專利名稱：水泥混合材料、水泥組合物及采用這些物質(zhì)的中性化抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要用于土木·建筑業(yè)的水泥混合材料、水泥組合物及采用這些物質(zhì)的中性化抑制方法。
對(duì)于本發(fā)明中的份或％，只要無(wú)特別限制，表示質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。而本發(fā)明中所說(shuō)的混凝土是水泥漿、砂漿和混凝土的總稱。
背景技術(shù)：
人們極大關(guān)注有效利用鋼鐵產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物的各種爐渣。在鋼鐵產(chǎn)業(yè)中，因各種工序和設(shè)備的不同，或熔煉鋼種的不同，會(huì)副產(chǎn)生具有各種組成和性質(zhì)形狀的爐渣。
例如，來(lái)自用在調(diào)制生鐵工序中的高爐所副產(chǎn)生的高爐爐渣、來(lái)自用在由生鐵制成鋼的工序中的鐵水預(yù)處理設(shè)備、轉(zhuǎn)爐及電爐中所副產(chǎn)生的各種鐵水預(yù)處理爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣及電爐爐渣。
在高爐爐渣中還存在水碎爐渣和緩冷爐渣；鐵水預(yù)處理爐渣中還存在脫硅爐渣、脫磷爐渣、脫硫爐渣及脫碳爐渣；電爐爐渣中也存在氧化期的爐渣和還原期的爐渣。
鋼種的不同在于它有普通碳鋼、超低碳鋼、特殊合金鋼及不銹鋼等。
還有如下的報(bào)道在上述爐渣中，高爐所副產(chǎn)生的高爐水碎爐渣被用作混凝土混合材料及路基材料等，轉(zhuǎn)爐爐渣被進(jìn)行了脫鐵等程度的處理的話，可被用作路基材料。
但是，除高爐水碎爐渣以外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有效利用方法的爐渣還很多。但即使對(duì)于發(fā)現(xiàn)了用途的爐渣，也因?yàn)閺S家和批號(hào)的不同，其組成、物理性質(zhì)都有很大的差異，所以再利用用途的擴(kuò)大很難，僅用于路基材料、需求少，因此現(xiàn)狀處于沒(méi)有充分進(jìn)行再利用的狀況。
而對(duì)于制鋼工序中所產(chǎn)生的煉鋼爐渣還無(wú)有效利用法，處于基本被作為產(chǎn)業(yè)廢物加以處理掉的現(xiàn)狀。本發(fā)明中的煉鋼爐渣具體指的是電爐還原期爐渣、鐵水預(yù)處理爐渣、不銹鋼爐渣及轉(zhuǎn)爐爐渣，不包括高爐水碎爐渣和高爐緩冷爐渣。
在這些爐渣中，有含β-2CaO·SiO2相的爐渣和含γ-2CaO·SiO2相的爐渣。含β-2CaO·SiO2相的爐渣顯示出了水硬性因此對(duì)將其應(yīng)用在水泥混合材料用途上等方面進(jìn)行了探討，但對(duì)含γ-2CaO·SiO2相的爐渣來(lái)說(shuō)，還沒(méi)有有效的用途。
作為其原因，存在有粉化(dusting)現(xiàn)象，煉鋼爐渣的主要化合物是二鈣硅酸鹽(2CaO·SiO2)，在爐渣冷卻過(guò)程中，2CaO·SiO2由高溫相的α相向β相轉(zhuǎn)變，再向低溫相的γ相轉(zhuǎn)變。2CaO·SiO2由β相向低溫相的γ相轉(zhuǎn)變時(shí)，密度變大，膨脹，粉化這一現(xiàn)象稱為粉化。
因?yàn)樯鲜龅姆刍F(xiàn)象，煉鋼爐渣和其他的爐渣不同，不能得到塊狀或粒狀，所以不能用作路基材料或骨材。
一直以來(lái)，作為防止2CaO·SiO2所引起的粉化的方法，人們提出了添加硼化合物等晶體穩(wěn)定劑，使β相穩(wěn)定的方法等(日本特許公開公報(bào)昭62-162657號(hào))。但是，硼化合物本身價(jià)高，而且設(shè)備改造和工序改進(jìn)所需的成本高。
另一方面，人們公知有不添加晶體穩(wěn)定劑而使電爐還原期爐渣粉末化，并在其中摻入鋁酸鈣12CaO·7Al2O3及摻入了石膏的特殊的水泥(日本特許公表公報(bào)昭62-47827號(hào))；在鋁酸鈣12CaO·7Al2O3及CaF2的固溶體中摻入石膏的特殊的水泥(日本特許公表公報(bào)昭62-50428號(hào)等)。
這是著眼于電爐還原期爐渣以不帶水硬性的γ-2CaO·SiO2為主成分，同時(shí)還多含有水合活性高的12CaO·7Al2O3上的發(fā)明，是通過(guò)添加石膏而生成鈣礬石，得到具有所需強(qiáng)度的硬化體的發(fā)明。
但是，由上述特殊水泥所得的硬化體因?qū)諝庵械亩趸家鸬闹行曰狈Φ挚剐?，不能得到如波特蘭水泥硬化體一樣的耐久性，所以若不合用緩凝劑的話，很難確保流動(dòng)性及使用時(shí)間。但在上述發(fā)明中，沒(méi)有提及將電爐還原期爐渣混合在波特蘭水泥及主要成分為三鈣硅酸鹽3CaO·SiO2中，并由此賦予中性化抑制效果等功能性。
