JP2019119641A - ポルトランドセメントの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、各種ポルトランドセメントを製造するセメント工場では、それぞれのセメント鉱物組成に応じて、石灰石や粘土等の複数のクリンカ原料を調合し、原料(粉砕)工程、焼成工程、および仕上げ工程を経て各種のポルトランドセメントを製造している。
(i)1台の焼成炉(ロータリーキルン)を、異なる種類のポルトランドセメントに共用する場合、クリンカ原料の切り替え時に、過渡(中間)的なセメント鉱物組成を含むクリンカが排出されるが、該クリンカはセメントクリンカとして使用できない。
(ii)原料の調合比率に応じて焼成運転条件を変えなければならないが、運転が安定するまでには時間がかかり、この間、運転の乱れにより品質不良のクリンカが生成され易い。
(iii)セメントの種類(特性)が異なるため、それぞれのセメント専用の原料粉混合槽、原料粉貯蔵サイロ、およびクリンカ貯蔵タンクを個別に設置しなければならず、設備コストが膨らむ。
以上のように、多種類のポルトランドセメントの製造では、原料が完全に切り替わる間は、時間と原料を浪費することになり、また、セメントの種類ごとに設備を増設する必要がある。
しかし、特許文献1には、前記製造方法について下記の特徴や短所が記載されている。
(a)トリエタノールアミン等を単独で0.01〜0.04質量%添加すると、セメント粉体の流動性が大きくなり過ぎて、輸送上の粉洩れやセメント袋詰め時の充填性が低下するから、これらに対処するためにオキシカルボン酸(塩)やリグニンスルホン酸(塩)を併用しなければならない(4頁右欄3〜11行)。
(b)特許文献1に記載の製造方法により製造した早強ポルトランドセメントの粉末度は、従来製法による早強ポルトランドセメントの粉末度よりも、やや高くしなければならない(4頁右欄下から12行〜14行)。
(c)添加石膏中のII型無水石膏の含有率が30質量%未満では、強度が低下する傾向にあるから(4頁右欄下から1行〜5頁2行)、特許文献1に記載の製造方法では、II型無水石膏は必須の原料である。
また、一般社団法人 セメント協会の統計によると、2016年度の早強ポルトランドセメントの生産量は305.7万トンであるから、仮に、特許文献1に記載の製造方法により、305.7万トンの早強ポルトランドセメントを製造するとしたら、500〜1500トンのオキシカルボン酸(塩)等が必要になり、その分、コスト高になる。
なお、早強ポルトランドセメントと性状が同等とは、本発明の製造方法を用いて製造したポルトランドセメントを用いて、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した、標準軟度水量、凝結時間(始発および終結)、および圧縮強さが、2017年1月発行の『セメントの常識』(一般社団法人セメント協会)の19〜20頁の表1−10に記載されている早強ポルトランドセメントのこれらの値との差が、±10%の範囲内にあることを意味する。
前記ポルトランドセメント中の全SO3が2.5〜3.5質量%となるように二水石膏を混合し、かつ、普通ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対し、トリエタノールアミンを0.017〜0.043質量部混合する、ポルトランドセメントの製造方法
[セメント鉱物組成]
3CaO・SiO2: 55.0〜65.5質量%
2CaO・SiO2: 10.0〜20.0質量%
3CaO・Al2O3: 8.0〜11.0質量%
4CaO・Al2O3・Fe2O3: 8.5〜11.0質量%
以下、3CaO・SiO2はC3Sと略し、2CaO・SiO2はC2Sと略し、3CaO・Al2O3はC3Aと略し、4CaO・Al2O3・Fe2O3はC4AFと略す。
[2]普通ポルトランドセメントクリンカと二水石膏の合計100質量部に対し、石灰石、高炉スラグ、およびフライアッシュから選ばれる1種以上を、5.3質量部以下混合して粉砕する、前記[1]に記載のポルトランドセメントの製造方法。
(i)オキシカルボン酸(塩)やリグニンスルホン酸(塩)を使用することなく、普通ポルトランドセメントのクリンカを用いて、早強ポルトランドセメントと同等の性状を有するポルトランドセメントを製造できる。
(ii)運転条件の切り替えが不要なため、過渡(中間)的なセメント鉱物組成を有するクリンカは排出されないから、原料ロスがない。
(iii)焼成運転条件の切り替えが不要なため、焼成運転条件は同一で安定した運転ができ、運転の乱れによるクリンカの品質不良は生じない。
