JP6563742B2 - Irwin hydraulic composition and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、可使時間が長く、かつ少量の凝結遅延剤の使用で可使時間を容易に延長できるアーウィン系水硬性組成物等に関する。 The present invention relates to an Irwin hydraulic composition that can be used for a long period of time and can be easily extended by using a small amount of a set retarder.
アーウィン系水硬性組成物は、主成分として、アーウィン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)、ビーライト(2CaO・SiO2)、フェライト相(4CaO・Al2O3・Fe2O3)、および無水石膏(CaSO4)を含み、速硬性に優れ、低アルカリ性である。これらの特徴を生かして、アーウィン系水硬性組成物は、GRC(ガラス繊維強化コンクリート)用セメント、放射性廃棄物の固化埋設処理用セメント、泥炭等の高有機質土軟弱地盤の地盤改良用固化材などに使用されている。
また、アーウィン系水硬性組成物のクリンカーは、ポルトランドセメントのクリンカーと比べ焼成温度や石灰石原単位が低く、クリンカーの焼成に消費されるエネルギーが少ないため、省エネルギー型のセメントクリンカーとして注目されている。
Irwin based hydraulic composition, as a main component, Irwin (3CaO · 3Al 2 O 3 · CaSO 4), belite (2CaO · SiO 2), a ferrite phase (4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3), And anhydrous gypsum (CaSO 4 ), which is excellent in rapid hardening and low alkalinity. Taking advantage of these features, Irwin hydraulic compositions include GRC (Glass Fiber Reinforced Concrete) cement, cement for radioactive waste solidification, solidified material for ground improvement of highly organic soil soft ground such as peat, etc. Is used.
In addition, the clinker of the Irwin hydraulic composition is attracting attention as an energy-saving cement clinker because it has a lower firing temperature and limestone basic unit than the Portland cement clinker and consumes less energy for firing the clinker.
しかし、アーウィンは水和活性が高いため、アーウィン系水硬性組成物を使用したモルタルやコンクリートは、その可使時間の確保および調整が難しいという問題がある。すなわち、コンクリート等の凝結の調整には、通常、凝結遅延剤が用いられるが、一般に使用されているグルコン酸、クエン酸、酒石酸などのオキシカルボン酸系、リグニンスルホン酸、フミン酸などの高分子有機酸系、ケイフッ化マグネシウム、ホウ酸等の無機系等の凝結遅延剤は、アーウィン系水硬性組成物に対し、十分な凝結遅延効果が得られないばかりか、凝結遅延剤の種類によっては強度発現性が大きく低下する場合がある。例えば、凝結遅延剤として多用されているクエン酸は、添加量によっては凝結時間が短くなる。 However, since Irwin has a high hydration activity, mortar and concrete using an Irwin hydraulic composition have a problem that it is difficult to ensure and adjust the pot life. That is, in order to adjust the setting of concrete or the like, a setting retarder is usually used, but generally used polymers such as oxycarboxylic acids such as gluconic acid, citric acid and tartaric acid, lignin sulfonic acid and humic acid are used. Setting delays such as organic acids, magnesium silicofluoride, and inorganic acids such as boric acid are not only effective against Irwin hydraulic compositions, but also have a strong effect depending on the type of setting retarder. The expression may be greatly reduced. For example, citric acid, which is frequently used as a setting retarder, shortens the setting time depending on the amount added.
そこで、アーウィン系水硬性組成物の凝結遅延方法や凝結遅延剤が開発されている。例えば、特許文献1に記載の凝結遅延方法は、凝結遅延剤としてアルドン酸および/またはその塩を、アーウィン系水硬性組成物100重量部に対して0.1〜5重量部添加する方法である。また、特許文献2に記載の凝結遅延剤は、クエン酸およびその塩の中から選ばれる少なくとも一種の第1成分と、ヘプトン酸およびその塩の中から選ばれる少なくとも一種の第2成分とを含む凝結遅延剤であって、アーウィン系水硬性組成物100重量部に対して第1成分を0.01〜3.0重量部、第2成分を第1成分100重量部に対して40〜150重量部添加する凝結遅延剤である。しかし、これらの凝結遅延剤は有用ではあるが高価であり、この高コスト性がアーウィン系水硬性組成物の普及を阻害する要因の1つになっている。 Therefore, a setting retarding method and a setting retarding agent for an Irwin hydraulic composition have been developed. For example, the setting delay method described in Patent Document 1 is a method in which 0.1 to 5 parts by weight of aldonic acid and / or a salt thereof as a setting retarder is added to 100 parts by weight of the Irwin hydraulic composition. . Moreover, the setting retarder described in Patent Document 2 includes at least one first component selected from citric acid and a salt thereof, and at least one second component selected from heptonic acid and a salt thereof. A setting retarder, 0.01 to 3.0 parts by weight of the first component with respect to 100 parts by weight of the Irwin hydraulic composition, and 40 to 150 parts by weight of the second component with respect to 100 parts by weight of the first component. It is a set retarder added in part. However, these setting retarders are useful but expensive, and this high cost is one of the factors that hinder the spread of Irwin hydraulic compositions.
