JP5031131B2 - セメント混合材、セメント添加材、並びに混合セメントの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セメント混合材、該セメント混合材を粉砕してなるセメント添加材、並びに、混合セメントの製造方法に関する。
石炭火力発電所等で微粉炭を燃焼させた際に発生する石炭灰としては、煙道に設置した集塵器で捕集されるフライアッシュと、ボイラーの底部で回収されたものを砕いてなるクリンカーアッシュとがある。
このうち、フライアッシュは、従来より、コンクリートの流動性等を向上させるために、混合セメントの材料、または、セメント混和材として用いられている。
しかし、フライアッシュは、微粉末であり、発塵しやすい。このため、フライアッシュの保管には、発塵を防止しうるサイロ等の収容手段が必要である。
このうち、フライアッシュは、従来より、コンクリートの流動性等を向上させるために、混合セメントの材料、または、セメント混和材として用いられている。
しかし、フライアッシュは、微粉末であり、発塵しやすい。このため、フライアッシュの保管には、発塵を防止しうるサイロ等の収容手段が必要である。
一方、石炭灰を固化して、人工骨材等として用いる技術が提案されている。
一例として、石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とする石炭灰硬化物の製造方法が提案されている（特許文献１）。この製造方法によって得られる石炭灰硬化物は、人工骨材、敷き砂利、埋め戻し材、サンドコンパクション等に利用される。
他の例として、微粒子の石炭灰に重量で２％以上３０％以下のセメントを主体とした結合物と必要に応じて水を混合したものを造粒機に投入し水を添加しながら所定の粒状に形成された粒径５０ｍｍ以下の粒状体又は該粒状体を破砕してなる石炭灰固化物を土質材料の代替品として使用することを特徴とする石炭灰固化物の利用方法が提案されている（特許文献２）。ここでの「土質材料」の例として、裏込め材、盛土材、ドレーン材、コンパクション材が記載されている。
一例として、石炭灰とセメントを主体とする混合粉体を加水成形した後に、該成形物を回転式ドラムに投入し、加温・非乾燥下において転動させて養生硬化させることを特徴とする石炭灰硬化物の製造方法が提案されている（特許文献１）。この製造方法によって得られる石炭灰硬化物は、人工骨材、敷き砂利、埋め戻し材、サンドコンパクション等に利用される。
他の例として、微粒子の石炭灰に重量で２％以上３０％以下のセメントを主体とした結合物と必要に応じて水を混合したものを造粒機に投入し水を添加しながら所定の粒状に形成された粒径５０ｍｍ以下の粒状体又は該粒状体を破砕してなる石炭灰固化物を土質材料の代替品として使用することを特徴とする石炭灰固化物の利用方法が提案されている（特許文献２）。ここでの「土質材料」の例として、裏込め材、盛土材、ドレーン材、コンパクション材が記載されている。
上述のとおり、フライアッシュの保管には、サイロ等の収容手段が必要である。
しかし、例えば、フライアッシュを輸送先で保管するために、発塵を防止しうる密閉性の高いサイロ等の収容手段を新たに設けることは、保管コスト等の観点から、困難な場合がある。
また、フライアッシュの輸送時に、輸送車両に密閉性の高い収容手段を設けなくても、発塵させずに輸送することができれば、輸送コスト等の観点から、好都合である。
そこで、本発明は、密閉性の高いサイロ等の収容手段を用いなくても、混合セメントの材料等として用いるためのフライアッシュを、発塵させずに輸送及び保管することのできる技術を提供することを目的とする。
しかし、例えば、フライアッシュを輸送先で保管するために、発塵を防止しうる密閉性の高いサイロ等の収容手段を新たに設けることは、保管コスト等の観点から、困難な場合がある。
また、フライアッシュの輸送時に、輸送車両に密閉性の高い収容手段を設けなくても、発塵させずに輸送することができれば、輸送コスト等の観点から、好都合である。
そこで、本発明は、密閉性の高いサイロ等の収容手段を用いなくても、混合セメントの材料等として用いるためのフライアッシュを、発塵させずに輸送及び保管することのできる技術を提供することを目的とする。
本発明者は、フライアッシュ、セメント及び水を含む組成物の硬化体である造粒物を製造した後、当該造粒物として輸送及び保管し、セメント組成物の成分としての使用時（具体的には、混合セメントの材料としての使用時、または、セメント混和材としての使用時）に、この造粒物を粉砕すれば、前記の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［９］を提供する。
［１］ 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、フライアッシュ、セメント及び水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
［２］ 上記組成物がさらに石膏を含む、前記［１］に記載のセメント混合材。
［３］ 上記組成物がさらにセメントキルンダストを含む、前記［１］又は［２］に記載のセメント混合材。
［４］ 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、粉体として、フライアッシュ６０〜９９質量部、セメント１〜２０質量部、及び、石膏及び／又はセメントキルンダスト０〜２０質量部（ただし、フライアッシュとセメントと石膏の合計量は１００質量部である。）を含み、かつ、フライアッシュと、セメントと、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たり２〜３０質量部の水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
［５］ 上記組成物と同じ成分組成を有し、かつ、直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状に成形された供試体を用いて、該供試体の周面に対して該供試体の両側から線接触で加圧した場合に、該供試体の圧壊強度が５０Ｎ以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセメント混合材。
［６］ 前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント混合材を粉砕してなり、かつ、ブレーン比表面積が２，０００〜１０，０００ｃｍ2／ｇであることを特徴とするセメント添加材。
