(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ2ＳとＣ2ＡＳを必須成分とし、Ｃ2Ｓ１００重量部に対して、Ｃ2ＡＳ＋Ｃ4ＡＦを１０〜１００重量部含有し、かつ、Ｃ3Ａの含有量が２０重量部以下であることを特徴とする焼成物。
【請求項２】
産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とする請求項１記載の焼成物。
【請求項３】
１０００〜１３５０℃で焼成して得られる請求項１又は２記載の焼成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物を粉砕してなるセメント混和材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物の粉砕物１００重量部に対して、石膏をＳＯ3換算で１〜６重量部含有するセメント混和材。
【請求項６】
ポルトランドセメントクリンカー粉砕物１００重量部に対して、請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物の粉砕物５〜１００重量部を含有するセメント。
【請求項７】
石膏を、ＳＯ3換算で１．５〜５重量％含有する請求項６記載のセメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントの水和熱を低下させ、かつ流動性が良好なセメント混和材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、セメント産業では、産業廃棄物、一般廃棄物をセメント原料として再資源化している（例えば、特許文献１、特許文献２等）。しかしながら、廃棄物をセメント原料として大量に使用すると、セメント中のＣ３Ａ量が増加し、その結果、セメントの水和熱が上昇するという問題があった。また、そのようなセメントと混和剤を用いてモルタルやコンクリートを製造する場合には、モルタルフローやスランプが小さくなり、フローロスやスランプロスが大きくなるという欠点もあった。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５６−１２０５５２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８１３９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、セメントの水和熱を低下させ、かつ流動性が良好なセメント混和材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、Ｃ２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）及びＣ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を特定の割合で含有し、Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）含有量が２０重量部以下の焼成物の粉砕物が、ポルトランドセメントクリンカーと混合したときに、セメントの水和熱が低く、かつ流動性が良好であることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、Ｃ2ＳとＣ2ＡＳを必須成分とし、Ｃ2Ｓ１００重量部に対して、Ｃ2ＡＳ＋Ｃ4ＡＦを１０〜１００重量部含有し、かつ、Ｃ3Ａの含有量が２０重量部以下であることを特徴とする焼成物、及びこれを粉砕してなるセメント混和材を提供するものである。
また、本発明は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物１００重量部に対して、前記焼成物の粉砕物５〜１００重量部を含有するセメントを提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の焼成物は、Ｃ２Ｓ及びＣ２ＡＳを含有するもので、Ｃ２Ｓ１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳを１０〜１００重量部、好ましくは２０〜９０重量部含有するものである。Ｃ２ＡＳ含有量が１０重量部未満では、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量（未反応ＣａＯ量）が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するＣ２Ｓも水和活性のないγ型Ｃ２Ｓである可能性が高くなり、セメントの強度を大きく低下させることがある。一方、Ｃ２ＡＳ含有量が１００重量部を超えると、高温における融液が増加するため、焼成可能温度が狭まり、またＣ２Ｓが少ないため、セメントの初期及び長期強度がともに低下する。
【０００８】
本発明の焼成物は、Ｃ２Ｓ１００重量部に対するＣ３Ａの含有量が２０重量部以下、好ましくは１０重量部以下である。２０重量部を超えると、セメントの水和熱が上昇し、流動性も悪化する。
【０００９】
このような組成の焼成物は、例えば産業廃棄物、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、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば石炭灰；生コンスラッジ、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等の各種汚泥；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、建設廃材、コンクリート廃材などが挙げられ；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。また、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】
