JP2011140424A - 低水和熱セメント組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モルタルやコンクリートの強度発現性を適正に維持しつつ、水和熱を低減した低水和熱セメント組成物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であることを特徴とする低水和熱セメント組成物。セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる原料の原料原単位を調整して調合し、これらの原料を焼成してセメントクリンカーを製造する工程（Ａ）と、得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする低水和熱セメント組成物の製造方法。
【選択図】図１
【解決手段】Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であることを特徴とする低水和熱セメント組成物。セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる原料の原料原単位を調整して調合し、これらの原料を焼成してセメントクリンカーを製造する工程（Ａ）と、得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする低水和熱セメント組成物の製造方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、低水和熱セメント組成物及びその製造方法に関する。
セメント組成物の水和熱は、セメント組成物に含まれる成分と水とが反応して水和物を生成する際の発熱である。一般的には、水和物の生成量が多くなるにつれて、モルタル又はコンクリートの強度は上昇するが、それと同時にセメント組成物と水との反応に伴う水和熱も増大する。言い換えれば、モルタル及びコンクリートの強度発現性が向上すると、セメント組成物の水和熱も増加するのが一般的な傾向である。
しかし、コンクリートの耐久性の観点からは、セメント組成物の水和熱は小さい方が好ましい。このため、耐久性に優れたコンクリートを志向するセメントユーザーからは、コンクリートの強度発現性を損なわずに、水和熱を低減することが可能なセメント組成物が求められている。
セメント組成物の水和熱を低減する方法としては、例えば中庸熱や低熱ポルトランドセメントクリンカーのように、主要鉱物組成を制御する方法（Ｃ３Ｓ量及びＣ３Ａ量等の低減）が知られている（特許文献１）。
一方、コンクリートの強度発現性を向上する方法としては、「粉末度（ブレーン比表面積）を細かくする」、「Ｃ３Ｓ量を増加させる」等の手段が用いられている（非特許文献１）。
（社）セメント協会、４．セメントの種類と用途、セメントの常識、ｐ．１１−１７（２００４）
しかし、上述の特許文献１で提案されているＣ３Ｓ量及びＣ３Ａ量を特定量に制御したセメント組成物は、従来から市販されている低発熱型混合セメント組成物よりも、材齢２８日や９１日における圧縮強度が低くなる。すなわち、特許文献１のように主要鉱物組成を制御する方法では、セメント組成物の水和熱を低減しようとするとコンクリートの強度発現性も低下するのが実情であった。
一方、非特許文献１のように「粉末度（ブレーン比表面積）を細かくする」、「Ｃ３Ｓ量を増加させる」等の手段によって、コンクリートの強度発現性を向上すると、水和熱が増大する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モルタルやコンクリートの適正な強度発現性を維持しつつ、セメント組成物の水和熱を低減することが可能な低水和熱セメント組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、モルタルやコンクリートの強度発現性を維持しつつセメント組成物の水和熱を低減するためには、セメント組成物のＳｒ（ストロンチウム）含有量を制御することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であることを特徴とする低水和熱セメント組成物である。低水和熱セメント組成物は、Ｃ３Ｓ量が５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓ量が５〜２５質量％、Ｃ３Ａ量が６〜１５質量％及びＣ４ＡＦ量が７〜１５質量％であることが好ましい。
また、本発明は、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれるＳｒ含有原料の原料原単位を調整して調合し、調合したこれらの原料を焼成してセメントクリンカーを製造する工程（Ａ）と、得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする低水和熱セメント組成物の製造方法である。
本発明によれば、モルタルやコンクリートの適正な強度発現性を維持しつつ、材齢２８日の水和熱を４００Ｊ／ｇ以下に低減した低水和熱セメント組成物及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明の低水和熱セメント組成物は、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であることを特徴とする。
