JP7752500B2 - Carbonated hardened body and method for producing the same - Google Patents
Carbonated hardened body and method for producing the sameInfo
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Description
本発明は、炭酸化硬化体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbonated hardened body and a method for producing the same.
現在、地球温暖化の抑制のため、二酸化炭素の排出量の低減が重要な課題になっている。セメント質硬化体の製造における、二酸化炭素の排出量を低減する方法として、セメント質硬化体の養生過程において二酸化炭素を吸収させることにより、セメント質硬化体を得るまでに排出される二酸化炭索の総量を低減する方法が知られている。
例えば、特許文献1には、粉体成分として、γ-C2S(記号γ)、製鋼スラグ粉末(記号B)の1種または2種と、ポルトランドセメント(記号C)を含有し、上記γ、B、Cの合計含有量に占めるγ、Bの合計が25~95質量%であり、水セメント比W/Cが80~250%である配合のコンクリート混練物を硬化させたプレキャストコンクリートであって、硬化過程で炭酸化養生を経ることにより、表面から深さ20mm以上の部位(ただし肉厚が20mm未満の部分は肉厚全体)に炭酸化領域を形成してなるCO2吸収プレキャストコンクリートが記載されている。該プレキャストコンクリートは、炭酸化養生による二酸化炭素の吸収を利用することで、コンクリート製品を製造する際に排出される二酸化炭素の総量(ト-タル量)を大幅に低減することができる。
Currently, reducing carbon dioxide emissions is an important issue in order to curb global warming. One method known for reducing carbon dioxide emissions in the production of hardened cementitious materials is to absorb carbon dioxide during the curing process of the hardened cementitious material, thereby reducing the total amount of carbon dioxide emitted up to the time the hardened cementitious material is obtained.
For example, Patent Document 1 describes a precast concrete produced by hardening a concrete mixture containing one or both of γ- C2S (symbol γ) and steelmaking slag powder (symbol B), and Portland cement (symbol C) as powder components, where the total of γ and B accounts for 25 to 95 mass% of the total content of γ, B, and C, and the water-cement ratio W/C is 80 to 250%, and the precast concrete undergoes carbonation curing during the hardening process to form a carbonated region at a depth of 20 mm or more from the surface (but across the entire thickness of sections less than 20 mm thick). By utilizing the carbon dioxide absorption by carbonation curing, this precast concrete can significantly reduce the total amount of carbon dioxide emitted during the production of concrete products.
また、特許文献2には、(A)C2S100質量部に対して、C2ASを10~200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と、ポルトランドセメントを含む粉末状セメント組成物と、(B)水と、(C)骨材、の各材料を含むセメント混練物の硬化体を、炭酸化してなることを特徴とするセメント質硬化体が記載されている。該セメント質硬化体によれば、養生過程において多量の二酸化炭素を吸収することにより、二酸化炭素の排出量を大幅に低減することができ、かつ、ポルトランドセメント以外の粉末材料を含むものの、粉末材料の全量がポルトランドセメントからなる場合を基準としたときに、圧縮強さの低下の割合を小さくすることができる。 Furthermore, Patent Document 2 describes a cementitious hardened body obtained by carbonating a hardened body of a cement mix containing: (A) a pulverized fired product containing 10 to 200 parts by mass of C2AS per 100 parts by mass of C2S and containing 20 parts by mass or less of C3A, a powdered cement composition containing Portland cement, (B) water, and (C) aggregate. This cementitious hardened body can significantly reduce carbon dioxide emissions by absorbing a large amount of carbon dioxide during the curing process, and, although it contains powdered materials other than Portland cement, can reduce the rate of decrease in compressive strength compared to a case in which all of the powdered materials are Portland cement.
本発明は、ポルトランドセメント以外の粉末材料(特に、ポルトランドセメントに比べて、粉末の製造時の二酸化炭素の排出量が少ないもの)を含むものの、養生過程において多量の二酸化炭素を吸収することにより、排出される二酸化炭素の総量を大幅に低減することができ、寸法安定性、及び、強度に優れ、かつ、セメントクリンカ原料として再利用しやすい炭酸化硬化体を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a carbonated hardened body that contains powder materials other than Portland cement (especially those that emit less carbon dioxide during powder production than Portland cement), but that absorbs large amounts of carbon dioxide during the curing process, thereby significantly reducing the total amount of carbon dioxide emitted, has excellent dimensional stability and strength, and is easily reusable as a cement clinker raw material.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、(A)C2S及びC2ASを含み、かつ、以下の(1)~(2)の条件を満たす焼成物の粉砕物を含む粉末状水硬性材料、(B)水、(C)石灰石骨材を含む骨材を含む水硬性組成物の硬化体を炭酸化してなる炭酸化硬化体によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
(1) 焼成物がC4AFを含まない場合、C2S100質量部に対するC2ASの量が10~2,000質量部であり、焼成物がC4AFを含む場合、C2S100質量部に対するC2ASとC4AFの合計量が10~2,000質量部であり、かつ、C2ASとC4AFの合計100質量%中のC4AFの割合が70質量%以下であること
(2) 焼成物が、C3Aを含まない又はC3AをC2S100質量部に対して20質量部以下の量で含むものであること
すなわち、本発明は、以下の[1]~[7]を提供するものである。
As a result of intensive research into solving the above problems, the present inventors have found that the above objects can be achieved by a carbonated hardened body obtained by carbonating a hardened body of a hydraulic composition containing (A) a powdered hydraulic material containing C 2 S and C 2 AS and a pulverized product of a fired material that satisfies the following conditions (1) and (2), (B) water, and (C) an aggregate containing limestone aggregate, and have completed the present invention.
(1) When the fired product does not contain C4AF , the amount of C2AS is 10 to 2,000 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S , and when the fired product contains C4AF , the total amount of C2AS and C4AF is 10 to 2,000 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S, and the proportion of C4AF in the total of C2AS and C4AF (100% by mass) is 70% by mass or less. (2 ) The fired product does not contain C3A or contains C3A in an amount of 20 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of C2S . That is, the present invention provides the following [1] to [7].
[1] (A)C2S及びC2ASを含み、かつ、以下の(1)~(2)の条件を満たす焼成物の粉砕物を含む粉末状水硬性材料、(B)水、(C)石灰石骨材を含む骨材、を含む水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなることを特徴とする炭酸化硬化体。
(1) 上記焼成物がC4AFを含まない場合、上記C2S100質量部に対する上記C2ASの量が10~2,000質量部であり、上記焼成物がC4AFを含む場合、上記C2S100質量部に対する上記C2ASと上記C4AFの合計量が10~2,000質量部であり、かつ、上記C2ASと上記C4AFの合計100質量%中の上記C4AFの割合が70質量%以下であること
(2) 上記焼成物が、C3Aを含まない又はC3Aを上記C2S100質量部に対して20質量部以下の量で含むものであること
[2] 上記(C)骨材中の上記石灰石骨材の割合が20質量%以上である前記[1]に記載の炭酸化硬化体。
[3] 上記(A)粉末状水硬性材料が石膏粉末を含む前記[1]又は[2]に記載の炭酸化硬化体。
[1] A carbonated hardened body obtained by carbonating a hardened body of a hydraulic composition including: (A) a powdered hydraulic material containing C 2 S and C 2 AS and a pulverized product of a fired material that satisfies the following conditions (1) to (2): (B) water; and (C) an aggregate containing limestone aggregate.
(1) When the burned product does not contain C4AF , the amount of C2AS relative to 100 parts by mass of C2S is 10 to 2,000 parts by mass, and when the burned product contains C4AF , the total amount of C2AS and C4AF relative to 100 parts by mass of C2S is 10 to 2,000 parts by mass, and the proportion of C4AF in the total of 100% by mass of C2AS and C4AF is 70% by mass or less. (2) The burned product does not contain C3A or contains C3A in an amount of 20 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of C2S. [2] The carbonated hardened body according to [1] above, wherein the proportion of limestone aggregate in the (C) aggregate is 20% by mass or more.
[3] The carbonated hardened body according to [1] or [2], wherein the powdery hydraulic material (A) contains gypsum powder.
