JP2008001552A - セメント硬化物用の金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰の製造方法及びセメント硬化物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のスラグや灰の製造方法は、セメント硬化物の硬化時の膨張を抑制しうる、該硬化物の製造に用いるスラグや灰の製造方法であって、金属アルミニウム含有スラグや灰を準備する工程(A)と、金属アルミニウム含有スラグや灰に、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含む水溶液(s)を接触させる工程(B)とを含み、本発明のセメント硬化物の製造方法は、工程(B)で得られた金属アルミニウム含有スラグや灰、セメント及び水を含むセメント組成物を混合し硬化させる工程(C)を含むことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
これらの焼却灰やスラグは、燃焼又は溶融方式、更にはその条件等により、金属アルミニウムが残留する場合がある。このような焼却灰やスラグをセメント硬化物用の骨材や混和材料として使用する場合、特に金属アルミニウムを含むスラグ等を用いる場合、該金属がセメント硬化物中のアルカリ環境下において錆等の腐蝕を発生させる。この過程で水素ガスが発生し、セメント硬化物のフレッシュ状態において膨張するため、該硬化物の異常膨張、強度低下、耐久性低下等の問題が生じる。
このような金属アルミニウムを焼却灰やスラグから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。従って、かかる膨張を抑制するために、通常これらは、配合比率を一定以下とするべく、天然骨材等と共にセメント組成物に配合される。例えば、アルミニウムを含有したスラグの骨材をセメント組成物に配合する場合、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。この点は、大量の焼却灰やスラグを効率的に再利用する妨げになっている。
これらの抑制剤は、アルミニウム含有スラグ等を含むセメント組成物における硬化物の異常膨張等を有効に且つ簡易に抑制することができる。しかし、アルカリ金属の塩や、該塩及びアルカリ土類金属の塩を含む抑制剤を、セメント組成物自体に混合して用いるため、所望の効果を得るためには、セメント組成物へのこれら金属塩の添加量を多くする必要があり、加えて、該抑制剤量を少なくする場合には、該抑制剤が、セメント組成物中のアルミニウム含有スラグ等に十分接触するように、過度の混合が必要となり、現実的ではない。
また本発明によれば、上記工程(A)と、上記工程(B)と、工程(B)で得られた金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰、セメント及び水を含むセメント組成物を混合し硬化させる工程(C)とを含むことを特徴とするセメント硬化物の製造方法が提供される。
本発明のセメント硬化物の製造方法は、上記工程(A)〜(C)を含むので、従来のセメント硬化物の膨張を抑制する抑制剤の使用量を少なくした場合でも、有効に、且つ効率的に該膨張を抑制することができる。
本発明の金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰の製造方法、並びにセメント硬化物の製造方法は、金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰を準備する工程(A)を含む。
工程(A)において、金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰としては、金属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硬化させた際に膨張を発生しうる各種のスラグや灰を挙げることができる。
該スラグ又は灰としては、例えば、ゴミ焼却灰、RDF灰、ゴミ焼却灰溶融スラグ、製鋼スラグや、フェロニッケルスラグ、銅スラグ等の非鉄金属スラグ又はこれら2種以上の混合物等が挙げられる。
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。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表面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1200〜1600℃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られる。また、前記焼却と溶融の工程を同時に行うことによっても得られる。
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が挙げられる。
金属アルミニウムを含むスラグの粒径は特に限定されず、その発生の工程によって様々な粒径のものが得られる。例えば、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が得られ、冷却速度が緩慢である場合は比較的粒径の大きいものが得られる。
工程(B)において、アルカリ金属の塩及び/又はアルカリ土類金属の塩は、工程(A)において準備した、金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰を、セメント硬化物を製造に用いた場合に、該セメント硬化物の硬化時の膨張を抑制しうる成分である。
アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム又はこれらの2種以上が好ましく挙げられる。また、アルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム及び/又はマグネシウムが好ましく挙げられる。
アルカリ金属の塩及び/又はアルカリ土類金属の塩としては、例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩が好ましく、特に硝酸塩、又は硝酸塩と亜硝酸塩との混合物が好ましく挙げられる。
アルカリ金属の塩とアルカリ土類金属の塩とを併用する場合のこれらの割合は、アルカリ金属とアルカリ土類金属との割合で、アルカリ金属1モルに対してアルカリ土類金属が1〜10モルであることが好ましい。
前記水溶液(s)の濃度及び接触量の決定は、例えば、得られる金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰を、セメント硬化物の製造に用いた場合に、セメント硬化物の膨張率を、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じて測定した値が、2%以下となるように決定することが好ましい。