なお、焼成物の原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上（以下、廃棄物原料と称する）を原料として用いた場合、Ｃ４ＡＦ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）が生成することがあるが、本発明の焼成物においては、Ｃ２ＡＳの一部、好ましくはＣ２ＡＳ重量の７０重量％以下がＣ４ＡＦで置換されても良い。Ｃ４ＡＦがこの範囲を超えて置換されると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。
【００１１】
本発明の焼成物の鉱物組成は、使用原料中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３の各含有量（重量％）から、次式により求めることができる。
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ３Ａ＝１．６１×ＣａＯ−３．００×ＳｉＯ２−２．２６×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２ＡＳ＝−１．６３×ＣａＯ＋３．０４×ＳｉＯ２＋２．６９×Ａｌ２Ｏ３＋０．５７×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２Ｓ＝１．０２×ＣａＯ＋０．９５×ＳｉＯ２−１．６９×Ａｌ２Ｏ３−０．３６×Ｆｅ２Ｏ３
【００１２】
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。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が、本発明の範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
【００１３】
これらを焼成する際の焼成温度は、１０００〜１３５０℃、特に１２００〜１３３０℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、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。
このような焼成により、Ｃ２ＡＳが生成し、その分Ｃ３Ａ量がＢｏｇｕｅ式から導かれる量よりも少なくなり、本発明のような組成の焼成物を得ることができる。
【００１４】
本発明のセメント混和材は、このようにして得られる焼成物を粉砕してなるものである。焼成物の粉砕物１００重量部に対して、石膏をＳＯ３換算で１〜６重量部含有させることもできる。
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。
【００１５】
本発明のセメントは、前記のような焼成物の粉砕物を、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物１００重量部に対して５〜１００重量部混合することにより、得ることができる。混合量はセメントの種類によって異なるが、例えば普通ポルトランドセメントとして使用する場合は５〜５０重量部、特に１０〜４０重量部混合するのが好ましく、低熱セメントとして使用する場合は５０〜１００重量部、特に６６〜１００重量部混合するのが好ましい。
【００１６】
また、本発明のセメントには石膏を配合することができ、セメント中に全ＳＯ３換算で１．５〜５重量％、特に２〜３．５重量％、更に２．５〜３重量％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。石膏としては、特に制限されず、例えば二水石膏、α型又はβ型半水石膏、ＩＩＩ型無水石膏、ＩＩ型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。
【００１７】
本発明のセメントは、前記成分等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、石膏等の配合成分を、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、焼成物と石膏を粉砕して得られたセメント混和材を、セメントクリンカー粉砕物と混合して製造することもできる。得られるセメントは、ブレーン比表面積が２５００〜４５００ｃｍ２／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。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。
【００１９】
実施例１
表１に示す組成の焼成物を製造した。
すなわち、石灰石、生コンスラッジ、下水汚泥、建設発生土の原料を表１に示す組成で調合し、小型ロータリーキルンを用いてフリーライム量が１％以下になるよう、表１に示す温度で焼成した。用いた原料の化学組成は、表２に示すとおりである。
【００２０】
【表１】
0003559274.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003559274.tif 000003
【００２２】
Ｎｏ．７及びＮｏ．８の焼成物は、工業原料を用いて調合した。Ｃ２Ｓ１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳ及びＣ４ＡＦを合計で５重量部しか含有しないＮｏ．７では、焼成温度１４５０℃でフリーライムが１％以下になったが、冷却中に焼成物がダスティング（粉化）して、強度発現性のないγ型のＣ２Ｓが生成してしまった。一方、Ｃ２ＡＳ及びＣ４ＡＦを合計で１０５重量部含有するＮｏ．８では、１２３０℃で造粒し始め、１２５０℃でフリーライムが０．５％以下になったが、それ以上温度を上げると、融液量が極端に増大して、溶融してしまい、焼成が困難になってしまった。
【００２３】
実施例２
クリンカーとして、表３に示す組成の普通ポルトランドセメントクリンカー、石膏として排脱二水石膏（住友金属社製）を用い、これらと各焼成物を表４に示す割合で混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が３２５０±５０ｃｍ２／ｇとなるように同時粉砕して、セメントを製造した。
