(57)【要約】【課題】本発明の目的は、セメント、建材、固化材等の製造に好適に使用できる様に湿潤二水せっこうを改質することにある。具体的には、湿潤二水せっこうから製造され、せっこう結晶の凝集粒子が少なくそれ自身の粉体流動性に優れていることは勿論、構成一成分として、粉体流動性、硬化・固化性能に優れる建材粉体製品を与える改質二水せっこうを提供することにある。【解決手段】本発明は、湿潤排脱二水せっこうに生石灰系処理剤を加えて攪拌・混合して製造された、水酸化カルシウム量が３〜２０質量％、付着水分量が１．５質量％以下であり、残部が、原料に由来する不可避成分を含む二水せっこうである改質二水せっこうに関する。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤排脱二水せっこうに生石灰系処理剤を加えて攪拌・混合して製造された、水酸化カルシウム量が３〜２０質量％、付着水分量が１．５質量％以下であり、残部が、原料に由来する不可避成分を含む二水せっこうである改質二水せっこう。
【請求項２】
二水せっこう量が６５質量％以上、水酸化カルシウム量が３〜２０質量％、付着水分量が１．５質量％以下であり、残部が原料に由来する不可避成分である、請求項１記載の改質二水せっこう。
【請求項３】
生石灰系処理剤として生石灰およびセメント仮焼原料の１種または２種を用いて製造された、請求項１または２に記載の改質二水せっこう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種のセメント、建材（ＳＬ材、壁材、ボード、コンクリート二次製品等）、セメント系固化材等の建材粉体製品の構成成分として使用される改質二水せっこうに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
せっこうは、各種の建材や固化材等の製造に使用される重要な原材料の１つである。すなわち、せっこうは、ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉スラグ等の水和反応に大きく関与し、スラリー、モルタル、コンクリートの流動性、凝結、強度、水和膨張あるいは高含水軟弱土、高有機質土、火山灰質粘性土等の固化・安定処理の発現を決定付ける。この場合、使用されるせっこうは目的とする建材粉体製品の機能や製造方式によって異なる。例えば、各種原材料粉体とともに乾式混合する場合には、粉体形状のせっこうである必要がある。
【０００３】
せっこう中に存在する付着水分が多いと、せっこう自体およびせっこう含有粉体製品の粉体流動性が低下し、輸送・貯蔵・計量工程が円滑に行われないことに加えて、共存するセメント等の水硬性原材料との部分的な水和反応が進行し、セメントの水和活性が大きく損なわれたり、せっこうの凝集物の形成に起因する粉体製品中の不均質さに伴う種々の問題が起こる。すなわち、施工時の小口径管、ノズル、スクリーンの閉塞や、せっこう成分の偏在に伴う硬化や固化後の異常膨張が起こるのである。
【０００４】
湿潤せっこうとセメント等を強制的に混合・攪拌する方法（特開平８−１２３８６号公報）もあるが、セメントの部分的水和や、せっこう粒子の凝集が避けられない。
また、湿潤二水せっこう中の過剰な付着水分をドライヤー等で加熱乾燥する手段もあるが、せっこう結晶の凝集物の解膠が不十分となり、また過熱により二水せっこうの一部が半水または可溶性無水せっこうに変化するためせっこう自体の物性が大きく変化する。
【０００５】
