JP2016183057A - セメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができる、普通エコセメントおよびセメント混和材を含むセメント組成物を提供する。
【解決手段】普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであるセメント組成物。セメント混和材は、好ましくは、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末からなる群より選ばれる一種以上を含む。
【選択図】なし
【解決手段】普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであるセメント組成物。セメント混和材は、好ましくは、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末からなる群より選ばれる一種以上を含む。
【選択図】なし
Description
本発明は、セメント組成物に関する。
日本の都市ごみ排出量は、約５，０００万トン／年（約４００ｋｇ／人・年）と多量である。
このような多量の都市ごみ排出量に起因する、都市ごみ焼却灰の埋め立て処分場の不足等の環境問題に対する解決策の一つとして、エコセメントが開発された。エコセメントは、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４（エコセメント）」において、セメントクリンカ１トンにつき、都市ごみ焼却灰等の廃棄物を乾燥ベースで５００ｋｇ以上用いて作られるセメントと定められている。
また、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４（エコセメント）」において、塩化物イオン量がセメント質量の０．１％以下のものを「普通エコセメント」と定めている。普通エコセメントの品質規格は、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０（ポルトランドセメント）」において定められた普通ポルトランドセメントの品質規格とほぼ同じである。したがって、普通エコセメントは、普通ポルトランドセメントと同様に、産業副産物である高炉スラグやフライアッシュを用いた混合セメントの基材セメントとして使用することができる。
このような多量の都市ごみ排出量に起因する、都市ごみ焼却灰の埋め立て処分場の不足等の環境問題に対する解決策の一つとして、エコセメントが開発された。エコセメントは、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４（エコセメント）」において、セメントクリンカ１トンにつき、都市ごみ焼却灰等の廃棄物を乾燥ベースで５００ｋｇ以上用いて作られるセメントと定められている。
また、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４（エコセメント）」において、塩化物イオン量がセメント質量の０．１％以下のものを「普通エコセメント」と定めている。普通エコセメントの品質規格は、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０（ポルトランドセメント）」において定められた普通ポルトランドセメントの品質規格とほぼ同じである。したがって、普通エコセメントは、普通ポルトランドセメントと同様に、産業副産物である高炉スラグやフライアッシュを用いた混合セメントの基材セメントとして使用することができる。
普通エコセメントを基材セメントとして用いた混合セメント（以下、「普通エコセメント系混合セメント」ともいう。）として、例えば、特許文献１には、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料として用いて焼成されてなり、１０〜２５質量％のＣ3Ａ、１０〜２０質量％のＣ4ＡＦ、０．１質量％以下の塩素、Ｃ3Ｓ及び／又はＣ2Ｓを含有し、かつＣ3ＡとＣ4ＡＦとの合計量が３５質量％以下である焼成物、並びに石膏を含むエコセメントと、石膏を含む高炉スラグ粉末とからなり、前記高炉スラグ粉末の含有量が、前記エコセメントの含有量と同量又はそれよりも少ない量であることを特徴とするセメント組成物が記載されている。該セメント組成物によれば、得られるセメント質硬化体の長期強度を改善することができる。
しかしながら、普通ポルトランドセメントを基材セメントとして用いた混合セメント（以下、「普通セメント系混合セメント」ともいう。）と同様の一般的な製造方法で、普通エコセメント系混合セメントを製造した場合、得られた普通エコセメント系混合セメントの凝結時間（始発、終結）は、普通セメント系混合セメントの凝結時間と比べて、始発、終結ともに、大きく遅延する。このことは、普通エコセメント系混合セメントの普及の妨げとなっている。
一方、一般的に、セメントの凝結時間を短くすることを目的として、塩化カルシウムやアルミン酸ナトリウム等の凝結促進剤が使用されている。しかし、凝結促進剤によって凝結が促進されたセメントの流動性は、通常、低下する。
