CN102690067A - 高活性水泥熟料和高活性水泥 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种作为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体的通用性高的C₃S＞70％的高活性水泥熟料，以及用于高效率制造它的管理指标值(率值)。一种高活性水泥熟料，其为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体，且基于Bogue公式的矿物组成的比例为C₃S＞70％，其特征在于，该高活性水泥熟料的水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，硅酸率(S.M.)为1.7～2.4且铁率(I.M.)为1.0～2.1，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，硅酸率(S.M.)为1.5～2.0且铁率(I.M.)为0.9～1.4。

Description

高活性水泥熟料和高活性水泥

技术领域

本发明涉及高活性水泥熟料和由该高活性水泥熟料形成的高活性水泥，该高活性水泥熟料作为早强型水泥的基体，用于软土地基的加固和污染土壤的改良等所使用的早强型水泥类固化材料、混凝土块、外墙板、混凝土桩、新拌混凝土等与建筑/土木相关的水泥制品。

背景技术

历来，已知有水泥熟料中的C₃S量比普通硅酸盐水泥多、短期强度体现良好的JIS规格所规定的早强硅酸盐水泥和超高早强硅酸盐水泥，被用于冬季混凝土、蒸气养护混凝土制品、土壤改良材料、重金属和放射性废物的固化处理材料等各种各样的用途。

另外，除上述的硅酸盐水泥以外，还开发出各种大量含有C₃S的早强型的水泥。例如在专利文献1中公开有一种水泥接合的混合物，其以如下化学组成而取得早期高强度：C₃S为60～75重量％；C₃A为9～11重量％；C₂S为0～4重量％；C₄AF为4～7重量％；C₃S+C₃A为70～80重量％；硫酸钙以SO₃换算为3～8重量％。

另外，在专利文献2中公开有一种可以低温烧成，且强度体现良好的硅酸盐水泥熟料，其具有如下熔渣相成分：C₃S为40～80重量％；C₄AF低于20重量％；C₂S低于30重量％；C₃A低于20重量％；SO₃含有量为1.0～3.0重量％。

另外，在专利文献3中，公开有一种C₃S量为60～80质量％的水泥组成物。

另一方面，历来，在制造水泥熟料(烧成)时，作为水泥的品质、生产率和水泥熟料的稳定烧成等的管理指标，使用水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)、铁率(I.M.)这三个系数(“化学系数”，也称为“各种率”)。其中还有活性系数(A.I.)。

例如在专利文献4中，公开有一种高强度混凝土构件的制造方法，其使用了HM＝2.20～2.40、SM＝2.3～3.0、IM＝1.5～2.5，C₃S为60重量％以上(实施例中最大为68重量％)的水泥熟料。另外，在专利文献5中公开有一种水泥熟料，其以水硬率(H.M.)为1.8～2.0、硅酸率(S.M.)为1.8～2.3、铁率(I.M.)为1.8～2.8的煤灰作为原料大量使用。

附带一提，在接近本发明的高活性水泥熟料的早强硅酸盐水泥熟料中，水硬率(H.M.)为2.2～2.3、硅酸率(S.M.)为2.7～2.8、铁率(I.M.)为1.7～1.9，在超早强硅酸盐水泥熟料中，在早强硅酸盐水泥熟料的范围，使粉末度细微至6000cm²/g。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平06-340455号公报

专利文献2：日本特表平10-512841号公报

专利文献3：日本特开2008-133139号公报

专利文献4：日本特开昭59-30740号公报

专利文献5：日本特开2000-281399号公报

如专利文献1～3所示，虽然是高C₃S的水泥熟料，但只要看这些实施例，超过70％的水泥熟料几乎都没有得到。另外，专利文献1的产品为特殊水泥，不面向一般的建筑土木材料和地基加固材料，制造上耗能，而且还需要复杂的粒度管理。在专利文献2中，因为是SO₃成分多的低温烧成，所以在排气中产生SO_x(硫氧化物)，难以进行稳定的熟料烧成。特别是在水泥熟料的原料(调合原料)的一部分中使用废弃物时有困难。此外，在专利文献1～3中，关于水泥熟料的制造方法没有详细记述。

另外，如专利文献4、5所示，可知使用水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)、铁率(I.M.)等管理指标来制造水泥熟料，且各指标值的范围根据水泥的种类也很清楚，但是，关于C₃S量超过70％的水泥熟料并不明确，可以说C₃S量超过70％的高活性水泥熟料的制造方法尚未确立。

