JP2023182440A - 二酸化炭素排出低減セメント、セメント組成物、およびセメント質硬化体 - Google Patents
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- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、セメントの製造時において、二酸化炭素の排出量がより少ないセメント等を提供する。
【解決手段】本発明は、下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメントである。
（ａ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を０～１５質量部
（ｂ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合計で１０～１００質量部
（ｃ）２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を０～２１０質量部
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメントである。
（ａ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を０～１５質量部
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（ｃ）２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を０～２１０質量部
【選択図】なし
Description
本発明は、セメントの製造時において、二酸化炭素の排出量の少ないセメント（以下「二酸化炭素排出低減セメント」という。）等に関する。なお、前記セメント質硬化体とは、モルタルおよびコンクリートを含む概念である。
地球温暖化の抑制のため、地球温暖化の主な原因物質である二酸化炭素の排出量を低減する方法が種々提案されている。その一つに、コンクリート等のセメント質硬化体の製造過程で生成するセメント水和物と、二酸化炭素の反応を利用して、該混錬物や硬化体等に二酸化炭素を吸収させる方法がある。
例えば、特許文献１では、粉体成分として、γ－Ｃ２Ｓ(２ＣａＯ・ＳｉＯ２)、および製鋼スラグ粉末の１種以上と、ポルトランドセメントを含み、γ－Ｃ２Ｓ粉末、および製鋼スラグ粉末が合計で２５～９５質量％、および水セメント比が８０～２５０％であるコンクリート混練物が提案されている。
また、特許文献２では、（Ａ）ムライトとアノーサイトのいずれか一方または両方を含むセメント混合用粉末とポルトランドセメントを含む粉末状セメント組成物、（Ｂ）水、および、（Ｃ）骨材、を含むセメント混練物の硬化体を、炭酸化してなるセメント質硬化体が提案されている。
さらに、特許文献３では、（Ａ）Ｃ２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００質量部に対し、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０～２００質量部含有し、かつ、Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）が２０質量部以下である焼成物の粉砕物と、ポルトランドセメントを含む粉末状セメント組成物と、（Ｂ）水と、（Ｃ）骨材、の各材料を含むセメント混練物の硬化体を、炭酸化してなるセメント質硬化体が提案されている。
そして、前記セメント質硬化体はいずれも、養生過程において多量の二酸化炭素を吸収するため、二酸化炭素の総排出量を低減できる。ここで、二酸化炭素の総排出量とは、セメントの製造過程で排出される二酸化炭素量から、セメント質硬化体の養生過程等で吸収される二酸化炭素量を引いた二酸化炭素量をいう。
また、特許文献２では、（Ａ）ムライトとアノーサイトのいずれか一方または両方を含むセメント混合用粉末とポルトランドセメントを含む粉末状セメント組成物、（Ｂ）水、および、（Ｃ）骨材、を含むセメント混練物の硬化体を、炭酸化してなるセメント質硬化体が提案されている。
さらに、特許文献３では、（Ａ）Ｃ２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００質量部に対し、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０～２００質量部含有し、かつ、Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）が２０質量部以下である焼成物の粉砕物と、ポルトランドセメントを含む粉末状セメント組成物と、（Ｂ）水と、（Ｃ）骨材、の各材料を含むセメント混練物の硬化体を、炭酸化してなるセメント質硬化体が提案されている。
そして、前記セメント質硬化体はいずれも、養生過程において多量の二酸化炭素を吸収するため、二酸化炭素の総排出量を低減できる。ここで、二酸化炭素の総排出量とは、セメントの製造過程で排出される二酸化炭素量から、セメント質硬化体の養生過程等で吸収される二酸化炭素量を引いた二酸化炭素量をいう。
本発明者は、前記セメント質硬化体で得られた知見をさらに発展させた発明として、材齢初期（材齢１日）のセメント質硬化体の水和を速めることにより、生成した水和物に、より多くの二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素の総排出量を低減できる水硬性組成物等を出願しているが（特許文献４）、地球温暖化のさらなる抑制のため、本発明は、セメントの製造時において、二酸化炭素の排出量がより少ない二酸化炭素排出低減セメント等を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、および長期に水和反応が持続する２ＣａＯ・ＳｉＯ２、並びに、高炉スラグ等の混合材を含むセメントは、前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の構成からなる二酸化炭素排出低減セメント等である。
［１］下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメント。
（ａ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を０～１５質量部
（ｂ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合計で１０～１００質量部
（ｃ）２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を０～２１０質量部
［２］前記混合材のブレーン比表面積が２０００～１００００ｃｍ２/ｇである、前記［１］に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
