JPS61251545A - 白色セメントの製造方法 - Google Patents

白色セメントの製造方法

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JPS61251545A
JPS61251545A JP60091811A JP9181185A JPS61251545A JP S61251545 A JPS61251545 A JP S61251545A JP 60091811 A JP60091811 A JP 60091811A JP 9181185 A JP9181185 A JP 9181185A JP S61251545 A JPS61251545 A JP S61251545A
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white cement
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clinker
cement
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名智 友三郎
健一郎 松田
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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、白色セメントの製造方法に関する。
さらに詳しくは本発明は、硬化物の強度が高く、かつ乾
燥収縮の少ない白色セメントの製造方法に関する。
[従来技術およびその問題点] 白色セメントは、たとえば装飾用、標識構築物あるいは
舗装材などとして使用されている。
白色セメントは、3CaOeSi02 (以下、単にr
c3sJと記載することもある)。
2CaOeSi02 (以下、単に「C2S」と記載す
ることもある)、3CaO・Al2O.(以下、単にr
czAJと記載することもある)を主成分とするクリン
カーと石膏とからなり、この点においては、ポルトラン
ドセメントなどの普通のセメントと差異はない。ただし
、セメントは金属酸化物、特にFe2O,が存在した場
合に着色することが知られており、白色セメントにおい
ては着色成分であるFe2O3の含有率を0.5重量%
以下に抑制することが一般的である。
このため、白色セメントのシリカ・アルミナ質原料とし
て、Fe2Oコなどの金属酸化物の含有率の低い白土あ
るいは蝋石などが厳選されて使用されている。シリカ・
アルミナ質原料は、石灰石などと混合された後、焼成、
冷却、粉砕の各工程を経て白色セメントとなる。すなわ
ち、白色セメントを製造する際には、特に金属酸化物の
含有率の低いものを使用することが必要であり、これら
の原料は、産地が限定される為に白色セメントの製造コ
ストを高める大きな要因の一つともなっている。
Fe2O,含有量が比較的少ないシリカ・アルミナ質原
料として製鉄工場で副生ずる高炉スラグが知られている
。しかしながら、高炉スラグは、Fe 20コ以外にも
チタン、マンガン、クロムおよびマグネシウムなどの酸
化物を含有しており、これらの酸化物がFe2O3と共
存するとセメントの着色が助長されると考えられ、従来
白色セメント用の原料としては使用されていなかった。
一方、白色セメントは、組成上はポルトランドセメント
と類似するが、その用途が異るために特殊な場合を除き
強度あるいは乾燥収縮性などの諸物性に関して取り沙汰
されることは比較的少なかった。すなわち、従来白色セ
メントは、装飾用などに使用されることが大半であり、
特に硬化物が高い強度あるいは低乾燥収縮性を必要され
る用途には使用されることが少なかった。しかしながら
、最近ポルトランドセメントのような通常のセメントと
同様な用途に使用されることも多くなりつつあり5強度
の高いあるいは低乾燥収縮性を有するものが要求されて
いる。
セメントの強度を高くする方法としては、セメント中の
C3S含有量を多くする方法あるいは11cao*7A
i203 CaAF2を含有させる方法などが知られて
いる。これらの方法を利用することにより、得られた白
