專利名稱：高活性水泥熟料、高活性水泥和早強水泥組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成為早強型水泥類固化材料、早強型水泥的基體的高活性水泥熟料， 和由該高活性水泥熟料形成的高活性水泥以及使用了高活性水泥的早強水泥組合物，該早強型水泥類固化材料用于軟土地基的加固、污染土壤的改良等，所述早強型水泥用于混凝土砌塊、壁板、混凝土樁、新拌混凝土等與建筑/ 土木相關(guān)的水泥制品。
背景技術(shù)：
歷來，已知有水泥熟料中的C3S量比普通硅酸鹽水泥多、短期強度體現(xiàn)良好的JIS 規(guī)格所規(guī)定的早強硅酸鹽水泥、超高早強硅酸鹽水泥，被用于冬季混凝土、蒸氣養(yǎng)護混凝土制品、土壤改良材、重金屬、放射性廢物的固化處理材等各種各樣的用途。另外，除上述的硅酸鹽水泥以外，還紛紛開發(fā)出含有大量C3S的早強型的水泥。例如在專利文獻1中公開有一種水泥接合的混合物，其以如下化學(xué)組成而取得早期高強度 C3S為60 75重量％ ；C3A為9 11重量％ ；C2S為0 4重量％ ；C4AF為4 7重量％ ； C3S+C3A為70 80重量％ ；硫酸鈣以SO3換算計為3 8重量％。另外，在專利文獻2中公開有一種可以低溫?zé)?、強度體現(xiàn)良好的硅酸鹽水泥熟料，其具有如下熔渣相成分=C3S為40 80重量％ ;C4AF低于20重量％ ;C2S低于30重量％ ； C3A低于20重量％ ；SO3含有量為1. 0 3. 0重量％。另一方面，隨著爐渣、煤灰、燒成灰、下水污泥、建筑污泥、壁板廢料等工業(yè)廢棄物的排放增加，為了對其大量處理，也有將其用于水泥燒成原料的一部分的各種嘗試。例如， 在專利文獻3中公開有一種水泥的制造方法，其使用煤灰、各種淤渣、各種爐渣、建筑廢土、 下水污泥焚燒灰、廢壁板等一般廢棄物作為水泥燒成原料的一部分。先行技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1日本特開平06-340455號公報專利文獻2日本特表平10-512841號公報專利文獻3日本特開2004-299955號公報但是，雖然對于煤灰、高爐爐渣、下水污泥、焚燒灰等的再利用的研究在推進，但是，對于富鈣的經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣和窯業(yè)系壁板廢料的再利用(特別是面向水泥燒成原料的利用)沒怎么得到研究。另外，在JIS規(guī)格所規(guī)定的早強硅酸鹽水泥和超高早強硅酸鹽水泥的制造中，處理上述各種工業(yè)廢棄物在穩(wěn)定維持品質(zhì)/性能方向有困難。若通過專利文獻1的發(fā)明技術(shù)得到早強型水泥，則因為粉末度細小而需要花費能源成本，并且需要復(fù)雜的粒度管理。另外，如說明書所示，本發(fā)明的水泥是特殊水泥，雖然適合包括石油和燃氣的豎坑在內(nèi)的水泥接合作業(yè)，但是并不適合作為土木建筑材料和地基加固材料。因此，也難以通過制造工序處理上述各種工業(yè)廢棄物。若根據(jù)專利文獻2的發(fā)明技術(shù)，要得到C3S量多、C2S量極少的早強型水泥，則SO3量多而是低溫?zé)?，在廢氣中發(fā)生SOx (硫的氧化物)，因此難以進行穩(wěn)定的燒成。