そこで、本発明は、可使時間が長く、かつ少量の凝結遅延剤の使用で可使時間を容易に延長できるアーウィン系水硬性組成物を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an Irwin hydraulic composition that has a long pot life and can easily extend the pot life by using a small amount of a set retarder.
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定量のリンを含むアーウィン系クリンカーを含むアーウィン系水硬性組成物は、前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の構成を有するアーウィン系水硬性組成物およびその製造方法である。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor found that an Irwin hydraulic composition containing an Irwin clinker containing a specific amount of phosphorus can achieve the above object, and has completed the present invention. . That is, this invention is the Irwin hydraulic composition which has the following structures, and its manufacturing method.
[1]リンをP 2 O 5 換算で0.25〜2.0質量%含むリン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し、ポルトランドセメントクリンカー粉末80〜150質量部、および無水石膏粉末20〜50質量部を少なくとも含む、アーウィン系水硬性組成物。
[2]前記リン含有アーウィン系クリンカーが、アーウィン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)40〜80質量%、およびビーライト(2CaO・SiO2)10〜40質量%を少なくとも含む、前記[1]に記載のアーウィン系水硬性組成物。
[3]前記ポルトランドセメントクリンカー粉末が、早強ポルトランドセメントクリンカー粉末、または普通ポルトランドセメントクリンカー粉末である、前記[1]または[2]に記載のアーウィン系水硬性組成物。
[4]クエン酸、ヘプトン酸、コハク酸、酒石酸、およびこれら塩の中から選ばれる1種以上の凝結遅延剤を、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のアーウィン系水硬性組成物100質量部に対し0.5質量部以下含む、凝結遅延剤を含有したアーウィン系水硬性組成物。
[5]炭酸リチウム、亜硝酸カルシウム、および乳酸カルシウムから選ばれる1種以上の凝結促進剤を、前記[1]〜[4]のいずれかに記載のアーウィン系水硬性組成物100質量部に対し5質量部以下含む、凝結促進剤を含有したアーウィン系水硬性組成物。
[6]リン含有アーウィン系クリンカーのリン原料として、金属を含む汚泥類、下水汚泥、および畜産系廃棄物(家畜ふん尿)から選ばれる1種以上を用いて、前記[1]〜[5]のいずれかに記載のアーウィン系水硬性組成物を製造する、アーウィン系水硬性組成物の製造方法。
[1] Portland cement clinker powder 80 to 150 parts by mass and anhydrous gypsum powder 20 to 50 with respect to 100 parts by mass of phosphorus-containing Irwin clinker powder containing 0.25 to 2.0% by mass of phosphorus in terms of P 2 O 5 An Irwin hydraulic composition containing at least a part by mass.
[2] The phosphorus-containing erwin clinker includes at least 40 to 80% by mass of erwin (3CaO · 3Al 2 O 3 · CaSO 4 ) and 10 to 40% by mass of belite (2CaO · SiO 2 ). An Irwin hydraulic composition as described in any of the above.
[3] The Irwin hydraulic composition according to the above [1] or [2] , wherein the Portland cement clinker powder is an early Portland cement clinker powder or a normal Portland cement clinker powder.
[4] One or more setting retarders selected from citric acid, heptonic acid, succinic acid, tartaric acid, and salts thereof are used as the Irwin hydraulic composition according to any one of [1] to [ 3 ]. An Irwin hydraulic composition containing a setting retarder, containing 0.5 parts by mass or less per 100 parts by mass of the product.
[5] One or more setting accelerators selected from lithium carbonate, calcium nitrite, and calcium lactate are added to 100 parts by mass of the Irwin hydraulic composition according to any one of [1] to [ 4 ]. An Irwin hydraulic composition containing a setting accelerator containing 5 parts by mass or less.
[6] As the phosphorus raw material of the phosphorus-containing Irwin clinker, using at least one selected from metal-containing sludges, sewage sludge, and livestock waste (livestock excrement), the above-mentioned [1] to [ 5 ] The manufacturing method of the Irwin hydraulic composition which manufactures the Irwin hydraulic composition in any one.
本発明のアーウィン系水硬性組成物は、可使時間が長く、かつ少量の凝結遅延剤の使用で可使時間を容易に延長できる。 The Irwin hydraulic composition of the present invention has a long pot life, and the pot life can be easily extended by using a small amount of a set retarder.
本発明は、前記のとおり、リン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し、ポルトランドセメントクリンカー粉末80〜150質量部、および無水石膏粉末20〜50質量部を少なくとも含む、アーウィン系水硬性組成物等である。
以下、本発明について、アーウィン系水硬性組成物の構成成分である、リン含有アーウィン系クリンカー粉末、ポルトランドセメントクリンカー粉末、および無水石膏粉末等と、アーウィン系水硬性組成物の製造方法に分けて詳細に説明する。
As described above, the present invention includes an Irwin hydraulic composition containing at least 80 to 150 parts by mass of Portland cement clinker powder and 20 to 50 parts by mass of anhydrous gypsum powder with respect to 100 parts by mass of phosphorus-containing Irwin clinker powder. It is.
