石、および無水石膏の含有量を、夫
々、３５〜４５重量％、４０〜５０重量％、および、１
２〜２５重量％とした請求項１記載の膨脹セメントの製
造方法。
【請求項３】混合物を焼成する工程において、焼成雰
囲気温度を１１５０℃〜１３５０℃とした請求項１また
は２記載の膨脹セメントの製造方法。