(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン含有廃棄物を配合した調合原料を焼成して得られるセメントクリンカであって、Ｐ２Ｏ５含有量が０．３〜５．０質量％、水硬率（ＨＭ）が２．１６〜２．４０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３〜２．２のセメントクリンカに、総ＳＯ３量が１．５〜３．０質量％となるように石こうを配合してなることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
前記廃棄物が下水汚泥、下水汚泥焼却灰、都市ゴミ焼却灰および製鋼スラグから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記調合原料の配合に使用されるＳｉＯ2原料が石炭灰であることを特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項４】
前記Ｐ２Ｏ５含有量が０．３〜３．０質量％の場合、前記水硬率（ＨＭ）を２．１６〜２．２５の範囲に、前記Ｐ２Ｏ５含有量が３．０〜５．０質量％の場合、前記水硬率（ＨＭ）を２．２５〜２．４０の範囲に調整してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに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、セメント組成物に関し、特に、Ｐ2Ｏ5の含有量が多く、水硬率・ケイ酸率が特定されたセメントクリンカ（以下“本発明のセメントクリンカ”という）を用い、圧縮強度の低下する割合が改良されたセメント組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ゴミの焼却灰、下水汚泥およびその焼却灰、並びに製鋼スラグなどの産業副産物（これらを総称して“廃棄物”という）は、増加する一方であり、それらの有効活用が社会的急務となっている。
その一方策として、セメント製造業界では、廃棄物を原料の一部として利用する、いわゆる再資源化について研究が進められている。
【０００３】
しかしながら、ほとんどの廃棄物には、リン化合物が多量に含まれているために（Ｐ2Ｏ5換算で０．３〜３０質量％）、ポルトランドセメントクリンカ用原料として用いた場合、リン化合物の一部が該クリンカ中に残存し、セメントの特性に悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００４】
特に、その影響は、セメントの強度発現性に顕著であり、上記残存量が多ければ多いほど強度低下が著しい。
通常、普通ポルトランドセメントクリンカには、Ｐ2Ｏ5が０．１〜０．２質量％（最大でも０．３質量％）含まれている。
【０００５】
しかし、廃棄物を原料として使用することにより、普通ポルトランドセメントクリンカのＰ2Ｏ5含有量が０．５質量％に増加すると、該クリンカから製造されたセメントの圧縮強度（材齢７日）は８９％程度に、１．０質量％に増加すると７４％程度に低下する。
【０００６】
その圧縮強度の低下を改良する方法として、本願発明者らは、廃棄物を配合して製造した普通ポルトランドセメントの［Ｐ2Ｏ5−ＭｇＯ］の２成分に着目し、圧縮強度との関連を研究した結果、
・調合原料中のＰ2Ｏ5量が０．３〜２．０重量％（焼成ベ−ス）のとき、Ｍｇ添加物をＭｇＯ換算で１．０〜５．０重量％の範囲内に配合するのが好ましいこと
を突き止め、特許出願した（特願平１１−８１３８３号参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ｐ2Ｏ5とＭｇＯの量的関係は、廃棄物を多量に配合して前者の含有量を多くすれば、それに応じて後者も多く配合する。
【０００８】
