セメント組成物
【課題】クリンカー原料としての塩素含有廃棄物の使用量を増加させた場合でも、キルン排ガスの抽気量を増やすことなく製造でき、また、セメントの品質に悪影響を与えず、さらに、従来より低温で焼成することができるうえ、塩素バイパスダストも利用できるセメント組成物を提供する。
【解決手段】(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有するセメント組成物。
【解決手段】(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有するセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーを使用したセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市ゴミ焼却灰をはじめとする塩素含有廃棄物の著しい増加により、その処理が大きな社会問題になっている。すなわち、これら廃棄物の有効利用、再資源化は各方面で進められているが、決定的な方法はなく、多くは投棄されているが現状であり、この投棄も投棄地の不足、投棄地で発生する二次公害などの問題を生じている。このため、これらの廃棄物を資源として再利用する方法を開発することが緊急課題となっている。
セメント産業においても、産業廃棄物、一般廃棄物等の廃棄物・副産物を、原料として大量に使用したセメントクリンカーの開発が行われている。
【０００３】
一般に、セメントクリンカーをキルンにて焼成する場合、セメント原料から持ち込まれる塩素は、キルン・プレヒータ系内で循環することにより次第に濃縮されて平衡状態に達し、セメント原料から持ち込まれる塩素量とセメントクリンカーにより系外へ持ち出される塩素量とが等しくなることが知られている。このため、セメント原料から持ち込まれる塩素量が多いと、セメントクリンカー中に含まれる塩素量も多くなり、製品としてのセメントの品質に悪影響を与えるおそれがある。また、系内の塩素量が多くなると、低融点化合物が形成されるためにプレヒータサイクロンが閉塞して、キルンの安定運転が損なわれるおそれがある。
【０００４】
そこで、従来、キルン排ガスをプローブにより抽気するとともに、プローブ内に外気を取り入れて一次冷却し、サイクロンで粗粉を分離した後、冷却器で二次冷却し、さらに集塵機で高塩素濃度の微粉ダストを回収する塩素バイパス設備により、キルン・プレヒータ系内の塩素量を低減することが行われている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、近年の塩素含有廃棄物の著しい増加に対処するため、このような塩素含有廃棄物の原料としての使用量を増加させる場合には、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失が大きくなるとともに、大量に発生するダスト（以降、「塩素バイパスダスト」と称する）の処理を行う必要があり、効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
また、一般に、セメントクリンカーの焼成には大量のエネルギーが必要である。すなわち、セメントクリンカーの焼成に必要とされる温度は1450〜1470℃であり、このような高温を維持するために大量の燃料が消費されている。そのため、焼成温度を低下させ、燃料使用量を削減することも求められている。
【特許文献１】特開平１１−３５３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させた場合でも、キルン排ガスの抽気量を増やすことなく製造でき、また、セメントの品質に悪影響を与えず、さらに、従来より低温で焼成することができるうえ、塩素バイパスダストも利用できるセメント組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる実情に鑑み、本発明者らは、鋭意検討した結果、フッ素、SO3及び塩素の含有量を特定の範囲内としたセメントクリンカーと、塩素含有物を組合せることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有することを特徴とするセメント組成物を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセメント組成物は、産業廃棄物、一般廃棄物等の原料としての使用量を増やすことができるので、廃棄物の有効利用の促進に貢献することができる。
また、本発明で使用するセメントクリンカーは、従来より低温で焼成して製造することができるので、燃料使用量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明で使用するセメントクリンカーは、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、好ましくは450〜1800mg/kg、特に好ましくは500〜1500mg/kgである。フッ素の含有量が400mg/kg未満では、焼成温度を低下させることが困難である上、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させようとした場合、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失も大きくなる。一方、フッ素の含有量が2000mg/kgを超えると、凝結遅延や強度低下など、セメント組成物の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１２】
また、本発明のセメントクリンカーは、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、好ましくは0.6〜2.0質量％、特に好ましくは0.7〜1.5質量％である。SO3含有量が0.5質量％未満では、焼成温度を低下させることが困難である上、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させようとした場合、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失も大きくなる。一方、SO3含有量が2.5質量％を超えると、プレヒータサイクロンが閉塞してキルンの安定運転が損なわれるおそれがある上、初期強度の低下など、セメント組成物の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１３】
さらに、本発明のセメントクリンカーは、塩素の含有量が50〜250mg/kg、好ましくは70〜200mg/kg、特に好ましくは100〜150mg/kgである。塩素の含有量が50mg/kg未満では、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させることが困難であり、焼成温度を低下させることもできない。一方、塩素の含有量が250mg/kgを超えると、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失が大きくなる。
【００１４】
なお、本発明において、セメントクリンカー中のフッ素、SO3及び塩素の含有量は、JIS R 5202（ポルトランドセメントの化学分析方法）により測定される。
【００１５】
本発明のセメントクリンカーは、塩素含有廃棄物を原料として製造される。塩素含有廃棄物としては、例えば、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、下水汚泥乾粉、都市ゴミ焼却灰などが挙げられる。
【００１６】
また、塩素含有廃棄物以外の原料として、例えば、生コンスラッジ、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、貝殻等の廃棄物や、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、廃土壌等の発生土を使用することもできる。
