JP3338843B2 - セメント用混和材料及びセメント組成物 - Google Patents
セメント用混和材料及びセメント組成物Info
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Description
びセメント組成物、詳しくは、パルプ製造工程又は製紙
工程において生じるパルプスラッジの焼却灰を用いたセ
メント用混和材料及びセメント組成物に関する。
たセメント組成物は、汎用セメントを用いた場合と同様
の強度・作業性をもってモルタルやコンクリートを形成
できるから、建設用材料として広く利用される。
て利用する試みは各方面でなされており、実用化もされ
ている。例えば、火力発電所から排出される石炭灰(フ
ライアッシュ)は低発熱コンクリート用のセメント添加
材料として実用されており、製鉄所から排出される高炉
スラグ(ノロ)はコンクリート用の骨材として実用され
ている。
て生じるパルプスラッジの焼却灰、換言すれば、パルプ
製造工場又は製紙工場若しくはパルプ−紙一貫製造工場
から排出されるパルプスラッジ焼却灰は、わが国だけで
も、年間50万トンにも達しているが、そのごく一部が土
壌改良剤や浄化システム用充填材に実用されているにす
ぎず、残りは廃棄されており、廃棄(埋立)用地や環境
保全の点で問題視されているのが現状である。
して有効利用する試みは、本発明者の知る限り、いまだ
提案も実用化もされていないが、本発明者は、その要因
を次のように考えている。
工場毎に粉末度や組成が大巾に相違しているものであっ
て、粉末度は概して1500〜 11000cm2/g の範囲内にある
が、排出工場によっては約1500〜2500cm2/g 程度のもの
もあれば、約 10000〜 11000cm2/g 程度のものもあり、
また、組成は SiO2 、Al2O3 及びCaO を共通して含有し
ているが、排出工場毎に三者の含有比にバラツキがある
ため、当業者間では、かかるパルプスラッジ焼却灰を建
設用材料、特に、定常性と安定性とが要求されるセメン
ト用混和材料として利用することは、到底不可能とされ
ていたものと考えている。
プスラッジ焼却灰の新規用途開発に従事しており、その
一環として、セメント用混和材料としての利用を、北越
製紙株式会社新潟工場(パルプ−紙一貫製造工場)から
排出されるパルプスラッジ焼却灰(粉末度1500〜2800cm
2/g )を対象として、検討してみたが、細骨材に対し約
20重量%程度混和した段階で、単位水量の増加、単位A
E剤量の増加及び粘着性の増加等ワーカビリティの低下
を招くと共に、これを用いたモルタルやコンクリートの
圧縮強度も大巾に低下してしまい、セメント用混和材料
として利用することは不可能であった。
前記パルプスラッジ焼却灰をセメント用混和材料として
有効利用することが、その使用量、経済性等の観点か
ら、わが国の現状に最も適していると判断し、更に検討
を重ねることにした。
灰をセメント用混和材料として実用化することを技術的
課題とするものである。
課題を達成するために、可能な限り、多種類の前記パル
プスラッジ焼却灰を入手し、それ等を対象に数多くの実
験・試作を重ねた結果、特定範囲の粉末度をもつパルプ
スラッジ焼却灰を、セメント過多の範囲で配合する場合
には、 SiO2 、Al2O3 及びCaO の含有比にバラツキがあ
っても、ワーカビリティの低下やモルタル又はコンクリ
ートの強度低下を招くことなく、セメント用混和材料と
して実用できるという刮目すべき知見を得、本発明を完
成したものである。
って達成できる。即ち、本発明は、パルプ製造工程又は
製紙工程において生じるパルプスラッジの焼却灰であっ
て、その粉末度が3000〜 12000cm2/g の範囲内にある粉
粒物からなるセメント用混和材料である。
料をセメントに対して、セメント過多の範囲、望ましく
は、当該混和材料:セメントの含有重量比が30:70より
もセメント過多の範囲で、配合してなるセメント組成物
である。
を用いてなるモルタル又はコンクリートである。本発明
の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
用いるパルプ製造工程又は製紙工程において生じるパル
プスラッジの焼却灰とは、パルプ製造工場、製紙工場及
びパルプ−紙一貫製造工場から、日々排出されているパ
ルプスラッジ焼却灰である。
