JP2000072515A

JP2000072515A - セメント硬化物

Info

Publication number: JP2000072515A
Application number: JP10248130A
Authority: JP
Inventors: Shinkichi Tanabe; 進吉田辺; Yoshiaki Sakamoto; 好明坂本; Norifumi Nagata; 憲史永田
Original assignee: KENZAI TECHNO KENKYUSHO KK
Current assignee: KENZAI TECHNO KENKYUSHO KK
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上
をセメント原料とした資源リサイクルを基調とした環境
調和型セメントを用い、もし硬化阻害物質が存在しても
迅速な硬化に悪影響を受けることがなく、低コストで製
造することのできるセメント硬化物の提供。【解決手段】都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却
灰からなる群から選択された一種以上の焼成物を含む水
硬性組成物であって、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜４
０重量％含み、かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓからなる群から
選択された一種以上を含む焼成物と石膏とを含む水硬性
組成物；フィラー材；水；およびカルシ
ア、マグネシアおよびドロマイトか焼物からなる群から
選択された一種以上の消化性物質を含むスラリー組成物
を成形、養生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメント硬化物に
関するものであり、さらに詳しくは、都市ゴミ焼却灰、
下水汚泥焼却灰の一種以上をセメント原料とした資源リ
サイクルを基調とした環境調和型セメントを用い、低コ
ストでかつ迅速な硬化性に基づく生産性に優れる、主に
建材用途を対象としたセメント硬化物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】無機質の建築用内装材あるいは外装材
は、建造物の高度化・多様化を背景に、極めて多種多様
に展開しているが、この中でもセメントを主要構成原料
としたセメント系板材は、内装・外装を問わず、耐久性
や耐火性に優れた安価な建材として広範囲に利用されて
いる。

【０００３】とくに、木片、パルプ、さらに各種の補強
繊維や軽量骨材をフィラー材としたセメント板はよく知
られた存在であり、木毛セメント板、窯業系サイディン
グ材、屋根材などとして建材分野では確固たる地位を築
き上げている。この中でも窯業系サイディング材は従来
多用されてきたモルタル系外壁材などに比較し、施工性
や防火性に優れており、かつ様々な意匠に対応できると
いった自由度も有していることから、近年その需要を急
速に伸ばしているものの一つである。

【０００４】窯業系サイディング材は、先にも記したよ
うに、セメントに木片、パルプ、補強繊維、軽量骨材な
どを配合した複合材料であって、一般にこれらの諸原料
をスラリー状態、あるいは湿潤状態で混合後、プレス
法、押し出し成形法、あるいは抄造法などの成形法によ
って板材化されるものである。ところで、これらの成形
法は基本的にバッチプロセスであり、大量に消費される
建材の製造法としては生産性に劣るといった問題があ
る。こうしたことから生産性の向上を目的に、成形法の
改善や新たなプロセス開発に対する取り組みが様々にな
されている。

【０００５】例えば、特開昭５８−２０４８５５号公報
の「木毛セメントの製造法」では、Ｃ_１１Ａ_７Ｘ_２、Ｃ
_３Ａ_３ＣＡＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）、Ｃ_３Ａ_３
ＣａＳＯ_４、Ｃ_１２Ａ_７から選ばれた少なくとも１種の
化合物に硫酸カルシウムを加えた超速硬性セメントに木
毛等を加え、加圧圧縮する技術が提案されている。この
方法によればセメントの硬化時間が飛躍的に短縮され、
加圧圧縮にかかる時間が大幅に縮小できるので、生産性
は大きく向上するものと考えられる。

【０００６】しかしながら、ここで用いられるＣ_１１Ａ
_７Ｘ_２、Ｃ_３Ａ_３ＣＡＸ_２、Ｃ_３Ａ_３ＣａＳＯ_４、Ｃ
_１２Ａ_７などのカルシウムアルミネート系鉱物は、普通
ポルトランドセメントの鉱物組成とは全く異なるもの
で、この目的の為に特定の配合下で調製しなければなら
ないものであり、普通ポルトランドセメントに比較して
圧倒的にコスト高になってしまうのは否めない。

