JP2017218354A

JP2017218354A - セメント組成物およびその製造方法

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Publication number: JP2017218354A
Application number: JP2016115318A
Authority: JP
Inventors: 英俊三隅; Hidetoshi Misumi; 貴康伊藤; Takayasu Ito; 高橋　俊之; Toshiyuki Takahashi; 俊之高橋
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: JP6683025B2

Abstract

【課題】セメント製造時に発生する副産物を有効利用しながら強度発現性を向上した、高炉スラグなどの混合材を多く含むセメント組成物およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るセメント組成物は、高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含むセメント組成物であって、前記高炉スラグと前記ダストとの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下であり、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満であり、前記ダストがＥＰダストを含み、前記ＥＰダストの塩素含有量が０〜０．１質量％、有機炭素含有量が０〜０．００２５質量％であり、前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、高炉スラグなどの混合材を多く含み、かつセメントの製造工程で発生する副産物であるダストを有効利用したセメント組成物およびその製造方法に関する。

現在、地球温暖化防止対策として、セメント製造に由来するＣＯ_２発生量の低減に向けて、高炉水砕スラグやフライアッシュ等の混合材を多量に使用した低炭素セメントの利用が進められている。しかしながら、このような混合材を多く含むセメントは、強度発現性が低く、特に初期の強度が出難いために養生期間を長くする必要があり、施工性の面で効率が低かった。

そこで、セメントの初期強度を改善する従来技術として、混合材の粉末度を高める、セメントの配合量を増やす、反応促進剤を使用する等の対策がなされている。

一方で、セメントの製造工程においては、電気集塵機で捕集された原料粉砕時に生じる極微粒な無機粉末（以下、ＥＰダスト）や、キルン内の塩素循環量を制御することを目的に設置されている塩素バイパスで捕集されるクリンカーダスト（以下、塩素バイパスダスト）といった無機粉末が、副産物として発生する。

ＥＰダストや塩素バイパスダストは、通常はクリンカー原料として再利用されるが、温度が一旦下がったものを再び加熱することになり、セメント製造の熱効率は低下することになる。

そこで、塩素バイパスダストをセメントに適量添加して利用することで、副産物を有効利用しながら初期強度の増加を図る技術が検討されてきた（特許文献１）。また、電気集塵ダスト（ＥＰダスト）から水銀を除去した後にクリンカー原料として利用する技術やクリンカーの粉砕工程で添加する技術が開示されてきた（特許文献２、３）。

特開２００５−３５０３３７号公報特開２０１３−１１２５７９号公報特開２００２−２８４５５０号公報

しかしながら、混合材の粉末度を高める、セメントの配合量を増やす、反応促進剤を使用する場合にはコストの面で問題があり、塩素バイパスダストをセメントに添加した場合やＥＰダストをセメントに添加、もしくはクリンカー原料として利用した場合には、長期強度が低下する問題があった。

これからの低炭素社会に向けて高炉セメントの利用が進む可能性があり、セメント製造時に発生する副産物を有効利用可能な、より安価で効率良く強度改善が図れる技術が要望されている。また、耐久性を考慮すると長期強度を高めに維持することも重要であるため、初期強度だけでなく長期強度発現性にも優れるセメント組成物およびその製造方法が必要とされている。

本発明は、これらの課題を総合的に解決するために行ったものであり、セメント製造時に発生する副産物を有効利用しながら強度発現性を向上した、高炉スラグなどの混合材を多く含むセメント組成物およびその製造方法に関するものである。

本発明者らは、上記課題に関し鋭意検討した結果、塩素含有量および有機炭素含有量を制御したＥＰダストを所定量高炉セメントに混合することで、ＥＰダストの有効利用と強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明により、以下が提供される。
［１］高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含むセメント組成物であって、
前記高炉スラグと前記ダストとの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下であり、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満であり、
前記ダストがＥＰダストを含み、
前記ＥＰダストの塩素含有量が０〜０．１質量％、有機炭素含有量が０〜０．００２５質量％であり、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であることを特徴とする、セメント組成物。
［２］前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記塩素バイパスダスト中の塩素含有量が３〜４０質量％であり、
前記塩素バイパスダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部であることを特徴とする、［１］記載のセメント組成物。
［３］前記塩素バイパスダストのＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、［２］記載のセメント組成物。
［４］前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下であり、前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満であることを特徴とする、［１］〜［３］のいずれか１項記載のセメント組成物。
［５］前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれか１項記載のセメント組成物。