却灰の粉末度が3000〜 12000cm2/gであることを必須と
する。粉末度が3000cm2/g 未満の場合には、モルタル又
はコンクリートの圧縮強度が低下して実用に耐えられ
ず、粉末度が 12000cm2/g を越える場合には、前記ワー
カビリティが低下、特に粘着性が増加してミキサー処理
が不可能となって実用できない。
が、産出時において3000〜 12000cm 2/g の範囲内にあれ
ば、勿論、そのまま用いればよいが、産出時において30
00cm 2/g 未満であれば、周知のボールミルや回転ミル等
の粉砕機によって粉砕して所要の粉末度の粉粒物に調整
しなければならない。
の通り、 SiO2 、Al2O3 及び CaOを共通して含有してお
り、その含有比は排出工場毎にバラツキがある。しか
し、粉末度が3000〜 12000cm2/g である場合には、 SiO
2 が約10〜60重量%(固形分)、Al2O3 が約10〜50重量
%(固形分)、CaO が約3〜50重量%(固形分)の範囲
内で、それぞれ変動しても使用できる。また、粉末度が
3000〜 12000cm2/g である場合には、Fe2O3 やMgO 等が
含有されていても使用できる。
用混和材料を配合するセメントは、市販の各種セメント
を対象とできるが、その配合量は、本発明に係るセメン
ト用混和材料がセメントに対して、セメント過多となる
範囲であることを必須とする。
材料:セメントの含有重量比率を約30:70よりもセメン
ト過多の範囲とすべきである。本発明に係るセメント用
混和材料の含有重量比率を大きくすればする程、セメン
トの代替品となるから、当然経済性はよくなるが、残念
ながら、混和材料過多の範囲になると前記ワーカビリテ
ィが低下、特に粘着性が増加してミキサー処理が不可能
となって実用できない。
を用いてモルタルやコンクリートを得るに当っては、市
販セメントを用いる場合と同様に、周知のミキサー等の
建設用機器を用いて、所要量の細骨材及び水を加えて混
練すればモルタルが、所要量の細骨材、粗骨材及び水を
加えて混練すればコンクリートが得られる。なお、AE
剤や減水剤の使用も市販セメントを用いる場合と同様に
すればよい。
程において生じるパルプスラッジ焼却灰の粉末度が3000
〜 12000cm2/g の範囲内である場合には、後出実施例及
び比較例に見られる通り、ワーカビリティの極端な低下
やモルタル又はコンクリートの圧縮強度低下を招くこと
なく、セメントの代替品として使用できるが、この現象
の理論的解明は未だ行えていない。
には、粉末度3000〜 12000cm2/g の範囲内にあるものを
セメントに対して20重量%配合したものを用いた硬化体
とセメント単独を用いた硬化体との細孔径を水銀圧入式
ポロシメーターで測定したデータがあり、当該データに
よれば、前者の細孔径の方が後者の細孔径よりも小さ
く、しかも、前者の細孔径は材令と共に微小化して行く
ことが確認できているので、本発明者は、前者に見られ
る特異な緻密化現象がセメント代替品としての機能発現
にかかわっているものと推定している。
構成と作用を具体的に説明するが、本発明は以下の実施
例に限定されるものではなく、本発明の趣旨と精神とを
逸脱せざる限り、その実施態様を変更することができ
る。
は市販の普通ポルトランドセメントを、細骨材は川砂
を、粗骨材は最大寸法25mmの砂利混り砕石を、水は水道
水を、それぞれ用いた。
定した。圧縮強度は各実施例及び各比較例に記載した手
法によって測定し、凍結融解抵抗性並びに乾燥収縮性の
測定は、それぞれ次の手法によって測定した。
験体を用い、打込み後1日間霧室養生して脱型したの
ち、材令28日まで20℃水中養生を行ったものを試験に供
した。試験体は3個1組とし、それらの平均値を試験値
とした。凍結融解性試験には1槽式水中凍結・水中融解
方式の凍結融解試験機(約 3.6時間/サイクル)を使用
し、供試体中心温度+4〜−18℃の範囲での凍結融解繰
返しを 300サイクルまで行い、凍結融解開始時及び凍結
融解50サイクルごとにはりのたわみ一次共鳴振動数によ
る相対動弾性係数と重量減少量を求めるとともに、試験
体外観を写真に記録して評価した。
を用い、試験体は3個1組としてそれらの平均値を試験
値とした。長さ変化の測定はJIS A−1129のダイヤ
ルゲージ法に従って行った。試験体は材令7日間、20℃
水中養生終了時を長さ変化測定の基点とし、その後、20