Hereinafter, the present invention is divided into the constituent components of the Irwin hydraulic composition, the phosphorus-containing Irwin clinker powder, the Portland cement clinker powder, the anhydrous gypsum powder and the like, and the manufacturing method of the Irwin hydraulic composition. Explained.
1.リン含有アーウィン系クリンカー粉末
リン含有アーウィン系クリンカー粉末は、リンをP2O5換算で0.25〜2.0質量%含む。リンの含有率が0.25質量%未満では、アーウィン系水硬性組成物の可使時間の延長効果が小さくなり、2.0質量%を超えるとアーウィン系水硬性組成物の強度発現性が低下する。なお、リンの含有率は、P2O5換算で、好ましくは0.3〜2.0質量%、より好ましくは0.45〜2.0質量%、さらに好ましくは0.6〜1.8質量%である。
また、前記リン含有アーウィン系クリンカーは、アーウィン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)40〜80質量%、およびビーライト(2CaO・SiO2)10〜40質量%を少なくとも含む。アーウィンの含有率が40質量%未満ではアーウィン系水硬性組成物の速硬性が低下し、80質量%を超えるとアーウィン系水硬性組成物の長期強度発現性が低下する。また、ビーライトが10質量%未満ではアーウィン系水硬性組成物の長期強度発現性が低下し、40質量%を超えるとアーウィン系水硬性組成物の速硬性が低下する。
さらに、前記リン含有アーウィン系クリンカーは、アルミネート相(3CaO・Al2O3)7質量%以下、フェライト相(4CaO・Al2O3・Fe2O3)3〜20質量%、無水石膏(CaSO4)0.1〜10質量%を含んでもよい。これらの構成成分を含むことにより、アーウィン系水硬性組成物の可使時間の調整が容易で、強度発現性を低下させることなく、アーウィン系クリンカーの焼成に消費されるエネルギーを低減できる。
1. Phosphorus-containing Irwin clinker powder The phosphorus-containing Irwin clinker powder contains 0.25 to 2.0% by mass of phosphorus in terms of P 2 O 5 . If the phosphorus content is less than 0.25% by mass, the effect of extending the pot life of the Irwin hydraulic composition is reduced, and if it exceeds 2.0% by mass, the strength expression of the Irwin hydraulic composition is reduced. To do. In addition, the phosphorus content is preferably 0.3 to 2.0% by mass, more preferably 0.45 to 2.0% by mass, and still more preferably 0.6 to 1.8% in terms of P 2 O 5. % By mass.
Also, the phosphorus-containing Irwin system clinker, Irwin (3CaO · 3Al 2 O 3 · CaSO 4) 40~80 % by weight, and belite (2CaO · SiO 2) comprises at least 10 to 40 wt%. When the Erwin content is less than 40% by mass, the rapid hardening of the Irwin hydraulic composition is reduced, and when it exceeds 80% by mass, the long-term strength development of the Irwin hydraulic composition is reduced. Further, if the belite is less than 10% by mass, the long-term strength developability of the Erwin hydraulic composition is lowered, and if it exceeds 40% by mass, the rapid hardness of the Erwin hydraulic composition is lowered.
Further, the phosphorus-containing Irwin clinker is composed of an aluminate phase (3CaO · Al 2 O 3 ) of 7% by mass or less, a ferrite phase (4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 ) of 3 to 20% by mass, anhydrous gypsum ( CaSO 4) may contain 0.1 to 10 mass%. By including these components, it is easy to adjust the pot life of the Irwin hydraulic composition, and the energy consumed for firing the Irwin clinker can be reduced without reducing the strength development.
2.ポルトランドセメントクリンカー粉末
本発明において、ポルトランドセメントクリンカ−粉末は、早強ポルトランドセメントクリンカー粉末、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー粉末、および低熱ポルトランドセメントクリンカー粉末のいずれも使用できるが、アーウィン系水硬性組成物の強度発現性の観点から、好ましくは早強ポルトランドセメントクリンカー粉末、または普通ポルトランドセメントクリンカー粉末である。
ポルトランドセメントクリンカー粉末の混合割合は、リン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し、ポルトランドセメントクリンカー粉末80〜150質量部である。該混合割合が80質量部未満では、アーウィン系水硬性組成物の長期強度発現性が低下するおそれがあり、150質量部を超えるとアーウィン系水硬性組成物の早期強度発現性が低下するおそれがある。なお、リン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し、ポルトランドセメントクリンカー粉末は、好ましくは90〜140質量部、より好ましくは100〜130質量部である。
2. Portland cement clinker powder In the present invention, as the Portland cement clinker powder, any of early strong Portland cement clinker powder, ordinary Portland cement clinker powder, moderately heated Portland cement clinker powder, and low heat Portland cement clinker powder can be used. From the viewpoint of the strength development of the hydraulic composition, an early strong Portland cement clinker powder or a normal Portland cement clinker powder is preferable.
