JP2013189377A - セメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セメントクリンカー、石膏及び混合材を含み、混合材の含有量が5質量%を超えかつ15質量%以下であり、混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種の無機粉末を含有し、セメントクリンカーは、ボーグ式により算出したときに、C4AF量が7.5〜8.5質量%、かつ、C3A量及びC4AF量の合計が20.0質量%以上21.0質量%未満であり、C3S量が50.0〜70.0質量%であるセメント組成物。
【選択図】なし
Description
本発明のセメント組成物は、セメントクリンカー、石膏及び混合材を含み、混合材の含有量が5質量%を超えかつ15質量%以下であり、混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する無機粉末であり、セメントクリンカーは、C4AF量が9.0質量%未満、かつ、C3A量及びC4AF量の合計が20.0質量%以上23.0質量%未満であり、C3S量が50.0〜70.0質量%である。
セメントクリンカーは、C3A、C4AF、C3S及びC2Sを含有するものであり、その組成は、ボーグ式により算出することができる。ボーグ式は、セメントクリンカー中の主要な4鉱物の含有量を求める計算式である。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。
C3S量=(4.07×CaO)―(7.60×SiO2)―(6.72×Al2O3)―(1.43×Fe2O3)
C2S量=(2.87×SiO2)―(0.754×C3S)
C3A量=(2.65×Al2O3)―(1.69×Fe2O3)
C4AF量=3.04×Fe2O3
セメント組成物中の石膏は、JIS R 9151「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満足することが望ましい。石膏としては、具体的には、二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。
本実施形態のセメント組成物において、混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種の無機粉末を含有するものである。混合材は、JIS R 5211「高炉セメント」で規定される高炉スラグ、JIS R 5212「シリカセメント」で規定されるシリカ質混合材、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」で規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末を利用することができる。ここで、石灰石微粉末は、セメント製造用の石灰石を粉砕したものが好適に使用できるが、炭酸カルシウムを主成分とする無機質の粉末状物質であれば、廃コンクリート等を粉砕したものや、化学的に精製した炭酸カルシウム等も代用することができる。
本発明のセメント組成物の製造方法は、セメントクリンカー、石膏及び混合材を含むセメント組成物の製造方法であって、混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種の無機粉末を含有し、セメントクリンカーは、ボーグ式により算出したときに、C4AFが9.0質量%未満、かつ、C3A量及びC4AF量の合計が20.0質量%以上23.0質量%未満であり、C3S量が50.0〜70.0質量%であり、セメントクリンカーに対し、混合材を5質量%を超えかつ15質量%以下添加する工程を有することを特徴とする。
セメントクリンカーの原料として、石灰石、珪石及び鉄精鉱と、粘土代替廃棄物である石炭灰及び高炉スラグとを使用した。また、セメントクリンカー中のNa2O、K2O及びSO3量を調整するため、各種試薬を併用した。混合材として、高炉スラグ及び石灰石微粉末を使用した。以下に使用したセメント組成物原料をまとめて記す。
(i)セメントクリンカー原料
石灰石(CaO含有量=55.2質量%)
珪石(SiO2含有量=98.8質量%)
高炉スラグ(Al2O3含有量=14.6質量%)
石炭灰(Al2O3含有量=25.7質量%)
鉄精鉱(Fe2O3含有量=64.3質量%)
硫酸カルシウム二水和物(試薬特級、関東化学株式会社製)
炭酸ナトリウム(試薬特級、和光純薬工業株式会社製)
炭酸カリウム(試薬特級、和光純薬工業株式会社製)
(ii)石膏
二水石膏:硫酸カルシウム二水和物(試薬特級、関東化学株式会社製、ig.loss=20.51質量%、CaO含有量=31.92質量%、SO3含有量=45.57質量%)
半水石膏:上記二水石膏を大気中で加熱調製した。
