JP4629170B2

JP4629170B2 - ポルトランドセメントクリンカおよびポルトランドセメント

Info

Publication number: JP4629170B2
Application number: JP08138399A
Authority: JP
Inventors: 順一郎箱島; 俊祐羽原; 牧彦市川; 清鯉渕; 純野川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; DC Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; DC Co Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000272939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポルトランドセメントクリンカ及びポルトランドセメントに関し、特に、リン含有量の高い廃棄物を含むセメント用原料を調製するにあたり、特定の添加物を配合して焼成されたポルトランドセメントクリンカ、および該クリンカから製造されたポルトランドセメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ゴミの焼却灰、下水汚泥及び該汚泥の焼却灰、並びに製鋼過程で生ずるスラグなどの産業副産物（以下、これらを総称して“廃棄物”という）は、増加の一途であり、その有効利用および再資源化が社会的に注目されている。
その再資源化の具体策として、廃棄物をポルトランドセメントの製造用原料に利用することが研究されている。
【０００３】
セメント工業において、上記廃棄物を原料として用いた場合、焼成過程において、廃棄物に多量に含有されているリン化合物（Ｐ₂Ｏ₅換算：0.3〜30重量％）の大半は、セメントクリンカ中に残存する。
そして、該クリンカ中のリン含有量が多いほど、セメントの圧縮強度の発現性に著しく悪い影響を与えることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、普通ポルトランドセメントクリンカのＰ₂Ｏ₅ 含有量は、多くても0.3重量％程度、大部分は0.1〜0.2重量％程度である。この程度の含有量では、セメントの特性、特に圧縮強度への影響は殆ど無視できるものであった。
【０００５】
しかし、前記廃棄物を原料に使用した場合には、該クリンカ中のＰ₂Ｏ₅含有量が1.0 重量以上％に達することも稀ではなく、含有量の増大に伴い圧縮強度への影響が著しく大きくなる。
例えば、上記のような高Ｐ₂Ｏ₅含有量のクリンカから製造されたセメントは、廃棄物を使用しない場合の材令7日の圧縮強度を基準（100％）にして比べると、Ｐ₂Ｏ₅ 含有量が0.5重量％のときの該強度は89％、0.8重量％のとき79％、1.0重量％のとき74％、1.3 重量％のとき59％というように、圧縮強度の発現性が急激に低下する（表２、比較例２〜５参照）という問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、
リン含有量の高い廃棄物を含むセメント用原料を焼成して得られるポルトランドセメントクリンカおよび該クリンカから製造されるポルトランドセメントの、・圧縮強度の発現性の低下を改善することのできる
“ポルトランドセメントクリンカ”及びそれを用いた“ポルトランドセメント”を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃棄物を含みＰ₂Ｏ₅含有量の高いセメント用原料に特定の添加物を配合した調合原料を焼成して得られるポルトランドセメントクリンカ、及び該クリンカより製造されたポルトランドセメントであることを特徴とし、これによって、上記目的を達成することができるものである。
【０００８】
すなわち、本発明の第１（ポルトランドセメントクリンカ）は、
「リン含有量の高い廃棄物を含むセメント用原料を焼成して得られるポルトランドセメントクリンカにおいて、
該セメント用原料にＭｇ添加物が配合された調合原料を焼成して得られたものであって、焼成後の前記クリンカー組成が、
（１）Ｐ _２Ｏ _５含有量が０．３以上１．０重量％未満のとき、ＭｇＯ含有量が１．０
〜５．０重量％、
（２）Ｐ _２Ｏ _５含有量が１．０〜２．０重量％のとき、ＭｇＯ含有量が２．０〜５．０
重量％、
になるようにＭｇ添加物が配合されていること」（請求項１）
を要旨とする。
【００１０】
また、本発明の第２（ポルトランドセメント）は、
「前記ポルトランドセメントクリンカと石膏とが同時粉砕されたもの、又は、個別に粉砕したのち混合したものであること」（請求項２）、を要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明の第１について説明する。
通常、廃棄物には、種々のリン化合物（以下“Ｐ化合物”という）が含有されており、廃棄物の履歴によって含れるＰ化合物も、また、含有量も異なる。
例えば、下水汚泥に含まれるＰ化合物と、熱処理後の下水汚泥焼却灰に含まれるＰ化合物とは同一ではない。
さらに、廃棄物中のＰ化合物は、含有量も一定していない。
なお、本発明では、Ｐ化合物をＰ₂Ｏ₅ 換算で0.3〜30重量％含む廃棄物を“リン含有量の高い廃棄物”と称する。
【００１２】
本発明の第１に係るポルトランドセメントクリンカは、上記のような廃棄物を含むセメント用原料に「Ｍｇ添加物」を配合し焼成したものである。