The mixing ratio of the Portland cement clinker powder is 80 to 150 parts by mass of the Portland cement clinker powder with respect to 100 parts by mass of the phosphorus-containing Irwin clinker powder. If the mixing ratio is less than 80 parts by mass, the long-term strength development of the Irwin hydraulic composition may be reduced, and if it exceeds 150 parts by mass, the early strength development of the Irwin hydraulic composition may be reduced. is there. The Portland cement clinker powder is preferably 90 to 140 parts by mass, more preferably 100 to 130 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phosphorus-containing Irwin clinker powder.
3.無水石膏粉末
無水石膏粉末は、強度発現性の観点から、好ましくはII型無水石膏であり、そのブレーン比表面積は、好ましくは2500〜12000cm2/g、より好ましくは3500〜8000cm2/g、さらに好ましくは3700〜5000cm2/gである。
ここで、無水石膏の全てが細かいと、水硬性組成物硬化体の膨張によるひび割れや反りが生じ易くなるため、一部の無水石膏は粗粒にすることが好ましい。この場合、無水石膏粉末100質量%中、好ましくはブレーン比表面積が4500〜12000cm2/gである微粒分の含有率は50〜80質量%、およびブレーン比表面積が2500〜4000cm2/gである粗粒分の含有率は20〜50質量%である。
アーウィン系水硬性組成物の製造において、ブレーン比表面積が異なる2種類の無水石膏を所定量混合することもできるが、後述するように、無水石膏(粗粒品)の一部をアーウィン系クリンカーの粉砕時に同時粉砕して微粉化し、残部を後添加する方法が簡便で好ましい。
また、アーウィン系水硬性組成物中の無水石膏粉末の混合割合は、リン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し20〜50質量部である。無水石膏粉末の含有割合が、該範囲を外れるとアーウィン系水硬性組成物の長期強度発現性が低下するおそれがある。なお、無水石膏粉末の含有割合は、リン含有アーウィン系クリンカー粉末100質量部に対し、好ましくは25〜45質量部である。
アーウィン系水硬性組成物中のSO3/Al2O3のモル比は、可使時間および強度発現性を確保する観点から、好ましくは1.0〜1.5、より好ましくは1.05〜1.3である。ただし、分子のSO3は、リン含有アーウィン系クリンカーおよび無水石膏粉末の両方に含まれるSO3の合計量である。
3. Anhydrous gypsum powder The anhydrous gypsum powder is preferably type II anhydrous gypsum from the viewpoint of strength development, and its specific surface area of brane is preferably 2500-12000 cm 2 / g, more preferably 3500-8000 cm 2 / g, Preferably it is 3700-5000 cm < 2 > / g.
Here, if all of the anhydrous gypsum is fine, cracks and warpage due to expansion of the cured hydraulic composition are likely to occur, and therefore some anhydrous gypsum is preferably coarse. In this case, in 100% by mass of anhydrous gypsum powder, the content of fine particles preferably having a Blaine specific surface area of 4500 to 12000 cm 2 / g is 50 to 80% by mass, and the Blaine specific surface area is 2500 to 4000 cm 2 / g. The content of coarse particles is 20 to 50% by mass.
In the production of an Erwin hydraulic composition, two types of anhydrous gypsum having different Blaine specific surface areas can be mixed in a predetermined amount. As will be described later, a part of the anhydrous gypsum (coarse product) is part of the Irwin clinker. A method of simultaneously pulverizing and pulverizing at the time of pulverization and post-adding the remainder is simple and preferable.
Moreover, the mixing ratio of the anhydrous gypsum powder in the Erwin hydraulic composition is 20 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phosphorus-containing Irwin clinker powder. If the content of the anhydrous gypsum powder is out of the range, the long-term strength development of the Irwin hydraulic composition may be reduced. The content ratio of the anhydrous gypsum powder is preferably 25 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phosphorus-containing Irwin clinker powder.
The molar ratio of SO 3 / Al 2 O 3 in the Erwin hydraulic composition is preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.05, from the viewpoint of ensuring pot life and strength development. 1.3. However, the molecular SO 3 is the total amount of SO 3 contained in both the phosphorus-containing Irwin clinker and the anhydrous gypsum powder.
