(57)【要約】【課題】  初期強度、特に脱型時強度の高いエコセメント組成物を提供する。【解決手段】  エコセメントと硫酸リチウムとを含むセメント組成物。エコセメントが、当該セメント１トンにつき都市ごみを焼却した際に発生する灰を乾燥ベースで５００ｋｇ以上使用してつくられたものであるセメント組成物。エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．１％以下となる普通エコセメントであるセメント組成物。エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．５〜１．５％となる速硬エコセメントであるセメント組成物。硫酸リチウムの含有量が、セメント重量に対して０．０１〜５重量％であるセメント組成物。減水剤をセメント重量に対して０．１〜５重量％の範囲で更に含むセメント組成物。セメント組成物を型枠に流し込み、５０〜９０℃の蒸気養生後に該セメント組成物からなる硬化体を型枠から取り出すセメント硬化体の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコセメントと硫酸リチウムとを含むセメント組成物。
【請求項２】
エコセメントが、当該セメント１トンにつき都市ごみを焼却した際に発生する灰を乾燥ベースで５００ｋｇ以上使用してつくられたセメントである請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
エコセメントが、当該セメント１トンにつき都市ごみを焼却した際に発生する灰を乾燥ベースで５００ｋｇ〜８００ｋｇ使用してつくられたセメントである請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項４】
エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．１重量％以下となる普通エコセメントである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．５〜１．５重量％となる速硬エコセメントである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項６】
硫酸リチウムの含有量が、エコセメント重量に対して０．０１〜５重量％である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項７】
減水剤をセメント重量に対して０．１〜５重量％の範囲で更に含む請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のセメント組成物を型枠に流し込み、５０〜９０℃の蒸気養生後に該セメント組成物からなる硬化体を型枠から取り出すセメント硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
都市部などで発生する廃棄物のうち主たる廃棄物である都市ごみを焼却した際に発生する灰を主とし、必要に応じて下水汚泥などの廃棄物を従としてエコセメントクリンカーの主原料に用いて製造される資源リサイクル型のセメントの一種であるエコセメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エコセメントは日本工業規格（ＪＩＳ  Ｒ５２１４）で定められている。
【０００３】
一方、硫酸リチウムを用いたセメント組成物については、セメントが１００重量部、細骨材が適量、粗骨材が適量、水が適量、混和剤が１〜２０重量部からなる水硬性セメント配合物において、混和剤が（ａ）リチウム、アルミニウム、ガリウム、タリウムの硫酸塩またはそれらの金属を含む硫酸複塩の１種または２種以上の硫酸塩１重量部、（ｂ）オキシカルボン酸またはその塩０．０１〜０．７重量部、（ｃ）アルカリ金属の炭酸塩０〜４重量部であり、該水硬性セメント配合物を型枠に打設し、これを４０〜１２０℃／時間の昇温速度により８０〜１１０℃の温度で急速高温養生するセメント組成物が開示されている。（特許文献１）
アルミナセメント、石膏、及び高炉スラグよりなる水硬性成分、硫酸アルミニウムおよびリチウム塩よりなる凝結調整剤、高分子エマルジョン、および減水剤よりなる自己流動性水硬性組成物が開示されている。これらリチウム塩は炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、酒石酸リチウム等が挙げられている。（特許文献２）
アルミナセメント、高炉スラグ、ポルトランドセメント、石膏および消石灰よりなる水硬性無機質結合剤と、硫酸アルミニウム類、リチウム塩および遅延剤よりなる凝結調整剤と、流動化剤、増粘剤、消泡剤、膨張剤および細骨材とよりなる超速硬性無収縮グラウト材が開示されている。リチウム塩としては炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、酒石酸リチウム等が挙げられている。（特許文献３）
セメントの水和を促進する混和剤として、硫酸リチウムをセメントに対して０．１〜１０重量％の範囲で添加するセメント材料の製造方法が開示されている。（特許文献４）
【特許文献１】特公平１−５５２１２号公報。
【特許文献２】特開平１０−２３１１６５号公報。
【特許文献３】特開平１１−２１１６０号公報。