［６］高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含み、前記ダストがＥＰダストを含むセメント組成物の製造方法であって、
前記ＥＰダストを水洗して、塩素含有量を０〜０．１質量％に、有機炭素含有量を０〜０．００２５質量％に調整する水洗工程と、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部となり、前記セメント組成物中の前記高炉スラグと前記ダストの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下となり、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合する混合工程と
を含むことを特徴とする、セメント組成物の製造方法。
［７］前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記混合工程において、前記塩素バイパスダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合することを特徴とする、［６］記載のセメント組成物の製造方法。
［８］前記塩素バイパスダストの塩素含有量が３〜４０質量％、ＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、［７］記載のセメント組成物の製造方法。
［９］前記混合工程において、前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下、前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合することを特徴とする、［６］〜［８］のいずれか１項記載のセメント組成物の製造方法。
［１０］前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、［６］〜［９］のいずれか１項記載のセメント組成物の製造方法。

［１１］セメント又はコンクリート用の混合材であって、
高炉スラグとダストを含み、前記ダストがＥＰダストを含み、
前記ＥＰダストの塩素含有量が０〜０．１質量％、有機炭素含有量が０〜０．００２５質量％であり、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であることを特徴とする、セメント又はコンクリート用の混合材。
［１２］前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満であることを特徴とする、［１１］記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
［１３］前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下であることを特徴とする、［１２］記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
［１４］前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記塩素バイパスダストの塩素含有量が３〜４０質量％であり、
前記塩素バイパスダストの含有量が高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部であることを特徴とする、［１１］〜［１３］のいずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
［１５］前記塩素バイパスダストのＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、［１４］記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
［１６］前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、［１１］〜［１５］いずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
［１７］前記高炉スラグのブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、［１１］〜［１６］のいずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。

本発明によれば、セメント製造時に発生する副産物を有効利用しながら強度発現性を向上した、高炉スラグなどの混合材を多く含む高炉セメント組成物およびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

＜セメント組成物＞
本発明に係るセメント組成物は、高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含むものであり、さらにＪＩＳＲ５２１０に規定される少量混合成分などを含むことができる。

本発明に係るセメント組成物に使用される高炉スラグは、鉄鋼製造工程において副産物として発生するスラグである。例えば高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグを使用することができるが、強度発現性の観点からは高炉水砕スラグ、特にＪＩＳＡ６２０６：２０１３「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に規定される高炉スラグの使用が好ましい。

本発明に係るセメント組成物における高炉スラグの含有量に関しては、高炉スラグとダストとの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下であり、好ましくは６３〜８７質量％であり、より好ましくは６５〜８５質量％である。高炉スラグとダストの合計含有量が６０質量％以下であるとＣＯ_２削減に対する寄与が小さく、９０質量％を超えると強度発現性の低下が懸念される。

高炉スラグのブレーン比表面積は、好ましくは３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは３１００〜５５００ｃｍ^２／ｇであり、さらに好ましくは３２００〜５０００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは３３００〜４５００ｃｍ^２／ｇである。高炉スラグのブレーン比表面積は、強度発現性に影響するものであり、十分に粉砕することによって、強度発現性の良好な高炉セメント組成物を得ることができる。

本発明に係るセメント組成物に使用されるダストは、ＥＰダストを含む。ＥＰダストは、電気集塵機（通称ＥＰ）により集塵されたセメントキルン排ガスに含まれるダスト、あるいはキルン排ガスの余熱を原料ミル及び原料ドライヤーで利用した後の排ガスに含まれるダストであり、このようなセメント製造時に発生する無機粉末ダスト等の副産物の有効利用を図ることができる。ＥＰダスト中の塩素含有量は０〜０．１質量％であり、好ましくは０以上０．１質量％未満であり、より好ましくは０〜０．０８質量％であり、さらに好ましくは０〜０．０４質量％であり、特に好ましくは０〜０．０３質量％である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。ＥＰダスト中の塩素含有量は少ない方が好ましく、０（測定限界未満）であることが最も好ましいが、例えば０．０１質量％以上であってもよい。ＥＰダスト中の塩素含有量は、ＥＰダストを水洗することで調整することができる。なお、ＥＰダスト中の塩素含有量は、ＪＩＳＲ５２０２：２０１０「セメントの化学分析方法」に準拠して測定することができる。

