(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属の塩を含むセメント組成物用膨張防止剤、及びアルミニウム含有スラグを含み、前記アルカリ金属がリチウム、ナトリウム、カリウム及びこれらの混合物からなる群より選択され、前記塩が硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択されるセメント組成物。
【請求項２】
前記アルミニウム含有スラグが、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ及びこれらの混合物からなる群より選択されるスラグである請求項１記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膨張が防止されたセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のスラグを廃棄せず再利用する方法として、これらをコンクリート、モルタル等のセメントを含んだ硬化用組成物（以下「セメント組成物」という。）の骨材、混和材等として用いることが従来より行われている。特に、社会生活に伴い多量に廃棄されるゴミ焼却灰を処理して得られるスラグを、砂の代替材料としてセメント組成物の骨材として利用することは、良質な骨材の枯渇に悩む建設業界にとって極めて有益である。
【０００３】
これらのスラグには、通常、酸化物又は金属アルミニウムとして、アルミニウムが含まれている。これらのスラグ中にアルミニウム、特に金属アルミニウムが存在する場合、それに起因して、これらを配合したセメント組成物は、硬化の過程で膨張しやすくなり、硬化したセメント組成物の亀裂、強度低下等をもたらすという問題点がある。
【０００４】
スラグからアルミニウムを除去することは技術的にもコスト的にも非常に困難であるので、かかる膨張を抑制するために、通常これらのスラグは、配合比率を一定以下とするべく、天然骨材と共にセメント組成物に配合される。具体的には、セメント組成物においてアルミニウムを含有したスラグの骨材を配合する場合、骨材全体に対するアルミニウム含有スラグ骨材の割合は膨張を十分に抑制するため通常50重量%未満に制限される。従って、多くのスラグを効率的に再利用することができないという問題点がある。
【０００５】
アルミニウム含有スラグの配合割合を高くしながら硬化物の膨張を抑制する方法として、スラグを事前にアルカリ処理し、硬化物中で不安定なアルミニウムを安定化させることが提案されている(農業土木学会論文集、No.192，pp.1-8(1997))。即ち、スラグを、アルカリ性のNaOH水溶液等に浸漬すること等によりアルカリ処理した後、スラグを取り出し、セメント組成物の配合に用いることにより、膨張を抑制することができる。しかしながらこの方法では、工程数が増加する上、スラグ中にアルカリ性物質が残存することによりセメント組成物の溶存イオンの構成が変化するため、不所望な強度及び硬化速度等の変化をもたらすという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のアルミニウム含有スラグを多く含みながら硬化の際の膨張が少ないセメント組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アルカリ金属の塩を含むセメント組成物用膨張防止剤、及びアルミニウム含有スラグを含み、前記アルカリ金属がリチウム、ナトリウム、カリウム及びこれらの混合物からなる群より選択され、前記塩が硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択されるセメント組成物が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる膨張防止剤は、アルカリ金属の塩を含む。
【００１１】
前記アルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カリウム及びこれらの混合物からなる群より選択され、特にリチウムが好ましい。前記塩としては、硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択され、特に硝酸塩が好ましい。
【００１２】
前記膨張防止剤は、溶液等の液体の形態、又は無水物若しくは水和物等の固体の形態等、一般的にコンクリート用混和剤として提供されている各種の形態で提供することができ、また、他の物質と混合した状態で提供することもできる。
【００１３】
前記膨張防止剤は、セメント組成物の膨張防止に用いることができる。具体的には、後述するアルミニウム含有スラグ等、アルミニウムを含有するセメント組成物の膨張防止に用いることができる。
【００１４】
本発明のセメント組成物は、前記膨張防止剤、及びアルミニウム含有スラグを含む。
【００１５】
前記アルミニウム含有スラグとしては、酸化物又は金属アルミニウム等としてアルミニウムを含有しており、セメント組成物中に配合した際膨張を発生しうる各種のスラグを挙げることができる。特に、金属アルミニウムを多く含有するスラグの場合、大きな膨張を発生するので、本発明のセメント組成物はこのようなスラグを再利用する上で好ましく使用することができる。具体的には例えば、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ、非鉄金属スラグ（例えばフェロニッケルスラグ、銅スラグ等）及びこれらの混合物等を好ましく用いることができる。