(iv)セメント鉱物組成が単一のクリンカを製造するため、1台の焼成炉、原料粉混合槽、原料粉貯蔵サイロ、およびクリンカ貯蔵タンクを共用できる。
本発明で用いる普通ポルトランドセメントクリンカのセメント鉱物組成は、C3Sが55.0〜65.5質量%、C2Sが10.0〜20.0質量%、C3Aが8.0〜11.0質量%、およびC4AFが8.5〜11.0質量%である。
後掲の表3に示すように、セメント鉱物組成が前記範囲にある普通ポルトランドセメントクリンカ A〜Cを用い、かつ二水石膏、トリエタノールアミン、およびブレーン比表面積が前記範囲にあるポルトランドセメントは、早強ポルトランドセメントと性状が同等である。これに対し、セメント鉱物組成が前記範囲から外れた普通ポルトランドセメントクリンカDを用いたポルトランドセメントは、早強ポルトランドセメントと性状が異なる。
なお、普通ポルトランドセメントクリンカのセメント鉱物組成は、C3Sでは、好ましくは58.0〜65.0質量%、より好ましくは60.0〜64.5質量%であり、C2Sでは、好ましくは11.0〜19.0質量%、より好ましくは12.0〜18.0質量%であり、C3Aでは、好ましくは8.3〜10.5質量%、より好ましくは8.5〜10.0質量%であり、C4AFでは、好ましくは8.7〜10.8質量%、より好ましくは9.0〜10.5質量%である。
C3S=4.07×CaO−7.60×SiO2−6.72×Al2O3−1.43×Fe2O3−2.85×SO3 ・・・(i)
C2S=2.87×SiO2−0.754×C3S ・・・(ii)
C3A=2.65×Al2O3−1.69×Fe2O3 ・・・(iii)
C4AF=3.04×Fe2O3 ・・・(iv)
(式中の化学式は、クリンカ原料中またはクリンカ中における、化学式が表す化合物の含有率(質量%)を表す。)
本発明で用いる石膏は二水石膏であり、II型無水石膏ではない。
本発明で用いる二水石膏は、特に制限されず、例えば、天然二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏、および精錬石膏から選ばれる、少なくとも1種以上が挙げられる。また、二水石膏の最大粒径は、粉砕機に投入する際の作業性の向上や、粉砕効率向上等の観点から、1.2mm以下が好ましい。
本発明で製造するポルトランドセメントは、前記のセメント鉱物組成を有する普通ポルトランドセメントクリンカに対し、粉砕後のポルトランドセメント中の全SO3が2.5〜3.5質量%になるように二水石膏を混合し、かつ、普通ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対し、トリエタノールアミンを0.017〜0.043質量部混合して粉砕したポルトランドセメントであり、そのブレーン比表面積は4300〜4700cm2/gである。該配合割合のポルトランドセメントであれば、早強ポルトランドセメントと同等の性状を有する。
なお、粉砕後のポルトランドセメント中の全SO3は、好ましくは2.7〜3.4質量%、より好ましくは2.8〜3.2質量%である。また、普通ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対し、二水石膏の配合割合は、SO3換算で、好ましくは2.0〜3.2質量部、より好ましくは2.2〜3.0質量部である。
また、普通ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対し、トリエタノールアミンの配合割合は、好ましくは0.018〜0.04質量部、より好ましくは0.02〜0.038質量部、さらに好ましくは0.021〜0.036質量部である。
また、ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、好ましくは4400〜4600cm2/gである。
また、前記ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメントクリンカと二水石膏の合計100質量部に対し、石灰石、高炉スラグ、およびフライアッシュから選ばれる1種以上を、5.3質量部以下、好ましくは4.5質量部以下を混合して粉砕し製造することができる。
本発明のポルトランドセメントの製造方法は、前記クリンカ、二水石膏、およびトリエタノールアミンを混合し、ボールミルやロッドミル等の粉砕機を用いて、前記ブレーン比表面積になるまで粉砕することにより、ポルトランドセメントを製造する方法である。