工程(C)において、前記スラグ及び/又は灰の配合割合は特に限定されないが、セメント組成物中の骨材及び混和材の全量を基準として通常10〜100質量%であり、セメント組成物を硬化させた際に、通常、硬化物1000g当たり50〜500g程度の割合となるように配合することができる。
また、前記スラグ及び/又は灰の配合割合は、通常、セメント100質量部あたり、80〜300質量部程度となるように配合することができる。
セメントの種類並びに配合割合は、基本的には、スラグ及び/又は灰中の金属アルミニウム含有割合、他の粗骨材、細骨材、混和材等の配合割合等に応じて、所望の効果が得られるように、また得られるセメント硬化物の用途に応じて適宜調節することができる。
実施例1〜5及び比較例1
表1に示す濃度の硝酸カルシウム水溶液をそれぞれ準備し、各水溶液に、金属アルミニウムを含む溶融スラグ(バーナー式表面溶融スラグ)を3時間浸漬した。次いで、浸漬処理したスラグを24時間、40℃の炉で乾燥させ、目的の金属アルミニウム含有スラグを調製した。
調製した各々の金属アルミニウム含有スラグを用いて、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じてモルタルを調製し、膨張率を測定した。また、比較例1として、硝酸カルシウム水溶液による浸漬処理を行わなかった金属アルミニウム含有溶融スラグを用いて同様に膨張率の測定を行った。結果を表1に示す。
また、上記で調製した実施例4及び比較例1のモルタルについて、材齢1日、7日、14日及び28日における圧縮強度をJIS A 1108に従って測定した。結果を表2に示す。
表3に示す濃度の硝酸カルシウム水溶液をそれぞれ準備した。次いで、金属アルミニウムを含む溶融スラグ(バーナー式表面溶融スラグ)100重量部に対して、表3に示す割合の各水溶液を添加し、混合撹拌して、目的の金属アルミニウム含有スラグを調製した。
調製した各々の金属アルミニウム含有スラグを用いて、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じてモルタルを調製し、膨張率を測定した。結果を表3に示す。
表4に示す濃度の亜硝酸カルシウム:硝酸カルシウムが重量比で1:1の水溶液をそれぞれ準備した。次いで、仮想のスラグとして、砂(大井川産川砂)450g及びアルミニウム微粉末(和光純薬製)2.25gの混合物100重量部に対して、表4に示す割合の各水溶液を添加し、混合撹拌して、目的の金属アルミニウム含有仮想スラグを調製した。
調製した各々の金属アルミニウム含有仮想スラグ全量と、セメント400gと、高性能減水材2gを含む水200gとを用いて、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じてモルタルを調製し、膨張率を測定した。結果を表4に示す。
仮想のスラグとしての、砂(大井川産川砂)450g及びアルミニウム微粉末(和光純薬製)2.25gと、セメント400gと、高性能減水材2gを含む水200gとを用いて、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じてモルタルを調製し、膨張率を測定した。結果を表4に示す。
亜硝酸カルシウム:硝酸カルシウムが重量比で1:1の混合物2.25g(参考比較例2)又は該混合物4.50g(参考比較例3)と、高性能減水材2gを含む水200gとを混合した後、仮想のスラグとしての砂(大井川産川砂)450g及びアルミニウム微粉末(和光純薬製)2.25gと、セメント400gとの混合物に添加し、JIS TR A0016 付属書1の「コンクリート用溶融固化細骨材を用いたモルタルの膨張率試験方法」に準じてモルタルを調製し、膨張率を測定した。結果を表4に示す。
尚、参考比較例2の亜硝酸カルシウム:硝酸カルシウムが重量比で1:1の混合物の使用量は、参考例1及び2と同量であり、参考比較例3の亜硝酸カルシウム:硝酸カルシウムが重量比で1:1の混合物の使用量は、参考例3と同量であり、参考例4〜6の亜硝酸カルシウム:硝酸カルシウムが重量比で1:1の混合物の使用量は、参考比較例2よりも少ない割合で使用した例である。
Claims (4)
- セメント硬化物の硬化時の膨張を抑制しうる、該セメント硬化物の製造に用いる金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰の製造方法であって、
金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰を準備する工程(A)と、
金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰に、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含む水溶液(s)を接触させる工程(B)とを含むことを特徴とするセメント硬化物用の金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰の製造方法。 - 金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰を準備する工程(A)と、
金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰に、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含む水溶液(s)を接触させる工程(B)と、
工程(B)で得られた金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰、セメント及び水を含むセメント組成物を混合し硬化させる工程(C)とを含むことを特徴とするセメント硬化物の製造方法。 - 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、アルカリ土類金属がカルシウム、マグネシウム及びこれらの混合物からなる群より選択され、塩が硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項1又は2記載の製造方法。
- 金属アルミニウム含有スラグ及び/又は灰が、ゴミ焼却灰、RDF灰、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請求項1〜3のいずれか1項記載の製造方法。
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