℃60%RHの恒温恒湿槽内に保管し、1、4、8及び13週
間後に、それぞれ長さ変化を測定し評価した。
から排出された組成・粉末度がそれぞれ異なっている表
1に示す9種のパルプスラッジ焼却灰を、それぞれ別個
に回転ミルで粉砕し、表1に示す粉末度の粉粒物とし
て、9種のセメント用混和材料を調製した。 (セメント組成物の調製)上記9種のセメント用混和材
料をセメントに対して、それぞれ当該セメント用混和材
料:セメントの含有重量比率が20:80となるように配合
して、9種のセメント組成物を調製した。 (モルタルの形成)上記9種のセメント組成物を用い
て、それぞれ当該セメント組成物 520Kg/m3(セメント
416Kg/m3 ・セメント用混合材料 104Kg/m3 )、細骨材1
040Kg/m3 及び水 336Kg/m3 の配合により常法に従って
モルタルとして、9種のモルタル試供品を得た。
後、1〜2日で脱型(1日では硬化が不十分で脱型が困
難なものは、霧室養生2日後に脱型)し、所定の材令
(7日、28日、91日)まで20℃で水中養生を行った。
いて、φ5×10cmの円柱形試験体を作成し、常法に従っ
て圧縮試験を行って測定した各圧縮強度値を表1に示し
た。なお、圧縮強度値は、試験体3個1組の平均値であ
る。
骨材1040Kg/m3 及び水336Kg/m3 の配合により常法に従
ってモルタルとして、比較品を得た。
で脱型し、所定の材令(7日、28日、91日)まで20℃で
水中養生を行った。実施例1〜9と同様にして求めた上
記比較品の圧縮強度値を表1に示した。 (考察)前記実施例1〜9及び比較例1から、組成・粉
末度が、 SiO2 :28.07 〜33.27 重量%、Al2O3 :21.1
5 〜39.05 重量%、CaO :11.61 〜22.80 重量%、Fe2O
3 :1.17〜3.28重量%、MgO :6.83〜9.89重量%・粉末
度:1450〜2840cm2/g と変動するパルプスラッジ焼却灰
を用いても、粉末度を7270〜7960cm2/g の範囲に調整す
ることによって、セメントの20重量%を前記セメント用
混和材料により代替した場合に、セメント単独による場
合とほぼ同等の圧縮強度をもち、実用できるモルタルが
形成できることが確認できる。
から排出された組成が SiO2 32.5 重量%、Al2O3 31.
3 重量%、 CaO 15.2重量%、Fe2O3 2.0重量%、MgO
17.5 重量%、強熱減量分 1.2 重量%で、粉末度が 1
0270cm2/g であるパルプスラッジ焼却灰を、そのままセ
メント用混和材料とした。 (セメント組成物の調製)上記セメント用混和材料をセ
メントに対し、当該セメント用混和材料:セメントの含
有重量比率を、表2に示す通り10:90〜30:70の範囲内
で、変更して配合し、8種のセメント組成物を調製し
た。 (コンクリートの形成)上記8種のセメント組成物と細
骨材、粗骨材、水、市販のAE剤(ヴイルソン:商品
名:山宗化学社製)及び市販の減水剤(マイティ2000W
H:商品名:花王社製)とを用い、配合量を、表2に示
す通り種々変更し、常法に従ってコンクリートとして、
8種のコンクリート試供品を得た。
ト打込み後、24時間霧室養生して脱型し、所定の材令
(7日、28日、91日、180 日)まで20℃水中養生を行っ
た。上記8種のコンクリート試供品のそれぞれについ
て、φ10×20cmの円柱形試験体を作成し、常法に従って
圧縮試験を行って測定した各測定値を表2に示した。な
お圧縮強度値は、試験体3個1組の平均値である。
の含有重量比率、セメント・セメント用混和材料・細骨
材・粗骨材・水の各単位量、水:セメントの重量比、A
E剤・減水剤の各配合量を併せて示した。
材、水、市販のAE剤(前出)及び市販の減水剤(前
出)を用い、配合量を表2に示す通り種々変更し、常法
に従ってコンクリートとして、3種の比較品を得た。
後、24時間霧室養生して脱型し、所定の材令(7日、28
日、91日、180 日)まで20℃水中養生を行った。上記3
種の比較品のそれぞれについて、実施例10〜17と同様に
して求めた圧縮強度値を表2に示した。
の各単位量、水:セメントの重量比、AE剤・減水剤の
各配合量を併せて示した。 実施例18〜22 (セメント用混和材料の調製)パルプ−紙一貫製造工場
から排出された組成が SiO2 49.8 重量%、Al2O3 22.
