JPH11228207A

JPH11228207A - セメント組成物

Info

Publication number: JPH11228207A
Application number: JP10037648A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashi; 浩志林; Masaki Ishimori; 正樹石森; Koichi Soeda; 孝一副田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【解決手段】都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から
選ばれる１種又は２種以上を原料として製造されたセメ
ント、水及び下記一般式（１）【化１】〔式中、Ｒ¹は炭素数１〜２４の一価アルコール残基を
示し、Ｙはエチレン基、プロピレン基及びブチレン基か
ら選ばれる１種又は２種以上を示すが、ブチレン基単独
の場合を除く、Ｘは水素原子、アルカリ金属原子、アン
モニウム又はアルカノールアンモニウムを示し、ｎは３
〜２００の数を示す〕で表わされる化合物を含有するセ
メント組成物。【効果】自己収縮及び乾燥収縮が小さく、ひびわれ発
生が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミ焼却灰や
下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として製造してなる水
硬性組成物たるセメント（以下、エコセメントという）
に特定の化合物を配合することにより、セメントの収縮
に起因するひびわれを防止して、安定性を向上させたセ
メント組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ゴミや下水汚泥等の一般廃棄
物及び産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効利用、
再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処理に関
する決定的な方法はなく、ほとんどが埋め立てに頼って
いる状況であった。これに対し、セメントの製造分野で
は、廃棄物の有効利用及び再資源化を目的として、都市
ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料としたエ
コセメントと称されるものが開発され、製造されてい
る。

【０００３】しかし、一般的にセメントと水との混練物
は、凝結時には水和反応による自己収縮により、また凝
結後の乾燥時には脱水に伴い、それぞれ体積が減少し収
縮するという性質を有する。これらの収縮のうち前者の
自己収縮は比較的材齢初期（４時間〜７日）に生ずる現
象であり、エコセメントのように水和反応速度が比較的
速いセメントを用いたセメント組成物に特に起こり易
く、材齢初期のひびわれ発生の原因となる。また、後者
の乾燥時における収縮はセメント、モルタル又はコンク
リートの使用におけるひびわれの最大の原因となるもの
である。

【０００４】斯かるひびわれ、特に乾燥時のひびわれを
防止する方法として、従来、セメントを水と混練する際
に、（ｉ）セメント膨張材を添加する；（ii）練り混ぜ
において用いる水の量を減らすことを目的とし、界面活
性作用を有する減水剤を添加する；（iii）収縮低減剤
を添加する、等の方法が取られている。

【０００５】しかし、前記（ｉ）の方法は、乾燥収縮を
防止するために膨張材を多量に配合した場合には過大膨
張が発生し、逆に膨張材量が少ないと所定の膨張量が得
られず、乾燥収縮を補償できないという問題があり、膨
張量のコントロールが極めて困難である。また、前記
（ii）の方法は、練り混ぜ水量が減る分だけ乾燥収縮も
低減されるものの、十分な練り混ぜ水量の低減化作用を
有していないため、ひびわれを満足に防止し得るもので
はない。また前記（iii）の収縮低減剤としては、炭素
数１〜４のアルキル基を有するポリオキシアルキレンア
ルキルエーテル（特公昭５６−５１１４８号）やアルキ
レンオキシドが付加された２〜８個の活性水素を有する
化合物（特公平１−５３２１４号）などが知られている
が、そのいずれも界面活性作用が弱く、また十分なひび
われ防止効果を得るためには混練時にかなりの使用量を
要するなどの欠点がある。このように上記（ｉ）〜（ii
i）のいずれの方法を用いても十分な乾燥ひびわれ防止
効果を発現するには到っていない。

【０００６】また、自己収縮によるひびわれ防止につい
ては、これまで、あまり検討されていないが、この防止
手段としては収縮低減剤を添加する方法が考えられる。
しかし、従来使用されている上記の収縮低減剤は、乾燥
収縮を低減する効果はあるが、自己収縮の低減効果は不
十分であり、特にエコセメントのように自己収縮量の大
きいセメントを使用する場合は、自己収縮の低減が課題
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、エ
コセメントの収縮に起因するひびわれが防止され、安定
性が向上されたセメント組成物を提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる実状に鑑み、本発
明者らは、前記課題を解決すべく種々検討した結果、下
記一般式（１）で示される化合物をエコセメントに配合
することにより、自己収縮及び乾燥収縮の何れも防止さ
れたセメント組成物が得られることを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００９】すなわち本発明は、都市ゴミ焼却灰及び下
水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２種以上を原料とし
て製造されたセメント（エコセメント）、水及び下記一
般式（１）