[4] 上記(A)粉末状水硬性材料がセメントを含み、上記(A)粉末状水硬性材料中の上記粉砕物の割合が5~90質量%、上記セメントの割合が10~95質量%である前記[1]~[3]のいずれかに記載の炭酸化硬化体。
[5] 上記(A)粉末状水硬性材料中の上記粉砕物の割合が40~85質量%、上記セメントの割合が15~60質量%であり、かつ、上記セメントが、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの少なくともいずれか一方である前記[4]に記載の炭酸化硬化体。
[6] 前記[1]~[5]のいずれかに記載の炭酸化硬化体を製造するための方法であって、上記(A)~(C)の各材料を混練して、上記水硬性組成物の混練物を調製する混練物調製工程と、上記混練物を型枠内に打設する打設工程と、上記型枠内の上記混練物が硬化した後に、上記混練物が硬化してなる水硬性組成物の硬化体を上記型枠から脱型する脱型工程と、上記型枠から脱型した上記水硬性組成物の硬化体を炭酸化養生して、上記水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなる炭酸化硬化体を得る炭酸化養生工程、を含むことを特徴とする炭酸化硬化体の製造方法。
[7] 上記脱型工程と、上記炭酸化養生工程の間に、上記水硬性組成物の硬化体の強度を高めるための高強度化養生工程、を含む前記[6]に記載の炭酸化硬化体の製造方法。
[4] The (A) powdery hydraulic material contains cement, and the (A) powdery hydraulic material has a ratio of 5 to 90% by mass of the pulverized material and a ratio of 10 to 95% by mass of the cement. [1] to [3].
[5] The carbonated hardened body according to [4], wherein the ratio of the pulverized material in the powdered hydraulic material (A) is 40 to 85% by mass, the ratio of the cement is 15 to 60% by mass, and the cement is at least one of ordinary Portland cement and high-early-strength Portland cement.
[6] A method for producing the carbonated hardened body according to any one of [1] to [5] above, comprising: a kneaded mixture preparation step of kneading the materials (A) to (C) above to prepare a kneaded mixture of the hydraulic composition; a casting step of casting the kneaded mixture into a formwork; a demolding step of, after the kneaded mixture in the formwork has hardened, releasing from the formwork the hardened body of the hydraulic composition obtained by the hardening of the kneaded mixture; and a carbonation curing step of carbonating the hardened body of the hydraulic composition released from the formwork to obtain a carbonated hardened body.
[7] The method for producing a carbonated hardened body according to [6], comprising a high-strength curing step for increasing the strength of the hardened body of the hydraulic composition between the demolding step and the carbonation curing step.
本発明の炭酸化硬化体は、寸法安定性、及び、強度に優れたものである。
また、本発明の炭酸化硬化体によれば、養生過程において多量の二酸化炭素を吸収することにより、排出される二酸化炭素の総量を大幅に低減することができる。
さらに、本発明の炭酸化硬化体は、骨材の一部として石灰石骨材を用いているため、使用後の炭酸化硬化体をセメントクリンカの原料として再利用する際に、骨材等の分離除去が不要であったり、新たな原料を少なくでき、セメントクリンカ原料として再利用しやすいものである。
The carbonated hardened material of the present invention has excellent dimensional stability and strength.
Furthermore, the carbonated hardened material of the present invention can absorb a large amount of carbon dioxide during the curing process, thereby significantly reducing the total amount of carbon dioxide emitted.
Furthermore, since the carbonated hardened product of the present invention uses limestone aggregate as part of the aggregate, when the carbonated hardened product after use is reused as a raw material for cement clinker, separation and removal of aggregate, etc. is not required, and the amount of new raw material can be reduced, making it easy to reuse as a raw material for cement clinker.
本発明の炭酸化硬化体は、(A)C2S(2CaO・SiO2:ビーライト)及びC2AS(2CaO・Al2O3・SiO2:ゲーレナイト)を含み、かつ、以下の(1)~(2)の条件を満たす焼成物の粉砕物を含む粉末状水硬性材料、(B)水、(C)石灰石骨材を含む骨材、を含む水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなるものである。
(1) 焼成物がC4AF(4CaO・Al2O3・Fe2O3:フェライト相)を含まない場合、C2S100質量部に対するC2ASの量が10~2,000質量部であり、焼成物がC4AFを含む場合、C2S100質量部に対するC2ASとC4AFの合計量が10~2,000質量部であり、かつ、C2ASとC4AFの合計100質量%中のC4AFの割合が70質量%以下であること
(2) 焼成物が、C3A(3CaO・Al2O3:アルミネート相)を含まない又はC3AをC2S100質量部に対して20質量部以下の量で含むものであること
ここで、「炭酸化」とは、水硬性組成物の硬化体中のアルカリ性の成分が、二酸化炭素と反応して、該アルカリ性の成分のpHを低下させることをいう。
以下、本発明を詳しく説明する。
The carbonated hardened product of the present invention is obtained by carbonating a hardened product of a hydraulic composition containing: (A) a powdered hydraulic material containing C 2 S (2CaO·SiO 2 : belite) and C 2 AS (2CaO·Al 2 O 3 ·SiO 2 : gehlenite) and a pulverized product of a fired product that satisfies the following conditions (1) and (2): (B) water; and (C) an aggregate containing limestone aggregate.
(1) When the fired product does not contain C4AF ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3 : ferrite phase ), the amount of C2AS is 10 to 2,000 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S , and when the fired product contains C4AF , the total amount of C2AS and C4AF is 10 to 2,000 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S , and the proportion of C4AF in the total of C2AS and C4AF (100% by mass) is 70% by mass or less. (2) When the fired product does not contain C3A ( 3CaO.Al2O3 : aluminate phase) or contains C3A in an amount of 20 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of C2S. Here, "carbonation" refers to the reaction of an alkaline component in the set hydraulic composition with carbon dioxide to lower the pH of the alkaline component.
The present invention will be described in detail below.
[(A)粉末状水硬性材料]
粉末状水硬性材料は、C2S及びC2ASを含み、かつ、上記(1)~(2)の条件を満たす焼成物の粉砕物を含むものである。
上記条件(1)に関して、焼成物がC4AFを含まない場合、C2S100質量部に対するC2ASとC4AFの合計量は10~2,000質量部、好ましくは15~1,000質量部、より好ましくは20~500質量部、さらに好ましくは23~200質量部、さらに好ましくは25~100質量部、さらに好ましくは25~75質量部、さらに好ましくは25~60質量部、特に好ましくは25~50質量部である。上記量が10質量部未満では、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量(未反応CaO量)が低下しにくく、焼成が困難になる。上記量が2,000質量部を超えると、焼成物を製造する際に、高温下で発生する融液の量が増加するため、焼成可能温度が狭くなる。また、相対的にC2Sの量が少なくなるため、後述の脱型工程において脱型を行う際の硬化体の強度が低下する。
[(A) Powdered hydraulic material]
The powdered hydraulic material contains C 2 S and C 2 AS and also contains a pulverized product of the fired material that satisfies the above conditions (1) and (2).
Regarding the above condition (1), when the fired product does not contain C4AF , the total amount of C2AS and C4AF per 100 parts by mass of C2S is 10 to 2,000 parts by mass, preferably 15 to 1,000 parts by mass, more preferably 20 to 500 parts by mass, even more preferably 23 to 200 parts by mass, even more preferably 25 to 100 parts by mass, even more preferably 25 to 75 parts by mass, even more preferably 25 to 60 parts by mass, and particularly preferably 25 to 50 parts by mass. If the amount is less than 10 parts by mass, the amount of free lime (unreacted CaO) is difficult to reduce even when the firing temperature is increased, making firing difficult. If the amount exceeds 2,000 parts by mass, the amount of melt generated at high temperatures during production of the fired product increases, narrowing the firing temperature range. Furthermore, the relatively small amount of C2S reduces the strength of the hardened body when demolding in the demolding step described below.
焼成物がC4AFを含む場合、C2S100質量部に対するC2ASとC4AFの合計量は10~2,000質量部、好ましくは15~1,000質量部、より好ましくは20~500質量部、さらに好ましくは23~200質量部、さらに好ましくは23~100質量部、さらに好ましくは23~75質量部、特に好ましくは23~60質量部である。上記量が10質量部未満では、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量(未反応CaO量)が低下しにくく、焼成が困難になる。上記量が2,000質量部を超えると、焼成物を製造する際に、高温下で発生する融液の量が増加するため、焼成可能温度が狭くなる。また、相対的にC2Sの量が少なくなるため、後述の脱型工程において脱型を行う際の硬化体の強度が低下する、または、脱型まで長い時間を要する。
また、C2ASとC4AFの合計100質量%中のC4AFの割合は、70質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。上記割合が70質量%を超えると、C2ASの量が相対的に低下するため、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量(未反応CaO量)が低下しにくく、焼成が困難になる。
When the fired product contains C4AF , the total amount of C2AS and C4AF per 100 parts by mass of C2S is 10 to 2,000 parts by mass, preferably 15 to 1,000 parts by mass, more preferably 20 to 500 parts by mass, even more preferably 23 to 200 parts by mass, even more preferably 23 to 100 parts by mass, even more preferably 23 to 75 parts by mass, and particularly preferably 23 to 60 parts by mass. If the amount is less than 10 parts by mass, the amount of free lime (unreacted CaO) is difficult to reduce even when the firing temperature is increased, making firing difficult. If the amount exceeds 2,000 parts by mass, the amount of melt generated at high temperatures during production of the fired product increases, narrowing the firing temperature range. Furthermore, because the amount of C2S is relatively small, the strength of the hardened body when demolding in the demolding step described below is reduced, or it takes a long time to demold.