发明内容

发明要解决的问题

本申请发明为实现解决上述这样的课题，其目的在于提供一种作为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体的通用性高的C₃S＞70％的高活性水泥熟料，以及用于高效率制造它的管理指标值(率值)。

用于解决问题的方法

本申请的第1发明的高活性水泥熟料为：“一种高活性水泥熟料，其特征在于，其为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体，且基于Bogue公式(ボ一グ式)的矿物组成的比例为C₃S＞70％，该高活性水泥熟料的水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，硅酸率(S.M.)为1.7～2.4且铁率(I.M.)为1.0～2.1，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，硅酸率(S.M.)为1.5～2.0且铁率(I.M.)为0.9～1.4。

所谓高活性水泥熟料，是指水化活性高的水泥熟料，且由该水泥熟料形成的水泥的传导式量热计(conduction calorimeter)测量的水化放热速度的峰值，比相当于早强水泥熟料的熟料形成的水泥的峰值大，并且，水化放热量比相当于早强水泥熟料的熟料形成水泥的水化放热量多。

所谓早强型水泥系固化材料，是含有地基加固、抑制重金属溶出和放射性废物处理等所使用的水泥的固化处理材料，是指短期强度体现比使用普通水泥好的固化处理材料。另外，所谓早强型水泥，是具有早强硅酸盐水泥同样的强度体现性的水泥或水泥组成物，除了只在高活性水泥熟料中添加石膏而成的高活性水泥之外，还包含在该高活性水泥中混合有粉煤灰、硅粉、炉渣的任意一种的早强混合水泥，在该高活性水泥中混合多种公知的无机混合材料而成的早强水泥组成物。在本申请说明书中，如此将水泥类型分成“早强型水泥系固化材料”和“早强型水泥”，早强型水泥是包含高活性水泥、早强混合水泥、早强水泥组成物这三者的广义的概念。

本发明的高活性水泥熟料，基于Bogue公式的矿物组成的比例为C₃S＞70％。在70％以下时，则难以满足本发明的意图，即，得到与现有的早强水泥熟料和超早强水泥熟料同等的、且比其水化活性高的至今为止几乎都没有实现的水泥熟料。C₂S量没有特别限定，优选C₂S为＜5％。余量是以铝酸钙系为主体的间隙相。

本发明的高活性水泥熟料也与现有的水泥熟料一样，由水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)和铁率(I.M.)控制，但发现硅酸率(S.M.)和铁率(I.M.)的范围可以由水硬率(H.M.)的范围划分成两个方面。之所以这样划分是由于，根据水硬率(H.M.)的范围，C₃S＞70％的硅酸率(S.M.)和铁率(I.M.)的范围有所不同，通过如此划分能够取得的效果是，用于作为C₃S＞70％的系数的范围变得明确。

划分之一是，水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，硅酸率(S.M.)为1.7～2.4且铁率(I.M.)为1.0～2.1。若水硬率(H.M.)超过2.3，则游离石灰量显著增加，难以进行稳定的熟料烧成，并且难以得到稳定的高品质的高活性水泥熟料。在低于2.2时，若没有向下修正硅酸率(S.M.)的适当范围，则在上述范围内，适当范围变窄，难以进行稳定的熟料烧成，并且难以得到稳定的高品质的高活性水泥熟料。

在上述水硬率(H.M.)的范围时，硅酸率(S.M.)为1.7～2.4。低于1.7时，游离石灰量显著增加，有难以进行稳定的熟料烧成的情况，若超过2.4，则有无法达成C₃S＞70％的情况。另外，铁率(I.M.)为1.0～2.1。如果铁率(I.M.)处于这一范围，则能够得到C₃S＞70％稳定的高品质的高活性水泥熟料。

另一划分为，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，硅酸率(S.M.)为1.5～2.0且铁率(I.M.)为0.9～1.4。若水硬率(H.M.)低于2.1，则难以得到C₃S＞70％的水泥熟料。在2.2以上时，若没有向上修正硅酸率(S.M.)的适当范围，则在上述范围内，适当范围变窄，难以进行稳定的熟料烧成，并且难以得到稳定的高品质的高活性水泥熟料。