【０００７】そこで本発明者らは、都市ゴミ焼却灰や下
水汚泥焼却灰を利用し、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜
４０重量％含み、かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓから選択され
た一種以上を含み、さらに石膏を含むようにした水硬性
組成物を硬化させ、セメント硬化物を得る技術を提案し
た。前記水硬性組成物は廃棄物を利用している上に極め
て速い硬化性を有するので、セメント硬化物の製造の低
コスト化に強い期待が寄せられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般にセメ
ントの硬化反応はフィラー材、例えば木質に含まれるリ
グニンやタンニンなどにより硬化阻害を受けやすいとい
った問題がある。すなわち、先にも記したように、セメ
ント系の建築用板材には、軽量化や補強、あるいは加工
性向上のために木片や木質繊維などの木質フィラーを添
加することが多いが、これら木質に含まれるリグニンや
タンニンはセメントスラリー調製時に水中に溶出し、セ
メントの硬化反応を遅延させる傾向がある。迅速な硬化
性が要求される場合、これらの硬化阻害物質の存在によ
って、製造コストが上昇することは現在のところ避けら
れない問題である。したがって、本発明の目的は、都市
ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上をセメント原料
とした資源リサイクルを基調とした環境調和型セメント
を用い、もし硬化阻害物質が存在しても迅速な硬化に悪
影響を受けることがなく、低コストで製造することので
きるセメント硬化物の提供にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討を
重ねた結果、上記のような従来の課題を解決することが
できた。すなわち本発明は、下記の各種成分を含んでな
るスラリー組成物を、成形、養生して得られるセメント
硬化物を提供するものである。スラリー組成物に含まれ
る成分：都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰からなる群か
ら選択された一種以上の焼成物を含む水硬性組成物であ
って、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜４０重量％含み、
かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓからなる群から選択された一種
以上を含む焼成物と石膏とを含む水硬性組成物；フィラー材；水；およびカルシア、マグネシアおよびドロマイトか焼物から
なる群から選択された一種以上の消化性物質。また本発明は、スラリー組成物がさらに各種添加剤
（材）を含む前記のセメント硬化物を提供するものであ
る。さらに本発明は、消化性物質の全消化反応時間がＡ
ＳＴＭＣ１１０−７６ａに規定される消化速度の測
定方法において、それぞれ下記の範囲である前記のセメ
ント硬化物を提供するものである。カルシア：２０分以内マグネシア：１０分以内ドロマイトか焼物：２０分以内。さらにまた本発明は、フィラー材および／または添加剤
（材）が、セメントの硬化反応を阻害する成分を含む前
記のセメント硬化物を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】（水硬性組成物）水硬性組成物
は、都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰からなる群か
ら選択された一種以上の焼成物を含む水硬性組成物であ
って、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜４０重量％含み、
かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓからなる群から選択された一種
以上を含む焼成物と石膏とを含むものである。これらは
この目的のために調製してもよいし、例えば先に提案し
た特開平７−１６５４４６号公報の環境調和型水硬性組
成物、あるいは特開平７−１６５４４７号公報の速硬型
混合セメント、あるいは特願平８−６４４８６号の生活
・産業廃棄物を利用したセメント（エコセメント）等も
使用できる。とくにエコセメントは、具体的には、都市
ゴミ灰、下水汚泥焼却灰等の焼成物であり、これらの利
用は、セメントそのもののコストを低減し、また資源の
有効利用の観点から好ましい。

【００１１】水硬性組成物に用いられる石膏の形態は、
とくに限定するものではなく、二水石膏、α型・β型半
水石膏、III型無水石膏、II型無水石膏などが各々単独
で、あるいは併用することができる。また、石膏の配合
量もとくに限定するものではないが、水硬性組成物中の
Ａｌ_２Ｏ_３に対し、モル比で０．４〜３．０、好ましく
は０．５〜２．０がよい。なお、セメント原料によって
は、水硬性組成物中に石膏が共存する場合も考えられる
が、この場合は先のＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比になるよ
うに選択する。