特別是在水泥燒成原料的一部分使用上述各種工業(yè)廢棄物時有困難，所以在該發(fā)明技術(shù)中難以進行上述各種工業(yè)廢棄物的處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實現(xiàn)了上述的課題的解決，其目的在于，提供一種高活性水泥熟料和在該高活性水泥熟料中適量添加石膏而成的高活性水泥、以及使用了該高活性水泥的早強水泥組合物，該高活性水泥熟料還可以應(yīng)對的是，將富鈣的經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣和大量含有鈣成分的窯業(yè)系壁板廢料等這些以CaO換算而含有鈣成分20重量％以上的廢棄物，作為水泥燒成原料的一部分加以使用，其成為早強型水泥類固化材料、早強型水泥的基體，所述軟土早強型水泥類固化材料在地基的加固和污染土壤的改良等中使用，所述早強型水泥能夠用于混凝土砌塊、壁板、混凝土樁、新拌混凝土等與建筑/ 土木相關(guān)的水泥制品，所述熟料C3S量大，C2S量極少。本申請的第一發(fā)明的高活性水泥熟料，“是成為早強型水泥系固化材料、早強型水泥的基體的高活性水泥熟料，其特征在于，該水泥熟料的礦物組成，以基于Bogue公式(# 一 7式)的計算值計，C3S > 70%, C2S < 5%, L. S. D. > 1，該水泥熟料中的游離石灰量為 0. 5 7. 5重量％ ”。所謂高活性水泥熟料，是指水化活性高，該水泥熟料的由水泥的熱導(dǎo)式量熱計 (conduction calorimeter)測量的水化放熱速度的峰值，比相當(dāng)于早強水泥熟料的熟料形成的水泥的峰值大，并且，水化放熱量比相當(dāng)于早強水泥熟料的熟料形成水泥的水化放熱量多的熟料。所謂早強型水泥系固化材料，是含有加固地基、抑制重金屬溶出和處理放射性廢物等所使用的水泥的固化處理材，是指短期強度體現(xiàn)比使用普通水泥更好的固化處理材料。另外，所謂早強型水泥，是具有早強硅酸鹽水泥同樣的強度體現(xiàn)性的水泥或水泥組合物，除了只在早強水泥熟料(高活性水泥熟料)中添加石膏而成的高活性水泥之外，還指在該高活性水泥中混合有粉煤灰、硅粉、爐渣的任意一種的早強混合水泥，在該高活性水泥中混合多種公知的無機混合材而成的早強水泥組合物。在本申請說明書中，如此將水泥類型分成“早強型水泥系固化材料”和“早強型水泥”，早強型水泥是包含高活性水泥、早強混合水泥、早強水泥組合物這三者的廣義的概念。本發(fā)明的高活性水泥熟料，礦物組成以基于Bogue公式的計算值計，C3S > 70%, C2S < 5%，優(yōu)選C2S < 3%。在C3S為70%以下時，難以得到用于早強型水泥系固化材料、早強混合水泥和早強水泥組合物的、具有與現(xiàn)有的早強水泥同等或其以上的水化活性的高活性水泥。若C2S為5%以上，則由鋁酸鈣系礦物、非晶質(zhì)物等構(gòu)成的間隙相變少，因此難以對高活性水泥熟料進行燒成，或含有大量鋁成分的工業(yè)廢棄物難以作為水泥燒成原料使用。在現(xiàn)有的早強水泥中，使水泥熟料的L. S. D.(石灰飽和度)為1以下而進行水泥燒成原料的調(diào)合，但在本發(fā)明的高活性水泥熟料中，L. S. D. > 1。 通過使L. S. D. >1而調(diào)合水泥燒成原料，能夠得到C3S > 70%,C2S < 5%的高活性水泥熟料。 如上述，在本發(fā)明的高活性水泥熟料中，因為L. S. D. > 1，所以在水泥熟料中含有游離石灰，但在本發(fā)明中，將其量限定在0. 5 7. 5重量％。低于0. 5重量％時，高溫的燒成或燒成帶的位置/長度發(fā)生變化，存在窯內(nèi)部的磚發(fā)生破損的情況。若超過7. 5重量％， 則存在由于水泥熟料中的游離石灰的水化而導(dǎo)致過剩的膨脹的情況。本申請的第二發(fā)明的高活性水泥熟料，在第一發(fā)明所述的高活性水泥熟料的基礎(chǔ)上，其特征在于，“所述C2S基于Bogue公式的計算值低于0% (為負值)”。因為基于Bogue公式的熟料礦物組成為計算值，所以根據(jù)條件，計算值有可能為負。因為現(xiàn)實中含量不會為負，所以若以X射線衍射進行分析，則也勉強能夠確認峰值。在本發(fā)明中，C2S基于Bogue公式的計算值低于0% (為負值)，計算上表示不含(^。