(57)【要約】 【課題】良好な流動性や強度発現性を有するセメント組成物を製造することができ、かつ、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が40〜65で、ｂ値が6.0〜10.0であるセメント添加材を提供する。【解決手段】CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下である焼成物を粉砕してなるセメント添加材。さらに、焼成物の粉砕物100質量部に対して、石膏をSO3換算で10質量部以下含有するセメント添加材。  セメントに対して、上記セメント添加材を内割で50質量％以下含有するセメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下である焼成物を粉砕してなるセメント添加材。
【請求項２】
請求項１記載の焼成物の粉砕物100質量部に対して、石膏をSO3換算で10質量部以下含有するセメント添加材。
【請求項３】
セメントに対して、請求項１又は２に記載のセメント添加材を内割で50質量％以下含有するセメント組成物。
【請求項４】
石膏を、SO3換算で1.5〜5質量％含有する請求項３記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な流動性や強度発現性を有するセメント組成物を製造することができるセメント添加材に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国では、経済成長、人口の都市部への集中に伴い、産業廃棄物や一般廃棄物等が急増している。従来から、前記廃棄物の大半は、焼却によって十分の一程度に減容化し埋め立て処分されているが、最近では埋め立て処分場の残余容量が逼迫していることから、新しい廃棄物処理方法の確立が緊急課題になっている。この課題に対処するために、従来よりセメント産業では、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料としてセメント添加材用の焼成物が製造されている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として製造した焼成物の粉砕物では、ポルトランドセメントと色調が大きく異なることがある。すなわち、普通ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメントでは、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値は50〜55程度、ｂ値は６〜８程度であるが、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として製造した焼成物の粉砕物では、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が65、ｂ値が14を超えることがある。このような焼成物の粉砕物では、普通ポルトランドセメント等と色調が大きく異なるので、その添加量が制限されてしまうという問題がある。
そのため、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として製造したセメント添加材用の焼成物において、水硬率を1.5未満、ケイ酸率を2.4〜3.4、鉄率を3.2以下に調整することにより、Ｌ値が48〜60で、ｂ値が9.0〜13.0である粉砕物が得られることが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
しかしながら、特許文献２に記載される焼成物の粉砕物においても、ｂ値が10.0を超えることがあり、普通ポルトランドセメント等と色調が異なるので、その添加量が制限されてしまう場合があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１５５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として製造したセメント添加材であって、良好な流動性や強度発現性を有するセメント組成物を製造することができ、かつ、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が40〜65で、ｂ値が6.0〜10.0であるセメント添加材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下である焼成物を粉砕してなるセメント添加材である。そして、該セメント添加材は、前記焼成物の粉砕物100質量部に対して、石膏をSO3換算で10質量部以下含有することが好ましい。  また、本発明は、セメントに対して、上記セメント添加材を内割で50質量％以下含有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセメント添加材では、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が40〜65、ｂ値が6.0〜10.0であるので、普通ポルトランドセメント等への添加量を増やすことができる。
また、本発明のセメント添加材を添加したセメント組成物は、流動性や強度発現性が良好である。
さらに、本発明のセメント添加材では、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のセメント添加材用焼成物は、CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下のものである。
焼成物の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、すなわち石灰石、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。
また、本発明においては、焼成物の原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。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、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、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
【００１０】
上記原料を、CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下となるように混合した後、焼成することにより、焼成物を製造する。
CaO/SiO2(質量比)が1.6未満では、焼成物の焼成が困難となる。一方、CaO/SiO2(質量比)が2.2を超えると、該焼成物を粉砕してなるセメント添加材を添加したセメント組成物の流動性が低下する。焼成物のCaO/SiO2(質量比)は、焼成物の製造のし易さやセメント組成物の流動性や強度発現性、水和熱低減等の観点から、1.7〜2.0が好ましく、1.8〜1.95がより好ましい。
ケイ酸率が2.4を超えると、該焼成物を粉砕してなるセメント添加材のＬ値やｂ値が大きくなる。焼成物のケイ酸率は、廃棄物の有効利用促進や焼成物の製造のし易さ、セメント組成物の流動性や強度発現性、セメント添加材の色調等の観点から、1.6〜2.2が好ましく、1.7〜2.0がより好ましい。
鉄率が3.2を超えると、該焼成物を粉砕してなるセメント添加材のＬ値やｂ値が大きくなる。焼成物の鉄率は、廃棄物の有効利用促進や焼成物の焼成のし易さ、セメント添加材の色調等の観点から、1.0〜3.0が好ましく、1.6〜2.6がより好ましい。
なお、各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
【００１１】
上記焼成物においては、遊離石灰量は1.0質量％以下であることが好ましい。遊離石灰量が1.0質量％を超えると、該焼成物を粉砕してなるセメント添加材を普通ポルトランドセメント等に混合し、コンクリート構造物に使用すると、遊離石灰が膨張してコンクリート構造物を破壊したり、ＡＥ減水剤等の混和剤の作用を阻害して流動性を悪化させる場合がある。また、該焼成物を粉砕してなるセメント添加材を添加したセメント組成物の強度発現性が低下することがある。
