JP2010001196A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】産業廃棄物及び／又は産業副産物のセメント原料としての使用量を大量に増加させた場合であっても、練混ぜ直後の流動性に優れるとともに、セメントクリンカーの粉砕温度を上げずに流動性の経時変化の小さいセメント組成物を提供する。
【解決手段】フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下、かつ石膏中の半水石膏割合が６０質量％以下であるセメント組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、産業廃棄物及び／又は産業副産物をセメントクリンカー原料として使用することができ、かつ、初期流動性に優れるとともに、さらに流動性の経時変化の小さいセメント組成物に関する。

１９９０年代より資源循環型社会の構築に対する機運が高まり、セメント産業においても産業廃棄物及び／又は産業副産物の使用量のさらなる増大が望まれている。一般に、セメントクリンカーの原料として使用できる産業廃棄物及び／又は産業副産物はＡｌ_２Ｏ_３を含む成分に富むため、市販のポルトランドセメントと同じ製造条件でこれらの使用量を単純に増大すると、セメントクリンカー中の３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（Ｃ_３Ａ）や４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_４ＡＦ）の量が増大することになる。

都市ゴミ焼却灰等の産業廃棄物を多量に使用して製造されるセメントとして、ＪＩＳ Ｒ ５２１４：２００３「エコセメント」で規定されているエコセメントがある。このセメントは、従来のポルトランドセメントとは異なり、カルシウムクロロアルミネート化合物又はＣ_３Ａを多量に含むことを特徴としている。

しかし、カルシウムクロロアルミネート化合物やＣ_３Ａは水和活性が非常に高いため、ダムなど大型マスコンクリートとして使用する中庸熱セメントとしては、水和熱の増大によりひび割れ等の問題が生じる。

さらに、これらＣ_３Ａを多く含むセメントは、一般に、水等とともに練り混ぜてコンクリートを調製したときに、練混ぜ直後のコンクリートの流動性が悪く、しかも流動性の経時変化が大きい。そこで、産業廃棄物及び／又は産業副産物を多く含むセメントを用いたコンクリートの流動性を改善する方法として、高強度コンクリート配合において、流動性を改善するために、所定の鉱物組成のセメントクリンカーを用いることが提案されている。例えば、特許文献１には、セメントクリンカー粉末及び石膏を含有し、該セメントクリンカー粉末は、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３量が１２〜４０質量％、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２量が３６〜８０質量％、及び石膏の含有量がＳＯ_３換算で０．５〜３０質量％であるセメント組成物が開示されている。
特開２００７−１８６３６０号公報

産業廃棄物及び／又は産業副産物を大量に使用する場合には、従来のセメントクリンカーでは、練混ぜ直後の流動性が十分ではなく、スランプフローの経時変化も大きい。また、一般にコンクリートは、セメントクリンカーを含むセメント組成物と、骨材及び水等とを練り混ぜてコンクリート組成物を調製した後、運搬を経て打設される。そのため、コンクリート組成物は、原料を練り混ぜた後、ある程度の長い時間は流動性の高い状態を維持することが求められる。練混ぜ直後の流動性は、単位水量あるいは減水剤添加量の増加である程度の改善が可能であるが、単位水量の増加は硬化後のコンクリート特性に悪影響を及ぼし、減水剤添加量の増加は大幅なコストアップとなる。また、従来のセメントクリンカーを用いる場合、コンクリートの流動性の経時変化が大きいという問題もある。流動性の経時変化が大きいと、ポンプ圧送が困難になるなどのトラブルの原因となることから、流動性の経時変化は小さい方が好ましい。

この流動性の経時変化を小さくする手段として、セメントクリンカーの粉砕温度を上げてセメント組成物中に含まれる石膏中の半水石膏割合を約７０〜８０質量％以上に高める方法が知られているが、粉砕温度を上げるために製造コストの上昇及びセメント組成物の儀凝結の発生などの問題に繋がっていた。したがって、たとえ産業廃棄物及び／又は産業副産物を多量に使用し、かつセメント組成物中に含まれる石膏中の半水石膏割合の少ないセメント組成物であっても、練混ぜ直後の流動性が高くて経時変化も小さく、また、長期的な強度発現性に優れたセメント組成物を得ることが望まれている。