［３］前記二酸化炭素排出低減セメント１００質量部に対し、高炉スラグ微粉末を１０～９５質量部、石灰石微粉末を０～３０質量部、フライアッシュを０～２５質量部含む、前記［１］または［２］に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
［４］ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカ１００質量部に対し、前記［１］～［３］のいずれかに記載の二酸化炭素排出低減セメントを６５～３００質量部含む、セメント組成物。
［５］前記［４］に記載のセメント組成物１００質量部に対し、水を２５～７０質量部、および骨材を含む、セメント質硬化体。
［６］前記骨材が、クリンカ骨材、並びに、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に二酸化炭素を固定した骨材である、前記［５］に記載のセメント質硬化体。
［７］前記セメント質硬化体が、炭酸化養生したセメント質硬化体である、前記［５］または［６］に記載のセメント質硬化体。
［８］前記セメント質硬化体が、セメント質硬化体１ｍ３あたり８０～２００ｋｇの二酸化炭素を固定したセメント質硬化体である、前記［７］に記載のセメント質硬化体。
（ａ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を０～１５質量部
（ｂ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合計で１０～１００質量部
（ｃ）２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を０～２１０質量部
［２］前記混合材のブレーン比表面積が２０００～１００００ｃｍ２/ｇである、前記［１］に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
［３］前記二酸化炭素排出低減セメント１００質量部に対し、高炉スラグ微粉末を１０～９５質量部、石灰石微粉末を０～３０質量部、フライアッシュを０～２５質量部含む、前記［１］または［２］に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
［４］ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカ１００質量部に対し、前記［１］～［３］のいずれかに記載の二酸化炭素排出低減セメントを６５～３００質量部含む、セメント組成物。
［５］前記［４］に記載のセメント組成物１００質量部に対し、水を２５～７０質量部、および骨材を含む、セメント質硬化体。
［６］前記骨材が、クリンカ骨材、並びに、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に二酸化炭素を固定した骨材である、前記［５］に記載のセメント質硬化体。
［７］前記セメント質硬化体が、炭酸化養生したセメント質硬化体である、前記［５］または［６］に記載のセメント質硬化体。
［８］前記セメント質硬化体が、セメント質硬化体１ｍ３あたり８０～２００ｋｇの二酸化炭素を固定したセメント質硬化体である、前記［７］に記載のセメント質硬化体。
本発明の二酸化炭素排出低減セメントは、セメントの製造時において、二酸化炭素の排出量がより少なく、また、二酸化炭素の総排出量を低減することができる。
本発明は、前記のとおり、前記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメント等である。
なお、これ以降は、記載を簡略にするため、２ＣａＯ・ＳｉＯ２はＣ２Ｓ、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３はＣ３Ａ、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２はＣ２ＡＳ、および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３はＣ４ＡＦと略記する。
以下、本発明を、二酸化炭素排出低減セメント、セメント組成物、セメント質硬化体、および焼成物の製造方法に分けて説明する。
なお、これ以降は、記載を簡略にするため、２ＣａＯ・ＳｉＯ２はＣ２Ｓ、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３はＣ３Ａ、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２はＣ２ＡＳ、および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３はＣ４ＡＦと略記する。
以下、本発明を、二酸化炭素排出低減セメント、セメント組成物、セメント質硬化体、および焼成物の製造方法に分けて説明する。
１．二酸化炭素排出低減セメント
本発明の二酸化炭素排出低減セメントは、下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメントである。
本発明の二酸化炭素排出低減セメントは、下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメントである。
（ａ）Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、Ｃ３Ａが０～１５質量部である。
Ｃ３Ａの含有割合が１５質量部を超える焼成物の製造は困難であるとともに、モルタルやコンクリートにした際に流動性が低下する。なお、Ｃ３Ａの含有割合は、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、好ましくは０～１０質量部、より好ましくは０～５質量部である。
Ｃ３Ａの含有割合が１５質量部を超える焼成物の製造は困難であるとともに、モルタルやコンクリートにした際に流動性が低下する。なお、Ｃ３Ａの含有割合は、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、好ましくは０～１０質量部、より好ましくは０～５質量部である。
（ｂ）Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、Ｃ２ＡＳおよびＣ４ＡＦが合計で１０～１００質量部である。
Ｃ２ＡＳおよびＣ４ＡＦの合計の含有割合が、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、１０質量部未満では、水和反応が遅いＣ２Ｓが多くなって炭酸化が進まないため、材齢初期において二酸化炭素の吸収量が少なく、１００質量部を超えると、Ｃ２Ｓの割合が減少するため、長期において二酸化炭素の吸収量が少なくなる。なお、Ｃ２ＡＳおよびＣ４ＡＦの合計の含有割合は、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、好ましくは２０～９０質量部、より好ましくは３０～８０質量部である。
