JP6547455B2 - Ground improvement material and ground improvement method - Google Patents
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Description
本発明は、通常の地盤改良材に比べて、ロームや有機質土などの強度が出難い土においても固化強度に優れる地盤改良材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ground improvement material which is excellent in solidification strength even in soils such as loam and organic soil which are less likely to have strength than ordinary ground improvement materials.
道路、建物等の構造物を建てる場合、その地盤の強度が問題となる。そのため、土壌にセメントなどを添加して固化し強度を高める地盤改良が一般的に行われている。しかし、ロームや有機質土などの土壌に対し、通常の地盤改良材では強度発現性が低下する。このような強度発現性の低下は、主にセメントの水和反応を阻害する有機物によるものと考えられており、ロームや有機質土に対しても十分な固化強度を得られる地盤改良材が望まれている。 When building structures such as roads and buildings, the strength of the ground becomes a problem. For this reason, ground improvement is generally performed by adding cement or the like to the soil to solidify it to increase its strength. However, with respect to soils such as loam and organic soils, the strength improvement is reduced with ordinary ground improvement materials. Such a decrease in strength development is considered to be mainly due to organic substances that inhibit the hydration reaction of cement, and a ground improvement material capable of obtaining sufficient solidification strength even for loam and organic soil is desired ing.
このような土壌で強度を発現し易い地盤改良材として、特許文献1には11CaO・7Al2O3・CaX2(Xはハロゲン)や、CaO・Al2O3、12CaO・7Al2O3、4CaO・3Al2O3・SO3といったカルシウムアルミネートを主成分とする水硬性材料が含まれる地盤改良材が開示されている。 As ground improvement materials that easily develop strength in such soil, Patent Document 1 discloses 11CaO · 7Al 2 O 3 · CaX 2 (X is a halogen), CaO · Al 2 O 3 , 12CaO · 7Al 2 O 3 , calcium aluminate such 4CaO · 3Al 2 O 3 · SO 3 is a hydraulic material consisting mainly soil improvement material is disclosed that contains.
しかしながら、特許文献1に記載の地盤改良材に使用されるクリンカーは、ClなどのハロゲンやSO3を多く含んでいる。これらはセメントキルン内を循環し、キルン内の比較的低温となる部分にコーチングを形成してコーチングトラブルを生じることから製造面で大きな問題があり、実用的ではなかった。 However, the clinker used for the ground improvement material described in Patent Document 1 contains a large amount of halogen such as Cl and SO 3 . These circulate in the cement kiln and form a coating on a relatively low temperature portion in the kiln to cause coating troubles, which is not practical because of serious problems in manufacturing.
本発明は、上記のような製造が難しい特殊なクリンカー鉱物を用いなくとも、強度の出にくい土壌においても強度発現性に優れる地盤改良材を提供することを目的とする。また、本発明は、上記地盤改良材を使用した地盤改良方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a ground improvement material which is excellent in strength developing property even in a soil having low strength even without using special clinker minerals which are difficult to manufacture as described above. Another object of the present invention is to provide a ground improvement method using the above ground improvement material.
本発明者らは,上記課題に関し鋭意検討した結果,セメントクリンカーと、石膏と、アルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを共存させることによって、強度の出難い土壌においても強度発現性に優れる地盤改良材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that even in a soil that is difficult to obtain strength by coexistence of cement clinker, gypsum, calcium aluminate hydrate, and calcium silicate hydrate. It has been found that a ground improvement material excellent in expression can be obtained, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、セメントクリンカーと、石膏と、無機系粉末とを含有する地盤改良材であって、前記無機系粉末がアルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを含むことを特徴とする地盤改良材を提供する。 That is, the present invention is a ground improvement material containing cement clinker, gypsum, and inorganic powder, wherein the inorganic powder contains calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate. Provide a ground improvement material as a feature.
上記地盤改良材は、従来の地盤改良材では十分な固化強度を確保しにくかった土壌(例えばロームや有機質土)に対しても十分な強度発現性を発揮できる。この主因は必ずしも明らかではないが、前記無機粉末中に含まれているアルミン酸カルシウムおよびケイ酸カルシウムはいずれも地盤改良材の水和物と構造が似通っているため、特に好適に水和を促進すると考えられる。ここで、セメントクリンカーと石膏の合計量100質量部に対し、前記無機系粉末としてアルミン酸カルシウム水和物ならびにケイ酸カルシウム水和物をそれぞれ0.1〜5.0質量部含むことが望ましい。また、上記地盤改良材が高炉スラグを含む場合には、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量100質量部に対し、前記無機系粉末としてアルミン酸カルシウム水和物ならびにケイ酸カルシウム水和物をそれぞれ0.1〜5.0質量部含むことが望ましい。このような範囲であれば、地盤改良材の強度発現性が向上する。 The above-mentioned ground improvement material can exhibit sufficient strength expression also to the soil (for example, loam and organic soil) in which it is difficult to secure sufficient solidification strength with the conventional ground improvement material. Although the main cause is not necessarily clear, the calcium aluminate and calcium silicate contained in the inorganic powder both have similar structures to the hydrate of the ground improvement material, and thus particularly preferably promote hydration It is thought that. Here, it is preferable that 0.1 to 5.0 parts by mass of calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate are contained as the inorganic powder with respect to 100 parts by mass of the total amount of cement clinker and gypsum. When the ground improvement material contains blast furnace slag, calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate are used as the inorganic powder with respect to 100 parts by mass of cement clinker, gypsum and blast furnace slag in total. It is desirable to contain 0.1-5.0 mass parts of each. Within such a range, the strength development of the ground improvement material is improved.
上記地盤改良材は、産業廃棄物の利用及び重金属の溶出量低減の観点から、適度な量の高炉スラグを更に含むことが好ましい。地盤改良材100質量部に対する高炉スラグの含有量は5〜80質量部であればよい。また、強度発現性の観点から、上記地盤改良材中のSO3量は、当該地盤改良材の全質量100質量部に対して1.5〜15.0質量部であればよい。 It is preferable that the said ground improvement material further contains a suitable amount of blast furnace slag from a viewpoint of utilization of industrial waste, and the elution amount reduction amount of a heavy metal. The content of blast furnace slag may be 5 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ground improvement material. Moreover, from the viewpoint of strength development, the amount of SO 3 in the ground improvement material may be 1.5 to 15.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the ground improvement material.
上記無機系粉末中のエトリンガイト含有量は、粉末エックス線回折パターンのリートベルト解析による定量値で10質量%以上であれば、地盤改良材の初期強度が向上する。また、上記ケイ酸カルシウム水和物のCa/Si比が0.5〜5.0であれば、地盤改良材の強度発現性が向上する。 If the content of ettringite in the inorganic powder is 10% by mass or more as a quantitative value by Rietveld analysis of a powder X-ray diffraction pattern, the initial strength of the ground improvement material is improved. Moreover, if Ca / Si ratio of the said calcium silicate hydrate is 0.5-5.0, the strength expression property of a ground improvement material will improve.
上記セメントクリンカーは遊離石灰(f.CaO)を比較的多く含有してもよい。例えば、上記クリンカーの遊離石灰(f.CaO)含有量は8.0質量%未満であればよい。 The cement clinker may contain a relatively large amount of free lime (f. CaO). For example, the free lime (f. CaO) content of the clinker may be less than 8.0% by mass.
上記セメントクリンカーが環境負荷低減クリンカーであり、その水硬率(HM)は1.75〜2.20、ケイ酸率(SM)は1.50以上2.50未満、鉄率(IM)は3.0〜10.0であり、ボーグ式にて算定されるC3A量は15質量%以上、C4AF量は0.5〜10質量%である。これらの諸率(水硬率、ケイ酸率及び鉄率)の範囲設定は、焼成温度を低温化することによって製造過程におけるCO2発生量を低減するとともに、原料の一部に例えば産業副産物である石炭灰(フライアッシュ、ボトムアッシュなど)を比較的多く使用するためである。なお、間隙相の量(C3A量及びC4AF量)を比較的高めに設定することも焼成温度の低温化に寄与する。また、環境負荷低減クリンカーを使用すると地盤改良材の強度発現がさらに向上する。 The cement clinker is an environmental load reduction clinker, and its hydraulic coefficient (HM) is 1.75 to 2.20, silicic acid ratio (SM) is 1.50 or more and less than 2.50, iron ratio (IM) is 3 The amount of C 3 A calculated by the Borg equation is 15% by mass or more, and the amount of C 4 AF is 0.5 to 10% by mass. The range setting of these various factors (hydraulic factor, silicic acid factor and iron factor) reduces the amount of CO 2 generated in the manufacturing process by lowering the firing temperature, and at the same time, for example, industrial byproducts It is because it uses a relatively large amount of coal ash (fly ash, bottom ash, etc.). In addition, setting the amounts of the interstitial phase (C 3 A amount and C 4 AF amount) relatively high also contributes to lowering the firing temperature. In addition, the use of the environmental load reduction clinker further enhances the strength development of the ground improvement material.
上記セメントクリンカーは、例えば、Al2O3 量が10質量%以上、SiO2/Al2O3質量比が5.0以下である廃棄物又は副産物を250〜600kg/t−cl’と、Fe2O3量が30質量%以上である鉄原料を30kg/t−cl’以下とを原料とし、当該原料を1200〜1450℃の焼成温度で焼成する工程を経て製造することができる。鉄原料の使用量を30kg/t−cl’以下(鉄原料を使用しない場合(0kg/t−cl’)も含む)とすることで、鉄原料(例えば銅ガラミ)に含まれる重金属がクリンカーに持ち込まれる量を十分に低減できる。例えば、上記環境負荷低減クリンカーにおいて、Mo含有量は30mg/kg以下であることが好ましく、全Cr含有量は100mg/kg以下であることが好ましく、Pb含有量は100mg/kg以下であることが好ましい。 The cement clinker is, for example, a waste or by-product having an Al 2 O 3 content of 10% by mass or more and a SiO 2 / Al 2 O 3 mass ratio of 5.0 or less, 250 to 600 kg / t-cl ′ iron material amount 2 O 3 is not less than 30 wt% was a 30kg / t-cl 'hereinafter as a raw material, it can be manufactured through a step of firing the raw material at a firing temperature of 1,200-1,450 ° C.. By using less than 30 kg / t-cl '(also when not using iron (0 kg / t-cl')), heavy metals contained in iron (such as copper glaze) can be used as clinker The amount brought in can be reduced sufficiently. For example, in the above environmental impact reduction clinker, the Mo content is preferably 30 mg / kg or less, the total Cr content is preferably 100 mg / kg or less, and the Pb content is 100 mg / kg or less preferable.