Furthermore, the proportion of C4AF in the total of 100% by mass of C2AS and C4AF is 70% by mass or less, preferably 50% by mass or less, and more preferably 40% by mass or less. If the proportion exceeds 70% by mass, the amount of C2AS is relatively reduced, so that even if the firing temperature is increased during firing, the amount of free lime (amount of unreacted CaO) is difficult to reduce, making firing difficult.
上記条件(2)に関して、焼成物がC3Aを含む場合、C2S100質量部に対するC3Aの量は、20質量部以下、好ましくは15質量部以下、より好ましくは10質量部以下、特に好ましくは5質量部以下である。上記量が20質量部を超えると、水硬性組成物の硬化前の流動性が低下する。 Regarding the above condition (2), when the fired product contains C3A , the amount of C3A per 100 parts by mass of C2S is 20 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and particularly preferably 5 parts by mass or less. If the amount exceeds 20 parts by mass, the fluidity of the hydraulic composition before hardening decreases.
焼成物の鉱物組成(C2S、C2AS、C4AF、C3Aの各割合:質量%)は、焼成物の原料中、又は、焼成物中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各割合(質量%)から、以下の式を用いて算出することができる。
C2S=1.02×CaO+0.95×SiO2-1.69×Al2O3-0.36×Fe2O3
C2AS=-1.63×CaO+3.04×SiO2+2.69×Al2O3+0.57×Fe2O3
C4AF=3.04×Fe2O3
C3A=1.61×CaO-3.00×SiO2-2.26×Fe2O3(ただし、マイナスの場合は「0」とみなす。)
The mineral composition of the fired product (the proportions of C2S , C2AS , C4AF , and C3A in mass%) can be calculated from the proportions (mass%) of CaO, SiO2 , Al2O3 , and Fe2O3 in the raw materials for the fired product or in the fired product using the following formula.
C 2 S=1.02×CaO+0.95×SiO 2 −1.69×Al 2 O 3 −0.36×Fe 2 O 3
C 2 AS=-1.63×CaO+3.04×SiO 2 +2.69×Al 2 O 3 +0.57×Fe 2 O 3
C4AF = 3.04 × Fe2O3
C 3 A = 1.61 × CaO - 3.00 × SiO 2 - 2.26 × Fe 2 O 3 (However, if the value is negative, it is considered to be "0.")
焼成物の原料としては、石灰石、生石灰、消石灰等のカルシウム含有原料(CaO源)や、珪石、粘土等の珪素含有原料(SiO2源)や、粘土等のアルミニウム含有原料(Al2O3源)や、鉄滓、鉄ケーキ等の鉄含有原料(Fe2O3源)等の、セメントクリンカの製造に用いられる一般的な原料を使用することができる。また、上述した原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。
上述した原料を適宜混合した後、得られた混合物を、好ましくは1,000~1,450℃(より好ましくは1,150~1,400℃)の焼成温度で焼成することで、上述した焼成物を得ることができる。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等を使用する方法が挙げられる。また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンを使用して焼成を行う際には、燃料代替廃棄物として、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用してもよい。
As the raw material for the burned product, it is possible to use ordinary raw materials used in the production of cement clinker, such as calcium-containing raw materials ( CaO sources) such as limestone, quicklime, slaked lime, etc., silicon - containing raw materials ( SiO2 sources) such as silica stone and clay, aluminum-containing raw materials ( Al2O3 sources) such as clay, iron-containing raw materials ( Fe2O3 sources) such as iron slag and iron cake, etc. In addition to the above-mentioned raw materials, it is also possible to use one or more selected from industrial waste, general waste, and construction waste soil.
After appropriately mixing the above-mentioned raw materials, the resulting mixture is preferably fired at a firing temperature of 1,000 to 1,450°C (more preferably 1,150 to 1,400°C), thereby obtaining the above-mentioned fired product.
The method for mixing the raw materials is not particularly limited, and examples thereof include methods using conventional equipment. Furthermore, the equipment used for calcination is also not particularly limited, and for example, a rotary kiln can be used. When calcination is performed using a rotary kiln, waste oil, waste tires, waste plastics, and the like may be used as fuel substitute waste materials.
焼成物中のC2Sの鉱物の形態は、特に限定されず、α型、β型、及びγ型のいずれの形態であってもよいが、後述の脱型工程において、脱型を行う際の硬化体の強度をより大きくする又は脱型を早期に行う観点から、α型、及びβ型の形態の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。
鉱物の形態は、粉末X線回折、電子線後方散乱回折(Electron Backscatter Diffraction:EBSD)等を用いて測定することができる。
The form of the C 2 S mineral in the fired product is not particularly limited and may be any of α-type, β-type, and γ-type. However, from the viewpoint of increasing the strength of the hardened body when demolding is performed or performing demolding early in the demolding step described below, it is preferable that the fired product contains at least one of α-type and β-type.
The morphology of the mineral can be measured using powder X-ray diffraction, electron backscatter diffraction (EBSD), or the like.
焼成物中のC2Sの割合は、炭酸化硬化体の強度をより大きくする観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。
また、焼成物中のC2ASの割合は、好ましくは5~50質量%、より好ましくは10~40質量%、特に好ましくは15~30質量%である。上記割合が5質量%以上であれば、焼成時に焼成温度を上げた場合にフリーライム量(未反応CaO量)が残存しにくくなり、焼成が容易になる。また、二酸化炭素の排出量の低減効果がより大きくなる。上記割合が50質量%以下であれば、焼成物を製造する際に、高温下で発生する融液の量が減少するため、焼成可能温度が広くなる。また、炭酸化硬化体の強度がより大きくなる。
The proportion of C 2 S in the fired product is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more, from the viewpoint of increasing the strength of the carbonated hardened body.
Furthermore, the proportion of C 2 AS in the fired product is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, and particularly preferably 15 to 30% by mass. If the proportion is 5% by mass or more, the amount of free lime (unreacted CaO) is less likely to remain when the firing temperature is increased during firing, making firing easier. Furthermore, the effect of reducing carbon dioxide emissions is greater. If the proportion is 50% by mass or less, the amount of molten liquid generated at high temperatures during production of the fired product is reduced, broadening the range of possible firing temperatures. Furthermore, the strength of the carbonated hardened body is greater.
焼成物中のフリーライム(遊離石灰)の割合は、炭酸化養生工程における強度発現性の観点から、好ましくは2質量%以下であり、より好ましくは0.2~1.5質量%である。
焼成物は、上述したC2S等の鉱物の他に、他の鉱物を含んでいてもよい、他の鉱物としては、ムライト、アノーサイト、非晶質相、クオーツ、クリストバライト、ランキナイト及びウォラストナイト等が挙げられる。これらは一種が単独で含まれていてもよく、二種以上が含まれていてもよい。
焼成物中の、上述したC2S、C2AS、C4AF、及びC3A以外の含有物の合計の割合は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。
The proportion of free lime in the burned product is preferably 2% by mass or less, more preferably 0.2 to 1.5% by mass, from the viewpoint of strength development in the carbonation curing step.
The fired product may contain other minerals in addition to the above-mentioned minerals such as C 2 S. Examples of other minerals include mullite, anorthite, amorphous phase, quartz, cristobalite, rankinite, and wollastonite. These may be contained alone or in combination of two or more.
The total content of ingredients other than the above-mentioned C 2 S, C 2 AS, C 4 AF, and C 3 A in the fired product is preferably 20 mass % or less, more preferably 10 mass % or less, and particularly preferably 5 mass % or less.
焼成物を粉砕してなる粉砕物のブレーン比表面積は、好ましくは2,500~10,000cm2/g、より好ましくは3,000~9,000cm2/gである。該ブレーン比表面積が2,500cm2/g以上であれば、二酸化炭素の排出量の低減効果が大きくなる。また、得られる炭酸化硬化体の強度が大きくなる。該ブレーン比表面積が10,000cm2/g以下であれば、粉砕に要するエネルギーを低く抑えることができ、製造のコストを低くすることができる。 The Blaine specific surface area of the pulverized product obtained by pulverizing the fired product is preferably 2,500 to 10,000 cm 2 /g, more preferably 3,000 to 9,000 cm 2 /g. If the Blaine specific surface area is 2,500 cm 2 /g or more, the effect of reducing carbon dioxide emissions is greater. In addition, the strength of the resulting carbonated hardened body is greater. If the Blaine specific surface area is 10,000 cm 2 /g or less, the energy required for pulverization can be kept low, and production costs can be reduced.