【００１６】
前記ゴミ焼却灰溶融スラグは、ごみを焼却し溶融させて得られる固化物である。具体的には例えば、社会生活から発生するごみを焼却し、生成した灰をバーナー式溶融炉若しくは電気炉等の溶融炉又はコークスベッド等を用いて１４００〜１５００℃程度の温度で熱処理して溶融し、水冷又は単に常温で放置すること等により冷却して得ることができる。また、前記焼却と溶融の工程を同時に行い、前記ゴミ焼却灰溶融スラグを得ることもできる。
【００１７】
前記製鋼スラグ及び非鉄金属スラグとしては、それぞれ、製鋼、非鉄金属の精製、ニッケルの精製等の過程において副生するスラグを用いることができる。
【００１８】
前記アルミニウム含有スラグは、その発生の工程によって様々な粒径の物が得られる。具体的には、前記ゴミ焼却灰溶融スラグの場合、灰の溶融物を冷却する際の速度が急激である場合は比較的粒径の小さいものを得ることができ、冷却速度が緩慢である場合は比較的粒径の大きいものを得ることができる。前記アルミニウム含有スラグは、その粒径に応じて、粗骨材、細骨材等の骨材として配合することもでき、混和材として配合することもできる。
【００１９】
本発明のセメント組成物は、前記膨張防止剤及び前記アルミニウム含有スラグの他に、セメント、水、粗骨材、細骨材、混和材、混和剤等の、通常のセメント組成物に配合される他の成分を含むことができる。
【００２０】
本発明のセメント組成物中の、前記膨張防止剤及びアルミニウム含有スラグの配合割合は、特に限定されず、スラグ中のアルミニウム含有割合、膨張防止剤の種類、他の粗骨材、細骨材、混和材等の配合割合等に応じて適宜調節することができる。
【００２１】
例えば、前記膨張防止剤の配合割合は、配合されるスラグ全量中のアルミニウム量等に応じて適宜調製でき、特に限定されないが、アルミニウム量（Alとして）１ｇあたり３〜１０ｇ程度配合することにより、十分な膨張防止効果を得ることができる。通常、前記膨張防止剤は、スラグ１ｋｇ当たり３０〜１００ｇ程度の割合で配合することができる。
【００２２】
前記アルミニウム含有スラグの配合割合は特に限定されないが、骨材及び混和材の全量を基準として１０〜１００重量％、好ましくは３０〜７０重量％を配合しても、膨張が防止されたセメント硬化物を得ることができる。通常、前記アルミニウム含有スラグは、硬化体１ｋｇ当たり５０〜５００ｇ程度の割合で配合することができる。
【００２３】
スラグの配合割合は、セメント量の５〜６０重量％であることが好ましい。
【００２４】
本発明のセメント組成物の用途は、特に限定されず、アルミニウム含有スラグを配合しない、通常のコンクリート、モルタル等のセメント組成物と同様に用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に用いる膨張防止剤は、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のスラグをセメント組成物中に多く配合した際の膨張を、簡便にかつ不所望な反応を伴わずに抑制することができる。
【００２６】
本発明のセメント組成物は、アルミニウム含有スラグに加えて特定の膨張防止剤を含むため、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグ等のアルミニウム含有スラグを多く含みながら硬化の際の膨張が少なく、廃棄物を性能の良好な建築材料等として安価且つ効率的に利用することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
【実施例１】
水１５０ｇ、セメント２１０（普通ポルトランドセメント）ｇ、砂６００ｇ、及びゴミ焼却灰溶融スラグ（アルミニウムを１重量％含む。粒径５ｍｍ以下）９０ｇを配合し、さらに硝酸リチウム６．３ｇを添加し、混合し、モルタル組成物を得た。これを底面直径５cmの円筒形の型内に、高さが１０cmとなるよう充填し、室温で７日間放置して硬化させた後、得られた硬化物を型から取り出した。
【００２９】
硬化物の圧縮強度を測定したところ７２５kgf/cm2であった。また、硬化物の円筒の高さは１０cmであり、充填したモルタル組成物の体積に比しての膨張は観察されなかった。
【００３０】
【比較例１】
硝酸リチウムを添加しなかった他は実施例１と同様に操作し、モルタル組成物を得、これを硬化させ、硬化物を得た。
【００３１】
硬化物の圧縮強度を測定したところ２８１kgf/cm2であった。また、硬化物の円筒の高さは１０．５cmであり、充填したモルタル組成物の体積に比して膨張していることが観察された。
【００３２】
【実施例２及び３】
硝酸リチウムの添加量を４．２ｇ（実施例２）又は２．１ｇ（実施例３）とした以外は実施例１と同様に操作し、モルタル組成物を得、これを硬化させ、硬化物を得た。
【００３３】
実施例２及び３の硬化物の圧縮強度を測定したところ、それぞれ５８２及び３２１kgf/cm2であった。また、硬化物の円筒の高さはそれぞれ、１０．１及び１０．３ｃｍであった。