4、凝結遅延剤
本発明は、さらに、クエン酸、ヘプトン酸、コハク酸、酒石酸、およびこれら塩の中から選ばれる1種以上の凝結遅延剤を、可使時間の調整のために、アーウィン系水硬性組成物100質量部に対し、0.5質量部以下含んでもよい。凝結遅延剤の含有割合が0.5質量部を超えると、アーウィン系水硬性組成物の強度発現性が低下するおそれがある。なお、前記凝結遅延剤の含有割合は、アーウィン系水硬性組成物100質量部に対し、好ましくは0.01〜0.45質量部、より好ましくは0.05〜0.4質量部、さらに好ましくは0.1〜0.35質量部である。
また、前記凝結遅延剤の粒径は、凝結遅延剤の遅延効果の発現性の観点から、好ましくは0.1μm〜10mm、より好ましくは1μm〜5mm、さらに好ましくは3μm〜3mmである。
4. Setting retarder The present invention further provides one or more setting retarders selected from citric acid, heptonic acid, succinic acid, tartaric acid, and salts thereof for the purpose of adjusting the pot life. You may contain 0.5 mass part or less with respect to 100 mass parts of hydraulic compositions. When the content rate of a setting retarder exceeds 0.5 mass part, there exists a possibility that the intensity | strength development property of an Irwin hydraulic composition may fall. The content of the setting retarder is preferably 0.01 to 0.45 parts by mass, more preferably 0.05 to 0.4 parts by mass, and still more preferably 100 parts by mass of the Irwin hydraulic composition. Is 0.1 to 0.35 parts by mass.
In addition, the particle size of the setting retarder is preferably 0.1 μm to 10 mm, more preferably 1 μm to 5 mm, and still more preferably 3 μm to 3 mm, from the viewpoint of expression of the retarding effect of the setting retarder.
5.凝結促進剤
本発明は、さらに、i)炭酸リチウム、ii)炭酸リチウムと亜硝酸カルシウムの混合物、または、iii)炭酸リチウムと乳酸カルシウムの混合物から選ばれる凝結促進剤を、早期強度発現性を増進させるために、アーウィン系水硬性組成物100質量部に対し、5質量部以下含んでもよい。5質量部を超えるとアーウィン系水硬性組成物の長期強度発現性が低下するおそれがある。なお、前記凝結促進剤の含有割合は、アーウィン系水硬性組成物100質量部に対し、好ましくは0.1〜4.5質量部、より好ましくは0.5〜4質量部、さらに好ましくは1〜3.5質量部である。
また、強度発現性の観点から、
ii)炭酸リチウムと亜硝酸カルシウムの混合物の混合比(質量比)は、好ましくは、炭酸リチウム:亜硝酸カルシウム=50:50〜15:85であり、より好ましくは40:60〜20:80である。また、
iii)炭酸リチウムと乳酸カルシウムの混合物の混合比(質量比)は、好ましくは炭酸リチウム:乳酸カルシウム=50:50〜15:85であり、より好ましくは40:60〜20:80である。
前記凝結促進剤の粒径は、凝結促進剤の促進効果の発現性の観点から、好ましくは0.1μm〜10mm、より好ましくは1μm〜5mm、さらに好ましくは3μm〜3mmである。
5. The setting accelerator further enhances early strength development by using a setting accelerator selected from i) lithium carbonate, ii) a mixture of lithium carbonate and calcium nitrite, or iii) a mixture of lithium carbonate and calcium lactate. Therefore, 5 parts by mass or less may be included with respect to 100 parts by mass of the Irwin hydraulic composition. If it exceeds 5 parts by mass, the long-term strength development of the Irwin hydraulic composition may be reduced. The content ratio of the setting accelerator is preferably 0.1 to 4.5 parts by mass, more preferably 0.5 to 4 parts by mass, and still more preferably 1 with respect to 100 parts by mass of the Irwin hydraulic composition. -3.5 parts by mass.
From the viewpoint of strength development,
ii) The mixing ratio (mass ratio) of the mixture of lithium carbonate and calcium nitrite is preferably lithium carbonate: calcium nitrite = 50: 50 to 15:85, more preferably 40:60 to 20:80. is there. Also,
iii) The mixing ratio (mass ratio) of the mixture of lithium carbonate and calcium lactate is preferably lithium carbonate: calcium lactate = 50: 50 to 15:85, more preferably 40:60 to 20:80.
The particle size of the setting accelerator is preferably 0.1 μm to 10 mm, more preferably 1 μm to 5 mm, and still more preferably 3 μm to 3 mm, from the viewpoint of expression of the acceleration effect of the setting accelerator.
本発明のアーウィン系水硬性組成物のブレーン比表面積は、早期および長期の強度発現性の観点から、好ましくは4000〜5000cm2/gである。リン含有アーウィン系クリンカー粉末、およびポルトランドセメントクリンカー粉末のブレーン比表面積も、該範囲内にあることが好ましい。 The brane specific surface area of the Irwin hydraulic composition of the present invention is preferably 4000 to 5000 cm 2 / g from the viewpoint of early and long-term strength development. The Blaine specific surface area of the phosphorus-containing Irwin clinker powder and Portland cement clinker powder is also preferably within this range.