Ｓｒは、セメント組成物に含有される微量成分である。本発明者らは、セメント組成物中のＳｒ含有量と、セメント組成物の水和熱とに相関関係があることを突き止め、Ｓｒ含有量が大きくなるにつれて水和熱の値が大きくなることを見出した。本発明の低水和熱セメント組成物は、Ｓｒ含有量を特定の範囲となるように制御することによって、モルタルやコンクリートの適正な強度発現性を維持しつつ水和熱を低減することができる。セメント組成物中のＳｒ含有量は、全体質量に対する含有割合（質量％）である、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電機加熱式原子吸光分析方法」に準じて測定することができる。
低水和熱セメント組成物中のＳｒ含有量は、０．０２〜０．０４質量％であり、好ましくは０．０２５〜０．０４質量％であり、より好ましくは０．０３〜０．０４質量％であり、さらに好ましくは０．０３１〜０．０３９質量％であり、特に好ましくは０．０３２〜０．０３８質量％であり、最も好ましくは０．０３２〜０．０３７５質量％である。低水和熱セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２質量％未満であると、本発明の低水和熱セメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの適正な強度発現性が維持できない場合がある。一方、低水和熱セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０４質量％を超えると、水和熱を低減する効果が小さくなる。
本発明の低水和熱セメント組成物は、好ましくはＣ３Ｓ量が５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓ量が５〜２５質量％、Ｃ３Ａ量が６〜１５質量％及びＣ４ＡＦ量が７〜１５質量％であり、より好ましくはＣ３Ｓ量が５２〜６５質量％、Ｃ２Ｓ量が１０〜２５質量％、Ｃ３Ａ量が８〜１３質量％及びＣ４ＡＦ量が８〜１２質量％であり、さらに好ましくはＣ３Ｓ量が５３〜６０質量％、Ｃ２Ｓ量が１２〜２０質量％、Ｃ３Ａ量が９〜１２質量％及びＣ４ＡＦ量が８〜１１質量％である。セメント組成物の鉱物組成が上記範囲内であると、セメント組成物の水和熱を低減しつつ、セメント組成物の硬化時における強度を向上することができ、モルタルやコンクリートの強度発現性を維持することができる。
ここで、セメント組成物中のＣ３Ｓ量（エーライト相）、Ｃ２Ｓ量（ビーライト相）、Ｃ３Ａ量（アルミネート相）、Ｃ４ＡＦ量（フェライト相）は、下記のボーグ式［１］〜［４］により算出する。
Ｃ３Ｓ量（質量％）＝４．０７×ＣａＯ量（質量％）−７．６０×ＳｉＯ２量（質量％）−６．７２×Ａｌ２Ｏ３量（質量％）−１．４３×Ｆｅ２Ｏ３量（質量％）−２．８５×ＳＯ３量（質量％） ・・・［１］
Ｃ２Ｓ量（質量％）＝２．８７×ＳｉＯ２量（質量％）−０．７５４×Ｃ３Ｓ量（質量％） ・・・［２］
Ｃ３Ａ量（質量％）＝２．６５×Ａｌ２Ｏ３（質量％）−１．６９×Ｆｅ２Ｏ３（質量％） ・・・［３］
Ｃ４ＡＦ量（質量％）＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３（質量％） ・・・［４］
Ｃ２Ｓ量（質量％）＝２．８７×ＳｉＯ２量（質量％）−０．７５４×Ｃ３Ｓ量（質量％） ・・・［２］
Ｃ３Ａ量（質量％）＝２．６５×Ａｌ２Ｏ３（質量％）−１．６９×Ｆｅ２Ｏ３（質量％） ・・・［３］
Ｃ４ＡＦ量（質量％）＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３（質量％） ・・・［４］
式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」及び「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれ、セメント組成物におけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３のセメント組成物の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「ポルトランドセメントの化学分析方法」あるいはＪＩＳ Ｒ ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定することができる。
本発明の低水和熱セメント組成物は、ＭｇＯ含有量が、好ましくは０．７〜１．５質量％、より好ましくは０．８〜１．５質量％、さらに好ましくは０．９〜１．３質量％、特に好ましくは０．９〜１．１質量である。低水和熱セメント組成物中のＭｇＯ含有量が、上記範囲内であると、セメント組成物の流動性を適度に維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性も維持して、セメント組成物の水和熱を一層低減することができる。セメント組成物中のＭｇＯ含有量は、全体質量に対する含有割合（質量％）であり、この含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定することができる。