本發(fā)明者著眼于以上述γ-2CaO·SiO2為主成分的爐渣并對(duì)使其用作水泥混合材料的用途作了探討。探討了與以歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN標(biāo)準(zhǔn))為基礎(chǔ)的新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)性和對(duì)水泥的水合發(fā)熱抑制及中性化防止這些問(wèn)題的適用性。
現(xiàn)在，在國(guó)外，以歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN標(biāo)準(zhǔn))作為基本思想，可按使用目的選擇被大致劃分為各種強(qiáng)度等級(jí)的水泥材料類別的新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的探討正在進(jìn)行。
歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN標(biāo)準(zhǔn))將壓縮強(qiáng)度大致分為32.5N/mm2類、42.5N/mm2類及52.5N/mm2類(后藤孝治、羽原俊祐的水泥標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化-歐洲標(biāo)準(zhǔn)的概要和方向性-水泥·混凝土，No.631、pp1-8，1999)。
另一方面，在日本根據(jù)JIS標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)水泥的品質(zhì)。其結(jié)果是在統(tǒng)一的規(guī)格下，強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性好的水泥被評(píng)價(jià)為好水泥。
其結(jié)果是按EN標(biāo)準(zhǔn)分類的話，日本的水泥處在僅存在有相當(dāng)于壓縮強(qiáng)度為42.5N/mm2類或52.5N/mm2類的水泥的狀態(tài)。為此，處于的現(xiàn)狀為即使要配方設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不太高的混凝土，多數(shù)情況下還是形成過(guò)剩強(qiáng)度。
過(guò)剩強(qiáng)度的防止無(wú)論從防止伴隨其的過(guò)剩水合發(fā)熱的角度出發(fā)，還是從盡量減少固化前后的收縮率，防止固化后的裂縫的角度出發(fā)都是重要的。
另一方面，還考慮通過(guò)用強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性優(yōu)異的水泥，減少單位水泥量來(lái)配方設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不太高的混凝土。但此時(shí)存在有如下問(wèn)題極度減少了單位水泥量，材料分離容易，變成了泌水率高的混凝土，即變?yōu)椴牧戏蛛x了的混凝土。
而采用這樣的混凝土構(gòu)筑混凝土構(gòu)造物的話，存在易發(fā)生宏觀上的缺陷，很難構(gòu)筑耐久性的混凝土構(gòu)造物的問(wèn)題。
這樣，EN標(biāo)準(zhǔn)具有可制備易配方設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不太高的混凝土的、壓縮強(qiáng)度為32.5N/mm2類的水泥的特征。
現(xiàn)在，根據(jù)該EN標(biāo)準(zhǔn)的水泥的主流為石灰石混合水泥。石灰石混合水泥因是在波特蘭水泥中混合有大量石灰石微粉末的水泥，所以是可實(shí)現(xiàn)防止過(guò)剩強(qiáng)度和提高材料分離抵抗性的水泥。
石灰石微粉末從強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性上出發(fā)，可看作非活性粉末，具有僅賦予材料分離抵抗性而不產(chǎn)生多余的強(qiáng)度和水合熱的優(yōu)點(diǎn)。在這樣的背景下，即使在日本，也盛行石灰石混合水泥的研究。