【００１０】

【化２】

【００１１】〔式中、Ｒ¹は炭素数１〜２４の一価アル
コール残基を示し、Ｙはエチレン基、プロピレン基及び
ブチレン基から選ばれる１種又は２種以上を示すが、ブ
チレン基単独の場合を除く、Ｘは水素原子、アルカリ金
属原子、アンモニウム又はアルカノールアンモニウムを
示し、ｎは３〜２００の数を示す〕で表わされる化合物
を含有するセメント組成物を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で用いるエコセメントは、
都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又
は２種以上を原料として製造されたセメントであって、
通常、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂（以下、Ｃ
₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂と略す。）、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・
ＣａＦ₂（以下、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂と略す。）及び３Ｃａ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃（以下、Ｃ₃Ａと略す。）から選ばれる１
種又は２種以上１０〜４０重量％と２ＣａＯ・ＳｉＯ₂
（以下、Ｃ₂Ｓと略す）及び／又は３ＣａＯ・ＳｉＯ
₂（以下、Ｃ₃Ｓと略す）とを含む焼成物並びに石膏を含
有するものである。

【００１３】この焼成物中のアルミニウム源は焼却灰か
ら主に由来するので、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇Ｃａ
Ｆ₂、Ｃ₃Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が１０重量
％未満のものは、焼却灰の使用量が少ないため、廃棄物
の有効利用及び再資源化の観点から好ましくない。ま
た、４０重量％を超えるものは水和の進行によって過大
に膨張する場合がある。なお、ここで使用する原料は、
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、更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、鉄等と混合して成分調整した原料であってもよい。
斯かる原料を１２００〜１５００℃で焼成して得たクリ
ンカーを粉砕後、この焼成物に石膏を添加してエコセメ
ントを製造する。本発明に用いる石膏は、無水石膏、二
水石膏、半水石膏のいずれも使用でき、強度の発現性か
ら、石膏は、焼成物１００重量部に対して１〜３０重量
部添加することが好ましい。

【００１４】本発明のセメント組成物に用いる一般式
（１）で表わされる化合物において、式中、Ｒ¹で示さ
れる炭素数１〜２４の一価アルコール残基となる一価ア
ルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルア
ルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、
オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコ
ール、ドデシルアルコール、トリデシルアルコール、ミ
リスチルアルコール、セチルアルコール、オレイルアル
コール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール及
びオキソ法による炭素数１１〜１５の合成アルコールな
ど、２−ブチルオクタノール、２−ブチルデカノール、
２−ヘキシルオクタノール、２−ヘキシルデカノール、
２−オクチルデカノール、２−ヘキシルドデカノール、
２−オクチルドデカノール、２−デシルテトラデカノー
ル（以上コンデア社製イソホール）及び炭素数１２〜１
４のセカンダリアルコールなどの高級アルコールが挙げ
られる。

【００１５】これらのアルコールの中で、特に好ましい
ものとしては、オクチルアルコール、デシルアルコー
ル、ドデシルアルコール等の直鎖状高級アルコール、２
−ヘキシルデカノール、２−オクチルデカノール等の直
鎖状２位置換アルコールが挙げられる。