また、本発明の低水和熱セメント組成物は、ＳＯ３含有量が、好ましくは１．６〜２．４質量、より好ましくは１．７〜２．３質量％、さらに好ましくは１．８〜２．２質量％であり、特に好ましくは１．８〜２．１質量％である。低水和熱セメント組成物中のＳＯ３含有量が、上記範囲内であると、セメント組成物の流動性を適度に維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性も維持して、セメント組成物の水和熱を一層低減することができる。セメント組成物中のＳＯ３含有量は、全体質量に対する含有割合（質量％）であり、この含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定することができる。
本発明の低水和熱セメント組成物の製造方法は、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれるＳｒ含有原料の原料原単位を調整して調合し、調合したこれらの原料を焼成してセメントクリンカーを製造する工程（Ａ）と、得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕する工程（Ｂ）を含む。
（Ａ）工程におけるセメントクリンカーの原料としては、石灰石、珪石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源等が挙げられる。石炭灰は、石炭火力発電所等から発生するものであり、シンダアッシュ、フライアッシュ、クリンカアッシュ及びボトムアッシュが挙げられる。建設発生土は、建設工事の施工に伴い副次的に発生する残土や泥土、廃土等が挙げられる。下水汚泥としては、汚泥単味のほか、これに石灰石を加えて乾粉化したものや、焼却残渣等が挙げられる。鉄源としては、銅からみ、高炉ダスト等が挙げられる。
（Ａ）工程におけるセメントクリンカー原料としては、石灰石７００〜１４００ｋｇ／ｔ−クリンカー、珪石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、石炭灰０〜３００ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、建設発生土１０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーを調合することが好ましい。また、（Ａ）工程におけるセメントクリンカー原料としては、石灰石８００〜１３００ｋｇ／ｔ−クリンカー、珪石２０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、石炭灰５０〜２５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ５〜５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、建設発生土２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜７０ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキを２０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜６０ｋｇ／ｔ−クリンカーを調合することがより好ましい。石炭灰は、１００〜２５０ｋｇ／ｔ−クリンカーであることがさらに好ましい。ここで「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原料の質量（ｋｇ／ｔ−クリンカー）をいう。
（Ａ）工程におけるＳｒ含有セメントクリンカー原料の原料原単位を調整して調合する方法として、具体的には、サンプリングしたセメント組成物のＳｒ含有量に基づいて、セメント組成物の水和熱との相関関係を測定し、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、セメントクリンカー原料の原料原単位を調整し、この原料を焼成して得られたセメントクリンカーを用いることによって、Ｓｒ含有量が特定の範囲であり、材齢２８日の水和熱を４００Ｊ／ｇ以下に低減することの可能なセメント組成物を製造することができる。
セメント組成物中のＳｒ含有量が増加すると、セメント組成物の水和熱が大きくなる傾向がある。セメント組成物中のＳｒ含有量を調整する場合には、他のセメントクリンカー原料と比較して、ストロンチウム（Ｓｒ）を多く含む石灰石、石炭灰、建設発生土、高炉スラグ、ハイドロケーキからなる群より選ばれるＳｒ含有セメントクリンカー原料の原料原単位を増量又は減量して調整し、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であるセメントクリンカーを製造し、このセメントクリンカーを用いて、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であるセメント組成物を製造することができる。
