JP2014129191A - セリウムを含有する水硬性組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】実質的に強度低下を生じないセリウム含有量を特定したセメント等の水硬性組成物を提供する。
【解決手段】セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物であり、例えば、クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、および三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、セリウムを酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％含有する水硬性組成物。
【選択図】図１
【解決手段】セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物であり、例えば、クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、および三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、セリウムを酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％含有する水硬性組成物。
【選択図】図１
Description
本発明は、実質的に強度低下を生じないセリウム含有量、あるいはセリウム含有量とランタン含有量の合計量を特定したセメント等の水硬性組成物に関する。
セメントには酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化鉄などの物性を左右する主要成分と共に三酸化硫黄、ハロゲン化物、アルカリ金属酸化物、あるいは重金属酸化物などの微量の成分が含まれている。セメント工場では原燃料の多様化を進めており、これに伴い製品中の微量成分が増える傾向にある。
微量成分の増加はセメントの物性あるいは硬化体の溶出特性に何らかの影響を及ぼすことが判明しており、特にセメントの強度低下を生じる影響が大きい（特許文献１）。セメント工場ではこのような負の影響を抑えることができる範囲で種々の原燃料を使用し、影響を回避することができないものについては使用対象外としている。
微量成分の増加による影響を回避する手段として、原料混合物の化学組成（クリンカーの化学係数）、クリンカーに取り込まれる燃料由来の三酸化硫黄、あるいはセメントの比表面積や粒度分布等を調整するが対策が行われている。
しかし、原料混合物の化学組成を変更する手段は目的とする物性以外のものの変動を招く問題がある。また、クリンカーに取り込まれる三酸化硫黄を調整するのは困難である。さらにセメントの比表面積等の調整には大規模な設備改造や多額のコストを要する。このように、セメントに含まれる微量成分がセメント硬化体の強度に及ぼす負の影響を回避することは困難である。このため、例えば、微量成分を含有する原燃料の使用が困難になっていた。
本発明は、セメント等の水硬性組成物において、微量成分として混入するセリウムについて、実質的に強度低下を生じないセリウム含有量の範囲を特定し、あるいはセリウムと共にランタンが混入する場合には実質的に強度低下を生じないセリウムとランタンの合計量を特定することによって、産業廃棄物から得られるシリカ原料等を、微量のセリウムやランタンが含有されている場合でも、セメントのシリカ原料等として利用可能にしたものである。
本発明は以下の構成からなるセリウム含有水硬性組成物に関する。
〔１〕セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
〔２〕クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、セリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である上記[１]に記載する水硬性組成物。
〔３〕ランタンおよびセリウムの合計含有量を内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
〔４〕クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、ランタンおよびセリウムの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である上記[３]に記載する水硬性組成物。
〔５〕セリウムおよびまたはランタンが産業廃棄物から得られるシリカ原料に付随するものである上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する水硬性組成物。
〔１〕セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
〔２〕クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、セリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である上記[１]に記載する水硬性組成物。
〔３〕ランタンおよびセリウムの合計含有量を内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
〔４〕クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、ランタンおよびセリウムの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である上記[３]に記載する水硬性組成物。
〔５〕セリウムおよびまたはランタンが産業廃棄物から得られるシリカ原料に付随するものである上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する水硬性組成物。