［７］ 前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント混合材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
［８］ 前記［６］に記載のセメント添加材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
［９］ 前記［６］に記載のセメント添加材と、ポルトランドセメントを混合して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
［１］ 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、フライアッシュ、セメント及び水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
［２］ 上記組成物がさらに石膏を含む、前記［１］に記載のセメント混合材。
［３］ 上記組成物がさらにセメントキルンダストを含む、前記［１］又は［２］に記載のセメント混合材。
［４］ 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、粉体として、フライアッシュ６０〜９９質量部、セメント１〜２０質量部、及び、石膏及び／又はセメントキルンダスト０〜２０質量部（ただし、フライアッシュとセメントと石膏の合計量は１００質量部である。）を含み、かつ、フライアッシュと、セメントと、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たり２〜３０質量部の水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
［５］ 上記組成物と同じ成分組成を有し、かつ、直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状に成形された供試体を用いて、該供試体の周面に対して該供試体の両側から線接触で加圧した場合に、該供試体の圧壊強度が５０Ｎ以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセメント混合材。
［６］ 前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント混合材を粉砕してなり、かつ、ブレーン比表面積が２，０００〜１０，０００ｃｍ2／ｇであることを特徴とするセメント添加材。
［７］ 前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント混合材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
［８］ 前記［６］に記載のセメント添加材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
［９］ 前記［６］に記載のセメント添加材と、ポルトランドセメントを混合して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
本発明によれば、密閉性の高いサイロ等の収容手段を用いなくても、混合セメントの材料等として用いるためのフライアッシュを、発塵させずに輸送及び保管することができる。例えば、保管時に、ストックヤードに土間置きしたり、屋外に野積みしても、発塵が生じない。
本発明は、フライアッシュの保管や搬送等のための設備を有しない工場におけるフライアッシュ混合セメントやフライアッシュ含有コンクリート等の製造に適用することができ、フライアッシュの有効活用を図ることができる。
本発明は、フライアッシュの保管や搬送等のための設備を有しない工場におけるフライアッシュ混合セメントやフライアッシュ含有コンクリート等の製造に適用することができ、フライアッシュの有効活用を図ることができる。
本発明のセメント混合材は、フライアッシュ、セメント及び水を含む組成物の硬化体である造粒物からなる。
本明細書中、「セメント混合材」とは、セメントと混合してセメント組成物を構成するための材料である。ここで、セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートである。
本発明で用いるフライアッシュとしては、特に限定されず、例えば、石炭火力発電所、石油精製工場、その他の化学工場等において微粉炭を燃焼させたときに発生する燃焼ガスから、集塵器によって捕集された微粉末が挙げられる。
本発明で用いるフライアッシュのブレーン比表面積は、特に限定されないが、例えば、２，５００〜６，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明で用いるセメントとしては、特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント等の混合セメントや、普通エコセメント等のその他のセメントが挙げられる。
中でも、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、普通エコセメント等は、早期強度発現性に優れ、本発明のセメント混合材の製造効率が高くなる観点から、好ましい。
本明細書中、「セメント混合材」とは、セメントと混合してセメント組成物を構成するための材料である。ここで、セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートである。
本発明で用いるフライアッシュとしては、特に限定されず、例えば、石炭火力発電所、石油精製工場、その他の化学工場等において微粉炭を燃焼させたときに発生する燃焼ガスから、集塵器によって捕集された微粉末が挙げられる。
本発明で用いるフライアッシュのブレーン比表面積は、特に限定されないが、例えば、２，５００〜６，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明で用いるセメントとしては、特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント等の混合セメントや、普通エコセメント等のその他のセメントが挙げられる。