上記粉末状水硬性材料は、上述した焼成物を粉砕してなる粉砕物を含むものである。焼成物を粉砕する方法は、特に限定されるものではなく、ボールミル等の慣用の装置を使用する方法が挙げられる。
また、粉末状水硬性材料は、水硬性組成物の硬化前の流動性や作業性等の観点から石膏粉末を含んでいてもよい。
石膏としては、特に限定されるものではなく、例えば、天然二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏等が挙げられる。また、石膏の形態の例としては、二水石膏、半水石膏及び無水石膏が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
粉末状水硬性材料は、予め粉砕してなる石膏粉末と、焼成物を粉砕してなる粉砕物を混合することで製造してもよく、焼成物と石膏を同時に粉砕することで製造してもよい。
粉末状水硬性材料中の石膏粉末の割合は、SO3換算で、好ましくは5.0質量%以下、より好ましくは1.0~4.0質量%である。上記割合が5.0質量%以下であれば、硬化前の水硬性組成物の流動性がより向上する。なお、粉末状水硬性材料がセメントを含む場合(後述)、石膏粉末の割合には、セメントに含まれる石膏粉末が含まれるものとする。
The powdered hydraulic material includes a pulverized product obtained by pulverizing the above-mentioned fired product. The method for pulverizing the fired product is not particularly limited, and examples thereof include a method using a conventional device such as a ball mill.
The powdered hydraulic material may contain gypsum powder from the viewpoint of the fluidity and workability of the hydraulic composition before hardening.
The gypsum is not particularly limited, and examples thereof include natural gypsum dihydrate, flue gas desulfurization gypsum, phosphate gypsum, titanic gypsum, and hydrofluoric gypsum. Examples of the form of gypsum include gypsum dihydrate, gypsum hemihydrate, and anhydrous gypsum. These may be used alone or in combination of two or more.
The powdered hydraulic material may be produced by mixing gypsum powder obtained by crushing a calcined material with a crushed material obtained by crushing a calcined material, or by crushing the calcined material and gypsum simultaneously.
The proportion of gypsum powder in the powdered hydraulic material is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 1.0 to 4.0% by mass, calculated as SO3 . If the proportion is 5.0% by mass or less, the fluidity of the hydraulic composition before hardening is further improved. Note that when the powdered hydraulic material contains cement (described below), the proportion of gypsum powder includes the gypsum powder contained in the cement.
粉末状水硬性材料は、強度発現性等の観点から、セメントを含んでいてもよい。
セメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、エコセメント、速硬セメント、超速硬セメント等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、強度発現性やコストの観点から、普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントが好ましい。
The powdered hydraulic material may contain cement from the viewpoint of strength development and the like.
The cement is not particularly limited, and examples thereof include various types of Portland cement such as ordinary Portland cement, high-early-strength Portland cement, moderate-heat Portland cement, and low-heat Portland cement, as well as ecocement, rapid-hardening cement, and ultra-rapid-hardening cement. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, ordinary Portland cement or high-early-strength Portland cement is preferred from the viewpoint of strength development and cost.
粉末状水硬性材料中の粉砕物の割合は、好ましくは5~90質量%、より好ましくは10~85質量%、さらに好ましくは15~80質量%、さらに好ましくは20~70質量%、さらに好ましくは30~60質量%、さらに好ましくは35~55質量%、特に好ましくは40~50質量%である。上記割合が5質量%以上であれば、二酸化炭素の排出量の低減効果が大きくなる。また、得られる炭酸化硬化体の強度が大きくなる。該割合が90質量%以下であれば、脱型を行う際の硬化体の強度がより大きくなる又は脱型の時期が早くなり、炭酸化硬化体からなる製品の生産効率が向上する。
また、粉末状水硬性材料がセメントを含む場合、粉末状水硬性材料中のセメントの割合は、好ましくは5~95質量%、より好ましくは10~90質量%、さらに好ましくは15~85質量%、さらに好ましくは20~80質量%、さらに好ましくは30~70質量%、さらに好ましくは35~65質量%、特に好ましくは40~60質量%である。上記割合が5質量%以上であれば、脱型の時期が早くなり、炭酸化硬化体からなる製品の生産効率が向上する。上記割合が95質量%以下であれば、二酸化炭素の排出量の低減効果が大きくなる。また、得られる炭酸化硬化体の強度が大きくなる。
The proportion of the pulverized material in the powdered hydraulic material is preferably 5 to 90% by mass, more preferably 10 to 85% by mass, even more preferably 15 to 80% by mass, even more preferably 20 to 70% by mass, even more preferably 30 to 60% by mass, even more preferably 35 to 55% by mass, and particularly preferably 40 to 50% by mass. If the proportion is 5% by mass or more, the effect of reducing carbon dioxide emissions is greater. In addition, the strength of the resulting carbonated hardened body is increased. If the proportion is 90% by mass or less, the strength of the hardened body when demolded is greater or the demolding time is earlier, improving the production efficiency of products made from the carbonated hardened body.
Furthermore, when the powdered hydraulic material contains cement, the cement content in the powdered hydraulic material is preferably 5 to 95% by mass, more preferably 10 to 90% by mass, even more preferably 15 to 85% by mass, even more preferably 20 to 80% by mass, even more preferably 30 to 70% by mass, even more preferably 35 to 65% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass. When the content is 5% by mass or more, the demolding time is accelerated, improving the production efficiency of products made from carbonated hardened bodies. When the content is 95% by mass or less, the effect of reducing carbon dioxide emissions is significant. Furthermore, the strength of the resulting carbonated hardened body is increased.
粉末状水硬性材料中のフリーライム(遊離石灰)の割合は、炭酸化養生工程における強度発現性の観点から、好ましくは2質量%以下であり、より好ましくは0.2~1.5質量%である。
粉末状水硬性材料は、アミン類を含んでいてもよい。
アミン類は、二酸化炭素と反応して炭酸イオンの生成を促進する作用があることが知られており、アミン類を含むことで、効率よくカルシウム成分の炭酸化を進めることができる。
アミン類とは、分子内にアミノ基とヒドロキシル基を有するものである。アミン類としては、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)、ジグリコールアミン(DGA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、トリイソプロパノールアミン(TIPA)等が挙げられる。なお、これらのアミン類は、粉砕助剤として知られている。
また、アミン類として、二酸化炭素回収装置から得た使用済みのアミン類を用いてもよい。工場等の排ガスから二酸化炭素を回収するためのアミン系二酸化炭素回収装置では、通常、劣化したアミン類を含む液は廃棄されている。しかし、本発明では、上記廃液を有効に利用することができる。
なお、アミン類は、粉砕助剤として使用してもよい。
アミン類の量は、硬化体の炭酸化を速め、炭酸化養生工程における強度発現性を高める観点から、上記粉末状水硬性材料100質量部に対して、好ましくは0.002~1質量部、より好ましくは0.01~0.1質量部である。
The content of free lime in the powdered hydraulic material is preferably 2% by mass or less, more preferably 0.2 to 1.5% by mass, from the viewpoint of strength development in the carbonation curing step.
The powdered hydraulic material may contain amines.
Amines are known to react with carbon dioxide to promote the production of carbonate ions, and the inclusion of amines can efficiently promote the carbonation of calcium components.
Amines are compounds having an amino group and a hydroxyl group in the molecule. Examples of amines include monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), diisopropanolamine (DIPA), methyldiethanolamine (MDEA), and triisopropanolamine (TIPA). These amines are known as grinding aids.
Furthermore, used amines obtained from a carbon dioxide recovery unit may be used as the amines. In an amine-based carbon dioxide recovery unit for recovering carbon dioxide from exhaust gases from factories, etc., a liquid containing deteriorated amines is usually discarded. However, in the present invention, the waste liquid can be effectively utilized.
The amines may be used as grinding aids.
The amount of amines is preferably 0.002 to 1 part by mass, more preferably 0.01 to 0.1 part by mass, per 100 parts by mass of the powdery hydraulic material, from the viewpoint of accelerating the carbonation of the hardened body and enhancing the strength development in the carbonation curing step.
[(B)水]
水硬性組成物において、水と粉末状水硬性材料の質量比(水/粉末状水硬性材料)は、好ましくは0.3~1.0、より好ましくは0.4~0.7である。上記比が0.3以上であれば、二酸化炭素の排出量の低減効果がより大きくなる。また、水硬性組成物の混練物のワーカビリティが向上する。上記比が1.0以下であれば、炭酸化硬化体の強度がより大きくなる。
[(B) Water]
In the hydraulic composition, the mass ratio of water to powdered hydraulic material (water/powdered hydraulic material) is preferably 0.3 to 1.0, more preferably 0.4 to 0.7. If the ratio is 0.3 or more, the effect of reducing carbon dioxide emissions is greater. In addition, the workability of the kneaded product of the hydraulic composition is improved. If the ratio is 1.0 or less, the strength of the carbonated hardened body is greater.