上記無機系粉末が、セメント製造工程で発生するEPダストおよび/または塩素バイパスダストを原料として製造される無機系粉末である。このような無機系粉末を用いることで、さらに廃棄物利用を推進することが出来る。 The inorganic powder is an inorganic powder produced using EP dust and / or chlorine bypass dust generated in the cement production process as a raw material. By using such an inorganic powder, waste utilization can be further promoted.
本発明は上記地盤改良材を用いる地盤改良方法を提供する。上記地盤改良材を用いた地盤改良方法によれば、ロームや有機質土などの強度の出にくい土壌においても優れた固化処理強度発現性が得られる。 The present invention provides a ground improvement method using the above ground improvement material. According to the ground improvement method using the ground improvement material, excellent solidified treatment strength can be obtained even in a soil with low strength such as loam or organic soil.
本発明による地盤改良材は、ロームや有機質土などの強度の出にくい土壌においても強度発現性に優れ、且つ一般的なポルトランドセメントクリンカーを含む種々のセメントクリンカーを利用可能であるという効果を有する。 The ground improvement material according to the present invention has the effect of being excellent in strength development even in a low-strength soil such as loam and organic soil, and having various cement clinkers including a general portland cement clinker available.
以下,本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
<地盤改良材>
本実施形態の地盤改良材は、セメントクリンカーと、石膏と、アルミン酸カルシウム水和物を含む無機系粉末とを含む。この地盤改良材は、従来の地盤改良材では十分な固化強度を確保しにくかった土壌(例えばロームや有機質土)に対しても十分な強度発現性を発揮できる。
<Ground improvement material>
The ground improvement material of the present embodiment includes a cement clinker, gypsum, and an inorganic powder including calcium aluminate hydrate. This ground improvement material can exhibit sufficient strength expression even to a soil (for example, loam or organic soil) which has been difficult to secure sufficient solidification strength with the conventional ground improvement material.
(セメントクリンカー)
セメントクリンカーとして、例えば普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー等の各種セメントクリンカーが挙げられる。これらのセメントクリンカーとともに又は代わりに以下の環境負荷低減クリンカーを使用してもよい。環境負荷低減クリンカーを使用することで、原料の一部として廃棄物や産業副産物を十分に有効利用できるとともに製造過程におけるCO2発生量を十分に低減できる。
(Cement clinker)
Examples of the cement clinker include various cement clinkers such as common portland cement clinker, early strong portland cement clinker and the like. The following environmental load reduction clinkers may be used with or instead of these cement clinkers. By using an environmental load reduction clinker, waste and industrial by-products can be sufficiently used effectively as part of the raw material, and the amount of CO 2 generated in the production process can be sufficiently reduced.
上記環境負荷低減クリンカーは、水硬率(HM)が1.75〜2.20、ケイ酸率(SM)が1.50以上2.50未満、鉄率(IM)が3.0〜10.0であり且つボーグ式にて算定されるC3A量が15質量%以上、C4AF量が0.5〜10質量%である。 The above environmental impact reduction clinker has a hydraulic modulus (HM) of 1.75 to 2.20, a silicic acid ratio (SM) of 1.50 to less than 2.50, and an iron ratio (IM) of 3.0 to 10. It is 0 and the amount of C 3 A calculated by the Borg equation is 15% by mass or more, and the amount of C 4 AF is 0.5 to 10% by mass.
環境負荷低減クリンカーの水硬率(HM)は、以下の式(1)で算出される。環境負荷低減クリンカーの水硬率は、1.75〜2.20(1.75以上2.20以下)である。水硬率が1.75未満であると地盤改良材の水硬性が低下し強度発現性が不十分となりやすい。他方、水硬率が2.20を超えると環境負荷低減クリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。環境負荷低減クリンカーの水硬率は、好ましくは1.85〜2.20であり、より好ましくは1.95〜2.20であり、更に好ましくは2.00〜2.20である。
HM=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)・・・(1)
The hydraulic modulus (HM) of the environmental load reduction clinker is calculated by the following equation (1). The hydraulic rate of the environmental load reduction clinker is 1.75 to 2.20 (1.75 to 2.20). When the hydraulic ratio is less than 1.75, the hydraulic property of the ground improvement material is likely to be reduced, and the strength development tends to be insufficient. On the other hand, if the hydraulic modulus exceeds 2.20, the firing temperature in the process of producing the environmental impact reduction clinker can not be lowered sufficiently. The hydraulic coefficient of the environmental load reduction clinker is preferably 1.85 to 2.20, more preferably 1.95 to 2.20, and still more preferably 2.00 to 2.20.
HM = CaO / (SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) (1)
環境負荷低減クリンカーのケイ酸率(SM)は、以下の式(2)で算出される。環境負荷低減クリンカーのケイ酸率は、1.50以上2.50未満である。ケイ酸率が1.50未満であると適正な組成の環境負荷低減クリンカーが得られ難い。他方、ケイ酸率が2.50以上であると従来のポルトランドセメントクリンカーと比較して廃棄物使用量を高めることが難しく、環境負荷低減クリンカーの製造原価が上がってしまう。環境負荷低減クリンカーのケイ酸率は、好ましくは1.60〜2.30であり、より好ましくは1.80〜2.05である。
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)・・・(2)
The silicic acid ratio (SM) of the environmental load reduction clinker is calculated by the following equation (2). The silica rate of the environmental load reduction clinker is 1.50 or more and less than 2.50. If the silicic acid ratio is less than 1.50, it is difficult to obtain an environmental load reduction clinker having an appropriate composition. On the other hand, when the silicic acid ratio is 2.50 or more, it is difficult to increase the amount of waste used as compared to the conventional Portland cement clinker, and the production cost of the environmental load reduction clinker rises. The silica rate of the environmental load reduction clinker is preferably 1.60 to 2.30, more preferably 1.80 to 2.05.
SM = SiO 2 / (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) (2)
環境負荷低減クリンカーの鉄率(IM)は、以下の式(3)で算出される。環境負荷低減クリンカーの鉄率は、3.0〜10.0である。鉄率が3.0未満であると従来のポルトランドセメントクリンカーと比較して廃棄物又な産業副産物の使用量を高めることが難しく、環境負荷低減クリンカーの製造原価が上がってしまう。他方、鉄率が10.0を超えると環境負荷低減クリンカーを含む地盤改良材に水を添加して得られるスラリーの流動性が悪化する。環境負荷低減クリンカーの鉄率は、好ましくは3.5〜9.0であり、より好ましくは4.0〜8.5であり、更に好ましくは5.0〜8.0である。
IM=Al2O3/Fe2O3・・・(3)
The iron percentage (IM) of the environmental load reduction clinker is calculated by the following equation (3). The iron rate of the environmental load reduction clinker is 3.0 to 10.0. If the iron ratio is less than 3.0, it is difficult to increase the amount of waste or industrial by-products as compared to the conventional Portland cement clinker, and the production cost of the environmental load reduction clinker increases. On the other hand, when the iron ratio exceeds 10.0, the fluidity of the slurry obtained by adding water to the ground improvement material containing the environmental load reduction clinker deteriorates. The iron ratio of the environmental load reduction clinker is preferably 3.5 to 9.0, more preferably 4.0 to 8.5, and still more preferably 5.0 to 8.0.
IM = Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 (3)
セメントクリンカーは、C3A、C4AF、C3S及びC2Sを含有するものであり、その組成は、ボーグ式により算出することができる。ボーグ式は、セメントクリンカー中の主要な四鉱物の含有量を求める計算式である。セメントクリンカーの場合のボーグ式は、下記のように表される。
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
The cement clinker contains C 3 A, C 4 AF, C 3 S and C 2 S, and its composition can be calculated by the Borg equation. The Borg equation is a formula for determining the content of major four minerals in cement clinker. The Borg equation for a cement clinker is represented as follows:
C 3 S content = (4.07 × CaO) - ( 7.60 × SiO 2) - (6.72 × Al 2 O 3) - (1.43 × Fe 2 O 3)
C 2 S content = (2.87 × SiO 2 ) − (0.754 × C 3 S)
C 3 A amount = (2.65 × Al 2 O 3 ) − (1.69 × Fe 2 O 3 )
C 4 AF amount = 3.04 × Fe 2 O 3
式中の「CaO」、「SiO2」、「Al2O3」及び「Fe2O3」は、それぞれ、セメントクリンカーにおけるCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3のセメントクリンカー全体質量に対する含有割合(質量%)である。これらの含有割合は、JIS R 5202(2010)「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定することができる。 In the formula, “CaO”, “SiO 2 ”, “Al 2 O 3 ” and “Fe 2 O 3 ” are the entire cement clinker of CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 in cement clinker, respectively. It is a content rate (mass%) with respect to mass. The content ratio of these can be measured by JIS R 5202 (2010) “Chemical analysis method of portland cement”.
環境負荷低減クリンカーは、ボーグ式にて算定されるC3A量が15質量%以上である。C3A量が15質量%未満であるとセメント組成物の強度発現性が不十分になるとともに環境負荷低減クリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。環境負荷低減クリンカーのC3A量は、好ましくは15〜40質量%であり、より好ましくは16〜40質量%であり、更に好ましくは20〜35質量%であり、特に好ましくは21〜35質量%である。なお、環境負荷低減クリンカーのC3A量が40質量%を超えると環境負荷低減クリンカーを含む地盤改良材に水を添加して得られるスラリーの流動性が悪化しやすい。 The environmental load reduction clinker has a C 3 A amount of 15% by mass or more calculated by the Borg equation. If the amount of C 3 A is less than 15% by mass, the strength expression of the cement composition becomes insufficient and the firing temperature in the process of producing the environmental load reducing clinker can not be sufficiently lowered. The amount of C 3 A of the environmental load reducing clinker is preferably 15 to 40% by mass, more preferably 16 to 40% by mass, still more preferably 20 to 35% by mass, particularly preferably 21 to 35% by mass %. When the amount of C 3 A of the environmental load reducing clinker exceeds 40% by mass, the fluidity of the slurry obtained by adding water to the ground improvement material containing the environmental load reducing clinker tends to deteriorate.
環境負荷低減クリンカーは、ボーグ式にて算定されるC4AF量が0.5〜10質量%である。C4AF量が0.5質量%未満であると環境負荷低減クリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。他方、C4AF量が10質量%を超えると地盤改良材の強度発現性が低下するほか、環境基準に定められる六価クロム等の重金属含有量が増加する。C4AF量は、好ましくは1〜8.5質量%であり、より好ましくは3〜8質量%であり、更に好ましくは5〜7.5質量%であり、特に好ましくは6〜7.5質量%である。 The environmental load reduction clinker has a C 4 AF amount of 0.5 to 10% by mass calculated by the Borg equation. If the amount of C 4 AF is less than 0.5% by mass, the firing temperature in the production process of the environmental load reduction clinker can not be lowered sufficiently. On the other hand, when the amount of C 4 AF exceeds 10% by mass, the strength development of the ground improvement material is lowered, and the content of heavy metals such as hexavalent chromium specified in the environmental standard is increased. The amount of C 4 AF is preferably 1 to 8.5% by mass, more preferably 3 to 8% by mass, still more preferably 5 to 7.5% by mass, particularly preferably 6 to 7.5 It is mass%.