Ｃ２ＡＳおよびＣ４ＡＦの合計の含有割合が、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、１０質量部未満では、水和反応が遅いＣ２Ｓが多くなって炭酸化が進まないため、材齢初期において二酸化炭素の吸収量が少なく、１００質量部を超えると、Ｃ２Ｓの割合が減少するため、長期において二酸化炭素の吸収量が少なくなる。なお、Ｃ２ＡＳおよびＣ４ＡＦの合計の含有割合は、Ｃ２Ｓ１００質量部に対し、好ましくは２０～９０質量部、より好ましくは３０～８０質量部である。
（ｃ）Ｃ２ＡＳ１００質量部に対し、Ｃ４ＡＦが０～２１０質量部である。
Ｃ４ＡＦの含有率がＣ２ＡＳ１００質量部に対し、２１０質量部を超えると初期の水和活性が低下する。なお、本発明の焼成物中のＣ４ＡＦの含有率は、Ｃ２ＡＳ１００質量部に対し、より好ましくは０～１２０質量部、さらに好ましくは１０～１００質量部である。
なお、焼成物の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦ等の含有割合）は、各鉱物の理論プロファイルを、本発明のクリンカ粉末の粉末Ｘ線回折チャート（実測プロファイル）にフィッティングしてリートベルト解析により定量でき、この定量には市販の解析ソフトが使用できる。また、顕微鏡観察や電子線後方散乱回折を用いたポイントカウンティングなどによっても定量できる。
Ｃ４ＡＦの含有率がＣ２ＡＳ１００質量部に対し、２１０質量部を超えると初期の水和活性が低下する。なお、本発明の焼成物中のＣ４ＡＦの含有率は、Ｃ２ＡＳ１００質量部に対し、より好ましくは０～１２０質量部、さらに好ましくは１０～１００質量部である。
なお、焼成物の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦ等の含有割合）は、各鉱物の理論プロファイルを、本発明のクリンカ粉末の粉末Ｘ線回折チャート（実測プロファイル）にフィッティングしてリートベルト解析により定量でき、この定量には市販の解析ソフトが使用できる。また、顕微鏡観察や電子線後方散乱回折を用いたポイントカウンティングなどによっても定量できる。
次に、本発明で用いる高炉スラグ微粉末等の混合材について、以下に説明する。
（i）高炉スラグ微粉末
本発明で用いる高炉スラグ微粉末は、高炉で銑鉄を製造する際に副生する溶融状態のスラグを、水で急冷および破砕して得られる水砕スラグの粉砕物等が挙げられる。
また、高炉スラグ微粉末の塩基度は、好ましくは１．７以上、より好ましくは１．７５以上、さらに好ましくは１．８以上である。前記塩基度が１．７以上であれば、強度発現性がより向上する。
なお、塩基度は下記（Ａ）式により算出する。
塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２ ・・・（Ａ）
ただし、式中の化学式は、高炉スラグ微粉末中の、該化学式が表す化合物の含有率（質量％）を表す。
（i）高炉スラグ微粉末
本発明で用いる高炉スラグ微粉末は、高炉で銑鉄を製造する際に副生する溶融状態のスラグを、水で急冷および破砕して得られる水砕スラグの粉砕物等が挙げられる。
また、高炉スラグ微粉末の塩基度は、好ましくは１．７以上、より好ましくは１．７５以上、さらに好ましくは１．８以上である。前記塩基度が１．７以上であれば、強度発現性がより向上する。
なお、塩基度は下記（Ａ）式により算出する。
塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２ ・・・（Ａ）
ただし、式中の化学式は、高炉スラグ微粉末中の、該化学式が表す化合物の含有率（質量％）を表す。
前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２５００～７０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３５００～６０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは４０００～５０００ｃｍ２／ｇである。前記ブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上であれば、モルタルやコンクリートの強度発現性がより向上し、７０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、モルタルやコンクリートの流動性および作業性はより向上する。
（ii）石灰石微粉末
本発明で用いる石灰石微粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上である。該含有率が９０質量％以上であれば、強度発現性がより向上する。
また、石灰石微粉末の製造方法は、特に制限されず、例えば、天然の石灰石を粉砕して作製した微粉末、大気中に排出されるボイラー排ガス中の二酸化炭素と高アルカリ廃水を反応させて作製した微粉末、生コンスラッジやコンクリートの粉末を炭酸化した微粉末を用いることができる。ただし、セメント製造時の二酸化炭素の排出量の低減の観点からは、好ましくは、ボイラー排ガス中の二酸化炭素と高アルカリ廃水を反応させて作製した微粉末や、生コンスラッジやコンクリートの粉末を炭酸化した微粉末である。これらの微粉末は、排ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定したものであり、カーボンネガティブ（製造時の二酸化炭素の排出量よりも吸収した二酸化炭素の量が多い状態）な材料であるため、混合材として使用することにより、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を低減できる。
本発明で用いる石灰石微粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上である。該含有率が９０質量％以上であれば、強度発現性がより向上する。
また、石灰石微粉末の製造方法は、特に制限されず、例えば、天然の石灰石を粉砕して作製した微粉末、大気中に排出されるボイラー排ガス中の二酸化炭素と高アルカリ廃水を反応させて作製した微粉末、生コンスラッジやコンクリートの粉末を炭酸化した微粉末を用いることができる。ただし、セメント製造時の二酸化炭素の排出量の低減の観点からは、好ましくは、ボイラー排ガス中の二酸化炭素と高アルカリ廃水を反応させて作製した微粉末や、生コンスラッジやコンクリートの粉末を炭酸化した微粉末である。これらの微粉末は、排ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定したものであり、カーボンネガティブ（製造時の二酸化炭素の排出量よりも吸収した二酸化炭素の量が多い状態）な材料であるため、混合材として使用することにより、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を低減できる。