中でも、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、普通エコセメント等は、早期強度発現性に優れ、本発明のセメント混合材の製造効率が高くなる観点から、好ましい。
本発明においては、前記の組成物の成分として、さらに、石膏とセメントキルンダストのいずれか一方または両方（本明細書中、「石膏及び／又はセメントキルンダスト」ともいう。）を用いることが好ましい。適当な量の石膏及び／又はセメントキルンダストを配合することによって、本発明のセメント混合材の圧壊強度等を高めることができる。
本発明で用いる石膏としては、特に限定されず、無水石膏、二水石膏、半水石膏から選ばれる一種または二種以上を用いることができる。なお、石膏は、天然石膏でもよいし、人工的に製造または副生した化学石膏（例えば、排煙脱硫石膏、リン酸石膏等）でもよい。
石膏のブレーン比表面積は、造粒物の製造の容易性、及び、造粒物の圧壊強度等の観点から、好ましくは３，０００〜１０，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明で用いるセメントキルンダストは、セメントクリンカを製造する際に、セメントキルンから排出された燃焼ガスに含まれるダストである。本発明において、「セメントキルンダスト」の概念の中に、塩素バイパスダストも含まれる。塩素バイパスダストとは、セメントキルンに付設された塩素バイパスによって回収されたダストをいう。
セメントキルンダストは、化学成分として、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｃｌ、ＳＯ3、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ等を含む。本発明においては、本発明のセメント混合材を含む混合セメントの長期強度発現性の観点から、Ｋ2Ｏの含有率が５〜４０質量％、Ｃｌの含有率が５〜３０質量％、ＳＯ3の含有率が５〜２０質量％であるセメントキルンダスト、特に塩素バイパスダストを用いることが好ましい。
セメントキルンダストのブレーン比表面積は、造粒物の製造の容易性、及び、造粒物の圧壊強度等の観点から、好ましくは３，０００〜２０，０００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは４，０００〜１９，０００ｃｍ2／ｇ、特に好ましくは５，０００〜１８，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明において、前記の各粉体（フライアッシュ、セメント、石膏）以外の他の粉体を用いることもできる。他の粉体としては、シリカフューム、高炉スラグ微粉末等が挙げられる。
本発明において、必要に応じて、減水剤、増粘剤等の添加剤を用いてもよい。
本発明で用いる石膏としては、特に限定されず、無水石膏、二水石膏、半水石膏から選ばれる一種または二種以上を用いることができる。なお、石膏は、天然石膏でもよいし、人工的に製造または副生した化学石膏（例えば、排煙脱硫石膏、リン酸石膏等）でもよい。
石膏のブレーン比表面積は、造粒物の製造の容易性、及び、造粒物の圧壊強度等の観点から、好ましくは３，０００〜１０，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明で用いるセメントキルンダストは、セメントクリンカを製造する際に、セメントキルンから排出された燃焼ガスに含まれるダストである。本発明において、「セメントキルンダスト」の概念の中に、塩素バイパスダストも含まれる。塩素バイパスダストとは、セメントキルンに付設された塩素バイパスによって回収されたダストをいう。
セメントキルンダストは、化学成分として、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｃｌ、ＳＯ3、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ等を含む。本発明においては、本発明のセメント混合材を含む混合セメントの長期強度発現性の観点から、Ｋ2Ｏの含有率が５〜４０質量％、Ｃｌの含有率が５〜３０質量％、ＳＯ3の含有率が５〜２０質量％であるセメントキルンダスト、特に塩素バイパスダストを用いることが好ましい。
セメントキルンダストのブレーン比表面積は、造粒物の製造の容易性、及び、造粒物の圧壊強度等の観点から、好ましくは３，０００〜２０，０００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは４，０００〜１９，０００ｃｍ2／ｇ、特に好ましくは５，０００〜１８，０００ｃｍ2／ｇである。
本発明において、前記の各粉体（フライアッシュ、セメント、石膏）以外の他の粉体を用いることもできる。他の粉体としては、シリカフューム、高炉スラグ微粉末等が挙げられる。
本発明において、必要に応じて、減水剤、増粘剤等の添加剤を用いてもよい。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中のフライアッシュの配合量は、好ましくは６０〜９９質量部、より好ましくは７０〜９６質量部、特に好ましくは７８〜９４質量部である。該量が６０質量部未満では、フライアッシュを発塵させずに輸送または保管しようとする本発明の目的を十分に達成することができないことがある。該量が９９質量部を超えると、セメントの量が過小となり、圧壊強度等が低下することがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中のセメントの配合量は、好ましくは１〜２０質量部、より好ましくは３〜１５質量部、特に好ましくは４〜１２質量部である。該量が１質量部未満では、圧壊強度等が低下し、輸送または保管中に発塵するおそれがある。該量が２０質量部を超えると、圧壊強度等が過大となり、本発明のセメント混合材の使用時の粉砕が困難になることがあり、また、本発明のセメント混合材の製造コストが増大する。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中のセメントの配合量は、好ましくは１〜２０質量部、より好ましくは３〜１５質量部、特に好ましくは４〜１２質量部である。該量が１質量部未満では、圧壊強度等が低下し、輸送または保管中に発塵するおそれがある。該量が２０質量部を超えると、圧壊強度等が過大となり、本発明のセメント混合材の使用時の粉砕が困難になることがあり、また、本発明のセメント混合材の製造コストが増大する。