JP7241535B2 - セメント組成物、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
高炉セメントは、産業副産物である高炉スラグを最大で70質量%含み、その分、クリンカーの使用量(ひいては生産量)を削減できるため、高炉スラグの再資源化、クリンカーの焼成時における二酸化炭素の排出削減、およびクリンカーの主原料である石灰石等の天然資源の節約など、多方面で環境保護に貢献できる。
そして、高炉セメントの中で最も多用されている高炉セメントB種(高炉スラグを約40質量%含有する。)を例にとれば、高炉スラグの製造にかかわる石灰石の使用量とCO2の排出量をゼロとした場合、該セメントにおける石灰石とCO2の削減率を試算すると、削減効果は、普通ポルトランドセメント(以下「普通セメント」という。)に比べ、いずれも40%程度と高いと云われている。
したがって、一定以上の高炉セメントの強度発現性を保証するため、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」では、コンクリート等の混和材料に用いる高炉スラグの活性度指数を、モルタルの材齢7日で55以上、材齢28日で75以上と規定する。よって、該値を満たさない高炉スラグは、コンクリート等の混和材料として適さず、コンクリート等に混合できない。
例えば、特許文献1では、高炉スラグ含有セメントと塩素バイパスダストを含むセメント組成物が提案されている。しかし、該セメント組成物中の塩素バイパスダストの含有率が5%を超えると、塩素バイパスダストに由来するアルカリが過多となり、アルカリ骨材反応によるコンクリートのひび割れが発生するおそれがある。
また、特許文献2では、高炉水滓を400~700℃で5~30分間急熱処理した後に、100℃以下に急冷した高炉水滓と、これを含む低発熱セメントが提案されている。しかし、この方法では、高炉水滓の急熱処理と急冷処理を続けて行うため、熱の利用効率が悪く実用的ではない。
例えば、特許文献3では、MgOやTiO2等の含有量を調整することにより、色調を特定の範囲に調整したクリンカーが提案されている(請求項1、段落0045等)。
以上のように、高炉スラグをセメント用混合材として用いる場合、セメントの強度発現性の低下や色調の変動が課題になっていた。
SO3を0.88~1.10質量%、MgOを1.49~2.82質量%、およびMnOを 0.16~0.68質量%含むセメントクリンカー100質量部に対し、二水石膏をSO3換算で0.5~2.5質量部含み、かつ、
ハンター表示系のL値が48.7~53.5、a値が-2.0~-1.1、および、b値が6.5~7.8であり、
モルタルの圧縮強さが、材齢3日で24.7N/mm 2 以上、材齢7日で42.8N/mm 2 以上、および、材齢28日で61.1N/mm 2 以上である
ことを特徴とする、セメント組成物。
[2]前記セメント組成物のブレーン比表面積が2000~8000cm2/gである、前記[1]に記載のセメント組成物。
[3]下記(1)式に示す硫酸塩飽和度が1.38~7.80、MgOの含有率が3.70~8.50質量%、SO3の含有率が0.01~2.93質量%である高炉スラグを1.9~277.0kg/クリンカー1t、
転炉スラグを42.4~88.6kg/クリンカー1t、
石灰石を928.7~1166.8kg/クリンカー1t、
フライアッシュを6.8~162.0kg/クリンカー1t、および、
珪石を69.1~107.1kg/クリンカー1tを、
原料に用いて焼成して得たセメントクリンカー100質量部に対し、
二水石膏をSO3換算で0.5~2.5質量部添加して粉砕して、前記[1]または[2]に記載のセメント組成物を製造する、セメント組成物の製造方法。
硫酸塩飽和度=SO3/(1.292×Na2O+0.85×K2O) ・・・(1)
ただし、前記式中の化学式は、該化学式が表す化合物の含有率(質量%)を表す。
また、本発明のセメント組成物は、産業副産物(高炉スラグ)の再資源化、クリンカーの焼成時における二酸化炭素の排出削減、および天然資源の節約に資することができる。
本発明のセメント組成物は、SO3を0.1~1.3質量%、MgOを1.4~3.2質量%、およびMnOを0.1~0.7質量%含むセメントクリンカー100質量部に対し、石膏をSO3換算で0.5~7質量部含む、セメント組成物である。
SO3、MgO、およびMnOの含有率が前記範囲内にあれば、セメント組成物の色調はポルトランドセメントと同程度になる。また、石膏の含有率が前記範囲内にあれば、強度発現性は、同じく、ポルトランドセメントと同程度になる。なお、SO3の含有率は、好ましくは0.2~1.2質量%、より好ましくは0.3~1.1質量%であり、MgOの含有率は、好ましくは1.5~3.0質量%、より好ましくは1.6~2.9質量%であり、MnOの含有率は、好ましくは0.15~0.60質量%、より好ましくは0.20~0.55質量%であり、また、石膏の含有率はSO3換算で、好ましくは0.6~6.8質量%、より好ましくは0.7~ 6.5質量%である。