そこで、本発明は、産業廃棄物及び／又は産業副産物のセメント原料としての使用量を大量に増加させた場合であっても、練混ぜ直後の流動性に優れるとともに、セメントクリンカーの粉砕温度を上げずに流動性の経時変化の小さいセメント組成物を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために、産業廃棄物及び／又は産業副産物をセメントクリンカーの原料として使用したセメント組成物において、鉱物組成と流動性及び強度発現性との関係について詳細に検討した。その結果、鉱物相、特にフェライト相の格子定数と、セメント組成物に含まれる石膏中の半水石膏割合を特定の範囲に制御することにより、産業廃棄物及び／又は産業副産物を、ペースト、モルタル、コンクリート等の原料として大量に用い、セメントクリンカーの粉砕温度を上げなくとも、流動性の経時変化が小さく、かつ、硬化後に十分な強度発現性を有することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下、かつ石膏中の半水石膏割合が６０質量％以下であるセメント組成物である。好ましくは、ボーグ式で算定されるＣ_３Ａが０．１〜４質量％、Ｃ_４ＡＦ量が１１〜１５質量％及びＣ_２Ｓ量が３０〜５０質量％であるセメント組成物である。また、セメント組成物に含まれるセメントクリンカーの原料が、石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、鉄含有原料とを含むセメント組成物である。また、好ましくは、ブレーン比表面積が、３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇであるセメント組成物である。また、好ましくは、ＳＯ_３量が、１．８〜２．２質量％であるセメント組成物である。また、好ましくは、Ｎａ_２Ｏ量が０．２〜０．３質量％及びＫ_２Ｏ量が０．２〜０．４質量％であるセメント組成物である。

また、本発明は、石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、鉄含有原料とを原料として焼成することにより、測定用セメントクリンカーを得る工程と、測定用セメントクリンカーのリートベルト解析を行い、フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下となるように鉄含有原料の調合割合を調整する工程と、石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、調合割合を調整された鉄含有原料とを原料として焼成することにより、セメントクリンカーを得る工程と、セメントクリンカーと、石膏とを混合して粉砕することにより、セメント組成物を製造する工程とを含む、セメント組成物の製造方法である。好ましくは、セメントクリンカーの原料原単位として、石灰石が２００〜３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石が２０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカー、銅がらみ５〜２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土２〜３０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカーであるセメント組成物の製造方法である。

本発明により、産業廃棄物及び／又は産業副産物のセメント原料としての使用量を大量に増加させた場合であっても、練混ぜ直後の流動性に優れるとともに、セメントクリンカーの粉砕温度を上げずに流動性の経時変化の小さいセメント組成物を得ることができる。

本発明のセメント組成物は、セメントクリンカー中のフェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下である。そのため、本発明のセメント組成物は、コンクリート練混ぜ直後の流動性に優れるとともに、石膏中の半水石膏割合が６０質量％以下である場合でも、流動性の経時変化が小さい。したがって、本発明のセメント組成物のセメント組成物は、セメントクリンカーの粉砕温度を上げなくとも流動性の経時変化の小さいセメント組成物を得ることができる。以下、本発明の好適な実施形態について詳しく説明する。

本発明のセメント組成物は、石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、鉄含有原料とを原料とするセメントクリンカーを含むセメント組成物である。セメントクリンカー中の鉱物組成のＣ_３Ａ量がボーグ式算定で０．１〜４質量％、好ましくは、０．５〜３．５質量％、より好ましくは、１〜３．５質量％である。また、セメントクリンカー中の鉱物組成のＣ_４ＡＦ量がボーグ式算定で１１〜１５質量％、好ましくは、１１〜１３．５質量％、より好ましくは１１〜１３質量％である。

Ｃ_３Ａ量及びＣ_４ＡＦ量がそれぞれ０．１〜４質量％及び１１〜１５質量％の範囲の下限以上であると、セメント組成物の製造のためのセメントクリンカーの原料としての産業廃棄物及び／又は産業副産物の使用量が十分確保できるため好ましい。また、Ｃ_３Ａ量及びＣ_４ＡＦ量がそれぞれ４質量％以下及び１５質量％以下であると、セメントクリンカーの融液量が過剰とならず、通常のロータリーキルンで安定的に製造することができ、また、コンクリートの強度発現性が低下しないため好ましい。

また、Ｃ_４ＡＦ量が１１質量％以上であると、セメントクリンカーの原料の産業廃棄物及び／又は産業副産物の量が十分であり、資源循環型社会への貢献が大きくなるため好ましい。Ｃ_４ＡＦ量が１５質量％以下であると、水和熱が増大せず、セメントクリンカーの融液量が過剰とならず、通常のロータリーキルンで安定的に製造することができるため好ましい。