【００１６】また、一般式（１）中、Ｙは、エチレン
基、プロピレン基及びブチレン基が挙げられるが、エチ
レン基及び／又はプロピレン基が好ましい。また、一般
式（１）においてＹＯで示されるアルキレンオキシドの
付加モル数ｎは、３〜２００であるが、好ましくは５〜
６０、特に好ましくは１０〜３０であり、ｎが３〜２０
０の範囲外となると、セメントに混和しても収縮低減効
果が少なく、セメント組成物中に空気を連行することが
ある。またＹＯは、エチレンオキシド（以下、「ＥＯ」
という）又はプロピレンオキシド（以下、「ＰＯ」とい
う）の単独重合したものでもよく、ＥＯ、ＰＯ及びブチ
レンオキシド（以下、「ＢＯ」という）から選ばれる２
種又は３種をランダム又はブロック状に付加したもので
もよい。このような種々のＹＯに対し、付加モル数ｎの
好ましい範囲も変化する。すなわち、ＥＯを単独で付加
させる場合、ｎは５〜６０が好ましく、より好ましくは
１０〜３０である。ＰＯを単独で付加させる場合、ｎは
３〜３０が好ましい。ＥＯとＰＯを併用した場合、ｎは
５〜５０モルでかつＥＯ／ＰＯ付加モル比が９０／１０
〜３０／７０の範囲が好ましい。ＥＯとＢＯを併用した
場合、ｎは５〜４０モルでかつＥＯ／ＢＯ付加モル比が
９０／１０〜４０／６０の範囲が好ましい。ＰＯとＢＯ
を併用した場合、ｎは５〜１５モルでかつＰＯ／ＢＯ付
加モル比が８０／２０〜５０／５０の範囲が好ましい。
ＥＯ、ＰＯ及びＢＯを併用した場合、ｎは３〜４０モル
でかつＥＯ／（ＰＯ＋ＢＯ）付加モル比が８０／２０〜
４０／６０の範囲が好ましい。また、ＹＯの付加は、ラ
ンダム状でもブロック状でもセメントの収縮低減効果が
得られるが、空気連行防止効果の観点からランダム状が
好ましい。

【００１７】本発明のセメント組成物において、特に自
己収縮の防止を目的とする場合には、一般式（１）中、
Ｒ¹が炭素数３〜２４の一価のアルコール残基で、ｎが
３〜１００の数で表わされる化合物が好ましい。

【００１８】一般式（１）中、Ｘとしては、水素原子、
ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属原子、アンモニ
ウム、炭素数１〜６のアルカノールアンモニウムが挙げ
られる。このうち、炭素数１〜６のアルカノールアンモ
ニウムとしては、例えばモノエタノールアンモニウム、
ジエタノールアンモニウム、トリエタノールアンモニウ
ムが挙げられる。Ｘとしては、アルカリ金属原子、アン
モニウムが好ましい。

【００１９】一般式（１）で表わされる化合物は、例え
ば次の反応式に従って製造することができる。

【００２０】

【化３】

【００２１】〔式中、Ｒ¹、Ｙ、Ｘ及びｎは前記と同じ
ものを示す〕

【００２２】すなわち、一般式（１）で表わされる化合
物は、炭素数１〜２４の一価アルコール（４）にエチレ
ンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイド及び／又
はブチレンオキサイド（但しブチレンオキサイド単独は
ない）（３）を付加反応せしめ、得られたポリオキシア
ルキレンアルキル（又はアルケニル）エーテル（２）に
硫酸化剤を反応させ、更にこのポリオキシアルキレンア
ルキル（又はアルケニル）エーテル硫酸エステルをアル
カリで中和することにより容易に得ることができる。こ
こで用いる硫酸化剤としては、クロルスルホン酸、無水
硫酸、スルファミン酸等の公知の硫酸化剤が挙げられ
る。また中和に用いるアルカリは、苛性ソーダ、苛性カ
リ、水酸化リチウム、アンモニア水、モノエタノールア
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等が
挙げられる。

【００２３】上記の方法により得られた生成物が、未反
応物、副生物等の不純物を含む場合、そのままで用いる
こともできるが、公知の精製手段により精製して用いる
のが好ましい。

【００２４】化合物（１）は、後記実施例に示すよう
に、エコセメントと共に用いることで、セメント組成物
の自己収縮及び乾燥収縮を低減し、ひびわれを防止する
ことができる。

【００２５】本発明のセメント組成物において、化合物
（１）の配合量は、収縮低減効果及び強度の点からエコ
セメント１００重量部に対し化合物（１）として０．０
５〜８重量％が好ましく、０．２〜３重量％がより好ま
しい。