環境負荷低減クリンカーのC3A量及びC4AF量の合計量は21〜35質量%であることが好ましい。この合計量が21質量%未満であるとセメントクリンカー原料として使用する粘土代替廃棄物の量が少なくなり、資源循環型社会への貢献が小さくなる。他方、この合計量が35質量%を超えると地盤改良材の強度発現性ならびに流動性が低下するほか、環境負荷低減クリンカーの融液量が多くなり、通常のロータリーキルンで安定的に製造することが難しくなる。C3A量及びC4AF量の合計量は、より好ましくは24〜32質量%であり、更に好ましくは27〜30質量%である。 The total amount of the C 3 A amount and the C 4 AF amount of the environmental load reduction clinker is preferably 21 to 35% by mass. If the total amount is less than 21% by mass, the amount of clay substitute waste used as a cement clinker raw material decreases, and the contribution to a resource recycling society decreases. On the other hand, if the total amount exceeds 35% by mass, the strength development and fluidity of the ground improvement material decrease, and the amount of melt of the environmental load reduction clinker increases, and stable manufacture can be performed using a common rotary kiln. It becomes difficult. The total amount of the C 3 A amount and the C 4 AF amount is more preferably 24 to 32% by mass, and still more preferably 27 to 30% by mass.
環境負荷低減クリンカーのC2S量は好ましくは10〜50質量%であり、より好ましくは11〜45質量%であり、更に好ましくは15〜40質量%である。C2S量が10質量%未満であると長期的な強度発現性が不十分となりやすく、他方、50質量%を超えると短期的な強度が低下する恐れがある。C3S量は好ましくは20〜70質量%であり、より好ましくは30〜60質量%であり、更に好ましくは35〜60質量%である。C3S量が20質量%未満であると中長期的な強度発現性が不十分となりやすく、他方、70質量%を超えると発熱量の増加に伴う収縮が大きくなり、強度発現性が不十分となるばかりか、間隙相量が十分でなくなることで焼成温度が上がる恐れがある。 The amount of C 2 S in the environmental load reduction clinker is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 11 to 45% by mass, and still more preferably 15 to 40% by mass. If the C 2 S content is less than 10% by mass, long-term strength development tends to be insufficient, while if it exceeds 50% by mass, the short-term strength may decrease. The amount of C 3 S is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, and still more preferably 35 to 60% by mass. When the C 3 S content is less than 20% by mass, the medium- and long-term strength development tends to be insufficient, while when it exceeds 70% by mass, the contraction accompanying the increase of the calorific value becomes large and the strength development is insufficient Not only that, but the amount of interstitial phase is not sufficient, the firing temperature may be increased.
セメントクリンカーにおける遊離石灰含有量(f.CaO量)は、強度発現性の観点から、なるべく少ないことが好ましい(例えば1質量%以下)。ただし、環境負荷低減クリンカーを地盤改良材の調製に使用する場合、ポルトランドセメントの調製に使用する場合と比較し、環境負荷低減クリンカーは遊離石灰を多く含有してもよい。環境負荷低減クリンカーの遊離石灰含有量の上限値は好ましくは8.0質量%であり、より好ましくは6.0質量%であり、更に好ましくは5.0質量%であり、特に好ましくは4.5質量%である。他方、環境負荷低減クリンカーの遊離石灰含有量の下限値は好ましくは0質量%であり、より好ましくは1.0質量%であり、更に好ましくは3.0質量%である。環境負荷低減クリンカーの遊離石灰含有量が8.0質量%以下であれば、環境負荷低減クリンカーを地盤改良材として使用した場合に従来品と同等以上の強度発現性を確保できるとともに、その製造過程において十分に低い温度で焼成することができ、CO2発生量を低減できる。 The free lime content (f. CaO content) in the cement clinker is preferably as small as possible (for example, 1% by mass or less) from the viewpoint of strength development. However, when the environmental load reducing clinker is used for preparation of the ground improvement material, the environmental load reducing clinker may contain a large amount of free lime as compared with the case of using it for preparation of portland cement. The upper limit value of the free lime content of the environmental load reduction clinker is preferably 8.0% by mass, more preferably 6.0% by mass, still more preferably 5.0% by mass, and particularly preferably 4. It is 5% by mass. On the other hand, the lower limit value of the free lime content of the environmental load reduction clinker is preferably 0% by mass, more preferably 1.0% by mass, and still more preferably 3.0% by mass. If the free lime content of the environmental load reduction clinker is 8.0 mass% or less, when using the environmental load reduction clinker as a ground improvement material, strength expression of equal to or higher than that of the conventional product can be secured, and its manufacturing process Can be fired at a sufficiently low temperature to reduce the amount of CO 2 generated.
環境負荷低減クリンカーにおけるモリブデン含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば30mg/kg以下であることが好ましい。モリブデン含有量が30mg/kgを超えると環境負荷低減クリンカーを地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からのモリブデン溶出量が増大する恐れがある。なお、環境負荷低減クリンカーにおけるモリブデン含有量を例えば5mg/kg未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、環境負荷低減クリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低いモリブデン溶出量を両立させる観点から、環境負荷低減クリンカーにおけるモリブデン含有量は好ましくは6〜28mg/kgであり、より好ましくは12〜24mg/kgである。 The content of molybdenum in the environmental impact reducing clinker is preferably as low as possible, for example, preferably 30 mg / kg or less. When the molybdenum content exceeds 30 mg / kg, there is a possibility that the elution amount of molybdenum from the solidified soil may increase depending on the solidification treatment conditions when the environmental load reduction clinker is used as a ground improvement material. If the molybdenum content in the environmental load reduction clinker is, for example, less than 5 mg / kg, the amount of the waste and industrial by-products prepared as cement clinker raw materials decreases, and the production cost of the environmental load reduction clinker rises. The molybdenum content in the environmental impact reduction clinker is preferably 6 to 28 mg / kg, more preferably 12 to 24 mg / kg, from the viewpoint of achieving both sufficiently low production cost and sufficiently low molybdenum elution amount.
環境負荷低減クリンカーにおける全クロム含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば100mg/kg以下であることが好ましい。ここで、全クロム含有量とは、環境負荷低減クリンカー中に含まれる三価クロムや六価クロム等の価数の異なる全てのクロムの合計含有量をいう。環境負荷低減クリンカーにおける全クロム含有量が100mg/kgを超えると、環境負荷低減クリンカーを地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する恐れがある。なお、環境負荷低減クリンカーにおける全クロム含有量を例えば30mg/kg未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、環境負荷低減クリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、環境負荷低減クリンカーにおける全クロム含有量は好ましくは40〜65mg/kgであり、より好ましくは43〜62mg/kgである。 The total chromium content in the environmental load reducing clinker is preferably as low as possible, for example 100 mg / kg or less. Here, the total chromium content refers to the total content of all chromium having different valences such as trivalent chromium and hexavalent chromium contained in the environmental load reduction clinker. If the total chromium content in the environmental load reduction clinker exceeds 100 mg / kg, there is a risk that the amount of elution of hexavalent chromium from the solidified soil may increase depending on the solidification processing conditions when the environmental load reduction clinker is used as a ground improvement agent. is there. If the total chromium content in the environmental load reducing clinker is, for example, less than 30 mg / kg, the compounding amount of waste and industrial by-products as a cement clinker raw material decreases, and the manufacturing cost of the environmental load reducing clinker increases. The total chromium content in the environmental load reduction clinker is preferably 40 to 65 mg / kg, more preferably 43 to 62 mg / kg, from the viewpoint of achieving both sufficiently low production cost and sufficiently low hexavalent chromium elution amount .
環境負荷低減クリンカーにおける六価クロム含有量は、20〜45mg/kgであることが好ましい。全クロム含有量と同様に、六価クロム含有量はできるだけ少ないことが好ましいが、環境負荷低減クリンカーにおける六価クロム含有量が20mg/kg未満では、セメントクリンカー原料に使用できる廃棄物及び産業副産物の量が少なくなり、製造原価が上がる傾向がある。一方、環境負荷低減クリンカーにおける六価クロム含有量が45mg/kgを超えると、環境負荷低減クリンカーを地盤改良材として使用した場合に固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する傾向がある。十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、環境負荷低減クリンカーにおける六価クロム含有量は好ましくは25〜40mg/kgであり、より好ましくは30〜35mg/kgである。 The hexavalent chromium content in the environmental load reducing clinker is preferably 20 to 45 mg / kg. As with the total chromium content, the hexavalent chromium content is preferably as low as possible, but if the hexavalent chromium content in the environmental impact reducing clinker is less than 20 mg / kg, waste and industrial by-products that can be used for cement clinker raw materials There is a tendency for the volume to decrease and the cost of manufacturing to rise. On the other hand, when the hexavalent chromium content in the environmental load reducing clinker exceeds 45 mg / kg, there is a tendency for the elution amount of hexavalent chromium from the solidified treated soil to increase when the environmental load reducing clinker is used as a ground improvement agent. From the viewpoint of achieving both sufficiently low production cost and sufficiently low hexavalent chromium elution amount, the hexavalent chromium content in the environmental load reduction clinker is preferably 25 to 40 mg / kg, more preferably 30 to 35 mg / kg. is there.
環境負荷低減クリンカーにおける鉛含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば100mg/kg以下であることが好ましい。環境負荷低減クリンカーにおける鉛含有量が100mg/kgを超えると、環境負荷低減クリンカーを地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からの鉛溶出量が増大する恐れがある。なお、環境負荷低減クリンカーにおける鉛含有量を例えば10mg/kg未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、環境負荷低減クリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低い鉛溶出量を両立させる観点から、環境負荷低減クリンカーにおける鉛含有量は好ましくは10〜100mg/kgであり、より好ましくは30〜70mg/kgである。 The lead content in the environmental load reducing clinker is preferably as low as possible, for example, preferably 100 mg / kg or less. If the lead content in the environmental load reduction clinker exceeds 100 mg / kg, there is a risk that the amount of lead elution from the solidified soil may increase depending on the solidification processing conditions when the environmental load reduction clinker is used as a ground improvement material. If the lead content in the environmental load reducing clinker is reduced to, for example, less than 10 mg / kg, the amount of the waste and industrial by-products prepared as cement clinker raw materials decreases, and the manufacturing cost of the environmental load reducing clinker increases. The lead content in the environmental load reduction clinker is preferably 10 to 100 mg / kg, and more preferably 30 to 70 mg / kg, from the viewpoint of achieving both a sufficiently low production cost and a sufficiently low lead elution amount.