セメントクリンカー原料の中でも、石灰石、石炭灰及び建設発生土の使用量（原料原単位）が、セメント組成物中のＳｒ含有量に影響を与える。所定の鉱物組成を得るためには石灰石をある程度使用する必要があるが、石灰石中のＳｒ含有量は石炭灰や建設発生土に比べて多くないため、セメント組成物中のＳｒ含有量を調整するには、石炭灰に対する建設発生土の質量比で調整することが好ましい。石炭灰に対する建設発生土の質量比（建設発生土（ｋｇ／ｔ−クリンカー）／石炭灰（ｋｇ／ｔ−クリンカー））は、好ましくは０．１〜２であり、より好ましくは０．１５〜１．８であり、さらに好ましくは０．２〜１．５であり、特に好ましくは０．４〜１．５である。このように石炭灰に対する建設発生土の質量比を調製することによって、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量を０．０９６質量％以下とすることが好ましい。石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量は、より好ましくは０．０９２質量％以下であり、さらに好ましくは０．０９質量％以下であり、特に好ましくは０．０８質量％以下である。石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量は、石灰石と建設発生土の混合物の全体質量に対する含有割合（質量％）である。
Ｓｒ含有セメントクリンカー原料として、各原料中のＳｒ含有量が、以下の範囲のものを使用することが好ましい。なお、各原料中のＳｒ含有量は、各原料（１００質量％）に対する含有割合（質量％）である。
石灰石としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００５〜０．０４質量％、より好ましくは０．００５〜０．０３質量％、さらに好ましくは０．００５〜０．０２５質量％のものを使用する。
珪石としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０４質量％、より好ましくは０．００１〜０．０３質量％、さらに好ましくは０．００１〜０．０２５質量％のものを使用する。
石炭灰としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０２〜０．２質量％、より好ましくは０．０２〜０．１５質量％、さらに好ましくは０．０２〜０．１３質量％のものを使用する。
高炉スラグとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０２〜０．０８質量％、より好ましくは０．０２〜０．０７質量％、さらに好ましくは０．０２〜０．０６質量％のものを使用する。
粘土としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０３質量％、より好ましくは０．００３〜０．０２５質量％、さらに好ましくは０．００３〜０．０２質量％のものを使用する。
建設発生土としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０１〜０．４質量％、より好ましくは０．０１〜０．３質量％、さらに好ましくは０．０１〜０．２質量％のものを使用する。
下水汚泥としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．１質量％、より好ましくは０．００１〜０．０７質量％、さらに好ましくは０．００１〜０．０５質量％のものを使用する。
ハイドロケーキとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．１〜０．８質量％、より好ましくは０．１〜０．７質量％、さらに好ましくは０．１〜０．６質量％のものを使用する。
銅からみとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００５〜０．０５質量％、より好ましくは０．００５〜０．０４質量％、さらに好ましくは０．００５〜０．０３質量％のものを使用する。
高炉ダストとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０３質量％、より好ましくは０．００１〜０．０２質量％、さらに好ましくは０．００１〜０．０１５質量％のものを使用する。
セメントクリンカーの製造は、ＳＰ方式（多段サイクロン予熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式）等の既存のセメント製造設備を用いて製造することができる。
なお、工業スケールの製造においては、例えば、まず品質管理用のセメント組成物を製造し、そのＳｒ含有量とセメント組成物の水和熱との相関関係を測定し、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整し、強度発現性を維持しつつ水和熱の低減が可能なセメント組成物を製造することができる。
次に、ＮＳＰ方式の既存のセメント製造設備を用いて、本発明の低水和熱セメント組成物に用いるセメントクリンカーの製造方法の一実施態様を説明する。なお、本発明の低水和熱セメント組成物の製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではない。
セメントクリンカーの各原料の混合方法は、特に限定されないが、例えば原料粉砕ミル等で粉砕混合することが好ましい。
粉砕混合されたセメントクリンカー原料は、さらに既存の設備であるサスペンションプレヒータ及びロータリーキルンを用いて焼成することができる。セメントクリンカーの焼成温度、焼成時間等の焼成条件を調整することによっても、Ｓｒ含有量を０．０２〜０．０４質量％に調整したセメント組成物を製造するためのセメントクリンカーを得ることができる。