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中の石膏の配合量は、好ましくは０〜２０質量部、より好ましくは１〜１５質量部、特に好ましくは２〜１０質量部である。該量が２０質量部を超えると、セメント混合材の製造時の凝結時間が長くなり、セメント混合材の製造効率が低下することがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中のセメントキルンダストの配合量は、好ましくは０〜５質量部、より好ましくは０．５〜３質量部、特に好ましくは０．８〜２．５質量部である。該量が５質量部を超えると、セメント混合材やセメント混合材を粉砕してなるセメント添加材中の塩素の量が多くなり、セメント混合材に由来する粉体を含む混合セメント中の塩素量が多くなることがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たりの他の粉体（例えば、シリカフューム等）の配合量は、好ましくは０〜２０質量部、より好ましくは０〜１０質量部、特に好ましくは０〜５質量部である。該量が２０質量部を超えると、セメント混合材中のフライアッシュの割合が小さくなり、フライアッシュを発塵させずに輸送または保管しようとする本発明の目的を十分に達成することができないことがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部中のセメントキルンダストの配合量は、好ましくは０〜５質量部、より好ましくは０．５〜３質量部、特に好ましくは０．８〜２．５質量部である。該量が５質量部を超えると、セメント混合材やセメント混合材を粉砕してなるセメント添加材中の塩素の量が多くなり、セメント混合材に由来する粉体を含む混合セメント中の塩素量が多くなることがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たりの他の粉体（例えば、シリカフューム等）の配合量は、好ましくは０〜２０質量部、より好ましくは０〜１０質量部、特に好ましくは０〜５質量部である。該量が２０質量部を超えると、セメント混合材中のフライアッシュの割合が小さくなり、フライアッシュを発塵させずに輸送または保管しようとする本発明の目的を十分に達成することができないことがある。
フライアッシュ、セメント、及び、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たりの水の配合量は、好ましくは２〜３５質量部、より好ましくは３〜３０質量部、より好ましくは５〜２５質量部、特に好ましくは１０〜２０質量部である。該量が２質量部未満では、造粒して本発明のセメント混合材を製造することが困難な場合があり、また、本発明の混合材の輸送または保管時に、混合材が崩壊し、発塵するおそれがある。該量が３５質量部を超えると、造粒時に、フライアッシュ等を含む組成物が、造粒装置等に付着するなど、製造上の問題を生じることがある。
前記の各材料を含む組成物の硬化体である造粒物の大きさは、好ましくは１〜６０ｍｍ、より好ましくは３〜５０ｍｍ、特に好ましくは５〜４０ｍｍである。該大きさが１ｍｍ未満または６０ｍｍを超えると、ベルトコンベアー等の搬送手段による搬送、トラック、船等の輸送手段による輸送、または保管時の取り扱いが困難なことがある。なお、「造粒物の大きさ」とは、造粒物の最大寸法（例えば、断面が楕円形である場合には長軸の長さ）をいう。
造粒物の形状は、特に限定されないが、角がないものほど輸送及び保管時の擦り減りが少なく、発塵を防止することができるので、好ましい。このような好ましい形状として、球状、楕円球状、円柱状等が挙げられる。
造粒物の形状は、特に限定されないが、角がないものほど輸送及び保管時の擦り減りが少なく、発塵を防止することができるので、好ましい。このような好ましい形状として、球状、楕円球状、円柱状等が挙げられる。
造粒物（本発明のセメント混合材）は、該造粒物と同じ成分組成を有し、かつ、直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状に成形された供試体を用いて、該供試体の周面に対して該供試体の両側から線接触で加圧した場合に、該供試体の圧壊強度が５０Ｎ以上であるような強度を有することが好ましい。
前記の圧壊強度は、本発明のセメント混合材の発塵を防止する効果を高める観点から、好ましくは５０Ｎ以上、より好ましくは１００Ｎ以上、より好ましくは１５０Ｎ以上、特に好ましくは２００Ｎ以上である。
前記の圧壊強度の上限値は、該圧壊強度が大き過ぎると、本発明のセメント混合材の使用時の粉砕が困難になる観点から、好ましくは２，０００Ｎ、より好ましくは１，５００Ｎ、さらに好ましくは１，０００Ｎ、さらに好ましくは８００Ｎ、特に好ましくは５００Ｎである。
前記の圧壊強度は、本発明のセメント混合材の発塵を防止する効果を高める観点から、好ましくは５０Ｎ以上、より好ましくは１００Ｎ以上、より好ましくは１５０Ｎ以上、特に好ましくは２００Ｎ以上である。
前記の圧壊強度の上限値は、該圧壊強度が大き過ぎると、本発明のセメント混合材の使用時の粉砕が困難になる観点から、好ましくは２，０００Ｎ、より好ましくは１，５００Ｎ、さらに好ましくは１，０００Ｎ、さらに好ましくは８００Ｎ、特に好ましくは５００Ｎである。
次に、本発明のセメント混合材の製造方法について説明する。
本発明のセメント混合材は、前記の各材料（フライアッシュ、セメント、水等）を混合した後、得られた混合物を造粒し、次いで、得られた造粒物を必要に応じて養生することによって得ることができる。
各材料の混合は、例えば、ペーストを調製するための汎用の混練機を用いて行なうことができる。この場合、各材料は、一括して混練機に投入してもよいし、別々に混練機に投入してもよい。別々に投入する場合の各材料の投入順序は、特に限定されないが、例えば、粉体である各材料を混合した後、得られた混合物に水を加えて混練することが挙げられる。
また、各材料の混合は、造粒装置において、造粒と同時に行なってもよい。
造粒装置としては、特に限定されず、例えば、パンペレタイザー、ブリケットマシン、ロールプレス、押し出し成型機、パグミル等が挙げられる。造粒後に、回転ドラム、ミキサ、篩等を用いて、整粒を行なってもよい。
造粒時に生じた微粉は、ふるい分けによって除去して、再度、造粒物の材料として用いることができる。この場合、発塵の防止の効果をより高めることができる。
