(57)【要約】 【課題】水和熱を小さくすることができ、かつ流動性に優れるモルタルやコンクリートを製造することができる水硬性組成物を提供する。【解決手段】水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と、石膏を含む水硬性組成物であって、水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が40質量％以上であり、かつ、２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合がSO3換算で30質量％以上である水硬性組成物。  上記焼成物は1.0質量％以下のフッ素を含有することが好ましい。  また、上記焼成物は、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製造することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と、石膏を含む水硬性組成物であって、
水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が40質量％以上であり、かつ、２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合がSO3換算で30質量％以上であることを特徴とする水硬性組成物。
【請求項２】
焼成物が、1.0質量％以下のフッ素を含有する請求項１記載の水硬性組成物。
【請求項３】
焼成物が、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製造した焼成物である請求項１又は２に記載の水硬性組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和熱を小さくすることができ、かつ流動性に優れるモルタルやコンクリートを製造することができる水硬性組成物に関するものである。
【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率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、一般廃棄物等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）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１２０５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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3CaO・Al2O3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も大きくなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点、知見に鑑みなされたものであって、その目的は、水和熱を小さくすることができ、かつ流動性に優れるモルタルやコンクリートを製造することができる水硬性組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる実情において、本発明者らは、鋭意研究した結果、特定の水硬率、ケイ酸率および鉄率を有する焼成物の粉砕物と、石膏とを組み合わせることにより、水硬性組成物の水和熱を小さくすることができ、かつ流動性も優れることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００７】
即ち、本発明は、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と、石膏を含む水硬性組成物であって、
水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が40質量％以上であり、かつ、２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合がSO3換算で30質量％以上であることを特徴とする水硬性組成物である（請求項１）。このような構成の水硬性組成物であれば、水和熱を小さくすることができるうえ、流動性が良好なモルタルやコンクリートを製造することができる。
上記焼成物は、1.0質量％以下のフッ素を含有することが好ましい（請求項２）。焼成物がフッ素を含有することにより、水硬性組成物の水和熱をより小さくすることができるとともに、流動性の向上を図ることができる。
また、上記焼成物は、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製造した焼成物とすることができる（請求項３）。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により、廃棄物の有効利用を促進させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水硬性組成物は、水和熱を小さくすることができ、かつ流動性に優れるモルタルやコンクリートを製造することができる。
また、本発明の水硬性組成物では、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最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で使用する焼成物は、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8のものである。
焼成物の水硬率（H.M.）が小さくなると、該焼成物中の3CaO・Al2O3(以降、C3Aと略す)と4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと略す)の含有量が多くなり、モルタルやコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物の焼成も困難となる。一方、水硬率（H.M.）が大きくなると、モルタルやコンクリートの初期強度は向上するが、長期強度の伸びが鈍くなる傾向にある。そのため、水硬率（H.M.）は1.8〜2.3が好ましく、より好ましくは2.0〜2.2である。
焼成物のケイ酸率（S.M.）が小さくなると、該焼成物中のC3AとC4AFの含有量が多くなり、モルタルやコンクリートの流動性が低下する傾向にある。また、焼成物の焼成も困難となる。一方、ケイ酸率（S.M.）が大きくなると、モルタルやコンクリートの流動性面では好ましいが、C3AとC4AFの含有量が少なくなり、焼成物の焼成が困難になる。そのため、ケイ酸率（S.M.）は1.3〜2.3が好ましい。
焼成物の鉄率（I.M.）が小さくなると、モルタルやコンクリートの流動性面では好ましいが、焼成物の粉砕性が低下する。一方、鉄率（I.M.）が大きくなると、焼成物中のC3Aの含有量が多くなり、モルタルやコンクリートの流動性が低下する傾向にある。そのため、鉄率（I.M.）は1.3〜2.8が好ましい。
【００１０】
本発明においては、上記焼成物は1.0質量％以下のフッ素を含有することが好ましい。フッ素を1.0質量％以下含有することにより、水硬性組成物の水和熱をより小さくすることができるとともに、モルタルやコンクリートの流動性の向上を図ることができる。焼成物中のフッ素含有量が1.0質量％を越えると、大幅に凝結が遅延するので好ましくない。焼成物中のより好ましいフッ素含有量は、凝結時間の観点から、0.5質量％以下であり、特に好ましくは0.05〜0.4質量％である。
【００１１】
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。
なお、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。
また、フッ素原料としては、蛍石(CaF2)の他、リン酸工業炉やリン酸肥料製造炉から製造される珪フッ化ソーダやその煤煙、半導体や電気電子機器工業で使用されたフッ素系洗浄剤を含む排水を処理した残渣等のフッ素含有廃棄物を使用することができる。
【００１２】
上記各原料を所定のH.M.、S.M.、I.M.となるように混合し、好ましくは1200〜1550℃で焼成することにより、焼成物が製造される。より好ましい焼成温度は1350〜1450℃である。
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。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン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。