しかし、ポルトランドセメントのＪＩＳ規格では、ＭｇＯの許容量を５．０重量％以下と定めている。
そのＭｇＯの量的限界から、Ｐ2Ｏ5含有量も２．０重量％以下とされ、調合原料における廃棄物の配合量（処理量）も少なく、再資源化への寄与も低い、という問題点が指摘されていた。
【０００９】
本発明は、上記従来法の問題点に鑑みなされた発明であって、その目的は、
・セメントの圧縮強度の低下する割合を改良し、かつ、
・調合原料への廃棄物の配合量の増加を可能にした
セメント組成物を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
セメントクリンカは、下記１成分２比率を特定することにより、目的を達成することができる。
すなわち、本発明のセメントクリンカは、Ｐ2Ｏ5量、水硬率（ＨＭ）およびケイ酸率（ＳＭ）を特定の範囲に限定することを特徴とし、これにより、
・Ｐ2Ｏ5を従来のクリンカの上限よりも多量に含有させても、該セメントクリンカから製造されるセメント組成物の圧縮強度が低下する割合を改良しうる
という効果を生じる。
もって、調合原料への廃棄物の配合量の増加および高リン含有廃棄物の配合を可能にした、つまり、廃棄物の再資源化を向上させた発明であり、ここに提供するものである。
【００１１】
すなわち、本発明に係るセメント組成物は、
「リン含有廃棄物を配合した調合原料を焼成して得られるセメントクリンカであって、Ｐ2Ｏ5含有量が０．３〜５．０質量％、水硬率（ＨＭ）が２．１６〜２．４０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３〜２．２のセメントクリンカに、総ＳＯ３量が１．５〜３．０質量％となるように石こうを配合してなること」（請求項１）
を要旨とする。
【００１２】
また、本発明に係るセメント組成物は、
・廃棄物が下水汚泥、下水汚泥焼却灰、都市ゴミ焼却灰および製鋼スラグから選ばれる１種以上であること（請求項２）、および、
・調合原料の配合に使用されるＳｉＯ2原料が石炭灰であること（請求項３）、
を特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係るセメント組成物は、
「前記Ｐ２Ｏ５含有量が０．３〜３．０質量％の場合、前記水硬率（ＨＭ）を２．１６〜２．２５の範囲に、前記Ｐ２Ｏ５含有量が３．０〜５．０質量％の場合、前記水硬率（ＨＭ）を２．２５〜２．４０の範囲に調整してなること」（請求項４）
を要旨とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のセメントクリンカについて説明する。
これは、セメントクリンカ中のＰ2Ｏ5含有量の上限を高くし、それに基づいて生ずる圧縮強度の著しい低下を、化学成分の２つの比率（水硬率、ケイ酸率）と組み合わせることによって改良するものである。
これにより、各種のリン化合物を含む廃棄物を原料として調合原料に大量に配合できる。
【００１５】
Ｐ2Ｏ5の強度低下への影響は大きいが、該比率を特定範囲に限定したことにより、セメント硬化体として利用できる程度に圧縮強度を回復（発現）させることができる。
【００１６】
セメントクリンカ中のＰ2Ｏ5含有量は、０．３〜５．０質量％である。
０．３質量％未満の場合は、圧縮強度への影響がほとんど生じない。
通常のセメントクリンカ製造用原料のみで調合原料を調製し焼成した場合とほぼ等しく、例え、原料として廃棄物を使用しても配合量が極微量であり、廃棄物を再資源化した、とするには程遠く、単に製造工程を複雑にしだけで工業的メリットがない。
【００１７】
一方、５．０質量％を超えた場合、水硬率（ＨＭ）および／またはケイ酸率（ＳＭ）を調整しても、圧縮強度低下が大きいので好ましくない。
【００１８】
次に、セメントクリンカの２つの比率について説明する。