【特許文献４】特開２００２−８７８６７公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エコセメントを水硬性材料として用いるセメント組成物は、普通ポルトランドセメントを水硬性材料として用いるセメント組成物に比べて、圧縮強度、特に初期強度が低く、型枠からの脱型が普通ポルトランドセメントを用いる組成より遅れる。そのため初期強度、特に脱型時強度の高いエコセメント組成物が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は第１観点として、エコセメントと硫酸リチウムとを含むセメント組成物、
第２観点として、エコセメントが、当該セメント１トンにつき都市ごみを焼却した際に発生する灰を乾燥ベースで５００ｋｇ以上使用してつくられたセメントである第１観点に記載のセメント組成物、
第３観点として、エコセメントが、当該セメント１トンにつき都市ごみを焼却した際に発生する灰を乾燥ベースで５００ｋｇ〜８００ｋｇ使用してつくられたセメントである第１観点に記載のセメント組成物、
第４観点として、エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．１重量％以下となる普通エコセメントである第１観点乃至第３観点のいずれか一つに記載のセメント組成物、
第５観点として、エコセメントが、塩化物イオンの含有量がセメント重量の０．５〜１．５重量％となる速硬エコセメントである第１観点乃至第３観点のいずれか一つに記載のセメント組成物、
第６観点として、硫酸リチウムの含有量が、エコセメント重量に対して０．０１〜５重量％である第１観点乃至第５観点のいずれか一つに記載のセメント組成物、
第７観点として、減水剤をセメント重量に対して０．１〜５重量％の範囲で更に含む第１観点乃至第６観点のいずれか一つに記載のセメント組成物、
第８観点として、第１観点乃至第７観点のいずれか一つに記載のセメント組成物を型枠に流し込み、５０〜９０℃の蒸気養生後に該セメント組成物からなる硬化体を型枠から取り出すセメント硬化体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
廃棄物である都市ごみは生活様式の変化、人口集中により、その発生量は年々増大している。都市ごみの増大に伴い、焼却灰も増大し、焼却場での減容化が進められているが、焼却場の能力不足、埋め立て場の不足、環境汚染の発生等の問題を抱えている。
【０００７】
エコセメントはごみを資源として有効利用する方法の一つであり、ごみ問題の解決として期待されている。
【０００８】
しかし、エコセメントを用いるセメント組成物の課題として、初期強度不足、特に脱型時強度が従来から用いられている普通ポルトランドセメント組成物に比べて低く、実用化の上で課題となっていた。
【０００９】
本願発明はエコセメントを水硬性材料として用い、その硬化促進剤として硫酸リチウムを配合したセメント組成物であって、常法により容易にエコセメント材料の初期強度を高めることができるので、短時間に型枠を除去でき、建設現場で打設、施工される場合には工期を短縮することができる。そして、その後の強度（例えば、２４時間後の強度）は通常ポルトランドセメントを用いた従来型セメント組成物となんら変わらない強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願発明では水硬性結合材としてエコセメントを用いるものである。
【００１１】
エコセメントは日本工業規格ＪＩＳ  Ｒ  ５２１４に規定されていて、本願発明に用いられるエコセメントは上記に定められた製品を好ましく用いることができる。
【００１２】
エコセメントは廃棄物を原料として利用するものであり、製品１トンにつき都市ごみ焼却灰を主とし、必要に応じて下水汚泥などの廃棄物を従としてセメントクリンカーの主原料に用い、これら焼却灰及び／又は廃棄物を乾燥ベースで５００ｋｇ以上、好ましくは５００ｋｇ〜８００ｋｇ使用して作られたセメントである。上記５００ｋｇ以上、好ましくは５００ｋｇ〜８００ｋｇとはＪＩＳ  Ａ  １２０３（土の含水比試験方法）に規定される乾燥ベースにおける乾燥重量を基準として得られる。
【００１３】
エコセメントは脱塩素技術によって塩化物イオンをセメント重量の０．１重量％以下に低減した普通エコセメントと、塩化物イオンをクリンカー鉱物に固定しセメント重量の０．５〜１．５重量％の範囲に含有する速硬エコセメントとに分類される。
【００１４】
本願発明は普通エコセメント、速硬エコセメントのいずれにも使用することが可能であるが、好ましくは普通エコセメントである。
【００１５】
エコセメントクリンカーの原料に用いられる都市ごみの焼却灰及び下水汚泥には、重金属類及び有機化合物であるダイオキシン類を含む事がある。原料から持ち込まれる重金属類の鉛、銅、カドニウム、水銀などの大部分は１３００℃以上の焼却過程で塩化物の形態でセメントクリンカーから分離、冷却されてアルカリ塩化物とともにダストとしてバグフィルターで回収される。ダイオキシン類などの有害な有機化合物は焼却過程において８００℃以上の高温によって分解され、排ガス、ダスト、及びセメントクリンカー中には残存しない。
【００１６】
硫酸リチウムの使用量は、エコセメントに対して固形分として０．０１〜５重量％、好ましくは、０．４０〜５重量％の範囲である。０．０１重量％より少ないと添加効果は充分ではなく、また、５重量％を超えての添加も可能であるが、添加量に応じた効果ではない。
【００１７】