なお、焼成物においては、焼成のし易さやセメント組成物の流動性や強度発現性の観点から、遊離石灰量は0.8質量％以下であることがより好ましく、0.6質量％以下であることが特に好ましい。
【００１２】
焼成に使用する装置は特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルンや電気炉等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。焼成温度が低い、あるいは焼成時間が短いと、焼成物中の遊離石灰量が1.0質量％を超える場合がある。そのため、焼成物中の遊離石灰量が1.0質量％以下になるように焼成温度、焼成時間を調整する必要がある。遊離石灰量を1.0質量％以下にするための焼成温度、焼成時間は、焼成物の組成や粒度にもよるが、それぞれ1000〜1400℃、10〜120分間である。
【００１３】
本発明のセメント添加材は、(1)上記焼成物を粉砕してなるもの、又は、(2)上記焼成物の粉砕物100質量部に石膏をSO3換算で10質量部以下含有させたものである。
焼成物の粉砕方法は特に制限されず、例えば、ボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良い。焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/g（より好ましくは3000〜4000cm2/g）であることが、普通ポルトランドセメント等と混合して使用する場合のモルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
【００１４】
上記(2)のセメント添加材は、焼成物の粉砕物と石膏を混合して製造しても良いし、焼成物と石膏を同時粉砕して製造しても良い。前者の場合、石膏のブレーン比表面積は3000〜8000cm2/g（より好ましくは3500〜6000cm2/g）のものを使用することが好ましい。
石膏としては、二水石膏、半水石膏や無水石膏等が挙げられ、これらを単独又は２種以上組み合わせて用いることができる。
また、上記(2)のセメント添加材のブレーン比表面積は2500〜5000cm2/g（より好ましくは3000〜4000cm2/g）であることが、普通ポルトランドセメント等と混合して使用する場合のモルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
また、上記(2)のセメント添加材中の石膏量は、モルタルやコンクリートの流動性、強度発現性等の観点から、焼成物の粉砕物100質量部に対してSO3換算で10質量部以下が好ましく、0.5〜5.0質量部がより好ましく、1.0〜3.5質量部が特に好ましい。
【００１５】
本発明のセメント添加材においては、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値は40〜65、ｂ値は6.0〜10.0であることが好ましい。Ｌ値又はｂ値が前期範囲外では、普通ポルトランドセメント等と色調が大きく異なり、その添加量が制限されてしまうので好ましくない。
なお、本発明においては、ポルトランドセメント等に色調を近づける観点から、セメント添加材のＬ値は45〜60であることがより好ましい。また、ｂ値は6.5〜9.0であることがより好ましく、6.5〜8.6であることが特に好ましい。
【００１６】
本発明のセメント組成物は、上記セメント添加材とセメントを混合することにより得られるものである。セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメントやフライアッシュセメント等の混合セメント、並びに、ポルトランドセメントに石灰石粉末等を混合した石灰石フィラーセメント等を使用することができる。
セメント添加材の添加量は、セメントに対して、内割で50質量％以下が好ましく、廃棄物原料の有効活用や、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性や強度発現性の観点から、5〜40質量％がより好ましく、10〜30質量％が特に好ましい。セメント添加材の添加量が、セメントに対して、内割で50質量％を越えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
【００１７】
また、本発明のセメント組成物には石膏を配合することができ、セメント組成物中に全SO3換算で1.0〜5.0質量％、特に1.5〜4.0質量％、更に1.8〜3.0質量％配合するのが、一般的な凝結性状が得られるので好ましい。
【００１８】
本発明のセメント組成物は、セメント添加材とセメントを混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、ポルトランドセメントクリンカー、焼成物、石膏の配合成分を、混合した後粉砕するか、あるいは各成分を粉砕した後に混合しても良い。また、焼成物又は焼成物と石膏を粉砕して得られたセメント添加材を、セメントクリンカー粉砕物やポルトランドセメントや混合セメントと混合して製造することもできる。得られるセメント組成物は、ブレーン比表面積が2500〜4800cm2/g（より好ましくは3000〜4500cm2/g）であることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１
１．焼成物の製造
原料として、下水汚泥、建設発生土、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、表１に示すCaO/SiO2(質量比)、ケイ酸率、鉄率及び遊離石灰量の焼成物を製造した。なお、焼成はロータリーキルンを用いて行った。焼成温度は1350℃で焼成時間は30分間である。
【００２０】
２．セメント添加材の製造
表１の各焼成物をブレーン比表面積3300cm2/gに粉砕後、該粉砕物100質量部に２水石膏（ブレーン比表面積3600cm2/g）をSO3換算で２質量部混合してセメント添加材を製造した。
分光色差計を使用して、上記各セメント添加材のハンターＬａｂ表色系におけるＬ値及びｂ値を測定した。
その結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2010168256.tif 000002
【００２２】
表１より、CaO/SiO2(質量比)が1.6〜2.2、ケイ酸率が2.4未満、鉄率が3.2以下である焼成物（No.１〜４）を用いて製造した本発明のセメント添加材は、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が40〜65で、ｂ値が6.0〜10.0の範囲内であることが分かる。
【００２３】
実施例２
実施例１の焼成物No.１〜４及び６を用いて製造したセメント添加材を普通ポルトランドセメントに内割で10質量％添加・混合して、セメント組成物を製造した。該セメント組成物を使用して、以下のモルタル試験を行った。
(1)モルタルフロー
水／セメント組成物（質量比）＝０．３５、細骨材／セメント組成物（質量比）＝２、セメント組成物に対して0.8質量％のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を混合したものを、５分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201-1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、モルタルフローを測定した。なお、細骨材は「JIS R 5201」の標準砂を使用した。
(2)モルタル圧縮強さ
７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2010168256.tif 000003
【００２５】
表２から、本発明のセメント添加材を添加したセメント組成物は、流動性と強度発現性が良好であることが分かる。