作為負值，例如為-4% -14%左右。本申請的第三發(fā)明的高活性水泥熟料，在第一或第二發(fā)明所述的高活性水泥熟料的基礎(chǔ)上，其特征在于，“所述高活性水泥熟料中的硫酸量，以SO3換算計低于1重量％”。本發(fā)明的高活性水泥熟料中的硫酸量，以SO3換算計低于1重量％。由于低于1重量％，廢氣中的SOx (硫的氧化物)的發(fā)生得到抑制。本申請第四發(fā)明的高活性水泥熟料，在第一 三發(fā)明的任一項所述的高活性水泥熟料的基礎(chǔ)上，其特征在于，“所述高活性水泥熟料中的活性系數(shù)(Α. I.)為3. 10 3. 80”?；钚韵禂?shù)(Activity Index Α. I. = SiO2Al2O3)是與SM(硅酸率)同樣的指標，若數(shù)值大，則熟料中的二氧化硅量增加，容易成為富C2S的熟料。另外，往往用于順暢地推進燒成所需要的熟料熔融物的量變少、燒成溫度變高。硅酸鹽水泥的標準性的值是3. 8 4. 8。 相對于此，在本發(fā)明的水泥熟料中為3. 10 3. 80，比早強硅酸鹽水泥等小。通過處于這一范圍，能夠極端減少C2S,即使C3S多也容易進行燒成。本申請第五發(fā)明的高活性水泥熟料，在第一 四發(fā)明的任一項所述的高活性水泥熟料的基礎(chǔ)上，其特征在于，“所述高活性水泥熟料，是對水泥燒成原料進行燒成而得到的， 所述水泥燒成原料含有以CaO換算而含鈣成分20重量％以上的廢棄物的一種以上”。本發(fā)明的高活性水泥熟料，也能夠只使用在制造普通硅酸鹽水泥和早強硅酸鹽水泥時所使用的石灰石、硅石、粘土、銅爐渣等現(xiàn)有的水泥燒成原料來進行制造，但能夠?qū)⑷缦逻@些以CaO換算而含鈣20重量％以上的，作為水泥燒成原料的一部分加以使用，所述富鈣廢棄物是經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣；對其進行磁選而除去鐵成分的脫硫爐渣；經(jīng)還原處理而除去了鐵成分的轉(zhuǎn)爐爐渣；窯業(yè)系壁板廢料等廢建材；混凝土淤渣等，通過使用這些廢棄物，能夠?qū)τ谥两駷橹箾]怎么得到再利用的工業(yè)廢棄物進行再利用，能夠通過降低石灰石量的使用量來削減二氧化碳排放量，因此優(yōu)異。還有，歷來作為水泥燒成原料所使用的工業(yè)廢棄物的煤灰、下水污泥焚燒灰等，雖然以CaO換算，鈣多在20重量％以下，但對其也能夠加以使用。本申請的第六發(fā)明的高活性水泥，“是在上述第一 五發(fā)明的任一項中所述的高活性水泥熟料中，以SO3換算而添加石膏1. 5 4. 0重量％而成的高活性水泥”。本發(fā)明的高活性水泥，因為以上述高活性水泥熟料為基體，所以具有早強硅酸鹽水泥同樣的水化活性。另外，因為不受現(xiàn)有的水泥規(guī)格拘束，所以在重視水泥規(guī)格、非硅酸鹽水泥等不可的用途中難以使用，但是，在地基加固用的水泥系固化材料、廢棄物處理用固化材料、砌塊和壁板的水泥制造品中，是可以使用的特殊硬化材。在該高活性水泥中，相對于高活性水泥熟料，優(yōu)選石膏以SO3換算為1. 5 4. 0重量％。低于1. 5重量％時，水泥熟料中的C3A急凝，在制造混凝土制品時有不能確保充分的作業(yè)時間的情況。若超過4.0重量％，則存在水泥在硬化后，由于未反應(yīng)的石膏而產(chǎn)生延遲膨脹的情況。本申請的第七發(fā)明的早強水泥組合物，“是在所述第六發(fā)明的高活性水泥中添加 10 70重量％的高爐爐渣，以SO3換算添加石膏2. 0 9. 0重量％而成的早強水泥組合物”。添加是損耗量(內(nèi)割0 )。本發(fā)明的早強水泥組合物，因為將上述高活性水泥熟料作為基體，所以即使添加高爐爐渣等混合材，比起以硅酸鹽水泥為基體的水泥組合物，仍更具水化活性。