一方、セメント、建材、固化材の製造において、これ等の原材料をボールミルや竪型ローラミル等により混合粉砕する過程でせっこうを添加する場合、湿潤二水せっこうが使用される。この方法では、粉砕工程で原材料の顕熱、摩擦熱あるいは意図的な高温燃焼ガスの導入によって温度が上昇し、せっこう中の付着水分が蒸発する。しかしながら、この混合粉砕方式においても、使用するせっこう中の水分が多いと受入、貯蔵、ミルへの移送工程で閉塞、棚落ち、断続的移送等が起こりやすくなるため、付着水分量等については厳密な受入れ管理が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、セメント、建材、固化材等の製造に好適に使用できる様に湿潤二水せっこうを改質することにある。具体的には、湿潤二水せっこうから製造され、せっこう結晶の凝集粒子が少なくそれ自身の粉体流動性に優れていることは勿論、構成一成分として、粉体流動性、硬化・固化性能に優れる建材粉体製品を与える改質二水せっこうを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、排煙脱硫工程より副生する湿潤排脱二水せっこうを生石灰もしくはセメント仮焼原料で乾粉化し、且つ、二水せっこう、消石灰および付着水分の各量を適正化した改質二水せっこうが自身の粉体流動性に優れ、且つ、構成原料の一つとして粉体流動性、硬化・固化性能に優れる建材粉体製品を与えることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、湿潤排脱二水せっこうに生石灰系処理剤を加えて攪拌・混合して製造された、水酸化カルシウム量が３〜２０質量％、付着水分量が１．５質量％以下であり、残部が、原料に由来する不可避成分を含む二水せっこうである改質二水せっこうに関する。
また、本発明は、二水せっこう量が６５質量％以上、水酸化カルシウム量が３〜２０質量％、付着水分量が１．５質量％以下であり、残部が原料に由来する不可避成分である、上記改質二水せっこうに関する。
更に本発明は、上記において生石灰系処理剤として生石灰およびセメント仮焼原料の１種または２種を用いて製造された改質二水せっこうに関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において改質の対象として使用される湿潤排脱二水せっこうとしては、各種排煙脱硫工程からの副生品、代表例としては、消石灰もしくは炭酸カルシウムを吸収剤とする火力発電所等の排ガス処理工程で副生するものを挙げることができる。通常、これ等の排脱せっこうは、脱水処理されて約３から１５質量％程度の付着水分を含有する湿潤状態で排出される。本発明においては、改質を受ける湿潤排脱せっこう中の水分は特に限定されないが、得られる改質二水せっこうの品質や経済性の観点からは１０質量％以下であるのが望ましい。付着水分が１０質量％を超えると、乾粉化工程における生石灰系処理剤の所要量が多くなり、改質二水せっこう中の有効成分である二水せっこう含有量の減少、改質二水せっこうの粉体流動性の低下、硬化・固化強度の低下等好ましくない現象の発現に繋がり、更にはトータルコストの増加に繋がる。
【０００９】
乾粉化工程で添加される生石灰系処理剤としては、生石灰およびセメント製造工程のサスペンションプレヒーター部分からキルン窯尻投入部までの工程から抜出したセメント仮焼原料の１種または２種が使用できる。
生石灰は通常の工業製品が使用できるが、その粒度は５ｍｍ以下のものが好ましく、１ｍｍ以下であるものは更に好ましい。
一方、セメント仮焼原料は、遊離酸化カルシウムを３０質量％以上含有するものが好ましい。尚、生石灰系処理剤としてのセメント仮焼原料の使用した場合には、仮焼粘土鉱物の共存により、せっこう付着水分の単位酸化カルシウム当たりの脱水化率が生石灰を使用した場合よりも高くなる特徴がある。
【００１０】
本発明の改質二水せっこうでは、生石灰系処理剤を、遊離酸化カルシウム質量基準で、湿潤排脱二水せっこう中の付着水分１モルに当り０．２５〜１モル添加することによって、改質二水せっこう中の付着水分が１．５質量％以下に低減されている。付着水分量が０．０５〜１．０質量％まで低減された改質二水せっこうは、より好ましい。その結果、見掛け比重、安息角、スパチュラ角等を指数化して得られる粉体流動性指数が２０以上である改質二水せっこうも存在する。