【００１２】上記の水硬性組成物は、セメント原料の一
部または全てとするが、一部とする場合は普通ポルトラ
ンドセメントや早強セメント、高塩基性カルシウムクロ
ロシリケート（例えばアリナイト、ベリナイト）、カル
シウムフルオロアルミネート（Ｃ_１１Ａ_７ＣａＦ_２）、
アーウィン（Ｃ_３Ａ_３ＣａＳＯ_４）あるいはその他のセ
メントと混合して用いる。この場合、水硬性組成物の混
合比率は、少なくとも３０重量％以上がよく、好ましく
は５０重量％以上である。３０重量％以上の配合によ
り、先に説明した水硬性組成物の特徴が十分に発揮され
る。

【００１３】水硬性組成物は、ＪＩＳＲ５２０１に
基づく凝結時間は、始発で概ね１０〜４０分、終結で概
ね３０〜６０分である。これに対して普通ポルトランド
セメントの始発時間は概ね１２０〜２００分、終結時間
は概ね２４０〜３６０分であり、また、ジェットセメン
トに代表される超速硬性セメントでは始発時間は概ね５
〜２０分、終結時間は概ね２０〜４０分である。このよ
うに、本発明における水硬性組成物の硬化時間は、普通
ポルトランドセメントに対しては圧倒的に短く、ジェッ
トセメントとほぼ同等かあるいはやや遅い程度である。

【００１４】なお、ジェットセメントとは、カルシウム
フルオロアルミネートを含有したセメントのことであっ
て、その超速硬性から緊急性を伴う各種土木建築工事な
どにおいて多用されている特殊セメントである。

【００１５】（フィラー材）フィラー材は、補強、加工
性付与、軽量化、増量等を目的に配合されるものであ
る。その例としては、木片や木質繊維のような木質フィ
ラー、パルプ繊維、その他の無機・有機質補強用繊維、
無機・有機質軽量骨材、砕石、細・粗骨材等が挙げられ
る。フィラー材の種類および配合量は、目的とする製品
の性能に応じて決定すればよい。

【００１６】（水）水の配合量は、得られるセメント硬
化物の比重、所望の強度等を勘案して適宜決定するが、
例えば水／セメント比として、２０〜１５０％程度であ
る。

【００１７】（消化性物質）本発明においては、カルシ
ア、マグネシアおよびドロマイトか焼物からなる群から
選択された一種以上の消化性物質を使用する。これらは
水との反応、すなわち消化反応において一般に消化熱と
呼ばれる発熱を伴う。本発明では、この発熱を利用して
硬化阻害物質の悪影響を回避するものである。本発明の
セメント硬化物に含まれるカルシウムクロロアルミネー
ト（Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２）の水和反応の温度依存性は
極めて高く、硬化阻害物質の悪影響を未然に防ぐことが
できる。また消化性物質は、ある程度の消化速度を持っ
ていないと、硬化促進を図り得るだけの消化熱が発生し
ない。そこで、消化性物質は、全消化反応時間がＡＳＴ
ＭＣ１１０−７６ａに規定される消化速度の測定方
法において、それぞれ以下の範囲であることが望まし
い。すなわち：カルシア：２０分以内マグネシア：１０分以内ドロマイトか焼物：２０分以内。さらに、本発明において、消化性物質の全消化反応時間
が短いほど、硬化阻害物質の影響を受けづらくなる傾向
にあるため、硬化時間が大きく遅延されるフィラー材や
混和剤を用いる場合は、カルシアで１０分以内、マグネ
シアで８分以内、ドロマイトか焼物では１０分以内がよ
り好ましい。なおＡＳＴＭＣ１１０−７６ａには、
マグネシアおよびドロマイトか焼物の測定方法について
は明確に記載されていないが、これらはカルシアの測定
方法に準じて測定を行うものとする。消化性物質の具体
的な消化速度は、目的とする製品の性能や、製造プロセ
スに応じて適宜選択することができる。また、消化性物
質は、その製造方法に応じて消化速度が異なり、種々の
ものが市販されてもいる。好適な消化速度は、例えば、
公知の型枠流し込み成形であれば型枠流し込みから脱型
までに、連続流し込み成形であれば流し込みから成形体
の切断までに、プレス成形（連続、半連続、バッチ式）
であれば圧力開放からハンドリングまでに消化反応が完
了しているのが望ましい。本発明において、消化性物質
の配合量は適宜選択すればよいが、例えば水硬性組成物
に対して１〜１０重量％である。