色セメントの硬化物の強度はある程度高くなるものの、
これらの方法を利用しても乾燥収縮は低減しないとの問
題がある。
[発明の目的] 本発明は、硬化物の強度が高く、さらに乾燥収縮が少な
い白色セメントを製造することができる方法を提供する
ことを目的とする。
さらに本発明は、上記のような優れた特性を有する白色
セメントを安価に製造することができる方法を提供する
ことを目的とする。
[発明の要旨] 本発明は、 (I)少なくとも石灰石および高炉スラグを。
クリンカー中の3CaO拳5iO2(C3S)含有率が
45〜85重量%の範囲、2CaOsS i O2(C
2S)含有率が5〜45重量%の範囲、3CaO・Al
tOs (C3A)含有率が2〜14重量%の範囲およ
び4CaO−A見203aFe203 (CaAF)含
有率が1重量%以下となるように混合した混合物を焼成
する工程:(II)上記第一工程で得られた焼成物を酸
化性雰囲気との接触を避けながら急冷する工程:および
、 (IV)上記第二工程で得られたクリンカーに石膏を添
加して粉砕する工程: を含むことを特徴とする白色セメントの製造方法にある
[発明の効果] 本発明の白色セメントの製造方法によれば、強度が高く
、乾燥収縮性の低い優れた物性を有する白色セメントを
容易に製造することができる。
また、シリカ・アルミナ質原料として特殊な白土あるい
は蝋石などを特に使用することを必要とせず、通常使用
されている高炉スラグを使用するので製造コストを低減
することができる。
また、本発明の製造方法に従う限り高炉スラグ中に含有
される金属酸化物などの着色成分による着色を阻止する
ことができる。
[発明の詳細な記述] 本発明の第一工程は1石灰石および高炉スラグ、更に所
望により珪石などのシリカやアルミナ調整用原料をクリ
ンカー形成成分が所定の割合となるように混合し、その
混合物を焼成する工程である。
石灰石としては、通常使用されているものを用いること
ができる。酸化鉄含有率が0.5重量%以下(Fe20
3基準)のものが好適である。
高炉スラグは、高炉セメント用の原料として通常使用さ
れているものを用いることが可能であるが、好ましくは
鉄化合物含有率が0.8重量%以下(Fe203基準)
のものを使用する。また、高炉スラグは石灰成分との反
応性が高いので、高炉スラグを用いることによりモルタ
ルの強度が高くなると共に、乾燥収縮が少なくなる。
シリカ・アルミナ質調整用原料は、クリンカー中のシリ
カ成分およびアルミナ成分を補充する為に使用する。す
なわち、石灰石と高炉スラグとを混合した際に比較的不
足しがちなシリカ質およびアルミナ質を補充してクリン
カーの組成が本発明の範囲となるように調整する。
・  シリカ・アルミナ質調整用原料の例としては、珪
石、蝋石および白土を挙げることができ、これらを単独
であるいは混合して使用する。特に珪石を使用すること
が好ましい。
珪石を使用する場合に用いる珪石としては通常使用され
ているものを挙げることができる。酸化鉄含有率が1.
0重量%以下(Fe2O3基準)のものが好適である。
また、蝋石、白土なども通常のものを使用することがで
きる。
一般に上記の各成分は、それぞれを441Lm篩残分が
10〜30%程度になるように粉砕して混合するかまた
は所定の割合に混合した後、混合物を上記と同程度に粉
砕して使用する。
なお、上記の石灰石、高炉スラグおよび珪石などを粉砕
する際に、鉄などの着色要因となる成分が粉砕物に混入
することを防止するために、粉砕媒体としてステンレス
ポールやセラミックポールを使用することが好ましく、
またローラーミルの使用が好ましい。
上記成分の混合比(ポーグ式によるクリンカー形成成分
の割合)は、混合物を焼成、急冷して得られるクリンカ
ー中のC2S含有率が45〜85重量%の範囲、C2S
含有率が5〜45重量%の範囲、C,A含有率が2〜1
4重量%の範囲、およびC,AF含有率が1重量%以下
(好ましくは0.1〜1重量%の範囲)となるようにす
る。
C3Sの含有率が45重量%より少なくなると、硬化物
の強度が低くなる。一方、85重量%を越えるとクリン
カー中の遊離CaO量が極度に多くなるばかりでなく必