5.アーウィン系水硬性組成物の製造方法
本発明のアーウィン系水硬性組成物の製造方法は、下記(A)のリン含有アーウィン系クリンカーの製造を経た後に、次の(a)〜(d)の粉砕・混合方法のいずれか一つを用いればよい。すなわち、
(A)前記リン含有アーウィン系クリンカーの製造に用いるリン源は、特に限定されず、原料および/または燃料に含まれていればよく、例えば、アルミスラッジ等の金属を含む汚泥類、下水汚泥、畜産系廃棄物(家畜ふん尿)等が挙げられる。これらの中でも、資源循環型社会構築の観点から、下水汚泥の使用が好ましい。
また、前記リン含有アーウィン系クリンカーの焼成には、ロータリーキルン等の、ポルトランドセメントクリンカーの焼成に使用される通常の焼成炉を用いることができ、その焼成温度(最高温度)は、1250〜1350℃である。焼成温度が1250℃未満ではクリンカーの焼成度が不足するため、また焼成温度が1350℃を超える場合は過焼成のため、共に凝結や強度発現性等の主要な品質特性が低下する場合がある。
そして、上記(A)工程で得られたリン含有アーウィン系クリンカーを用いて、
(a)リン含有アーウィン系クリンカー、ポルトランドセメントクリンカー、および無水石膏を、粉末全体のブレーン比表面積が4000〜5000cm2/gとなるまで粉砕する方法、
(b)リン含有アーウィン系クリンカー、ポルトランドセメントクリンカー、および無水石膏の一部(無水石膏の50〜80質量%が好ましい。)を、ブレーン比表面積が4000〜5000cm2/gになるまで粉砕した後、該粉砕物に残りの無水石膏を混合する方法、
(c)リン含有アーウィン系クリンカー、および無水石膏の一部(無水石膏の50〜80質量%が好ましい。)をブレーン比表面積が4000〜5000cm2/gとする粉砕と、ポルトランドセメントクリンカー、および残りの無水石膏をブレーン比表面積が3000〜5000cm2/gとする粉砕を別々に行った後、これら2種類のクリンカー粉砕物を混合する方法、
(d)リン含有アーウィン系クリンカーおよび無水石膏の一部(無水石膏の50〜80質量%が好ましい。)をブレーン比表面積が4000〜5000cm2/gとする粉砕と、ポルトランドセメントクリンカーをブレーン比表面積が3000〜5000cm2/gとする粉砕を別々に行った後、これら2種類のクリンカー粉砕物と残りの無水石膏を混合する方法、
の、いずれか一つの粉砕・混合方法を採用する。
なお、凝結遅延剤および凝結促進剤は、粉砕が必要な場合には、前記いずれかのクリンカーの粉砕工程において同時に粉砕すればよく、また、十分に細かな粒径を有する場合には、クリンカー粉砕物に所定量を添加すればよい。
上記、粉砕・混合方法のうち、(a)の方法は一つの粉砕工程のみで完了するため、アーウィン系水硬性組成物を簡便に製造できる。一方、(b)〜(d)の方法は、ブレーン比表面積の異なる2種類の無水石膏を含むから、特に低温での早期強度発現性に優れるアーウィン系水硬性組成物を製造できる。
5. Manufacturing method of Erwin hydraulic composition The manufacturing method of the Irwin hydraulic composition of the present invention includes the following (a) to (d) pulverization after manufacturing the phosphorus-containing Irwin clinker of (A) below. -Any one of the mixing methods may be used. That is,
(A) The phosphorus source used in the production of the phosphorus-containing Irwin clinker is not particularly limited as long as it is contained in the raw material and / or fuel. For example, sludge containing metal such as aluminum sludge, sewage sludge, Examples include livestock waste (livestock manure). Among these, the use of sewage sludge is preferable from the viewpoint of building a resource recycling society.
In addition, for firing the phosphorus-containing Irwin clinker, a normal firing furnace such as a rotary kiln used for firing Portland cement clinker can be used, and the firing temperature (maximum temperature) is 1250 to 1350 ° C. is there. If the firing temperature is less than 1250 ° C., the degree of firing of the clinker is insufficient, and if the firing temperature exceeds 1350 ° C., the main quality characteristics such as coagulation and strength development may be deteriorated.
And, using the phosphorus-containing Irwin clinker obtained in the step (A),
(A) A method of pulverizing phosphorus-containing Irwin clinker, Portland cement clinker, and anhydrous gypsum until the Blaine specific surface area of the whole powder becomes 4000 to 5000 cm 2 / g,
(B) After pulverizing phosphorus-containing Irwin clinker, Portland cement clinker, and part of anhydrous gypsum (50 to 80% by mass of anhydrous gypsum is preferred) until the Blaine specific surface area becomes 4000 to 5000 cm 2 / g. , A method of mixing the remaining anhydrous gypsum into the pulverized product,
(C) pulverization with phosphorus-containing Erwin clinker and part of anhydrous gypsum (preferably 50 to 80% by mass of anhydrous gypsum) having a Blaine specific surface area of 4000 to 5000 cm 2 / g, Portland cement clinker, and the rest A method of mixing these two types of clinker pulverized materials after separately grinding the anhydrous gypsum of the above to a Blaine specific surface area of 3000 to 5000 cm 2 / g,
(D) Grinding with phosphorus-containing Irwin clinker and part of anhydrous gypsum (preferably 50 to 80% by mass of anhydrous gypsum) having a Blaine specific surface area of 4000 to 5000 cm 2 / g; Is a method of mixing these two types of clinker pulverized product and the remaining anhydrous gypsum after separately performing pulverization of 3000 to 5000 cm 2 / g,
Any one of the pulverization and mixing methods is adopted.