[(C)石灰石骨材を含む骨材]
本発明で用いられる骨材は、石灰石骨材を含むものである。
ここで、石灰石骨材の例としては、石灰石砕砂、石灰石砕石、ドロマイト砕砂、ドロマイト砕石、及び、これらの再生骨材等が挙げられる。
石灰石骨材は、細骨材、または、水硬性組成物が粗骨材を含む場合、細骨材及び粗骨材の少なくともいずれか一方に含まれていればよいが、寸法安定性の観点から、細骨材および粗骨材の両方に含まれていることが好ましい。
水硬性組成物に含まれる骨材全量中の石灰石骨材の割合は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に好ましくは60質量%以上である。上記割合が5質量%以上であれば、炭酸化養生を行う際および得られた硬化体の供用期間中における、硬化体の収縮を低減することができ、寸法安定性をより向上させることができる。
また、石灰石骨材が細骨材である場合、細骨材全量中の石灰石骨材の割合は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に好ましくは60質量%以上である。上記割合が5質量%以上であれば、炭酸化養生を行う際および得られた硬化体の供用期間中における、硬化体の収縮を低減することができ、寸法安定性をより向上させることができる。
[(C) Aggregate containing limestone aggregate]
The aggregate used in the present invention includes limestone aggregate.
Examples of limestone aggregate include crushed limestone sand, crushed limestone stone, crushed dolomite sand, crushed dolomite stone, and recycled aggregates thereof.
The limestone aggregate may be contained in the fine aggregate, or in at least one of the fine aggregate and the coarse aggregate when the hydraulic composition contains coarse aggregate, but from the viewpoint of dimensional stability, it is preferable that the limestone aggregate be contained in both the fine aggregate and the coarse aggregate.
The proportion of limestone aggregate in the total amount of aggregate contained in the hydraulic composition is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, still more preferably 40% by mass or more, and particularly preferably 60% by mass or more. If the proportion is 5% by mass or more, shrinkage of the hardened body during carbonation curing and during the service life of the obtained hardened body can be reduced, and dimensional stability can be further improved.
Furthermore, when the limestone aggregate is a fine aggregate, the proportion of the limestone aggregate in the total amount of fine aggregate is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, still more preferably 40% by mass or more, and particularly preferably 60% by mass or more. If the proportion is 5% by mass or more, shrinkage of the hardened body during carbonation curing and during the service life of the obtained hardened body can be reduced, and dimensional stability can be further improved.
骨材として石灰石骨材を用いることで、炭酸化養生時および供用期間中における収縮量を低減することができ、寸法安定性をより向上することができる。
また、本発明の炭酸化硬化体を使用した後に回収して、セメントクリンカ原料として利用することが容易になる。
例えば、骨材として石灰石骨材のみを用いた場合、本発明の炭酸化硬化体を使用した後に回収して、その全てをセメントクリンカ原料として利用することができる。この場合、新たに少量の原料を追加するだけで、セメントクリンカを製造することができる。
By using limestone aggregate as the aggregate, the amount of shrinkage during carbonation curing and during the service period can be reduced, and dimensional stability can be further improved.
Furthermore, the carbonated hardened product of the present invention can be easily recovered after use and used as a cement clinker raw material.
For example, when only limestone aggregate is used as the aggregate, the carbonated hardened product of the present invention can be recovered after use and used entirely as a cement clinker raw material. In this case, cement clinker can be produced by simply adding a small amount of new raw material.
骨材は、石灰石骨材以外の骨材を含んでいてもよい。
石灰石骨材以外の細骨材の例としては、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ、再生砂、軽量細骨材またはこれらの混合物等が挙げられる。
石灰石骨材以外の粗骨材の例としては、川砂利、山砂利、陸砂利、砕石、スラグ、再生粗骨材、軽量粗骨材またはこれらの混合物等が挙げられる。
また、細骨材として用いられる石灰石骨材の微粒分量は、水硬性組成物の硬化前の流動性等の観点から、好ましくは15質量%以下、よりが好ましくは2~10質量%である。
また、細骨材全体の微粒分量は、水硬性組成物の硬化前の流動性等観点から、好ましくは10質量%以下、より好ましくは1~8質量%である。
The aggregate may include aggregates other than limestone aggregate.
Examples of fine aggregates other than limestone aggregate include river sand, mountain sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, slag, recycled sand, lightweight fine aggregate, and mixtures thereof.
Examples of coarse aggregates other than limestone aggregate include river gravel, mountain gravel, land gravel, crushed stone, slag, recycled coarse aggregate, lightweight coarse aggregate, and mixtures thereof.
The amount of fine particles of limestone aggregate used as fine aggregate is preferably 15% by mass or less, more preferably 2 to 10% by mass, from the viewpoint of the fluidity of the hydraulic composition before hardening.
The amount of fine particles in the entire fine aggregate is preferably 10% by mass or less, more preferably 1 to 8% by mass, from the viewpoint of the fluidity of the hydraulic composition before hardening.
水硬性組成物が粗骨材を含む場合、細骨材率は、好ましくは5~60%である。細骨材率が前記範囲内であれば、混練物のワーカビリティや成形のし易さが向上する。
骨材の量(細骨材と粗骨材を併用する場合はその合計量)は、粉末状水硬性材料100質量部に対して、好ましくは200~700質量部、より好ましくは200~600質量部である。該配合量が前記範囲内であれば、炭酸化硬化体の強度が大きくなり、また、炭酸化硬化体の収縮率が小さくなる。
細骨材と粗骨材を組み合わせた際の粗粒率は、好ましくは1.0~7.0、より好ましくは1.5~6.5である。
When the hydraulic composition contains coarse aggregate, the fine aggregate ratio is preferably 5 to 60%. If the fine aggregate ratio is within this range, the workability and ease of molding of the kneaded product are improved.
The amount of aggregate (the total amount when fine aggregate and coarse aggregate are used in combination) is preferably 200 to 700 parts by mass, more preferably 200 to 600 parts by mass, per 100 parts by mass of the powdered hydraulic material. When the amount is within the above range, the strength of the carbonated hardened body is increased and the shrinkage rate of the carbonated hardened body is reduced.
The coarseness ratio when the fine aggregate and the coarse aggregate are combined is preferably 1.0 to 7.0, more preferably 1.5 to 6.5.
[その他の材料]
また、水硬性組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲内で、必要に応じて他の材料を配合してもよい。必要に応じて配合される他の材料としては、減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の各種添加剤や、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末等の各種混和材等が挙げられる。
水硬性組成物中の、その他の材料の割合は、その他の材料の種類によっても異なるが、例えば、20質量%以下、好ましくは10質量%以下である。
[Other ingredients]
The hydraulic composition may contain other materials as needed within the scope of not impairing the object of the present invention. Examples of other materials that may be added as needed include various additives such as water-reducing agents, antifoaming agents, and shrinkage-reducing agents, and various admixtures such as fly ash, silica fume, ground granulated blast furnace slag, and ground limestone.
The proportion of the other materials in the hydraulic composition varies depending on the type of the other materials, but is, for example, 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less.
[炭酸化硬化体の製造方法]
本発明の炭酸化硬化体の製造方法の一例としては、上述した(A)粉末状水硬性材料と、(B)水と、(C)石灰石骨材を含む骨材の各材料を混練して、水硬性組成物の混練物を調製する混練物調製工程と、混練物を型枠内に打設する打設工程と、型枠内の混練物が硬化した後に、混練物が硬化してなる水硬性組成物の硬化体を型枠から脱型する脱型工程と、型枠から脱型した水硬性組成物の硬化体を炭酸化養生して、水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなる炭酸化硬化体を得る炭酸化養生工程、を含む方法が挙げられる。
以下、工程ごとに詳しく説明する。
[Method of manufacturing carbonated hardened body]
An example of the method for producing a carbonated hardened body of the present invention includes a kneaded mixture preparation step of kneading the above-mentioned (A) powdered hydraulic material, (B) water, and (C) aggregate materials including limestone aggregate to prepare a kneaded mixture of a hydraulic composition; a casting step of casting the kneaded mixture into a formwork; a demolding step of, after the kneaded mixture in the formwork has hardened, releasing from the formwork the hardened body of the hydraulic composition obtained by the hardening of the kneaded mixture; and a carbonation curing step of carbonating the hardened body of the hydraulic composition released from the formwork to obtain a carbonated hardened body.
Each step will be explained in detail below.