但是，石灰石在眾多的產(chǎn)業(yè)中都是重要的原料，所以，對(duì)于資源少的我國(guó)來(lái)說(shuō)，石灰石為珍貴的天然資源，僅將其混合在混凝土中加以利用會(huì)枯竭資源，所以期望其作為工業(yè)原料能被更好地有效利用。另外，石灰石混合水泥還具有易被中性化的弱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決石灰石混合水泥所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明者進(jìn)行了深入的研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)一直以來(lái)沒(méi)被發(fā)現(xiàn)具有用作水泥混合材料的利用價(jià)值的γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽等特定的非水硬性化合物、及含這些特定的非水硬性化合物的物質(zhì)顯示了和石灰石微粉末同等的強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性和材料分離的抵抗性，并且具有石灰石微粉末沒(méi)有的中性化抑制效果。
還發(fā)現(xiàn)含這些特定非水硬性化合物的水泥混合材料不僅能抑制波特蘭水泥的中性化，還可得到減低水合發(fā)熱的效果。即，通過(guò)抑制波特蘭水泥水合時(shí)的發(fā)熱就可抑制固化后的熱收縮和抑制硬化體裂縫的發(fā)生。
在構(gòu)成混凝土的材料，即水泥、細(xì)骨材、粗骨材、水中，造成環(huán)境負(fù)荷最大的材料為水泥。影響大的有水泥制造時(shí)，主原料的石灰石的脫羧所產(chǎn)生的二氧化碳的排出，以及伴隨著燃料的燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳的排出。由此，可以說(shuō)水泥溶渣的摻入量少、混合有混合材料的高爐水泥和石灰石混合水泥為環(huán)境負(fù)荷小的水泥。
本發(fā)明者著眼于作為產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物的含有γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽等特定非水硬性化合物的煉鋼爐渣，對(duì)用作水泥混合材料的用途進(jìn)行了探討。
將分別使用本發(fā)明的水泥混合材料和石灰石微粉末混合材料的硬化體進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)若混合材料量相同的話，壓縮強(qiáng)度幾乎和石灰石微粉末混合物相同，并且水合時(shí)的發(fā)熱量少，具有比采用石灰石微粉末混合材料的硬化體良好的中性化抑制效果。
本發(fā)明還涉及一直以來(lái)沒(méi)發(fā)現(xiàn)有效的活用方法的煉鋼爐渣，即電爐還原期爐渣、不銹鋼爐渣、鐵水預(yù)處理爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣等的有效利用。另外還發(fā)現(xiàn)可通過(guò)活用這些爐渣來(lái)減低水泥溶渣的摻入量，得到低環(huán)境負(fù)荷型的水泥組合物，并完成了本發(fā)明。
于是，本發(fā)明具有如下構(gòu)成要點(diǎn)(1)水泥混合材料，其特征在于，含有選自γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽中的至少1種或2種以上的非水硬性化合物。
(2)根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥混合材料，其特征在于，氟含量在2.0％以下，并且12CaO·7Al2O3及/或11CaO·7Al2O3·CaF2的含有量在25％以下。
(3)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征在于，含非水硬性化合物的物質(zhì)為煉鋼爐渣。
(4)根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽的總的含量在65％以上。
(5)根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，γ-2CaO·SiO2的含量在35％以上。
(6)根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，布倫比表面積在2,000cm2/g以上。
(7)根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，鈣鎂硅酸鹽為3CaO·MgO·2SiO2、2CaO·MgO·2SiO2或CaO·MgO·SiO2。
(8)水泥組合物，其特征在于，它含有水泥、權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的水泥混合材料。
(9)根據(jù)權(quán)利要求8所述的水泥組合物，其特征在于，水泥混合材料的含有量占水泥和水泥混合材料總量100份中的5-50份。
(10)根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的水泥組合物，其特征在于，水泥為波特蘭水泥。