流動性の低下が起こりにくい凝結促進剤として、非特許文献１には、硫酸アルミニウムと硝酸バリウムを主要成分とする無塩化物型凝結促進剤が記載されている。該凝結促進剤によれば、一般的な高流動コンクリートについて、凝結促進剤無添加のコンクリートと同等の初期流動性を確保しながら、約３０％の凝結促進効果を得ることができる。
流動性の低下が起こりにくい凝結促進剤として、非特許文献１には、硫酸アルミニウムと硝酸バリウムを主要成分とする無塩化物型凝結促進剤が記載されている。該凝結促進剤によれば、一般的な高流動コンクリートについて、凝結促進剤無添加のコンクリートと同等の初期流動性を確保しながら、約３０％の凝結促進効果を得ることができる。
露木尚光、梅村靖弘、「無塩化物型凝結促進剤を用いたコンクリートの特性」、コンクリート工学年次論文集、ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．１、ｐｐ．７０５−７１０（２００４）
普通エコセメントは、間隙相（アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3））の量が多いため、普通ポルトランドセメントと比べて、流動性に劣る。したがって、もともと凝結が遅延する傾向のある普通エコセメント系混合セメントに対して、その凝結時間を短くするために凝結促進剤を添加した場合、普通エコセメント系混合セメントの流動性がさらに低下するという問題がある。
普通エコセメント系混合セメントを含むセメント組成物について、流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができれば、普通エコセメント系混合セメントの普及を促進することができる。
そこで、本発明は、流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができる、普通エコセメント系混合セメント（換言すると、普通エコセメントおよびセメント混和材）を含むセメント組成物を提供することを目的とする。
普通エコセメント系混合セメントを含むセメント組成物について、流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができれば、普通エコセメント系混合セメントの普及を促進することができる。
そこで、本発明は、流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができる、普通エコセメント系混合セメント（換言すると、普通エコセメントおよびセメント混和材）を含むセメント組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、上記凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであるセメント組成物によれば、本発明の目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ 普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、上記凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであることを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記セメント混和材が、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末からなる群より選ばれる一種以上を含む前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ 上記凝結促進剤の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、０．２５〜１．０質量部である前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］ 上記セメント混和材の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、５〜６０質量部である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ 普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、上記凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであることを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記セメント混和材が、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末からなる群より選ばれる一種以上を含む前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ 上記凝結促進剤の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、０．２５〜１．０質量部である前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］ 上記セメント混和材の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、５〜６０質量部である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