在上述水硬率(H.M.)的范围时，硅酸率(S.M.)为1.5～2.0。低于1.5时，游离石灰量显著增加，有难以进行稳定的熟料烧成的情况，若超过2.0，则有无法达成C₃S＞70％的情况。另外，铁率(I.M.)为0.9～1.4。如果铁率(I.M.)处于这一范围，则能够得到C₃S＞70％稳定的高品质的高活性水泥熟料。

本申请的第2发明的高活性水泥熟料，根据第1发明所述的高活性水泥熟料，其特征在于，“所述高活性水泥熟料的活性系数(A.I.)为2.9～3.8”。

活性系数是与硅酸率(S.M.)同样的指标，作为管理指标，通过在上述的三个系数中加入活性系数，从而控制诸比率，由此能够更容易地得到C₃S＞70％稳定的高品质的高活性水泥熟料。硅酸盐水泥熟料的标准的值为3.8～4.8。与此相对，在本发明的高活性水泥熟料中为2.9～3.8，优选水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，活性系数为3.1～3.8，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，活性系数为2.9～3.6，通过处于该范围，能够容易地得到多达C₃S＞70％，C₂S极少(C₂S＜5％)的本发明的高活性水泥熟料。

还有，本发明的高活性水泥熟料中的游离石灰量优选为0.5～7.5重量％。低于0.5重量％时，如果不降低烧成温度，以水泥窑进行烧成时，窑内部的砖有可能发生破损。若超过7.5重量％，则由于游离石灰的水化而有可能发生异常膨胀。另外，硫酸量以SO₃换算，优选低于1重量％。通过低于1重量％，能够降低排气中的SO_x(硫的氧化物)量。

本申请的第3发明的高活性水泥，是“在所述第1或第2发明中所述的高活性水泥熟料中，添加以SO₃换算为1.5～4.0重量％的石膏而成的高活性水泥”。

本发明的高活性水泥，因为以上述高活性水泥熟料为基体，所以具有与早强硅酸盐水泥一样的水化活性。另外，因为不受现有的水泥规格限制，所以在重视水泥规格、非硅酸盐水泥等不可的用途中难以使用，但是，在地基加固用的水泥系固化材料、废弃物处理用固化材料、砌块和外墙板的水泥制造品中，是可以使用的特殊硬化材料。

在该高活性水泥中，优选相对于高活性水泥熟料，石膏以SO₃换算为1.5～4.0重量％。低于1.5重量％时，水泥熟料中的C₃A急凝，在制造混凝土制品时有不能确保充分的作业时间的情况。若超过4.0重量％，则存在水泥在硬化后，由于未反应的石膏而产生延迟膨胀的情况。

发明的效果

本发明的高活性水泥熟料，与现有的早强硅酸盐水泥等的早强型水泥相比，C₃S量多。因此，能够取得从水化初期开始长期持续高达早强硅酸盐水泥以上的稳定的水化性能。另外，以其为基体，能够制造混合有高活性水泥、粉煤灰和高炉炉渣的早强混合水泥、低温用水泥组成物、早强型水泥系固化材料等各种水泥材料。

另外，如果采用本发明的率值(水硬率、硅酸率、铁率的各范围)，即使是稍稍C₃S＞70％的高活性水泥熟料，也可实现品质稳定。

另外，本发明的高活性水泥，虽然具有早强硅酸盐水泥以上的水化活性，但因为不受现有的水泥规格限制，所以能够用于地基加固材料、水泥建材制品、规格外混凝土、灰浆用水泥，还有以水泥系固化材料、高炉水泥和粉煤灰水泥等的混合水泥的基体水泥等为中心的各种用途，这样的通用性高。

具体实施方式

以下，更详细地说明本发明。

[高活性水泥熟料]

(1)矿物组成

本发明的高活性水泥熟料，是与现有的早强硅酸盐水泥熟料同样的水泥熟料，但水泥熟料中的基于Bogue公式的C₃S量为C₃S＞70％，比现有的一般的水泥熟料多。因为是高C₃S，所以具有高的水化活性。“高活性”的意思如前述。

Bogue公式是历来被用于计算水泥熟料中的主矿物组成的公式，各矿物的比例根据化学组成的分析结果计算。得到的比例最终是基于化学组成的分析结果的计算值，正因如此，其与水泥熟料中的实际的比例会不相符。予以说明，％是质量％。

[Bogue公式]

C₃S(％)＝(4.07×CaO％)-(7.60×SiO₂％)-(6.7×Al₂O₃％)-(1.43×Fe₂O₃％)-(2.85×SO₃％)