上述のとおり、環境負荷低減クリンカーは、鉄率(IM、Al2O3/Fe2O3)が比較的高く(3.0〜10.0)且つC3A量((2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3)が比較的多い(15質量%以上)。つまり、環境負荷低減クリンカーは原燃料から持ち込まれるAl2O3の量がFe2O3の量と比較して多いといえる。特に、C3A(アルミネート相)は急速に水和反応が進むため、C3A量が多い環境負荷低減クリンカーに含む地盤改良材に水を添加してスラリーを調製する場合、スラリーの流動性が不十分となる場合がある。スラリーの流動性を十分に確保するため、換言すると、環境負荷低減クリンカーに含まれるC3Aの水和活性を適度に抑制するため、環境負荷低減クリンカーを意図的に風化させる処置を施してもよい。この処置は環境負荷低減クリンカーを対象に実施してもよいし、地盤改良材を製造する過程において実施してもよい(後述の「粉砕工程」参照)。 As described above, the environmental load reduction clinker has a relatively high iron ratio (IM, Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 ) (3.0 to 10.0) and a C 3 A content ((2.65 × Al) 2 O 3 )-(1.69 x Fe 2 O 3 ) is relatively high (15 mass% or more), that is, the amount of Al 2 O 3 brought in from the raw fuel is Fe 2 O 3 in the environmental load reduction clinker In particular, C 3 A (aluminate phase) hydrates rapidly, so water is added to the ground improvement material included in the environmental impact reduction clinker with a large amount of C 3 A. When preparing the slurry, the flowability of the slurry may be insufficient.In order to ensure sufficient flowability of the slurry, in other words, the hydration activity of C 3 A contained in the environmental load reduction clinker is appropriately adjusted. To reduce environmental impact, This treatment may be applied to the environmental load reduction clinker or may be performed in the process of producing the ground improvement material (see “grinding process” described later). ).
(石膏)
地盤改良材における石膏の質量割合は、セメントクリンカー100質量部に対し、好ましくは5〜30質量部であり、より好ましくは10〜25質量部であり、更に好ましくは15〜20質量部である。地盤改良材における石膏の質量割合が5質量部未満であると固化処理土の強度発現性が不十分となりやすい。なお、地盤改良材における石膏の質量割合が増えるほど、固化処理土の強度発現性は向上する傾向があるが、30質量部を超えると添加効果が飽和する。
(plaster)
The proportion by mass of gypsum in the ground improvement material is preferably 5 to 30 parts by mass, more preferably 10 to 25 parts by mass, and still more preferably 15 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cement clinker. If the mass ratio of gypsum in the ground improvement material is less than 5 parts by mass, the strength development of the solidified soil tends to be insufficient. In addition, although there exists a tendency for the strength expression property of solidification treatment soil to improve as the mass ratio of the gypsum in a ground improvement material increases, the addition effect is saturated when it exceeds 30 mass parts.
上記地盤改良材に使用される石膏の形態は、特に限定されるものでなく、二水塩、半水塩、無水塩のいずれも使用可能である。石膏の具体例としては、天然石膏や排煙脱硫処理によって副生する副産石膏、天然無水石膏、ふっ酸の製造過程で副産するふっ酸無水石膏等が挙げられる。地盤改良材をスラリー工法で使用する場合には、半水石膏の使用量をなるべく低減し、主に二水塩又は無水塩を用いることが好ましい。例えば、地盤改良材に含まれる全石膏に対する半水石膏の割合は好ましくは40質量%以下であり、より好ましくは0.1〜30質量%であり、更に好ましくは0.5〜20質量%である。半水石膏の割合を40質量%以下にすることで、地盤改良材に水を加えてスラリーを調製する際、スラリーに強張りが生じることを抑制できる。 The form of gypsum used for the above ground improvement material is not particularly limited, and any of dihydrate salt, hemihydrate salt and anhydrous salt can be used. Specific examples of the gypsum include natural gypsum, by-product gypsum by-produced by flue gas desulfurization treatment, natural anhydrous gypsum, and hydrofluoric anhydride gypsum by-produced in the production process of hydrofluoric acid. When using a ground improvement material by a slurry construction method, it is preferable to reduce the usage-amount of hemihydrate gypsum as much as possible, and to mainly use a dihydrate or an anhydrous salt. For example, the ratio of hemihydrate gypsum to total gypsum contained in the ground improvement material is preferably 40% by mass or less, more preferably 0.1 to 30% by mass, and still more preferably 0.5 to 20% by mass. is there. By setting the ratio of hemihydrate gypsum to 40% by mass or less, when the slurry is prepared by adding water to the ground improvement material, it is possible to suppress that the slurry is strengthened.
上記地盤改良材におけるSO3量は、強度発現性の観点から地盤改良材100質量部に対して好ましくは1.5〜15.0質量部であり、より好ましくは1.8〜14.5質量部であり、更に好ましくは3〜14.0質量部であり、特に好ましくは8〜13.0質量%である。地盤改良材のSO3量が上記範囲となるように石膏の配合量を調整すればよい。 The amount of SO 3 in the above ground improvement material is preferably 1.5 to 15.0 parts by mass, more preferably 1.8 to 14.5 mass with respect to 100 parts by mass of the ground improvement material from the viewpoint of strength development. Part, more preferably 3 to 14.0 parts by mass, particularly preferably 8 to 13.0% by mass. The amount of gypsum may be adjusted so that the amount of SO 3 of the ground improvement material falls within the above range.
(無機系粉末)
前記無機系粉末はアルミン酸カルシウム水和物とケイ酸カルシウム水和物とを含有する。前記無機系粉末の添加量は、前記セメントクリンカーと石膏の合計量に対して、アルミン酸カルシウム水和物とケイ酸カルシウム水和物とがそれぞれ0.1〜5.0質量%、より好ましくは0.1〜3.0質量%、更に好ましくは0.1〜2.0質量%含まれるように添加されることが好ましい。また、地盤改良材が高炉スラグを含む場合には、前記無機系粉末の添加量は、前記セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量に対して、アルミン酸カルシウム水和物とケイ酸カルシウム水和物とがそれぞれ0.1〜5.0質量%、より好ましくは0.1〜3.0質量%、更に好ましくは0.1〜2.0質量%含まれるように添加されることが好ましい。このような範囲であれば、地盤改良材の強度発現性が向上する。地盤改良材における無機系粉末の質量割合は、セメントクリンカー100質量部に対し、好ましくは0.1〜5.0質量部であり、より好ましくは0.1〜4.0質量部であり、更に好ましくは0.1〜3.0質量部である。地盤改良材における無機系粉末の質量割合が0.1質量部未満であると無機系粉末の配合効果が不十分となりやすく、5.0質量部を超えると長期的な強度発現性が低下しやすくなる。
(Inorganic powder)
The inorganic powder contains calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate. The addition amount of the inorganic powder is preferably 0.1 to 5.0% by mass of calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate, respectively, more preferably to the total amount of the cement clinker and gypsum. It is preferable to add so as to be contained 0.1 to 3.0% by mass, more preferably 0.1 to 2.0% by mass. When the ground improvement material contains blast furnace slag, the amount of the inorganic powder added is calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate relative to the total amount of cement clinker, gypsum and blast furnace slag. It is preferable to be added so as to contain 0.1 to 5.0% by mass, more preferably 0.1 to 3.0% by mass, and still more preferably 0.1 to 2.0% by mass. Within such a range, the strength development of the ground improvement material is improved. The proportion by mass of the inorganic powder in the ground improvement material is preferably 0.1 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.1 to 4.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cement clinker. Preferably, it is 0.1 to 3.0 parts by mass. When the proportion by mass of the inorganic powder in the ground improvement material is less than 0.1 parts by mass, the blending effect of the inorganic powder is likely to be insufficient, and when it exceeds 5.0 parts by mass, the long-term strength expression is likely to decrease. Become.
前記無機系粉末はアルミン酸カルシウム水和物としてエトリンガイトを含むことが好ましい。無機系粉末におけるエトリンガイト量としては、Cu-kα線を用いた粉末エックス線回折パターンのリートベルト解析による定量値で10質量%以上であることが望ましい。より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30〜70質量%、特に好ましくは40〜60質量%である。 The inorganic powder preferably contains ettringite as calcium aluminate hydrate. The amount of ettringite in the inorganic powder is desirably 10% by mass or more as a quantitative value by Rietveld analysis of a powder X-ray diffraction pattern using a Cu-k alpha ray. More preferably, it is 20% by mass or more, still more preferably 30 to 70% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass.
前記無機系粉末としては、市販あるいは天然に存在するアルミン酸カルシウム水和物および/またはケイ酸カルシウム水和物、モルタルおよび/またはコンクリートの粉砕物、または液相法、水熱合成法、ボールミルを用いたメカノケミカル法などによって合成した水和物を使用できる。その他、セメント製造工程で発生するEPダストおよび/または塩素バイパスダストを原料として製造された水和物を利用できる。 As the inorganic powder, commercially available or naturally occurring calcium aluminate hydrate and / or calcium silicate hydrate, ground matter of mortar and / or concrete, liquid phase method, hydrothermal synthesis method, ball mill, etc. Hydrates synthesized by the used mechanochemical method can be used. In addition, hydrates produced using EP dust and / or chlorine bypass dust generated in the cement production process can be used.
前記アルミン酸カルシウム水和物としては、市販あるいは天然に存在するアルミン酸カルシウム水和物およびその粉砕物、セメント製造工程で発生するEPダストおよび/または塩素バイパスダストを原料として製造された水和物およびその粉砕物を利用することができる。さらに、前記アルミン酸カルシウム水和物中にはエトリンガイトを50質量%以上、好ましくは65質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上含むことが望ましい。また、前記アルミン酸カルシウム水和物は、固形物、粒状、粉末、及びこれらを液体と混合したスラリーなど、様々な形態のものを使用可能である。 As the calcium aluminate hydrate, commercially available or naturally occurring calcium aluminate hydrate and a ground product thereof, and hydrate produced using EP dust and / or chlorine bypass dust generated in the cement production process as raw materials And the crushed material can be utilized. Furthermore, it is desirable that the calcium aluminate hydrate contains 50% by mass or more, preferably 65% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more of ettringite. Moreover, the calcium aluminate hydrate may be used in various forms such as solid, granular, powder, and a slurry obtained by mixing these with a liquid.