本発明のセメント混合材は、前記の各材料（フライアッシュ、セメント、水等）を混合した後、得られた混合物を造粒し、次いで、得られた造粒物を必要に応じて養生することによって得ることができる。
各材料の混合は、例えば、ペーストを調製するための汎用の混練機を用いて行なうことができる。この場合、各材料は、一括して混練機に投入してもよいし、別々に混練機に投入してもよい。別々に投入する場合の各材料の投入順序は、特に限定されないが、例えば、粉体である各材料を混合した後、得られた混合物に水を加えて混練することが挙げられる。
また、各材料の混合は、造粒装置において、造粒と同時に行なってもよい。
造粒装置としては、特に限定されず、例えば、パンペレタイザー、ブリケットマシン、ロールプレス、押し出し成型機、パグミル等が挙げられる。造粒後に、回転ドラム、ミキサ、篩等を用いて、整粒を行なってもよい。
造粒時に生じた微粉は、ふるい分けによって除去して、再度、造粒物の材料として用いることができる。この場合、発塵の防止の効果をより高めることができる。
造粒物の養生は、造粒後に養生しなくても早期に目標とする圧壊強度が得られるのであれば不要であるが、必要に応じて、行なうことができる。
養生の期間は、特に限定されないが、強度を増大させて発塵を防止する観点から、好ましくは１時間以上、より好ましくは３時間以上、特に好ましくは６時間以上である。養生の期間の上限は、特に限定されないが、製造効率の観点から、好ましくは３０日以内、より好ましくは１０日以内、特に好ましくは５日以内である。
養生の方法としては、特に限定されず、封乾養生、風乾養生（気乾養生）、湿空養生、、蒸気養生、加熱乾燥養生等が挙げられる。中でも、強度の増大の観点から、封乾養生、湿空養生（相対湿度８０％以上）等が好ましい。早期強度発現性を向上させたい場合は、蒸気養生や加熱養生が好ましい。封乾養生や風乾養生等の温度は、例えば、室温（例えば、５〜４０℃）であり、蒸気養生や加熱乾燥養生の温度は３０〜４００℃である。
養生の期間は、特に限定されないが、強度を増大させて発塵を防止する観点から、好ましくは１時間以上、より好ましくは３時間以上、特に好ましくは６時間以上である。養生の期間の上限は、特に限定されないが、製造効率の観点から、好ましくは３０日以内、より好ましくは１０日以内、特に好ましくは５日以内である。
養生の方法としては、特に限定されず、封乾養生、風乾養生（気乾養生）、湿空養生、、蒸気養生、加熱乾燥養生等が挙げられる。中でも、強度の増大の観点から、封乾養生、湿空養生（相対湿度８０％以上）等が好ましい。早期強度発現性を向上させたい場合は、蒸気養生や加熱養生が好ましい。封乾養生や風乾養生等の温度は、例えば、室温（例えば、５〜４０℃）であり、蒸気養生や加熱乾燥養生の温度は３０〜４００℃である。
本発明のセメント混合材を用いて、混合セメントを製造する方法の一例としては、本発明のセメント混合材とクリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得る方法が挙げられる。具体的には、（１）セメント混合材とクリンカを混合し、該混合物を輸送及び／又は保管（典型的には、輸送後に保管；以下、同様である。）し、次いで、上記混合物を粉砕しても良いし、（２）セメント混合材を輸送及び／又は保管した後、該セメント混合材とクリンカを混合し、次いで、得られた混合物を粉砕しても良い。
前記の（１）の方法は、輸送先または保管先が、クリンカを製造していない工場である場合に適しており、本発明のセメント混合材とクリンカを輸送及び／又は保管する前に混合するので、輸送先または保管先に、フライアッシュの保管用の新たな設備を設置しなくても混合セメントを製造することができるうえ、粉砕するだけで混合セメントを製造することができ、品質の管理が容易であるという利点がある。
前記の（２）の方法は、輸送先または保管先がクリンカ製造工場である場合に適しており、本発明のセメント混合材のみを輸送及び／又は保管するので、輸送及び／又は保管のための手段を小さくすることができるという利点がある。
なお、本発明のセメント混合材は、降雨等によるアルカリ性の浸出水の浸出を防止するために、屋内で保管することが好ましい。
前記の（１）の方法は、輸送先または保管先が、クリンカを製造していない工場である場合に適しており、本発明のセメント混合材とクリンカを輸送及び／又は保管する前に混合するので、輸送先または保管先に、フライアッシュの保管用の新たな設備を設置しなくても混合セメントを製造することができるうえ、粉砕するだけで混合セメントを製造することができ、品質の管理が容易であるという利点がある。
前記の（２）の方法は、輸送先または保管先がクリンカ製造工場である場合に適しており、本発明のセメント混合材のみを輸送及び／又は保管するので、輸送及び／又は保管のための手段を小さくすることができるという利点がある。
なお、本発明のセメント混合材は、降雨等によるアルカリ性の浸出水の浸出を防止するために、屋内で保管することが好ましい。
本発明のセメント混合材を用いて、混合セメントを製造する方法の他の例としては、本発明のセメント混合材の粉砕物（セメント添加材）を用いて、混合セメントを得る方法が挙げられる。具体的には、（１）本発明のセメント混合材を粉砕して得られるセメント添加材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ても良いし、（２）本発明のセメント混合材を粉砕して得られるセメント添加材と、ポルトランドセメントを混合して、混合セメントを得ても良い。
上記（２）の方法は、特定の種類の混合セメントを少量のみ製造する場合（特に、セメント添加材の添加量を変更して、少量の混合セメントを製造する場合）や、粉砕設備を設置していないコンクリート工場にてセメント添加材を使用する場合に適している。
上記（２）の方法は、特定の種類の混合セメントを少量のみ製造する場合（特に、セメント添加材の添加量を変更して、少量の混合セメントを製造する場合）や、粉砕設備を設置していないコンクリート工場にてセメント添加材を使用する場合に適している。
混合セメントの製造において、本発明のセメント混合材と、クリンカもしくはポルトランドセメントとの混合物中の本発明のセメント混合材の割合は、好ましくは５〜４０質量％、より好ましくは７〜３０質量％である。該割合が５質量％未満では、混合セメント中のフライアッシュの量が少なく、フライアッシュの有効活用が困難となる。該割合が４０質量％を超えると、強度発現性が低下することがある。
