JP2006327900A

JP2006327900A - セメントクリンカおよびその製造方法

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Publication number: JP2006327900A
Application number: JP2005156272A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kawabata; 秀和川端; Kenichi Shimozaka; 建一下坂; Toshiyuki Nakamura; 利幸中村; Makio Yamashita; 牧生山下; Haruki Miura; 春樹三浦; Hisanobu Tanaka; 久順田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】
流動性が良く、コンクリートのスランプロスを低減するセメントクリンカおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】
普通ポルトランドセメントの原料にバリウムを添加する。次いで、これらを混合し、粉砕する。この後、これらをロータリーキルンに投入して焼成する。焼成する温度は１２００℃〜１５５０℃である。より好ましい温度は１３５０℃〜１４５０℃である。この結果、セメントクリンカが得られる。得られたセメントクリンカには、バリウムが含まれている。これにより、流動性が良く、スランプロスが低減されたセメントクリンカが得られる。
【選択図】図１

Description

この発明はセメントクリンカおよびその製造方法、詳しくはセメントの原料を焼成して得られるセメントクリンカの技術に関する。

近年、コンクリート構造物の高層化と同時に施工方法の合理化および省力化が進められている。これに伴い、高強度で、単位水量を高めることなく、締め固め作業が不要であり、過密な配筋中や狭部を有する型枠の細部にまで行き渡るようなコンクリートの開発が進められている。
ここで使われるセメントの原料として、例えば、特許文献１に記載の通り、ポルトランドセメントにシリカフューム、フライアッシュ等の各種混和材の開発がなされている。また、各種高性能ＡＥ減水剤、増粘剤を添加したセメントも開発されている。さらに、セメント鉱物である３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３の量を減らしたセメントなどが提案されている。

特開平１１−１４７７５０号公報

しかしながら、ポルトランドセメントにシリカフューム、フライアッシュ等を添加したセメントは、品質管理が困難であり、硬化の遅延を引き起こすという難点があった。また、各種高性能ＡＥ減水剤、増粘剤を多量に添加すると、硬化後での耐久性が低下するという問題があった。さらに、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３の量を減らしたセメントは、通常のセメントと比較して、クリンカ製造が難しく生産性が低くなるという問題があった。
上述した難点を改善する方法として、特開平５−２９４６８６号公報には、（ＳＯ_３／アルカリ）のモル比が０．７以上望ましくは、０．８〜１．０のセメントクリンカを有した高流動性セメント、すなわち、（水溶性アルカリ／全アルカリ）のモル比が０．７以上、望ましくは０．８〜１．０のセメントクリンカを有した高流動性セメントが提案されている。
しかしながら、この提案されたセメントであっても、上記難点はある程度改善できるが、高硫黄含有量の燃料を使用するため、クリンカ製造時に大気汚染の原因物質であるＳＯ_Ｘ濃度が高くなりやすく改良の余地がある。
コンクリート、モルタルあるいはペーストの調整にあたっては、その流動性を所定期間内において、十分に確保すること、すなわち、スランプロスが少ないことが常に要求される。

そこで、本願発明者は鋭意努力の結果、ポルトランドセメントの原料にバリウムを添加し、これらを焼成すると、流動性が良く、スランプロスが低減できるセメントクリンカが得られることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、流動性が良く、コンクリートのスランプロスを低減するセメントクリンカおよびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ポルトランドセメントの原料にバリウムの原料を添加し、これらを焼成するセメントクリンカの製造方法である。
ポルトランドセメントの原料としては、石灰石などのＣａＯ原料、珪石、粘土等のＳｉＯ_２原料、粘土などのＡｌ_２Ｏ_３原料、鉄鉱石、鉄滓等のＦｅ_２Ｏ_３原料を使用することができる。
また、バリウムとしては、硫酸バリウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、水酸化バリウム等や、これらを含む産業廃棄物、一般廃棄物及びバリウムで汚染された土壌を使用することができる。