前記石灰石微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２５００～２５０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３０００～２００００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは４０００～１５０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは４２００～１００００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４５００～９５００ｃｍ２／ｇである。前記ブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上であれば、モルタルやコンクリートの強度発現性がより向上し、２５０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、モルタルやコンクリートの流動性および作業性がより向上する。
（iii）フライアッシュ
本発明で用いるフライアッシュは、原粉である石炭灰、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定するフライアッシュI種、II種、III種、IＶ種、およびこれらの粉砕物から選ばれる１種以上が挙げられる。前記フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは２０００～１２０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２５００～８０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３０００～６０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３５００～５５００ｃｍ２／ｇである。該値が２０００ｃｍ２／ｇ未満では、モルタルやコンクリートの強度が低下するおそれがあり、１２０００ｃｍ２／ｇを超えるとセメントがコスト高になる。
本発明で用いるフライアッシュは、原粉である石炭灰、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定するフライアッシュI種、II種、III種、IＶ種、およびこれらの粉砕物から選ばれる１種以上が挙げられる。前記フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは２０００～１２０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２５００～８０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３０００～６０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３５００～５５００ｃｍ２／ｇである。該値が２０００ｃｍ２／ｇ未満では、モルタルやコンクリートの強度が低下するおそれがあり、１２０００ｃｍ２／ｇを超えるとセメントがコスト高になる。
また、前記フライアッシュのガラス化率は、好ましくは８５％以下、より好ましくは８０％以下、さらに好ましくは７５％以下である。なお、フライアッシュのガラス化率、およびフライアッシュの鉱物の構成相当量（鉱物組成） は、リートベルト法（ＸＲＤ）、偏光顕微鏡を用いた顕微鏡法、およびＸＲＤ内部標準法等を用いて求めることができる。
（v）生コンクリートスラッジ
本発明で用いる生コンクリートスラッジは、生コンクリート工場やコンクリート製品工場において、コンクリートの製造工程で発生するスラッジを、適当な目開きのふるいを用いてふるい分けすることにより、セメント水和物やセメント未水和物を含む微粉として採取したものである。生コンクリートスラッジに含まれるセメント水和物やセメント未水和物は、二酸化炭素中や、炭酸カルシウムの製造時におけるスラリー中において、炭酸化が容易であり、またＣａＯの含有率は３０質量％以上であるため、二酸化炭素の吸収量は多い。
本発明で用いる生コンクリートスラッジは、生コンクリート工場やコンクリート製品工場において、コンクリートの製造工程で発生するスラッジを、適当な目開きのふるいを用いてふるい分けすることにより、セメント水和物やセメント未水和物を含む微粉として採取したものである。生コンクリートスラッジに含まれるセメント水和物やセメント未水和物は、二酸化炭素中や、炭酸カルシウムの製造時におけるスラリー中において、炭酸化が容易であり、またＣａＯの含有率は３０質量％以上であるため、二酸化炭素の吸収量は多い。
（vi）廃コンクリート微粉末
本発明で用いる廃コンクリート微粉末は、コンクリート構造物を解体する際に発生するコンクリート廃棄物を破砕した後、該破砕物から骨材を除去した、セメント水和物やセメント未水和物を含む微粉末である。
廃コンクリート微粉末のその他の性状は前記生コンクリートスラッジと同じであるため、廃コンクリート微粉末は炭酸化が容易で、また、ＣａＯの含有量は１５％以上であるため二酸化炭素の吸収量は多い。
本発明で用いる廃コンクリート微粉末は、コンクリート構造物を解体する際に発生するコンクリート廃棄物を破砕した後、該破砕物から骨材を除去した、セメント水和物やセメント未水和物を含む微粉末である。
廃コンクリート微粉末のその他の性状は前記生コンクリートスラッジと同じであるため、廃コンクリート微粉末は炭酸化が容易で、また、ＣａＯの含有量は１５％以上であるため二酸化炭素の吸収量は多い。
なお、前記混合材全体のブレーン比表面積は、好ましくは２０００～１００００ｃｍ２/ｇ、より好ましくは２５００～８０００ｃｍ２/ｇ、さらに好ましくは３０００～６０００ｃｍ２/ｇである。該ブレーン比表面積が該範囲にあれば、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性に優れる。
また、本発明の二酸化炭素排出低減セメントは、好ましくは、前記二酸化炭素排出低減セメント１００質量部に対し、高炉スラグ微粉末を１０～９５質量部、石灰石微粉末を０～３０質量部、フライアッシュを０～２５質量部含む含むセメントである。前記各成分の含有率が前記範囲にあれば、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性に優れる。
また、本発明の二酸化炭素排出低減セメントは、石膏をＳＯ3換算で０～６．０質量％含んでもよい。石膏の含有率が６．０質量％を超えると、二酸化炭素排出低減セメントを用いたセメント質硬化体の強度が低下する場合がある。なお、石膏の含有率は、好ましくはＳＯ3換算で１．０～３．０質量％である。
また、前記石膏は、特に制限されず、二水石膏、α型半水石膏、β型半水石膏、および無水石膏等から選ばれる１種以上が挙げられる。
そして、焼成物と石膏の混合方法は、特に制限されず、焼成物と石膏を同時に粉砕する方法や、焼成物を粉砕した後、該粉砕物と石膏を混合する方法等が挙げられる。
また、前記石膏は、特に制限されず、二水石膏、α型半水石膏、β型半水石膏、および無水石膏等から選ばれる１種以上が挙げられる。