然的に他の成分、たとえばC,Sなどの含有率が低くな
ることもあって、硬化物にひびわれが発生するなど1通
常の使用に耐え得ない。
C3Aの含有率が2重量%に満だない場合には、実質的
にシリカ・アルミナ質原料である高炉スラグの配合割合
が少なくなりすぎ、硬化物の強度が低く、また乾燥収縮
性も大きくなる。一方、14重量%を超えると高炉スラ
グの配合量が多くなりすぎて、クリンカー中に含有され
る酸化鉄および他の金属酸化物などの着色成分が多くな
り、本発明の工程に従う製造工程を実施したとしても上
記の着色成分による着色を阻止することが困難になり、
従って、得られるセメントの白色度が低下する。
さらに、C,AFの含有率が、1重量%を超えると、酸
化鉄が析出し易くなりセメントの白色度が低下する。
ポーグ式によるクリンカー形成成分の割合が上記の範囲
となるようにする具体的な方法の例としては、得られる
クリンカー100重量部に対して石灰石を101〜12
0重量部、高炉スラグを7〜30重量部、珪石を12〜
25重量部混合する方法を挙げることができる。
本発明の白色セメントの製造に際しては、上記の石灰石
、高炉スラグおよび所望により添加されるシリカ・アル
ミナ質調整用原料以外に蛍石などのCaF2含有成分を
添加することが好ましい。
CaF2含有成分を添加することにより高強度および低
乾燥収縮性の白色セメントを得ることができる。CaF
2含有成分の添加率は、CaF2基準で一般には2重量
%以下である。
得られた混合物(あるいは造粒物〕は2次いで焼成装置
に投入され、焼成される。
焼成は、通常セメントの焼成に使用されているロータリ
ーキルンなどの通常の焼成装置を用いることができる。
ただし、焼成装置は、焼成条件をたとえば、理論酸素過
剰係数(m)が1.00〜1.10の完全燃焼雰囲気乃
至僅かに酸化性の雰囲気中1行なうことができるように
されたものであることが望ましい、理論酸素過剰係数が
上記範囲を大きく逸脱する場合には得られた白色セメン
トが着色することがある。
焼成は、一般には1400〜1600℃、好ましくは1
450〜1500℃の範囲内の温度で行なう。
第二工程は、第一工程で得られた焼成物を、空気などの
酸化性雰囲気との接触を避けながら急冷する工程である
すなわち、ロータリーキルンなどの通常の焼成装置に投
入された混合物は、焼成装置の最高温度域(焼成帯)を
通過して焼成されたのちは、通常焼成装置に導入される
クーラー排ガスあるいはリークエアなどの酸化性雰囲気
との接触を避け。
かつ焼成物の温度が、例えば1200℃以上であるうち
に200℃以下の温度に急冷する。急冷の方法は、焼成
物に水または重油を噴霧する方法。
あるいは焼成物を水へ投入するなどの方法を利用するこ
とができる。特に焼成物を水に投入する方法を利用する
ことが好ましい、水の噴霧または水への投入により得ら
れたクリンカーに吸着された水は可能な限りクリンカー
の顕熱で蒸発させることが好ましいが、乾燥が不充分で
ある場合は乾燥手段を用いることもできる。
上記のような条件で焼成を行ない更に焼成物を急冷する
ことによって酸化鉄などの着色成分が析出せずに、たと
えばC4AFとしてセメント成分中に一体不可分に取込
まれるので白色度の高いセメントを得ることができる。
さらに、酸化鉄の析出が少ないので、たとえば酸化マグ
ネシウム、二酸化チタン、酸化クロム、二酸化マンガン
などの着色を助長させる成分が混入したとしても、実質
的に着色の少ない白色セメントを製造することができる
第三工程は、第二工程で得られたクリンカーに石膏を添
加して粉砕する工程である。一般に石膏の添加量は、セ
メント中の803基準で1.5〜3.0重量%の範囲で
ある。また、粉砕は、得られる白色セメントのブレーン
比表面積で2500〜5000cm’/gの範囲となる
まで行なう、粉砕装置は通常使用されているものを用い
ることができる。
このようにして得られる白色セメントは、石灰成分との
反応性の高い高炉スラグを用いたことにより硬化物の圧
縮強度が高く、さらに乾燥収縮も少ない。
すなわち、従来白色セメントの原料として使用されてい
なかった高炉スラグを用いて、本発明の製造条件に従っ