C₂S(％)＝(2.8×SiO₂％)-(0.754×C₃S％)

C₃A(％)＝(2.65×Al₂O₃％)-(1.69×Fe₂O₃％)

C₄AF(％)＝3.04×Fe₂O₃％

C₃S是从短龄期过渡到长龄期而体现水泥强度的主要矿物，其越多越体现高强度且越早强。C₃S对于短龄期下的强度体现没有太多贡献，但因为长期持续水化而有助于长龄期的强度体现，其越多，低放热、长龄期下的强度的增长越好。另外，化学抵抗性和干燥收缩优异。

C₃A水化活性高，非常有助于短龄期下的强度体现。但是，若其多，则由于快硬性导致长龄期下的强度的增长差。另外，水化放热高，化学抵抗性和干燥收缩也差。

C₄AF作为水化性能没有突出的特征，但是在熟料烧成中作为间隙相而对于易于烧成有作用。

本发明中之所以C₃S＞70％，是为了得到初期水化活性极高的水泥，C₃S在70％以下时，难以得到具有与现有的早强水泥同等以上的水化活性的早强型水泥。上限没有特别限定，但是优选为85％以下。

若超过85％，则有游离石灰量也显著增加的情况，从而不能维持水泥熟料的品质稳定。另外，之所以不大量使用水化活性更高的C₃A等铝酸钙系矿物，是出于考虑长期的强度体现、和易性(workability)、耐久性等。

本发明的高活性水泥熟料，在上述C₃S以外，由C₂S和以铝酸钙系为主体的间隙相构成。在间隙相中含有C₃A、C₄AF等矿物。余量是非晶质间隙相等。

另外，本发明的高活性水泥熟料的组成，由水泥熟料制造(烧成)时作为管理指标使用的水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)、铁率(I.M.)、活性系数(A.I.)的系数规定。之所以采取这种规定手段是由于，其能够根据作为水泥熟料主要的化学成分的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO的成分计算，且与原料成分和易烧成均密切相关，还考虑到制造且能够特别限定水泥熟料的品质。

水硬率(H.M.)由“H.M.＝CaO/SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃”表示，是系数中最受重视的指标。水硬率越大，水泥熟料中的氧化钙量和C₃S量越多。因此强度体现性越好，但是另一方面，烧成反应性降低。若水泥熟料的烧成反应性降低，则游离石灰量大量残存，并且燃料消耗率增大。普通水泥熟料的水硬率为2.0～2.2左右。

在本发明的高活性水泥熟料中为2.1～2.3，但根据与硅酸率(S.M.)和铁率(I.M.)的关系，被划分为2.1～低于2.2和2.2～2.3两个范围。之所以如此划分，是由于根据水硬率(H.M.)的范围，C₃S＞70％的硅酸率(S.M.)和铁率(I.M.)的最佳范围会有所不同，通过如此划分能够取得的效果是，容易制造，用于确实地得到使C₃S＞70％的最佳的系数的范围变得明确。无论采用哪种划分的率值，都能够得到C₃S＞70％的水泥熟料。这些划分的区别使用，能够根据使用的水泥熟料原料的化学成分适宜选择。例如，选择水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，可以使作为主要原料的石灰石的单位消耗量减少，从而进行抑制烧成时的CO₂排出量的原料调整。

硅酸率(S.M.)由“S.M.＝SiO₂/Al₂O₃+Fe₂O₃”表示，与烧成的稳定性和C₂S的生成量密切相关。若硅酸率(S.M.)大，则用于使烧成顺畅进行所需要的熔融液的量变少，难以烧成，因此烧成温度往往变高。其结果是，容易损伤烧成设备。因为水泥熟料为富C₂S的熟料，所以能够制造低放热性、长龄期下的强度体现优异的水泥。另一方面，若硅酸率(S.M.)过小中，则熔融液的量变多，因此有可能发生由窑内壁的结皮(coating)量的增加造成的原料的堵塞(结皮故障)。普通水泥熟料的硅酸率(S.M.)为2.4～2.8。

在本发明的高活性水泥熟料中，硅酸率(S.M.)因水硬率(H.M.)而有所不同。这是由于，根据水硬率(H.M.)的范围，会导致C₃S＞70％的硅酸率(S.M.)的范围有所不同。水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，硅酸率(S.M.)为1.7～2.4，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，硅酸率(S.M.)为1.5～2.0。之所以为这样的范围如前述。