ＥＰダスト中の有機炭素含有量は０〜０．００２５質量％であり、好ましくは０〜０．００２０質量％であり、より好ましくは０〜０．００１質量％であり、さらに好ましくは０〜０．０００５質量％であり、特に好ましくは０．０００５質量％未満である。有機炭素含有量が０．００２５質量％を超えると高炉セメント組成物の強度発現性の低下が懸念される。ＥＰダスト中の有機炭素含有量は少ない方が好ましく、０（測定限界未満）であることが最も好ましい。ＥＰダスト中の有機炭素含有量は、ＥＰダストを水洗することで調整することができる。なお、ＥＰダスト中の有機炭素含有量は、水洗後の溶液中の有機炭素含有量を全有機炭素計で測定することにより求めることができる。

ＥＰダストの含有量は、高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であり、好ましくは０．５質量部以上４．５質量部未満であり、より好ましくは０．６〜４．０質量部であり、さらに好ましくは２．５〜３．５質量部である。ＥＰダストの含有量が０．５質量部未満であるとＥＰダストの利用による効果が殆ど得られず、１３質量部を超えると高炉セメント組成物の強度発現性の低下が懸念される。

ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量は通常６〜１１質量％であり、好ましくは６．５〜１０．５質量％であり、より好ましくは７〜１０質量％であり、さらに好ましくは７．５〜９．５質量％である。ＥＰダストのＡｌ_２Ｏ_３含有量は通常１．５〜５．５質量％であり、好ましくは２〜５．０質量％であり、より好ましくは２．５〜４．７質量％であり、さらに好ましくは３〜４．５質量％である。ＥＰダストのＦｅ_２Ｏ_３含有量は通常０．５〜３質量％であり、好ましくは１〜２．８質量％であり、より好ましくは１．３〜２．６質量％であり、さらに好ましくは１．５〜２．５質量％である。ＥＰダストのＣａＯ含有量は通常４１〜４５．５質量％であり、好ましくは４１．５〜４５質量％であり、より好ましくは４２〜４４．５質量％であり、さらに好ましくは４２．５〜４４質量％である。ＥＰダストのＭｇＯ含有量は通常０．２〜１．２質量％であり、好ましくは０．２５〜１．１質量％であり、より好ましくは０．３〜１質量％であり、さらに好ましくは０．３５〜０．９質量％である。ＥＰダストのＳＯ_３含有量は通常０．３〜１．３質量％であり、好ましくは０．４〜１．２質量％であり、より好ましくは０．４５〜１．１５質量％であり、さらに好ましくは０．５〜１．１質量％である。ＥＰダストのＮａ_２Ｏ含有量は通常０．０５〜０．５質量％であり、好ましくは０．０７〜０．４質量％であり、より好ましくは０．１〜０．３５質量％であり、さらに好ましくは０．１２〜０．３質量％である。ＥＰダストのＫ_２Ｏ含有量は通常０．５〜１．５質量％であり、好ましくは０．５５〜１．４質量％であり、より好ましくは０．６〜１．３質量％であり、さらに好ましくは０．７〜１．２質量％である。ＥＰダストのＴｉＯ_２含有量は通常０．１〜０．６質量％であり、好ましくは０．１５〜０．５５質量％であり、より好ましくは０．２〜０．５質量％であり、さらに好ましくは０．２５〜０．４５質量％である。ＥＰダストのＭｎＯ含有量は通常０．０１〜０．２質量％であり、好ましくは０．０２〜０．１７質量％であり、より好ましくは０．０２〜０．１５質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．１２質量％である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。

ＥＰダストのブレーン比表面積（粉末度）は、通常７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであり、好ましくは１００００〜２７０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは１３０００〜２５０００ｃｍ^２／ｇであり、さらに好ましくは１５０００〜２２０００ｃｍ^２／ｇである。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。また、ＥＰダストは、電気集塵機で捕集されるダストの全体を使用するよりも、後段区側で細かい粒子が選択的に捕集されたものを使用することが好ましい。一般的なＥＰダスト全体の粉末度は１００００ｃｍ^２／ｇ未満であるのに対して、後段区側のダストを選択的に用いることで１００００ｃｍ^２／ｇ以上のＥＰダストが得られる。なお、ＥＰダストのブレーン比表面積は、ＪＩＳＲ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して測定できる。