本発明において、混合セメントのブレーン比表面積は、作業性や圧縮強度等の観点から、好ましくは２，０００〜５，０００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは２，５００〜４，７００ｃｍ2／ｇである。
本発明の混合セメントは、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュをそのままセメント添加材として用いたフライアッシュセメントのブレーン比表面積よりも、５００〜１，０００ｃｍ2／ｇ大きくなるように粉砕すれば、該フライアッシュセメントと同等以上の圧縮強度を得ることができる。
本発明の混合セメントは、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュをそのままセメント添加材として用いたフライアッシュセメントのブレーン比表面積よりも、５００〜１，０００ｃｍ2／ｇ大きくなるように粉砕すれば、該フライアッシュセメントと同等以上の圧縮強度を得ることができる。
本発明のセメント混合材を粉砕してなるセメント添加材は、セメント混和材（換言すると、コンクリート、モルタル等の材料としてセメント、水、細骨材等と共に使用される材料）として用いることもできる。
本発明のセメント混合材を粉砕してなる混合セメント用セメント添加材及びセメント混和材は、本発明のセメント混合材をブレーン比表面積が２，０００ｃｍ2／ｇ以上となるように粉砕してなるものである。
該ブレーン比表面積は、圧縮強度の向上等の観点から、好ましくは２，５００ｃｍ2／ｇ以上、より好ましくは３，０００ｃｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは３，５００ｃｍ2／ｇ以上、特に好ましくは３，８００ｃｍ2／ｇ以上である。該ブレーン比表面積の上限値は、特に限定されないが、粉砕の効率の観点から、好ましくは１０，０００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは８，０００ｃｍ2／ｇ、特に好ましくは６，０００ｃｍ2／ｇである。
該ブレーン比表面積は、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュのブレーン比表面積の値と同じかまたは大きいことが好ましい。例えば、５００〜１，０００ｃｍ2／ｇ大きくなるように粉砕すれば、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュをそのままセメント混和材として用いた場合と同等以上の圧縮強度を得ることができる。
本発明のセメント混合材を粉砕してなる混合セメント用セメント添加材及びセメント混和材は、本発明のセメント混合材をブレーン比表面積が２，０００ｃｍ2／ｇ以上となるように粉砕してなるものである。
該ブレーン比表面積は、圧縮強度の向上等の観点から、好ましくは２，５００ｃｍ2／ｇ以上、より好ましくは３，０００ｃｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは３，５００ｃｍ2／ｇ以上、特に好ましくは３，８００ｃｍ2／ｇ以上である。該ブレーン比表面積の上限値は、特に限定されないが、粉砕の効率の観点から、好ましくは１０，０００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは８，０００ｃｍ2／ｇ、特に好ましくは６，０００ｃｍ2／ｇである。
該ブレーン比表面積は、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュのブレーン比表面積の値と同じかまたは大きいことが好ましい。例えば、５００〜１，０００ｃｍ2／ｇ大きくなるように粉砕すれば、セメント混合材の製造時の材料であるフライアッシュをそのままセメント混和材として用いた場合と同等以上の圧縮強度を得ることができる。
本発明のセメント混合材を粉砕してなるセメント混和材を用いる場合、セメントと該セメント混和材の合計量中の該セメント混和材の割合は、好ましくは５〜４０質量％、より好ましくは７〜３０質量％である。該割合が５質量％未満では、フライアッシュの使用量が少なく、フライアッシュの有効活用が困難となる。該割合が４０質量％を超えると、強度発現性が低下することがある。
[実施例１]
フライアッシュ（ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ2／ｇ）９５質量部、普通ポルトランドセメント５質量部、及び、フライアッシュと普通ポルトランドセメントの合計量１００質量部当たり１０質量部の水を混合した後、得られた混合物を成型機に投入し、２０℃で４日間（９６時間）、封乾養生した。封乾養生後、成型機から取り出した供試体（直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状の成形体）を、図１に示すようにオートグラフに載置し、圧壊強度を測定した。なお、図１中、供試体１は、オートグラフ（圧縮試験機）２を構成する上側の部材３の平坦な下面と下側の部材４の平坦な上面の間に挟まれた状態で載置され、上下方向の圧縮力を受けることによって、圧壊強度を測定される。
フライアッシュ（ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ2／ｇ）９５質量部、普通ポルトランドセメント５質量部、及び、フライアッシュと普通ポルトランドセメントの合計量１００質量部当たり１０質量部の水を混合した後、得られた混合物を成型機に投入し、２０℃で４日間（９６時間）、封乾養生した。封乾養生後、成型機から取り出した供試体（直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状の成形体）を、図１に示すようにオートグラフに載置し、圧壊強度を測定した。なお、図１中、供試体１は、オートグラフ（圧縮試験機）２を構成する上側の部材３の平坦な下面と下側の部材４の平坦な上面の間に挟まれた状態で載置され、上下方向の圧縮力を受けることによって、圧壊強度を測定される。
［実施例２〜５、比較例１］
表１に示すように各材料の配合量を変えた以外は実施例１と同様にして実験した。
なお、以下の表中の「キルンダスト」は、「セメントキルンダスト（ブレーン比表面積：１０，０００ｃｍ2／ｇ、Ｋ2Ｏの含有率：１７質量％、Ｃｌの含有率：１１質量％、ＳＯ3の含有率：１０質量％、ＣａＯの含有率：４８質量％、ＳｉＯ2の含有率：６質量％）」を意味する。