【００１８】なお硬化阻害物質は、フィラー材や混和剤
（材）に含まれることが多く、例えばリン酸塩、けいふ
っ化物、ほう酸塩、亜鉛化合物等の無機物質；糖類（ガ
ラクトース、果糖、ぶどう糖等の単糖類、しょ糖、乳糖
等の二糖類、デキストリン、グリコーゲン等の多糖
類）、高分子有機酸（リグニン、タンニン酸、フミン酸
等）、カルボン酸（グリコール酸、酒石酸、クエン酸、
リンゴ酸、コハク酸、ぎ酸、酢酸、乳酸、蓚酸等）、ア
ルコール類（グリセリン、エチルアルコール、イソブチ
ルアルコール等）等の有機物質等が挙げられ、これらの
硬化阻害物質が存在するときにとくに本発明は効果を発
揮する。すなわち、迅速な硬化性が損なわれることがな
い。

【００１９】（各種添加剤（材））本発明におけるスラ
リー組成物は、上記のほかに各種添加剤（材）を含むこ
とができる。その例としては、凝結促進剤、スラリー流
動化剤、各種分散剤、発泡剤（材）、増粘剤等が挙げら
れる。これらは、製造ライン上でのスラリー組成物の取
扱いや目的とする製品の性能に応じてその種類や配合量
を調整する。

【００２０】本発明において、成形工程は、公知の型枠
流し込み成形、連続流し込み成形、プレス成形（連続、
半連続、バッチ式）等を適宜選択することができる。ま
た養生工程は、湿潤養生、蒸気養生、加温養生、加圧養
生、オートクレーブ養生（高温・高圧、低温・低圧）と
いった当業界で知られる手法を用いることができる。

【００２１】硬化阻害物質が存在していてもなぜその悪
影響を受けることがないのか、本発明者らは次のように
考えている。硬化阻害物質は、セメントに含まれるカル
シウム成分を固定し、初期強度を発現させるためのエト
リンガイトの生成反応を阻害する。一方、本発明で使用
する水硬性組成物における初期強度の発現は先のエトリ
ンガイトの他にエトリンガイトによく似たフリーデル氏
塩の生成によるものであると推定される。このフリーデ
ル氏塩はカルシウム濃度が低い環境下においても、比較
的生成しやすい性状を有しているため、ある程度の初期
強度が確保できるものと考えられる。このように水硬性
組成物は、他のセメント鉱物に比較して特異な水和プロ
セスを辿るが、その水和メカニズムを解析していくなか
で、本発明者らはフリーデル氏塩の生成反応は、他のセ
メント鉱物に比較して極めて高い温度依存性があること
を見出した。すなわち反応温度が高ければ高いほど、硬
化阻害物質の悪影響を受ける以前に硬化反応を早めるこ
とができる。そしてこの反応系の高温度化は、消化性物
質の消化熱により供給される。迅速な硬化が達成される
ことにより、例えば型枠流し込み成形により製造される
セメント硬化物製品では即脱化が可能となり、生産性向
上、型枠の回転が速くなる等によって大幅なコストダウ
ンが期待できる。また連続流し込み成形やプレス成形に
より製造される各種のセメント硬化物も生産速度を早め
ることができ、結果として大きなコストダウンが期待で
きる。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例および比較例により具体
的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限
定されるものではない。次に実施例で使用した各種材料
について示す。都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰か
らなる群から選択された一種以上の焼成物を含む水硬性
組成物であって、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜４０重
量％含み、かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓからなる群から選択
された一種以上を含む焼成物と石膏とを含む水硬性組成
物として、秩父小野田（株）製エコセメントを使用し
た。本エコセメントは、都市ゴミ焼却灰を用いて製造さ
れ、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を２４重量％、Ｃ_２Ｓを１５
重量％、Ｃ_３Ｓを１５重量％含む。次にエコセメント１
００重量部に対し、混練水５０重量部、消化性物質７重
量部、あるいは消化性物質に換え消石灰を７重量部加え
たものを基本配合物とした。さらに下記表１に示すよう
に、基本配合物にフィラー材として米松のかんなくずを
５重量部、混和剤として米松のかんなくずの水抽出液
（米松／水重量比＝１／３、１日間抽出）を５０重量部
（混練水に置き換え）、混和材として日本コーンスター
チ社デキストリンを０．１重量部添加し、三井鉱山社製
ヘンシェルミキサー（混練物２０リットル）にて１分間
混合した。得られたスラリー組成物を５０×５０×２ｃ
ｍの型枠に流し込み成形し、セメント硬化物を得た。

