JP5907446B1 - セメントクリンカ及びセメント組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、廃棄物をセメントクリンカ原料として用いたセメント組成物の流動性の低下を抑制することが種々検討されている。
特許文献3には、セメントクリンカ原料として酸化リンを用いることが記載されている。
特許文献4には、クリンカ化合物の組成を特定の範囲に調整することが記載されている。
特許文献1乃至4には、これらのセメントクリンカをセメント組成物として用いた場合に流動性の低下が抑制できることが記載されている。
Al2O3を6.0質量%以上8.0質量%以下、SO3を0.7質量%以上2.2質量%以下、Fを0.01質量%以上0.3質量%以下、TiO2を0.1質量%以上0.8質量%以下、P2O5を0.2質量%以上0.5質量%以下、Srを0.01質量%以上0.5質量%以下含み、C 3 Sを40質量%以上70質量%以下、C 2 Sを5質量%以上35質量%以下、C 3 Aを11質量%以上16質量%以下、C 4 AFを7質量%以上11質量%以下含むセメントクリンカであって、
前記Al2O3の含有量(質量%)と、前記SO3の含有量(質量%)と、前記Fの含有量(質量%)と、前記TiO2の含有量(質量%)と、P2O5の含有量(質量%)とが下記式1を満たす関係である。
Al2O3の含有量≦αSO3の含有量+γTiO2の含有量+εP2O5+η・・・(1)
(但し、α=10.3×Fの含有量+1.3、γ=−2.8、ε=3.5、η=−13×Fの含有量+5.4)
θSO3≦βP2O5+δ・・・(2)
(但し、θ=−1.6×Fの含有量+1、β=4.4、δ=0.3)
本実施形態のセメントクリンカは、Al2O3を6.0質量%以上8.0質量%以下、SO3を0.7質量%以上2.2質量%以下、Fを0.01質量%以上0.3質量%以下、TiO2を0.1質量%以上0.8質量%以下、P2O5を0.2質量%以上0.5質量%以下、Srを0.01質量%以上0.5質量%以下含むセメントクリンカであって、
前記Al2O3の含有量(質量%)と、前記SO3の含有量(質量%)と、前記Fの含有量(質量%)と、前記TiO2の含有量(質量%)と、P2O5の含有量(質量%)とが下記式1を満たす関係であるセメントクリンカである。
Al2O3の含有量≦αSO3の含有量+γTiO2の含有量+εP2O5+η・・・(1)
(但し、α=10.3×Fの含有量+1.3、γ=−2.8、ε=3.5、η=−13×Fの含有量+5.4)
セメントクリンカ中のAl2O3はクリンカの原料に由来するものである。
また、実施形態のセメントクリンカ中のAl2O3の好ましい含有量としては、経済性の観点からは、6.5質量%以上8.0質量%以下、より好ましくは7.0質量%以上8.0質量%以下、さらにより好ましくは7.5質量%以上8.0質量%以下が挙げられる。
Srは、微量金属として、各種原料に含まれている場合があり、セメントクリンカ中における含有量が多すぎると、セメント組成物の流動性に影響を及ぼす。Srが、セメント組成物の流動性に影響を与える具体的な理由は定かではないが、前述のように、Al2O3の含有量に対するSO3の含有量を特定の範囲に調整することで、C3Aの増加を抑制する場合に、Srが特定の量を超えて含まれていると、C3Aの増加抑制を抑制する虞があると考えられる。従って、Srの含有量を前記範囲に調整することで、セメント組成物の流動性の低下を抑制することができる。
セメントクリンカ中のAl2O3、SO3、F(フッ素)、TiO2、Sr及びP2O5の含有量が前記範囲であって且つかかる式を満たす関係であることで、Al2O3が比較的多い状態でも十分にセメント組成物とした場合の流動性及び強度の低下を抑制できる。
θSO3≦βP2O5+δ・・・(2)
(但し、θ=−1.6×Fの含有量+1、β=4.4、δ=0.3)