さらに、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料；珪石、粘土等のSiO2原料；粘土等のAl2O3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
【００１７】
これらの原料を使用し、フッ素及びSO3の含有量を前記特定量に調整できない場合には、フッ素原料として、蛍石のほか、フッ素汚泥等を使用することができ、SO3原料として、石膏、廃石膏ボード、ぺトコークス、廃硫酸、硫黄（石油回収硫黄等）などを使用することができる。
【００１８】
本発明のセメントクリンカーの具体例としては、各種ポルトランドセメントクリンカーのほか、水硬率（H.M.）を1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）を1.3〜3.0、鉄率（I.M.）を1.3〜2.8に調整したセメントクリンカー等が挙げられる。特に、廃棄物の有効利用を促進する観点から、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカーであるのが好ましい。
【００１９】
本発明のセメントクリンカーは、上記のような原料を、目的とするセメントクリンカーが得られるような組成で混合した後、ロータリーキルンを用いて焼成し、冷却することにより製造することができる。
【００２０】
各原料を混合する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
燃料は、主原料である石炭のほか、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック、木屑、ゴミ固形化燃料等を使用することができる。なお、これらの燃料には、フッ素、SO3や塩素が含まれているものもあり、これらの燃料を、フッ素源、SO3源、塩素源として使用することができる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用を促進する観点から、塩素含有廃棄物等の廃棄物原料（発生土を含む）や燃料代替廃棄物を、セメントクリンカー１tonあたり、300〜600kg使用するのが好ましい。
【００２１】
焼成温度は、1250〜1400℃、特に1300〜1400℃が好ましい。焼成温度が1250℃未満では、十分な焼成が困難であり、1400℃を超えると、塩素の含有量を50〜250mg/kgとすることが困難となり、塩素含有廃棄物の使用量を増加することができない。また、この範囲内であれば、焼成温度を低下させるという本発明の目的を達成することができる。
【００２２】
焼成時間は、30〜120分、特に40〜60分であるのが好ましい。
また、セメントクリンカーを冷却する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
【００２３】
セメントクリンカーの製造においては、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気するのが好ましい。キルン排ガスの一部を抽気することにより、塩素含有廃棄物の使用量をより増加させることができる。キルン排ガスの抽気率（キルン窯尻排ガス量に対する抽気割合）は、10％以下、特に２〜８％であるのが好ましい。キルン排ガスの抽気率が10％を超えると、熱損失が大きくなるとともに、大量の塩素バイパスダストが発生するので、その処理に手間がかかるので好ましくない。
【００２４】
本発明で使用する塩素含有物としては、塩素を0.5質量％以上含有するものが好ましい。具体的な塩素含有物としては、塩化カルシウムや塩化カリウム等の塩化物、JIS R 5214に規定される速硬エコセメントや速硬エコセメントクリンカーの粉砕物、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物等が挙げられる。本発明においては、廃棄物の有効利用の促進やセメント組成物の強度発現性等の観点から、塩素含有物として、速硬エコセメントや速硬エコセメントクリンカーの粉砕物、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用することが好ましく、特に塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用することが好ましい。
これらの塩素含有物のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性等から、2500〜10000cm2/gであることが好ましく、3000〜7000cm2/gであることがより好ましい。
【００２５】
本発明で使用する石膏としては、ニ水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
石膏のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2000〜10000cm2/gであることが好ましく、2500〜8000cm2/gであることがより好ましい。
【００２６】
本発明のセメント組成物は、上記セメントクリンカー粉砕物と、塩素含有物と、石膏を含有するものである。塩素含有物の添加量は、セメント組成物中の塩素量が50〜350mg/kg、好ましくは100〜300mg/kg、より好ましくは200〜250mg/kgとなる量とすることが好ましい。セメント組成物中の塩素量が50mg/kg未満では、セメント組成物の初期強度発現性が低下することがある。また、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用する場合には、その添加量が少なくなり、塩素バイパスダストの有効利用促進の観点からも好ましくない。一方、セメント組成物中の塩素量が350mg/kgを越えると、セメント組成物の流動性が低下する。また、鉄筋コンクリートに使用した場合、鉄筋が発錆する可能性が高くなる。
石膏量は、セメント組成物の流動性や強度発現性の観点から、セメント組成物中全SO3換算で1〜6質量％とすることが好ましく、2〜4質量％とすることがより好ましい。
【００２７】
本発明のセメント組成物は、上記各材料を混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、セメントクリンカー粉砕物と塩素含有物と石膏を混合しても良いし、セメントクリンカ−と塩素含有物を混合した後に粉砕しこれに石膏を添加しても良い。さらには、セメントクリンカーと塩素含有物と石膏を混合し粉砕しても良い。
なお、セメントクリンカー粉砕物と他の材料を混合する場合は、セメントクリンカー粉砕物のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4200cm2/gであることがより好ましい。一方、セメントクリンカーを他の材料と同時に粉砕する場合は、セメント組成物のブレーン比表面積は、その流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4200cm2/gであることがより好ましい。
【００２８】
本発明のセメント組成物においては、さらに、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末や、2CaO・SiO2(以降、C2Sと称す)及び2CaO・Al2O3・SiO2(以降、C2ASと称す)を必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと称す)を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3(以降、C3Aと称す)の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物、を含有することができる。
【００２９】
高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有するセメント組成物では、水和熱の低減や、流動性の向上、耐久性や長期強度発現性の向上等を図ることができる。