本発明で使用するダストは、ＥＰダスト以外に塩素バイパスダストを含むことが好ましい。塩素バイパスダストは、セメントキルンのＮＳＰタワーより抽気される塩素バイパスより発生するダストであり、このようなセメント製造時に発生する無機粉末ダスト等の副産物の有効利用を図ることができる。塩素バイパスダストの塩素含有量は３〜４０質量％であり、好ましくは４〜３８質量％であり、より好ましくは５〜３７質量％であり、さらに好ましくは５．５〜３６質量％である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。また、塩素バイパスダストを水洗して塩素含有量を低減したものを利用してもよいし、ＥＰダストと塩素バイパスダストとを共に混合して水洗したものを利用してもよい。なお、塩素バイパスダスト中の塩素含有量は、ＥＰダスト中の塩素含有量と同様の方法により測定できる。

塩素バイパスダストの含有量は、高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部であり、好ましくは０．７〜６．５質量部であり、より好ましくは０．９〜６質量部であり、さらに好ましくは０．９〜２質量部である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。

塩素バイパスダストのＳｉＯ_２含有量は通常７〜１２質量％であり、好ましくは７．５〜１１．５質量％であり、より好ましくは８〜１１質量％であり、さらに好ましくは８．５〜１０．５質量％である。塩素バイパスダストのＡｌ_２Ｏ_３含有量は通常１．５〜６質量％であり、好ましくは２〜５．５質量％であり、より好ましくは２．５〜５質量％であり、さらに好ましくは３〜４．５質量％である。塩素バイパスダストのＦｅ_２Ｏ_３含有量は通常０．５〜４質量％であり、好ましくは０．８〜３．５質量％であり、より好ましくは１〜３質量％であり、さらに好ましくは１．２〜２．５質量％である。塩素バイパスダストのＣａＯ含有量は通常４５〜５５質量％であり、好ましくは４６〜５４質量％であり、より好ましくは４７〜５３質量％であり、さらに好ましくは４８〜５２質量％である。塩素バイパスダストのＭｇＯ含有量は通常０．２〜１．２質量％であり、好ましくは０．２５〜１．１質量％であり、より好ましくは０．３〜１質量％であり、さらに好ましくは０．３５〜０．９質量％である。塩素バイパスダストのＮａ_２Ｏ含有量は通常０．５〜２質量％であり、好ましくは０．６〜１．８質量％であり、より好ましくは０．７〜１．５質量％であり、さらに好ましくは０．８〜１．４質量％である。塩素バイパスダストのＫ_２Ｏ含有量は通常７〜１３質量％であり、好ましくは８〜１２質量％であり、より好ましくは９〜１１質量％であり、さらに好ましくは９．５〜１０．５質量％である。塩素バイパスダストのＴｉＯ_２含有量は通常０．１〜０．５質量％であり、好ましくは０．１５〜０．４８質量％であり、より好ましくは０．２〜０．４６質量％であり、さらに好ましくは０．２５〜０．４５質量％である。塩素バイパスダストのＭｎＯ含有量は通常０．０２〜０．５質量％であり、好ましくは０．０３〜０．４質量％であり、より好ましくは０．０４〜０．３５質量％であり、さらに好ましくは０．０４〜０．３質量％である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。

本発明で使用するダストの含有量は特に限定されるものではないが、高炉スラグ１００質量部に対して通常６．５質量部以下であり、０．５〜６．５質量部が好ましく、１〜６質量部がより好ましく、１．５〜５質量部がさらに好ましく、２〜４質量部が特に好ましい。このような範囲であれば、材齢２８日の強度発現性に優れた高炉セメント組成物を提供することができる。なお、ダストとしてＥＰダストと塩素バイパスダストの両方を使用する場合、その合計含有量が上記範囲であることが好ましい。

本発明に係るセメント組成物に使用されるセメントクリンカーとしては、ＳＰ方式（多段サイクロン余熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン余熱方式）等の既存のセメント製造設備を用い、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、銅からみ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料を混合し、焼成して製造されたものが使用できる。

本発明に係るセメント組成物に使用するセメントクリンカーのボーグ鉱物組成に関しては、Ｃ_３Ｓの含有量は通常５０〜７０質量％であり、好ましくは５３〜６７質量％であり、より好ましくは５５〜６５質量％である。Ｃ_２Ｓの含有量は通常７〜２１質量％であり、好ましくは９〜１９質量％であり、より好ましくは１０〜１８質量％である。Ｃ_３Ａの含有量は通常６〜１５質量％であり、好ましくは７〜１４質量％であり、より好ましくは８〜１３質量％である。Ｃ_４ＡＦの含有量は通常６〜１５質量％であり、好ましくは７〜１４質量％であり、より好ましくは８〜１３質量％である。このような鉱物組成のセメントクリンカーであれば、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。