特に、SO3の含有量(質量%)とP2O5の含有量(質量%)とF(フッ素)の含有量(質量%)とが上記式2を満たすような関係であるセメントクリンカを用いたセメント組成物は、例えば、JIS 5201に記載された方法で測定される28日後の圧縮強さが60N/mm2以上のようなより高い強度が得られる。
C3S=40質量%以上70質量%以下、C2S=5質量%以上35質量%以下、C3A=11質量%以上16質量%以下、C4AF=7質量%以上11質量%以下。
尚、本実施形態でクリンカ化合物の含有量は、JIS R 5202「ポルトランドセメントの化学分析方法」にて分析し、ボーグ式を用いてC3S、C2S、C3A、C4AFを算出することで得られる値をいう。
中でも、Al2O3の含有量が前記範囲であることから、ポルトランドセメント用のセメントクリンカとして本実施形態のセメントクリンカは好適である。
尚、本実施形態では、セメントクリンカの原料には、前記調合原料に加えて、原燃料も含む。
原燃料としては、オイルコークス、石炭、再生油等が挙げられる。
中でも、オイルコークスは、SO3の供給源となるため、セメントクリンカ中のSO3の含有量を調整しやすくなり好ましい。
粘土代替原料として使用されうる廃棄物としては、石炭灰、建設発生土、鉱滓、下水汚泥焼却灰等の焼却灰、下水汚泥等の汚泥等が挙げられる。
これらの、廃棄物、特に粘土代替原料として使用されうる廃棄物には、通常、Al2O3を比較的多く含む。従って、廃棄物をセメントクリンカの原料として用いた場合には、クリンカ中のAl2O3が多くなり、セメントクリンカをセメント組成物とした場合に流動性の低下の一因となる。
また、下水汚泥や下水汚泥焼却灰等は、P2O5の供給源となるため、セメントクリンカ中のP2O5の含有量を調整しやすくなり好ましい。
本実施形態のセメントクリンカは、前記のような範囲の量のAl2O3と、前記のような範囲の量のSO3とを含み、且つ、Al2O3の含有量、SO3及び他の成分の含有量が、前記式1の関係を満たすことにより、流動性の低下を抑制することができる。
従って、アルミニウムを多く含む廃棄物をセメントクリンカの原料として比較的多量用いることができる。
原料原単位における石灰石及び廃棄物の量が前記範囲である場合には、廃棄物を比較的多く使用しつつ、流動性の低下を十分に抑制できる。
あるいは、廃棄物は原燃料の一部として焼成炉に投入されてもよい。
本実施形態のセメント組成物は、前述のような本実施形態のセメントクリンカと、石膏とを含む。
石膏としては、特に限定されるものではないが、無水石膏(CaSO4)、半水石膏(CaSO4・0.5H2O)、二水石膏(CaSO4・2H2O)等が挙げられる。
混合材は、通常用いられるセメントクリンカ、石膏以外のセメント組成物の混合成分であれば特に限定されるものではない。
例えば、混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ、石灰石微粉末などが挙げられる。
コンクリート用のセメント組成物として用いる場合には、さらに細骨材及び粗骨材を配合することができる。
モルタル用のセメント組成物として用いる場合には、さらに細骨材を配合することができる。
前述のように本実施形態のセメントクリンカは、Al2O3を比較的多く含んでいても、流動性の低下が抑制できるため、アルミニウムを多く含む廃棄物をセメントクリンカの原料として比較的多く用いても、流動性が低下しにくいセメントクリンカとなる。
よって、廃棄物を多く原料として再利用することが可能となる。
まず、原料として石灰石、珪石、粘土代替原料、高炉粉を用いて表1に示す配合で混合粉砕し、レンガ状に成型したものを電気炉にて1425〜1475℃で1〜2時間焼成し、セメントクリンカを得た。焼成条件はf−CaOが0.4〜0.9%になるよう調整した。得られたセメントクリンカに半水石膏および石灰石を添加し、ブレーン比表面積3300±50cm2/gになるようボールミルにて粉砕した。
さらに、SO3、Sr、TiO2、F(フッ素)、P2O5、の含有量の調整には試薬特級のH2SO4、SrCO3、TiO2、CaF2、P2O5を用いて、表2に記載の含有量になるように原料に添加した。