[混練物調製工程]
本工程は、上述した(A)粉末状水硬性材料と、(B)水と、(C)石灰石骨材を含む骨材の各材料を混練して、水硬性組成物の混練物を調製する工程である。
各材料を混練する方法は、特に限定されるものではない。また、混練に用いる装置も特に限定されるものではなく、例えば、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等の慣用のミキサを使用することができる。
なお、本工程において、上記(A)~(C)成分とアミン類を混錬してもよい。
[打設工程]
本工程は、前工程で得られた混練物を型枠内に打設する工程である。
打設方法としては、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の慣用の方法を使用することができる。
混練物を型枠内に打設した後、脱型するまでの養生方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、気中養生、湿空養生、水中養生、及び蒸気養生等の一般的な養生方法を採用することができる。
[脱型工程]
本工程は、型枠内の混練物が硬化した後に、混練物が硬化してなる水硬性組成物の硬化体を型枠から脱型する工程である。
[Kneaded material preparation step]
This step is a step of kneading the above-mentioned (A) powdery hydraulic material, (B) water, and (C) aggregate materials including limestone aggregate to prepare a kneaded product of the hydraulic composition.
The method for kneading the materials is not particularly limited, and the device used for kneading is also not particularly limited, and for example, a conventional mixer such as an omni mixer, a pan mixer, a twin-screw mixer, or a tilting mixer can be used.
In this step, the components (A) to (C) may be kneaded with the amines.
[Pouring process]
This step is a step of casting the kneaded material obtained in the previous step into a formwork.
The casting method is not particularly limited, and a conventional method such as pouring can be used.
The curing method used after the kneaded material is poured into the formwork and before it is removed from the formwork is not particularly limited, and general curing methods such as air curing, moist air curing, underwater curing, and steam curing can be used.
[Demolding process]
This step is a step in which, after the kneaded material in the formwork has hardened, the hardened hydraulic composition obtained by the hardening of the kneaded material is removed from the formwork.
[高強度化養生工程]
本工程は、脱型工程と炭酸化養生工程の間に任意に設けられる工程であって、水硬性組成物の硬化体の強度を高めるための工程である。
本工程において、型枠から脱型した水硬性組成物の硬化体を、その圧縮強さが、好ましくは3N/mm2以上、より好ましくは5N/mm2以上、特に好ましくは10N/mm2以上となるまで養生することで、炭酸化養生後の炭酸化硬化体の強度(例えば、モルタルの圧縮強さ、コンクリートの圧縮強度)を高めることができる。
養生方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、気中養生、湿空養生、水中養生、及び蒸気養生等の一般的な養生方法を用いることができる。なお、高強度化養生工程における「養生」には、炭酸化養生は含まれないものとする。
[High strength curing process]
This step is optionally performed between the demolding step and the carbonation curing step, and is a step for increasing the strength of the hardened product of the hydraulic composition.
In this step, the hardened hydraulic composition released from the formwork is cured until its compressive strength reaches preferably 3 N/ mm2 or more, more preferably 5 N/ mm2 or more, and particularly preferably 10 N/ mm2 or more, thereby increasing the strength of the carbonated hardened body after carbonation curing (for example, the compressive strength of mortar or concrete).
The curing method is not particularly limited, and general curing methods such as air curing, moist air curing, underwater curing, and steam curing can be used. Note that the "curing" in the high-strength curing step does not include carbonation curing.
[炭酸化養生工程]
本工程は、型枠から脱型した水硬性組成物の硬化体を炭酸化養生して、水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなる炭酸化硬化体を得る工程である。
本工程において炭酸化養生に用いられる二酸化炭素ガスの濃度は、好ましくは1体積%以上、より好ましくは3体積%以上、さらに好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上、特に好ましくは60体積%以上である。上記濃度が1体積%以上であれば、炭酸化養生工程における二酸化炭素の吸収量を大きくすることができる。
二酸化炭素ガスの濃度の上限は、特に限定されるものではなく、二酸化炭素ガスの濃度が高いほど、二酸化炭素の吸収量を増加させることができるが、養生設備等のコストを低くする観点から、好ましくは90体積%以下、より好ましくは70体積%以下、特に好ましくは50体積%以下である。
[Carbonation curing process]
This step is a step of carbonating and curing the hardened hydraulic composition released from the formwork to obtain a carbonated hardened body by carbonating the hardened hydraulic composition.
The concentration of carbon dioxide gas used for carbonation curing in this step is preferably 1% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, even more preferably 10% by volume or more, still more preferably 50% by volume or more, and particularly preferably 60% by volume or more. If the concentration is 1% by volume or more, the amount of carbon dioxide absorbed in the carbonation curing step can be increased.
The upper limit of the concentration of carbon dioxide gas is not particularly limited, and the higher the concentration of carbon dioxide gas, the more the amount of carbon dioxide absorbed can be increased. However, from the viewpoint of reducing the cost of curing equipment and the like, the upper limit is preferably 90% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, and particularly preferably 50% by volume or less.
また、炭酸化養生工程における温度は、特に限定されるものではないが、好ましくは5~100℃、より好ましくは10~50℃、特に好ましくは15~35℃である。
炭酸化養生における温度が、上記数値範囲内であれば、炭酸化硬化体からなる製品の生産性が向上し、炭酸化硬化体の強度をより大きくすることができる。
また、本発明の炭酸化硬化体は、比較的低温(例えば、5~30℃)で炭酸化養生を行った場合であっても、二酸化炭素の排出量の低減効果が大きいものである。
本工程における相対湿度は、特に限定されるものではないが、好ましくは20~90%、より好ましくは30~80%、特に好ましくは40~70%である。上記相対湿度が20%以上であれば、炭酸化硬化体の生産性がより向上し、炭酸化硬化体の強度がより大きくなる。上記相対湿度を、90%を超えるものにすることは困難であり、設備等にかかるコストが過大となる。
The temperature in the carbonation curing step is not particularly limited, but is preferably 5 to 100°C, more preferably 10 to 50°C, and particularly preferably 15 to 35°C.
If the temperature during carbonation curing is within the above range, the productivity of products made from the carbonated hardened body can be improved, and the strength of the carbonated hardened body can be increased.
Furthermore, the carbonated hardened product of the present invention is highly effective in reducing carbon dioxide emissions even when carbonation curing is carried out at a relatively low temperature (for example, 5 to 30°C).
The relative humidity in this step is not particularly limited, but is preferably 20 to 90%, more preferably 30 to 80%, and particularly preferably 40 to 70%. If the relative humidity is 20% or higher, the productivity of the carbonated hardened body will be improved and the strength of the carbonated hardened body will be greater. It is difficult to increase the relative humidity above 90%, and the costs required for equipment, etc. will be excessive.
炭酸化養生工程において、炭酸化硬化体の表面からの炭酸化深さは、好ましくは2mm以上、より好ましくは3mm以上、さらに好ましくは4mm以上、特に好ましくは5mm以上になるように、炭酸化養生を行うことが好ましい。炭酸化深さが2mm以上となるように炭酸化養生を行なうことで、炭酸化硬化体により多くの二酸化炭素を吸収させることができる。具体的には、上述した炭酸化養生工程における、二酸化炭素ガスの濃度、温度、及び相対湿度の数値や、養生時間を適宜調整することで、上記炭酸化深さを2mm以上にすることができる。
また、短時間で二酸化炭素を吸収させる観点から、好ましくは材齢1日、より好ましくは材齢3日において、上記炭酸化深さを2mm以上にするように炭酸化養生を行なうことが好ましい。
なお、「炭酸化硬化体の表面からの炭酸化深さ」は、「JIS A 1152:2018(コンクリートの中性化深さの測定方法)」に準拠して測定することができる。
得られた炭酸化硬化体は、路盤材やインターロッキングブロック等として利用することができる。また、路盤材等として設置した後も、二酸化炭素を継続して吸収して、固定化することができる。
In the carbonation curing step, it is preferable to carry out carbonation curing so that the carbonation depth from the surface of the carbonated hardened body is preferably 2 mm or more, more preferably 3 mm or more, even more preferably 4 mm or more, and particularly preferably 5 mm or more. By carrying out carbonation curing so that the carbonation depth is 2 mm or more, it is possible to allow the carbonated hardened body to absorb a larger amount of carbon dioxide. Specifically, the carbonation depth can be made 2 mm or more by appropriately adjusting the carbon dioxide gas concentration, temperature, and relative humidity values, as well as the curing time, in the carbonation curing step described above.
From the viewpoint of absorbing carbon dioxide in a short time, it is preferable to carry out carbonation curing so that the carbonation depth is 2 mm or more, preferably at an age of 1 day, more preferably at an age of 3 days.
The "carbonation depth from the surface of the carbonated hardened body" can be measured in accordance with "JIS A 1152:2018 (Method for measuring carbonation depth of concrete)".
The obtained carbonated hardened material can be used as a roadbed material, interlocking blocks, etc. Furthermore, even after being installed as a roadbed material, etc., it can continue to absorb and fix carbon dioxide.