そして、焼成物と石膏の混合方法は、特に制限されず、焼成物と石膏を同時に粉砕する方法や、焼成物を粉砕した後、該粉砕物と石膏を混合する方法等が挙げられる。
２．セメント組成物
本発明のセメント組成物は、ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカ１００質量部に対し、前記二酸化炭素排出低減セメントを６５～３００質量部含む。前記二酸化炭素排出低減セメントの含有割合が６５質量部未満では、材齢初期において二酸化炭素の吸収量が少なく、３００質量部を超えると前記二酸化炭素排出低減セメントを用いたセメント質硬化体の強度が低下する場合がある。
前記ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカは、普通、早強、中庸熱、および低熱等の各種ポルトランドセメント、および、これらのセメントクリンカが挙げられる。なお、前記セメント組成物は、要求される強度発現性、耐久性、および作業性等の特性に応じて、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカ粉末、および石灰石粉末等の混和材を１種類以上含んでもよい。
本発明のセメント組成物は、ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカ１００質量部に対し、前記二酸化炭素排出低減セメントを６５～３００質量部含む。前記二酸化炭素排出低減セメントの含有割合が６５質量部未満では、材齢初期において二酸化炭素の吸収量が少なく、３００質量部を超えると前記二酸化炭素排出低減セメントを用いたセメント質硬化体の強度が低下する場合がある。
前記ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカは、普通、早強、中庸熱、および低熱等の各種ポルトランドセメント、および、これらのセメントクリンカが挙げられる。なお、前記セメント組成物は、要求される強度発現性、耐久性、および作業性等の特性に応じて、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカ粉末、および石灰石粉末等の混和材を１種類以上含んでもよい。
また、前記ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカと二酸化炭素排出低減セメントの混合方法は、特に制限されず、ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカと二酸化炭素排出低減セメントを同時に粉砕する方法や、ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカを粉砕した後、該ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカの粉砕物と二酸化炭素排出低減セメントを混合する方法等が挙げられる。
３．セメント質硬化体
本発明のセメント質硬化体は、前記セメント組成物１００質量部に対し、水を２５～７０質量部、および骨材を含む。
前記骨材は、通常用いられる、石灰石骨材、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ、軽量細骨材等、またはこれらの混合物のほかに、クリンカ骨材、並びに、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に二酸化炭素を固定した骨材（ＣＣＵ骨材）が挙げられる。
また、セメント質硬化体が粗骨材を含む場合、細骨材率（ｓ／ａ）は、好ましくは５～７０％、より好ましくは１０～６０％である。細骨材率が前記範囲内であれば、モルタルやコンクリートのワーカビリティや成形のし易さが向上する。
さらに、セメント質硬化体中の前記骨材の含有割合（細骨材と粗骨材を併用する場合はその合計量）は、セメント組成物１００質量部に対し、好ましくは２００～７５０質量部、より好ましくは２００～６５０質量部である。該含有割合が前記範囲内であれば、炭酸化養生したセメント質硬化体の強度が高くなり、また、該硬化体の収縮率は低くなる。
本発明のセメント質硬化体は、前記セメント組成物１００質量部に対し、水を２５～７０質量部、および骨材を含む。
前記骨材は、通常用いられる、石灰石骨材、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ、軽量細骨材等、またはこれらの混合物のほかに、クリンカ骨材、並びに、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に二酸化炭素を固定した骨材（ＣＣＵ骨材）が挙げられる。
また、セメント質硬化体が粗骨材を含む場合、細骨材率（ｓ／ａ）は、好ましくは５～７０％、より好ましくは１０～６０％である。細骨材率が前記範囲内であれば、モルタルやコンクリートのワーカビリティや成形のし易さが向上する。
さらに、セメント質硬化体中の前記骨材の含有割合（細骨材と粗骨材を併用する場合はその合計量）は、セメント組成物１００質量部に対し、好ましくは２００～７５０質量部、より好ましくは２００～６５０質量部である。該含有割合が前記範囲内であれば、炭酸化養生したセメント質硬化体の強度が高くなり、また、該硬化体の収縮率は低くなる。
次に、前記クリンカ骨材、およびＣＣＵ骨材について説明する。
(i)クリンカ骨材
前記クリンカ骨材は、Ｃ２ＳおよびＣ２ＡＳを含む骨材であって、Ｃ２Ｓ１００質量部に対するＣ２ＡＳの含有割合は５～１００質量部であり、かつ、Ｃ３Ａを含まないか、またはＣ３ＡをＣ２Ｓ１００質量部に対し２０質量部以下含む骨材である。前記含有割合が５質量部以上では、骨材の焼成温度が高い場合でも、フリーライム（未反応のＣａＯ）が増加しにくく、焼成が容易になり、また、二酸化炭素の吸収量はより多くなる。また、前記含有割合が１００質量部以下では、クリンカ骨材を製造する際に、高温下で発生する融液の量が減少するため、焼成が可能な温度範囲が広くなる。また、相対的にＣ２Ｓの量が多くなるため、セメント質硬化体の脱型工程において、脱型時のセメント質硬化体の強度が高くなる。
なお、Ｃ２Ｓ１００質量部に対するＣ２ＡＳの含有割合は、好ましくは６～７５質量部、より好ましくは７～５０質量部、さらに好ましくは８～４０質量部、特に好ましくは１２～３０質量部である。
(i)クリンカ骨材
前記クリンカ骨材は、Ｃ２ＳおよびＣ２ＡＳを含む骨材であって、Ｃ２Ｓ１００質量部に対するＣ２ＡＳの含有割合は５～１００質量部であり、かつ、Ｃ３Ａを含まないか、またはＣ３ＡをＣ２Ｓ１００質量部に対し２０質量部以下含む骨材である。前記含有割合が５質量部以上では、骨材の焼成温度が高い場合でも、フリーライム（未反応のＣａＯ）が増加しにくく、焼成が容易になり、また、二酸化炭素の吸収量はより多くなる。また、前記含有割合が１００質量部以下では、クリンカ骨材を製造する際に、高温下で発生する融液の量が減少するため、焼成が可能な温度範囲が広くなる。また、相対的にＣ２Ｓの量が多くなるため、セメント質硬化体の脱型工程において、脱型時のセメント質硬化体の強度が高くなる。