本発明のセメント組成物のＣ_２Ｓ量は、ボーグ式算定で３０〜５０質量％、好ましくは、３５〜４５質量％である。Ｃ_２Ｓ量が３０質量％以上であると、長期的な強度が確保できるため好ましい。Ｃ_２Ｓ量が５０質量％以下であると初期強度が減少せず、原料としての珪石原単位が増大しないため好ましい。

ボーグ式は、セメントクリンカー中の主要な４鉱物の含有量を算出するための計算式である。セメントクリンカーの場合のボーグ式は、下記のように表される。
Ｃ_３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）―（７．６０×ＳｉＯ_２）―（６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３）―（１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３）
Ｃ_２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ_２）―（０．７５４×Ｃ_３Ｓ）
Ｃ_３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３）―（１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３）
Ｃ_４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３

式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ_２」、「Ａｌ_２Ｏ_３」及び「Ｆｅ_２Ｏ_３」は、それぞれ、セメントクリンカーにおけるＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３のセメントクリンカー全体質量に対する含有割合（質量％）である。これらの含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定することができる。

セメントクリンカー中のフェライト相の格子定数ｂ軸長は１４．５６５Å以下、好ましくは１４．０００〜１４．５６５Å、更に好ましくは１４．５００〜１４．５６０Å、特に好ましくは１４．５３０〜１４．５５０Åである。フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下、特に１４．０００〜１４．５６５Åの範囲であれば、コンクリート練混ぜ直後の流動性に優れるとともに、流動性の経時変化の小さいセメント組成物を得ることができる。

本発明のセメント組成物の製造方法について述べる。本発明のセメント組成物の製造に用いるセメントクリンカーの原料は、例えば、天然原料である石灰石及び珪石とともに、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも一種と、鉄含有原料とを含む再利用原料を使用する。石炭灰は、石炭火力発電所等から発生するものであり、例えば、シンダアッシュ、フライアッシュ、クリンカアッシュ及びボトムアッシュ等が挙げられる。下水汚泥としては、汚泥単味のほか、これに石灰石を加えて乾粉化したものや、焼却残渣等も使用することができる。建設発生土としては、建設工事の施工に伴い副次的に発生する残土や泥土、廃土等が挙げられる。鉄含有原料としては、銅がらみ、鉄精鋼、転炉滓、含鉄スラグ、高炉ダスト、脱鉄スラグ、混合滓及び中和汚泥等が挙げられる。銅がらみは、銅製錬プロセスから得ることができる。

セメントクリンカーの原料原単位は、石灰石が２００〜３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは２２０〜２８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石が２０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは３０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰が５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは７〜１１ｋｇ／Ｔ−クリンカー、銅がらみが５〜２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは８〜１８ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土が２〜３０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１０〜２５ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥が５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは７〜１２ｋｇ／Ｔ−クリンカーである。これらの範囲であれば適度な流動性、強度を示すセメント組成物を得ることが可能である。

次に、セメントクリンカーの原料を、所定の温度で焼成する。セメントクリンカーの原料の焼成温度は、１３５０℃〜１４５０℃であることが好ましい。焼成温度が１３５０℃以上であると、セメントクリンカー鉱物の生成が十分であり、水和活性が小さくなる傾向がなく、また、焼成後の遊離石灰量が適量に保たれるため好ましい。焼成温度が１４５０℃以下であると、セメントクリンカーの融液量が過剰とならず、通常のロータリーキルンで安定的に製造することができるため好ましい。

セメントクリンカーの原料は、上記の再利用原料以外の産業廃棄物及び／又は産業副産物をさらに含有していてもよい。このような産業廃棄物及び／又は産業副産物としては、具体的には、ボタ、汚泥、スラッジ、燃え殻、ばいじん及びダスト等が挙げられる。

コンクリート中の鉄筋腐食の原因となる塩素が原料に多く含まれる場合、水洗等の前処理や焼成の際に抽気処理が必要となる。したがって、セメントクリンカーの原料として使用する前記の再利用原料は、塩素含有量が０．１質量％以下であることが望ましい。