請求項１に記載の発明にあっては、ポルトランドセメントの原料にバリウムを添加する。次いで、これらを混合し、粉砕する。この後、これらをロータリーキルンに投入して焼成する。焼成する温度は１２００℃〜１５５０℃である。この結果、セメントクリンカが得られる。このセメントクリンカには、バリウムが所定量含まれている。これにより、流動性が良く、スランプロスが低減されたセメントクリンカが得られる。バリウムを添加することによりセメントの流動性が良くなる理由は、バリウムが原料中のＳＯ_３と化合しＳＯ_３を消費するため、セメントの流動性の悪影響を及ぼす硫酸アルカリの生成を抑制するためである。

請求項２に記載の発明は、上記バリウムの原料は、セメントクリンカ中に、ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％含まれる請求項１に記載のセメントクリンカの製造方法である。

請求項２に記載の発明にあっては、上記セメントクリンカには、バリウムがＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％含まれている。添加するバリウムの量が０．４質量％未満では、スランプロスの低減が図れないという問題が生ずる。また、添加するバリウムの量が５質量％を越えると、コンクリートに材料分離が生ずるなどの問題が生ずる。

請求項３に記載の発明は、ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカである。

請求項４に記載の発明は、ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカから得られるセメントである。

請求項５に記載の発明は、ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカから得られるセメントを用いて製造されたコンクリートである。

この発明によれば、ポルトランドセメントの原料にバリウムを添加する。次いで、これらを混合し、粉砕する。この後、これらをロータリーキルンに投入して焼成する。これにより、セメントクリンカが得られる。得られたセメントクリンカには、バリウムが含まれている。この結果、流動性が良く、スランプロスが低減されたセメントクリンカを得ることができる。

以下、この発明の一実施例を説明する。
最初にセメントクリンカの製造方法を説明する。まず、普通ポルトランドセメントの原料とバリウムとを準備する。普通ポルトランドセメントの原料としては、石灰石などのＣａＯ原料、珪石、粘土等のＳｉＯ_２原料、粘土などのＡｌ_２Ｏ_３原料、鉄鉱石、鉄滓等のＦｅ_２Ｏ_３原料を使用することができる。また、バリウムとしては、硫酸バリウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、水酸化バリウム等や、これらを含む産業廃棄物、一般廃棄物及びバリウムで汚染された土壌を使用することができる。
次いで、普通ポルトランドセメントの原料とバリウムとを所定の水硬率（Ｈ．Ｍ）、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ）、鉄率（Ｉ．Ｍ）となるように配合し、混合し、粉砕する。上記各原料を粉砕、混合する方法は、特に限定されない。また、混合し、粉砕する装置も限定されない。
この後、温度１２００〜１５５０℃、好ましくは温度１３００〜１４５０℃で焼成することにより、セメントクリンカが製造される。上記各原料を焼成する装置も限定されず、例えば、ロータリーキルンを使用することができる。

次に、これを用いたセメントの製造方法について説明する。
上記焼成して得られたセメントクリンカは、この後冷却され、通常のセメントと同様に石膏を添加し粉砕される。これによりセメントとすることができる。
石膏としては２水石膏、α型またはβ型半水石膏、無水石膏などを単独または２種以上組み合わせて使用することができる。
なお、粉砕物の粉末度は、ブレーン比表面積２５００〜４５００ｃｍ^２／ｇに粉砕することが好ましい。
また、本願発明においては、上記得られたセメントには、コンクリートの流動性や強度発現性により減水剤を混和剤として使用することができる。減水剤としては、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤も含む）が挙げられる。
さらに、本願発明においては、混和材として、高炉スラグ、石灰石粉末、フライアッシュ、シリカフュームなども配合することもできる。

次に、セメントクリンカの試験結果について説明する。
まず、普通ポルトランドセメントの原料と炭酸バリウムとを準備する。そして、これらを、水硬率（Ｈ．Ｍ）が２．１、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ）が２．６、鉄率（Ｉ．Ｍ）が１．９であり、バリウム含有量がＢａＯ換算で０．０６〜５．５質量％となるように添加し、混合した。表１に比較例と実施例のセメントクリンカの組成を示す。なお、比較例１でのバリウム量は、もとの原料に含まれていたものを示すものであり、ここではバリウムを添加していない。通常のセメントでもこの程度のバリウムは含まれている。
そして、これらを、電気炉を用いて１４５０℃で焼成し、セメントクリンカとした。なお、各セメントクリンカのフリーライム量は０．４〜１．６％であった。