前記ケイ酸カルシウム水和物としては、市販あるいは天然に存在するケイ酸カルシウム水和物およびその粉砕物、セメント製造工程で発生するEPダストおよび/または塩素バイパスダストを原料として製造された水和物およびその粉砕物、モルタルの粉砕物および/またはコンクリートの粉砕物等を利用することができる。また、液相合成法、水熱合成法、ボールミルを用いたメカノケミカル法などで合成されたケイ酸カルシウム水和物を用いることができる。上記の方法でケイ酸カルシウム水和物を合成する際の原料としては水酸化Ca等のCa源ならびに珪酸エチル、珪石等のSi源を用いてもよく、Ca源とSi源の量を調整してケイ酸カルシウム水和物のC/S(=CaO[mol]/SiO2[mol])比を調整する。ケイ酸カルシウム水和物のC/S比は0.5〜5.0が好ましく、2.0〜4.0がさらに好ましく、2.0〜3.0が特に好ましい。 As the calcium silicate hydrate, commercially available or naturally occurring calcium silicate hydrate and a ground product thereof, and hydrate produced using EP dust and / or chlorine bypass dust generated in the cement production process as a raw material And the ground material, the ground material of mortar, and / or the ground material of concrete, etc. can be utilized. Further, calcium silicate hydrate synthesized by a liquid phase synthesis method, a hydrothermal synthesis method, a mechanochemical method using a ball mill, or the like can be used. As a raw material for synthesizing calcium silicate hydrate by the above method, a Ca source such as Ca hydroxide and an Si source such as ethyl silicate or silica may be used, and the amounts of the Ca source and the Si source are adjusted Then, adjust the C / S (= CaO [mol] / SiO2 [mol]) ratio of calcium silicate hydrate. 0.5-5.0 are preferable, as for C / S ratio of a calcium silicate hydrate, 2.0-4.0 are more preferable, and 2.0-3.0 are especially preferable.
前記無機系粉末は、あらかじめ液体(水など)と混合したスラリーとしておくことも可能である。例えば、深層混合処理工法などにおいて地盤改良材をスラリー化して使用する場合には、無機系粉末の一部または全量を除いた地盤改良材と、無機系粉末の一部または全量を含んだスラリーとを混合して使用しても良い。 The inorganic powder may be in the form of a slurry previously mixed with a liquid (such as water). For example, when using the ground improvement material as a slurry in deep layer mixing treatment method and using it, the ground improvement material excluding a part or all of the inorganic powder and the slurry containing a part or all of the inorganic powder You may mix and use.
(高炉スラグ)
上記地盤改良材は、適度な量の高炉スラグを更に含むことが好ましい。高炉スラグの具体例として、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等が挙げられる。地盤改良材における高炉スラグの含有量は、地盤改良材100質量部に対して好ましくは5〜80質量部であり、より好ましくは10〜70質量部であり、更に好ましくは20〜50質量部である。地盤改良材における高炉スラグの質量割合が5質量部未満では産業副産物(高炉スラグ)の有効利用が不十分となりやすく、また関東ロームのような火山灰質粘性土を処理する場合、固化処理条件によってはクロムなどの重金属の溶出量の低減効果が不十分となりやすい。他方、地盤改良材における高炉スラグの質量割合が80質量部を超えると、固化処理土の強度が不十分となりやすい。
(Brusher slag)
The ground improvement material preferably further includes a suitable amount of blast furnace slag. As a specific example of blast furnace slag, blast furnace granulated slag, blast furnace slowly cooled slag, etc. are mentioned. The content of blast furnace slag in the ground improvement material is preferably 5 to 80 parts by mass, more preferably 10 to 70 parts by mass, and still more preferably 20 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ground improvement material. is there. If the proportion by mass of blast furnace slag in the ground improvement material is less than 5 parts by mass, effective utilization of industrial by-products (blast furnace slag) tends to be insufficient, and when processing volcanic ash clay soil such as Kanto loam, depending on the solidification treatment conditions The reduction effect of the elution amount of heavy metals such as chromium tends to be insufficient. On the other hand, if the proportion by mass of blast furnace slag in the ground improvement material exceeds 80 parts by mass, the strength of the solidified soil tends to be insufficient.
<地盤改良材の製造方法>
上記地盤改良材の製造方法について説明する。この製造方法は、原料調合工程と、焼成工程と、粉砕工程とをこの順序で含む。原料調合工程と焼成工程を経ることによってセメントクリンカーが製造され、その後の粉砕工程を経ることで地盤改良材が製造される。ここでは、環境負荷低減クリンカーを製造し、これをセメントクリンカーとして使用する場合を例示するが、これに代わりに例えば購入した各種ポルトランドセメントを使用してもよい。
<Method of manufacturing ground improvement material>
The manufacturing method of the said ground improvement material is demonstrated. This manufacturing method includes a raw material preparation step, a firing step, and a grinding step in this order. A cement clinker is manufactured through the raw material preparation process and the baking process, and a ground improvement material is manufactured through the subsequent crushing process. Here, although the case where an environmental load reduction clinker is manufactured and used as a cement clinker is exemplified, for example, various purchased Portland cement may be used instead.
(原料調合工程)
原料調合工程は、諸率(水硬率、ケイ酸率及び鉄率)が上記範囲であり且つボーグ式によって算定される構成化合物量(C3A量及びC4AF量)が上記範囲である環境負荷低減クリンカーが得られるように原料を調合する工程である。つまり、この工程では、所望の物性(諸率及び構成化合物量)の環境負荷低減クリンカーが得られるように原料を選択するとともにその使用量(原料原単位)を調整する。
(Raw material blending process)
In the raw material preparation step, the various ratios (hydraulic ratio, silicic acid ratio and iron ratio) are in the above range, and the amounts of constituent compounds (C 3 A and C 4 AF amounts) calculated by the Borg equation are in the above range It is a process of preparing raw materials so that environmental load reduction clinker can be obtained. That is, in this step, the raw materials are selected and the amount used (raw material basic unit) is adjusted so as to obtain an environmental load reduction clinker having desired physical properties (various proportions and amounts of constituent compounds).
環境負荷低減クリンカーの原料として石灰石、珪石、粘土系廃棄物等を主に使用する。粘土系廃棄物としては石炭灰、建設発生土、スラグ等が挙げられる。ここで、通常のポルトランドセメントクリンカーで使用される銅カラミや鉄精鉱等の鉄原料は極力使用量を抑える。鉄原料の使用量をなるべく少なくすることで、鉄原料に含まれる重金属が環境負荷低減クリンカーに持ち込まれることを十分に抑制できる。 Limestone, silica stone, clay waste etc. are mainly used as raw materials for environmental impact reduction clinker. Clay-based wastes include coal ash, construction soil, slag and the like. Here, the amount of iron raw materials such as copper carami and iron concentrate used in ordinary Portland cement clinker is minimized. By reducing the amount of use of the iron material as much as possible, it is possible to sufficiently suppress that heavy metals contained in the iron material are carried into the environmental load reduction clinker.
環境負荷低減クリンカー1トン当たりの原料原単位は以下の範囲であることが好ましい。
・石灰石:800〜1300kg、より好ましくは900〜1200kg、更に好ましくは1000〜1150kg。
・珪石:0〜100kg、より好ましくは0〜50kg、更に好ましくは0〜20kg。
・粘土系廃棄物:250〜600kg、より好ましくは300〜500kg、更に好ましくは350〜450kg。
・鉄原料:0〜30kg、好ましくは0〜20kg、更に好ましくは0〜10kg、特に好ましくは0kg。
It is preferable that the raw material unit per ton of environmental load reduction clinker be in the following range.
Limestone: 800-1300 kg, more preferably 900-1200 kg, still more preferably 1000-1150 kg.
Silicate: 0 to 100 kg, more preferably 0 to 50 kg, still more preferably 0 to 20 kg.
Clay-based waste: 250 to 600 kg, more preferably 300 to 500 kg, still more preferably 350 to 450 kg.
Iron raw material: 0 to 30 kg, preferably 0 to 20 kg, more preferably 0 to 10 kg, particularly preferably 0 kg.
粘土系廃棄物(粘土系産業副産物も含む。)のAl2O3量は、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは10〜70質量%であり、更に好ましくは20〜65質量%であり、特に好ましくは25〜60質量%である。粘土系廃棄物のSiO2/Al2O3 質量比は、好ましくは5.0以下であり、より好ましくは1.0〜4.0であり、更に好ましくは2.0〜3.0である。かかる粘土系廃棄物の具体例としては、石炭灰(例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ)などが挙げられる。なお、粘土系廃棄物として、Fe2O3を3質量%以上(より好ましくは4〜6質量%)含む石炭灰等を選択して用いることが好ましく、これによって鉄原料を使用しなくても、環境負荷低減クリンカーの造粒を容易にし、環境負荷低減クリンカーの粉化を抑制することができる。これにより、クーラーでの熱交換効率やダストの集塵効率を高めることができるため、より省エネで且つ安定して環境負荷低減クリンカーを製造することができる。 The amount of Al 2 O 3 in the clay-based waste (including clay-based industrial by-products) is preferably 10% by mass or more, more preferably 10 to 70% by mass, and still more preferably 20 to 65% by mass. And particularly preferably 25 to 60% by mass. The SiO 2 / Al 2 O 3 mass ratio of the clay-based waste is preferably 5.0 or less, more preferably 1.0 to 4.0, and still more preferably 2.0 to 3.0. . Specific examples of such clay-based waste include coal ash (eg, fly ash, bottom ash) and the like. In addition, it is preferable to select and use coal ash etc. which contain 3 mass% or more (more preferably 4 to 6 mass%) of Fe 2 O 3 as the clay-based waste, and even if it does not use an iron raw material by this The granulation of the environmental load reduction clinker can be facilitated, and the powderization of the environmental load reduction clinker can be suppressed. As a result, the heat exchange efficiency in the cooler and the dust collection efficiency can be enhanced, so that the environmental load reduction clinker can be manufactured more stably and with less energy.
鉄原料のFe2O3量は、好ましくは30質量%以上であり、より好ましくは30〜90質量%であり、更に好ましくは40〜80質量%であり、特に好ましくは50〜70質量%である。かかる鉄原料の具体例としては、銅カラミ、鉄精鉱、転炉滓などが挙げられる。 The amount of Fe 2 O 3 of the iron raw material is preferably 30% by mass or more, more preferably 30 to 90% by mass, still more preferably 40 to 80% by mass, and particularly preferably 50 to 70% by mass. is there. Specific examples of such iron raw materials include copper carami, iron concentrate, converter kiln and the like.