C2S及びC2ASを必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋C4AFを10〜100質量部含有し、かつ、C3Aの含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有するセメント組成物では、水和熱の低減や、流動性の向上を図ることができる。また、上記焼成物は、産業廃棄物等を原料とするものであるので廃棄物の有効利用の促進を進めることができる。
【００３０】
本発明において、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、石灰石粉末のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性、強度発現性等の観点から、2500〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、3000〜10000cm2/gであることがより好ましく、4000〜9000cm2/gであることが更に好ましい。
また、高炉スラグ粉末の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで80質量％以下、特に75質量％以下となる量とするのが好ましい。フライアッシュ、珪石粉末又は石灰石粉末の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点からセメント組成物中内割りで50質量％以下、特に40質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、この場合のセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００３１】
本発明において、シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、入手のし易さや、セメント組成物の流動性、強度発現性等の観点から、5〜20m2/gであることが好ましく、特に流動性、強度発現性の観点から、6〜18m2/gであることがより好ましく、7〜15m2/gであることが更に好ましい。また、シリカフュームの配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで40質量％以下、特に30質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、この場合のセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００３２】
本発明のセメント組成物は、C2S及びC2ASを必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋C4AFを10〜100質量部含有し、かつ、C3Aの含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有することができる。該焼成物は、C2S及びC2ASを必須成分とするもので、C2S100質量部に対して、C2ASを10〜100質量部、好ましくは20〜90質量部含有するものである。C2AS含有量が10質量部未満では、セメント組成物の流動性が悪くなる。また、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するC2Sも水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、セメント組成物の強度発現性を大きく低下させることがある。一方、C2AS含有量が100質量部を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下することがある。
【００３３】
また、焼成物は、C2S100質量部に対するC3Aの含有量が20質量部以下、好ましくは10質量部以下のものである。C3Aの含有量が20質量部を超えると、セメント組成物の水和熱が大きくなり、流動性も悪くなる。
【００３４】
また、上記焼成物は、P2O5を0.2〜8.0質量％（より好ましくは0.5〜6.0質量％）、アルカリ（Na2O+K2O）を0.4〜4.0質量％（より好ましくは0.5〜3.5質量％）含有することが好ましい。P2O5やアルカリを前記範囲で含有した場合、C2Sを活性化させるため、C3Aなどのカルシウムアルミネートがない場合でも、セメント組成物の強度発現性が良好になる。そして、カルシウムアルミネートが少なくなるほど、セメント組成物の流動性も良好でかつ水和熱も低くなる。
なお、焼成物中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等から、1.5質量％以下、特に1.0質量％以下であるのが好ましい。
【００３５】
上記焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば石炭灰；生コンスラッジ、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥、赤泥等の各種汚泥；ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設廃材、コンクリート廃材などが挙げられ；一般廃棄物としては、例えば下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
また、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料も使用することができる。
【００３６】
なお、焼成物の原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上（以下、廃棄物原料と称する）を原料として用いた場合、C4AFが生成することがあるが、本発明においては、焼成物のC2ASの一部、好ましくはC2AS質量の70質量％以下がC4AFで置換されても良い。C4AFがこの範囲を超えて置換されると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。
【００３７】
焼成物の鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量（質量％）から、次式により求めることができる。
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A ＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S ＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
【００３８】
焼成物の焼成温度は、1000〜1350℃、特に1200〜1330℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、上記組成の焼成物を得ることができる。
【００３９】
焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/gであるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、強度発現性等の観点から好ましい。粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。
焼成物の粉砕物の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで50質量％以下、特に40質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、焼成物の粉砕物を含むセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００４０】
高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物を含むセメント組成物の製造方法も特に限定するものではなく、高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物をセメントクリンカー粉砕物と塩素含有物と石膏と混合しても良いし、セメントクリンカーと塩素含有物と石膏と高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物を同時粉砕しても良い。