【００２３】セメント硬化物の評価として、脱型の可
否、反転の可否、切断の可否を調べた。脱型の可否は、
流し込み成形したスラリー組成物を１０分間常温にて放
置し、その後型枠をはずしたときに、型枠に組成物が付
着することなく剥離し、硬化体が成形できたものを可、
組成物が型枠に付着したものを不可として評価した。反
転の可否は、脱型できた硬化体についてのみさらに２０
分間常温にて放置し、この硬化体を支持棒間ピッチ２０
ｃｍの反転可能な水平スリット（支持棒幅５ｃｍで等間
隔に４本配置）上に移動させ、水平スリットを１／２π
rad/secで反転させても硬化体が割れることなく反転さ
せられたものを可、割れてしまったものを不可として評
価した。切断の可否は、脱型できた硬化体についてのみ
更に４０分間常温にて放置し、これをチップソー（鋸羽
移動速度５ｃｍ／sec）で切断し、角かけがないものを
可、角かけしたものを不可として評価した。得られた結
果を併せて表１に示す。なお、消化性物質の全消化反応
時間は、ＡＳＴＭＣ１１０−７６ａに規定される消
化速度の測定方法に準じて測定した。

【００２４】

【表１】

【００２５】本発明の試験例１〜２４は、硬化反応阻害
物質が存在するにもかかわらずいずれも脱型が可であっ
た。とくに、全消化反応時間が２０分以内のカルシア、
１０分以内のマグネシア、２０分以内のドロマイトか焼
物を配合した系は、いずれもすべての評価項目について
優秀な成績であることが認められた。これに対し、試験
例２５〜２７の消石灰を配合した系は、貧弱な結果に終
わっていることが分かる。上述した実施例のように、本
発明は、木質フィラー（木質繊維、木毛、木片)等の植
物性・有機性の硬化阻害物質が配合中に含まれていて
も、所望の迅速な硬化性を確保することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、都市ゴミ焼却灰、下水
汚泥焼却灰の一種以上をセメント原料とした資源リサイ
クルを基調とした環境調和型セメントを用い、もし硬化
阻害物質が存在しても迅速な硬化に悪影響を受けること
がなく、低コストで製造することのできるセメント硬化
物が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 24:38 18:26） 103:12 103:30 103:44 111:20 (72)発明者永田憲史千葉県佐倉市大作二丁目４番２号株式会社建材テクノ研究所内Ｆターム(参考） 4G012 PB03 PD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の各種成分を含んでなるスラリー組
成物を、成形、養生して得られるセメント硬化物。スラ
リー組成物に含まれる成分：都市ゴミ焼却灰および下水汚泥焼却灰からなる群か
ら選択された一種以上の焼成物を含む水硬性組成物であ
って、Ｃ_１１Ａ_７ＣａＣｌ_２を１０〜４０重量％含み、
かつＣ_２ＳおよびＣ_３Ｓからなる群から選択された一種
以上を含む焼成物と石膏とを含む水硬性組成物；フィラー材；水；およびカルシア、マグネシアおよびドロマイトか焼物から
なる群から選択された一種以上の消化性物質。
【請求項２】スラリー組成物がさらに各種添加剤
（材）を含む請求項１に記載のセメント硬化物。
【請求項３】消化性物質の全消化反応時間がＡＳＴＭ
Ｃ１１０−７６ａに規定される消化速度の測定方法
において、それぞれ下記の範囲である請求項１または２
に記載のセメント硬化物。カルシア：２０分以内マグネシア：１０分以内ドロマイトか焼物：２０分以内。
【請求項４】フィラー材および／または添加剤（材）
が、セメントの硬化反応を阻害する成分を含む請求項１
ないし３のいずれか１項に記載のセメント硬化物。