(焼成工程)
焼成工程は、原料調合工程を経て得られた原料を焼成することによって環境負荷低減クリンカーを得る工程である。この工程を実施するための設備としては、NSPキルン、SPキルンなどが挙げられる。これらの設備は、焼成温度を測定する焼点温度測定機と、f.CaO量測定機(もしくはf.CaO量分析装置)とを有していることが好ましい。
(Firing process)
A baking process is a process of obtaining an environmental impact reduction clinker by baking the raw material obtained by passing through a raw material preparation process. Examples of equipment for carrying out this process include NSP kiln, SP kiln and the like. These facilities include a burn-point temperature measuring device for measuring a firing temperature, and f. It is preferable to have a CaO amount measuring machine (or f. CaO amount analyzer).
焼成温度は、好ましくは1200〜1450℃であり、より好ましくは1250〜1400℃であり、更に好ましい範囲としては1300〜1400℃であり、特に好ましくは1350〜1400℃である。焼成温度が1200℃未満であると地盤改良材の強度発現性が不十分となりやすく、他方、1450℃を超えると焼成工程におけるCO2排出量削減効果が不十分となりやすい。なお、焼成された環境負荷低減クリンカーを1〜12時間毎に採取し、そのf.CaO量を測定することが好ましい。f.CaO量をモニタリングし、その値が所定の条件(例えば8.0質量%未満)を満たすように、焼成条件(温度、時間(ロータリーキルンであれば回転速度)など)を調整してもよい。 The calcination temperature is preferably 1200 to 1450 ° C., more preferably 1250 to 1400 ° C., still more preferably 1300 to 1400 ° C., particularly preferably 1350 to 1400 ° C. If the firing temperature is less than 1200 ° C., the strength improvement of the ground improvement material tends to be insufficient, while if it exceeds 1450 ° C., the CO 2 emission reduction effect in the firing step tends to be insufficient. The fired environmental load reduction clinker is collected every 1 to 12 hours, and f. It is preferable to measure the amount of CaO. f. The amount of CaO may be monitored, and the firing conditions (temperature, time (rotational speed in the case of a rotary kiln), etc.) may be adjusted so that the value satisfies a predetermined condition (for example, less than 8.0% by mass).
(粉砕工程)
粉砕工程は、環境負荷低減クリンカーと、石膏と、無機系粉末と、必要に応じて高炉スラグとを含む混合物を粉砕することによって地盤改良材を得る工程である。この工程を実施するための設備としては、ボールミル、竪型ローラーミルなどが挙げられる。セメントクリンカーに石膏を添加する際に、高炉スラグや石炭灰を添加してもよい。
(Crushing process)
The grinding step is a step of obtaining a ground improvement material by grinding a mixture containing an environmental load reduction clinker, gypsum, an inorganic powder, and optionally blast furnace slag. As equipment for carrying out this process, a ball mill, vertical roller mill and the like can be mentioned. When adding gypsum to cement clinker, blast furnace slag or coal ash may be added.
粉砕工程を経て得られる地盤改良材のブレーン比表面積は、地盤改良材の適度な反応性の観点から、好ましくは3000〜5000cm2/kgであり、より好ましくは3500〜5000cm2/kgであり、更に好ましくは4000〜5000cm2/kgである。 The brane specific surface area of the ground improvement material obtained through the grinding step is preferably 3000 to 5000 cm 2 / kg, more preferably 3500 to 5000 cm 2 / kg, from the viewpoint of the appropriate reactivity of the ground improvement material. More preferably, it is 4000 to 5000 cm 2 / kg.
地盤改良材を使用して調製されるスラリーの流動性を十分に確保する観点から、地盤改良材の反応性を抑制する処理を粉砕工程において実施してもよい。例えば、粉砕工程において環境負荷低減クリンカーに対して所定の粉砕助剤(有機系粉砕助剤及び/又は水)を添加して粉砕することにより、地盤改良材を風化させればよい。有機系粉砕助剤として、ジエチレングリコール、トリエタノールアミンなどが挙げられる。粉砕助剤として、有機系粉砕助剤及び水をそれぞれ単独で使用してもよいし、これらを併用してもよい。粉砕工程において、粉砕助剤を使用することで粉砕時の温度を所定の温度以下(例えば120℃以下)に抑えることができるという効果も奏される。なお、粉砕工程における風化処理の代わりに、あるいは、これとともにサイロ内において地盤改良材をエージングすることによって地盤改良材を風化させてもよい。 From the viewpoint of sufficiently securing the flowability of the slurry prepared using the ground improvement material, a treatment for suppressing the reactivity of the ground improvement material may be carried out in the grinding step. For example, the ground improvement material may be weathered by adding a predetermined grinding aid (organic grinding aid and / or water) to the environmental load reduction clinker in the grinding step and grinding. Examples of organic grinding aids include diethylene glycol and triethanolamine. As a grinding aid, an organic grinding aid and water may be used alone or in combination. In the pulverizing step, the use of a pulverization aid also has the effect of being able to suppress the temperature at pulverization to a predetermined temperature or less (for example, 120 ° C. or less). The ground improvement material may be weathered by aging the ground improvement material in the silo instead of or together with the weathering treatment in the grinding process.
粉砕処理すべき混合物において、環境負荷低減クリンカーと石膏と高炉スラグとの合計量100質量部に対する有機系粉砕助剤の含有量は好ましくは0〜1.0質量部であり、より好ましくは0.001〜0.1質量部であり、更に好ましくは0.01〜0.05質量部である。有機系粉砕助剤の含有量(添加量)が1.0質量部を超えるとセメント組成物の強度発現性が低下する恐れがある。 In the mixture to be ground, the content of the organic grinding aid is preferably 0 to 1.0 parts by mass, more preferably 0. to 1.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of environmental load reduction clinker, gypsum and blast furnace slag. It is 0.001 to 0.1 parts by mass, and more preferably 0.01 to 0.05 parts by mass. If the content (addition amount) of the organic grinding aid exceeds 1.0 part by mass, the strength developing property of the cement composition may be lowered.
粉砕処理すべき混合物において、環境負荷低減クリンカーと石膏と高炉スラグとの合計量100質量部に対する水の含有量は好ましくは0.5〜5.0質量部であり、より好ましくは0.3〜3.0質量部であり、更に好ましくは0.5〜2.0質量部である。水の含有量(添加量)が0.5質量部未満であるとセメント組成物のスラリー流動性ならびに強度発現性が低下する恐れがあり、他方、5.0質量部を超えた場合も、セメント組成物のスラリー流動性ならびに強度発現性が低下する恐れがある。 In the mixture to be ground, the content of water is preferably 0.5 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.3 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of environmental load reduction clinker, gypsum and blast furnace slag. It is 3.0 parts by mass, more preferably 0.5 to 2.0 parts by mass. If the water content (addition amount) is less than 0.5 parts by mass, there is a risk that the slurry fluidity and strength development of the cement composition may be reduced. The slurry fluidity and strength development of the composition may be reduced.
地盤改良材の風化の程度は、地盤改良材の水蒸気吸着量を測定することによって把握することができる。より具体的には、本実施形態の地盤改良材は、吸着過程における相対圧0.9265での水蒸気吸着量が当該地盤改良材100gに対して4.9g以下(より好ましくは0.1〜4.9g)であり且つ相対圧0.1000における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量の差異(ヒステリシス)が当該地盤改良材100gに対して1.9g以下(より好ましくは0.1〜1.9g)であることが好ましい。ここで、相対圧0.9265での水蒸気吸着量は地盤改良材における水との反応性が高い成分の含有量(C3A量及びf.CaO量)が反映される。一方、相対圧0.1000における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量の差異(ヒステリシス)は水蒸気吸着前の地盤改良材の水和活性が反映される。つまり、これらの二つの値が上記条件を満たすように地盤改良材を意図的に風化させることで、地盤改良材を含むスラリーの流動性を十分に確保することができる。 The degree of weathering of the ground improvement material can be determined by measuring the water vapor adsorption amount of the ground improvement material. More specifically, the ground improvement material of this embodiment has a water vapor adsorption amount at a relative pressure of 0.9265 in the adsorption process of 4.9 g or less (more preferably 0.1 to 4) per 100 g of the ground improvement material. The difference (hysteresis) of the water vapor adsorption amount between the adsorption isotherm and the desorption isotherm at a relative pressure of 0.1000 is not more than 1.9 g (more preferably 0.1 to 0.1 g) per 100 g of the ground improvement material. It is preferable that it is 1.9 g). Here, the water vapor adsorption amount at a relative pressure of 0.9265 reflects the content (C 3 A amount and f. CaO amount) of the component highly reactive with water in the ground improving material. On the other hand, the difference (hysteresis) of the water vapor adsorption amount between the adsorption isotherm and the desorption isotherm at a relative pressure of 0.1000 reflects the hydration activity of the ground improvement material before water vapor adsorption. That is, by intentionally weathering the ground improvement material such that these two values satisfy the above condition, the flowability of the slurry containing the ground improvement material can be sufficiently secured.
本実施形態の製造方法は、粉砕工程後、地盤改良材の水蒸気吸着量を測定する工程を更に含むことが好ましい。この工程を実施することで、製造されたセメント組成物の風化の程度が反応性の観点から適度な範囲であるか否かを把握することができ、製品管理上、有用な情報を得ることができる。水蒸気吸着量の測定は、高精度全自動ガス吸着装置(日本ベル社製、BELSORP18)にて地盤改良材を40℃(真空下)で12時間脱気し、25℃で水蒸気吸着試験を行えばよい。これにより、相対圧0.9265における水蒸気吸着量と、相対圧0.1000における吸着等温線と脱着等温線の水蒸気吸着量のヒステリシス(差異)を求めることができる。なお、地盤改良材に吸着した水蒸気量の体積から質量への換算には、以下の式を用いればよい。
B=C/(22.7×1000)×18×100
B:地盤改良材100gあたりの水蒸気吸着量(g/100g)
C:地盤改良材1gあたりの水蒸気吸着量(cm3(STP)/g)
It is preferable that the manufacturing method of this embodiment further include the process of measuring the water vapor adsorption amount of a ground improvement material after a grinding process. By carrying out this step, it is possible to grasp whether the degree of weathering of the manufactured cement composition is in an appropriate range from the viewpoint of reactivity, and to obtain useful information for product management. it can. The amount of water vapor adsorption can be measured by degassing the ground improvement material at 40 ° C (under vacuum) for 12 hours with a high-precision fully automatic gas adsorption device (BELSORP 18 manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) and performing a water vapor adsorption test at 25 ° C Good. Thereby, the hysteresis (difference) of the water vapor adsorption amount at the relative pressure of 0.9265 and the water vapor adsorption amount of the adsorption isotherm at the relative pressure of 0.1000 and the desorption isotherm can be obtained. In addition, what is necessary is just to use the following formula | equation for conversion from the volume to the mass of the amount of water vapor adsorbed to the ground improvement material.