該早強水泥組合物，能夠作為地基加固用的水泥系固化材料、廢棄物處理用固化材料等早強型水泥系固化材料，砌塊、壁板和新拌混凝土等水泥制品的水泥系硬化材使用。在該早強水泥組合物中，優(yōu)選組合物中，以SO3換算有石膏2. 0 9. 0重量％。在低于2. 0重量％時，水泥熟料中的C3A急凝，在制造混凝土制品時有不能確保充分的作業(yè)時間的情況。另外還有不能充分確保初期強度的情況。若超過9.0重量％，則存在水泥在硬化后，由于未反應(yīng)的石膏而產(chǎn)生延遲膨脹的情況。還有，對這里的石膏的種類沒有限定。本發(fā)明的高活性水泥熟料，C3S量多，含有游離石灰，C2S量極少。因此，能夠得到從水化初期開始長期持續(xù)高達早強硅酸鹽水泥以上的穩(wěn)定性的水化性能。另外，以其為基體， 能夠制造高活性水泥、早強混合水泥、低溫用水泥組合物、早強型水泥系固化材料等各種水泥材料。另外，也可以應(yīng)對的情況是使用如下等富鈣的工業(yè)廢棄物作為水泥燒成材料的一部分，所述富鈣的工業(yè)廢棄物可以舉出富鈣的經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣，對其進行磁選而除去鐵成分的脫硫爐渣；經(jīng)還原處理而除去了鐵成分的轉(zhuǎn)爐爐渣；窯業(yè)系壁板廢料等的廢建材；混凝土淤渣等，因此也有助于降低環(huán)境負荷。本發(fā)明的高活性水泥，具有早強硅酸鹽水泥以上的水化活性，但因為不受現(xiàn)有的水泥規(guī)格拘束，所以能夠用于地基加固材、水泥建材制品、規(guī)格外混凝土、灰漿用水泥、其他的水泥系固化材料、高爐水泥和粉煤灰水泥等的混合水泥的基體水泥等為中心的各種用途，通用性高。另外，如果是將上述這樣的工業(yè)廢棄物作為水泥燒成原料的水泥、粉末度低的水泥，則比起早強硅酸鹽水泥等現(xiàn)有的早強水泥，也可以以更低廉的價格供給。本發(fā)明的早強水泥組合物，是含有本發(fā)明的高活性水泥的水泥組合物，正因如此， 其比現(xiàn)有的水泥-高爐爐渣-石膏系的水泥組合物的性能高，使用其置換該現(xiàn)有的水泥組合物，能夠?qū)崿F(xiàn)品質(zhì)/性能的提高。


圖1是試制1 (比較品)和試制2 4(本發(fā)明的實施品)的初期水化熱曲線的比較圖。圖2是試制1 (比較品)和試制2 4(本發(fā)明的實施品)的初期水化達到160小時的累積放熱量曲線的比較圖。圖3是試制5 8(本發(fā)明的實施品)的初期水化熱曲線的比較圖。圖4是試制5 8(本發(fā)明的實施品)的初期水化達到160小時的累積放熱量曲線的比較圖。
圖5是試制1(比較品)和試制4 6(本發(fā)明的實施品)的初期水化達到160小時的累積放熱量曲線和高爐爐渣的添加量的關(guān)系的比較圖。
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。還有，本發(fā)明不受以下說明的實施方式限制。首先，對于本發(fā)明的高活性水泥熟料進行說明。[高活性水泥熟料](1)礦物組成本發(fā)明的高活性水泥熟料，礦物組成以基于Bogue公式的計算值計，C3S > 70%, C2S < 5%，余量是以鋁酸鈣系為主體的間隙相。Bogue公式是歷來被用于計算水泥熟料中的主礦物組成的公式，各礦物的比例根據(jù)化學(xué)組成的分析結(jié)果計算。得到的比例是絕對基于化學(xué)組成的分析結(jié)果的計算值，正因如此，其與水泥熟料中的實際的比例不相符。還有，％是質(zhì)量％。[Bogue 公式]C3S(%) = (4. 07XCa0%)-(7. 60XSi02% )-(6. 7XA1203% )-(1. 43XFe2O3^ )“(2 .85 X SO3 % )C2S(% ) = (2. 8XSiO2% )-(0. 754XC3S% )C3A(% ) = (2. 65XA1203% )-(1. 69XFe2O3^ )C4AF (% ) = 3. 04 X Fe2O3 %C3S是從短齡期過渡到長齡期而體現(xiàn)水泥強度的主要礦物，其越多越體現(xiàn)高強度且早強。C3S對于短齡期下的強度體現(xiàn)沒有太多貢獻，但因為長期持續(xù)水化而有助于長齡期的強度體現(xiàn)，其越多，低放熱、長齡期下的強度的增長越好。另外，化學(xué)抵抗性和干燥收縮優(yōu)