なお、Ｃ２Ｓ１００質量部に対するＣ２ＡＳの含有割合は、好ましくは６～７５質量部、より好ましくは７～５０質量部、さらに好ましくは８～４０質量部、特に好ましくは１２～３０質量部である。
前記クリンカ骨材は、水硬性組成物の流動性向上等の観点から、好ましくはＣ３Ａ（アルミネート相）を含まないか、またはＣ２Ｓ１００質量部に対しＣ３Ａを２０質量部以下含む骨材である。前記含有割合が２０質量部を超えると、モルタルやコンクリートの流動性が低下するおそれがある。なお、クリンカ骨材がＣ３Ａを含む場合、Ｃ２Ｓ１００質量部に対するＣ３Ａの量は、より好ましくは１５質量部以下、さらに好ましくは１０質量部以下、特に好ましくは５質量部以下である。
前記クリンカ骨材中のＣ２Ｓの含有率は、炭酸化養生したセメント質硬化体の強度をより高くする観点から、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上である。
また、前記クリンカ骨材中のＣ２ＡＳの含有率は、好ましくは５～２５質量％、より好ましくは６～２０質量％、さらに好ましくは７～１５質量％である。前記含有率が５質量％以上では、骨材中のフリーライムが増加しにくくなり、また、二酸化炭素の吸収量がより多くなる。また、前記含有率が２５質量％以下では、炭酸化養生したセメント質硬化体の強度がより高くなる。
なお、クリンカ骨材の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ３Ａの各割合：質量％）は、クリンカ粉末の鉱物組成と同様の方法で求めることができる。
また、前記クリンカ骨材中のＣ２ＡＳの含有率は、好ましくは５～２５質量％、より好ましくは６～２０質量％、さらに好ましくは７～１５質量％である。前記含有率が５質量％以上では、骨材中のフリーライムが増加しにくくなり、また、二酸化炭素の吸収量がより多くなる。また、前記含有率が２５質量％以下では、炭酸化養生したセメント質硬化体の強度がより高くなる。
なお、クリンカ骨材の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ３Ａの各割合：質量％）は、クリンカ粉末の鉱物組成と同様の方法で求めることができる。
前記クリンカ骨材中のフリーライムの含有率は、骨材の膨張劣化防止の観点から、好ましくは２質量％以下、より好ましくは０．２～１．５質量％である。
また、クリンカ骨材中の鉱物は、前記Ｃ２Ｓ等の他に、Ｃ４ＡＦ、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（Ｃ１２Ａ７）、ムライト、アノーサイト、非晶質相、ＳｉＯ２、クリストバライト、ランキナイト、およびウォラストナイト等から選ばれる１種以上が挙げられる。
クリンカ骨材中の、Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、およびＣ３Ａ以外の含有物の合計の割合は、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下である。
また、クリンカ骨材中の鉱物は、前記Ｃ２Ｓ等の他に、Ｃ４ＡＦ、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（Ｃ１２Ａ７）、ムライト、アノーサイト、非晶質相、ＳｉＯ２、クリストバライト、ランキナイト、およびウォラストナイト等から選ばれる１種以上が挙げられる。
クリンカ骨材中の、Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、およびＣ３Ａ以外の含有物の合計の割合は、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下である。
前記クリンカ骨材の製造方法は、例えば、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる１種以上を含む焼成用骨材材料を、１２５０～１５００℃で焼成して焼成物を得る焼成工程と、焼成物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程と、粉砕物を分級してクリンカ骨材を得る分級工程を含む方法等が挙げられる。
前記焼成用骨材材料、該材料の焼成温度、および焼成方法は、一般のセメントの製造に用いる焼成用クリンカ材料、該材料の焼成温度、および焼成方法と同じである。
また、分級工程において、篩等の一般的な分級方法を用いて、粉砕物の粒径を調整することにより、クリンカ骨材を、所望の粒度分布を有する粗骨材または細骨材として得ることもできる。
なお、通常のセメントクリンカの焼成工程で得られるクリンカを、前記焼成物の焼成工程で粉砕する焼成物として用いてもよい。
前記クリンカ骨材は、細骨材または粗骨材のいずれにも用いることができるが、より多く二酸化炭素を固定する観点から、好ましくは細骨材に用いるとよい。
また、細骨材が、クリンカ骨材と、クリンカ骨材以外の骨材の両方を含む場合、細骨材全量中のクリンカ骨材の含有率は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上である。前記含有率が４０質量％以上で、より多くの二酸化炭素を固定できる。
前記焼成用骨材材料、該材料の焼成温度、および焼成方法は、一般のセメントの製造に用いる焼成用クリンカ材料、該材料の焼成温度、および焼成方法と同じである。
また、分級工程において、篩等の一般的な分級方法を用いて、粉砕物の粒径を調整することにより、クリンカ骨材を、所望の粒度分布を有する粗骨材または細骨材として得ることもできる。
なお、通常のセメントクリンカの焼成工程で得られるクリンカを、前記焼成物の焼成工程で粉砕する焼成物として用いてもよい。
前記クリンカ骨材は、細骨材または粗骨材のいずれにも用いることができるが、より多く二酸化炭素を固定する観点から、好ましくは細骨材に用いるとよい。
また、細骨材が、クリンカ骨材と、クリンカ骨材以外の骨材の両方を含む場合、細骨材全量中のクリンカ骨材の含有率は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上である。前記含有率が４０質量％以上で、より多くの二酸化炭素を固定できる。
(ii)ＣＣＵ骨材
ＣＣＵ骨材は、前記のとおり、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に、排出ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定した骨材であり、二酸化炭素の低減の観点からは、最も好ましい骨材である。
ここで、ＣＣＵ骨材の製造にあたり、骨材への二酸化炭素の固定方法は、８０～１２０℃の温水または蒸気と二酸化炭素の存在下で、骨材に二酸化炭素を固定する方法などがあるが、特にこの方法に限定されない。
製鋼スラグは、遊離ＣａＯを含むため、膨張性を有しており、そのままモルタルやコンクリートに用いた場合、ポップアウトなどの劣化現象が生じる可能性がある。しかし、製鋼スラグに二酸化炭素を固定させると、遊離ＣａＯが炭酸カルシウムになるため、非膨張性となり、モルタルやコンクリートの骨材として好適に使用できる。
