(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ2Ｏ3量が３０重量％以下で且つＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2モル比が０．７以下の廃棄物、副産物を原料の一部として製造され、
１０重量部以上３０重量部未満の３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4、３０重量部以上６０重量部以下の２ＣａＯ・ＳｉＯ2、４重量部以上１５重量部未満の４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3、０．２重量部以上２重量部未満の遊離ＣａＯを含み、且つ、式
０．４５×（３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4量）
＋１．１×（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量）
で計算される値以上の量のＣａＳＯ4を含むことを特徴とする、環境負荷低減型セメントクリンカー組成物。
【請求項２】
廃棄物、副産物に含まれる原料として、鉄鋼スラグ、石炭灰、製紙スラッジおよび上水ケーキから選ばれる１種または２種以上を使用して製造された、請求項１に記載の環境負荷低減型セメントクリンカー組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートあるいは固化材の製造に使用されるセメントの成分として、製造時の環境負荷の小さい高機能セメントクリンカー組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題の深刻化に伴い、地球温暖化物質の一つとされる炭酸ガスの抑制と共に、廃棄物、副産物の有効利用が大きな課題となってきている。セメントクリンカー製造に廃棄物、副産物を利用することは、これらの問題解決に効果的な方法であるが、無機廃棄物、副産物は、一般的に、ポルトランドセメントクリンカーに比してＡｌが多いため、廃棄物、副産物の使用量は限られたものとなる。また、大量に発生する廃棄物、副産物には、Ａｌ2Ｏ3含有量が３０重量部以下であり且つ、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2のモル比が０．７以下のものが多いが、この様な廃棄物、副産物はアルミネート量が十分でないため、高アルミネートセメントの製造には用いることが出来ない。これに対して、早強性あるいは膨張性を示し高機能セメントとして知られている、アウイン−ビーライト系セメントは、ポルトランドセメントクリンカーに比してＡｌの含有量が多いものの、高アルミネートセメントに比べてアルミネート量が少ないことから、Ａｌ2Ｏ3量が３０重量％以下で且つＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2のモル比が０．７以下の廃棄物、副産物を多量に使用することが出来る。更には、石こう系の廃棄物、副産物もポルトランドセメント製造に比較して多量に使用出来る。アウイン−ビーライト系セメントのこの様な可能性については既に、Ｍｅｔｈａによって報告されているものであるが、そこで提唱されているセメントは、強度発現性を高めるために４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量を多くしているが、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量が多くなると、膨張する問題が在る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、無機廃棄物、副産物を原料の一部に使用して製造されたにも関わらず、焼成特性が改善され、且つ、優れた強度発現性を示す環境負荷低減型の高機能セメントを与えるクリンカー組成物の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、クリンカー中に遊離石灰を少量残存させることにより焼成温度が低下すること、また、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量を調整すると共に石こうの添加量を適正化することにより、膨張が抑制され且つ優れた強度発現性を示す、前記課題の解決された環境負荷低減型高機能セメントが得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、Ａｌ2Ｏ3量が３０重量％以下で且つＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2モル比が０．７以下の廃棄物、副産物を原料の一部として製造され、
１０重量部以上３０重量部未満の３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4、３０重量部以上６０重量部以下の２ＣａＯ・ＳｉＯ2、４重量部以上１５重量部未満の４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3、０．２重量部以上２重量部未満の遊離ＣａＯを含み、且つ、式
０．４５×（３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4量）
＋１．１×（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量）
で計算される値以上の量のＣａＳＯ4を含むことを特徴とする、環境負荷低減型セメントクリンカー組成物に関する。
以下に、本発明を詳細に説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
セメントクリンカーの製造に当たり廃棄物、副産物を用いることにより、原料の一つである石灰石の使用量が減少し、石灰石の分解によって生じる炭酸ガスの量が減少する。また、石灰石の分解に要する熱量も減少するため、燃料の使用量も低減できる。更に、廃棄物、副産物は、石灰石や珪石等の天然鉱物より反応性が高いため、低い焼成温度で所定の生成物が得られ、この点からも、燃料消費量が低減される。燃料使用量の低減は、炭酸ガス発生量の低減に繋がるのである。