B = C / (22.7 × 1000) × 18 × 100
B: Water vapor adsorption amount per 100g of ground improvement material (g / 100g)
C: Water vapor adsorption amount per 1 g of ground improvement material (cm 3 (STP) / g)
本実施形態の製造方法は、地盤改良材の製造に使用する石膏における半水石膏の割合(半水石膏化率)を測定する工程を更に含むことが好ましい。半水石膏化率が40質量%以下の石膏を使用することで、地盤改良材に水を加えてスラリーを調製する際、スラリーに強張りが生じることを抑制できる。半水石膏化率の測定は、粉末X線回折測定による二水石膏ならびに半水石膏の定量、あるいは熱重量測定・示差熱分析(TG−DTA)装置による脱水温度、脱水量の測定により実施することができる。 It is preferable that the manufacturing method of this embodiment further include the process of measuring the ratio (hemihydrate gypsum conversion ratio) in the gypsum used for manufacture of a ground improvement material. By using a gypsum having a hemihydrate gypsum conversion rate of 40% by mass or less, when preparing a slurry by adding water to the ground improvement material, it is possible to suppress the occurrence of firmness in the slurry. The measurement of the hemihydrate gypsum conversion rate is carried out by quantitative determination of dihydrate gypsum and hemihydrate gypsum by powder X-ray diffraction measurement, or by measurement of dehydration temperature and dehydration amount by thermogravimetric measurement / differential thermal analysis (TG-DTA) device. be able to.
<地盤改良方法>
本実施形態の地盤改良方法は、上記の地盤改良材と、土壌とを混合する工程を備える。対象の土壌として、ローム、粘土、砂質土、有機質土などが挙げられる。本実施形態の地盤改良方法は従来の地盤改良材では十分な固化強度を確保しにくかったロームや有機質土に対しても十分な強度発現性を有する。土壌1m3にする地盤改良材の混合量は、土壌の固化強度を十分に高める観点から、好ましくは30〜500kgであり、より好ましくは50〜450kgであり、更に好ましくは200〜400kgである。土壌と地盤改良材の混合方法は、従来の地盤改良材と同様に、粉体として土壌に添加して混合する、あるいは水を混ぜてスラリーとして土壌に混合することが可能である。
<Ground improvement method>
The ground improvement method of the present embodiment includes the step of mixing the above ground improvement material and the soil. Target soils include loam, clay, sandy soil, organic soil and the like. The ground improvement method of the present embodiment has sufficient strength development even for loam and organic soils which have been difficult to secure sufficient solidity strength with conventional ground improvement materials. The amount of the ground improving material mixed to 1 m 3 of soil is preferably 30 to 500 kg, more preferably 50 to 450 kg, and still more preferably 200 to 400 kg, from the viewpoint of sufficiently enhancing the solidification strength of the soil. The mixing method of the soil and the ground improvement material can be added to the soil as powder and mixed, or the water can be mixed and mixed in the soil as a slurry, like the conventional ground improvement material.
以上,本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
以下,実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお,本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the contents of the present invention will be more specifically described with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to the following examples.
[1.環境負荷低減クリンカーの製造]
環境負荷低減クリンカーを製造するために,表1の原料を使用した。
[1. Production of Environmental Load Reduction Clinker]
The raw materials in Table 1 were used to produce the environmental load reduction clinker.
二水石膏:和光純薬株式会社製、試薬特級、純度98.0%
炭酸ナトリウム(Na2CO3):和光純薬株式会社製、試薬特級、純度99.8%
炭酸カリウム(K2CO3):和光純薬株式会社製、試薬特級、純度99.5%
Dihydrate gypsum: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade, purity 98.0%
Sodium carbonate (Na2CO3): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade, purity 99.8%
Potassium carbonate (K2CO3): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade, purity 99.5%
上述の原料を表2の割合で調合し、最高焼成温度を変えてセメントクリンカーをそれぞれ焼成した。電気炉での焼成方法は、1000℃に保持された電気炉にクリンカー原料を投入し、最高焼成温度まで10℃/分で昇温し、最高温度では30分間保持し、電気炉から取り出した試料を空冷した。焼成して得られたセメントクリンカーについて、JIS R 5202:2010「セメントの化学分析方法」に準じて化学成分を測定し、クリンカーの諸率および鉱物組成を以下の式により算出した。また、クリンカーの粉末エックス線回折パターンをCukα線により測定し、リートベルト解析することで鉱物組成ならびにf.CaO量を測定した。得られたクリンカーの化学成分、諸率および鉱物組成を表3〜5に示す。 The above-mentioned raw materials were prepared in the proportions of Table 2, and cement clinkers were fired respectively while changing the maximum firing temperature. The firing method in the electric furnace is as follows: The clinker raw material is put into the electric furnace held at 1000 ° C., the temperature is raised at 10 ° C./min to the maximum baking temperature, and the sample is held for 30 minutes at the maximum temperature Air cooled. About the cement clinker obtained by baking, the chemical component was measured according to JISR5202: 2010 "the chemical analysis method of a cement", and the ratio and mineral composition of the clinker were computed by the following formula | equation. In addition, the mineral composition as well as f. The amount of CaO was measured. The chemical composition, ratios and mineral composition of the obtained clinker are shown in Tables 3 to 5.
HM=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)
IM=Al2O3/Fe2O3
C3S=4.07×CaO−7.60×SiO2−6.72×Al2O3−1.43×
Fe2O3
C2S=2.87×SiO2−0.75×C3S
C3A=2.65×Al2O3−1.69×Fe2O3
C4AF=3.04×Fe2O3
HM = CaO / (SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 )
SM = SiO 2 / (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 )
IM = Al 2 O 3 / Fe 2 O 3
C 3 S = 4.07 × CaO-7.60 × SiO 2 −6.72 × Al 2 O 3 −1.43 ×
Fe 2 O 3
C 2 S = 2.87 × SiO 2 −0.75 × C 3 S
C 3 A = 2.65 × Al 2 O 3 −1.69 × Fe 2 O 3
C 4 AF = 3.04 × Fe 2 O 3
表2および表3に示されるように、環境負荷低減型クリンカーK3、K4、K7は一般的な普通ポルトランドセメントクリンカー(K1)あるいは早強ポルトランドセメントクリンカー(K2、K5)と同じ温度またはより低温で焼成した場合にf.CaO量が十分に抑えられており、易焼性が向上していることが分かる。さらにクリンカー中のMo含有量は30mg/kg以下、全Cr含有量は100mg/kg以下、Pb含有量は100mg/kg以下に抑えられている。また、環境負荷低減型クリンカーK3、K4、K5、K7では石炭灰を250kg/t−cl’以上と、K1、K2、K6よりも多量に使用する事が可能となっている。 As shown in Table 2 and Table 3, the environmental load reducing clinker K3, K4, K7 is at the same temperature or lower temperature as the general ordinary Portland cement clinker (K1) or early strong Portland cement clinker (K2, K5) F. It can be seen that the amount of CaO is sufficiently suppressed, and the ease of firing is improved. Furthermore, the Mo content in the clinker is 30 mg / kg or less, the total Cr content is 100 mg / kg or less, and the Pb content is 100 mg / kg or less. In addition, in the environmental load reducing clinkers K3, K4, K5, and K7, it is possible to use coal ash of 250 kg / t-cl 'or more, which is larger than K1, K2, and K6.
[2.地盤改良材の製造]
地盤改良材は表3〜5のセメントクリンカー(K1、K3、K4、K7)を使用して、これらに石膏、高炉スラグ、アルミン酸カルシウム水和物粉末、ケイ酸カルシウム水和物から選定される材料を加え、表6及び表7の配合で地盤改良材を得た。粉砕はボールミルを使用し、有機系粉砕助剤としてジエチレングリコール(DEG)をセメントクリンカー、石膏、高炉スラグの合計量に対して外割で0.04質量%加えて粉砕した。地盤改良材の粉末度はいずれもブレーン比表面積で4500±50cm2/gとした。
[2. Production of ground improvement materials]
The ground improvement materials are selected from gypsum, blast furnace slag, calcium aluminate hydrate powder, calcium silicate hydrate, using cement clinker (K1, K3, K4, K7) in Tables 3 to 5 The materials were added, and ground improvement materials were obtained with the formulations of Table 6 and Table 7. For grinding, a ball mill was used, and diethylene glycol (DEG) as an organic grinding aid was added by 0.04% by mass based on the total amount of cement clinker, gypsum, and blast furnace slag, and ground. The degree of fineness of the ground improvement material was set to 4500 ± 50 cm 2 / g as the specific surface area of branes.
高炉スラグ:高炉水砕スラグ微粉末、SO3量:0.1%、硫化物硫黄含有量:0.861%、ブレーン比表面積:3460cm2/g、千葉リバーメント(株)製
石膏:フッ酸無水石膏、SO3量:58.1%、ブレーン比表面積:3700cm2/g、セントラル硝子(株)製
Blast furnace slag: Granulated blast furnace granulated slag fine powder, SO 3 content: 0.1%, sulfide sulfur content: 0.861%, bran specific surface area: 3460 cm 2 / g, Chiba Rebarment Co., Ltd. gypsum: hydrofluoric acid Anhydrite, SO 3 content: 58.1%, Blaine specific surface area: 3700 cm 2 / g, manufactured by Central Glass Co., Ltd.
図1は、実施例で使用したアルミン酸カルシウム水和物粉末のX線回折パターンである。得られたX線回折パターンのリートベルト解析結果から、該アルミン酸カルシウム水和物粉末は、エトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を99質量%含んでいた。また化学組成から、残り1質量%は水酸化アルミニウムと推測された。 FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of calcium aluminate hydrate powder used in Examples. According to the Rietveld analysis result of the obtained X-ray diffraction pattern, the calcium aluminate hydrate powder contained 99% by mass of ettringite (3CaO · Al2O3.3 · CaSO4 · 32H2O). From the chemical composition, the remaining 1% by mass was estimated to be aluminum hydroxide.
本実施例で使用したケイ酸カルシウム水和物の元素分析を、電子顕微鏡TM3030(日立ハイテクノロジーズ製)と、エネルギー分散型エックス線分析装置SwiftED3000(英国オックスフォードインスツゥルメンツ製)とを用いて行った。元素分析マッピングを4回測定した結果、ケイ酸カルシウム水和物のC/S比の最小値は2.08、最大値は2・81、平均値は2.34であった。 Elemental analysis of calcium silicate hydrate used in this example was performed using an electron microscope TM3030 (manufactured by Hitachi High-Technologies) and an energy dispersive X-ray analyzer SwiftED 3000 (manufactured by Oxford Instruments, UK). . As a result of measuring elemental analysis mapping four times, the minimum value of the C / S ratio of calcium silicate hydrate was 2.08, the maximum value was 2.81, and the average value was 2.34.