なお、高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物を含むセメント組成物は、ブレーン比表面積が2500〜4500cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
【実施例】
【００４１】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
【００４２】
実施例１
（１）セメントクリンカーの製造：
表１に示す組成の各原料を使用して、表２に示す鉱物組成、フッ素、SO3及び塩素含有量の普通ポルトランドセメントクリンカーを製造した。
焼成はロータリーキルンを用い、燃料の一部に、木屑、廃プラスチックを使用した。また、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気しながら行った。キルン排ガスの抽気率は４％である。また、焼成温度及びクリンカー１tonあたりの廃棄物の使用量を表２に併記する。
なお、No.４のセメントクリンカーが、現状の普通ポルトランドセメントクリンカーに相当する。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
（２）セメントクリンカーの粉砕：
上記で得られたセメントクリンカーを粉砕して、ブレーン比表面積3300±50cm2/gの粉砕物を調製した。
【００４６】
（３）セメントクリンカー以外の材料：
以下の材料を使用した。
・塩素含有物Ａ：塩化カルシウム(試薬１級、塩素含有量64質量％、ブレーン比表面積40 00cm2/g)
・塩素含有物Ｂ：塩素バイパスダスト(塩素含有量20質量％、ブレーン比表面積2500cm2/ g)
・石膏：ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
・石灰石粉末：ブレーン比表面積4000cm2/gの石灰石粉末。
・細骨材：JIS R 5201（セメントの物理試験方法）の標準砂。
・減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名：ＳＰ８Ｎ）。
【００４７】
（５）セメント組成物の製造：
各セメントクリンカー粉砕物と、上記各材料を、表３に示す配合で混合し、セメント組成物を製造した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
得られたセメント組成物について、凝結、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを測定した。その結果を表４に示す。
（測定方法）
（１）凝結：
JIS R 5201に従って、標準軟度水量、始発・終結を測定した。
（２）モルタルフロー：
JIS R 5201に従って測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、JIS R 5201に従って測定した。
【００５０】
【表４】
【００５１】
表２より、本発明で使用するセメントクリンカーでは、原料としての塩素含有廃棄物の使用量を増加させた場合でも、キルン排ガスの抽気量を増やすことなく製造でき、また、従来より低温で焼成できることが分かる。
また、表４より、本発明のセメント組成物は、その品質が良好であること、塩素バイパスダストを有効利用できることが分かる。
【００５２】
実施例２
（１）セメントクリンカーの製造：
表１に示す組成の各原料を使用して、表５に示す鉱物組成、フッ素、SO3及び塩素含有量の普通ポルトランドセメントクリンカーを製造した。
焼成はロータリーキルンを用い、燃料の一部に、木屑、廃プラスチックを使用した。また、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気しながら行った。キルン排ガスの抽気率は４％である。また、焼成温度及びクリンカー１tonあたりの廃棄物の使用量を表５に併記する。
【００５３】
【表５】
【００５４】
（２）ポルトランドセメントの製造：
上記で得られたセメントクリンカー(No.7)100質量部に２水石膏（ブレーン比表面積4000cm2/g）をSO3換算で2.1質量部混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積3230cm2/gとなるように同時粉砕して、ポルトランドセメントを製造した。
【００５５】
（３）焼成物の製造：
表６に示す化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰を原料として、C2S100質量部に対して、C2AS32質量部、C4AF15質量部、C3A0質量部の焼成物（フリーライム量0.1質量％）を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用い1350℃で行った。焼成物１トン製造する際に使用した下水汚泥及び石炭灰の総量（廃棄物等の総量）は528kg/トンであった。
該焼成物を粉砕して、ブレーン比表面積3250cm2/gの粉砕物を調製した。
【００５６】
【表６】
【００５７】
（４）上記以外の材料：
以下の材料を使用した。
・塩素含有物：塩素バイパスダスト(塩素含有量20質量％、ブレーン比表面積2500cm2/g)
・石膏：ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
・無機粉末Ａ：ブレーン比表面積4000cm2/gの石灰石粉末。
・無機粉末Ｂ：ブレーン比表面積4500cm2/gの高炉スラグ粉末
・細骨材：「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」の標準砂
・減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名「ＳＰ８Ｎ」）
【００５８】
（５）セメント組成物の配合：
ポルトランドセメントと、上記各材料を、表７に示す組成で混合し、セメント組成物を製造した。
【００５９】
【表７】
【００６０】
（６）評価
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを測定した。結果を表８に示す。
（１）水和熱：
「JIS R 5203」に従って測定した。
（２）モルタルフロー：
Ｗ／Ｃ＝0.35、Ｓ／Ｃ＝2、セメント組成物に対して、0.65質量％の減水剤を混合したもの、を５分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201-1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、製造直後及び30分後のモルタルフローを測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
【００６１】
【表８】
【００６２】
表８より、高炉スラグ粉末や、本願で規定する焼成物の粉砕物を含有するセメント組成物は、水和熱が低く、流動性及び強度発現性が良好であることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーを使用したセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市ゴミ焼却灰をはじめとする塩素含有廃棄物の著しい増加により、その処理が大きな社会問題になっている。すなわち、これら廃棄物の有効利用、再資源化は各方面で進められているが、決定的な方法はなく、多くは投棄されているが現状であり、この投棄も投棄地の不足、投棄地で発生する二次公害などの問題を生じている。このため、これらの廃棄物を資源として再利用する方法を開発することが緊急課題となっている。
セメント産業においても、産業廃棄物、一般廃棄物等の廃棄物・副産物を、原料として大量に使用したセメントクリンカーの開発が行われている。
【０００３】