水硬率（ＨＭ）は、セメントの化学成分を決定付ける重要な一つの比率であるが、通常のポルトランドセメントクリンカの場合より高くしなければ圧縮強度への作用が小さい。
水硬率（ＨＭ）が２．１６未満の場合、Ｐ2Ｏ5含有量が多い場合、圧縮強度低下が大きいので好ましくない。
【００１９】
逆に、２．４０を超える場合、そのセメントの水和熱が高くなり用途が制限されること、およびモルタルまたはコンクリ−トの流動性が著しく低下して施工性が悪くなることなど、圧縮強度以外の特性に悪影響が生じるので好ましくない。
【００２０】
水硬率（ＨＭ）は、Ｐ2Ｏ5含有量との関係で言えば、下記の範囲にするのが好ましい。
▲１▼Ｐ2Ｏ5が０．３〜３．０質量％の場合；水硬率２．１６〜２．２５
▲２▼Ｐ2Ｏ5が３．０〜５．０質量％の場合；水硬率２．２５〜２．４０
【００２１】
セメントクリンカのケイ酸率（ＳＭ）について説明する。
ケイ酸率が１．３未満の場合、セメントの水和熱が高くなること、およびモルタルまたはコンクリ−トの流動性が低下することなどにより、水硬率の場合と同様に悪影響が生じるので好ましくない。
【００２２】
逆に、２．４を超える場合、Ｐ2Ｏ5含有量が比較的多量な場合、圧縮強度低下が大きいので好ましくない。
【００２３】
上記［Ｐ2Ｏ5含有量：水硬率：ケイ酸率］の関係から、廃棄物を大量に配合しＰ2Ｏ5含有量を多くする場合には、［高水硬率・低ケイ酸率］になるように原料を配合するのが好ましい。
【００２４】
なお、ポルトランドセメントの製造で利用されている化学成分の比率；鉄率（ＩＭ）については、特に限定するものではないが、おおよそ１．５〜１．８の範囲が好ましい。
【００２５】
次いで、廃棄物について説明する。
通常、廃棄物には、各種のリン化合物が含まれており、その量は、前記したとおり多いもので、約３０質量％（Ｐ2Ｏ5換算）も含まれている。
【００２６】
調合原料に配合される廃棄物は、具体的に、下水汚泥，下水汚泥焼却灰，都市ゴミ焼却灰および製鋼スラグなどが挙げられる。
それらは、調合原料を調製するさい１種のみを配合しても、また、２種以上の混合物を配合することもできる。
【００２７】
セメントクリンカの原料には、上記廃棄物の他、通常のポルトランドセメントクリンカ製造のさい配合される原料が使用される。
例えば、
・ＣａＯ原料  ；石灰石、生石灰、消石灰など
・ＳｉＯ2原料 ；珪石、粘土など
・Ｆｅ2Ｏ3原料；鉄滓、鉄ケ−キなど
である。
【００２８】
本発明のセメントクリンカにおいては、ＳｉＯ2を多量に含有する石炭灰を前記ＳｉＯ2原料に代えて／または一緒に使用することができる。
石炭灰の主な化学成分は、ＳｉＯ2；４０〜７０質量％、Ａｌ2Ｏ3；１０〜４０質量％、Ｆｅ2Ｏ3；２〜１０質量％およびＣａＯ；１〜３０質量％である。
【００２９】
上記石炭灰は、火力発電所、各種工場などで石炭燃焼したさい発生する。
例えば、フライアッシュ，シンダ−アッシュ，ボトムアッシュ，クリンカアッシュなどである。
【００３０】
本発明のセメントクリンカの製造方法は、通常のポルトランドクリンカの場合と同様、前述した廃棄物および原料を用いて粉砕し、所定のＰ2Ｏ5量、水硬率およびケイ酸率に適合するように配合し混合して調合原料を調製し、焼成することによって得られる。
焼成は、ＮＳＰキルン、ＳＰキルンなど慣用の設備を利用できる。
なお、焼成温度は、セメントクリンカの水硬率が高いので、普通ポルトランドセメントクリンカ原料を焼成する場合よりも高目で行なうのが好ましい。
【００３１】
次に、本発明に係るセメント組成物について説明する。
セメント組成物は、前述したセメントクリンカに、総ＳＯ3量が１．５〜３．０質量％の範囲内に納まるように石こうを配合し、粉砕して製造される。
この発明で使用される石こうとは、２水・半水・無水石こうの１種またはそれらの混合物である。
【００３２】
セメント組成物に含有される総ＳＯ3量が