そして、前記ＣＣＵ骨材は、排ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定したものであり、カーボンネガティブ（製造時の二酸化炭素の排出量よりも吸収した二酸化炭素の量が多い状態）な材料であるため、骨材として使用することにより、モルタルやコンクリートの製造時の二酸化炭素の排出量を低減できる。
また、前記ＣＣＵ骨材は、細骨材または粗骨材のいずれにも用いることができるが、より多く二酸化炭素を固定できるから、好ましくは細骨材に用いるとよい。
また、細骨材が、ＣＣＵ骨材と、ＣＣＵ骨材以外の骨材の両方を含む場合、細骨材全量中のＣＣＵ骨材の含有率は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上である。前記含有率が４０質量％以上で、より多くの二酸化炭素を固定できる。
ＣＣＵ骨材は、前記のとおり、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に、排出ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定した骨材であり、二酸化炭素の低減の観点からは、最も好ましい骨材である。
ここで、ＣＣＵ骨材の製造にあたり、骨材への二酸化炭素の固定方法は、８０～１２０℃の温水または蒸気と二酸化炭素の存在下で、骨材に二酸化炭素を固定する方法などがあるが、特にこの方法に限定されない。
製鋼スラグは、遊離ＣａＯを含むため、膨張性を有しており、そのままモルタルやコンクリートに用いた場合、ポップアウトなどの劣化現象が生じる可能性がある。しかし、製鋼スラグに二酸化炭素を固定させると、遊離ＣａＯが炭酸カルシウムになるため、非膨張性となり、モルタルやコンクリートの骨材として好適に使用できる。
そして、前記ＣＣＵ骨材は、排ガスや大気中に存在する二酸化炭素を固定したものであり、カーボンネガティブ（製造時の二酸化炭素の排出量よりも吸収した二酸化炭素の量が多い状態）な材料であるため、骨材として使用することにより、モルタルやコンクリートの製造時の二酸化炭素の排出量を低減できる。
また、前記ＣＣＵ骨材は、細骨材または粗骨材のいずれにも用いることができるが、より多く二酸化炭素を固定できるから、好ましくは細骨材に用いるとよい。
また、細骨材が、ＣＣＵ骨材と、ＣＣＵ骨材以外の骨材の両方を含む場合、細骨材全量中のＣＣＵ骨材の含有率は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上である。前記含有率が４０質量％以上で、より多くの二酸化炭素を固定できる。
(iii)その他の材料
また、前記セメント質硬化体は、本発明の目的を阻害しない範囲内で、目的に応じて、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、収縮低減剤、シリカフューム、およびメタカオリン等の各種混和材や、有機繊維、およびガラス繊維等を配合してもよい。
また、前記セメント質硬化体は、本発明の目的を阻害しない範囲内で、目的に応じて、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、収縮低減剤、シリカフューム、およびメタカオリン等の各種混和材や、有機繊維、およびガラス繊維等を配合してもよい。
本発明のセメント質硬化体に配合するその他の材料である前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１２～２５ｍ２／ｇである。ＢＥＴ比表面積が前記範囲を外れるシリカフュームは入手が困難である。なお、前記ＢＥＴ比表面積は、より好ましくは１３～２０ｍ２／ｇである。また、前記シリカフュームの中でも、特に好ましくは粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上である。ここで粒体シリカフュームとは、ＪＩＳ Ａ ６２０７に記載されているシリカフュームをいう。本発明で用いる粒体シリカフュームの嵩密度は、好ましくは０．４～０．８ｇ／ｃｍ３である。嵩密度がこの範囲を外れる粒体シリカフュームは入手が困難である。また、前記凝集シリカフュームは、例えば、レーザー回折・散乱型粒度分布測定装置で測定した、粒径が１μｍ以上の粒子の含有率が２０質量％以上のシリカフュームである。
(iｖ)セメント質硬化体の炭酸化養生
本発明のセメント質硬化体は、炭酸化養生を行えば、二酸化炭素を固定して組織が緻密化し、強度が向上する。前記炭酸化養生したセメント質硬化体中の二酸化炭素の固定量は、強度の向上の観点から、好ましくはセメント質硬化体１ｍ３あたり８０～２００ｋｇである。
本発明のセメント質硬化体は、炭酸化養生を行えば、二酸化炭素を固定して組織が緻密化し、強度が向上する。前記炭酸化養生したセメント質硬化体中の二酸化炭素の固定量は、強度の向上の観点から、好ましくはセメント質硬化体１ｍ３あたり８０～２００ｋｇである。
また、前記炭酸化養生方法は、セメント質硬化体を、二酸化炭素に晒して炭酸化養生する方法のほかに、二酸化炭素をより多く吸収する観点から、モルタルまたはコンクリート等の混錬時に、該混錬物中に二酸化炭素を吹き込む方法が挙げられる。なお、セメント質硬化体の炭酸化は、コンクリート製品、コンクリート構造物、またはコンクリート舗装等の形態で、長期間にわたり二酸化炭素を吸収して自然に炭酸化を行う態様もある。
また、炭酸化養生工程における二酸化炭素ガスの濃度は、好ましくは１体積％以上、より好ましくは１０体積％以上、さらに好ましくは５０体積％以上、特に好ましくは６０体積％以上である。該濃度が１体積％以上であれば、炭酸化養生工程における二酸化炭素の吸収をより多くできる。
二酸化炭素の濃度が高いほど、二酸化炭素の吸収量が多くなるが、養生設備費等を低減する等の観点から、二酸化炭素ガスの濃度は、好ましくは９０体積％以下、より好ましくは８５体積％以下、さらに好ましくは８０体積％以下である。
二酸化炭素の濃度が高いほど、二酸化炭素の吸収量が多くなるが、養生設備費等を低減する等の観点から、二酸化炭素ガスの濃度は、好ましくは９０体積％以下、より好ましくは８５体積％以下、さらに好ましくは８０体積％以下である。
また、前記炭酸化養生工程における温度は、好ましくは５～１００℃、より好ましくは１０～７０℃、さらに好ましくは１５～５０℃、特に好ましくは２０～３５℃である。前記温度が５℃以上で、炭酸化の効率やセメント質硬化体の強度がより高くなり、１００℃を超えると、炭酸化養生にかかるエネルギーコストが過大になる。
また、前記炭酸化養生工程における相対湿度は、好ましくは２０～９０％、より好ましくは３０～８０％、特に好ましくは４０～７０％である。前記相対湿度が２０％以上で、炭酸化の効率やセメント質硬化体の強度がより高くなり、９０％を超えると設備等にかかるコストが過大になる。
また、前記炭酸化養生工程における相対湿度は、好ましくは２０～９０％、より好ましくは３０～８０％、特に好ましくは４０～７０％である。前記相対湿度が２０％以上で、炭酸化の効率やセメント質硬化体の強度がより高くなり、９０％を超えると設備等にかかるコストが過大になる。