得られたセメントについて、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを評価した。結果を表４に併せて示す。
【００２４】
（評価方法）
（１）水和熱：
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３に従って測定した。
（２）モルタルフロー：
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、セメント重量に対して０．８重量％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。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、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。
【００２５】
【表３】
0003559274.tif 000004
【００２６】
【表４】
0003559274.tif 000005
【００２７】
表４の結果より、ＯＰＣ２（Ｎｏ．２）は、ＯＰＣ１（Ｎｏ．１）と比べ、モルタル圧縮強さは大きいが、水和熱が大きく、モルタルフローも大幅に小さい。ＯＰＣ２は、原料として下水汚泥をかなり多く用いているため、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ量が多くなり、流動性が低下した。従って、原料として下水汚泥を比較的多量に用いて普通セメントクリンカーを製造するのは困難であり、下水汚泥を原料とする場合には、ＯＰＣ１のように珪石や鉄原料も必要になり、下水汚泥の使用量も制限される。これに対し、本発明の焼成物は、下水汚泥等の廃棄物を比較的多量に有効利用することができ、しかも廃棄物のみからも製造でき、さらにモルタルやコンクリート等の強度や流動性に悪影響を与えることなく、一般のセメントに混合して使用することができる。
【００２８】
ＯＰＣ１に対して、焼成物Ｎｏ．１を混合したセメントは、混合量の増加に伴い、水和熱が減少し、モルタルフローも増大する。ただし、混合量の増加に伴い、材齢初期の３日、７日強度が低下し、４２重量部まで添加した場合（Ｎｏ．５）には、普通セメントとしては圧縮強さが小さい。ＯＰＣ２に対して４２重量部添加した場合には、水和熱、モルタルフロー及び圧縮強さがＯＰＣ１と同等であった。
更に、ＯＰＣ１に対して、６６重量部、１００重量部添加した場合には、普通セメントとしては圧縮強さが小さいが、水和熱が大幅に低減され、中庸熱セメントや低熱セメントとしての規格を満たしている。
焼成物Ｎｏ．１よりＣ３Ａ含有量が多い焼成物Ｎｏ．２を用いた場合（Ｎｏ．９）、水和熱はＯＰＣ１より低減され、モルタルフローも大きくなったが、その効果は焼成物Ｎｏ．１よりも小さかった。ただし、強度低下も焼成物Ｎｏ．１よりも小さかった。
Ｃ２Ｓ１００重量部に対して、Ｃ３Ａ含有量が２０重量部を超える焼成物Ｎｏ．３を用いた場合（Ｎｏ．１０）、圧縮強さは低下しないが、水和熱がＯＰＣ１より増加し、モルタルフローも低下した。
焼成物Ｎｏ．４、Ｎｏ．５は、石灰石を用いず、生コンスラッジ（及び下水汚泥）のみを焼成して得た焼成物である。これをＯＰＣ１に対して２５重量部添加した場合も、石灰石を用いた焼成物と比べて遜色ない性能を示すことが確認された。
焼成物Ｎｏ．７、Ｎｏ．８をＯＰＣ１に２５重量部混合した場合には、水和熱は大幅に低減され、モルタルフローも大きくなるが、圧縮強さが大幅に低下し、材齢２８日になっても回復しなかった。
【００２９】
実施例３
（１）セメント混和材の製造：
実施例１で得られた焼成物Ｎｏ．１及びＮｏ．６と、排脱二水石膏（住友金属社製）とを、表５に示す割合で混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が３２５０±５０ｃｍ２／ｇとなるように粉砕して、混和材を得た。
（２）セメントの製造：
実施例２中、表４のＮｏ．１のセメントに、上記混和材を表５に示す割合で混合して、セメントを製造した。得られたセメントの水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを、実施例２と同様にして評価した。結果を表５に併せて示す。
【００３０】
【表５】
0003559274.tif 000006
【００３１】
試験例１
実施例２中、表４のＮｏ．１、Ｎｏ．４及びＮｏ．１３のセメントを使用し、コンクリートのスランプ、空気量及び圧縮強度を測定した。
コンクリートの配合は、表６に示すとおりである。
また、コンクリートのスランプは、ＪＩＳ  Ａ  １１０１に従い、空気量は、ＪＩＳ  Ａ  １１２８に従い、圧縮強度は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に従って測定した。なお、供試体の寸法は、φ１０×２０ｃｍとした。結果を表７に示す。
【００３２】
【表６】
0003559274.tif 000007
【００３３】
【表７】
0003559274.tif 000008
【００３４】
試験例２
実施例２中、表４のＮｏ．１のセメントに、実施例３で製造したセメント混和材を、表８に示す量添加して得られたセメントを使用し、試験例１と同様にして、コンクリートのスランプ、空気量及び圧縮強度を測定した。結果を表８に示す。
【００３５】
【表８】
0003559274.tif 000009
【００３６】
【発明の効果】
本発明の焼成物を粉砕したセメント混和材を用いれば、水和熱が低く、かつ流動性が良好なセメントを得ることができる。
また、本発明の焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物、建設発生土を原料とすることができ、しかも廃棄物のみから製造することもでき、多量の廃棄物の有効利用を図ることができる。さらに、廃棄物を低温で焼成して得られるので、燃料も節約される。