図面 (/)

技術 セメントクリンカーの製造方法

出願人 株式会社トクヤマ
発明者 森明義茶林敬司
出願日 2019年3月18日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-049516
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-152580
状態 未査定
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 切り替え温度 散水機 活動係数 硫化鉄鉱 JIS規格 降下温度 急冷開始温度 熱エネルギー源
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (0)

図面はありません

課題

従来からあるポルトランドセメントクリンカー鉄含有量を同等とすることにより、同等の温度で焼成できるため製造コストの上昇を抑えた上で、セメント明度を高くすることができるセメントクリンカーの製造方法を提供する。

解決手段

鉄源を含む原料を1400℃〜1500℃で焼成後に冷却する工程を含む、ボーグ式により算出されるC4AFを8〜14%含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、少なくとも1400℃から1300℃までの冷却を20℃当たり1分以上かけて徐冷することにより、明度の高いセメントクリンカーが得られる。徐冷は、より低温まで行うことにより明度が高くなる傾向が強いが、1000℃以降では効果がなくなるため、少なくとも1000℃以降は急冷して生産性を上げる。

概要

背景

近年ヒートアイランド現象による都市部の温度上昇が問題となっている。その原因の一つとして建築舗装等の用途に使用されているコンクリート明度が低く太陽光からの熱を吸収しやすいという性質がある。これに対し高反射塗料をコンクリートに塗布する等の対策が知られているが高コスト作業量が増大する等の問題がある。そのため、より明度の高いセメントが求められている。従来、高明度のコンクリートを得る方法としては白色ポルトランドセメントを使用する方法や重質炭酸カルシウム微粉末を添加する方法(特許文献1参照)が知られている。

ところで、ポルトランドセメントクリンカーの着色は、含有される鉄成分由来する部分が大きい。そのため、上記白色ポルトランドセメントでは、鉄含有量を大幅に減らしている。

概要

従来からあるポルトランドセメントクリンカーと鉄含有量を同等とすることにより、同等の温度で焼成できるため製造コストの上昇を抑えた上で、セメントの明度を高くすることができるセメントクリンカーの製造方法を提供する。鉄源を含む原料を1400℃〜1500℃で焼成後に冷却する工程を含む、ボーグ式により算出されるC4AFを8〜14%含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、少なくとも1400℃から1300℃までの冷却を20℃当たり1分以上かけて徐冷することにより、明度の高いセメントクリンカーが得られる。徐冷は、より低温まで行うことにより明度が高くなる傾向が強いが、1000℃以降では効果がなくなるため、少なくとも1000℃以降は急冷して生産性を上げる。 なし

目的

本発明では鉄含有量を同等にし、製造コストの上昇を抑えた上で、セメントの明度を高くすることができるセメントクリンカーの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

鉄源を含む原料を1400℃〜1500℃で焼成後に冷却する工程を含む、ボーグ式により算出されるC4AFを8〜14%含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法であって、少なくとも1400℃から1300℃までの冷却を、20℃当たり1分以上かけて行うと共に、1000℃以降では急冷することを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法。

請求項2

請求項1記載の方法でポルトランドセメントクリンカーを製造し、該ポルトランドセメントクリンカーを石膏と共に粉砕するか、或いは粉砕後に石膏と混合するポルトランドセメントの製造方法。

請求項3

更に、高炉スラグ石灰石フライアッシュ及び/又はシリカ質混合材を混合する請求項2記載のポルトランドセメントの製造方法。

請求項4

ボーグ式により算出されるC4AF含有量が8〜14%、ブレーン比表面積が2800〜4500cm2/g、Lab表色系でのL値が51以上であるポルトランドセメント。

技術分野

0001

本発明は明度の高いセメントクリンカーの製造方法に係る。

背景技術

0002

近年ヒートアイランド現象による都市部の温度上昇が問題となっている。その原因の一つとして建築舗装等の用途に使用されているコンクリートは明度が低く太陽光からの熱を吸収しやすいという性質がある。これに対し高反射塗料をコンクリートに塗布する等の対策が知られているが高コスト作業量が増大する等の問題がある。そのため、より明度の高いセメントが求められている。従来、高明度のコンクリートを得る方法としては白色ポルトランドセメントを使用する方法や重質炭酸カルシウム微粉末を添加する方法(特許文献1参照)が知られている。