(11)根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的水泥組合物，其特征在于，水泥為高爐水泥。
(12)水泥硬化體的中性化抑制方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的水泥混合材料或水泥組合物。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明所說(shuō)的γ-2CaO·SiO2是在2CaO·SiO2所表示的化合物中公知的作為低溫相的物質(zhì)，和高溫相的α-2CaO·SiO2或α′-2CaO·SiO2、β-2CaO·SiO2完全不同。這些雖然都可用2CaO·SiO2加以表示，但晶體結(jié)構(gòu)和密度是不同的。
通常波特蘭水泥中所存在的2CaO·SiO2為β-2CaO·SiO2。雖然β-2CaO·SiO2顯示水硬性，但無(wú)本發(fā)明的γ-2CaO·SiO2一樣的中性化抑制效果。
本發(fā)明所說(shuō)的α-CaO·SiO2(α型的硅灰石)是在CaO·SiO2所表示的化合物中公知的作為高溫相的物質(zhì)，和低溫相的β-CaO·SiO2完全不同。這些雖然都可用CaO·SiO2加以表示，但晶體結(jié)構(gòu)和密度是不同的。
天然產(chǎn)的硅灰石為低溫相的β-CaO·SiO2。β-CaO·SiO2雖具有針狀結(jié)晶，被用作硅灰石纖維等一樣的無(wú)機(jī)纖維質(zhì)物質(zhì)，但無(wú)本發(fā)明的α-CaO·SiO2一樣的中性化抑制效果。
本發(fā)明所說(shuō)的鈣鎂硅酸鹽是CaO-MgO-SiO2類化合物的總稱，對(duì)此無(wú)特別限制。作為其較好的具體例，例如有由3CaO·MgO·2SiO2(C3MS2)表示的鎂硅鈣石(Merwinite)、2CaO-MgO-2SiO2(C2MS2)表示的鎂黃長(zhǎng)石(Akermanite)、由CaO-MgO-SiO2(CMS)表示的鈣鎂橄欖石(Monticellite)等。從中性化抑制效果大上出發(fā)，鎂硅鈣石較好。
也可使用鎂黃長(zhǎng)石和鈣鋁黃長(zhǎng)石(gehlenite)的混合晶的磷鈣鈉石(merrillite)，此時(shí)的鈣鋁黃長(zhǎng)石的含量較好在30％以下，特好在20％以下。
在本發(fā)明中，可使用選自γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽中的1種或2種以上的非水硬性化合物。本發(fā)明中所說(shuō)的非水硬性化合物除了γ-2CaO·SiO2、硅灰石CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽以外，還有在上述化合物中的硅鈣石和鈣長(zhǎng)石。
在這些非水硬性化合物中，特別是γ-2CaO·SiO2長(zhǎng)期抑制中性化的效果大。而γ-2CaO·SiO2和高爐水泥組合時(shí)，中性化抑制效果非常大，較為理想。
在合成本發(fā)明的γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽時(shí)，以規(guī)定的摩爾比將CaO原料、SiO2原料和MgO原料配合經(jīng)熱處理后即可得到。作為CaO原料，可用石灰石等碳酸鈣、消石灰等氫氧化鈣等。作為SiO2原料，可用硅石或粘土，還有以硅粉或飛灰為代表的作為產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物產(chǎn)生的各種硅質(zhì)粉塵等。作為MgO原料，可用氫氧化鎂或堿式碳酸鈣和白云石等。
對(duì)熱處理方法無(wú)特別限制，例如可利用回轉(zhuǎn)窯或電爐等進(jìn)行。對(duì)于熱處理溫度，沒(méi)有單義地定義，但通常在1,000-1,800℃左右的范圍內(nèi)進(jìn)行，較多在1,200-1,600℃左右的范圍內(nèi)進(jìn)行。
在本發(fā)明中，還可以用含有選自γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽中的1種或2種以上的非水硬性化合物的產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物。此時(shí)共存有雜質(zhì)。這類產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物，例如有煉鋼爐渣等。
作為雜質(zhì)的具體例，例如有Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO、Na2O、K2O、S、P2O5、F及B2O3等。另外，作為共存的化合物，例如有鈣鋁酸鹽、鈣鋁硅酸鹽、鈣鐵酸鹽、鈣鋁鐵酸鹽、鈣磷酸鹽、鈣硼酸鹽、鎂硅酸鹽、白榴石(K2O、Na2O)·Al2O3·SiO2、尖晶石MgO·Al2O3及磁鐵石Fe3O4等。對(duì)于這些雜質(zhì)引起的共存化合物的存在無(wú)特別限制，只要在不妨礙本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，就無(wú)特別的問(wèn)題，但對(duì)于氟和鈣鋁酸鹽的含量，必須注意。