The setting retarder and the setting accelerator may be pulverized at the same time in any of the clinker pulverization steps if pulverization is necessary, and clinker pulverization if the pulverization agent has a sufficiently fine particle size. What is necessary is just to add a predetermined amount to a thing.
Among the pulverization / mixing methods described above, the method (a) is completed with only one pulverization step, so that an Irwin hydraulic composition can be easily produced. On the other hand, since the methods (b) to (d) include two types of anhydrous gypsum having different brain specific surface areas, it is possible to produce an Irwin hydraulic composition that is particularly excellent in early strength development at low temperatures.
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
1.リン含有アーウィン系クリンカーの作製
II型無水石膏、ボーキサイト、石灰石、およびリン酸水素カルシウム二水和物(試薬特級、関東化学社製)を、表1のCP1〜5に示す化学組成になるように混合して圧密し、ペレットを作製した。次に、該ペレットを超高速昇温電気炉に入れ、1000℃で30分保持して脱水分および脱炭酸を行った後、昇温速度700℃/時間で1350℃まで昇温して、1350℃で20分間焼成した。その後、炉外で放冷して、表2のCP1〜5に示す鉱物組成を有するクリンカーを作製した。
また、比較のため、表1のCN1に示す化学組成になるように、II型無水石膏、ボーキサイト、および石灰石を混合して圧密し、CP1〜5と同様にして、表2のCN1に示す鉱物組成を有するクリンカーを作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
1. Preparation of phosphorus-containing erwin clinker
Type II anhydrous gypsum, bauxite, limestone, and calcium hydrogen phosphate dihydrate (reagent grade, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) are mixed and compacted so as to have the chemical composition shown in CP1 to 5 in Table 1, and pelletized Was made. Next, the pellet was placed in an ultra-high temperature heating electric furnace, held at 1000 ° C. for 30 minutes to perform dehydration and decarboxylation, and then heated to 1350 ° C. at a heating rate of 700 ° C./hour. Baked at 20 ° C. for 20 minutes. Then, it stood to cool outside a furnace and produced the clinker which has a mineral composition shown to CP1-5 of Table 2.
For comparison, a mineral type II anhydrous gypsum, bauxite, and limestone are mixed and consolidated so as to have a chemical composition shown in CN1 in Table 1, and the minerals shown in CN1 in Table 2 in the same manner as CP1-5. A clinker having a composition was made.
2.アーウィン系水硬性組成物の製造
前記CP1〜5およびCN1のアーウィン系クリンカーと、表3に示す材料を用いて、前記(b)の方法でアーウィン系水硬性組成物を製造した。具体的には、表4の「粉砕」の列に示す配合に従って、アーウィン系クリンカー、ポルトランドセメントクリンカー、無水石膏(添加する無水石膏全体の74質量%)、および炭酸リチウム(凝結促進剤)を粉砕した後、表4の「混合」の列に示す配合に従って、残り(添加する無水石膏全体の26質量%)の無水石膏を前記粉砕物に添加して混合し、アーウィン系水硬性組成物を製造した。得られたアーウィン系水硬性組成物のブレーン比表面積を表5に示す。
2. Production of Erwin hydraulic composition An Erwin hydraulic composition was produced by the method (b) using the CP1-5 and CN1 Erwin clinker and the materials shown in Table 3. Specifically, Irwin clinker, Portland cement clinker, anhydrous gypsum (74% by mass of the total anhydrous gypsum to be added), and lithium carbonate (aggregation accelerator) are pulverized according to the formulation shown in the column of “Crushing” in Table 4. After that, according to the composition shown in the “mixing” column of Table 4, the remaining anhydrous gypsum (26 mass% of the total anhydrous gypsum to be added) is added to the pulverized product and mixed to produce an Irwin hydraulic composition. did. Table 5 shows the Blaine specific surface area of the obtained Irwin hydraulic composition.
3.可使時間と圧縮強さの測定
(1)モルタルの作製
表6に示す配合に従い、凝結遅延剤の添加割合を3水準に設定したモルタルを作製した。なお、表6に示す材料は以下のものを用いた。
・水硬性組成物:前記アーウィン系水硬性組成物
・砂:セメント強さ試験用標準砂(一般社団法人セメント協会販売)
・水:千葉県佐倉市上水
・減水剤:ナフタレンスルホン酸系減水剤(商品名 マイテイ150[登録商標]、花王社製)
・凝結遅延剤:クエン酸(試薬1級、関東化学社製)
3. Measurement of pot life and compressive strength (1) Preparation of mortar According to the formulation shown in Table 6, a mortar was prepared in which the addition ratio of the setting retarder was set to 3 levels. The materials shown in Table 6 were as follows.