【００２６】従って、本発明のセメント組成物の構成成
分としては、エコセメント１００重量部に対し、化合物
（１）を好ましくは０．０５〜８重量部配合する他は、
一般のセメント組成物と同様の成分を概ね同程度含むも
のである。すなわち、化合物（１）及びセメントに加え
てセメント１００重量部に対し、通常水３０〜１５０重
量部及び骨材５０〜５００重量部を含むものである。こ
こで骨材としては、砂、砂利に加えてフライアッシュや
スラグ等を用いることもできる。ただし、フライアッシ
ュやスラグ等は砂や砂利とともに用いるのが好ましい。

【００２７】本発明のセメント組成物には、エコセメン
ト、水及び化合物（１）の他、各種セメント混合剤、例
えばナフタリンスルホン酸のホルマリン縮合物、オキシ
カルボン酸塩、リグニンスルホン酸塩等の減水剤を配合
することができ、これら減水剤の併用は収縮低減効果を
更に高めるので好ましい。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２９】製造例１〔化合物（１）の製造例〕１Ｌ容量のオートクレーブにラウリルアルコール９３
ｇ、及び触媒として水酸化カリウム１．５ｇを加え、窒
素置換を行った後、窒素ガスを導入しながら徐々に昇温
して１２０〜１３０℃で３０分間減圧脱水を行った。オ
ートクレーブを密閉しエチレンオキシド４４０ｇとプロ
ピレンオキシド２８０ｇの混合物を温度１２０〜１４０
℃、圧力０．３〜０．５Ｍｐａで１時間を要して圧入
し、更に同条件で３０分間熟成した後３５℃まで冷却
し、淡黄色油状のポリオキシエチレンポリオキシプロピ
レンラウリルエーテル８１０ｇを得た。次いで、１Ｌ容
量の四つ口フラスコにポリオキシエチレンポリオキシプ
ロピレンラウリルエーテル７００ｇを仕込み、クロルス
ルホン酸５０ｇを温度２０〜３０℃にて２時間を要して
徐々に滴下した後、窒素ガスを導入し１時間脱塩化水素
を行いポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリ
ルエーテル硫酸エステル７３５ｇを得た。この硫酸エス
テルを３．２％水酸化ナトリウム水溶液７３０ｇで中和
し、有効成分約５０％の淡黄色液状の表３記載の化合物
１を１４５５ｇ得た。

【００３０】製造例２〔化合物（１）の製造例〕１Ｌ容量のオートクレーブにラウリルアルコール２０．
６ｇ及び触媒として水酸化カリウム１．６ｇを加え、窒
素置換を行った後、窒素ガスを導入しながら徐々に昇温
して１２０〜１３０℃で３０分間減圧脱水を行った。オ
ートクレーブを密閉しエチレンオキサイド３９２ｇとプ
ロピレンオキサイド３８７ｇの混合物を温度１２０〜１
４０℃、圧力０．３〜０．５Ｍｐａで１時間を要して圧
入し、更に同条件で３０分間熟成した後３５℃まで冷却
し、淡黄色油状のポリオキシエチレンポリオキシプロピ
レンラウリルエーテル７９０ｇを得た。次いで、１Ｌ容
器の四つ口フラスコにポリオキシエチレンポリオキシプ
ロピレンラウリルエーテル７００ｇを仕込みクロルスル
ホン酸１２ｇを温度２０〜３０℃で１時間を要して滴下
した後、窒素ガスを導入し１時間脱塩化水素を行いポリ
オキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルエーテル
硫酸エステル７０９ｇを得た。この硫酸エステルを０．
７％水酸化ナトリウム水溶液７００ｇで中和し、有効成
分５０％の淡黄色液状の表４記載の化合物１１を１３９
２ｇ得た。