0003

ところで、ポルトランドセメントクリンカーの着色は、含有される鉄成分由来する部分が大きい。そのため、上記白色ポルトランドセメントでは、鉄含有量を大幅に減らしている。

先行技術

0004

特開2011−32143号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、ポルトランドセメントクリンカーにおける鉄成分は、製造の際の焼成温度を低くできる効果を有するため、当該鉄含有量を減らすことは焼成温度を高くすることにつながりコスト等の点で著しく不利である。

0006

また添加物の使用はモルタル、コンクリート混錬調整時の工程が増加し作業が煩雑になるという問題がある。そこで本発明では鉄含有量を同等にし、製造コストの上昇を抑えた上で、セメントの明度を高くすることができるセメントクリンカーの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意検討を進め、クリンカー焼成時の温度、特に冷却時の降下温度および時間を制御することにより、容易にセメントクリンカーの明度を向上できることを見出し、本発明の完成に至った。

0008

即ち本発明は、鉄源を含む原料を1400℃〜1500℃で焼成後に冷却する工程を含む、ボーグ式により算出されるC4AFを8〜14%含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法であって、少なくとも1400℃から1300℃までの冷却を、20℃当たり1分以上かけて行うと共に、1000℃以降では急冷することを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法である。

発明の効果

0009

本発明によれば従来のポルトランドセメントクリンカーと同一の原料および配合にて製造可能であり、かつ容易にセメントクリンカーの明度向上が可能となる。

0010

本発明において、ポルトランドセメントクリンカー(以下、「セメントクリンカー」という)のC3S、C2S、C3AおよびC4AF量は、ボーグ(Bogue)式によって求められるものである。

0011

ボーグ式は、係数・諸比率とならんで利用され、主要化学分析値を用いておよその主要化合物組成を算出する計算式であり、当業者には周知の式であるが、念のため、以下にボーグ式によるクリンカー中の各鉱物量の求め方を記しておく。

0012

C3S量= (4.07×CaO)—(7.60×SiO2)—(6.72×Al2O3)—(1.43×Fe2O3)
C2S量 = (2.87×SiO2)—(0.754×C3S)
C3A量 = (2.65×Al2O3)—(1.69×Fe2O3)
C4AF量 = 3.04×Fe2O3

0013

また水硬率(H.M.)ケイ率(S.M.)、鉄率(I.M.)は、活動係数(A.I.)および石灰飽和度(L.S.D.)とならんで、主要化学成分値を用いて求められ、クリンカー製造管理のための特性値として、回数・諸比率の一つとして利用されており、当業者には周知の係数であるが、念のため、以下に当該鉄率の計算方法を他の係数値と併せて記しておく。

0014

水硬率(H.M.) = CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)
ケイ酸率(S.M.) = SiO2/(Al2O3+Fe2O3)
鉄率(I.M.) = Al2O3/Fe2O3
活動係数(A.I.) = SiO2/Al2O3
石灰飽和度(L.S.D.) = CaO/(2.8×SiO2+1.2×Al2O3+0.65×Fe2O3)

0015

なお、上記中の「CaO」、「SiO2」、「Al2O3」および「Fe2O3」は、それぞれJIS R 5202「ポルトランドセメント化学分析法」やJIS R 5204「セメントの蛍光X線分析法」などに準拠した方法により測定できる。

0016

水硬率、ケイ酸率及び鉄率は特に限定されるものではないが、各種物性のバランスに優れたものとするために、水硬率は好ましくは1.8〜2.5、特に好ましくは1.9〜2.3であり、ケイ酸率は好ましくは2.0〜3.0、特に好ましくは2.2〜2.7であり、また鉄率は好ましくは1.5〜2.0、特に好ましくは1.6〜1.9 である。

0017

本発明で製造するセメントクリンカーは上記C4AFの割合が8〜14%である。C4AFが7%以下であると易焼成が低下し、焼成時により高い温度が必要となる。また15%を超えると鉄元素由来の色調が強く表れ、本発明を適用してもセメントクリンカーの明度が低下してしまう。C4AFの割合は、好ましくは8〜12%である。

0018

本発明で製造するセメントクリンカーにおいて、C4AF以外の3鉱物、即ち、C3S、C2S及びC3Aは、一般的なポルトランドセメントクリンカーの範囲にあれば良く、具体的には、C3Sが40〜75%程度、C2Sは5〜25%程度、及びC3Aは3〜15%程度である。