・ Hydraulic composition: The above Irwin hydraulic composition ・ Sand: Standard sand for cement strength test (sold by the Japan Cement Association)
Water: Sakura City, Chiba Pref. Water-reducing agent: Naphthalenesulfonic acid-based water reducing agent (trade name Mighty 150 [registered trademark], manufactured by Kao Corporation)
-Setting retarder: Citric acid (reagent grade 1, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)
(2)可使時間の測定
可使時間はモルタルの0打フローで評価した。具体的には、JIS R 5201「セメントの物理試験」に記載のフローテーブルを用い、φ51×26mmのプラスチック製円柱筒に、擦り切れまで前記作製したモルタルをつめ、該筒を引き抜いた後のフロー値(0打)を測定した。なお、本測定で100mm以上のフロー値を示すモルタルを、可使状態にあるモルタルとして判定した。測定結果を表7に示す。なお、100mm以上のフロー値は斜字で示す。
(2) Measurement of pot life The pot life was evaluated with a zero-stroke flow of mortar. Specifically, using the flow table described in JIS R 5201 “Physical Test of Cement”, the flow value after the mortar prepared above is put in a plastic cylinder of φ51 × 26 mm until it is frayed and the cylinder is pulled out. (0 stroke) was measured. In addition, the mortar which shows the flow value of 100 mm or more by this measurement was determined as a mortar in a usable state. Table 7 shows the measurement results. In addition, the flow value of 100 mm or more is shown in italics.
表7に示すように、実施例1〜8の可使時間は、従来のアーウィン系水硬性組成物に相当する比較例1の可使時間とほぼ同等である。特に、実施例3と実施例5の凝結遅延剤の使用量は、比較例1の凝結遅延剤の使用量の半分で済み、さらに特筆すべきは、凝結遅延剤を使用しない実施例6の可使時間は、凝結遅延剤を含む比較例1の可使時間と同等である点である。このように、本発明のアーウィン系水硬性組成物は、凝結遅延剤の使用量を減らすか、または無添加でも、充分、実用にかなう可使時間を確保することができる。 As shown in Table 7, the pot life of Examples 1 to 8 is almost the same as the pot life of Comparative Example 1 corresponding to the conventional Irwin hydraulic composition. In particular, the amount of setting retarder used in Example 3 and Example 5 is half that of Comparative Example 1, and it should be noted that it is possible to use Example 6 without using the set retarder. The working time is the same as the working time of Comparative Example 1 containing a setting retarder. As described above, the Irwin hydraulic composition of the present invention can sufficiently ensure a pot life that can be practically used even when the amount of the setting retarder is reduced or not added.
(3)圧縮強さの測定
実施例1〜8、比較例1、および比較例2のモルタルを用いて圧縮強さを測定した。具体的には、JIS R 5201「セメントの物理試験」に記載のテーブルバイブレーター上に設置した20×20×30mmの型枠にモルタルを1層詰めて、30秒間加振した後、表面を平滑に仕上げた。次に、材齢1日まで型枠内で封かん養生してモルタルを脱型した後、該モルタルを水中養生して、材齢が2時間、3時間、1日、および7日の時点でモルタルの圧縮強さを測定した。測定結果を表8と図1に示す。
(3) Measurement of compressive strength The compressive strength was measured using the mortars of Examples 1 to 8, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Specifically, a 20 × 20 × 30 mm mold placed on a table vibrator described in JIS R 5201 “Cement physical test” is packed with one layer of mortar, and after 30 seconds of vibration, the surface is smoothed. Finished. Next, after sealing and curing in the mold until the age of 1 day, the mortar is demolded, and then the mortar is cured in water. When the age is 2 hours, 3 hours, 1 day, and 7 days, the mortar The compressive strength of was measured. The measurement results are shown in Table 8 and FIG.
表8と図1に示すように、材齢7日において、凝結遅延剤の使用量が比較例1の半分である実施例3、および凝結遅延剤を使用しない実施例6の圧縮強さは、比較例1の圧縮強さと同等である。したがって、本発明のアーウィン系水硬性組成物は、凝結遅延剤を多量に使用しなくても、充分な可使時間を確保できるとともに、強度発現性に優れている。 As shown in Table 8 and FIG. 1, at the age of 7 days, the compressive strength of Example 3 in which the amount of setting retarder used was half that of Comparative Example 1 and Example 6 in which no setting retarder was used, This is equivalent to the compression strength of Comparative Example 1. Therefore, the Irwin hydraulic composition of the present invention can secure a sufficient pot life without using a large amount of a setting retarder and is excellent in strength development.
Claims (6)
As the phosphorus raw material of the phosphorus-containing Irwin based clinker, sludge containing metal, using one or more selected from sewage sludge, and livestock waste (animal manure), according to any one of claims 1 to 5 The manufacturing method of an Irwin hydraulic composition which manufactures the Irwin hydraulic composition of this.
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