已C3A水化活性高，非常有助于短齡期下的強度體現(xiàn)。但是，若其較多，則由于快硬性導(dǎo)致長齡期下的強度的增長差。另外，水化放熱高，化學(xué)抵抗性和干燥收縮也差。C4AF作為水化性能沒有突出的特征，但是在熟料燒成中作為間隙相而對于易于燒成有幫助。本發(fā)明中之所以C3S > 70%，是為了得到初期水化活性極高的水泥，C3S在70%以下時，難以得到具有與現(xiàn)有的早強水泥同等以上的水化活性的早強型水泥。上限沒有特別限定，但優(yōu)選為85%以下。若超過85%，則有游離石灰量也顯著增加的情況，從而不能維持水泥熟料的品質(zhì)穩(wěn)定。另外，之所以不大量使用水化活性更高的C3A等鋁酸鈣系礦物，是出于考慮長期的強度體現(xiàn)、和可加工性(workability)、耐久性等。另一方面，在本發(fā)明中之所以使C2S < 5%，是為了使熟料燒成條件與以往相比不會發(fā)生大的變化，從而得到初期水化活性極高的水泥，若C2S在5 %以上，則由鋁酸鈣系礦物、非晶質(zhì)物等形成的間隙相變少，因此難以進行水泥熟料燒成，或相對地C3S減少，因此難以達成前述目的。下限值沒有特別限定，不過是基于Bogue公式的計算值，C2S量如上式所示，由SW2量和C3S量的關(guān)系決定，所以在S^2量少、C3S量多時，也會發(fā)生計算值低于0 (負值)的情況。在本發(fā)明中，也包括這樣低于0的情況，為了穩(wěn)定得到大量C3S,優(yōu)選低于0。本發(fā)明的高活性水泥熟料，除了上述C3S和C2S以外，由鋁酸鈣系為主體的間隙相構(gòu)成。在間隙相中含有(#、C4AF等礦物。C3A優(yōu)選以基于上述Bogue公式的計算值計而含有4 9%。另夕卜，C4AF優(yōu)選含有8 16%。如果在此范圍，則容易穩(wěn)定地對C3S > 70%、 C2S < 5%的水泥熟料進行燒成。余量是非晶質(zhì)間隙相等。(2)硫酸量本發(fā)明的高活性水泥熟料中的硫酸量，以SO3換算低于1重量％。若在1重量％ 以上，則有廢氣中發(fā)生SOx(硫的氧化物)，或在預(yù)熱器內(nèi)部生成固結(jié)物而產(chǎn)生堵塞的情況， 因此不為優(yōu)選。(3)游離石灰在本發(fā)明的高活性水泥熟料中，為了使C3S的水化活性更高，優(yōu)選使熟料中含有游離石灰，所述游離石灰用于增大放熱量、提高精煉升溫。其量為0.5 7.5重量％。在低于 0. 5重量％時，無法取得充分的效果。若超過7. 5重量％，則發(fā)生膨脹或產(chǎn)生流動性的降低， 因此不為優(yōu)選。接著，對于本發(fā)明的高活性水泥熟料的制造方法進行說明。[高活性水泥熟料的制造方法]本發(fā)明的高活性水泥熟料的制造，與現(xiàn)有的早強硅酸鹽水泥熟料的制造相比，沒有特別大的變化，調(diào)合規(guī)定的水泥燒成原料，以得到C3S > 70%X2S < 5%且游離石灰量為 0. 5 7. 5重量％、盡可能使硫酸量以SO3換算而低于1重量％的水泥熟料，用水泥窯等對調(diào)合原料進行燒成而制造。(A)水泥燒成原料歷來作為熟料主要原料所使用的石灰石、粘土、硅石、鐵原料等同以往一樣使用。 