本発明に係るセメント組成物に使用される石膏は特に限定されるものではないが、ＪＩＳＲ９１５１「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。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。

また、セメントクリンカー及び石膏の混合物として、ポルトランドセメントを使用することもできる。例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸ポルトランドセメントなどが使用できる。普通ポルトランドセメントであれば入手が容易で、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。さらに、セメントクリンカー、石膏および高炉スラグの代替として従来の高炉セメントを使用することも可能である。例えばＪＩＳＲ５２１１：２００９「高炉セメント」に規定される高炉セメントである。

本発明に係るセメント組成物にポルトランドセメントを使用する場合のポルトランドセメントのボーグ鉱物組成に関しては、Ｃ_３Ｓの含有量は通常５０〜７０質量％であり、好ましくは５３〜６７質量％であり、より好ましくは５５〜６５質量％である。Ｃ_２Ｓの含有量は通常７〜２１質量％であり、好ましくは９〜１９質量％であり、より好ましくは１０〜１８質量％である。Ｃ_３Ａの含有量は通常６〜１５質量％であり、好ましくは７〜１４質量％であり、より好ましくは８〜１３質量％である。Ｃ_４ＡＦの含有量は通常６〜１５質量％であり、好ましくは７〜１４質量％であり、より好ましくは８〜１３質量％である。このような鉱物組成のポルトランドセメントであれば容易に入手可能であり、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供することができる。

本発明に係るセメント組成物にポルトランドセメントを使用する場合、その化学成分はＪＩＳＲ５２０２「セメントの化学分析方法」に準拠して測定することができる。

本発明に係るセメント組成物におけるセメントクリンカーと石膏との合計含有量は、１０質量％以上４０質量％未満であり、好ましくは１３〜３７質量％であり、より好ましくは１５〜３５質量％である。セメントクリンカーと石膏との合計含有量が４０質量％以上であるとＣＯ_２削減に対する寄与が小さく、１０質量％未満であると強度発現性の低下が懸念される。本発明に係るセメント組成物にポルトランドセメントを使用する場合、ポルトランドセメントの含有量が上記の条件を満たすことが好ましい。

本発明に係るセメント組成物におけるセメントクリンカーの含有量は、通常６質量％以上３９．９質量％未満であり、好ましくは１０〜３５質量％であり、より好ましくは１３〜３０質量％であり、特に好ましくは１５〜２５質量％である。本発明に係るセメント組成物における石膏の含有量は、通常０．１質量％以上４質量％未満であり、好ましくは０．２〜３質量％であり、より好ましくは０．３〜２質量％であり、さらに好ましくは０．４〜１質量％であり、特に好ましくは０．４５〜０．７５質量％である。

本発明に係るセメント組成物は、上記の成分からなるものであってもよいが、上記成分以外の混合材を含むことができる。上記の成分以外の混合材としては、ＪＩＳＲ５２１２「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳＡ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、ＪＩＳＲ５２１０「ポルトランドセメント」に規定される石灰石を利用することができる。

＜セメント組成物の製造方法＞
次に、本発明のセメント組成物の製造方法の一例について説明する。下記の製造方法によれば、本発明のセメント組成物を安価かつ効率的に製造することができる。

まず、ダストに含まれるＥＰダストの塩素含有量及び有機炭素含有量を調整する。具体的には、ＥＰダストを水洗して、塩素含有量を０〜０．１質量％に、有機炭素含有量を０〜０．００２５質量％に調整する（水洗工程）。ダストが塩素バイパスダストを含む場合、塩素バイパスダストの塩素含有量を３〜４０質量％に調整すべく、塩素バイパスダストを水洗してもよい。ＥＰダストや塩素バイパスダストの水洗は、例えば、塩素バイパスダストの水洗設備や、水槽と攪拌設備からなる施設で行うことができる。

次いで、高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを混合することで、セメント組成物を得る（混合工程）。このとき、ＥＰダストの含有量が高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部となり、得られるセメント組成物中の高炉スラグとダストの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下となり、セメントクリンカーと石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満となるように、各成分を配合する。ダストが塩素バイパスダストを含む場合、塩素バイパスダストの含有量が高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部となるように、各成分を配合する。各成分の種類や配合量の好ましい形態は、前述のとおりである。