１．５質量％より多い付着水分が残存した改質二水せっこうでは、改質二水せっこうの凝集粒子量の増加、粉体流動性指数の増加不足や、セメントと混合した場合、付着水分によるセメント成分の活性低下が大きくなる好ましくない影響が現れる。因みに、粉体流動性指数が２０以上である改質二水せっこうでは、スムースな輸送、貯蔵、計量が可能である。
【００１１】
改質二水せっこう中の二水せっこう量は、湿潤二水せっこう中の付着水分、生石灰系処理剤の種類及び添加量によって変化するが、せっこう本来の機能を発現させるためには、６５質量％以上の存在量を確保することが望ましく、８０質量％以上の存在量の確保は更に望ましい。
【００１２】
また、改質二水せっこう中の水酸化カルシウムは、せっこうの機能発現に重要な役割を担うものであることから、湿潤せっこう中の付着水分量、生石灰系処理剤の種類、添加量を調整して、その含有量が３〜２０質量％になるようにする。水酸化カルシウム量が少なすぎると、湿潤二水せっこうと酸化カルシウムとの水和反応および攪拌混合との相乗効果によって齎される、二水せっこう粉体の流動性向上効果が小さく、一方、水酸化カルシウム量が多すぎると、相対的に二水せっこう量が少なくなり、せっこうに起因する本来の機能が損なわれることになる。
尚、改質二水せっこうには、原材料である湿潤排脱二水せっこう及び生石灰系処理剤に含まれるシリカ、アルミナ、アルカリ等、あるいは、これらの化合物が、せっこう及び石灰成分と共に不可避成分として導入される。
【００１３】
湿潤排脱二水せっこうと生石灰系処理剤との攪拌・混合には、通常のパドル、リボン、パン、ナウタ、傾胴型等の各種ミキサーが使用できる。この攪拌・混合時には、湿潤排脱二水せっこう中の付着水分と生石灰系処理剤との水和反応の発熱により、二水せっこう中の結晶水の脱水による半水せっこうあるいは無水せっこう化を起す場合がある。この結晶水の脱水が過度に起こると、スラリー、モルタルあるいはコンクリートにおいて、化学混和剤（減水剤等）との相互作用も含めて流動性（スランプ・フロー、フローロス等）が大きく変化するため、改質二水せっこうに含まれる半水せっこうの含有量は、３質量％以下に抑制するのが好ましい。
【００１４】
半水せっこう量の増加は、特に化学混和剤を添加しないでスラリー状態で施工する深層改良工法による地盤改良等において粒子の物理・化学的凝集物（通称、ダマ）の形成し易さに繋がり、管内、ノズル、スクリーンが閉塞するトラブルを起こす要因となる。また、安定処理された改良柱体の中長期強度が低下するため好ましくない。
【００１５】
せっこうの半水化の抑制は、付着水分量が１０質量％以下の湿潤排脱二水せっこうを使用し、ミキサーへの湿潤排脱二水せっこうあるいは生石灰系処理剤の投入順序、添加速度、混合時間等を調整するか、必要に応じて冷却機能（ジャケット等）を付与することによって、改質過程のせっこう温度を６０℃以下、好ましくは５０℃以下にすることで可能である。また、得られる改質二水せっこう中の付着水分量を０．０５〜１．５質量％に留めるのがより好ましい。
なお、本発明の改質二水せっこうは、使用目的によっては、更に粉砕して使用することもできる。
【００１６】
本発明の改質二水せっこうは、各種ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナセメント、カルシウムサルフォアルミネート等の原材料１種または２種以上との混合によって機能性各種セメント、建材、固化材等の粉体製品の製造に使用される。
【００１７】
湿潤排脱二水せっこうに含まれる付着水分は、乾粉化工程で生石灰系処理剤中の活性の高い遊離酸化カルシウムと水和反応を起こし、微細で結晶性の高い水酸化カルシウムを生成する。また、付着水量も減少する。乾粉化工程での二水せっこう付着水分の脱水および適正量の水酸化カルシウムの生成・共存は、改質二水せっこうの粉体流動性、スラリー、モルタル、コンクリート中におけるせっこう成分の分散性、セメント等との均一な反応性の維持をより確かなものとする。これらの効果によって、本発明の改質二水せっこうを構成成分とする各種粉体製品の使用場面において、せっこう本来の役割・機能の充分な発現が可能になるものと考えられる。