本発明の水硬性組成物は、微量成分のセリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整されているので硬化体の強度低下が少ない。また、本発明の水硬性組成物は、あるいはセリウムと共にランタンが混入する場合には、セリウムとランタンの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整されているので、硬化体の強度低下が少ない。具体的には、セリウムの含有量が上記範囲に調整されている場合、クリンカーのモジュラスが同一範囲であってセリウムおよびランタンを含有しないセメントに比較して、２８日強さの低下率は概ね０.９９％〜０.９８％程度であり、セリウムとランタンの合計含有量が上記範囲に調整されている場合には、クリンカーのモジュラスが同一範囲であってセリウムおよびランタンを含有しないセメントに比較して、２８日強さの低下率は概ね０〜０.９８％程度である。
本発明の水硬性組成物はセリウム含有量が所定の許容範囲に調整されているので、水硬性組成物中のセリウム含有量またはセリウムとランタンの合計含有量が許容される上記範囲内で、微量のセリウムないしランタンが含有されている廃棄物シリカ材料、例えば、シリコンウエハー研磨の際に発生するシリコン廃棄物などをセメントのシリカ原料として利用することができる。
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の水硬性組成物は、セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物である。
本発明の水硬性組成物は、セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物である。
普通ポルトランドセメントは、一般に、クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量が０.５〜１.５wt％、および、遊離石灰量が０.５〜１.０wt％であり、このクリンカーを用いたセメントに含まれる三酸化硫黄量は１.５〜３.０wt％である。
本発明に係る水硬性組成物は、クリンカーモジュラスが上記範囲の普通ポルトランドセメントにおいて、セリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％の水硬性組成物である。また、本発明に係る水硬性組成物は、クリンカーモジュラスが上記範囲の普通ポルトランドセメントにおいて、セリウムおよびランタンの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％の水硬性組成物である。
本発明の水硬性組成物によれば、セリウムを含有する原料を使用する場合でも、クリンカン中のセリウム含有量を酸化物換算で内割重量０.１wt％以下に抑制することによって実質的に強度低下を生じない水硬性組成物を得ることができる。従って、セリウム含有量が上記範囲内であれば、微量のセリウムが含有されている廃棄物シリカ材料などをシリカ原料として十分に利用することができる。なお、セリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.１wt％より多いと、硬化体の強度低下の割合が大きくなるので好ましくない。
また、本発明の水硬性組成物によれば、セリウムと共にランタンを含有する原料を使用する場合でも、クリンカン中のセリウムとランタンの合計含有量を酸化物換算で内割重量０.１wt％以下に抑制することによって実質的に強度低下を生じない水硬性組成物を得ることができる。従って、セリウム含有量が上記範囲内であれば、微量のセリウムが含有されている廃棄物シリカ材料などをシリカ原料として十分に利用することができる。なお、セリウムとランタンの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.１wt％より多いと、硬化体の強度低下の割合が大きくなるので好ましくない。
以下に本発明の実施例および比較例を示す。
CeO2含有量は誘導結合プラズマ質量分析装置を使用した検量線法により測定した。
SO3cl量は規格（日本工業規格 JIS R 5202:2010）に従って測定した。
SO3ce量は規格（日本工業規格 JIS R 5202:2010）に従って測定した。
f.CaOは規格（セメント協会標準試験方法 JCAS I-01:1997）に従って測定した。
ビーライトの水和反応率は粉末Ｘ線回折装置を使用した内標準法により測定した。
CeO2含有量は誘導結合プラズマ質量分析装置を使用した検量線法により測定した。
SO3cl量は規格（日本工業規格 JIS R 5202:2010）に従って測定した。
SO3ce量は規格（日本工業規格 JIS R 5202:2010）に従って測定した。
f.CaOは規格（セメント協会標準試験方法 JCAS I-01:1997）に従って測定した。
ビーライトの水和反応率は粉末Ｘ線回折装置を使用した内標準法により測定した。
〔実施例：Ａ１〜Ａ４、比較例：Ｃ１、Ｃ２〕
普通ポルトランドセメントクリンカー用の原料混合粉に、純薬の酸化セリウム(CeO2)を内割重量比０.００〜０.２２wt％添加した。さらにクリンカーの化学係数を調整するため、純薬の酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルムニウム、酸化鉄、無水石膏を必要量添加した。表１にセメントクリンカー原料のモジュラスを示す。
次に、上記クリンカー原料に加水してペースト状になるまで練り混ぜ、一辺２cmの直方体に成形して乾燥させた。乾燥した成形体を電気炉にて焼成し、急冷させてクリンカーとした。なお、焼成は先ず１０００℃で仮焼成した後に１４５０℃で本焼成した。仮焼成時間は６０分、本焼成は９０分であり、遊離石灰量（f.CaO）が普通ポルトランドセメントと同程度になるように設定した。具体的には、クリンカーに純薬の二水石膏をセメント中の含有量が２.０±０.１wt％になるように添加し、ブレーン空気透過法による比表面積が３２５０±５０cm2/gになるまでボールミルで粉砕しセメントとした。このセメントについて、規格（JIS R 5201−1997「セメントの物理試験方法」）に従って圧縮強さを測定した。この結果を表１および図１に示す。