【００３１】製造例３〔化合物（１）及び比較品の製造
例〕下記表３〜表７に示す化合物２〜１０及び１２〜１９を
製造例１又は２に準じて製造した。

【００３２】製造例４〔エコセメントの製造例〕表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰５４．３重量％、石
灰石粉４２．５重量％、アルミ灰１．１重量％、粘土
１．１重量％、蛍石０．５重量％を原料として、ロータ
リーキルンを用いて１３００〜１４５０℃でクリンカー
を焼成した。得られたクリンカーは、縦型ミルでブレー
ン比表面積が４０００cm²／ｇになるように粉砕し、こ
の焼成物１００重量に対して無水石膏を１２重量部添加
してブレーン比表面積が４７００cm²／ｇのエコセメン
トを製造した。なお、製造した焼成物の鉱物組成を表２
に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】実施例１〔モルタルでの乾燥収縮防止効
果〕製造例４のエコセメント及び豊浦標準砂を使用し、セメ
ント：砂比＝１：２、水：セメント比＝６：１０（重量
比）とし、表３〜表５に示す化合物１〜１９をそれぞれ
セメント１００重量部に対し０．５重量部配合し、化合
物１〜１４を配合したものをセメント組成物（Ａ１〜Ａ
１４）（本発明品）、化合物１１〜１５を配合したもの
をセメント組成物（Ｂ１〜Ｂ５）及び化合物無添加のも
のをセメント組成物Ｂとした（比較品）。次いで、ＪＩ
ＳＲ−５２０１に準じてモルタルミキサーを用いて混
練し、４×４×１６cmの型枠中に流し込んだ。材齢１日
で脱型し、材齢７日迄２０℃で水中養生し、以後２０
℃、相対湿度６０％の条件下に放置した。乾燥開始後か
ら材齢７日及び２８日の乾燥収縮率をコンパレーター法
を用いて、長さ変化として測定し、％で表した。結果を
表３〜表５に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】表３〜表５より、本発明のセメント組成物
の乾燥収縮量は、化合物無添加のセメント組成物と比較
し１／２以下に低減されることがわかる。

【００４０】実施例２〔セメントペーストでの自己収縮
防止効果〕水／セメント比＝２．５／１０（重量比）とし、表６及
び表７に示す化合物１〜１９をそれぞれ製造例４のエコ
セメント１００重量部に対し２重量部と、高性能ＡＥ減
水剤（秩父小野田（株）製コアフローＮＰ−５５）を
１重量部配合した。化合物１〜１４を配合したものをセ
メント組成物（Ｃ１〜Ｃ１４）（本発明品）、化合物１
５〜１９を配合したものをセメント組成物（Ｄ１〜Ｄ
５）及び化合物無添加のものをセメント組成物Ｄ（比較
品）とした。ＪＩＳＲ−５２０１に準じてモルタルミ
キサーを用いて混練し、混練後の試料を容量１Ｌの密閉
樹脂容器に注入し、防水被覆した長さ６０mmの埋め込み
型ひずみゲージを用いて、セメントペースト注入直後か
ら材齢７時間、及び材齢７日までの自己収縮量を測定し
た。結果を表６、表７及び表８に示す。

【００４１】

【表６】

【００４２】

【表７】

【００４３】

【表８】

【００４４】表６、表７及び表８より、本発明のセメン
ト組成物の自己収縮量は、化合物無添加のセメント組成
物と比較し１／２〜１／３に低減されることがわかる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のセメント組成物は自己収縮及び
乾燥収縮が小さくひびわれ発生の危険性が防止でき、エ
コセメントを有効活用できるため、非常に有用なセメン
ト組成物である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０９Ｂ 3/00 ３０４Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から
選ばれる１種又は２種以上を原料として製造されたセメ
ント、水及び下記一般式（１）【化１】〔式中、Ｒ¹は炭素数１〜２４の一価アルコール残基を
示し、Ｙはエチレン基、プロピレン基及びブチレン基か
ら選ばれる１種又は２種以上を示すが、ブチレン基単独
の場合を除く、Ｘは水素原子、アルカリ金属原子、アン
モニウム又はアルカノールアンモニウムを示し、ｎは３
〜２００の数を示す〕で表わされる化合物を含有するセ
メント組成物。
【請求項２】都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から
選ばれる１種又は２種以上を原料として製造されたセメ
ントが、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂及びＣ₃Ａ
から選ばれる１種又は２種以上１０〜４０重量％とＣ₂
Ｓ及び／又はＣ ₃Ｓとを含む焼成物並びに石膏を含有す
るものである請求項１記載のセメント組成物。