本發(fā)明中所用的煉鋼爐渣可用含有γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽中1種或2種以上的物質(zhì)。
但在煉鋼爐渣中多含有顯示速凝性或快硬性的12CaO·7Al2O3或固溶有氟的11CaO·7Al2O3·CaF2。這些化合物的含量高時(shí)，若不并用緩凝劑的話，從確保流動(dòng)性的角度看，或從確保使用時(shí)間角度看是不理想的。
即，12CaO·7Al2O3及/或11CaO·7Al2O3·CaF2(以下也稱為12CaO·7Al2O3固溶體)的總量在25％以下的煉鋼爐渣較為理想，在15％以下的煉鋼爐渣特好。若本發(fā)明的水泥混合材料(以下也稱為本混合材料)中的12CaO·7Al2O3及/或11CaO·7Al2O3·CaF2合計(jì)超過(guò)25％的話，中性化抑制效果變小，流動(dòng)性變差，有時(shí)不能確保使用時(shí)間。
煉鋼爐渣中還存在氟含量多的爐渣。在含氟的煉鋼爐渣中，除了12CaO·7Al2O3是以氟固熔的11CaO·7Al2O3·CaF2的形態(tài)存在以外，γ-2CaO·SiO2的一部分變化為槍晶石(Cuspidine)(3CaO·2SiO2·CaF2)。另外，還有共存有CaF2的爐渣。γ-2CaO·SiO2雖然具有顯著的中性化抑制效果，但因11CaO·7Al2O3·CaF2和槍晶石等含氟的化合物不具有中性化抑制效果，所以含氟多的煉鋼爐渣有時(shí)還存在中性化抑制效果不顯著的情況。
氟因阻礙波特蘭水泥的凝結(jié)和固化，所以會(huì)引起凝結(jié)遲延和固化不好。另外，氟為關(guān)于促進(jìn)改善特定化學(xué)物質(zhì)向環(huán)境的排出量控制及管理的法律(PRTR法)的對(duì)象物質(zhì)，含有較多的氟從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，也不理想。
本混合材料的氟總含量不管其存在形態(tài)的不同，較好在2.0％以下，更好在1.5％以下。若氟總含量超過(guò)2.0％時(shí)，會(huì)得不到充分的中性化抑制效果，另外還會(huì)使凝結(jié)和固化性質(zhì)狀態(tài)變差。再者，如上所述，來(lái)自采用該物質(zhì)的波特蘭水泥的硬化體的氟可能會(huì)溶出，所以從環(huán)境問(wèn)題的角度出發(fā)，不理想。
本混合材料的γ-2CaO·SiO2含量較好在35％以上，更好在45％以上。另外，對(duì)γ-2CaO·SiO2的含量的上限值無(wú)特別限制。在煉鋼爐渣中，γ-2CaO·SiO2含量多的電爐還原期爐渣或不銹鋼爐渣較為理想。
本混合材料的γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽這些非水硬性化合物的總量較好在65％以上，非水硬性化合物的含量更好在70％以上。在本發(fā)明中，還可能混合存在有γ-2CaO·SiO2以外的水硬性的2CaO·SiO2，可能混合存在有最大至35％的2CaO·SiO2。
作為定量本混合材料中的非水硬性化合物的方法，利用粉末x線衍射法鑒定結(jié)晶相后，由化學(xué)分析值來(lái)算出各結(jié)晶相的方法以及利用粉末x線衍射法的里德伯法等。
雖對(duì)本混合材料的布倫比表面積無(wú)特別限制，但較好在2,000cm2/g以上，或上限較好在8,000cm2/g以下。尤其，更好在3,000-6,000cm2/g，最好在4,000-6,000cm2/g。若布倫比表面積不到2,000cm2/g的話，得不到材料分離抵抗性，中性化的抑制效果還會(huì)不充分。另外，對(duì)于超過(guò)8,000cm2/g進(jìn)行粉碎，粉碎動(dòng)力大不經(jīng)濟(jì)，并且本混合材料還易風(fēng)化，存在品質(zhì)經(jīng)時(shí)性較差的趨勢(shì)。
雖對(duì)本混合材料的使用量無(wú)特別限制，但通常其占水泥和混合材料總量100份中的5-50份較好，10-40份更好。若不到5份的話，水合熱低，不能充分得到本發(fā)明的效果。若超過(guò)50份時(shí)，強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性會(huì)變差。
對(duì)本發(fā)明中的水的使用量無(wú)特別限制，按通常的使用范圍使用即可。具體地說(shuō)，每水泥及本混合材料總計(jì)100份水的用量較好在25-60份以下。不到25份，會(huì)得不到充分的作業(yè)性，超過(guò)60份時(shí)，強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性及中性化抑制效果會(huì)不充分。