普通ポルトランドセメントクリンカー用の原料混合粉に、純薬の酸化セリウム(CeO2)を内割重量比０.００〜０.２２wt％添加した。さらにクリンカーの化学係数を調整するため、純薬の酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルムニウム、酸化鉄、無水石膏を必要量添加した。表１にセメントクリンカー原料のモジュラスを示す。
次に、上記クリンカー原料に加水してペースト状になるまで練り混ぜ、一辺２cmの直方体に成形して乾燥させた。乾燥した成形体を電気炉にて焼成し、急冷させてクリンカーとした。なお、焼成は先ず１０００℃で仮焼成した後に１４５０℃で本焼成した。仮焼成時間は６０分、本焼成は９０分であり、遊離石灰量（f.CaO）が普通ポルトランドセメントと同程度になるように設定した。具体的には、クリンカーに純薬の二水石膏をセメント中の含有量が２.０±０.１wt％になるように添加し、ブレーン空気透過法による比表面積が３２５０±５０cm2/gになるまでボールミルで粉砕しセメントとした。このセメントについて、規格（JIS R 5201−1997「セメントの物理試験方法」）に従って圧縮強さを測定した。この結果を表１および図１に示す。
表１および図１に示すように、実施例１〜４（CeO2含有量０.０３〜０.１０wt％)の何れにおいても強度低下は小さく、CeO2無添加の比較例１に対して、２８日圧縮強さの低下率（実施例１〜４の28日圧縮強さ／比較例１の28日圧縮強さ）は概ね０.９９％〜０.９８％程度である。
一方、CeO2含有量が０.２２wt％の比較例２では、全材齢（３日〜２８日）において圧縮強さの低下が認められた。また材齢２８日におけるビーライトの水和反応率は、CeO2を含まない比較例１では２４％であるが、比較例２では１４％程度に低下するので、長期強度が低下する傾向がある。
〔実施例：Ｂ１〜Ｂ７、比較例：Ｄ１〜Ｄ５〕
普通ポルトランドセメントクリンカー用の原料混合粉に、純薬の酸化ランタン(La2O3)および酸化セリウム(CeO2)を内割重量比０.００〜０.１３wt％添加した。さらにクリンカーの化学係数を調整するため、純薬の酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルムニウム、酸化鉄、無水石膏を必要量添加した。表２にセメントクリンカー原料のモジュラスを示す。
次に、上記クリンカー原料に加水してペースト状になるまで練り混ぜ、一辺２cmの直方体に成形して乾燥させた。乾燥した成形体を電気炉にて焼成し、急冷させてクリンカーとした。なお、焼成は先ず１０００℃で仮焼成した後に１４５０℃で本焼成した。仮焼成時間は６０分、本焼成は９０分であり、遊離石灰量（f.CaO）が普通ポルトランドセメントと同程度になるように設定した。具体的には、クリンカーに純薬の二水石膏をセメント中の含有量が２.０±０.１wt％になるように添加し、ブレーン空気透過法による比表面積が３２５０±５０cm2/gになるまでボールミルで粉砕しセメントとした。このセメントについて、規格（JIS R 5201−1997「セメントの物理試験方法」）に従って圧縮強さを測定した。この結果を表２および図２に示す。
普通ポルトランドセメントクリンカー用の原料混合粉に、純薬の酸化ランタン(La2O3)および酸化セリウム(CeO2)を内割重量比０.００〜０.１３wt％添加した。さらにクリンカーの化学係数を調整するため、純薬の酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルムニウム、酸化鉄、無水石膏を必要量添加した。表２にセメントクリンカー原料のモジュラスを示す。
次に、上記クリンカー原料に加水してペースト状になるまで練り混ぜ、一辺２cmの直方体に成形して乾燥させた。乾燥した成形体を電気炉にて焼成し、急冷させてクリンカーとした。なお、焼成は先ず１０００℃で仮焼成した後に１４５０℃で本焼成した。仮焼成時間は６０分、本焼成は９０分であり、遊離石灰量（f.CaO）が普通ポルトランドセメントと同程度になるように設定した。具体的には、クリンカーに純薬の二水石膏をセメント中の含有量が２.０±０.１wt％になるように添加し、ブレーン空気透過法による比表面積が３２５０±５０cm2/gになるまでボールミルで粉砕しセメントとした。このセメントについて、規格（JIS R 5201−1997「セメントの物理試験方法」）に従って圧縮強さを測定した。この結果を表２および図２に示す。
表２に示すように、実施例Ｂ１〜Ｂ７は何れの材齢においても、比較例Ｄ１とほぼ同等(±２％)の圧縮強さを有している。一方、酸化ランタンと酸化セリウムの合計含有量が０.１０wt％を上回る比較例Ｄ２〜Ｄ５は何れも全材齢において圧縮強さに低下が認めらる。
Claims (5)
- セリウムの含有用量を酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
- クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、セリウム含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である請求項１に記載する水硬性組成物。
- ランタンおよびセリウムの合計含有量を内割重量０.０３〜０.１０wt％に調整することによって強度低下を抑制したことを特徴とする水硬性組成物。
- クリンカーの水硬率(ＨＭ)が２.０〜２.２、珪酸率(ＳＭ)が２.３〜２.８、鉄率(ＩＭ)が１.９〜２.１、三酸化硫黄量０.５〜１.５wt％、および遊離石灰量０.５〜１.０wt％であって、セメント中の三酸化硫黄量が１.５〜３.０wt％である普通ポルトランドセメントにおいて、ランタンおよびセリウムの合計含有量が酸化物換算で内割重量０.０３〜０.１０wt％である請求項３に記載する水硬性組成物。
- セリウムおよびまたはランタンが産業廃棄物から得られるシリカ原料に付随するものである請求項１〜請求項４の何れかに記載する水硬性組成物。
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