本発明のセメント組成物によれば、普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むにもかかわらず、凝結促進剤の種類を特定のものに限定しているため、流動性を低下させずに、凝結時間を短くすることができる。
本発明のセメント組成物は、普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、上記凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであるものである。
本発明で用いられる「普通エコセメント」とは、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４：２００９（エコセメント）」において定義されているとおり、都市部などで発生する廃棄物のうち主たる廃棄物である都市ごみを焼却したときに発生する灰を主とし、必要に応じて下水汚泥などの廃棄物を従としてエコセメントクリンカーの主原料に用い、製品１ｔにつきこれらの廃棄物をＪＩＳ Ａ １２０３に規定される乾燥ベースで５００ｋｇ以上用いてつくられるセメント（エコセメント）の中でも、エコセメントの製造過程で脱塩素化させ、塩化物イオン量がセメント質量の０．１％以下のものである。
普通ポルトランドセメントの代替品として、普通エコセメントを混合セメントの基材セメントとして使用することで、廃棄物の利用を促進することができる。
本発明で用いられる「普通エコセメント」とは、「ＪＩＳ Ｒ ５２１４：２００９（エコセメント）」において定義されているとおり、都市部などで発生する廃棄物のうち主たる廃棄物である都市ごみを焼却したときに発生する灰を主とし、必要に応じて下水汚泥などの廃棄物を従としてエコセメントクリンカーの主原料に用い、製品１ｔにつきこれらの廃棄物をＪＩＳ Ａ １２０３に規定される乾燥ベースで５００ｋｇ以上用いてつくられるセメント（エコセメント）の中でも、エコセメントの製造過程で脱塩素化させ、塩化物イオン量がセメント質量の０．１％以下のものである。
普通ポルトランドセメントの代替品として、普通エコセメントを混合セメントの基材セメントとして使用することで、廃棄物の利用を促進することができる。
本発明で用いられるセメント混和材は、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末等からなる群より選ばれる一種以上である。
セメント混和材の配合量は、普通エコセメントおよびセメント混和材の合計量１００質量部当たり、好ましくは５〜６０質量部、より好ましくは１０〜５５質量部、特に好ましくは１０〜４５質量部である。該量が５質量部以上であれば、産業副産物である高炉スラグ微粉末等の利用を促進することができる。該量が６０質量部以下であれば、セメント組成物が、セメント混和材の配合量に応じた、良好な凝結特性、強度特性及び流動性を発現する。
セメント混和材の配合量は、普通エコセメントおよびセメント混和材の合計量１００質量部当たり、好ましくは５〜６０質量部、より好ましくは１０〜５５質量部、特に好ましくは１０〜４５質量部である。該量が５質量部以上であれば、産業副産物である高炉スラグ微粉末等の利用を促進することができる。該量が６０質量部以下であれば、セメント組成物が、セメント混和材の配合量に応じた、良好な凝結特性、強度特性及び流動性を発現する。
本発明で用いられる凝結促進剤は、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムである。中でも、流動性を向上させる観点から、硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムが好ましく、セメント組成物中に塩素を導入させず、鉄筋の腐食等を招かない観点から、硝酸カルシウムがより好ましい。また、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
凝結促進剤の配合量は、普通エコセメントおよびセメント混和材の合計量１００質量部当たり、好ましくは０．２５〜１．０質量部、より好ましくは０．３〜０．９質量部、特に好ましくは０．４〜０．８質量部である。該量が０．２５質量部以上であれば、セメント組成物の凝結時間をより短くすることができる。該量が１．０質量部以下であれば、セメント組成物の流動性の低下を引き起こさない。
なお、２種以上の凝結促進剤を用いる場合、その配合量の合計は、１種の凝結促進剤を用いた場合の配合量と同じである。