一般に、セメントクリンカーをキルンにて焼成する場合、セメント原料から持ち込まれる塩素は、キルン・プレヒータ系内で循環することにより次第に濃縮されて平衡状態に達し、セメント原料から持ち込まれる塩素量とセメントクリンカーにより系外へ持ち出される塩素量とが等しくなることが知られている。このため、セメント原料から持ち込まれる塩素量が多いと、セメントクリンカー中に含まれる塩素量も多くなり、製品としてのセメントの品質に悪影響を与えるおそれがある。また、系内の塩素量が多くなると、低融点化合物が形成されるためにプレヒータサイクロンが閉塞して、キルンの安定運転が損なわれるおそれがある。
【０００４】
そこで、従来、キルン排ガスをプローブにより抽気するとともに、プローブ内に外気を取り入れて一次冷却し、サイクロンで粗粉を分離した後、冷却器で二次冷却し、さらに集塵機で高塩素濃度の微粉ダストを回収する塩素バイパス設備により、キルン・プレヒータ系内の塩素量を低減することが行われている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、近年の塩素含有廃棄物の著しい増加に対処するため、このような塩素含有廃棄物の原料としての使用量を増加させる場合には、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失が大きくなるとともに、大量に発生するダスト（以降、「塩素バイパスダスト」と称する）の処理を行う必要があり、効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
また、一般に、セメントクリンカーの焼成には大量のエネルギーが必要である。すなわち、セメントクリンカーの焼成に必要とされる温度は1450〜1470℃であり、このような高温を維持するために大量の燃料が消費されている。そのため、焼成温度を低下させ、燃料使用量を削減することも求められている。
【特許文献１】特開平１１−３５３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させた場合でも、キルン排ガスの抽気量を増やすことなく製造でき、また、セメントの品質に悪影響を与えず、さらに、従来より低温で焼成することができるうえ、塩素バイパスダストも利用できるセメント組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる実情に鑑み、本発明者らは、鋭意検討した結果、フッ素、SO3及び塩素の含有量を特定の範囲内としたセメントクリンカーと、塩素含有物を組合せることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有することを特徴とするセメント組成物を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセメント組成物は、産業廃棄物、一般廃棄物等の原料としての使用量を増やすことができるので、廃棄物の有効利用の促進に貢献することができる。
また、本発明で使用するセメントクリンカーは、従来より低温で焼成して製造することができるので、燃料使用量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明で使用するセメントクリンカーは、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、好ましくは450〜1800mg/kg、特に好ましくは500〜1500mg/kgである。フッ素の含有量が400mg/kg未満では、焼成温度を低下させることが困難である上、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させようとした場合、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失も大きくなる。一方、フッ素の含有量が2000mg/kgを超えると、凝結遅延や強度低下など、セメント組成物の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１２】
また、本発明のセメントクリンカーは、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、好ましくは0.6〜2.0質量％、特に好ましくは0.7〜1.5質量％である。SO3含有量が0.5質量％未満では、焼成温度を低下させることが困難である上、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させようとした場合、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失も大きくなる。一方、SO3含有量が2.5質量％を超えると、プレヒータサイクロンが閉塞してキルンの安定運転が損なわれるおそれがある上、初期強度の低下など、セメント組成物の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１３】
さらに、本発明のセメントクリンカーは、塩素の含有量が50〜250mg/kg、好ましくは70〜200mg/kg、特に好ましくは100〜150mg/kgである。塩素の含有量が50mg/kg未満では、塩素含有廃棄物のクリンカー原料としての使用量を増加させることが困難であり、焼成温度を低下させることもできない。一方、塩素の含有量が250mg/kgを超えると、キルン排ガスの抽気量を増やす必要があり、熱損失が大きくなる。
【００１４】
なお、本発明において、セメントクリンカー中のフッ素、SO3及び塩素の含有量は、JIS R 5202（ポルトランドセメントの化学分析方法）により測定される。
【００１５】
本発明のセメントクリンカーは、塩素含有廃棄物を原料として製造される。塩素含有廃棄物としては、例えば、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、下水汚泥乾粉、都市ゴミ焼却灰などが挙げられる。
【００１６】
また、塩素含有廃棄物以外の原料として、例えば、生コンスラッジ、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、貝殻等の廃棄物や、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、廃土壌等の発生土を使用することもできる。
さらに、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料；珪石、粘土等のSiO2原料；粘土等のAl2O3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
【００１７】
これらの原料を使用し、フッ素及びSO3の含有量を前記特定量に調整できない場合には、フッ素原料として、蛍石のほか、フッ素汚泥等を使用することができ、SO3原料として、石膏、廃石膏ボード、ぺトコークス、廃硫酸、硫黄（石油回収硫黄等）などを使用することができる。
【００１８】
本発明のセメントクリンカーの具体例としては、各種ポルトランドセメントクリンカーのほか、水硬率（H.M.）を1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）を1.3〜3.0、鉄率（I.M.）を1.3〜2.8に調整したセメントクリンカー等が挙げられる。特に、廃棄物の有効利用を促進する観点から、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカーであるのが好ましい。
【００１９】
本発明のセメントクリンカーは、上記のような原料を、目的とするセメントクリンカーが得られるような組成で混合した後、ロータリーキルンを用いて焼成し、冷却することにより製造することができる。
【００２０】
各原料を混合する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