次に、上記得られたセメントクリンカを用いて、セメントを作製する。セメントは、表１に示す各セメントクリンカについて、セメントクリンカ１００質量部に対して、２水石膏（排脱品）をＳＯ_３換算で２．１質量部となるように添加する。そして、パッチ式ホールミルでブレーン比表面積が３２００±５０ｃｍ^２／ｇとなるように同時粉砕して、試製セメントを調整した。

次に、セメント以外のモルタル用材料を以下に示す。
１）細骨材；ＪＩＳＲ５２０１｜セメントの物理試験方法｜１０．２で規定する標準砂
２）混和剤；主剤・エヌエムビー社製レオビルドＳＰ８ＳＢｓ（高性能ＡＥ減水剤）
助剤・エヌエムビー社製マイクロエア（空気量調整剤）
３）水；水道水

次に、スランプロスの実験方法について説明する。
上記試製セメントおよびモルタル用材料を用いて、日本建築学会ＪＡＳＳ５Ｔ−７０１−２００５「高強度コンクリート用セメントの品質基準（案）」４．４、４．５、４．７に従いモルタルを混練する。そして、混練直後と６０分間静置したモルタルをフローコーン（上面内径７ｃｍ、下面内径１０ｃｍ、高さ６ｃｍ）に詰め、フローコーンを上方へ取り去った際のモルタルの広がり（０打フロー）を測定した。また、混練直後の０打フローから６０分後の０打フローを差し引き「０打フローの６０分経時低下量」を測定した。その結果を表２、図１、２に示す。
なお、モルタルの配合は、水／セメント（質量）比＝０．３０、細骨材／セメント＝１．４、混和剤（助剤）／セメント＝０．０００２とした。混和剤（主剤）量は、配合により変更し、表２に示している。

表２および図１の結果により、普通ポルトランドセメントにバリウムを添加してセメントクリンカを用いたセメントの流動性が良くなることが分かる。
また、表２および図２の結果により、バリウムを添加して製造したセメントクリンカを使用したモルタルでは、「０打フローの６０分経時低下量」が小さくなり、混練後１時間程度の範囲では、時間とともに流動性が悪くなることが改善されたことがわかる。図２から、流動性を改善する効果は１％まではバリウム添加量に比例しているが、１％を越えると急に改善効果が大きくなり、６％程度までは同様の効果を示すことが分かる。

次に、上記セメントを用い、モルタルのＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に従い、強さ試験を行った結果を表３に示す。この表に見られるように、セメントにバリウムを添加してもモルタルの強さには悪い影響が見られないことが分かる。

上記のセメントと以下の骨材および混和材を用いてコンクリートのスランプロスを測定した。セメント以外の材料を以下に示す。
１）細骨材；木更津山砂
２）粗骨材；八王子砕石
３）混和剤；主剤・エヌエムビー社製レオビルドＳＰ８ＳＢｓ（高性能ＡＥ減水剤）
助剤・エヌエムビー社製マイクロエア４０４（空気量調整剤）
４）水；水道水
コンクリートの配合を次に示す。
水／セメント（質量）比＝０．５０、
細骨材／セメント（質量）比＝１．４、
細骨材／（細骨材＋粗骨材）（質量）比＝０．５、
混和剤（主剤）／セメント（質量）比＝０．０１５、
混和剤（助剤）／セメント（質量）比＝０．０００２

表４は、バリウム含有量とスランプロスとの関係を示したもので、バリウムの含有量によりスランプロスが減少していることがわかる。ただし、ＢａＯ含有量５．５質量％以上では、コンクリートに材料分離を生じた。

本発明の一実施例に係るバリウム添加による０打フローの影響を示すグラフである。本発明の一実施例に係るバリウム添加による０打フローの６０分経過時の低下量を示すグラフである。

Claims

ポルトランドセメントの原料にバリウムの原料を添加し、これらを焼成するセメントクリンカの製造方法。
上記バリウムの原料は、セメントクリンカ中に、ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％含まれる請求項１に記載のセメントクリンカの製造方法。
ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカ。
ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカから得られるセメント。
ＢａＯ換算で０．４質量％〜５質量％のバリウムの原料を含有するセメントクリンカから得られるセメントを用いて製造されたコンクリート。