次に、上記焼成により得られたセメントクリンカーを、石膏と混合して粉砕することによって、本発明のセメント組成物を得ることができる。

上記の製造方法において、原料及び焼成温度等の上記製造条件以外については、セメントクリンカーを製造する際に一般的に採用されている製造条件を、特に制限されることなく採用することができる。例えば、上記条件を満足する単一のセメントクリンカーを製造してもよいし、二種以上のセメントクリンカーの混合物を用いて製造することも可能である。製造設備にも制限はなく、既存のセメント製造設備によって製造することが可能である。

セメントクリンカーと混合して粉砕する石膏は、二水石膏、半水石膏及び無水石膏のいずれを使用してもよい。得られるセメント組成物に含まれる各種石膏の合計量は、ＳＯ_３換算で０．５〜４．５質量％、好ましくは１．０〜３．５質量％、より好ましくは１．２〜２．５質量％である。また、得られるセメント組成物に含まれる石膏の合計量に対する半水石膏の割合（石膏中の半水石膏割合）は、１０〜６０質量％、好ましくは１５〜５０質量％、特に好ましくは２０〜４５質量％、更に好ましくは２５〜４０質量％、最も好ましくは２８〜３５質量％である。石膏中の半水石膏割合がこの範囲であれば、セメントクリンカーの粉砕にかかるコスト上昇を抑えられ、儀凝結も起こらず、コンクリートの練混ぜ直後の流動性が高く、経時変化も小さく保つことが可能である。

粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法により、上記のようにして製造されたセメントクリンカーのフェライト相の格子定数を測定し、測定結果に応じて銅がらみ等の鉄含有原料を増減させることによって、フェライト相の格子定数ｂ軸長を制御することができる。なお、本明細書では、このフェライト相の格子定数の測定に用いられるセメントクリンカーのことを「測定用セメントクリンカー」という。フェライト相の格子の定数ｂ軸長の制御方法としては、例えばフェライト相の格子の定数ｂ軸長が所定の上限を超えている場合には、鉄含有原料を減らすことによってフェライト相の格子の定数ｂ軸長を短くし、所定の範囲内とすることができる。すなわち、鉄含有原料の調合割合を調整することによって、フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下となるようなセメントクリンカーの製造条件を定めることができる。鉄含有原料の調合割合の調整は、銅がらみの調合割合を調整することにより容易に行うことができる。

本発明のセメント組成物のブレーン比表面積は、３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇの範囲、好ましくは３２００ｃｍ^２／ｇを超え３９００ｃｍ^２／ｇ以下の範囲であることが好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇ以上であると、強度発現性が低下しないため好ましい。また、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ^２／ｇ以下であると水和熱が増大しないため好ましい。

ブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定する。

本発明のセメント組成物のＳＯ_３量は、１．８〜２．２質量％、好ましくは１．９〜２．１質量％であることが好ましい。

本発明のセメント組成物のアルカリ量は、Ｎａ_２Ｏ量が、０．２〜０．３質量％の範囲、Ｋ_２Ｏ量が０．２〜０．４質量％の範囲であることが好ましい。ここで、「アルカリ量」は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」又はＪＩＳ Ｒ ５２０４：２００２「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定される値である。

本発明により、原料として産業廃棄物及び／又は産業副産物の使用量を大量に増加させた場合でも、初期流動性に優れるとともに、流動性の経時変化の小さいセメント組成物を得ることができる。具体的には、本発明のセメント組成物を使用して製造したコンクリート組成物においては、スランプフローの混練６０分後（スランプフロー６０分）の残存率を９０％以上にすることが出来る。なお、「スランプフロー」は、JＩＳ Ａ １１５０：２００１「コンクリートのスランプフロー試験方法」により測定される値である。また、「スランプフローの混練６０分後の残存率」とは、セメント組成物の混練直後のスランプフローの測定値を、混練６０分後のスランプフローの測定値で除すことにより算出した割合をいう。したがって、スランプフロー６０分での残存率が高いほど、流動性の経時変化の小さいといえる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（セメント組成物の原料）
セメントクリンカーの原料として、天然原料である石灰石及び珪石と、産業廃棄物及び／又は産業副産物として、石炭灰、銅がらみ、建設発生土及び下水汚泥等とを使用し、これらを調合して焼成し、セメントクリンカーを得た。セメントクリンカーの原料調合量を表１に、原料の強熱減量（ｉｇ．ｌｏｓｓ）及び組成を表２に示す。