凝結促進剤の配合量は、普通エコセメントおよびセメント混和材の合計量１００質量部当たり、好ましくは０．２５〜１．０質量部、より好ましくは０．３〜０．９質量部、特に好ましくは０．４〜０．８質量部である。該量が０．２５質量部以上であれば、セメント組成物の凝結時間をより短くすることができる。該量が１．０質量部以下であれば、セメント組成物の流動性の低下を引き起こさない。
なお、２種以上の凝結促進剤を用いる場合、その配合量の合計は、１種の凝結促進剤を用いた場合の配合量と同じである。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）エコセメント：普通エコセメント（東京たまエコセメント社製）；ブレーン比表面積：４，１７０ｃｍ２／ｇ；密度：３．１６ｇ／ｃｍ３
（２）セメント混和材Ａ：高炉スラグ微粉末（日鉄セメント社製）；ブレーン比表面積：３，０３０ｃｍ２／ｇ；密度：２．７２／ｃｍ３
（３）セメント混和材Ｂ：フライアッシュ（テクノ中部社から販売された、碧南火力発電所（中部電力社）より発生したもの）；ブレーン比表面積：４，０１０ｃｍ２／ｇ；密度：２．２０ｇ／ｃｍ３
（４）セメント混和材Ｃ：石灰石微粉末（備北粉北工業社製）；ブレーン比表面積：５，９９０ｃｍ２／ｇ；密度：２．７０ｇ／ｃｍ３
（５）凝結促進剤Ａ：硝酸カルシウム（和光純薬社製；試薬）
（６）凝結促進剤Ｂ：亜硝酸カルシウム（関東化学社製；試薬）
（７）凝結促進剤Ｃ：塩化カルシウム（関東化学社製；試薬）
（８）凝結促進剤Ｄ：硫酸アルミニウム（大明化学工業社製；試薬）
（９）細骨材：セメント強さ試験用標準砂（一般社団法人セメント協会製）
（１０）高性能ＡＥ減水剤：ＢＡＳＦジャパン社製；商品名「マスターグレニウムＳＰ８Ｎ」
［使用材料］
（１）エコセメント：普通エコセメント（東京たまエコセメント社製）；ブレーン比表面積：４，１７０ｃｍ２／ｇ；密度：３．１６ｇ／ｃｍ３
（２）セメント混和材Ａ：高炉スラグ微粉末（日鉄セメント社製）；ブレーン比表面積：３，０３０ｃｍ２／ｇ；密度：２．７２／ｃｍ３
（３）セメント混和材Ｂ：フライアッシュ（テクノ中部社から販売された、碧南火力発電所（中部電力社）より発生したもの）；ブレーン比表面積：４，０１０ｃｍ２／ｇ；密度：２．２０ｇ／ｃｍ３
（４）セメント混和材Ｃ：石灰石微粉末（備北粉北工業社製）；ブレーン比表面積：５，９９０ｃｍ２／ｇ；密度：２．７０ｇ／ｃｍ３
（５）凝結促進剤Ａ：硝酸カルシウム（和光純薬社製；試薬）
（６）凝結促進剤Ｂ：亜硝酸カルシウム（関東化学社製；試薬）
（７）凝結促進剤Ｃ：塩化カルシウム（関東化学社製；試薬）
（８）凝結促進剤Ｄ：硫酸アルミニウム（大明化学工業社製；試薬）
（９）細骨材：セメント強さ試験用標準砂（一般社団法人セメント協会製）
（１０）高性能ＡＥ減水剤：ＢＡＳＦジャパン社製；商品名「マスターグレニウムＳＰ８Ｎ」
［実施例１〜７］
表１に示す配合のセメント組成物について、凝結時間、モルタルフロー値、及びモルタル圧縮強さを以下の測定方法に従って測定した。結果を表３に示す。
［測定方法］
（１）凝結時間：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して、凝結時間を測定した。
（２）モルタルフロー値：水／セメント組成物（質量比）が０．３５であり、細骨材／セメント組成物（質量比）が２．０であり、セメント組成物１００質量％に対して０．６５質量％の高性能ＡＥ減水剤を加えたものを、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に規定される機械練り用練り混ぜ機を用いて、５分間混練したモルタルについて、「ＪＩＳ Ａ １１７１（ポリマーセメントモルタルの試験方法）」に規定されているスランプコーン（上端内径：５０±０．５ｍｍ；下端内径：１００±０．５ｍｍ；高さ：１５０±０．５ｍｍ）を用いて、混練直後と混練から３０分後の各時点におけるモルタルフロー値を測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に準拠して、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタル圧縮強さを測定した。
表１に示す配合のセメント組成物について、凝結時間、モルタルフロー値、及びモルタル圧縮強さを以下の測定方法に従って測定した。結果を表３に示す。
［測定方法］
（１）凝結時間：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して、凝結時間を測定した。
（２）モルタルフロー値：水／セメント組成物（質量比）が０．３５であり、細骨材／セメント組成物（質量比）が２．０であり、セメント組成物１００質量％に対して０．６５質量％の高性能ＡＥ減水剤を加えたものを、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に規定される機械練り用練り混ぜ機を用いて、５分間混練したモルタルについて、「ＪＩＳ Ａ １１７１（ポリマーセメントモルタルの試験方法）」に規定されているスランプコーン（上端内径：５０±０．５ｍｍ；下端内径：１００±０．５ｍｍ；高さ：１５０±０．５ｍｍ）を用いて、混練直後と混練から３０分後の各時点におけるモルタルフロー値を測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に準拠して、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタル圧縮強さを測定した。