利用本混合材料，對(duì)應(yīng)于32.5N/mm2標(biāo)準(zhǔn)，不管非水硬性化合物的種類如何，在本水泥組合物100份中，可以混合20-35份左右的本混合材料；另外，對(duì)應(yīng)于42.5N/mm2標(biāo)準(zhǔn)品類，在本水泥組合物100份中，可混合10-20份左右。
對(duì)作為本發(fā)明中所用的水泥無(wú)特別限制，較好用含波特蘭水泥的物質(zhì)，例如，可用普通、早強(qiáng)、超早強(qiáng)、低熱及中熱等的各種波特蘭水泥。還可用在這些波特蘭水泥中混合有高爐爐渣、飛灰或二氧化硅的各種混合水泥、以城市垃圾焚燒灰或下水道污泥焚燒灰等作為原料而制得的廢棄物利用水泥，即生態(tài)水泥(R)及混合了石灰石粉末等的填料水泥等，可使用其中的1種或2種以上。
在本發(fā)明中，對(duì)于強(qiáng)烈要求中性化抑制的高爐水泥或生態(tài)水泥來(lái)說(shuō)是有益的，特別是和高爐水泥合用最好。
因本發(fā)明的水泥組合物的粒度會(huì)根據(jù)使用的目的或用途的不同而不同，所以對(duì)其無(wú)特別限制，但通常布倫比表面積較好在2,500-8,000cm2/g，更好在3,000-6,000cm2/g。不到2,500cm2/g時(shí)，會(huì)得不到充分的強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)性，超過(guò)8,000cm2/g時(shí)，作業(yè)性會(huì)變差。
在本發(fā)明中，除了水泥、本混合材料、砂和砂石等骨材以外，還可用高爐水碎爐渣微粉末、高爐緩冷爐渣粉末、石灰石微粉末、飛灰及硅粉等混合材料、膨脹材料、快硬材料、減水劑、AE減水劑、高性能減水劑、高性能AE減水劑、消泡劑、增粘劑、防銹劑、防凍劑、減縮劑、聚合物、調(diào)凝劑、皂土等粘土礦物及水滑石等陰離子交換劑等添加劑等。只要在不實(shí)質(zhì)性影響本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，可使用用于通常的水泥材料的公知通用的添加劑、混合材料及骨材的1種或2種以上。
本發(fā)明的水泥組合物可在施工時(shí)分別將材料進(jìn)行混合而制得，也可以預(yù)先將一部分或全部混合而制得，采用哪一種都沒(méi)關(guān)系。
另外，在本發(fā)明中，對(duì)于各材料及水的混合方法也無(wú)特別限制，可在施工時(shí)分別將各種材料進(jìn)行混合，也可以預(yù)先將材料的一部分或全部進(jìn)行混合，采用哪一種都沒(méi)關(guān)系。另外還可將材料的一部分和水進(jìn)行混合后，再混合剩余的材料。
作為混合裝置，可用現(xiàn)有的任何裝置，例如可用可傾式攪拌機(jī)、全向攪拌機(jī)(Omnimixer)、(Henschelmixer)Henschel攪拌機(jī)、V型攪拌機(jī)及螺旋式混合攪拌機(jī)等。
實(shí)施例以下根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1在由水泥和混合材料組成的水泥組合物100份中，使用如表1所示的量的混合材料，配制成水/水泥組合物為50/100、水泥組合物/砂的比率為1/3的灰漿，進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測(cè)定和促進(jìn)中性化試驗(yàn)。為了比較，使用石灰石微粉末來(lái)代替本混合材料并進(jìn)行同樣的試驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示。
(使用材料)水泥普通的波特蘭水泥(電化學(xué)工業(yè)公司制造，比重為3.15)。
混合材料Aγ-2CaO·SiO2，以摩爾比為2∶1將1級(jí)試劑的碳酸鈣和二氧化硅混合，于1,400℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理，在爐內(nèi)慢慢冷卻合成。布倫比表面積4,000cm2/g、氟含量在檢出限以下，不含12CaO·7Al2O3固溶體。
混合材料Bα-CaO·SiO2，以摩爾比為1∶1將1級(jí)試劑的碳酸鈣和二氧化硅混合，于1,500℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理，取到爐外進(jìn)行急速冷卻合成。氟含量在檢出限以下，不含12CaO·7Al2O3固溶體，布倫比表面積4,000cm2/g。