［実施例６〜１０］
表１に示すように各材料の配合量を変え、かつ、養生方法を、一次養生として２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、二次養生として２０℃で３日間（７２時間）、風乾養生する方法に変えた以外は実施例１と同様にして実験した。
なお、実施例６〜７、１０で用いた石膏は、無水石膏である。
以上の結果を表１に示す。表１から、本発明のセメント混合材（実施例１〜１０）は、本発明に該当しないセメント混合材（比較例１）に比べて、圧壊強度が非常に大きいことがわかる。
表１に示すように各材料の配合量を変えた以外は実施例１と同様にして実験した。
なお、以下の表中の「キルンダスト」は、「セメントキルンダスト（ブレーン比表面積：１０，０００ｃｍ2／ｇ、Ｋ2Ｏの含有率：１７質量％、Ｃｌの含有率：１１質量％、ＳＯ3の含有率：１０質量％、ＣａＯの含有率：４８質量％、ＳｉＯ2の含有率：６質量％）」を意味する。
［実施例６〜１０］
表１に示すように各材料の配合量を変え、かつ、養生方法を、一次養生として２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、二次養生として２０℃で３日間（７２時間）、風乾養生する方法に変えた以外は実施例１と同様にして実験した。
なお、実施例６〜７、１０で用いた石膏は、無水石膏である。
以上の結果を表１に示す。表１から、本発明のセメント混合材（実施例１〜１０）は、本発明に該当しないセメント混合材（比較例１）に比べて、圧壊強度が非常に大きいことがわかる。
［実施例１１］
表２に示すように、実施例１で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を調製した後、２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、さらに、２０℃で６日間、風乾養生した。得られた成形体を６０℃で１時間乾燥させた後、ブレーン比表面積が４，０２０ｃｍ2／ｇになるように粉砕し、粉砕物を得た。
「ＪＩＳ Ａ ６２０１ コンクリート用フライアッシュ」に従って、前記の粉砕物２５質量部と、普通ポルトランドセメント７５質量部と、前記の粉砕物と普通ポルトランドセメントの合計量１００質量部当たり５０質量部の水と、砂セメント比（砂／セメントの質量比）が３になる量の砂を混合して、この組成物を、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの収容空間を有する型枠内に充填し、モルタルを調製した。
このモルタルの材齢７日及び２８日の各時点における圧縮強さを測定した。
表２に示すように、実施例１で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を調製した後、２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、さらに、２０℃で６日間、風乾養生した。得られた成形体を６０℃で１時間乾燥させた後、ブレーン比表面積が４，０２０ｃｍ2／ｇになるように粉砕し、粉砕物を得た。
「ＪＩＳ Ａ ６２０１ コンクリート用フライアッシュ」に従って、前記の粉砕物２５質量部と、普通ポルトランドセメント７５質量部と、前記の粉砕物と普通ポルトランドセメントの合計量１００質量部当たり５０質量部の水と、砂セメント比（砂／セメントの質量比）が３になる量の砂を混合して、この組成物を、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの収容空間を有する型枠内に充填し、モルタルを調製した。
このモルタルの材齢７日及び２８日の各時点における圧縮強さを測定した。
［実施例１２］
粉砕物のブレーン比表面積が４，７００ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１３］
実施例２で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１４］
実施例６で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１５］
実施例７で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１６］
実施例８で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用い、かつ、粉砕物のブレーン比表面積が４，０５０ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１７］
実施例９で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用い、かつ、粉砕物のブレーン比表面積が４，０２０ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［参考例１］
前記の粉砕物に代えて、実施例１で用いたものと同じフライアッシュ（ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ2／ｇ）を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
以上の結果を表２に示す。表２から、本発明のセメント混合材の粉砕物（実施例１１〜１７）をセメント添加材として用いた場合に、参考例１と同程度の圧縮強さが得られることがわかる。
粉砕物のブレーン比表面積が４，７００ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１３］
実施例２で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１４］
実施例６で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１５］
実施例７で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１６］
実施例８で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用い、かつ、粉砕物のブレーン比表面積が４，０５０ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［実施例１７］