燃料は、主原料である石炭のほか、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック、木屑、ゴミ固形化燃料等を使用することができる。なお、これらの燃料には、フッ素、SO3や塩素が含まれているものもあり、これらの燃料を、フッ素源、SO3源、塩素源として使用することができる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用を促進する観点から、塩素含有廃棄物等の廃棄物原料（発生土を含む）や燃料代替廃棄物を、セメントクリンカー１tonあたり、300〜600kg使用するのが好ましい。
【００２１】
焼成温度は、1250〜1400℃、特に1300〜1400℃が好ましい。焼成温度が1250℃未満では、十分な焼成が困難であり、1400℃を超えると、塩素の含有量を50〜250mg/kgとすることが困難となり、塩素含有廃棄物の使用量を増加することができない。また、この範囲内であれば、焼成温度を低下させるという本発明の目的を達成することができる。
【００２２】
焼成時間は、30〜120分、特に40〜60分であるのが好ましい。
また、セメントクリンカーを冷却する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
【００２３】
セメントクリンカーの製造においては、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気するのが好ましい。キルン排ガスの一部を抽気することにより、塩素含有廃棄物の使用量をより増加させることができる。キルン排ガスの抽気率（キルン窯尻排ガス量に対する抽気割合）は、10％以下、特に２〜８％であるのが好ましい。キルン排ガスの抽気率が10％を超えると、熱損失が大きくなるとともに、大量の塩素バイパスダストが発生するので、その処理に手間がかかるので好ましくない。
【００２４】
本発明で使用する塩素含有物としては、塩素を0.5質量％以上含有するものが好ましい。具体的な塩素含有物としては、塩化カルシウムや塩化カリウム等の塩化物、JIS R 5214に規定される速硬エコセメントや速硬エコセメントクリンカーの粉砕物、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物等が挙げられる。本発明においては、廃棄物の有効利用の促進やセメント組成物の強度発現性等の観点から、塩素含有物として、速硬エコセメントや速硬エコセメントクリンカーの粉砕物、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用することが好ましく、特に塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用することが好ましい。
これらの塩素含有物のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性等から、2500〜10000cm2/gであることが好ましく、3000〜7000cm2/gであることがより好ましい。
【００２５】
本発明で使用する石膏としては、ニ水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
石膏のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2000〜10000cm2/gであることが好ましく、2500〜8000cm2/gであることがより好ましい。
【００２６】
本発明のセメント組成物は、上記セメントクリンカー粉砕物と、塩素含有物と、石膏を含有するものである。塩素含有物の添加量は、セメント組成物中の塩素量が50〜350mg/kg、好ましくは100〜300mg/kg、より好ましくは200〜250mg/kgとなる量とすることが好ましい。セメント組成物中の塩素量が50mg/kg未満では、セメント組成物の初期強度発現性が低下することがある。また、塩素バイパスダストや塩素バイパスダストの水洗物を使用する場合には、その添加量が少なくなり、塩素バイパスダストの有効利用促進の観点からも好ましくない。一方、セメント組成物中の塩素量が350mg/kgを越えると、セメント組成物の流動性が低下する。また、鉄筋コンクリートに使用した場合、鉄筋が発錆する可能性が高くなる。
石膏量は、セメント組成物の流動性や強度発現性の観点から、セメント組成物中全SO3換算で1〜6質量％とすることが好ましく、2〜4質量％とすることがより好ましい。
【００２７】
本発明のセメント組成物は、上記各材料を混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、セメントクリンカー粉砕物と塩素含有物と石膏を混合しても良いし、セメントクリンカ−と塩素含有物を混合した後に粉砕しこれに石膏を添加しても良い。さらには、セメントクリンカーと塩素含有物と石膏を混合し粉砕しても良い。
なお、セメントクリンカー粉砕物と他の材料を混合する場合は、セメントクリンカー粉砕物のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4200cm2/gであることがより好ましい。一方、セメントクリンカーを他の材料と同時に粉砕する場合は、セメント組成物のブレーン比表面積は、その流動性や強度発現性、さらにはコスト等から、2500〜4500cm2/gであることが好ましく、3000〜4200cm2/gであることがより好ましい。
【００２８】
本発明のセメント組成物においては、さらに、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末や、2CaO・SiO2(以降、C2Sと称す)及び2CaO・Al2O3・SiO2(以降、C2ASと称す)を必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと称す)を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3(以降、C3Aと称す)の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物、を含有することができる。
【００２９】
高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有するセメント組成物では、水和熱の低減や、流動性の向上、耐久性や長期強度発現性の向上等を図ることができる。
C2S及びC2ASを必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋C4AFを10〜100質量部含有し、かつ、C3Aの含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有するセメント組成物では、水和熱の低減や、流動性の向上を図ることができる。また、上記焼成物は、産業廃棄物等を原料とするものであるので廃棄物の有効利用の促進を進めることができる。
【００３０】
本発明において、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、石灰石粉末のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性、強度発現性等の観点から、2500〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、3000〜10000cm2/gであることがより好ましく、4000〜9000cm2/gであることが更に好ましい。
また、高炉スラグ粉末の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで80質量％以下、特に75質量％以下となる量とするのが好ましい。フライアッシュ、珪石粉末又は石灰石粉末の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点からセメント組成物中内割りで50質量％以下、特に40質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、この場合のセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００３１】