て白色セメントを製造することにより、白色セメントと
して通常の白色度を有する白色セメントを製造すること
ができると同時に、得られた白色セメントでは、従来の
白色セメントと比較すると硬化物の圧縮強度が高く、か
つ乾燥収縮の少ない優れた特性を有する。
このようにして得られた白色セメントは、上述したよう
に良好な物性を示すが、さらに得られた白色セメントに
高炉スラグ、石灰石および珪石粉などの無機質白色粉末
を、白色度、強度および乾燥収縮などの緒特性が実用の
範囲内にある限りにおいて添加することができる。
無機質白色粉末は白色度が80%以上(好ましくは84
%以上)のものであって、ブレーン比表面積がセメント
と同程度、すなわち2500〜9000ctn”/gの
ものであることが好ましい。
さらに、無機質白色粉末としてたとえば石灰石を使用す
る場合には石灰石の添加量は、白色セメントに対して5
0重量%以下であり、たとえば珪石を使用する場合には
、白色セメントに対して50重量%以下であり、たとえ
ば高炉スラグを使用する場合には、白色セメントに対し
て80重量%以下である。さらに、無機質白色粉末は混
合して使用することもできる。
以下に本発明の実施例および比較例を示す。
なお、以下に示す実施例および比較例で使用した石灰石
、高炉スラグ、珪石、蛍石および蝋石の分析値を第1表
に示す。
以下余白 第1表 石灰石 高炉スラグ 珪石 蛍石 蝋石ig、Ioss
  42.4   0.1  0.4  0.7 1.
9Al2O 、 0.1  18.0  0.8  0
.4 9.4Fe 203.0.1   0.4  0
.8   Q、2 0.2Ca0   55.7  4
1.1  0.0  0.4 0.lMgOO,27,
00,10,00,ISOコ        0.0 
       0.1       0.0     
  −     0.0CaF2−一−90,8− TiO□       1.2  −  −   −1
1nO−0,8−−− [実施例1〜7および比較例1〜5] 第1表に示す化学成分を有する原料を、得られるクリン
カーの組成が第2表に記載する組成となるように、第3
表に記載する配合割合にて混合した。
この混合物に水を加えて成形し、これを200℃で2時
間乾燥した後、乾燥物を白金ルツボに入れ、ガス炉中で
1450℃、30分間の焼成を行なった。焼成は、理論
酸化率(m)を1.0O〜1.05の範囲に設定して行
なった。理論酸素過剰係数は、1.00が完全燃焼雰囲
気を表わし、1.00より高くなる°に従い次第に酸化
雰囲気となり、1.00より低くなると還元雰囲気とな
る。
30分間経過後、焼成雰囲気にてルツボに蓋をして空気
との接触を遮断した状態で、すばやく取り出し焼成物を
直ちに水に投入した。
冷却したクリンカーの付着した水分を蒸発させたのち、
これにセメント中の503基準で2.0重量%となるよ
うに石膏を添加し、アルミナボールミルでブレーン比表
面積が3500cm’/gとなるまで粉砕して白色セメ
ントを得た。
得られた白色セメントについて遊離CaO量、測色試験
器による白色度(W値) 、 JIS R52G1に準
じたモルタルの圧縮強さくセメント:標準砂:水=1:
2:0.65、供試体寸法2X2X2B)及びセメント
協会標準試験方法CCAJS H−11)に準じたモル
タルの硬化乾燥後の長さ変化の測定(乾燥収縮)(セメ
ント:標準砂:水=1:2:0.6、供試体寸法IXI
XBcm  s度RH,51!、材令穴箇月)を行なっ
た。
なお、乾燥収縮は、下記の式により求めた。
乾燥収縮−(供試体基長−六箇月後の供試体長〕/(供
試体基長〕 また、白色度は、測定値を下記の式に代入して求めた。
白色度Wffl(X) −100−(100−L) 2
+ a ’+ b ”ただし、aは、赤〜緑の度合、b
は、黄〜青の度合、Lは、白〜黒の度合を表わす。
詰果を第4表に示す。
以下に示す実施例および比較例で測定したセメントの遊
離CaO量、白色度、モルタルの圧縮強度およびモルタ
ルの乾燥収縮は上記の方法により行なった。
第2表 C3S    C2S    C2A  CaAF  
 CaF2実施例1 51.8  34.4  11.