【００１８】
【実施例】
以下では、具体例を示して、本発明を更に詳しく説明する。
例１（Ｎｏ．１〜６）
火力発電所の排煙脱硫工程から発生した湿潤排脱二水せっこう（付着水分７．８質量％）１．０ｋｇに対し、生石灰を添加し、ホバートミキサー（容量：５Ｌ）を用い２０分間攪拌・混合し、改質二水せっこうを調製し、その粉体流動性を測定した。粉体流動性はホソカワミクロン（株）社製パウダーテスターにより測定した。尚、比較として、未処理の排脱せっこうおよび参考としてＩＩ型無水せっこうのデータを併記した。
結果を表１に示す。湿潤排脱二水せっこうに生石灰を添加、攪拌・混合することでせっこうの粉体流動性が大幅に改善される。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
例２（Ｎｏ．７〜１１）
例１で得られた改質二水せっこうの内、生石灰／水　モル比０．４で乾粉化した改質二水せっこうを、普通セメントに８〜１２質量％添加、混合して固化材を調製した。この固化材を関東ローム（埼玉県上福岡産、含水比１０８．６質量％、細粒分８８．９質量％）に２００ｋｇ／ｍ３添加し、ホバートミキサー（容量５Ｌ）で３分間練混して固化処理を行なった。なお、固化材は粉体で添加した。
この固化処理土を直径５×高さ１０ｃｍの円筒形型枠に充填してタッピング成形し、２０℃、湿度６０質量％の恒温室で密封養生した。材齢７日経過後、脱型し、ＪＩＳ　Ａ　１２１６に準拠して一軸圧縮試験を行った。なお、比較として、二水せっこう粉末、ＩＩ型無水せっこう粉末を普通セメントに添加した場合についても同じ試験を行った。
結果を表２に示す。生石灰で乾粉化した改質二水せっこうを添加した固化材は、二水、ＩＩ型無水せっこうを添加した場合と同等以上の固化強度を持つ固化処理土を与え、また二水せっこうと比較した強度の差は大きく、消石灰との相乗効果が認められる。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
例３（Ｎｏ．１２〜１５）
例２で用いた改質二水せっこうを普通セメントに８質量％添加、混合して固化材を調製した。この固化材を水／セメント比０．８でスラリー化し、３０分放置後のＰロート流下時間を測定した。比較として、付着水分１６．２質量％の湿潤排脱二水せっこうに生石灰を生石灰／水モル比が１．０となるように添加混合して調製した改質二水せっこう（この場合、改質時の粉体温度が１００℃を超えたが冷却操作は行わなかった）、　二水せっこう粉末、およびＩＩ型無水せっこう粉末を普通セメントに１２および８質量％添加した場合についても同じ試験を行った。
結果を表３に示す。改質二水せっこう中の半水せっこう量が多い場合、固化材スラリーの流動性が大幅に低下する。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
例４（Ｎｏ．１６〜１８）
生石灰／水モル比が０．４となるようにセメント仮焼原料（遊離酸化カルシウム含有量３８質量％）で乾粉化した改質二水せっこう（粉体流動性指数４１）を用いたほかは例２と同様の試験を行った。
結果を表４に示す。セメント仮焼原料で乾粉化した改質二水せっこうは、生石灰で乾粉化した場合に比較してやや劣るものの、表２に示した二水せっこうやＩＩ型無水せっこうを添加した固化材に比べて大きな固化強度の固化処理土を与える。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
【発明の効果】
本発明の改質二水せっこうでは、湿潤排脱二水せっこうの粉体流動性が実用性の高いレベルまで大幅に改善されている。従って、該改質二水せっこうを用いて調製された各種建材粉体製品では、スラリー、モルタル、コンクリートの各流動性、凝結・硬化特性、収縮低減性状、安定処理土の固化特性等の材料が本来保有すべき優れた特性が効果的に発現する。また、セメント製造に代表されるせっこうを添加して混合粉砕する場合においても、本発明の改質二水せっこうは効果的に使用できる。