セメントクリンカーの焼成温度は、特に限定されないが、ＮＳＰ方式のセメント製造設備を用いた場合には、ロータリーキルンの出口付近におけるセメントクリンカーの温度が、好ましくは８００〜１７００℃、より好ましくは９００〜１６００℃、さらに好ましくは１０００〜１５００℃である。焼成時間は、２０分間〜２時間、より好ましくは３０分間〜２時間、さらに好ましくは４５分〜１．５時間である。
焼成後、得られたセメントクリンカーは、ロータリーキルンの下流側に設けられたクリンカークーラーによって、例えば１００〜２００℃程度まで冷却されることが好ましい。冷却速度は、好ましくは１０〜６０℃／分であり、より好ましくは１５〜４５℃／分であり、さらに好ましくは１５〜３０℃／分である。冷却速度が１０〜６０℃／分の範囲であると、優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となる低水和熱セメント組成物を得ることができる。
本発明の（Ｂ）工程において、低水和熱セメント組成物は、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であるセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕することによって製造することができる。石膏は、ＪＩＳ Ｒ ９１５１「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満足することが望ましく、具体的には、二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。
本発明の（Ｂ）工程において、Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であるセメントクリンカーに対して、セメント組成物中のＳＯ３量が１．６〜２．４質量％、好ましくは１．７〜２．１質量％となるように石膏を配合して粉砕することが好ましい。粉砕方法としては、特に制限されないが、ボールミル等の粉砕機、セパレータ等の分級機を用いる方法が挙げられる。
本発明の（Ｂ）工程において、低水和熱セメント組成物は、さらに混合材を含有してもよい。混合材としては、ＪＩＳ Ｒ ５２１１「高炉セメント」で規定される高炉スラグ、ＪＩＳ Ｒ ５２１２「シリカセメント」で規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」で規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末を利用することができる。混合材は、セメント組成物の全体質量に対する混合材の合計含有割合（質量％）が、５質量％以下であることが好ましい。
本発明の低水和熱セメント組成物のブレーン比表面積は、好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積が上記範囲内であると、水和熱を低減しつつ、優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となる。低水和熱セメント組成物のブレーン比表面積は、より好ましくは３０００〜３８００ｃｍ２／ｇであり、さらに好ましくは３０００〜３５００ｃｍ２／ｇである。
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。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜８、比較例１）
[セメントクリンカーの原料]
Ｓｒ含有セメントクリンカー原料としては、石灰石、珪石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源（銅からみ、高炉ダスト）を使用した。また、セメント組成物のＳＯ３量を調整するために、二水石膏を使用した。表１に、実施例及び比較例で使用した石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグの化学成分の数値を示す。また、表１に示した原料以外の原料中のＳｒ含有量を以下に記載する。なお、以下に示す化学成分および原料原単位は、ドライベース(水分を含まない状態)の原料原単位である。
・ 粘土（Ｓｒ含有量＝０．０１３８質量％）
・ 建設発生土（Ｓｒ含有量＝０．０２７２質量％）
・ 下水汚泥（Ｓｒ含有量＝０．００２質量％）
・ ハイドロケーキ（Ｓｒ含有量＝０．４７４質量％）
・ 銅からみ（Ｓｒ含有量＝０．０１６５質量％）
・ 高炉ダスト（Ｓｒ含有量＝０．００６４質量％）
[セメントクリンカーの原料]
Ｓｒ含有セメントクリンカー原料としては、石灰石、珪石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源（銅からみ、高炉ダスト）を使用した。また、セメント組成物のＳＯ３量を調整するために、二水石膏を使用した。表１に、実施例及び比較例で使用した石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグの化学成分の数値を示す。また、表１に示した原料以外の原料中のＳｒ含有量を以下に記載する。なお、以下に示す化学成分および原料原単位は、ドライベース(水分を含まない状態)の原料原単位である。
・ 粘土（Ｓｒ含有量＝０．０１３８質量％）
・ 建設発生土（Ｓｒ含有量＝０．０２７２質量％）
・ 下水汚泥（Ｓｒ含有量＝０．００２質量％）
・ ハイドロケーキ（Ｓｒ含有量＝０．４７４質量％）
・ 銅からみ（Ｓｒ含有量＝０．０１６５質量％）