また、本発明のポルトランドセメントの製造方法は、任意工程として、以下の(1)原料工程、および(2)焼成工程を、前工程として含んでもよい。
該工程では、カルシウム原料、ケイ素原料、アルミニウム原料、および鉄原料等のクリンカ原料を、前記(i)〜(iv)のボーグ式を用いて、前記セメント鉱物組成の範囲になるように調合する。ここで、カルシウム原料として石灰石、生石灰、および消石灰等が、ケイ素原料として珪石、および粘土等が、アルミニウム原料として粘土等が、鉄原料として鉄滓、および鉄ケーキ等が、イオウ原料として石膏等が挙げられる。
前記産業廃棄物として、例えば、石炭灰、生コンクリートスラッジ、建設汚泥、製鉄汚泥等の各種汚泥、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、高炉二次灰、建設廃材、およびコンクリート廃材等が挙げられる。
また、前記一般廃棄物として、例えば、浄水汚泥、下水汚泥、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻、および下水汚泥焼却灰等が挙げられる。
また、前記建設発生土として、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土などが挙げられる。
なお、調合原料の粉末度を調整する必要がある場合は、ボールミル等の原料粉砕機で前記ブレーン比表面積になるまで粉砕して調整する。
前記調合原料をロータリーキルン等の焼成炉で焼成した後、エアー・クエンチングクーラーなどで冷却することにより普通ポルトランドセメントクリンカが得られる。
ここで、焼成温度は、1300〜1550℃が好ましく、1350〜1500℃がより好ましい。該温度が1300〜1550℃の範囲であれば、水硬性の高いセメント鉱物が生成する傾向がある。また、焼成時間は、30〜120分が好ましく、40〜60分がより好ましい。該時間が30分未満では焼成が十分でなく、120分を超えると生産性が低下する。
1.使用材料
使用したポルトランドセメントクリンカA〜Dを表1に示す。また、該クリンカ等以外の使用材料は表2に示す。
表1に示す普通ポルトランドセメントクリンカA〜D、表2に示す二水石膏、および、トリエタノールアミンまたはジエチレングリコールを、表3に示すセメントの配合に従い混合した後、ボールミル(粉砕能力:86トン/時間)を用いて同時粉砕(一括粉砕)してポルトランドセメントを製造した。なお、前記ポルトランドセメントの製造に使用した石膏は二水石膏であり、II型無水石膏は使用しなかった。
JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠して、前記製造したポルトランドセメントセメントの、標準軟度水量(表3中では「水量」と略記した。)、凝結時間、および、材齢1日、3日、7日、および28日の圧縮強度を測定した。その結果を表3に示す。
表3に示すように、本発明のポルトランドセメントの製造方法を用いて製造したポルトランドセメント(実施例1〜8)の性状は、早強ポルトランドセメント(早強セメント)の性状と同等であるのに対し、比較例1〜5のセメントの性状は、早強ポルトランドセメントの性状とは異なる。
Claims (2)
- ボーグ式を用いて算出した下記のセメント鉱物組成を有する普通ポルトランドセメントクリンカ、二水石膏、およびトリエタノールアミンを混合して粉砕し、ブレーン比表面積が4300〜4700cm2/gのポルトランドセメントを製造する、ポルトランドセメントの製造方法であって、
前記ポルトランドセメント中の全SO3が2.5〜3.5質量%となるように二水石膏を混合し、かつ、普通ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対し、トリエタノールアミンを0.017〜0.043質量部混合する、ポルトランドセメントの製造方法
[セメント鉱物組成]
3CaO・SiO2: 55.0〜65.5質量%
2CaO・SiO2: 10.0〜20.0質量%
3CaO・Al2O3: 8.0〜11.0質量%
4CaO・Al2O3・Fe2O3: 8.5〜11.0質量% - 普通ポルトランドセメントクリンカと二水石膏の合計100質量部に対し、石灰石、高炉スラグ、およびフライアッシュから選ばれる1種以上を、5.3質量部以下混合して粉砕する、請求項1に記載のポルトランドセメントの製造方法。
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