80.9 0.5同  2  83.8   25.9
    7.9   G、9  1.0同  3  8
3.8   22.9   11.9  0.9   
−同  4  83.8   20.9   11.1
3   Q、9  2.0同  5  74.7   
18.0    4.0  0.9  2.0同  6
  79.7   13.0    4.0  0.9
  2.0同  7  83.9    8.8   
 4−0  0.9  2.0比較例1 39.8  
48.4  11.f9 0.9 0.5同  2  
133.8   18.9   14.9  0.9 
 1.0同  3   B3.8   32.9   
 0.9  0.9  1.0同  4  88.9 
   3.8    4.Q   Q、9  2.0同
  5   B3.4   27.8     ?、4
  0.8  0.5第3表 石灰石 高炉スラグ 珪石 蛍石 蝋石実施例11.0
211 0.2809 0.18150.0055 −
同  2 1.1089 0.1841+  0.In
2 0.0110  −同  3 1.0452 0.
2813 0.1530   −   −同  4 1
.0218 0.2812 0.1444 0.022
1  −同  5 1.1851 0.0882 0.
2309 0.0221  −同  8 1.1927
 0.0883 0.2285 0.0221  −同
  ?  1.1975 0°、0898 0.222
1 0.0221  −比較例11.0029 0.2
808 0.17210.0055 −同  2 0.
9?85 0.353E1 0.11280.0110
  −同  3 1.2351 0.0155 0.2
810 0.0110  −同  4 1.2051 
0.0899 0.2・177 0.0221  −同
  5 1.2488   −     −  0.0
055 0.2θ74配合割合はタリンカーに対する原
単位で記載。
第4表 f−CaOW値  (kgf/crn”)    収縮
(X)    ($)   3日 7日 28日  x
to−’実施例1 1.1  88 223 3814
80  9.8同  2  1.5    i90  
248 375454    9.1同  3  2.
0   87  258 3824B9   10.7
同  4  0.9   89  208 32442
4    9.9同  5  1.9   92  2
30 354441    8.1同  6  2.1
   93  228 388452    8.6同
  7  2.8   133  223 34748
5    9.2比較例1 1.2  88 183 
221352  10.3同  2  0.8’   
79  230 359387    8.1同 3 
7.5  92  ひびわれ発生測定不能間 4 10
.5  93  ひびわれ発生測定不能間  5  1
.7   93  14FJ 208338   18
.8比較例5で得られた白色セメントは、高炉スラグを
含有しないため、白色度および遊@ Ca Oは良好な
値を示すが、例えば組成が近似する実施例2で得られた
白色セメントの硬化物と比較すると圧縮強度が低く、乾
燥収縮が大きい。
また、クリンカー組成が本発明の範囲にないものと本発
明の白色セメントとを比較すると、たとえば実施例2と
比較例3との比較、実施例1と比較例1および4との比
較において明らかなように圧縮強度が低下し、乾燥収縮
も大きくなる。
さらに、C1S含有率の低い比較例1の白色セメントは
、実施例2で得られた白色セメントと比較すると白色度
が低く着色があることがわかる。
[比較例6〜8] 実施例5において、ルツボを焼成雰囲気中から蓋をして
取り出し焼成物をただちに水に投入する操作に代えて、
ルツボを焼成雰囲気中から蓋をしないで取り出し空気中
に10秒間放置した後、水に投入する操作(比較例6)
、ルツボを焼成雰囲気中から蓋をしないで取り出し空気
中に30秒間放置した後、水に投入する操作(比較例7
)、ルツボを焼成雰囲気中から蓋をしないで取り出し空
気中に放置して室温まで空冷する操作(比較例8)とし
た以外は同様にして白色セメントを製造した。
得られた白色セメントの遊離CaO含有率、白色度およ
びその硬化物の圧縮強度、乾燥収縮率を第5図に示す、
なお、実施例5で得られた白色セメントに関する上記の