本願発明で硬化促進剤として使用する硫酸リチウムは、無水塩あるいは一水塩結晶であり、粉末状態又は水溶液の形態で使用できる。
【００１８】
減水剤を併用するとより好適に高強度セメント組成物を製造することができる。減水剤の種類は、特に限定されないがメラミン系、ナフタレン系などの高性能減水剤、ポリカルボン酸系の高性能AE減水剤が好ましい。
【００１９】
メラミン系減水剤はメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩であり、ナフタレン系の減水剤はβ−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩である。
【００２０】
ポリカルボン酸系化合物は、末端にカルボキシル基を有するポリマー系セメントコンクリート用減水剤であって、ポリカルボン酸化合物、ポリカルボン酸エーテル、ポリカルボン酸エステル、カルボン酸エステル架橋ポリマー等が例示される。これらのポリカルボン酸としては、例えば不飽和二重結合を有するカルボン酸のラジカル共重合物、不飽和二重結合を有するカルボン酸とオレフィン又はメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート等の不飽和二重結合を有するカルボン酸のエステル化物のラジカル重合物、カルボキシル基含有重合体にアルキレンイミン及び／又はアルキレンオキサイドを付加したもの、オレフィンとエチレン性不飽和ジカルボン酸無水物を共重合したものの加水分解物、オレフィンと無水マレイン酸との共重合体やスチレン又はその他の共重合性モノマーと無水マレイン酸との共重合体などの加水分解物が挙げられる。
【００２１】
本願発明の減水剤の使用量は、水硬性結合材に対して固形分に換算して０．１〜５重量％、好ましくは０．１〜１重量％の範囲である。０．１重量％より少ないとセメントに対する分散作用が充分に表れず、減水効果や流動性向上の作用が得られない。また、５重量％を超えると材料分離の傾向にある。
【００２２】
本願発明では、水硬性材料としてエコセメントを単独で用いるものであるが、エコセメントに任意の割合で従来セメントを添加して用いることは可能である。
【００２３】
即ち、従来セメントとしては普通ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメントと高炉スラグ、普通ポルトランドセメントとシリカヒューム、又は普通ポルトランドセメントとフライアッシュを使用することができる。
【００２４】
本願発明のセメント硬化体は、上記セメント組成物を型枠に流し込み硬化体とする。通常は上記セメント組成物を型枠に流し込んだ後、室温で０〜２時間放置後、５０〜９０℃で３〜５時間の蒸気養生を行う。
【００２５】
そして、セメント硬化体の部材は３．５Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度、好ましくは５．０Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度に達した後、型枠から取り出すことが好ましい。３．５〜５．０Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度とはエコセメント硬化体を型枠から外すことが出来る程度の硬化体強度であり、それ以上の強度で有れば脱型可能である。本願発明においては上記セメント配合組成とすることで、脱型可能な３．５〜５．０Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度に短時間に到達することが可能となる。
【００２６】
脱型可能な３．５〜５．０Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度に達するまでの時間は、６５℃の蒸気養生では硫酸リチウムを添加しない組成物に対して本願発明の硫酸リチウムを添加した組成物は２／３の時間短縮が、また８０℃の蒸気養生では硫酸リチウムを添加しない組成物に対して本願発明の硫酸リチウムを添加した組成物は１／２の時間短縮が可能である。そして、最終硬化強度も従来のセメント硬化体と同様の圧縮強度が得られる。この様に短時間に脱型に必要な初期強度を得ることができるので、コンクリート二次製品工場では型枠の回転率が上がり、また現場打ちコンクリートでは工期の短縮を図ることができる。
【実施例】
【００２７】
実施例１
水硬性結合材としてエコセメント（普通エコセメント、市原エコセメント（株）製）を４００重量部、水を１８５重量部、粗骨材は砕石２００５（東京都八王子産）を９７５重量部、細骨材は川砂（富山県神通川産）を８１８重量部、減水剤（メラミン系減水剤、濃度４０重量％、商品名：アクセリート１００、日産化学工業（株）製）をエコセメントに対して１．２０重量％の割合で混合した。細骨材率は４６．０％、水／セメント比は４６．３％であった。
【００２８】
その際、２０重量％の硫酸リチウム水溶液を作成し、硫酸リチウムを硬化促進剤として第1表に示す割合で添加した。硫酸リチウムの添加量はエコセメントに対する固形分（重量％）で示した。コンクリートは２０℃の試験室内で作成し、スランプ（ｃｍ）を測定した後、１０φ×２０ｃｍ円柱試験体を作成した。試験体は２０℃で１．５時間の前養生を行った後、蒸気養生を行った。２０℃／時間の昇温速度で７０℃とし、７０℃に３．５時間保持した後、放冷し、脱型時の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を測定した。その後２４時間後の圧縮強度、さらにそれらを水中に１４日間放置後の圧縮強度を測定した。