該Ｍｇ添加物を配合することによって、該クリンカから製造されたセメントの圧縮強度の発現性を改善することができる。
【００１３】
この発明でいう「Ｍｇ添加物」とは、Ｍｇを含む酸化物，炭酸塩，水酸化物などの単一化合物および複塩である。
・単一化合物としては、酸化マグネシウム，炭酸マグネシウム，水酸化マグネシウムなど、および
・複塩としては、ドロマイト，蛇紋岩，スピネル，高炉スラグなど
が含まれる。
これら単一化合物・複塩とも工業用・実験用副産物が使用できる。
【００１４】
前記調合原料中のＭｇを含む化合物には、原料自身が随伴する化合物と、本発明で配合されるＭｇ添加物とがある。
前者の原料に随伴し必然的に調合原料に混在するＭｇを含む化合物の量は、前記したように、ＭｇＯ換算で概ね1.0 重量％（焼成ベ−ス）以下の場合が多い。
【００１５】
廃棄物を含むセメント用原料のＰ₂Ｏ₅含有量は、だいたい2.5 重量％（焼成ベ−ス）以下である。
できれば、原料配合設計のおり、廃棄物のＰ₂Ｏ₅濃度を考慮してセメント用原料のＰ₂Ｏ₅含有量が0.3〜2.0重量％の範囲内に納まるように、廃棄物の配合量を決定するのが好ましい。
そのＰ₂Ｏ₅含有量の範囲に対して、ＭｇＯ換算で1.0〜5.0重量％になるようにＭｇ添加物を配合すれば、ほぼセメントの圧縮強度の低下を抑止する効果を十分に発揮する。さらに、配合設計で算出されたＰ₂Ｏ₅含有量の多寡に応じてＭｇ添加物を決め配合するのが、経済的でもあり好ましい。
【００１６】
より好ましくは、セメント用原料のＰ₂Ｏ₅含有量に対するＭｇＯ量は、次に示す範囲である。
▲１▼Ｐ₂Ｏ₅＜1.0重量％の場合；ＭｇＯ＝1.0〜5.0重量％
▲２▼Ｐ₂Ｏ₅＝1.0〜2.0重量％の場合；ＭｇＯ＝2.0〜5.0重量％
【００１７】
最も好ましい廃棄物の配合量は、調合原料中のＰ₂Ｏ₅含有量が2.0 重量％（焼成ベ−ス）以下にすることである。
その理由は、2.0重量％を超えた場合、
・Ｍｇ化合物を多量に配合しＭｇＯ含有量を多くしてもセメントの強度発現性を改善する効果の伸びが小さいことによるものである。
【００１８】
Ｍｇ添加物の配合は、調合原料中のＭｇＯ含有量が5.0 重量％（焼成ベ−ス）以下が好ましい。
5.0 重量％を超える場合、セメントの強度発現性の改善効果が低下すること、およびセメント硬化体が膨張しやすく長期安定性を阻害する原因となることから好ましくない。
なお、「JIS R 5210（ポルトランドセメント）」は、主に後者の理由からセメントに含まれるＭｇＯ含有量の上限を5.0重量％と規定している。
【００１９】
調合原料中のＭｇＯ含有量が1.0重量％（焼成ベ−ス）未満の場合、前記従来技術で説明したように、セメントの強度発現性の低下を改善する効果が小さく好ましくない。
【００２０】
廃棄物以外のセメント用原料は、従来と同様のものが使用される。
該廃棄物には、都市ゴミの焼却灰、下水汚泥、該汚泥の焼却灰、製鋼過程で生ずるスラグ（工業副産物）などが挙げられる。
調合原料を普通・早強・中庸熱・低熱・耐硫酸塩ポルトランドセメント用組成になるように調製すれば、それらに対応したポルトランドセメントクリンカを製造することができる。
該クリンカの製造方法は、慣用の装置、方法にしたがって行えば良く、これらについて、本発明は、特に限定するものではない。
【００２１】
次に、本発明の第２（ポルトランドセメント）について説明する。
この発明は、前記ポルトランドセメントクリンカを石膏と共に同時粉砕、または、個別に粉砕したのち混合することによって、クリンカに対応するそれぞれのポルトランドセメントが製造される。なお、セメントの生産性を考慮した場合、前者の同時粉砕することが好ましい。
該石膏としては、無水・半水・２水石膏を使用することができるが、好ましいのは、２水石膏である。
石膏の添加量は、ＳＯ₃換算で1〜3重量％が好ましい。
【００２２】
上記の粉砕方法は、慣用の装置を用いて行うことができる。
上記ポルトランドセメントの粉末度は、普通・中庸熱・低熱・耐硫酸塩ポルトランドセメントの場合、ブレ−ン比表面積で 3000〜3500ｃｍ²／ｇ、早強セメントの場合、ブレ−ン比表面積で 4000〜4500ｃｍ²／ｇが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。（なお、以下に記載の「実施例６，９，１６」は、いずれも「参考例」である。）
Ｐ₂Ｏ₅およびＭｇＯの各含有量（焼成ベ−ス：焼成後のクリンカー組成）を変化させたセメント用原料を多数調製し、焼成して得たクリンカから製造された普通ポルトランドセメントの圧縮強度の発現性（強度比）の比較を行なった。
【００２４】
（実施例１〜１６、比較例１〜５）
使用原料は、表１に記載の組成を有する石灰石，粘土，珪石，鉄滓，下水汚泥焼却灰およびドロマイト（Ｍｇ化合物）である。
それら原料を用いて、クリンカの組成比率を一定（ＨＭ：2.15，ＳＭ：2.4，ＩＭ：1.7）になるようにし、かつ、表２に示すＰ₂Ｏ₅ 含有量およびＭｇＯ含有量となるように慣用の方法で配合し混合して、調合原料を調製した（実施例１〜１６，比較例１〜５）。
各調合原料をＳＰロ−タリ−キルンを用いて1450℃で焼成し、普通ポルトランドセメントクリンカを得た。
なお、比較例１は、従来の組成に近いセメント用原料（Ｐ₂Ｏ₅ 含有量；0.1重量％およびＭｇＯ含有量；0.8 重量％（いずれも焼成ベ−ス））から製造された普通ポルトランドセメントクリンカである。
【００２５】
【表１】