混合材料C鈣鎂硅酸鹽為3CaO·MgO·2SiO2，以摩爾比為3∶1∶2將1級(jí)試劑的碳酸鈣和氧化鎂和二氧化硅混合，于1,400℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理，取到爐外進(jìn)行急速冷卻合成。布倫比表面積4,000cm2/g、氟含量在檢出限以下，不含12CaO·7Al2O3固溶體。
混合材料D鎂黃長(zhǎng)石2CaO·MgO·2SiO2，以摩爾比為2∶1∶2將1級(jí)試劑的碳酸鈣和氧化鎂和氧化硅混合，于1,400℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理，取到爐外進(jìn)行急速冷卻合成。布倫比表面積4,000cm2/g、氟含量在檢出限以下，不含12CaO·7Al2O3固溶體。
混合材料E石灰石微粉末。主成分碳酸鈣，布倫比表面積4,000cm2/g。
水自來(lái)水砂JIS標(biāo)準(zhǔn)砂(測(cè)定方法)壓縮強(qiáng)度制成4×4×16cm的成形體，根據(jù)JIS R 5201進(jìn)行測(cè)定。
絕熱溫度上升量用空氣循環(huán)式的絕熱溫度上升試驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)定。
中性化深度制成4×4×16cm的成形體，于20℃水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)直到材料使用期限為28日后，在30℃、相對(duì)濕度60％、二氧化碳濃度5％的環(huán)境中進(jìn)行規(guī)定期間的促進(jìn)中性化，將酚酞1％的乙醇溶液涂布在灰漿的斷面上，確認(rèn)中性化的深度。
實(shí)施例2除了如表2所示變化各混合材料的布倫比表面積，在水泥組合物100份中使用25份以外，和實(shí)施例1同樣進(jìn)行試驗(yàn)。用爐渣作為混合材料。為了比較，采用石灰石微粉末、天然硅灰石及β-2CaO·SiO2時(shí)也同樣進(jìn)行測(cè)定和試驗(yàn)。其結(jié)果如表2所示。
(使用材料)混合材料F天然硅灰石(β-2CaO·SiO2)，布倫比表面積4,000cm2/g。
混合材料Gβ-2CaO·SiO2，以摩爾比為2∶1將1級(jí)試劑的碳酸鈣和二氧化硅混合，對(duì)該混合物100份，添加0.5份的MgO、0.5份的Al2O3及0.5份的硼酸，在電爐中于1500℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理，取到爐外進(jìn)行急速冷卻合成。布倫比表面積4,000cm2/g。
實(shí)施例3除了使用各種煉鋼爐渣作為混合材料以外，其余均與實(shí)施例1同樣進(jìn)行。其結(jié)果如表3所示。
(使用材料)水泥市面上出售的普通波特蘭水泥。
爐渣粉末(1)電爐還原期爐渣，CaO含量52％、SiO2含量27％、Al2O3含量11％、MgO含量0.5％、F含量O.7％。主要的化合物相為γ-2CaO·SiO2含量45％、α-CaO·SiO2含量20％及12CaO·7Al2O3固溶體含量25％、非水硬性化合物含量為γ-2CaO·SiO2含量45％和α-CaO·SiO2含量20％，合計(jì)65％。
爐渣粉末(2)不銹鋼爐渣，CaO含量52％、SiO2含量28％、MgO含量鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為44％、12CaO·7Al2O3固溶體含量約為14％、游離鎂含量約為4％、非水硬性化合物含量為γ-2CaO·SiO2含量35％和鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為44％，合計(jì)79％。布倫比表面積4,000cm2/g。
爐渣粉末(3)電爐還原期爐渣，CaO含量53％、SiO2含量35％、Al2O3含量4％、MgO含量6％、F含量1.5％。主要的化合物相為γ-2CaO·SiO2含量約為40％、槍晶石含量約為14％、鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為40％、非水硬性化合物含量為γ-2CaO·SiO2含量40％、槍晶石含量約為14％、鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為40％，合計(jì)量約為95％。布倫比表面積4,000cm2/g。
爐渣粉末(4)電爐還原期爐渣，CaO含量53％、SiO2含量26％、Al2O3含量13％、MgO含量5％、F含量2.0％。主要的化合物相為γ-2CaO·SiO2含量40％及12CaO·7Al2O3固溶體含量25％、槍晶石含量約為12％、鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為18％、非水硬性化合物含量為γ-2CaO·SiO2含量40％、槍晶石含量約為12％、鎂硅鈣石3CaO·MgO·2SiO2含量約為18％，合計(jì)量約為70％。布倫比表面積4,000cm2/g。