また、前記セメント組成物のブレーン比表面積は、強度発現性や作業性の向上、および製造コストの削減等から、好ましくは2000~8000cm2/gである。なお、前記ブレーン比表面積の下限は、より好ましくは2700cm2/g、さらに好ましくは2800m2/gであり、その上限は、より好ましくは7000cm2/g、さらに好ましくは6000cm2/gである。
本発明のセメント組成物の製造方法は、前記(1)式に示す硫酸塩飽和度が0.02~9.5、MgOの含有率が8.5質量%未満、SO3の含有率が0.01~2.8質量%である高炉スラグを原料に用いて焼成して得たセメントクリンカーと石膏を粉砕して、ハンター表示系のL値が47~57、a値が-3.0~3.0、およびb値が6.5~8.5であるセメント組成物を製造する方法である。
ここで、硫酸塩飽和度はアルカリ金属に対する石膏の比であり、下記の式の変形により硫酸塩飽和度の式(下記(1)式)が導出できる。
硫酸塩飽和度=(SO3/80)/(Na2O・52+K2O/94)
=SO3/(1.292×Na2O+0.85×K2O)・・・(1)
ただし、前記式中の化学式は、該化学式が表す化合物の含有率(質量%)を表す。
前記高炉スラグのブレーン比表面積は、好ましくは300cm2/g以上である。該値が300cm2/g未満では、焼成が不十分になるおそれがある。なお、前記高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、より好ましくは1000cm2/g以上、さらに好ましくは2000cm2/g以上、特に好ましくは2500cm2/g以上である。また、該値の上限は、粉砕コストの観点から12000cm2/gである。
また、前記ブレーン比表面積を有する高炉スラグ粉末は、高炉スラグをボールミルやジェットミルなどの粉砕機で粉砕して得ることができる。
なお、該セメント組成物は、少量混合成分として、さらに高炉スラグ粉末、フライアッシュ、およびシリカ質混合材等のポゾランや石灰石粉末を、前記セメント組成物の物性が損なわれない範囲で含んでもよい。
1.セメント組成物の製造
表1に示す化学組成を有する高炉スラグ、表2に示す化学組成を有する転炉スラグ、石灰石、フライアッシュ、および珪石を、表3に示す配合に従い混合して、混合原料を調製した。次に、ロータリーキルンを用いて、該混合原料を温度1400~1500℃で焼成してクリンカーを製造した。さらに、クリンカー100質量部に対し、二水石膏をSO3換算で0.5~2.5質量部添加して粉砕し、ブレーン比表面積が3300cm2/gのセメント組成物を製造した。該セメント組成物の化学組成を表3に示す。
前記セメント組成物の白色度は、JIS Z 8722「色の測定方法-反射及び透過物体色」に準拠して、分光色差計(型番:SE-6000、日本電色工業社製)を用いて測定した。また、モルタルの圧縮強さは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した。これらの結果を表4に示す。
一方、硫酸塩飽和度が9.5を超える高炉スラグをクリンカー原料の一部に用いたセメント組成物(比較例5)は、クリンカー中のSO3の含有率が1.3質量%を超え、L値および圧縮強さが低下した。MgOが8.5質量%の高炉スラグをクリンカー原料としたセメント組成物(比較例6)は、クリンカーのMgO量が3.4%を超え、また、圧縮強さが低下した。
したがって、本発明によれば、特定の組成を有する高炉スラグを選定してクリンカー原料の一部に用いれば、強度発現性の低下や色調の変動が小さいセメント組成物を提供することができる。
Claims (3)
- 高炉スラグを含むセメント組成物であって、
SO3を0.88~1.10質量%、MgOを1.49~2.82質量%、およびMnOを0.16~0.68質量%含むセメントクリンカー100質量部に対し、二水石膏をSO3換算で0.5~2.5質量部含み、かつ、
ハンター表示系のL値が48.7~53.5、a値が-2.0~-1.1、および、b値が6.5~7.8であり、
モルタルの圧縮強さが、材齢3日で24.7N/mm 2 以上、材齢7日で42.8N/mm 2 以上、および、材齢28日で61.1N/mm 2 以上である
ことを特徴とする、セメント組成物。 - 前記セメント組成物のブレーン比表面積が2000~8000cm2/gである、請求項1に記載のセメント組成物。
- 下記(1)式に示す硫酸塩飽和度が1.38~7.80、MgOの含有率が3.70~8.50質量%、SO3の含有率が0.01~2.93質量%である高炉スラグを1.9~277.0kg/クリンカー1t、
転炉スラグを42.4~88.6kg/クリンカー1t、
石灰石を928.7~1166.8kg/クリンカー1t、
フライアッシュを6.8~162.0kg/クリンカー1t、および、
珪石を69.1~107.1kg/クリンカー1tを、
原料に用いて焼成して得たセメントクリンカー100質量部に対し、
二水石膏をSO3換算で0.5~2.5質量部添加して粉砕して、請求項1または2に記載のセメント組成物を製造する、セメント組成物の製造方法。
硫酸塩飽和度=SO3/(1.292×Na2O+0.85×K2O) ・・・(1)
ただし、前記式中の化学式は、該化学式が表す化合物の含有率(質量%)を表す。
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