また、本発明では、セメントクリンカーと石膏との代わりにポルトランドセメントを使用してもよく、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの代わりに、高炉セメントを使用してもよい。すなわち、本発明の高炉セメント組成物の製造方法は、ポルトランドセメントと高炉スラグとダストとを混合することでセメント組成物を得る工程及び／又は高炉セメントとダストとを混合してセメント組成物を得る工程を含んでいてもよい。

セメントクリンカーを製造する工程では、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、建設発生土、下水汚泥、銅からみ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料を混合し、焼成してセメントクリンカーを製造することができる。

セメントクリンカーは、ＳＰ方式（多段サイクロン予熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式）等の既存のセメント製造設備を用いて、製造することができる。

セメントクリンカーと石膏と高炉スラグとダストとを混合する方法としては、特に制限されるものではなく、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグとダストを混合粉砕する方法や、セメントクリンカーと石膏とを混合粉砕後、別粉砕したスラグとダストとを混合する方法等があげられる。

なお、本発明に係るセメント組成物に使用される高炉スラグとダストとの混合物を「セメント又はコンクリート用の混合材」と称し、本発明の一実施形態に含まれるものであり、本発明に係るセメント組成物を製造する際に使用することができる。セメント又はコンクリート用の混合材は、前述したブレーン比表面積の条件を満たす微粉末状のものが好ましい。なお、以下では「セメント又はコンクリート用の混合材」を単に「混合材」と呼称する。

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、以下において特に断りがない場合は、％は質量％を示す。

１．ＥＰダストの水洗
使用したＥＰダストの化学成分を表１に示す。ＥＰダストに対し、質量で１０倍の水を添加し、１時間攪拌した後に吸引ろ過を行うことで、水洗物（水洗したＥＰダスト）を得た。この水洗物を４０℃で乾燥させ、試験に用いた。なお、ＥＰダストの水洗前後の塩素含有量、有機炭素含有量およびブレーン比表面積は、表２に示すとおりである。

２．セメント組成物の製造
使用した高炉スラグの化学成分、ポルトランドセメントのボーグ鉱物組成、塩素バイパス（ＢＰ）ダストの化学成分をそれぞれ表３〜５に示す。なお、ポルトランドセメント中の石膏含有量は２．５質量％、セメントクリンカー含有量は９５質量％である。まず、ブレーン比表面積３５００ｃｍ^２／ｇに粉砕された高炉スラグに対し、ＥＰダストおよび塩素バイパスダストを表６に示す水準で添加、混合することで、混合材を得た。なお、ダストは高炉スラグに対して外割で添加し、ＥＰダストは水洗前又は水洗後のものを使用した。得られた混合材の含有量が８０質量％となるように、混合材とポルトランドセメントとを混合することで、セメント組成物を製造した。

３．強度発現性の評価
製造したセメント組成物を用いて、ＪＩＳＲ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタル供試体の作製および圧縮強さ（材齢７日、２８日）の測定を行った。なお、非水洗のＥＰダストを５％添加した場合の長期強度発現性の低下に対する改善効果を調べるため、非水洗ＥＰダスト５％添加品（比較例１）を基準とする指数（％）を算出した。なお、モルタル圧縮強さに基づく判定は、材齢２８日のモルタル圧縮強さ指数が１００％以下の場合を×、１００％を超えて１１０％未満の場合を○、１１０％以上の場合を◎とした。

４．結果
結果を表６に示す。ＥＰダストの水洗の効果に関しては（比較例１、実施例１）、水洗ＥＰダストを添加することで、材齢２８日のモルタル圧縮強さは高まることがわかった。また、塩素バイパスダストを添加し、かつ非水洗ＥＰダスト添加した場合、非水洗ＥＰダスト５％添加品（比較例１）に比べて、材齢２８日のモルタル圧縮強さは小さくなった（比較例２〜３）。しかしながら、塩素バイパスダストを添加していても水洗したＥＰダストを添加することで、非水洗ＥＰダスト５％添加品（比較例１）に比べて材齢２８日のモルタル圧縮強さは高まることがわかった（実施例２〜８）。また、高炉スラグ１００質量部に対するＥＰダストの添加量が０．５質量部以上４．５質量部未満であり、且つ水洗したＥＰダストと塩素バイパスダストとの合計添加量が高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下である場合、特に良好な材齢２８日のモルタル圧縮強さが得られた（実施例３、６、７）。
これらの結果から、ＥＰダストを水洗して塩素含有量および有機炭素含有量を制御することで、ＥＰダストの添加によるセメント組成物の長期強度発現性が高まることがわかった。また、今まで課題であった塩素バイパスダストの添加による長期強度の低下についても、水洗したＥＰダストを添加することで抑制でき、より多くの副産物を利用できることがわかった。