なお、本発明で使用する焼成物においては、モルタルやコンクリートの強度発現性、特に初期強度発現性を向上させる観点から、フリーライム量が0.5〜1.0質量％であることが好ましい。
【００１３】
本発明の水硬性組成物は上記焼成物の粉砕物と、石膏を含むものである。石膏としては、２水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等を単独又は２種以上組み合わせてを使用することができる。
本発明においては、水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合は40質量％以上である。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合が40質量％未満では、水硬性組成物の水和熱が大きくなり、またモルタルやコンクリートの流動性が低下するので好ましくない。水硬性組成物中の全SO3に対する２水石膏及び半水石膏中のSO3の割合は、モルタルやコンクリートの流動性向上の観点や減水剤との相性等から、50〜95質量％が好ましく、60〜90質量％がより好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、水硬性組成物中の２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合はSO3換算で30質量％以上である。２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合がSO3換算で30質量％未満では、水硬性組成物の水和熱が大きくなり、またモルタルやコンクリートの凝結時間が極端に短くなる、流動性が低下する、硬化体の寸法安定性が低下する等の理由から好ましくない。２水石膏及び半水石膏の合量に対する半水石膏の割合は、モルタルやコンクリートの水和熱低減や流動性向上の観点から、50質量％以上が好ましく、60質量％以上がより好ましく、70質量％以上が特に好ましい。
なお、２水石膏・半水石膏の定量は、特開平6-242035号公報に記載される試料容器を使用した熱分析（熱重量測定等）により行うことができる。また、水硬性組成物中の全SO3の定量は、化学分析により行うことができる。
【００１５】
水硬性組成物中の石膏量は、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性等から、焼成物の粉砕物100質量部に対して、SO3換算で1〜5質量部であることが好ましく、2〜3.5質量部であることがより好ましい。
【００１６】
本発明の水硬性組成物の製造方法について説明する。
水硬性組成物の製造方法としては、例えば、
1)焼成物と石膏を同時に粉砕する方法、
2)焼成物を粉砕し、該粉砕物に、石膏を混合する方法、
等が挙げられる。
上記1)の場合は、焼成物と石膏はブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。
上記2)の場合は、焼成物はブレーン比表面積2500〜4500cm2/gに粉砕することが好ましく、3000〜4500cm2/gに粉砕することがより好ましい。また、石膏としてはブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのものを使用するのが好ましく、3000〜4500cm2/gのものを使用するのがより好ましい。
なお、本発明において、水硬性組成物のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4500cm2/gであることがより好ましい。
【００１７】
本発明の水硬性組成物は、ペースト、モルタル又はコンクリートの状態で使用される。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤も含む）が使用できる。
モルタル又はコンクリートの状態で使用する場合は、通常モルタル、コンクリートの製造に使用されている細骨材・粗骨材、すなわち、川砂、陸砂、砕砂等や、川砂利、山砂利、砕石等を使用することができる。また、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を溶融して製造した溶融スラグ、あるいは高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、コンクリート廃材等の廃棄物を細骨材・粗骨材の一部または全部に使用することができる。
なお、必要に応じて、支障のない範囲内で、空気連行剤、消泡剤等の混和剤を使用することは差し支えない。
【００１８】
ペースト、モルタル又はコンクリートの混練方法は、特に限定するものではなく、例えば、1)各材料を一括してミキサに投入して１分以上混練する方法、2)水以外の材料をミキサに投入して空練りした後に、水を投入して１分以上混練する方法等で行うことができる。混練に用いるミキサは、特に限定するものではなく、ホバートミキサ、パンタイプミキサ、二軸ミキサ等の慣用のミキサで混練すれば良い。
ペースト、モルタル又はコンクリートの成形方法は、特に限定するものではなく、例えば、振動成形等を行えば良い。
また、養生条件も、特に限定するものではなく、例えば、気中養生、蒸気養生等を行えば良い。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例により本発明を説明する。
１．焼成物の製造
原料として、下水汚泥、建設発生土、蛍石と、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に示す水硬率（H.M.）、ケイ酸率（S.M.）および鉄率（I.M.）となるように原料を調合した。調合原料を小型ロータリーキルンで1400〜1450℃で焼成して、焼成物を製造した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。使用した下水汚泥、建設発生土の化学組成（質量％）は、表２に示すとおりである。
なお、各焼成物中のフリーライム量は0.6〜1.0質量％であった。
【００２０】
【表１】
2005255456.tif 000002
【００２１】
【表２】
2005255456.tif 000003
【００２２】
２．水硬性組成物の調製
表１の各焼成物100質量部に対して、排脱ニ水石膏（住友金属社製）及び前記排脱ニ水石膏を140℃で加熱して得た半水石膏を表３に示す量添加し、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、水硬性組成物を調製した。
【００２３】
【表３】
2005255456.tif 000004
【００２４】
３．モルタル用材料
上記水硬性組成物以外の材料を以下に示す。
1)細骨材；「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に定める標準砂
2)減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤(エヌエムビー社製「レオビルドSP8N」)
3)水；水道水
【００２５】
４．モルタルの製造および評価
上記水硬性組成物、細骨材、水および減水剤を使用して、モルタルを調製し、以下の測定を行った。
1)水和熱
「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて測定した。
2)凝結
「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて測定した。
3)フロー値
混練直後のモルタルをフローコーン（上面直径5cm、下面直径10cm、高さ15cm）に投入し、フローコーンを上方へ取り去った際のモルタルの広がりを測定し、フロー値を求めた。なお、モルタルの配合は、水／水硬性組成物(質量)比＝0.35、細骨材／水硬性組成物(質量)比＝2.0、減水剤／水硬性組成物(質量)比＝0.0065とした。
４)圧縮強度
モルタルの圧縮強度（３日、７日および28日）を「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて測定した。なお、モルタルの配合は、水／水硬性組成物(質量)比＝0.5、細骨材／水硬性組成物(質量)比＝3.0とした。
その結果を表４に示す。
【００２６】
【表４】
2005255456.tif 000005
【００２７】
表４より、本発明の水硬性組成物（実施例１〜６）を使用したモルタルでは、水和熱は小さく、流動性は良好であることが分かる。また、本発明の水硬性組成物を使用したモルタルでは、強度発現性も良好であることが分かる。
一方、本発明で規定する以外の水硬性組成物（比較例１〜２）を使用したモルタルでは、水和熱は大きく、流動性も悪かった。なお、比較例２では、急速に凝固したため水和熱、凝結始発、圧縮強度は測定できなかった。