本発明において、シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、入手のし易さや、セメント組成物の流動性、強度発現性等の観点から、5〜20m2/gであることが好ましく、特に流動性、強度発現性の観点から、6〜18m2/gであることがより好ましく、7〜15m2/gであることが更に好ましい。また、シリカフュームの配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで40質量％以下、特に30質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、この場合のセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００３２】
本発明のセメント組成物は、C2S及びC2ASを必須成分とし、C2S100質量部に対して、C2AS＋C4AFを10〜100質量部含有し、かつ、C3Aの含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有することができる。該焼成物は、C2S及びC2ASを必須成分とするもので、C2S100質量部に対して、C2ASを10〜100質量部、好ましくは20〜90質量部含有するものである。C2AS含有量が10質量部未満では、セメント組成物の流動性が悪くなる。また、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するC2Sも水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、セメント組成物の強度発現性を大きく低下させることがある。一方、C2AS含有量が100質量部を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下することがある。
【００３３】
また、焼成物は、C2S100質量部に対するC3Aの含有量が20質量部以下、好ましくは10質量部以下のものである。C3Aの含有量が20質量部を超えると、セメント組成物の水和熱が大きくなり、流動性も悪くなる。
【００３４】
また、上記焼成物は、P2O5を0.2〜8.0質量％（より好ましくは0.5〜6.0質量％）、アルカリ（Na2O+K2O）を0.4〜4.0質量％（より好ましくは0.5〜3.5質量％）含有することが好ましい。P2O5やアルカリを前記範囲で含有した場合、C2Sを活性化させるため、C3Aなどのカルシウムアルミネートがない場合でも、セメント組成物の強度発現性が良好になる。そして、カルシウムアルミネートが少なくなるほど、セメント組成物の流動性も良好でかつ水和熱も低くなる。
なお、焼成物中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等から、1.5質量％以下、特に1.0質量％以下であるのが好ましい。
【００３５】
上記焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば石炭灰；生コンスラッジ、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥、赤泥等の各種汚泥；ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰、建設廃材、コンクリート廃材などが挙げられ；一般廃棄物としては、例えば下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
また、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料も使用することができる。
【００３６】
なお、焼成物の原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上（以下、廃棄物原料と称する）を原料として用いた場合、C4AFが生成することがあるが、本発明においては、焼成物のC2ASの一部、好ましくはC2AS質量の70質量％以下がC4AFで置換されても良い。C4AFがこの範囲を超えて置換されると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。
【００３７】
焼成物の鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量（質量％）から、次式により求めることができる。
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A ＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S ＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
【００３８】
焼成物の焼成温度は、1000〜1350℃、特に1200〜1330℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、上記組成の焼成物を得ることができる。
【００３９】
焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/gであるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、強度発現性等の観点から好ましい。粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。
焼成物の粉砕物の配合量は、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から、セメント組成物中内割りで50質量％以下、特に40質量％以下となる量とするのが好ましい。
なお、焼成物の粉砕物を含むセメント組成物中の石膏量は、全SO3換算で1〜5質量％、特に1.5〜4質量％、更に1.8〜3質量％となる量とするのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
【００４０】
高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物を含むセメント組成物の製造方法も特に限定するものではなく、高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物をセメントクリンカー粉砕物と塩素含有物と石膏と混合しても良いし、セメントクリンカーと塩素含有物と石膏と高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物を同時粉砕しても良い。
なお、高炉スラグ粉末等の無機粉末や焼成物の粉砕物を含むセメント組成物は、ブレーン比表面積が2500〜4500cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
【実施例】
【００４１】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
【００４２】
実施例１
（１）セメントクリンカーの製造：
表１に示す組成の各原料を使用して、表２に示す鉱物組成、フッ素、SO3及び塩素含有量の普通ポルトランドセメントクリンカーを製造した。
焼成はロータリーキルンを用い、燃料の一部に、木屑、廃プラスチックを使用した。また、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気しながら行った。キルン排ガスの抽気率は４％である。また、焼成温度及びクリンカー１tonあたりの廃棄物の使用量を表２に併記する。
なお、No.４のセメントクリンカーが、現状の普通ポルトランドセメントクリンカーに相当する。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
（２）セメントクリンカーの粉砕：
上記で得られたセメントクリンカーを粉砕して、ブレーン比表面積3300±50cm2/gの粉砕物を調製した。
【００４６】
（３）セメントクリンカー以外の材料：
以下の材料を使用した。