なお、本発明においては、上記製造方法によって得られた炭酸化硬化体は、上記焼成物の粉砕物に代えて、上記粉末状セメント組成物に含まれるポルトランドセメントと同じポルトランドセメントを用いた場合に比べて、炭酸化硬化体の製造に際して排出される二酸化炭素の量が15%以上(より好ましくは20%以上、さらに好ましくは30%以上、特に好ましくは40%以上)低減され、かつ、炭酸化硬化体の強度(例えば、圧縮強度)の低下の割合が50%以下(より好ましくは40%以下)であるものが好ましい。 In the present invention, the carbonated hardened product obtained by the above manufacturing method preferably emits at least 15% less carbon dioxide (more preferably at least 20%, even more preferably at least 30%, and particularly preferably at least 40%) during production than when the same Portland cement as that contained in the powdered cement composition is used instead of the pulverized burned product, and the strength (e.g., compressive strength) of the carbonated hardened product preferably decreases by no more than 50% (more preferably no more than 40%).
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[焼成物の粉砕物を含む粉末状材料Aの作製]
焼成物の原料として、石灰石、石炭灰、建設発生土、珪石及び粘土を使用して、得られる焼成物中のC2S100質量部に対する、C2ASの量が25質量部、C4AFの量が10質量部、C3Aの量が0質量部となるように原料の配合を調製し、調製後の原料を、小型ロータリーキルンを用いて焼成することで焼成物α1を得た。なお、焼成物中のC2Sの割合は74.2質量%、C2ASの割合は18.8質量%であった。焼成物α1の化学組成及び水硬率等を表1~2に示す。
得られた焼成物α1と二水石膏を同時に粉砕して、ブレーン比表面積が6,000cm2/gであり、粉砕物中の二水石膏の割合が、SO3換算で2.0質量%、フリーライムの割合が0.04質量%である焼成物の粉砕物を含む粉末状材料Aを作製した。
また、粉砕の際に粉砕助剤としてトリエタノールアミンを質量換算で400ppmとなる量で添加した。
The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Preparation of powdered material A containing pulverized fired product]
Limestone, coal ash, construction waste soil, silica stone, and clay were used as raw materials for the calcined product. The raw material composition was adjusted so that the amount of C2AS was 25 parts by mass, the amount of C4AF was 10 parts by mass, and the amount of C3A was 0 parts by mass per 100 parts by mass of C2S in the resulting calcined product. The prepared raw materials were calcined using a small rotary kiln to obtain calcined product α1. The proportion of C2S in the calcined product was 74.2% by mass, and the proportion of C2AS was 18.8% by mass. The chemical composition and hydraulic ratio of calcined product α1 are shown in Tables 1 and 2.
The obtained calcined product α1 and gypsum dihydrate were simultaneously ground to produce powdered material A containing a ground calcined product having a Blaine specific surface area of 6,000 cm 2 /g, a gypsum dihydrate content of 2.0 mass% in terms of SO 3 , and a free lime content of 0.04 mass%.
During the grinding, triethanolamine was added as a grinding aid in an amount equivalent to 400 ppm by mass.
[焼成物の粉砕物を含む粉末状材料Bの作製]
焼成物の原料として、石灰石、石炭灰、建設発生土、珪石及び粘土を使用して、得られる焼成物中のC2S100質量部に対する、C2ASの量が40質量部、C4AFの量が16質量部、C3Aの量が0質量部となるように原料の配合を調製し、調製後の原料を、小型ロータリーキルンを用いて焼成することで焼成物α2を得た。なお、焼成物中のC2Sの割合は66.8質量%、C2ASの割合は26.9質量%であった。焼成物α2の化学組成及び水硬率等を表1~2に示す。
得られた焼成物α2と二水石膏を同時に粉砕して、ブレーン比表面積が4,700cm2/gであり、粉砕物中の二水石膏の割合が、SO3換算で3.0質量%、フリーライムの割合が0.5質量%である焼成物の粉砕物を含む粉末状材料Bを作製した。
また、粉砕の際に粉砕助剤(トリエタノールアミン)を質量換算で400ppmとなる量で添加した。
[Preparation of powdered material B containing pulverized fired product]
The raw materials for the calcined product were limestone, coal ash, construction waste soil, silica stone, and clay. The raw material composition was adjusted so that the resulting calcined product contained 40 parts by mass of C2AS , 16 parts by mass of C4AF , and 0 parts by mass of C3A per 100 parts by mass of C2S . The resulting raw materials were then calcined in a small rotary kiln to obtain calcined product α2. The calcined product contained 66.8% by mass of C2S and 26.9% by mass of C2AS . The chemical composition and hydraulic ratio of calcined product α2 are shown in Tables 1 and 2.
The obtained calcined product α2 and gypsum dihydrate were simultaneously ground to produce powdered material B containing a ground calcined product having a Blaine specific surface area of 4,700 cm 2 /g, a gypsum dihydrate content of 3.0 mass% in terms of SO 3 , and a free lime content of 0.5 mass%.
During the grinding, a grinding aid (triethanolamine) was added in an amount equivalent to 400 ppm by mass.
上記粉末状材料A~B(焼成物の粉砕物と石膏粉末の混合物)以外の使用材料は、以下に示すとおりである。
[使用材料]
(1)普通ポルトランドセメント;太平洋セメント社製、ブレーン比表面積:3,240cm2/g、石膏(半水石膏と二水石膏を62:38の質量比で含むもの)の割合:2.1質量%(SO3換算)、粉砕助剤(トリエタノールアミン)の割合:400ppm(質量換算)、フリーライムの割合:0.4質量%
(2)細骨材A;石灰石砕砂、武甲鉱業社製、絶乾密度:2.64g/cm3、吸水率:1.0%、FM3.25、微粒分量:5.4質量%
(3)細骨材B;山砂、安倍川開発社製、絶乾密度2.54g/cm3、吸水率:2.1%、FM3.25、微粒分量:5.4質量%
(4)水:上水道水
The materials used other than the above powder materials A to B (a mixture of pulverized calcined material and gypsum powder) are as follows.
[Materials used]
(1) Ordinary Portland cement; manufactured by Taiheiyo Cement Corporation, Blaine specific surface area: 3,240 cm 2 /g, gypsum (containing gypsum hemihydrate and gypsum dihydrate in a mass ratio of 62:38): 2.1 mass% (SO 3 equivalent), grinding aid (triethanolamine): 400 ppm (mass equivalent), free lime: 0.4 mass%
(2) Fine aggregate A: crushed limestone sand, manufactured by Buko Mining Co., Ltd., bone dry density: 2.64 g/cm 3 , water absorption: 1.0%, FM 3.25, fine particle content: 5.4 mass%
(3) Fine aggregate B: mountain sand, manufactured by Abekawa Development Co., Ltd., bone dry density 2.54 g/cm 3 , water absorption rate: 2.1%, FM 3.25, fine particle content: 5.4 mass%
(4) Water: Tap water
[実施例1~4、比較例1]
粉末状材料Aと普通ポルトランドセメントを、粉末状材料Aと普通ポルトランドセメントを混合してなる粉末状水硬性材料100質量%中の粉末状材料Aの割合が75質量%、普通ポルトランドセメントの割合が25質量%となる配合割合で混合して粉末状水硬性材料を得た。
該粉末状水硬性材料と、細骨材100質量%中の石灰石砕砂及び山砂の各配合割合が表3に示す割合となるように石灰石砕砂と山砂を混合してなる細骨材を、粉末状水硬性材料100質量部に対して225質量部となる量で、ホバートミキサに投入した後、空練りして、これらの混合物を得た。得られた混合物と水を、水と上記混合物の質量比(水/上記混合物)が0.5となる量で混練して、モルタル(水硬性組成物の混練物)を調製した。
得られたモルタルを、4×4×16cmの型枠内に充填した後、温度20℃の条件下で24時間湿空養生を行い、次いで、脱型を行った。その後、脱型したモルタル硬化体を、材齢28日までは温度20℃の条件下で水中養生を行った。モルタル硬化体を水中から取り出した後、材齢56日までは、温度20℃、相対湿度60℃の条件下で、促進中性化槽内に静置することで、炭酸化養生を行った。
炭酸化養生における二酸化炭素ガスの濃度は5体積%であった。
[Examples 1 to 4, Comparative Example 1]
Powdered material A and ordinary Portland cement were mixed in a mixing ratio such that the ratio of powdered material A was 75 mass % and the ratio of ordinary Portland cement was 25 mass % in 100 mass % of a powdered hydraulic material obtained by mixing powdered material A and ordinary Portland cement, thereby obtaining a powdered hydraulic material.
The powdered hydraulic material and fine aggregate obtained by mixing crushed limestone sand and pit sand so that the blending ratios of crushed limestone sand and pit sand in 100% by mass of fine aggregate were shown in Table 3 were charged into a Hobart mixer in an amount of 225 parts by mass per 100 parts by mass of the powdered hydraulic material, and then dry-mixed to obtain a mixture. The obtained mixture was kneaded with water in an amount such that the mass ratio of water to the mixture (water/the mixture) was 0.5 to prepare mortar (a kneaded product of the hydraulic composition).