値を併せて記載する。
第5表 f−CaOW値  (kgf/cm″)  収縮($)
    (り   3日 7日 28日  ×104実
施例5 1.9  92 230 354441  8
.1比較例6 1.8  79 202 347402
  10.3同  7  1.7   73  189
 250388   13.8同  8  2.0  
 70  155 229341   14.4比較例
6〜8で得られた白色セメントは、白色度が低く、さら
に硬化物の圧縮強度および乾燥収縮が大きいことがわか
る。
[実施例8〜101 実施例5で得られた白色セメントに更に白色セメントに
対して50重量%の高炉スラグ微粉末(白色度二85%
、プレーン比表面積: 4520c rn’ / g 
)を加えて白色セメントを調製した(実施例8);白色
セメントに対して20重量%の石灰石微粉末(白色度:
90%、ブレーン比表面積:3830crn’/g)を
加えて白色セメントを調製した(実施例9);白色セメ
ントに対して50重量%の珪石微粉末(白色度二88%
、プレーン比表面積ニア510cm’/g)を加えて白
色セメントを調製した(実施例10〕。
得られた白色セメントの白色度およびその硬化物の圧縮
強度、乾燥収縮率を第6表に示す。
以下余白 第6表 W値     (kgf/cゴ)   収縮(z)3日
 7日 28日  Xl0−’実施例8  89   
212 338455  12.8同  9    9
2     201 320429    7.3同 
 1 0   91      198 319 43
5    7.9本発明の白色セメントに更に高炉スラ
グ微粉末、石灰微粉末および珪石微粉末などの無機質白
色粉末を添加することによっても尚良好な特性を維持す
ることが明らかである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、( I )少なくとも石灰石および高炉スラグを、ク
    リンカー中の3CaO・SiO_2含有率が45〜85
    重量%の範囲、2CaO・SiO_2含有率が5〜45
    重量%の範囲、3CaO・Al_2O_3含有率が2〜
    14重量%の範囲および4CaO・Al_2O_3・F
    e_2O_3含有率が1重量%以下となるように混合し
    た混合物を焼成する工程: (II)上記第一工程で得られた焼成物を酸化性雰囲気と
    の接触を避けながら急冷してクリンカーを得る工程:お
    よび、 (III)上記第二工程で得られたクリンカーに石膏を添
    加して粉砕する工程: を含むことを特徴とする白色セメントの製造方法。 2、上記第一工程で混合物を形成する際にさらにシリカ
    ・アルミナ質調整用原料を加えることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の白色セメントの製造方法。 3、上記クリンカー中の4CaO・Al_2O_3・F
    e_2O_3含有率が0.1〜1重量%の範囲にあるよ
    うに調整することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の白色セメント製造方法。 4、上記焼成を理論酸素過剰係数1.00〜1.10の
    雰囲気で行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の白色セメントの製造方法。 5、上記急冷を焼成物を水に投入または焼成物に水を噴
    霧することにより行なうことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の白色セメントの製造方法。 6、上記第三工程で得られた粉砕物に更に高炉スラグ微
    粉末、石灰微粒子および珪石微粉末よりなる群より選ば
    れた少なくとも一種類の無機質白色粉末を添加すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項記載の白
    色セメントの製造方法。 7、上記無機質白色粒子の白色度が84%以上であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の白色セメン
    トの製造方法。
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