・塩素含有物Ａ：塩化カルシウム(試薬１級、塩素含有量64質量％、ブレーン比表面積40 00cm2/g)
・塩素含有物Ｂ：塩素バイパスダスト(塩素含有量20質量％、ブレーン比表面積2500cm2/ g)
・石膏：ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
・石灰石粉末：ブレーン比表面積4000cm2/gの石灰石粉末。
・細骨材：JIS R 5201（セメントの物理試験方法）の標準砂。
・減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名：ＳＰ８Ｎ）。
【００４７】
（５）セメント組成物の製造：
各セメントクリンカー粉砕物と、上記各材料を、表３に示す配合で混合し、セメント組成物を製造した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
得られたセメント組成物について、凝結、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを測定した。その結果を表４に示す。
（測定方法）
（１）凝結：
JIS R 5201に従って、標準軟度水量、始発・終結を測定した。
（２）モルタルフロー：
JIS R 5201に従って測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、JIS R 5201に従って測定した。
【００５０】
【表４】
【００５１】
表２より、本発明で使用するセメントクリンカーでは、原料としての塩素含有廃棄物の使用量を増加させた場合でも、キルン排ガスの抽気量を増やすことなく製造でき、また、従来より低温で焼成できることが分かる。
また、表４より、本発明のセメント組成物は、その品質が良好であること、塩素バイパスダストを有効利用できることが分かる。
【００５２】
実施例２
（１）セメントクリンカーの製造：
表１に示す組成の各原料を使用して、表５に示す鉱物組成、フッ素、SO3及び塩素含有量の普通ポルトランドセメントクリンカーを製造した。
焼成はロータリーキルンを用い、燃料の一部に、木屑、廃プラスチックを使用した。また、塩素バイパス設備により、キルン排ガスの一部を抽気しながら行った。キルン排ガスの抽気率は４％である。また、焼成温度及びクリンカー１tonあたりの廃棄物の使用量を表５に併記する。
【００５３】
【表５】
【００５４】
（２）ポルトランドセメントの製造：
上記で得られたセメントクリンカー(No.7)100質量部に２水石膏（ブレーン比表面積4000cm2/g）をSO3換算で2.1質量部混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積3230cm2/gとなるように同時粉砕して、ポルトランドセメントを製造した。
【００５５】
（３）焼成物の製造：
表６に示す化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰を原料として、C2S100質量部に対して、C2AS32質量部、C4AF15質量部、C3A0質量部の焼成物（フリーライム量0.1質量％）を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用い1350℃で行った。焼成物１トン製造する際に使用した下水汚泥及び石炭灰の総量（廃棄物等の総量）は528kg/トンであった。
該焼成物を粉砕して、ブレーン比表面積3250cm2/gの粉砕物を調製した。
【００５６】
【表６】
【００５７】
（４）上記以外の材料：
以下の材料を使用した。
・塩素含有物：塩素バイパスダスト(塩素含有量20質量％、ブレーン比表面積2500cm2/g)
・石膏：ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
・無機粉末Ａ：ブレーン比表面積4000cm2/gの石灰石粉末。
・無機粉末Ｂ：ブレーン比表面積4500cm2/gの高炉スラグ粉末
・細骨材：「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」の標準砂
・減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名「ＳＰ８Ｎ」）
【００５８】
（５）セメント組成物の配合：
ポルトランドセメントと、上記各材料を、表７に示す組成で混合し、セメント組成物を製造した。
【００５９】
【表７】
【００６０】
（６）評価
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを測定した。結果を表８に示す。
（１）水和熱：
「JIS R 5203」に従って測定した。
（２）モルタルフロー：
Ｗ／Ｃ＝0.35、Ｓ／Ｃ＝2、セメント組成物に対して、0.65質量％の減水剤を混合したもの、を５分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201-1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、製造直後及び30分後のモルタルフローを測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
【００６１】
【表８】
【００６２】
表８より、高炉スラグ粉末や、本願で規定する焼成物の粉砕物を含有するセメント組成物は、水和熱が低く、流動性及び強度発現性が良好であることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
(D)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有する請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
(E)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を必須成分とし、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2＋4CaO・Al2O3・Fe2O3を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有する請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項１】
(A)塩素含有廃棄物を原料として製造したセメントクリンカーであって、フッ素の含有量が400〜2000mg/kg、SO3含有量が0.5〜2.5質量％、塩素の含有量が50〜250mg/kgであるセメントクリンカーの粉砕物と、(B)塩素含有物と、(C)石膏を含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
(D)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有する請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
(E)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を必須成分とし、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2＋4CaO・Al2O3・Fe2O3を10〜100質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含有する請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【公開番号】特開２００９−１６１４１２（Ｐ２００９−１６１４１２Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２６（Ｐ２００８−２６２６）
【出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
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