另外在本發(fā)明中，還優(yōu)選利用沒怎么進行過再利用的、以CaO換算含有鈣成分20重量％以上的富鈣的工業(yè)廢棄物。作為以CaO換算含有鈣成分20重量％以上的廢棄物，可列舉經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣；對其進行磁選而除去鐵成分的脫硫爐渣；經(jīng)還原處理而除去了鐵成分的轉(zhuǎn)爐爐渣；窯業(yè)系壁板廢料等的廢建材；混凝土淤渣等。經(jīng)過鐵水預(yù)處理的脫硫爐渣，是除去了鐵水中的硫磺成分的爐渣，主要成分是鈣和鐵。也能夠利用以磁體進行篩選而除去了鐵成分的鈣多的脫硫爐渣。所謂鐵水預(yù)處理， 就是為了進行鋼鐵的高純度化而在轉(zhuǎn)爐精煉的前工序中，除去硅、磷、硫的工序。所謂經(jīng)還原處理而除去了鐵成分的轉(zhuǎn)爐爐渣，就是例如下述文獻的LD爐渣。也能夠利用該LD爐渣。S. Kubodera, T. Koyama, R. Ando and R. Kondo, An Approach to the full utilization of LD Slag, Transactions of The Iron and Steel Institute of Japan, 419-427(1979)窯業(yè)系壁板材，是作為主要原料使水泥質(zhì)原料和纖維質(zhì)原料成型，使之養(yǎng)護/硬化的材料，有木纖維增強水泥板、纖維增強水泥板、纖維增強硅酸鈣板等，其作為住宅的外墻裝飾材料被使用。
隨著近來的房屋整修和房屋拆除，廢料增加，其處理得到研究。廢料中的水泥質(zhì)部分為富鈣的水泥組成，因此可以作為本發(fā)明的高活性水泥熟料的制造原料加以利用。預(yù)拌混凝土淤渣，是在預(yù)拌混凝土車間附著在工廠設(shè)備的攪拌機、漏斗、攪拌車等之上的混凝土、回收混凝土、以及對回收混凝土的清洗排水進行濃縮從而失去了流動性的狀態(tài)的淤渣、或?qū)τ谟僭M行了干燥得到的淤渣。這些工業(yè)廢棄物能夠替代石灰石、粘土的一部分加以利用。向水泥燒成原料的添加量依據(jù)石灰石和粘土的化學(xué)成分，但優(yōu)選每It水泥熟料中添加400kg以下。若每It水泥熟料添加400kg以上，則存在雜質(zhì)增加，難以進行熟料燒成，或會對所得到的水泥熟料的品質(zhì)帶來不良影響的情況。如果將工業(yè)廢棄物替代石灰石的一部分加以利用，則還關(guān)系到二氧化碳排放量的削減，因為從降低環(huán)境負荷的觀點出發(fā)優(yōu)選。(B)原料調(diào)合按照能夠在燒成后得到目標的化學(xué)組成/礦物組成的熟料的方式進行調(diào)合設(shè)計， 基于此對上述各水泥燒成原料進行計量，用原料粉碎機進行混合粉碎以及用摻混料倉進行
混合ο上述調(diào)合設(shè)計與以往一樣，使用H. M.(水硬率)、A. I.(活性系數(shù))、S. M.(硅酸率)、Ι·Μ·(鐵率)、L.S.D.(石灰飽和度)的比率系數(shù)(modulus)進行。通常，很大程度上關(guān)系到C3S的生成量的H. M.和關(guān)系到燒成容易度的S. M.受到重視，但是在本發(fā)明中是重視L. S. D.(石灰飽和度)和A. I.(活性系數(shù))。L. S. D.(石灰飽和度)是使能夠與二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵結(jié)合的氧化鈣量達到 1.0的指標，由下式表示。L. S. D. = IOOCaO/(2. 80XSiO2% +1. 18XA1203% +0. 65Fe203% )如果L.S.D.在1以下，則能夠通過花費足夠時間來使游離石灰達到0%，但在 L.S.D. > 1時，即使提高燒成溫度，延長燒成時間，也常有游離石灰殘留。在通常的水泥熟料中是0. 