・１．５質量％未満の場合  ；瞬結や流動性の低下が生じる
・３．０質量％を超える場合；凝結遅延や強度低下が生じる
こととなり、いずれの場合も好ましくない。
【００３３】
セメント組成物は、セメントクリンカと石こうとを
・混合粉砕する方法、
・個別に粉砕し混合する方法
のいずれかで行なうことにより得られる。
【００３４】
その粉砕は、セメント組成物のブレ−ン比表面積が３０００〜４５００ｃｍ2／ｇになるようにするのが好ましい。
なお、粉砕に使用する粉砕機は、慣用の設備が利用できる。
【００３５】
【実施例】
（実施例１〜７、比較例１〜７）
表１に示す化学成分を有する原料を粉砕し混合し、調合原料を調製し、焼成して表２に記載する１成分２比率（Ｐ2Ｏ5含有量、水硬率およびケイ酸率）の種々のセメントクリンカを製造した。
なお、鉄率（ＩＭ）は、１．６〜１．７である。
【００３６】
【表１】
0004164229.tif 000002
【００３７】
前記セメントクリンカに２水石こうを配合し混合粉砕して、表２に示す総ＳＯ3量を有するそれぞれのセメント組成物を製造した。
各セメント組成物のブレ−ン比表面積を測定した結果、３２００±５０ｃｍ2／ｇであった。
得られたセメント組成物は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」にしたがって圧縮強度（材齢７日）を測定し、その結果を同表に併記した。
なお、比較例１に記載のセメントは、普通ポルトランドセメントであり、その圧縮強度を基準値（１００）にした圧縮強度比も同表に示した。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２より、以下の事項が明らかである。
１）Ｐ2Ｏ5含有量が［０．１質量％→０．８質量％→１．７質量％］と増加するにつれて、圧縮強度比も［１００％→８０％→５８％］と著しく低下する（比較例１〜３）。
【００４０】
２）セメントクリンカのＨＭおよびＳＭの規定範囲の内外を比較すると、
▲１▼Ｐ2Ｏ5含有量が５．０質量％以下の場合、規定の範囲内では、圧縮強度の低下割合の改良に有効である（実施例７（４．７質量％）、比較例５（５．５質量％））。
▲２▼Ｐ2Ｏ5含有量が同程度の場合、規定の範囲内では、圧縮強度比が［８０％→９０％］に改良される（実施例、，比較例２）。
▲３▼ＨＭ，ＳＭの規定外であってＰ2Ｏ5含有量；０．８質量％の場合の圧縮強度と、該２つの比率を規定内に調整し同程度の圧縮強度を発現させる場合、Ｐ2Ｏ5含有量を４．７質量％にまで増加させることができる（実施例７、比較例２）。
【００４１】
３）ＨＭが規定する範囲内であっても、ＳＭが規定外の場合、強度低下の割合を改良することができない（比較例４）。
なお、ＨＭが高過ぎる場合、前述したとおり、水和熱が高くなり流動性が低下するなど他の特性に悪影響を生じさせるので好ましくない。
【００４２】
４）セメント組成物の総ＳＯ3量が１．５〜３．０質量％にある場合、強度低下の割合が改良される（実施例６，７および比較例６，７）。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以上に詳記したように、リン含有廃棄物を含む調合原料を焼成して得られるセメントクリンカであって、該クリンカのＰ2Ｏ5含有量、水硬率およびケイ酸率の１成分２比率の範囲を限定したものであり、該セメントクリンカから製造されたセメント組成物（総ＳＯ3量；１．５〜３．０質量％）は、Ｐ2Ｏ5の含有量が多いにも拘らず、Ｐ2Ｏ5に起因する圧縮強度の低下を改良することができるので、調合原料への廃棄物の配合量を増加できる、という効果を奏する。
【００４４】
上記効果により、下水汚泥、焼却灰などのリン含有廃棄物は、その処理方法の一つとしてセメントクリンカ用原料へ大量に用いることができるので、該廃棄物の再資源化の目処が立ち、環境改善への寄与は大きい。