The obtained mortar was filled into a 4 x 4 x 16 cm formwork, and then subjected to moist air curing at a temperature of 20°C for 24 hours, followed by demolding. The demolded hardened mortar was then subjected to underwater curing at a temperature of 20°C until the material was 28 days old. After removing the hardened mortar from the water, it was left to stand in an accelerated carbonation tank at a temperature of 20°C and a relative humidity of 60°C until the material was 56 days old, whereby carbonation curing was performed.
The concentration of carbon dioxide gas in the carbonation curing was 5% by volume.
[収縮ひずみ比の算出]
材齢28日において、モルタル硬化体を水中から取り出した直後のモルタル硬化体の長さを測定して、該長さを基長に定めた。次いで、炭酸化養生終了直後のモルタル硬化体の長さを測定し、上記基長から上記長さを減算することで、モルタル硬化体の収縮ひずみ量を算出した。
モルタル硬化体の長さは、「JIS A 1129-2:2010(モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法-第2部コンタクトゲージ方法)」に準拠して、コンタクトゲージを用いて測定した。
後述する比較例1の収縮ひずみ量を100%として、以下の式を用いて、モルタル硬化体の収縮ひずみ比を算出した。なお、収縮ひずみ比が小さい程、寸法安定性に優れていることを示す。
収縮ひずみ比=モルタル硬化体の収縮ひずみ量/比較例1の収縮ひずみ量×100%
また、炭酸化養生後のモルタル硬化体を用いて、「JIS R 5201:2015(セメントの物理試験方法)」に準拠して、モルタルの圧縮強さを測定した。
次いで、圧縮強さ比(%)を、以下の式を用いて算出した。
圧縮強さ比(%)=実施例の炭酸化養生後の圧縮強さ/比較例の炭酸化養生後の圧縮強さ×100
それぞれの結果を表3に示す。
[Calculation of shrinkage strain ratio]
At the age of 28 days, the length of the hardened mortar was measured immediately after it was removed from the water, and this length was determined as the base length. Next, the length of the hardened mortar was measured immediately after the completion of carbonation curing, and the amount of shrinkage strain of the hardened mortar was calculated by subtracting this length from the base length.
The length of the hardened mortar was measured using a contact gauge in accordance with "JIS A 1129-2:2010 (Method for measuring change in length of mortar and concrete - Part 2: Contact gauge method)".
The shrinkage strain ratio of the hardened mortar was calculated using the following formula, assuming that the shrinkage strain amount in Comparative Example 1 described below was 100%. Note that a smaller shrinkage strain ratio indicates better dimensional stability.
Shrinkage strain ratio = shrinkage strain of hardened mortar / shrinkage strain of Comparative Example 1 × 100%
In addition, the compressive strength of the mortar was measured using the hardened mortar after carbonation curing in accordance with "JIS R 5201:2015 (Physical testing methods for cement)."
The compressive strength ratio (%) was then calculated using the following formula:
Compressive strength ratio (%) = compressive strength after carbonation curing of Example / compressive strength after carbonation curing of Comparative Example × 100
The results are shown in Table 3.
[実施例2]
粉末状材料Aの代わりに粉末状材料Bを使用し、かつ、粉末状材料Aと普通ポルトランドセメントを混合してなる粉末状水硬性材料100質量%中の粉末状材料Bの割合を50質量%、普通ポルトランドセメントの割合が50質量%となる配合割合にした以外は、実験例1と同様にして、モルタル硬化体を得た。
得られたモルタル硬化体について、実験例1と同様にして、収縮ひずみ比及び圧縮強さ比を算出した。それぞれの結果を表4に示す。
[Example 2]
A hardened mortar was obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that powdered material B was used instead of powdered material A, and the proportion of powdered material B was 50% by mass and the proportion of ordinary Portland cement was 50% by mass out of 100% by mass of powdered hydraulic material obtained by mixing powdered material A and ordinary Portland cement.
The shrinkage strain ratio and compressive strength ratio of the obtained hardened mortar were calculated in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 4.
表3から、実施例1~4の収縮ひずみ比(56~96%)は、比較例1の収縮ひずみ比(100%)よりも小さく、炭酸化養生後による収縮ひずみ量が小さいことがわかる。
また、実施例1~4の圧縮強さ比(102~107%)は、比較例1の圧縮強さ比(100%)よりも大きく、強度に優れていることがわかる。
表4から、実施例5~6の収縮ひずみ比(60~81%)は、比較例2の収縮ひずみ比(100%)よりも小さく、炭酸化養生後による収縮ひずみ量が小さいことがわかる。
また、実施例5~6の圧縮強さ比(101~104%)は、比較例2の圧縮強さ比(100%)よりも大きく、強度に優れていることがわかる。
From Table 3, it can be seen that the shrinkage strain ratios of Examples 1 to 4 (56 to 96%) are smaller than the shrinkage strain ratio of Comparative Example 1 (100%), and the amount of shrinkage strain after carbonation curing is small.
Furthermore, the compressive strength ratios of Examples 1 to 4 (102 to 107%) are greater than the compressive strength ratio of Comparative Example 1 (100%), indicating that they are superior in strength.
From Table 4, it can be seen that the shrinkage strain ratios of Examples 5 and 6 (60 to 81%) are smaller than the shrinkage strain ratio of Comparative Example 2 (100%), and the amount of shrinkage strain after carbonation curing is small.
Furthermore, the compressive strength ratios of Examples 5 and 6 (101 to 104%) are greater than the compressive strength ratio of Comparative Example 2 (100%), demonstrating that they are superior in strength.
Claims (5)
上記(A)粉末状水硬性材料中の上記粉砕物の割合が40~85質量%、上記セメントの割合が15~60質量%であり、かつ、上記セメントが、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの少なくともいずれか一方であり、
上記(C)骨材中の上記石灰石骨材の割合が100質量%であることを特徴とする炭酸化硬化体。
(1) 上記焼成物がC4AFを含まない場合、上記C2S100質量部に対する上記C2ASの量が10~100質量部であり、上記焼成物がC4AFを含む場合、上記C2S100質量部に対する上記C2ASと上記C4AFの合計量が10~100質量部であり、かつ、上記C2ASと上記C4AFの合計100質量%中の上記C4AFの割合が70質量%以下であること
(2) 上記焼成物が、C3Aを含まない又はC3Aを上記C2S100質量部に対して20質量部以下の量で含むものであること A carbonated hardened body obtained by carbonating a hardened body of a hydraulic composition comprising (A) a powdered hydraulic material containing cement and a pulverized product of a fired material containing C 2 S and C 2 AS and satisfying the following conditions (1) and (2): (B) water; and (C) an aggregate containing limestone aggregate,
The proportion of the pulverized material in the (A) powdery hydraulic material is 40 to 85% by mass, the proportion of the cement is 15 to 60% by mass, and the cement is at least one of ordinary Portland cement and high-early-strength Portland cement,
A carbonated hardened body characterized in that the proportion of the limestone aggregate in the aggregate (C) is 100 mass% .
(1) When the fired product does not contain C4AF , the amount of C2AS is 10 to 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S , and when the fired product contains C4AF , the total amount of C2AS and C4AF is 10 to 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of C2S, and the proportion of C4AF in the total of 100% by mass of C2AS and C4AF is 70% by mass or less. ( 2 ) The fired product does not contain C3A or contains C3A in an amount of 20 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of C2S.
上記(A)粉末状水硬性材料100質量部に対する上記アミン類の量が0.002~1質量部である請求項1に記載の炭酸化硬化体。2. The carbonated hardened material according to claim 1, wherein the amount of the amines is 0.002 to 1 part by mass per 100 parts by mass of the powdery hydraulic material (A).
上記(A)~(C)の各材料を混練して、上記水硬性組成物の混練物を調製する混練物調製工程と、
上記混練物を型枠内に打設する打設工程と、
上記型枠内の上記混練物が硬化した後に、上記混練物が硬化してなる水硬性組成物の硬化体を上記型枠から脱型する脱型工程と、
上記型枠から脱型した上記水硬性組成物の硬化体を炭酸化養生して、上記水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなる炭酸化硬化体を得る炭酸化養生工程、
を含むことを特徴とする炭酸化硬化体の製造方法。 A method for producing the carbonated hardened body according to any one of claims 1 to 3 , comprising:
a kneaded mixture preparation step of kneading the materials (A) to (C) to prepare a kneaded mixture of the hydraulic composition;
A casting step of casting the kneaded material into a formwork;
a demolding step of demolding a hardened body of the hydraulic composition obtained by hardening the kneaded material in the formwork after the kneaded material in the formwork has hardened;
a carbonation curing step of carbonating the set body of the hydraulic composition released from the form to obtain a carbonated set body of the hydraulic composition;
A method for producing a carbonated hardened body, comprising:
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