【００２９】
実施例２〜３
硫酸リチウムの添加割合を表１に示すように変化させたこと以外は実施例１と同様に試験を行った。
【００３０】
比較例１
硫酸リチウムを添加しなかったこと以外は実施例１と同様に試験を行った。
【００３１】
比較例２
硫酸リチウムの代わりに亜硝酸カルシウム水溶液（濃度３０重量％）を添加したこと以外は実施例１と同様に試験を行った。亜硝酸カルシウムの添加量はエコセメントに対する固形分（重量％）で示した。
【００３２】
比較例３
エコセメントの代わりに普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）を用いたこと以外は実施例１と同様に試験を行った。
【００３３】
なお、表１中でＥＣＯは普通エコセメントを示し、ＮＰＣは普通ポルトランドセメントを示す。
〔表１〕
表１
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
セメント種    混和剤         混和剤の添加量    スランプ値    
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例１    ECO      硫酸リチウム      ０．２０％        １０．８
実施例２    ECO      硫酸リチウム      ０．４０％        １４．３
実施例３    ECO      硫酸リチウム      ０．６０％        １４．２
比較例１    ECO      添加なし            ―――            ９．９
比較例２    ECO      亜硝酸カルシウム  ０．４０％          ８．０
比較例３    NPC      添加なし            ―――          １５．５    
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記実施例１〜比較例３の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）の測定値を表２に示す。
〔表２〕
表２
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
脱型時強度  →  ２４時間後強度  →  水中１４日放置後強度
（Ｎ／ｍｍ２）    （Ｎ／ｍｍ２）        （Ｎ／ｍｍ２）
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例１      ３．７９        １２．６            ２４．０
実施例２      ６．３６        １３．９            ２４．８
実施例３      ８．１０        １４．０            ２４．０
比較例１      ３．１２        １２．２            ２４．６
比較例２      ３．６４        １７．５            ―――
比較例３    １１．２０        ２０．３            ―――
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記表２中で横線は未測定であることを示す。
表１及び表２からエコセメントに硫酸リチウムを添加したセメント組成物は、前養生と蒸気養生を組み合わせることで脱型時に脱型に必要な初期強度を発生し、従来のエコセメント組成物で問題となっている初期強度不足を克服することができた。
【００３４】
本願発明のエコセメントに硫酸リチウムを添加したセメント組成物は、従来の硫酸リチウムを含有しないエコセメントの組成物に比べ、高い初期強度（脱型時強度）を発生し、その後の２４時間後強度や水中１４日放置後強度はなんら変化がないものである。従って、型枠から短時間で脱型でき建設現場で打設、施工される場合には工期を短縮することができる。本願発明は建設現場で打設される生コンだけでなく、向上で打設成型されるコンクリート二次製品、左官材料、床材として使われるモルタル、注入充填されるグラウト材、さらには吹きつけコンクリートなどエコセメント材料の硬化を促進する製造方法に利用することができる。
【００３５】
また、脱型後の強度に変わりはないので従来のエコセメント組成物や普通ポルトランドセメント組成物と同様に使用することができる。
【００３６】
また、エコセメントに添加する混和剤は硫酸リチウム以外の混和剤、例えば亜硝酸カルシウムでは初期強度の向上に大きな貢献はないものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
都市部などで発生する廃棄物のうち主たる廃棄物である都市ごみを焼却した際に発生する灰を主とし、必要に応じて下水汚泥などの廃棄物を従としてエコセメントクリンカーの主原料に用いて製造される資源リサイクル型のセメントの一種であるエコセメントを用い、そのエコセメントの初期強度（脱型時強度）を向上させる混和剤として硫酸リチウムを含有するものである。
【００３８】
これら普通エコセメントを用いたセメント組成物は無筋コンクリート及び鉄筋コンクリートに用いる事ができる。