【０００６】
ビーライト−アウイン系セメントは、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4）、フェライト（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）、無水石こう（ＣａＳＯ4）、遊離石灰（ＣａＯ）から成る。廃棄物、副産物は一般にＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3を含有することから、ビーライト、アウインおよびフェライト量が多いセメント種程、その製造に当たってより多量の廃棄物、副産物の使用が可能であり、廃棄物、副産物の有効利用、ＣＯ2発生量的には好ましいが、一部成分については適量を超えると、硬化体において特性的に悪い影響が発現するようになることから、当該成分の含有量には制限が加わることに成る。
【０００７】
例えば、ビーライト量については、６０重量部を超えると、材齢２８日までの強度発現性が低下する。フェライトについては１５重量部以上になると、固化に際して過度の膨張が生じ、硬化体が崩壊する。また、遊離石灰については、０．２重量部以上の含有で、目的とするクリンカーを得るのに必要な焼成温度の低下を可能にするが、２重量部以上になると、長期強度の低下という好ましくない効果が発現することになる。
【０００８】
一方、アウインは、初期強度を向上させ、膨張性の付与に有効な成分であるが、その存在量を大とするためには、Ａｌ2Ｏ3量が大きい必要がある。大量に発生する廃棄物、副産物では、Ａｌ2Ｏ3量が３０重量％以下で且つＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2のモル比が０．７以下である、すなわちＡｌ2Ｏ3量が低いことが多いが、この場合にはアウインの生成量は限られることになる。
【０００９】
また、本発明者等は、石こう量は強度発現性に影響し、石こう量が式
０．４５×（３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4量）
＋１．１×（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3量）
から計算される量より多いと高強度を示すものが得られることも見出した。
【００１０】
本発明において、原料として使用可能な廃棄物、副産物としては、電気炉スラグ等の製鋼スラグ、微粉炭灰や流動床灰等の石炭灰、製紙スラッジ、上水ケーキ、ゴミ焼却灰、下水汚泥、コンクリート廃材等を挙げることが出来る。Ａｌ2Ｏ3量の多い廃アルミナも、勿論、使用することができる。
【００１１】
本発明のクリンカー組成物は、石こう及びその他必要成分を添加・混合した後、粉砕処理を加えてセメントとすることが出来る。
以下では、具体例を示し、本発明を更に詳しく説明する。
【００１２】
【実施例】
実施例１，２、比較例１〜４及び参考例１
表１に使用原料の化学組成を示す。鉄精鉱、高炉スラグ、石炭灰および石こうは、Ａｌ2Ｏ3量が３０重量部以下であり且つ、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2モル比が０．７以下であることが分かる。ここに示した原料を適宜配合した後焼成して、クリンカー組成物を調製する。
【００１３】
【表１】
0004408511.tif 000002
【００１４】
表２にクリンカー組成と、それを製造するための原料配合割合を示す。
クリンカーの製造に当たっては、ここに示された原料の所定量を振動ミルで粉砕後、造粒した。造粒物は１２５０℃で焼成した後、急冷してクリンカーとした。得られたクリンカーは、振動ミルでブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇに粉砕しセメントとした。
尚、表２において、普通クリンカーを使用したセメントを参考例１として示した。
【００１５】
【表２】
0004408511.tif 000003
【００１６】
得られたセメントに水を加えてペーストとし、１×１×６ｃｍの型枠に流し込み、１日湿空養生後、脱型して所定の材齢まで２０℃で水中養生し、養生後物について、万能試験機を用いて圧縮強度を測定した。
表３に、強度試験の結果を示す。
【００１７】
【表３】
0004408511.tif 000004
【００１８】
表２に示される様、ビーライト、アウイン、フェライト組成のクリンカーは、廃棄物、副産物の使用量が多く、石灰石の使用量が少ないため、石灰石起源の炭酸ガスの発生量に関する限り、実施例又は比較例を問わず、参考例として示した普通クリンカー製造の場合の５０％以下となる。
【００１９】
表３に示されるように、遊離石灰を含まない場合（比較例１）では、長期強度の高いセメントが得られていないが、これは採用した１２５０℃の温度が焼成には不十分であることが理由として考えられ、焼成温度降下によるＣＯ2発生量の低減には、遊離石灰の存在が必要なことを示すものである。
また、石こう量が、前記式で計算される目的とする値より少ない組成（比較例３）も、長期強度の低いセメントしか与えない。
更に、フェライト相量１５重量部（比較例２）および遊離石灰量７．１重量部（比較例４）においては膨張破壊が生じており、これらは何れも好ましい組成と言えるものではない。
それに対し、各成分が本発明の範囲に含まれる組成物（実施例１，２）は、製造時のＣＯ2発生量の低減が可能なのは勿論のこと、特性的にも優れたセメントを与えることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のセメントクリンカー組成物は、廃棄物、副産物を原料の一部として使用するにも拘わらず、特性的に優れたセメントの提供を可能にした。本発明のセメントクリンカー組成物は、廃棄物、副産物の再利用が可能になると共に、製造時におけるＣＯ2発生量が低減されることから、環境への負荷が低減されたものとなっている。