如此，在本发明的高活性水泥熟料中，与现在的水泥熟料相比，硅酸率(S.M.)低，成为高C₃S/低C₂S的水泥熟料。因此，不会依赖于水化初期的因C₃A等的铝酸钙系矿物造成的不稳定的高水化活性，而是能够得到从水化初期就很稳定的高水化活性。

铁率(I.M.)由“I.M.＝Al₂O₃/Fe₂O₃”表示，与水泥熟料的间隙相的组成密切相关。若铁率(I.M.)大，则氧化铝量增加，铝酸盐量增加，因此成为短龄期的强度体现良好，但水化初期的稳定性和化学抵抗性稍有不足的水泥。普通水泥熟料的铁率(I.M.)为1.9～2.1。

在本发明的高活性水泥熟料中，铁率(I.M.)也根据水硬率(H.M.)而有所不同。这是由于，根据水硬率(H.M.)的范围，会导致C₃S＞70％的铁率(I.M.)的范围有所不同。水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，铁率(I.M.)为1.0～2.1，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，铁率(I.M.)为0.9～1.4。之所以处于这样的范围如前述。

如此，在本发明的高活性水泥熟料中，与现在的水泥熟料相比，铁率(I.M.)低，成为C₃A倾向稍低的水泥熟料。如前述，这是由于，本发明的高活性水泥熟料为高C₃S，从水化初期就能够得到稳定的高水化活性，因此不像现有的水泥熟料这样，不需要使短龄期的水化活性依赖于C₃A等的铝酸钙系矿物造成的不稳定的高水化活性。

另外，在本发明的高活性水泥熟料中，优选使活性系数(A.I.)为2.9～3.8。活性系数(A.I.)由“A.I.＝SiO₂/Al₂O₃”表示，是与硅酸率(S.M.)同样的指标，特别体现二氧化硅成分和氧化铝成分的平衡。普通水泥熟料的标准的值是3.8～4.2。

在本发明的高活性水泥熟料中，活性系数(A.I.)优选为比现有的水泥熟料低的2.9～3.8，更优选水硬率(H.M.)为2.2～2.3时，活性系数为3.1～3.8，水硬率(H.M.)为2.1～低于2.2时，活性系数为2.9～3.6，通过处于该范围，能够容易地得到多达C₃S＞70％，且C₂S极少(C₂S＜5％)的本发明的高活性水泥熟料。

此外，在本发明的高活性水泥熟料中，优选水泥熟料中的游离石灰量为0.5～7.5重量％，硫成分量以SO₃换算低于1重量％。本发明的高活性水泥熟料为高C₃S，但为了进一步提高C₃S的水化活性，主动地加大放热量，使用于提高混合温度的游离石灰在上述范围存在。之所以在上述范围，如前述。另外，硫成分有助于铝酸钙系矿物的水化控制和钙矾石形成，因此在现有的水泥熟料中会预先使之在熟料中少量存在，但在本发明的高活性水泥熟中，水化活性依赖于C₃S和游离石灰，不太依赖于铝酸钙系矿物，因此硫成分量以SO₃换算可以低于1重量％。

[高活性水泥熟料的制造]

(1)原料

历来作为熟料主要原料所使用的石灰石、粘土、硅石、铁原料等可以同现有的一样使用。另外在本发明中，还优选利用没怎么进行过再利用的、以CaO换算含有钙成分20重量％以上的富钙的工业废弃物。

作为以CaO换算含有钙成分20重量％以上的工业废弃物，可列举如下等：经过铁水预处理的脱硫炉渣；对其进行磁选而除去铁成分的脱硫炉渣；经还原处理而除去了铁成分的转炉炉渣；窑业系外墙板废料等的废建材；PS灰、混凝土淤渣等。

这些工业废弃物能够替代石灰石和粘土的一部分加以利用。向水泥烧成原料的添加量依赖于石灰石和粘土的化学成分，但优选每lt水泥熟料中添加400kg以下。若每lt水泥熟料添加400kg以上，则杂质增加，难以进行熟料烧成，存在对所得到的水泥熟料的品质带来不良影响的情况。如果将工业废弃物替代石灰石的一部分加以利用，则还关系到二氧化碳排放量的削减，所以从降低环境负荷的观点出发优选。