92 0. 96，即使早強硅酸鹽水泥也為0. 94 1. 00%。在本發(fā)明的高活性水泥熟料中，L. S. D. >1。通過使L. S. D. > 1，主動使游離石灰殘留而調(diào)合水泥燒成原料，由此能夠?qū)3S >70%, C2S < 5%的鈣成分多的水泥熟料進行燒成。由于游離石灰的存在，導(dǎo)致初期水化熱升高，因此能夠使C3S活化，在與高爐爐渣混合時作為刺激劑發(fā)揮作用。對上限值沒有特別限定，但若游離石灰量過多，則發(fā)生膨脹等，缺乏熟料的穩(wěn)定性，優(yōu)選為1. 16左右以下。Α. I.(活性系數(shù))由下式表示，如前所述，其關(guān)系到C2S的生成量、熟料的燒成容易度。A. I. = SiO2Al2O3在本發(fā)明的高活性水泥熟料中為3. 10 3. 80，比現(xiàn)有的早強硅酸鹽水泥等小。通過處于這一范圍，能夠使C2S極少，即使C3S多也容易進行燒成。(C)熟料燒成本發(fā)明的高活性水泥熟料，是通過利用水泥燒窯，對于上述經(jīng)過原料調(diào)合的水泥燒成原料，進行與現(xiàn)在的早強硅酸鹽水泥熟料燒成同樣的燒成而得到的。如果是少量的燒成，則也可以是電爐燒成。
燒成溫度優(yōu)選為1250 1600°C。低于1250°C時，C3S的生成本身不可能。另外若超過1600°C，則回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的耐火物熔化等，妨礙水泥熟料的燒成。燒成后的熟料冷卻、粗粉碎等與以往一樣。得到的本發(fā)明的高活性水泥熟料成為早強型水泥系固化材料、早強型水泥的基體。[高活性水泥]本發(fā)明的高活性水泥，是在上述高活性水泥熟料中添加以SO3換算為1. 5 4. 0重量％的石膏，與助磨劑一起由細磨機等進行混合粉碎而獲得。工序、裝置與現(xiàn)有的水泥制造中的加工工序相同。石膏和助磨劑也與現(xiàn)有的水泥制造中所使用的相同。添加的石膏的量，以SO3換算為1. 5 4. 0重量％。低于1. 5重量％時，水泥熟料中的C3A急凝，在制造混凝土制品等時有不能確保充分的作業(yè)時間的情況。若超過4. 0重量％，則存在水泥在硬化后，由于未反應(yīng)的石膏而產(chǎn)生延遲膨脹的情況。對粉末度沒有特別限定，但優(yōu)選以布萊恩(Blaine)值(比表面積值)計，為 3000cm2/g 以上。本發(fā)明的高活性水泥，是本申請說明書中定義的早強型水泥的一種，也可以直接作為混凝土二次制品、壁板、灰漿的水泥使用，但如果例如與高爐爐渣等的混合材一起作為地基加固材使用，則成為早強型水泥系固化材料。另外，如果與粉煤灰、硅粉、爐渣的任意一種混合，則成為早強粉煤灰水泥、早強硅水泥、早強硅粉水泥、早強高爐水泥等的早強混合水泥。另外，如果混合多種無機混合材，則成為早強水泥組合物。本發(fā)明的早強水泥，雖然具有早強硅酸鹽水泥同樣的水化活性，但因為不是JIS規(guī)格品，所以需要JIS規(guī)格品時則不能使用，但是能夠在需要早強性的大多數(shù)領(lǐng)域中使用。[早強水泥組合物]本發(fā)明的早強水泥組合物，是在上述高活性水泥中添加高爐爐渣10 70重量％， 添加石膏以SO3換算為2. 0 9. 0重量％而成。高爐爐渣只要是歷來高爐水泥、水泥混合材所使用的即可，作為粉末度，也包含高爐爐渣粗粉，高爐爐渣微粉、高爐爐渣超微粉。在該早強水泥組合物中，組合物中優(yōu)選高爐爐渣為10 70重量％。高爐爐渣有助于流動性、耐久性、長期強度體現(xiàn)等，但低于10重量％時，得不到充分的效果。若超過70 重量％，則高活性水泥的比例變少，有得不到充分強度的情況。另外，在該早強水泥組合物中，組合物中優(yōu)選石膏以SO3換算為2. 0 9. 0重量％。 