（セメントクリンカーのフェライト相の格子定数ｂ軸長）
得られたセメントクリンカーに、セメント組成物中のＳＯ_３基準で２．０質量％になるように石膏を内割で添加し、ボールミルでブレーン比表面積３２００±１００cm^２／ｇ及び３８００±１００cm^２／ｇになるように粉砕し、セメント組成物とした。また比較用として市販のセメント組成物３種類を準備した。

セメントクリンカー中のフェライト相の格子定数ｂ軸長を、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法（非特許文献１参照）を用いて測定した。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２０００（（株）リガク製）を用い、管電圧３５ｋＶ、管電流１１０ｍＡ、測定範囲２θ＝１０〜６０°、ステップ幅０．０２°及び固定時間２ｓの条件で行った。リートベルト解析は、粉末Ｘ線回折パターン総合解析ソフト（ＪＡＤＥ６．０（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．製））を使用した。リートベルト解析に使用した各鉱物相の基本結晶構造は表３に示すとおりである。フェライト相の格子定数ｂ軸長の測定結果を表５に示す。

［非特許文献１］ 粉末Ｘ線回折の実際−リートベルト法入門、日本分析化学会、X線分析研究懇談会[編]
［非特許文献２］ Mumme、W.G.、Neues Jahrb. Mineral.、Abh.169、pp.35-68 (1995)
［非特許文献３］ F.Nishi and Y. Takeuchi: "Crystal Structure of β-C2S、"Zeitschrift fur Krustallographie、 No.172、 pp.297-314 (1985)
［非特許文献４］ 山口悟朗：「クリンカー中のビーライトの結晶構造解析」、窯業協会誌、 Vol.71、 No.2、 pp.21-26 (1963)
［非特許文献５］ Y. Takeuchi、 F. Nishi and I. Maki: "Crystal Structure of Na doped C3A、"Zeitschrift fur Kristallographie、 No.152、 pp.259-307 (1980)
［非特許文献６］ 鶴見敬章、平野義信、大門正機：「フェライトの結晶構造」、第46回セメント技術大会講演要旨集、 No.46、 pp.20-25 (1992)

（石膏中の半水石膏割合）
セメント組成物に含まれる石膏中の半水石膏割合は、次の方法により求めた。まず、半水石膏量及び二水石膏量を、示差熱重量分析（ＴＧ−ＤＴＡ）によって定量した。具体的には、示差熱熱重量分析装置ＴＧ−ＤＴＡ６２００（セイコーインスツルメンツ（株）製）を用いて、直径２０μｍの孔を有する容量３０μＬのセル（材料：アルミニウム）に、試料を約３０ｍｇ入れ、昇温速度５℃／分で、室温から３００℃まで昇温した。図１に示すように、まず、重量減少曲線（図１のＴＧ）を微分した曲線（図１のＤＴＧ）から、ＤＴＧピークＡの立ち上がり温度（約１０５℃）、半水石膏の脱水に伴うＤＴＧピークＢの立ち上がり温度（約１５０℃）、ピークＢの終局点（約１８５℃）を求めた。次に、二水石膏の脱水に伴う１０５〜１５０℃附近の減量（ａ質量％）と、半水石膏の脱水に伴う１５０〜１８５℃附近の減量（ｂ質量％）を求め、式（４）及び式（５）を用いて、セメント組成物に含まれる石膏中の二水石膏量（質量％）及び半水石膏量（質量％）を算出した。これの半水石膏量及び二水石膏量より、半水石膏の割合（質量％）を式（６）により算出した。なお、リファレンス（標準試料）として、アルミニウム板を用いた。このようにして得られた半水石膏割合の測定結果を表６示す。

二水石膏量（質量％）＝減量ａ（質量％）×１７２〔二水石膏の分子量〕÷（１．５×１８〔Ｈ_２Ｏの分子量〕） （４）
半水石膏量（質量％）＝｛減量ｂ（質量％）−減量ａ（質量％）÷３｝×１４５〔半水石膏の分子量〕÷（０．５×１８〔Ｈ_２Ｏの分子量〕） （５）
半水石膏割合（質量％）＝半水石膏量÷（半水石膏量＋二水石膏量）×１００ （６）

（モルタル圧縮強さ試験及び水和熱試験）
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」にしたがって、各セメント組成物のモルタル圧縮強さ及び水和熱試験を行うことにより、強度発現性及び水和熱の評価を行った。モルタル圧縮強さ及び水和熱試験の試験結果を表６に示す。