實(shí)施例4除了如表4所示變化爐渣(1)和爐渣(2)的布倫比表面積，在水泥組合物100份中使用20份的爐渣以外，其余均與實(shí)施例3一樣進(jìn)行。其結(jié)果如表4所示。
實(shí)施例5除了采用布倫比表面積4,000cm2/g的各種混合材料，在水泥組合物100份中使用25份并采用高爐水泥以外，和實(shí)施例1一樣進(jìn)行。其結(jié)果如表5所示。
(使用材料)高爐B種水泥市面上出售的高爐水泥B種。
高爐C種水泥市面上出售的高爐水泥C種。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性使用本發(fā)明的水泥混合材料，可得到水合發(fā)熱量少，中性化抑制效果大的水泥組合物。特別在使用高爐水泥時(shí)，可得到顯著的中性化抑制效果。
通過(guò)本發(fā)明可收到有效利用一直無(wú)法找到有效用途的煉鋼爐渣等的效果。本發(fā)明還減少了熟料摻入量，可形成低環(huán)境負(fù)荷型的水泥組合物，并適用于土木·建筑行業(yè)所用的符合EN標(biāo)準(zhǔn)的水泥等。
表1

*試驗(yàn)No.1-39為調(diào)整水水泥之比以使其壓縮強(qiáng)度和試驗(yàn)No.1-5、1-11、1-17、1-23等相同時(shí)的結(jié)果。
中性化深度的*指的是測(cè)定上限值20mm。
表2

表3

表4

表5

備注關(guān)于水泥的種類高爐B種市面上出售的高爐水泥B種。
高爐C種市面上出售的高爐水泥C種。
權(quán)利要求
1.水泥混合材料，其特征在于，含有選自γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽中的至少1種或2種以上的非水硬性化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥混合材料，其特征在于，氟含量在2.0％以下，并且12CaO·7 Al2O3及/或11CaO·7 Al2O3·CaF2的含有量在25％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征在于，含非水硬性化合物的物質(zhì)為煉鋼爐渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，γ-2CaO·SiO2、α-CaO·SiO2及鈣鎂硅酸鹽的總的含量在65％以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，γ-2CaO·SiO2的含量在35％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，布倫比表面積在2,000cm2/g以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水泥混合材料，其特征在于，鈣鎂硅酸鹽為3CaO·MgO·2SiO2、2CaO·MgO·2SiO2或CaO·MgO·SiO2。
8.水泥組合物，其特征在于，它含有水泥、權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的水泥混合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水泥組合物，其特征在于，水泥混合材料的含有量占水泥和水泥混合材料總量100份中的5-50份。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的水泥組合物，其特征在于，水泥為波特蘭水泥。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的水泥組合物，其特征在于，水泥為高爐水泥。
12.水泥硬化體的中性化抑制方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的水泥混合材料或水泥組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有中性化抑制效果和水合熱抑制效果的水泥混合材料及水泥組合物。本發(fā)明提供含有選自γ－2CaO·SiO
文檔編號(hào)C04B28/08GK1545492SQ0281638
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2002年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月21日
發(fā)明者盛岡實(shí), 樋口隆行, 大橋?qū)捴? 中島康宏, 之, 宏, 行 申請(qǐng)人:電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社