高炉スラグ及び石灰石微粉末の品質を下記表1に示す。なお、高炉スラグの化学組成はJIS R 5202「ポルトランドセメントの化学分析方法」により、石灰石微粉末の化学組成はJIS M 8850「石灰石分析方法」により測定した。ブレーン比表面積はJIS R 5201「セメントの物理試験方法」に従い、試料ベッドのポロシティーは、高炉スラグで0.530、石灰石微粉末では0.470とした。
高性能AE減水剤:レオビルドSP8SBsX4(BASFポゾリス株式会社製、商品名)
(3)練混ぜ水
イオン交換水
上記セメントクリンカー原料を表2に示す配合量で混合し、電気炉(株式会社モトヤマ製)にて1500℃で30分間焼成し、表3に示すセメントクリンカーを試製した。得られたセメントクリンカーについて、JIS R 5202「ポルトランドセメントの化学分析方法」による化学分析及びボーグ式に基づいて、鉱物組成(C3S量、C2S量、C3A量及びC4AF量)とSO3量を求めた。ここで、表2及び3中、No.2のセメントクリンカーは本発明の実施形態に係るものであり、No.1のセメントクリンカーは比較のための普通ポルトランドセメントクリンカーに相当するものである。
No.1及び2の各セメントクリンカーを、ブレーン比表面積で3200±50cm2/gとなるまで鉄製ボールミルを用いて粉砕した後、二水石膏及び半水石膏を添加し、更に高炉スラグ及び/又は石灰石微粉末を添加して、セメント組成物をそれぞれ調製した。セメント組成物中の全石膏量に対する半水石膏の割合(半水化率)は、いずれも50質量%とした。また、実施例1〜5では、高炉スラグ及び/又は石灰石微粉末を10質量%添加・混合し、本発明の実施形態に係るセメント組成物を調製した。さらに、比較例1及び2では、高炉スラグ又は石灰石微粉末を5質量%添加・混合し、普通ポルトランドセメントに相当するセメント組成物を調製した。調製したセメント組成物の組成を表4に示す。
実施例及び比較例で調製したセメント組成物100質量%に対し、それぞれ水40質量%を加え、ハンドミキサーで90秒間攪拌することで、セメントペーストを調製した。セメントペーストの調製は、20℃に設定した恒温室内で実施した。得られたペーストを1cm×1cm×6cmの型枠に流し入れ、相対湿度90%以上の環境で1日間静置した後、脱型して水中養生を行い、材齢28日における圧縮強さを測定した。圧縮強さ測定結果を表4に示す。
実施例1〜5のセメント組成物100質量%に対し、それぞれ水35質量%及び高性能AE減水剤0.40質量%を加え、ハンドミキサーにて2分間攪拌することでセメントペーストを調製した。セメントペーストの調製は、20℃に設定した恒温室内で行った。調製したセメントペーストを相対湿度90%以上の湿空環境で5分間静置した後、流動性の評価を実施した。流動性の評価は、二重円筒型回転粘度計(Haake社製Rotovisco RV1)を用い、せん断速度を0s−1〜200s−1まで2分間で変化させ、100s−1における見かけ粘度を測定した。セメントペーストの流動性の評価結果を表5に示す。表中の見かけ粘度は、値が小さいほど流動性が良いことを示している。
Claims (7)
- セメントクリンカー、石膏及び混合材を含むセメント組成物であって、
前記混合材の含有量が5質量%を超えかつ15質量%以下であり、
前記混合材は、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石微粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種の無機粉末を含有し、
前記セメントクリンカーは、ボーグ式により算出したときに、C4AF量が7.5〜8.5質量%、かつ、C3A量及びC4AF量の合計が20.0質量%以上21.0質量%未満であり、C3S量が50.0〜70.0質量%である、セメント組成物。 - 前記混合材が、石灰石微粉末及び高炉スラグを含有する、請求項1記載のセメント組成物。
- 前記石灰石微粉末の含有量が、前記石灰石微粉末及び前記高炉スラグの合計量を基準として20〜90質量%である、請求項2記載のセメント組成物。
- 前記石灰石微粉末のブレーン比表面積が3100〜4300cm2/gであり、前記高炉スラグのブレーン比表面積が3000〜4000cm2/gである、請求項2又は3記載のセメント組成物。
- 前記セメント組成物中のSO3量が2.2〜4.0質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセメント組成物。
- 前記セメントクリンカー1トン当たりの原料原単位は、石灰石が1000〜1200kg、粘土代替廃棄物が220〜400kgである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のセメント組成物。
- 前記セメント組成物1トン当たりのセメントクリンカーの原料原単位は、石灰石が850〜1060kg、粘土代替廃棄物が210〜300kgである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のセメント組成物。
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