0019

本発明においては上記のようなセメントクリンカーを製造するが、その原料としては、当然に鉄源が必要である。鉄源としては、セメントクリンカー製造の原料として公知の鉄源が制限なく使用でき、具体的には、銅からみ硫化鉄鉱からみ等が挙げられる。

0020

鉄源以外の原料も、セメントクリンカー製造の原料として公知の原料が制限なく使用でき、具体的には、石灰石生石灰消石灰等のCaO源珪石等のSiO2源、粘土等のAl3O2源が挙げられる。なお、例えば石灰石にも微量の鉄が含まれる場合があり、当然に製造されるセメントクリンカーに移行することになるが、本発明において鉄源とは、全質量中、鉄の含有率が、酸化物換算で10質量%以上の原料を言うものとする。

0021

本発明の製造方法において廃棄物、副産物等を利用することも無論可能である。廃棄物、副産物等から一種以上の廃棄物を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ製鋼スラグ非鉄鉱滓石炭灰下水汚泥浄水汚泥製紙スラッジ建設発生土鋳物砂ばいじん焼却飛灰溶融飛灰塩素バイパスダスト木屑廃白土、ボタ、廃タイヤ貝殻都市ごみやその焼却灰等が挙げられる(なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある)。

0022

本発明の製造方法において、上記のような原料を焼成しセメントクリンカーとする方法は特に限定されることがなく、公知のセメント原料を、各鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の焼成装置セメントキルン電気炉等)を用いて焼成することができる。

0023

焼成温度は1400〜1500℃である。1400℃を下回ると鉱物の生成が十分ではなく強度発現性(例えば圧縮強さ等)が低下する。1500℃を超える高温ではより大きな冷却能力の装置が必要となり製造コストの観点から不利となる。

0024

本発明で最も重要なことは、上記のようにして焼成したポルトランドセメントクリンカーの焼成後の冷却に際し、少なくとも1400℃から1300℃までの冷却を20℃あたり1分以上の時間をかけて行うことである(以下、「徐冷」という場合がある)。

0025

従来の標準的なセメントクリンカーの製造方法においては、セメント原料は焼成装置により焼成温度1450℃付近で所定の時間焼成後、ただちにクリンカクーラーと呼ばれる冷却装置送風機散水機等)により、通常は100℃/分以上の冷却速度で200℃付近まで急冷される。

0026

これに対し、本発明の製造方法においてはポルトランドセメントクリンカー焼成後に、上記の通り1400から1300℃、最大で1000℃までの温度降下が20℃あたり1分以上となるように冷却する。このような徐冷を経て製造されたポルトランドセメントクリンカーは、同温度範囲を急冷して製造した従来のポルトランドセメントクリンカーに比べて、明度(Lab表色系でのL値)が大幅に高くなる(明るくなる)。

0027

この理由は定かではないが、焼成により生成したクリンカー鉱物結晶が緩やかな温度降下により相転移したことが要因であると推察する。

0028

一方、本発明者等の検討によれば、1000℃未満の温度域においては徐冷による明度向上の効果は見られない。一方で、1000℃以降でも徐冷を行うと、ポルトランドセメントクリンカーの製造に著しい時間が必要となってしまい、生産性に問題を生じる。従って、本発明においては、1000℃以降では、従来技術と同様にして急冷を行うものである。

0029

1000℃までであれば急冷を開始する温度が低いほど明度は高くなる傾向になるが、一方で上記の通り生産性が低下してしまうため、両因子を適宜案して冷却速度の切り替え温度を、1300℃から1000℃の範囲から選択して設定すればよい。

0030

上記本発明の製造方法で製造されたセメントクリンカーは、従来公知のセメントクリンカーと同様、セッコウと共に粉砕または個別に粉砕した後、混合することにより、セメントとすることができる。当該セメントとしては、普通ポルトランドセメント早強ポルトランドセメント超早強ポルトランドセメントが挙げられる。またポルトランドセメントとする以外にも、各種混合セメントや、土壌固化材等の固化材の構成成分として使用することも可能である。

0031

セッコウを加えてセメントとする場合、使用するセッコウについては、二水セッコウ半水セッコウ無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。セッコウの添加量は、ポルトランドセメントの場合、そのなかのSO3量が1.5〜5.0質量%となるように添加することが好ましく、1.8〜3質量%となるような添加量がより好ましい。上記セメントクリンカーおよびセッコウの粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用できる。