各セメントクリンカ中に含まれるAl2O3、SO3、F(フッ素)、TiO2、Sr、P2O5の含有量を測定した結果を表2に示す。
{(10.3×Fの含有量+1.3)×SO3の含有量}+(−2.8×TiO2の含有量)+(3.5×P2O5の含有量)+(−13×Fの含有量+5.4)・・・(3)
{(4.4×P2O5の含有量)+0.3}÷(−1.6×Fの含有量+1)・・・(4)
粉体セメント組成物に水を水/セメント比0.5になるように添加してペースト状のセメント組成物を得た。
このペースト状のセメント組成物の2分間20℃の条件で混練した際の粘度を、粘度計(HAAKE社製)で測定した。尚、せん断速度500s−1時のせん断応力を測定し、このときの見かけ粘度を粘度として表2に記載とした。
強度の評価としては、強度が58N/mm2以上を○、60N/mm2以上を◎、58N/mm2未満を×として評価した。結果を表2に示す。
尚、粘度の評価としては、粘度が130mPa・s超を×、130mPa・s以下を○として評価した。
すなわち、すべての実施例のセメント組成物の流動性は良好(○)であった。
すなわち、実施例のセメントクリンカのAl2O3の含有量(質量%)と、前記SO3およびP2O5の含有量(質量%)とは下記式1を満たす関係であることが判明した。
Al2O3の含有量≦αSO3の含有量+γTiO2の含有量+εP2O5+η・・・(1)
(但し、α=10.3×Fの含有量+1.3、γ=−2.8、ε=3.5、η=−13×Fの含有量+5.4)
θSO3≦βP2O5+δ・・・(2)
(但し、θ=−1.6×Fの含有量+1、β=4.4、δ=0.3)
また、P2O5の含有量が多い比較例13及び14では、強度が58N/mm2未満であり、強度の維持が十分ではなかった。
Claims (5)
- Al2O3を6.0質量%以上8.0質量%以下、SO3を0.7質量%以上2.2質量%以下、Fを0.01質量%以上0.3質量%以下、TiO2を0.1質量%以上0.8質量%以下、P2O5を0.2質量%以上0.5質量%以下、Srを0.01質量%以上0.5質量%以下含み、C 3 Sを40質量%以上70質量%以下、C 2 Sを5質量%以上35質量%以下、C 3 Aを11質量%以上16質量%以下、C 4 AFを7質量%以上11質量%以下含むセメントクリンカであって、
前記Al2O3の含有量(質量%)と、前記SO3の含有量(質量%)と、前記Fの含有量(質量%)と、前記TiO2の含有量(質量%)と、P2O5の含有量(質量%)とが下記式1を満たす関係であるセメントクリンカ。
Al2O3の含有量≦αSO3の含有量+γTiO2の含有量+εP2O5+η・・・(1)
(但し、α=10.3×Fの含有量+1.3、γ=−2.8、ε=3.5、η=−13×Fの含有量+5.4) - 前記SO3の含有量(質量%)と、前記P2O5の含有量(質量%)と、前記Fの含有量(質量%)とが下記式2を満たす関係である請求項1に記載のセメントクリンカ。
θSO3≦βP2O5+δ・・・(2)
(但し、θ=−1.6×Fの含有量+1、β=4.4、δ=0.3) - 原料原単位は、石灰石が1000kg/トン以上1200kg/トン以下、石炭灰、建設発生土、鉱滓、焼却灰及び汚泥からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の廃棄物が200kg/トン以上500kg/トン以下である請求項1又は2に記載のセメントクリンカ。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のセメントクリンカと石膏とを含むセメント組成物。
- さらに、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の混合材を含む請求項4に記載のセメント組成物。
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