[3.地盤改良材を用いた固化処理土の作製]
対象土はローム(自然含水比:132.6%、湿潤密度:1.361g/cm3、礫分:0.1%、砂分:11.0%、細粒分:88.9%)とし、地盤改良材を土に対して300kg/m3添加して、ホバートミキサーにてよく混合した後、円柱形の型枠に詰めて固化処理土供試体を作製した。
[3. Preparation of solidified treated soil using ground improvement material]
The target soil is loam (natural water content: 132.6%, wet density: 1.361 g / cm 3 , moisture content: 0.1%, sand content: 11.0%, fine particle content: 88.9%) After adding 300 kg / m 3 of ground improvement agent to the soil and mixing well with a Hobart mixer, it was packed in a cylindrical form, and a solidified treated soil sample was prepared.
[4.固化処理土の強度試験]
固化処理土は20℃で7日間および28日間の養生後、針貫入試験機(丸東製作所製、SH−70)にて針の貫入量が10mmとなるときの貫入力を測定し、貫入勾配を算出した。さらに、貫入勾配から固化処理土の強度を算出した。固化処理土の強度算出には以下の式を用いた。
[4. Strength test of solidified soil]
After curing for 7 days and 28 days at 20 ° C, the solidified soil is measured for penetration input when the penetration amount of the needle is 10 mm with a needle penetration tester (SH-70, manufactured by Maruto Seisakusho), penetration gradient Was calculated. Furthermore, the strength of the solidified soil was calculated from the penetration gradient. The following equation was used to calculate the strength of the solidified soil.
A=94.248X1.2567
A:固化強度(N/mm2)
X:針貫入勾配(N/mm)=貫入力(N)/貫入量(mm)
A = 94.248 x 1.2567
A: Solidification strength (N / mm 2 )
X: needle penetration gradient (N / mm) = penetration input (N) / penetration amount (mm)
[5.試験結果]
・スラグ無し配合の場合(表8)
無機系粉末中にケイ酸カルシウム水和物のみを含み本発明の要件を満たさない比較例2、4、6、8の地盤改良材では、無機系粉末を含まない場合と比較して固化強度が7日材齢で10〜50%、28日材齢で5〜99%向上している。一方、無機系粉末としてアルミン酸カルシウム水和物粉末及びケイ酸カルシウム水和物を含み本発明の要件を満たす実施例1〜4の地盤改良材では、無機系粉末を含まない場合と比較して7日材齢では13〜168%、28日材齢では41〜153%もの固化強度向上が認められる。特に、実施例2、4の環境負荷低減型クリンカーを使用した地盤改良材では優れた固化強度(28日材齢で1000N/mm2以上の固化強度)が得られる。また、実施例1〜4の地盤改良材は、いずれも比較例1に示す普通ポルトランドセメントを使用した地盤改良材と同等以上の固化強度を有している。
[5. Test results]
・ In the case of no slag composition (Table 8)
In the ground improvers of Comparative Examples 2, 4, 6 and 8 which contain only calcium silicate hydrate in the inorganic powder and do not satisfy the requirements of the present invention, the solidification strength is higher than in the case where the inorganic powder is not contained. It is improved by 10 to 50% at 7 days old and 5 to 99% at 28 days old. On the other hand, in the ground improvement materials of Examples 1 to 4 which contain calcium aluminate hydrate powder and calcium silicate hydrate as inorganic powders and satisfy the requirements of the present invention, compared with the case where inorganic powders are not included. An improvement in solidification strength is observed as much as 13 to 168% at 7-day age and 41 to 153% at 28-day age. In particular, with the ground improvement material using the environmental load reduced clinker of Examples 2 and 4, excellent solidification strength (solidification strength of 1000 N / mm 2 or more at 28-day age) can be obtained. Moreover, the ground improvement materials of Examples 1 to 4 each have a solidification strength equal to or higher than the ground improvement material using ordinary portland cement shown in Comparative Example 1.
・高炉スラグ含有配合の場合(表9)
無機系粉末中にケイ酸カルシウム水和物のみを含み、アルミン酸カルシウム水和物粉末を含まない比較例10、12、14、16の地盤改良材では、無機系粉末を含まない場合と比較して固化強度が7日材齢で4〜46%、28日材齢で最大65%向上している。一方、無機系粉末としてアルミン酸カルシウム水和物粉末及びケイ酸カルシウム水和物を含み本発明の要件を満たす実施例5〜8の地盤改良材では、無機系粉末を含まない場合と比較して7日材齢で20〜66%、28日材齢で最大40%の固化強度向上が認められ、特に短期材齢での強度向上に有効である。
・ In the case of blast furnace slag containing composition (Table 9)
The ground improvers of Comparative Examples 10, 12, 14 and 16 which contain only calcium silicate hydrate in the inorganic powder and do not contain the calcium aluminate hydrate powder are compared with the case where the inorganic powder is not contained. Solidification strength is improved by 4 to 46% at 7 days and up to 65% at 28 days. On the other hand, the ground improvers of Examples 5 to 8 which contain calcium aluminate hydrate powder and calcium silicate hydrate as inorganic powders and satisfy the requirements of the present invention are compared to the case where inorganic powders are not included. An improvement in solidification strength of 20 to 66% at 7 days of age and up to 40% at 28 days of age is observed, and is particularly effective for improving the strength at short age.
Claims (9)
石膏と、
無機系粉末とを含有する地盤改良材であって、
前記無機系粉末がアルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを含み、
前記アルミン酸カルシウム水和物がエトリンガイトを含み、
さらに前記アルミン酸カルシウム水和物の含有量が、セメントクリンカーと石膏の合計量100質量部に対して0.1〜5.0質量部であり、
前記ケイ酸カルシウム水和物の含有量が、セメントクリンカーと石膏の合計量100質量部に対して0.1〜5.0質量部であることを特徴とする地盤改良材。 Cement clinker,
With plaster
It is a ground improvement material containing inorganic powder and
See containing said inorganic powder is hydrated calcium aluminate, a calcium silicate hydrate,
The calcium aluminate hydrate comprises ettringite,
Furthermore, the content of the calcium aluminate hydrate is 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of cement clinker and gypsum,
A ground improvement material characterized in that the content of the calcium silicate hydrate is 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of a total amount of cement clinker and gypsum .
石膏と、With plaster
無機系粉末とを含有する地盤改良材であって、It is a ground improvement material containing inorganic powder and
前記無機系粉末がアルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを含み、The inorganic powder comprises calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate,
前記セメントクリンカーが、The cement clinker is
水硬率(HM)が1.75〜2.20、ケイ酸率(SM)が1.50以上2.50未満、鉄率(IM)が3.0〜10.0であり、ボーグ式にて算定されるCHydraulic modulus (HM) is 1.75 to 2.20, silicic acid ratio (SM) is 1.50 or more and less than 2.50, iron ratio (IM) is 3.0 to 10.0, and it is Borg type C calculated 33 A量が15質量%以上、CA content is 15% by mass or more, C 44 AF量が0.5〜10質量%であることを特徴とする地盤改良材。The ground improvement material characterized by AF amount being 0.5-10 mass%.
石膏と、With plaster
無機系粉末とを含有する地盤改良材であって、It is a ground improvement material containing inorganic powder and
高炉スラグを更に含有し、Further contains blast furnace slag,
前記無機系粉末がアルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを含み、The inorganic powder comprises calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate,
前記アルミン酸カルシウム水和物がエトリンガイトを含み、The calcium aluminate hydrate comprises ettringite,
さらに前記アルミン酸カルシウム水和物の含有量が、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量100質量部に対して0.1〜5.0質量部であり、Furthermore, the content of the calcium aluminate hydrate is 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of cement clinker, gypsum and blast furnace slag,
前記ケイ酸カルシウム水和物の含有量が、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量100質量部に対して0.1〜5.0質量部であることを特徴とする地盤改良材。A ground improvement material characterized in that the content of the calcium silicate hydrate is 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to a total amount of 100 parts by mass of cement clinker, gypsum and blast furnace slag.
石膏と、With plaster
無機系粉末とを含有する地盤改良材であって、It is a ground improvement material containing inorganic powder and
高炉スラグを更に含有し、Further contains blast furnace slag,
前記無機系粉末がアルミン酸カルシウム水和物と、ケイ酸カルシウム水和物とを含み、The inorganic powder comprises calcium aluminate hydrate and calcium silicate hydrate,
前記セメントクリンカーが、The cement clinker is
水硬率(HM)が1.75〜2.20、ケイ酸率(SM)が1.50以上2.50未満、鉄率(IM)が3.0〜10.0であり、ボーグ式にて算定されるCHydraulic modulus (HM) is 1.75 to 2.20, silicic acid ratio (SM) is 1.50 or more and less than 2.50, iron ratio (IM) is 3.0 to 10.0, and it is Borg type C calculated 33 A量が15質量%以上、CA content is 15% by mass or more, C 44 AF量が0.5〜10質量%であることを特徴とする地盤改良材。The ground improvement material characterized by AF amount being 0.5-10 mass%.
当該地盤改良材100質量部に対するSO3量が1.5〜15.0質量部であることを特徴とする請求項3又は4に記載の地盤改良材。 The content of the blast furnace slag to the equivalents該地Release modifying material 100 parts by weight is 5 to 80 parts by weight,
Soil improvement material according to claim 3 or 4 SO 3 weight with respect to the soil improvement material 100 parts by weight characterized in that it is a 1.5 to 15.0 parts by weight.
且つ前記無機系粉末に含まれるケイ酸カルシウム水和物のCa/Si比が0.5〜5.0であることを特徴とする
請求項1〜5のいずれか1項に記載の地盤改良材。 The content of ettringite in the inorganic powder is 10% by mass or more in quantitative value by Rietveld analysis of powder X-ray diffraction pattern,
And the Ca / Si ratio of the calcium silicate hydrate contained in the said inorganic type powder is 0.5-5.0, The ground improvement material of any one of the Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. .
セメント製造工程で発生するEPダストおよび/または塩素バイパスダストを原料として製造される無機系粉末であることを特徴とする
請求項1〜7のいずれか1項に記載の地盤改良材。 The inorganic powder is
The ground improvement material according to any one of claims 1 to 7, which is an inorganic powder produced by using EP dust and / or chlorine bypass dust generated in the cement production process as a raw material.
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