0032

また、当該セメントには、高炉スラグ、シリカ質混合材フライアッシュ炭酸カルシウム、石灰石等の混合材粉砕助剤を適宜添加して混合粉砕するか、粉砕後に混合材と混合してもよい。また塩素バイパスダスト等を混合してもよい。

0033

セメントの粉末度は、特に制限されないが、セメント混錬時のハンドリング、強度発現性の観点から、ブレーン比表面積で2800〜4500cm2/gに調整されることが好ましい。

0034

このようにして得られたポルトランドセメントは、JIS規格のセメント(特に普通ポルトランドセメント)とできるが、その明度(L値)が51以上となり、前述したように急冷開始温度を低くすれば明度を53以上、さらには54以上とすることも可能である。一方、多くは60以下となる。

0035

なお一般に、ブレーン比表面積は大きいほど明度が高くなる傾向にあるが、細かく粉砕することは製造コスト等の点で好ましくない。また、石灰石等の混合材は一般に白色度が高く、セメントに混合するとその明度が向上するが、JIS規格においては混合量の上限が5%であり、この程度の混合量では、従来からあるセメントクリンカーに混合しても上記のような明度を得ることはできなかったものである。

0036

即ち、C4AF含有量が8〜14%と多く、ブレーン比表面積が2800〜4500cm2/gの範囲にあるJIS規格のセメントであって、Lab表色系でのL値が51以上であるポルトランドセメントは、本発明の製造方法により始めて製造が可能になったものである。

0037

このようなセメントは、従来の製造方法で得られるセメントより明度が高いため、太陽光等の反射性において優れている。

0038

また、本発明の製造方法で製造したセメントクリンカーは、さらに必要に応じ、粉砕後に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合し、高炉スラグセメントフライアッシュセメント等にすることも可能である。

0039

以下、実施例により本発明の構成及び効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0040

焼成後に表1記載の鉱物組成となるように石灰石、珪石、石炭灰、鉄カラミを所定量混合し、原料調合を行なった。これを1450℃で電気炉にて焼成後、各実施例、比較例所定の方法にて冷却を行いセメントクリンカーを得た。得られたセメントクリンカーにSO3量換算で2質量%となるようにセッコウを添加し、ブレーン比表面積が3200±50cm2/gとなるようにボールミルにより粉砕をおこない試製セメントを得た。得られた試製セメントの色調を分光色差計によって測定した。各試製セメントの鉱物組成や製造条件、色調の測定結果を表に示す。

0041

0042

比較例1は従来からある標準的な組成のセメントクリンカーを、その焼成温度である1450℃から、一般的な冷却速度である100℃/分を超える速度で急冷した結果を示す例である(徐冷なし)。

0043

実施例1、2は本発明に係るものであり、1450℃での焼成後に、1300℃又は1200℃まで20℃あたり1分の降温速度で冷却を行い、その後、電気炉から取り出し、室温において送風急冷をおこなっている。比較例1に比べて、大幅に明度が高い。

0044

比較例2、3は比較例1で作製したセメントに対し明度調整として平均粒径17.6μmの重質炭酸カルシウム微粉末を2質量%又は5質量%添加混合した場合の結果である。

実施例

0045

重質炭酸カルシウム微粉末の添加により明度は高くなるが、それよりもなお、本発明の製造方法で製造したセメントの方が明度が大きいことがわかる。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社サンブリッジの「 超緻密性セメント組成物の製造方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】繊維が均一に分散されていて、かつ、通気性が低い、より緻密な超緻密性セメント組成物を製造することを可能とした超緻密性セメント組成物の製造方法を提案する。【解決手段】セメントと、シリカフュームと、... 詳細

  • 大成建設株式会社の「 コンクリート」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】空気量が大きいにも関わらず、実用的なコンクリートを提供すること。【解決手段】ASTM C457に準拠してリニアトラバース法(トラバース長2620mm)で測定した弦長250μm以下の気泡の数が... 詳細

  • 大成建設株式会社の「 コンクリート」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】剥離が生じにくいコンクリート、特に覆工コンクリートおよび寒中コンクリートを提供する。【解決手段】単位水量が155kg/m3以下、かつ、空気量が8%以上であるコンクリートであり、好ましくはペース... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