石膏可以是天然二水石膏、脫硫二水石膏、天然無水石膏、廢石膏等的任意一種，沒有特別限定。石膏有助于初期強度體現(xiàn)、流動性等，在低于2. 0重量％時，水泥熟料中的C3A急凝， 在制造混凝土制品時有不能確保充分的作業(yè)時間的情況。若超過9. 0重量％，則存在水泥在硬化后由于未反應(yīng)的石膏而產(chǎn)生延遲膨脹的情況。本發(fā)明的早強水泥組合物，例如是在本發(fā)明的高活性水泥中，以規(guī)定量添加高爐爐渣和石膏，使用混合機、混合粉碎機進行混合而取得。該早強水泥組合物能夠作為制造建材制品、新拌混凝土、混凝土制品時的水泥材，地基加固材和廢棄物固化處理材的早強型水泥系固化材料使用。[本發(fā)明的高活性水泥熟料(高活性水泥)的初期水化活性確認試驗]用電爐對本發(fā)明的高活性水泥熟料進行試燒成，在所得到的高活性水泥熟料中添加石膏，得到本發(fā)明的高活性水泥，通過熱導(dǎo)式量熱計來確認該高活性水泥的初期水化活性。(1)使用原料使用原料的種類和化學(xué)成分顯示在表1中。表1使用原料的種類和化學(xué)成分(wt% )
權(quán)利要求
1.一種高活性水泥熟料，其成為早強型水泥系固化材料、早強型水泥的基體，該熟料的特征在于，該水泥熟料的礦物組成，以基于Bogue公式的計算值計，C3S > 70%, C2S < 5%, L. S. D. > 1，該水泥熟料中的游離石灰量為0. 5 7. 5重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性水泥熟料，其特征在于，所述C2S基于Bogue公式的計算值低于0%，為負值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高活性水泥熟料，其特征在于，所述高活性水泥熟料中的硫酸量，以SO3換算計低于1重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2中任一項所述的高活性水泥熟料，其特征在于，所述高活性水泥熟料中的活性系數(shù)Α. I.為3. 10 3. 80。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2中任一項所述的高活性水泥熟料，其特征在于，所述高活性水泥熟料，是對于水泥燒成原料進行燒成而得到的，所述水泥燒成原料含有以CaO換算而含鈣成分為20重量％以上的廢棄物的一種以上。
6.一種高活性水泥，其特征在于，在所述權(quán)利要求1 5中任一項所述的高活性水泥熟料中，以SO3換算而添加石膏1. 5 4. O重量％而成。
7.一種早強水泥組合物，其特征在于，在所述權(quán)利要求6的高活性水泥中，添加高爐爐渣10 70重量％，以SO3換算添加石膏2. 0 9. 0重量％而成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種還可以應(yīng)對使用工業(yè)廢棄物作為水泥燒成原料的一部分這一情況，作為通用性高的早強型水泥系固化材料、早強型水泥的基體的高活性水泥熟料和在該高活性水泥熟料中適量添加石膏而成的高活性水泥。一種高活性水泥熟料，是作為早強型水泥系固化材料、早強型水泥的基體的高活性水泥熟料，其特征在于，該水泥熟料的礦物組成，以基于Bogue公式的計算值計，C3S＞70％，C2S＜5％，L.S.D.＞1，該水泥熟料中的游離石灰量為0.5～7.5重量％。
文檔編號C04B7/02GK102432205SQ20111027333
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者二戶信和, 坂井悅郎, 西田?？? 鯉淵清 申請人:國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué), 株式會社Dc