・ 高炉ダスト（Ｓｒ含有量＝０．００６４質量％）
化学分析（ｉｇ．ｌｏｓｓ〜Ｓｒ）は、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準じて行った。また、原料中のＳｒ含有量は、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した。
[セメントクリンカーの原料]
Ｓｒ含有セメントクリンカー原料として使用した各原料の原単位は、石灰石、石炭灰及び建設発生土を除き、珪石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーであった。
Ｓｒ含有セメントクリンカー原料として使用した各原料の原単位は、石灰石、石炭灰及び建設発生土を除き、珪石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーであった。
セメント組成物中のＳｒ含有量に影響を与えるセメントクリンカー原料である、石灰石、石炭灰及び建設発生土の原単位と、上記各原料からセメントクリンカー１ｔ当たりに持ち込まれるＳｒ含有量（セメントクリンカー１ｔを形成するための原料の全体質量に対する含有割合（質量％））と、石灰石と石炭灰と建設発生土の混合原料からセメントクリンカー１ｔ当たりに持ち込まれるＳｒ含有量（セメントクリンカー１ｔを形成するための原料の全体質量に対する含有割合（質量％））とを表２に示した。また、表２には、石炭灰に対する建設発生土の質量比（建設発生土（ｋｇ／ｔ−クリンカー）／石炭灰（ｋｇ／ｔ−クリンカー））と、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量（石炭灰と建設発生土の混合物の全体質量に対する含有割合（質量％））を記載した。Ｓｒ含有量は、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した。
[セメントクリンカーの製造]
上記セメントクリンカー原料を調合し、調合した原料をＮＳＰキルンで最高温度１２００〜１５００℃で焼成し、セメントクリンカーを製造した。ＮＳＰキルン出口付近におけるセメントクリンカーの温度は１０００〜１５００℃であった。このセメントクリンカーを、ロータリーキルンの下流側に設けられたクリンカークーラーで、１０００〜１４００℃から１００〜２００℃まで、１０〜６０℃／分の冷却速度で冷却した。
上記セメントクリンカー原料を調合し、調合した原料をＮＳＰキルンで最高温度１２００〜１５００℃で焼成し、セメントクリンカーを製造した。ＮＳＰキルン出口付近におけるセメントクリンカーの温度は１０００〜１５００℃であった。このセメントクリンカーを、ロータリーキルンの下流側に設けられたクリンカークーラーで、１０００〜１４００℃から１００〜２００℃まで、１０〜６０℃／分の冷却速度で冷却した。
得られたセメントクリンカーに二水石膏をセメント組成物中のＳＯ３含有量が２質量％となるように配合し、さらに混合材（石灰石、高炉スラグ）を石灰石４質量％と高炉スラグ１質量％で添加し、実機ミルでブレーン比表面積が３１４０〜３２６０ｃｍ２／ｇになるように粉砕し、セメント組成物を得た。
[セメント組成物の化学成分]
得られたセメント組成物中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳＯ３について、全体質量に対する含有割合（質量％）を測定した。これらの含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した。また、セメント組成物中のＳｒ含有量を、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した結果を表３に示す。
得られたセメント組成物中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳＯ３について、全体質量に対する含有割合（質量％）を測定した。これらの含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した。また、セメント組成物中のＳｒ含有量を、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した結果を表３に示す。
表２に示すように、実施例１〜８は、石炭灰に対する建設発生土の質量比（建設発生土／石炭灰）を０．１５〜２の範囲内にすることで、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量を０．０６０２〜０．０９２４質量％とした。このように建設発生土／石炭灰の質量比を調整して製造したセメントクリンカーを用いると、セメント組成物中のＳｒ含有量を０．０３２１〜０．０３６６質量％とすることができた（表３参照）。一方、表２に示すように、比較例１は、セメントクリンカー原料として建設発生土を使用していないため、建設発生土／石炭灰の質量比は０であり、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量は０．１０６質量％であった。このように建設発生土を使用せず、建設発生土／石炭灰の質量比が０．１５〜２の範囲外であるセメントクリンカーを使用すると、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０４０５質量％となり、Ｓｒ含有量が０．０４質量％を超えた（表３参照）。