矿化剂(mineralizer/熔剂)具有使水泥熟料的烧成温度降低的效果。通过将其添加到原料中，即使是C₃S＞70％的高C₃S水泥熟料也容易烧成。作为矿化剂，有萤石、石膏及其组合物。另外，也能够使用脱硫炉渣等含有硫和氟的工业废弃物。若水泥熟料的氟的含量过多，则产生氟溶出，凝结延迟等问题，因此大量的矿化剂的使用不优选。将脱硫炉渣用于水泥熟料原料的一部分时，也有不需要矿化剂的情况。

(2)原料工序

原料工序中的调合原料的制造，同现有的一样进行。例如，根据需要以规定的比例调配干燥的各原料，用原料粉碎机混合粉碎后，用掺混料仓临时贮存。再次混合临时贮存的混合原料之间，使之成为目标的化学组成，贮存在进行化学组成的最终调合的贮藏料仓。

化学成分控制与现有的同样，以水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)、铁率(I.M.)来进行，使其处于上述本发明的范围。然后，确认活性系数(A.I.)是否处于本发明的范围。在范围外时，则再调合。CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃不会在熟料调整中挥发或逸散，因此调合原料中的这些率值为水泥熟料的率值。

(3)烧成工序

使用现有的水泥烧成设备，根据现有的方法，对于从贮藏料仓送给的调合原料进行烧成，得到本发明的高活性水泥熟料。

烧成温度优选为1250～1600℃。低于1250℃时，不可能生成C₃S本身。另外若超过1600℃，则回转窑内部的耐火物熔化等，妨碍水泥熟料的烧成。

烧成后的熟料冷却、粗粉碎等与现有的一样。得到的本发明的高活性水泥熟料为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体。

[高活性水泥熟料的利用]

本发明的高活性水泥熟料，添加石膏而作为后述的高活性水泥加以利用，也可以在高活性水泥中混合公知的无机混合材料，作为早强水泥组成物加以利用，但也可以利用于水泥之外。

例如，使高活性水泥熟料成为Blaine值(比表面积值)4000cm²/g以上的微粉末，其中根据需要添加凝结/硬化调整剂，可以单独利用，或者再混合高炉炉渣微粉末和硅粉(silica fume)，作为熟料组成物利用等。通过以石灰石粉末和粉煤灰等稀释，能够自由地设计强度特性和流动性。作为主要用途，可列举灰浆材料、被覆材料、废弃物处理材料等。

[高活性水泥]

本发明的高活性水泥，是在上述高活性水泥熟料中添加以SO₃换算为1.5～4.0重量％的石膏，与助磨剂一起由细磨机等进行混合粉碎而获得。工序和装置与现有的水泥制造中的加工工序相同。石膏和助磨剂也与现有的水泥制造中所使用的相同。

添加的石膏的量，以SO₃换算为1.5～4.0重量％。低于1.5重量％时，水泥熟料中的C₃A急凝，在制造混凝土制品等时有不能确保充分的作业时间的情况。若超过4.0重量％，则有在水泥硬化后，由于未反应的石膏而产生延迟膨胀的情况。

粉末度没有特别限定，但优选以Blaine值计，为3000cm²/g以上。

本发明的高活性水泥，是本申请说明书中定义的早强型水泥的一种，也可以直接作为混凝土二次制品、外墙板和灰浆的水泥使用，但如果例如与高炉炉渣等的混合材料一起作为地基加固材料使用，则为早强型水泥系固化材料。

另外，如果与粉煤灰、硅粉、炉渣的任意一种混合，则成为早强粉煤灰水泥、早强硅水泥、早强硅粉水泥、早强高炉水泥等的早强混合水泥。

另外，如果混合多种无机混合材料，则成为早强水泥组成物。本发明的早强水泥虽然具有早强硅酸盐水泥同样的水化活性，但因为不是JIS规格品，所以需要JIS规格品时则不能使用，但是能够在需要早强性的大部分领域使用。

[高活性水泥熟料(高活性水泥)的水化活性确认试验]

用电炉试烧成本发明的高活性水泥熟料，在所得到的高活性水泥熟料中添加石膏，得到本发明的高活性水泥，根据由热导式量热计进行的放热量和由JIS灰浆进行的压缩强度试验，确认该高活性水泥的水化活性。