（コンクリートの流動性評価試験）
コンクリート性能評価は、表４に示すコンクリート配合を基本として行った。但し、混和剤添加量は表中の値を目安としたが、使用するセメント組成物によっては目標スランプフロー値を得るために微調整した。また、空気量の調整のために一部試料には空気量調整剤を使用した。

使用した骨材及び混和剤は以下のとおりである。
細骨材：混合砂（福岡県相ノ島産海砂５０％＋北九州市門司産５０％、表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．５７％、粗粒率２．７０）
粗骨材：山口市宮野産砕石２００５（２０１５：１５０５＝５０：５０混合、表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．５１％、粗粒率６．７２）
混和剤：空気量調整剤

コンクリートの練り混ぜに用いたミキサ、練混ぜ量及び手順は以下のとおりである。また、ＪＩＳ Ａ １１５０：２００１「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準じて、得られたコンクリートのスランプフローを測定した。なお、「スランプフローの混練６０分後の残存率」は、セメント組成物の混練直後のスランプフローの値を、混練６０分後のスランプフローの値で除すことにより算出した。表５に実施例及び比較例のセメントクリンカーの種類及びセメント組成物の鉱物組成を、表６に対応するコンクリートの流動性評価結果を示す。なお、セメント組成物の鉱物組成はＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に従って測定した化学分析値から、ボーグ式により算出したものである。
ミキサ：強制二軸型ミキサ（公称容積５５Ｌ）
練混ぜ量：３０Ｌ／バッチ
練混ぜ時間及び手順
ａ）細骨材及びセメント組成物をミキサに投入後、１０秒間空練りした。
ｂ）水（混和剤含む）を加えて、６０秒間練混ぜた。
ｃ）粗骨材を加え６０秒間練混ぜる。５分間静置した後、１５秒間練混ぜて排出した。

フェライト相の格子定数ｂ軸長を１４．５６５Å以下にすることにより、セメント組成物中の半水石膏割合が５０％以下においてもスランプフロー６０分での残存率９０％以上を得られることが可能であることが明らかとなった（実施例１及び２並びに比較例１及び２）。また、セメント組成物の製造の際の産業廃棄物及び／又は産業副産物の使用量をより多く使用でき、さらにモルタル圧縮強さ、水和熱においても比較例と乖離しないことが明らかとなった。フェライト相の格子定数ｂ軸長を１４．５６５Å以上とした場合は、スランプフロー６０分での残存率９０％以上を得るには、半水石膏割合を６８質量％と高くする必要があった（比較例３）。

半水石膏量及び二水石膏量の示差熱重量分析結果を示す図である。

Claims (8)

1. フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下、かつ石膏中の半水石膏割合が６０質量％以下である、セメント組成物。
2. ボーグ式で算定されるＣ_３Ａ量が０．１〜４質量％、Ｃ_４ＡＦ量が１１〜１５質量％及びＣ_２Ｓ量が３０〜５０質量％である、請求項１記載のセメント組成物。
3. セメント組成物に含まれるセメントクリンカーの原料が、石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、鉄含有原料とを含む、請求項１又は２記載のセメント組成物。
4. ブレーン比表面積が、３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇである、請求項１〜３のいずれか一項記載のセメント組成物。
5. ＳＯ_３量が、１．８〜２．２質量％である、請求項１〜４のいずれか一項記載のセメント組成物。
6. Ｎａ_２Ｏ量が０．２〜０．３質量％及びＫ_２Ｏ量が０．２〜０．４質量％である、請求項１〜５のいずれか一項記載のセメント組成物。
7. 石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、鉄含有原料とを原料として焼成することにより、測定用セメントクリンカーを得る工程と、
   測定用セメントクリンカーのリートベルト解析を行い、フェライト相の格子定数ｂ軸長が１４．５６５Å以下となるように鉄含有原料の調合割合を調整する工程と、
   石灰石及び硅石に加えて、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥からなる群より選ばれる少なくとも１種以上と、調合割合を調整された鉄含有原料とを原料として焼成することにより、セメントクリンカーを得る工程と、
   セメントクリンカーと、石膏とを混合して粉砕することにより、セメント組成物を製造する工程と
   を含む、セメント組成物の製造方法。
8. セメントクリンカーの原料原単位として、石灰石が２００〜３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石が２０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカー、銅がらみ５〜２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土２〜３０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥５〜１５ｋｇ／Ｔ−クリンカーである、請求項７記載のセメント組成物の製造方法。

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