【００２６】
各クリンカに２水石膏をＳＯ₃換算で2.4重量％添加し、混合粉砕してブレ−ン比表面積約3300ｃｍ²／ｇの試製普通ポルトランドセメントを製造した。
【００２７】
上記試製普通ポルトランドセメントについて、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）10. 強さ試験」の規定にしたがって、材令７日の圧縮強度（注）を測定した。
得られた測定値は、比較例１の測定値を基準（１００％）とし、前記試製普通ポルトランドセメントの測定値を除して「圧縮強度比（％）」を求めた。
得られた結果を表２に併記した。
（注）JIS R 5210（セメント）では、普通ポルトランドセメントの圧縮強度（材令７日）を「22.5Ｎ／ｍｍ²以上」と規定する。
【００２８】
【表２】

【００２９】
上記表２から、リン含有量が高い廃棄物を配合してＰ₂Ｏ₅を多量に含有させたセメント用原料にＭｇ添加物を配合しＭｇＯ含有量を高くした調合原料から製造された普通ポルトランドセメントの圧縮強度比を示す実施例１〜１６では、圧縮強度比の低下の減少が認められる。
【００３０】
これに対して、Ｍｇ添加物の配合をしていない、すなわちＭｇＯ含有量が少量（0.8 重量％）の調合原料から製造された普通ポルトランドセメントが圧縮強度比を急激に低下（比較例２〜５）させたのに対して、上記本発明の普通ポルトランドセメントは、圧縮強度の発現性が改善されていることが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上詳記したように、リン含有量が高い廃棄物を原料としたことにより生じた高Ｐ₂Ｏ₅含有のセメント用原料に、特定の添加物を配合した調合原料を焼成して得たポルトランドセメントクリンカおよび該クリンカと石膏と共に同時粉砕、または、個別に粉砕したのち混合して製造したポルトランドセメントであって、該特定の添加物を配合したことによって、従来著しく低下していた圧縮強度の発現性を改善する効果を奏する。
【００３２】
その結果、本発明は、セメント用の原料として廃棄物の配合量を増加することができるのみならず、よりリン含有量の高い廃棄物をも原料に使用できる途を開拓して、廃棄物処理に量的質的に多大な貢献をする点、および工業化するにあたり特別の手段を講じる必要がないので、実施化が容易なうえ経済的負担が軽微である点など、メリットは大きい。

Claims

リン含有量の高い廃棄物を含むセメント用原料を焼成して得られるポルトランドセメントクリンカにおいて、該セメント用原料にＭｇ添加物が配合された調合原料を焼成して得られたものであって、焼成後の前記クリンカー組成が、
（１）Ｐ _２Ｏ _５含有量が０．３以上１．０重量％未満のとき、ＭｇＯ含有量が１．０〜５．０重量％、
（２）Ｐ _２Ｏ _５含有量が１．０〜２．０重量％のとき、ＭｇＯ含有量が２．０〜５．０重量％、
になるようにＭｇ添加物が配合されていることを特徴とするポルトランドセメントクリンカ。
請求項１に記載のポルトランドセメントクリンカと石膏とが同時粉砕されたもの、または、個別に粉砕したのち混合したものであることを特徴とするポルトランドセメント。