(1)使用原料

使用原料的种类和化学成分显示在表1中。

【表1】

使用原料的种类和化学成分                              (wt％)

	ig.loss	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	TiO2	P2O5	MnO	T-S
													石灰石	42.8	1.7	0.4	0.3	53.4	0.96	0.01	0.05	0.03	0.03	0.01	0.01
粘土	1.7	55.6	27.7	5.2	4.2	1.4	0.20	0.83	1.82	0.39	0.01	0.90
													硅石	0.3	93.6	0.4	1.1	1.5	0.70	1.23	0.18	0.04	0.01	0.04	0.80
铁原料	33.0	4.6	2.5	49.1	3.5	0.60	0.37	0.30	0.18	0.17	0.25	0.00

(2)原料调合

各试制水泥熟料的原料调配显示在表2中。调配是使各试制水泥熟料的C₃S量和率值等按照表3的值进行调整。

试制1、试制9、试制10是比较品，试制2～8是本发明的实施品。另外，表中的数值为单位消耗量。调合是在100℃干燥各原料，以圆盘式磨机进行粉碎后，用研钵混合而进行。

【表2】

各试制水泥熟料的原料单位消耗量(kg/t)

	试制1	试制2	试制3	试制4	试制5	试制6	试制7	试制8	试制9	试制10
											石灰石	1223	1220	1227	1233	1243	1202	1210	1218	1219	1220
粘土	180	216	206	170	173	190	162	175	208	176
											硅石	95	51	62	91	92	65	88	82	69	94
铁原料	42	58	50	56	41	92	91	74	45	52

(3)水泥熟料烧成

在上述调配中进行了原料调合的各试料，颗粒化成粒径30mm左右的大小，将该颗粒放入电炉，以10℃/min升温至1450℃，在1450℃保持3小时进行烧成。所得到的试制熟料从电炉取出后放置在室内进行急冷，其后，以250rpm球磨机进行粉碎，使之全部通过75μm筛网。

对于各粉碎品进行化学成分分析，求得各试制水泥熟料的系数(比率系数)、基于Bogue公式的C₃S量量、C₂S量、C₃A量、C₄AF量。这些结果显示在表3中。予以说明，表中的％是重量％。

【表3】

各试制水泥熟料的系数、基于Bogue公式的矿物组成

(4)高活性水泥等的水化热测量

在上述各试制熟料中，以SO₃换算添加石膏(特级试剂的硫酸钙二水合物)3.0重量％，制作活性水泥等。试制1的比较品是早强水泥相当品，试制2～8的实施品是本发明的高活性水泥。

在各试制水泥中添加W/C＝50％的蒸馏水制作水泥浆，以热导式量热计测量该水泥浆的水化放热速度。评价根据至7日龄期的放热量进行。其结果显示在表4中。

【表4】

水化热测量结果

	至7日龄期的放热量(J/g)	备注
			试制1	360	比较品(早强水泥相当品)
试制2	441	实施品
			试制3	443	实施品
试制4	454	实施品
			试制5	457	实施品
试制6	426	实施品
			试制7	431	实施品
试制8	435	实施品
			试制9	362	比较品
试制10	364	比较品

如上述所示，本发明的实施品(试制2～8)与作为早强水泥相当品的试制1相比，放热量均多，可知水化活性高。

(5)压缩强度试验

使用如上述方式制作的高活性水泥等的试制水泥，制作JIS灰浆，根据JIS R 5201，以龄期1日、3日、7日、28日进行压缩强度试验。其结果显示在表5中。

【表5】

压缩强度试验结果

如上述所示，本发明的实施品(试制2～8)，在作为早强水泥相当品的试制1以上，从短龄期过渡到长龄期强度体现性良好，为高活性。

Claims (3)

1.一种高活性水泥熟料，其特征在于，其为早强型水泥系固化材料和早强型水泥的基体，且基于Bogue公式的矿物组成的比例为C₃S＞70％，该高活性水泥熟料的水硬率H.M.为2.2～2.3时，硅酸率S.M.为1.7～2.4且铁率I.M.为1.0～2.1，水硬率H.M.为2.1～低于2.2时，硅酸率S.M.为1.5～2.0且铁率I.M.为0.9～1.4。

2.根据权利要求1所述的高活性水泥熟料，其特征在于，上述高活性水泥熟料的活性系数A.I.为2.9～3.8。

3.一种高活性水泥，其是在权利要求1或2所述的高活性水泥熟料中，添加以SO₃换算为1.5～4.0重量％的石膏而成。