［比較例１〜７］
表２に示す配合のセメント組成物について、凝結時間、モルタルフロー値、モルタル圧縮強さを、実施例１〜７と同様にして測定した。結果を表３に示す。
表２に示す配合のセメント組成物について、凝結時間、モルタルフロー値、モルタル圧縮強さを、実施例１〜７と同様にして測定した。結果を表３に示す。
表３から、実施例１〜３（セメント混和材としてフライアッシュを含みかつ凝結促進剤Ａ〜Ｃを含むセメント組成物）の凝結時間は、比較例１（普通エコセメントのみからなるセメント組成物）の凝結時間と同等であり、比較例２（セメント混和材としてフライアッシュを含みかつ凝結促進剤を含まないセメント組成物）の凝結時間よりも短いことがわかる。
また、実施例１〜３のモルタル圧縮強さは、比較例２及び比較例３（セメント混和材としてフライアッシュを含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例１〜３のモルタルフロー値は、比較例１〜２及び比較例３のモルタルフロー値と同等または大きいことがわかる。特に、実施例１、３のモルタルフロー値は、比較例１〜３のモルタルフロー値と比べて大きいことがわかる。
また、実施例１〜３のモルタル圧縮強さは、比較例２及び比較例３（セメント混和材としてフライアッシュを含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例１〜３のモルタルフロー値は、比較例１〜２及び比較例３のモルタルフロー値と同等または大きいことがわかる。特に、実施例１、３のモルタルフロー値は、比較例１〜３のモルタルフロー値と比べて大きいことがわかる。
また、実施例４〜５（セメント混和材として高炉スラグ微粉末を含みかつ凝結促進剤ＡまたはＣを含むセメント組成物）の凝結時間は、比較例４（セメント混和材として高炉スラグ微粉末を含みかつ凝結促進剤を含まないセメント組成物）の凝結時間よりも短いことがわかる。
また、実施例４〜５のモルタル圧縮強さは、比較例４及び比較例５（セメント混和材として高炉スラグ微粉末を含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例４〜５のモルタルフロー値は、比較例１、４及び比較例５のモルタルフロー値よりも大きいことがわかる。
また、実施例４〜５のモルタル圧縮強さは、比較例４及び比較例５（セメント混和材として高炉スラグ微粉末を含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例４〜５のモルタルフロー値は、比較例１、４及び比較例５のモルタルフロー値よりも大きいことがわかる。
さらに、実施例６〜７（セメント混和材として石灰石微粉末を含みかつ凝結促進剤ＡまたはＣを含むセメント組成物）の凝結時間は、比較例１及び比較例６（セメント混和材として石灰石微粉末を含みかつ凝結促進剤を含まないセメント組成物）の凝結時間よりも短いことがわかる。
また、実施例６〜７のモルタル圧縮強さは、比較例６及び比較例７（セメント混和材として石灰石微粉末を含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例６〜７のモルタルフロー値は、比較例１、６及び比較例７のモルタルフロー値よりも大きいことがわかる。
また、実施例６〜７のモルタル圧縮強さは、比較例６及び比較例７（セメント混和材として石灰石微粉末を含みかつ凝結促進剤Ｄを含むセメント組成物）のモルタル圧縮強さと同等であることがわかる。
さらに、実施例６〜７のモルタルフロー値は、比較例１、６及び比較例７のモルタルフロー値よりも大きいことがわかる。
Claims (4)
- 普通エコセメント、セメント混和材および凝結促進剤を含むセメント組成物であって、上記凝結促進剤が、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムまたは塩化カルシウムであることを特徴とするセメント組成物。
- 上記セメント混和材が、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび石灰石微粉末からなる群より選ばれる一種以上を含む請求項１に記載のセメント組成物。
- 上記凝結促進剤の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、０．２５〜１．０質量部である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
- 上記セメント混和材の配合量が、上記普通エコセメントおよび上記セメント混和材の合計量１００質量部当たり、５〜６０質量部である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
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