Claims

高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含むセメント組成物であって、
前記高炉スラグと前記ダストとの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下であり、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満であり、
前記ダストがＥＰダストを含み、
前記ＥＰダストの塩素含有量が０〜０．１質量％、有機炭素含有量が０〜０．００２５質量％であり、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であることを特徴とする、
セメント組成物。
前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記塩素バイパスダスト中の塩素含有量が３〜４０質量％であり、
前記塩素バイパスダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部であることを特徴とする、
請求項１記載のセメント組成物。
前記塩素バイパスダストのＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、
請求項２記載のセメント組成物。
前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下であり、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント組成物。
前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント組成物。
高炉スラグとダストとセメントクリンカーと石膏とを含み、前記ダストがＥＰダストを含むセメント組成物の製造方法であって、
前記ＥＰダストを水洗して、塩素含有量を０〜０．１質量％に、有機炭素含有量を０〜０．００２５質量％に調整する水洗工程と、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部となり、前記セメント組成物中の前記高炉スラグと前記ダストの合計含有量が６０質量％を超えて９０質量％以下となり、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計含有量が１０質量％以上４０質量％未満となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合する混合工程と
を含むことを特徴とする、
セメント組成物の製造方法。
前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記混合工程において、前記塩素バイパスダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合することを特徴とする、
請求項６記載のセメント組成物の製造方法。
前記塩素バイパスダストの塩素含有量が３〜４０質量％、ＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、
請求項７記載のセメント組成物の製造方法。
前記混合工程において、前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下、前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満となるように、前記高炉スラグと前記ダストと前記セメントクリンカーと前記石膏とを混合することを特徴とする、
請求項６〜８のいずれか１項記載のセメント組成物の製造方法。
前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、
請求項６〜９のいずれか１項記載のセメント組成物の製造方法。
セメント又はコンクリート用の混合材であって、
高炉スラグとダストを含み、前記ダストがＥＰダストを含み、
前記ＥＰダストの塩素含有量が０〜０．１質量％、有機炭素含有量が０〜０．００２５質量％であり、
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜１３質量部であることを特徴とする、
セメント又はコンクリート用の混合材。
前記ＥＰダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して０．５質量部以上４．５質量部未満であることを特徴とする、
請求項１１記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
前記ダストの含有量が前記高炉スラグ１００質量部に対して６．５質量部以下であることを特徴とする、
請求項１２記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
前記ダストが塩素バイパスダストを更に含み、
前記塩素バイパスダストの塩素含有量が３〜４０質量％であり、
前記塩素バイパスダストの含有量が高炉スラグ１００質量部に対して０．５〜７質量部であることを特徴とする、
請求項１１〜１３のいずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
前記塩素バイパスダストのＳｉＯ_２含有量が７〜１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜４質量％、ＣａＯ含有量が４５〜５５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．５〜２質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が７〜１３質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．５質量％、ＭｎＯ含有量が０．０２〜０．５質量％であることを特徴とする、
請求項１４記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
前記ＥＰダストのＳｉＯ_２含有量が６〜１１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５〜５．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が０．５〜３質量％、ＣａＯ含有量が４１〜４５．５質量％、ＭｇＯ含有量が０．２〜１．２質量％、ＳＯ_３含有量が０．３〜１．３質量％、Ｎａ_２Ｏ含有量が０．０５〜０．５質量％、Ｋ_２Ｏ含有量が０．５〜１．５質量％、ＴｉＯ_２含有量が０．１〜０．６質量％、ＭｎＯ含有量が０．０１〜０．２質量％であり、
前記ＥＰダストのブレーン比表面積が７０００〜３００００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、
請求項１１〜１５のいずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。
前記高炉スラグのブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする、
請求項１１〜１６のいずれか１項記載のセメント又はコンクリート用の混合材。