実施例９で用いた供試体と同様の成分組成を有する混合物を用い、かつ、粉砕物のブレーン比表面積が４，０２０ｃｍ2／ｇになるように粉砕した以外は実施例１１と同様にして実験した。
［参考例１］
前記の粉砕物に代えて、実施例１で用いたものと同じフライアッシュ（ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ2／ｇ）を用いた以外は実施例１１と同様にして実験した。
以上の結果を表２に示す。表２から、本発明のセメント混合材の粉砕物（実施例１１〜１７）をセメント添加材として用いた場合に、参考例１と同程度の圧縮強さが得られることがわかる。
［実施例１８、比較例２］
実施例１６と同じ配合のモルタルの材齢７日、２８日、６ケ月及び１２ケ月の各時点における圧縮強さを測定した。
一方、比較例２として、普通ポルトランドセメント７５質量部と、混合物（実施例１のフライアッシュ９０質量部、普通ポルトランドセメント９質量部、及び、実施例８のキルンダスト１質量部の混合物）２５質量部を混合してセメント組成物を製造した。該セメント組成物を使用して、実施例１１と同じ配合のモルタルを調製し、該モルタルの材齢７日、２８日、６ケ月及び１２ケ月の各時点における圧縮強さを測定した。
その結果を表３に示す。表３から、本発明のセメント混合材の粉砕物（実施例１８）をセメント添加材として用いた場合、比較例２の混合物（造粒していないもの）よりも長期強度発現性が優れることがわかる。
実施例１６と同じ配合のモルタルの材齢７日、２８日、６ケ月及び１２ケ月の各時点における圧縮強さを測定した。
一方、比較例２として、普通ポルトランドセメント７５質量部と、混合物（実施例１のフライアッシュ９０質量部、普通ポルトランドセメント９質量部、及び、実施例８のキルンダスト１質量部の混合物）２５質量部を混合してセメント組成物を製造した。該セメント組成物を使用して、実施例１１と同じ配合のモルタルを調製し、該モルタルの材齢７日、２８日、６ケ月及び１２ケ月の各時点における圧縮強さを測定した。
その結果を表３に示す。表３から、本発明のセメント混合材の粉砕物（実施例１８）をセメント添加材として用いた場合、比較例２の混合物（造粒していないもの）よりも長期強度発現性が優れることがわかる。
［実施例１９］
表４に示すように、フライアッシュ９０質量部、普通ポルトランドセメント５質量部、無水石膏５質量部、及び、フライアッシュと普通ポルトランドセメントと無水石膏の合計量１００質量部当たり２０質量部の水を混合して、混合物を得たこと、及び、養生方法を、一次養生として２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、二次養生として２０℃で６日間、風乾養生する方法に変えたこと以外は実施例１と同様にして実験した。
［実施例２０］
無水石膏に代えて二水石膏を用いた以外は実施例１９と同様にして実験した。
以上の結果を表４に示す。表４から、石膏として、無水石膏と二水石膏のいずれを用いた場合であっても、大きな圧壊強度を有する硬化体が得られることがわかる。
表４に示すように、フライアッシュ９０質量部、普通ポルトランドセメント５質量部、無水石膏５質量部、及び、フライアッシュと普通ポルトランドセメントと無水石膏の合計量１００質量部当たり２０質量部の水を混合して、混合物を得たこと、及び、養生方法を、一次養生として２０℃で１日間（２４時間）、封乾養生し、二次養生として２０℃で６日間、風乾養生する方法に変えたこと以外は実施例１と同様にして実験した。
［実施例２０］
無水石膏に代えて二水石膏を用いた以外は実施例１９と同様にして実験した。
以上の結果を表４に示す。表４から、石膏として、無水石膏と二水石膏のいずれを用いた場合であっても、大きな圧壊強度を有する硬化体が得られることがわかる。
１ 供試体
２ 圧縮試験機（オートグラフ）
３ 上側の部材
４ 下側の部材
２ 圧縮試験機（オートグラフ）
３ 上側の部材
４ 下側の部材
Claims (9)
- 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、フライアッシュ、セメント及び水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
- 上記組成物がさらに石膏を含む請求項１に記載のセメント混合材。
- 上記組成物がさらにセメントキルンダストを含む請求項１又は２に記載のセメント混合材。
- 使用時に粉砕してセメント組成物の成分として用いるためのセメント混合材であって、粉体として、フライアッシュ６０〜９９質量部、セメント１〜２０質量部、及び、石膏及び／又はセメントキルンダスト０〜２０質量部（ただし、フライアッシュとセメントと石膏の合計量は１００質量部である。）を含み、かつ、フライアッシュと、セメントと、石膏及び／又はセメントキルンダストの合計量１００質量部当たり２〜３０質量部の水を含む組成物の硬化体である造粒物からなることを特徴とするセメント混合材。
- 上記組成物と同じ成分組成を有し、かつ、直径が３０ｍｍで厚みが１５ｍｍの円盤状に成形された供試体を用いて、該供試体の周面に対して該供試体の両側から線接触で加圧した場合に、該供試体の圧壊強度が５０Ｎ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント混合材。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント混合材を粉砕してなり、かつ、ブレーン比表面積が２，０００〜１０，０００ｃｍ2／ｇであることを特徴とするセメント添加材。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント混合材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
- 請求項６に記載のセメント添加材と、クリンカを混合した後、得られた混合物を粉砕して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
- 請求項６に記載のセメント添加材と、ポルトランドセメントを混合して、混合セメントを得ることを特徴とする混合セメントの製造方法。
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