[セメント組成物の鉱物組成及び物性]
＜セメント組成物の鉱物組成＞
得られたセメント組成物の鉱物組成（Ｃ３Ｓ量、Ｃ２Ｓ量、Ｃ３Ａ量及びＣ４ＡＦ量）を、ボーグ式［１］〜［４］に基づいて測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の粉末特性＞
セメントの粉末特性（ブレーン比表面積及び４５μｍ残分）について、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の水和熱＞
セメント組成物の材齢２８日の水和熱を、ＪＩＳ Ｒ ５２０３：１９９５「セメントの水和熱測定方法（溶解熱方法）」に準じて測定した。結果を表４に示す。
＜モルタル圧縮強さ＞
モルタル圧縮強さは、得られたセメント組成物を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて、材齢２８日において測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の鉱物組成＞
得られたセメント組成物の鉱物組成（Ｃ３Ｓ量、Ｃ２Ｓ量、Ｃ３Ａ量及びＣ４ＡＦ量）を、ボーグ式［１］〜［４］に基づいて測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の粉末特性＞
セメントの粉末特性（ブレーン比表面積及び４５μｍ残分）について、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の水和熱＞
セメント組成物の材齢２８日の水和熱を、ＪＩＳ Ｒ ５２０３：１９９５「セメントの水和熱測定方法（溶解熱方法）」に準じて測定した。結果を表４に示す。
＜モルタル圧縮強さ＞
モルタル圧縮強さは、得られたセメント組成物を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて、材齢２８日において測定した。結果を表４に示す。
セメント組成物のＳｒ含有量と水和熱の関係を図１に示す。表３、４及び図１に示す結果から、セメント組成物のＳｒ含有量とセメント組成物の水和熱は相関関係があることが分かった。この結果に基づき、セメント組成物のＳｒ含有量を０．０２〜０．０４質量％に制御することによって、モルタル圧縮強さはＪＩＳ規格を十分満足し、また国土交通省の土木工事共通仕様書(国交省仕様書)に規定されている普通ポルトランドセメントの水和熱の規定（材齢２８日は４００Ｊ／ｋｇ以下）を満たしていることが確認できた。
また、表２、４及び図１に示す結果から、建設発生土を使用せず、建設発生土／石炭灰の質量比が特定の範囲内ではない場合は、水和熱が上記の規定値を超過した。
以上に示す結果から、セメント組成物のＳｒ含有量を０．０２〜０．０４質量％とすることによって、モルタルやコンクリートの適正な強度発現性を維持しつつ、材齢２８日の水和熱を４００Ｊ／ｇ以下に低減した低水和熱セメント組成物及びその製造方法を提供することができる。
Claims (7)
- Ｓｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％であることを特徴とする低水和熱セメント組成物。
- Ｃ３Ｓ量が５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓ量が５〜２５質量％、Ｃ３Ａ量が６〜１５質量％及びＣ４ＡＦ量が７〜１５質量％である、請求項１記載の低水和熱セメント組成物。
- ＭｇＯ含有量が０．７〜１．５質量％及びＳＯ３含有量が１．６〜２．４質量％である、請求項１又は２記載の低水和熱セメント組成物。
- セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０２〜０．０４質量％となるように、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれるＳｒ含有原料の原料原単位を調整して調合し、調合したこれらの原料を焼成してセメントクリンカーを製造する工程（Ａ）と、
得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする低水和熱セメント組成物の製造方法。 - 前記（Ａ）工程におけるセメントクリンカー原料として、石灰石７００〜１４００ｋｇ／ｔ−クリンカー、珪石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、石炭灰０〜３００ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、建設発生土１０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーを調合する、請求項４記載の低水和熱セメント組成物の製造方法。
- 前記建設発生土と石炭灰とを、建設発生土／石炭灰の質量比が０．１〜２となるように調合する、請求項４又は５記載の低水和熱セメント組成物の製造方法。
- 前記建設発生土中のＳｒ含有量が０．０１〜０．４質量％であり、かつ、前記石炭灰中のＳｒ含有量が０．０２〜０．２質量％である、請求項４〜６の何れか１項記載の低水和熱セメント組成物の製造方法。
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