0 重量%、CaO 5.6重量%、Fe2O3 2.1重量%、MgO 1
9.6 重量%、強熱減量分 2.6 重量%で、粉末度が 112
50cm2/g であるパルプスラッジ焼却灰を、そのままセメ
ント用混和材料とした。 (セメント組成物の調製)上記セメント用混和材料をセ
メントに対し、当該セメント用混和材料:セメントの含
有重量比率を、表3に示す通り10:90〜20:80の範囲内
で、変更して配合し、5種のセメント組成物を調製し
た。 (コンクリートの形成)上記5種のセメント組成物と細
骨材、粗骨材、水、市販のAE剤(前出)及び市販の減
水剤(前出)とを用い、配合量を、表3に示す通り種々
変更し、常法に従ってコンクリートとして、5種のコン
クリート試供品を得た。
ト打込み後、24時間霧室養生して脱型し、所定の材令
(7日、28日、91日、180 日)まで20℃水中養生を行っ
た。上記5種のコンクリート試供品のそれぞれについ
て、実施例10〜17と同様にして求めた圧縮強度値を表3
に示した。
の含有重量比率、セメント・セメント用混和材料・細骨
材・粗骨材・水の各単位量、水:セメントの重量比、A
E剤・減水剤の各配合量を併せて示した。
組成が SiO2 44.3 重量%、Al2O3 32.9 重量%、CaO
7.8重量%、Fe2O3 0.8重量%、MgO 11.9 重量%、強
熱減量分 2.8 重量%で、粉末度が 2480cm2/gであるパ
ルプスラッジ焼却灰を、そのままセメント用混和材料と
した。 (セメント組成物の調製)上記セメント用混和材料をセ
メントに対し、当該セメント用混和材料:セメントの含
有重量比率を、表3に示す通り10:90〜30:70の範囲内
で、変更して配合し、3種の比較用セメント組成物を調
製した。 (コンクリートの形成)上記3種の比較用セメント組成
物と細骨材、粗骨材、水、市販のAE剤(前出)及び市
販の減水剤(前出)とを用い、配合量を、表3に示す通
り種々変更し、常法に従ってコンクリートとして、3種
の比較品を得た。
後、24時間霧室養生して脱型し、所定の材令(7日、28
日、91日、 180日)まで20℃水中養生を行った。上記3
種の比較品のそれぞれについて、実施例10〜17と同様に
して求めた圧縮強度値を表3に示した。
骨材 821Kg/m3 、粗骨材1062Kg/m3 及び水 132Kg/m3 の
配合で、水:セメントの重量比50%によって、常法に従
ってコンクリートとして、比較品を得た。
1日で脱型し、所定の材令(7日、28日、91日、 180
日)まで20℃で水中養生を行った。実施例1〜9と同様
にして求めた上記比較品の圧縮強度値を表3に示した。
較例8のコンクリートとの凍結融解抵抗性並びに乾燥収
縮性とを測定した結果、各コンクリート間には殆んど差
がなかった。 (考察)前記実施例10〜22及び比較例2〜8から、組成
が異なるパルプスラッジ焼却灰を用いても、その粉末度
が約 10000cm2/g 近傍のものであれば、セメントの10〜
30重量%を代替しても、セメント単独の場合とほぼ同等
の強度をもち、実用できるコンクリートが形成できるこ
とが確認できる。
境保全の点で問題視されているパルプ製造工程又は製紙
工程において生じるパルプスラッジ焼却灰の有効利用を
図ることができる。
ジ焼却灰を、ワーカビリティの低下やモルタル又はコン
クリートの強度低下を殆んど招くことがないセメント用
混和材料として定常性と安定性とをもって実用すること
が可能となる。
ラッジ焼却灰が所定の粉末度であればそのままセメント
用混和材料として用いることができると共に、所定の粉
末度でない場合にも、単に粉砕して所定の粉末度とする
だけでセメント用混和材料として用いることができる。
らすれば、その一部(例えば20重量%)を本発明に係る
セメント用混和材料によって代替した場合にもたらされ
る経済的効果は極めて顕著なものがあるといえる。
Claims (6)
- 【請求項1】 パルプ製造工程又は製紙工程において生
じるパルプスラッジの焼却灰であって、その粉末度が30
00〜 12000cm2/g の範囲内にある粉粒物からなるセメン
ト用混和材料。 - 【請求項2】 パルプ製造工程又は製紙工程において生
じるパルプスラッジの焼却灰が、固形分で約10〜60重量
%の SiO2 と固形分で約10〜50重量%のAl2O 3 と固形分
で約3〜50重量%のCaO とを含有している請求項1記載
のセメント用混和材料。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のセメント用混和材
料をセメントに対して、セメント過多の範囲で、配合し
てなるセメント組成物。 - 【請求項4】 セメント用混和材料がセメントに対し
て、セメント用混和材料:セメントの含有重量比率が3
0:70よりもセメント過多の範囲で配合されている請求
項3記載のセメント組成物。 - 【請求項5】 請求項3記載のセメント組成物を用いた
モルタル。 - 【請求項6】 請求項3記載のセメント組成物を用いた
コンクリート。
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JP22132093A JP3338843B2 (ja) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | セメント用混和材料及びセメント組成物 |
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