４．焼成物の製造方法
本発明に用いる焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる１種以上を原料として、１０００～１３５０℃で焼成して製造することができる。
該製造方法は、必須の工程として（ａ）原料調合工程、（ｂ）焼成・冷却工程、および、任意の工程として（ｃ）粉砕工程を含む。ここで、粉砕工程を任意の工程としたのは、二酸化炭素排出低減セメントの製造において、前記焼成物と石灰石微粉末等の混合材を混合して粉砕（同時粉砕）する場合は、焼成物の製造において粉砕工程は不要になるからである。
本発明に用いる焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる１種以上を原料として、１０００～１３５０℃で焼成して製造することができる。
該製造方法は、必須の工程として（ａ）原料調合工程、（ｂ）焼成・冷却工程、および、任意の工程として（ｃ）粉砕工程を含む。ここで、粉砕工程を任意の工程としたのは、二酸化炭素排出低減セメントの製造において、前記焼成物と石灰石微粉末等の混合材を混合して粉砕（同時粉砕）する場合は、焼成物の製造において粉砕工程は不要になるからである。
以下に、（ａ）原料調合工程、（ｂ）焼成・冷却工程、および（ｃ）粉砕工程について説明する。
（ａ）原料調合工程
該工程では、原料として、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる１種以上の廃棄物を用いて、前記焼成物の鉱物組成の範囲になるように調合する。前記廃棄物を原料として使用することは、廃棄物の有効利用の観点から好ましい。
そして、前記産業廃棄物は、石炭灰、生コンクリートスラッジ、コンクリート廃材、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥、建設廃材、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉二次灰、およびボーリング廃土等が挙げられる。また、前記一般廃棄物は、下水汚泥、都市ごみ焼却灰、下水汚泥乾粉、貝殻、および下水汚泥焼却灰等が挙げられる。さらに、前記建設発生土は、建設現場や工事現場等から発生する土壌、残土、および廃土壌等が挙げられる。
（ａ）原料調合工程
該工程では、原料として、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる１種以上の廃棄物を用いて、前記焼成物の鉱物組成の範囲になるように調合する。前記廃棄物を原料として使用することは、廃棄物の有効利用の観点から好ましい。
そして、前記産業廃棄物は、石炭灰、生コンクリートスラッジ、コンクリート廃材、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥、建設廃材、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉二次灰、およびボーリング廃土等が挙げられる。また、前記一般廃棄物は、下水汚泥、都市ごみ焼却灰、下水汚泥乾粉、貝殻、および下水汚泥焼却灰等が挙げられる。さらに、前記建設発生土は、建設現場や工事現場等から発生する土壌、残土、および廃土壌等が挙げられる。
また、前記廃棄物だけでは、前記焼成物の鉱物組成が前記範囲内になるように調合することが難しい場合は、カルシウム原料、ケイ素原料、アルミニウム原料、および鉄原料等の天然原料で補ってもよい。ここで、カルシウム原料は、石灰石、生石灰、消石灰、および製鋼スラグ等が挙げられ、ケイ素原料は、珪石および粘土等が挙げられ、アルミニウム原料は、粘土等が挙げられ、鉄原料は、鉄滓および鉄ケーキ等が挙げられる。
また、前記原料の粒度を調整する必要がある場合は、ボールミル等の粉砕機で所定の粒度になるまで粉砕して調整する。また、前記原料は、焼成を容易にするため造粒してもよい。この造粒方法は、転動造粒法、押出し造粒法、および圧縮造粒法等が挙げられる。
（ｂ）焼成・冷却工程
前記調合原料をロータリーキルン等の焼成炉で焼成した後、クーラーで冷却して焼成物が得られる。
ここで、焼成物の焼成温度は、１０００～１４５０℃である。焼成温度が１０００℃未満では、焼成物中のフリーライムを減らすことが難しく、１４５０℃を超えると原料が溶融して焼成物が減少するおそれがある。なお、前記焼成温度は、好ましくは１１５０～１３５０℃、より好ましくは１２００～１３５０℃である。
また、前記焼成時間は、好ましくは３０～１５０分である。該時間が３０分未満では焼成が十分でなく、１５０分を超えると生産性が低下する。なお、前記焼成時間は、より好ましくは４０～１２０分である。
また、焼成炉は、特に制限されないが、連続生産が可能で製造効率が高いことから、好ましくはロータリーキルンである。
また、焼成用の燃料は重油のほかに、石炭、廃油、廃タイヤ、および廃プラスチック等の燃料代替廃棄物も使用できる。
なお、焼成物の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ４ＡＦ、Ｃ３Ａの各割合：質量％）は、焼成物の原料中または焼成物中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３の各含有割合（質量％）から、以下の式を用いて算出することができる。
Ｃ２Ｓ＝１．０２×ＣａＯ＋０．９５×ＳｉＯ２－１．６９×Ａｌ２Ｏ３－０．３６×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２ＡＳ＝－１．６３×ＣａＯ＋３．０４×ＳｉＯ２＋２．６９×Ａｌ２Ｏ３＋０．５７×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ３Ａ＝１．６１×ＣａＯ－３．００×ＳｉＯ２－２．２６×Ｆｅ２Ｏ３（ただし、Ｃ３Ａがマイナスになる場合は、Ｃ３Ａは「０」とみなす。）
前記調合原料をロータリーキルン等の焼成炉で焼成した後、クーラーで冷却して焼成物が得られる。
ここで、焼成物の焼成温度は、１０００～１４５０℃である。焼成温度が１０００℃未満では、焼成物中のフリーライムを減らすことが難しく、１４５０℃を超えると原料が溶融して焼成物が減少するおそれがある。なお、前記焼成温度は、好ましくは１１５０～１３５０℃、より好ましくは１２００～１３５０℃である。
また、前記焼成時間は、好ましくは３０～１５０分である。該時間が３０分未満では焼成が十分でなく、１５０分を超えると生産性が低下する。なお、前記焼成時間は、より好ましくは４０～１２０分である。
また、焼成炉は、特に制限されないが、連続生産が可能で製造効率が高いことから、好ましくはロータリーキルンである。
また、焼成用の燃料は重油のほかに、石炭、廃油、廃タイヤ、および廃プラスチック等の燃料代替廃棄物も使用できる。
なお、焼成物の鉱物組成（Ｃ２Ｓ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ４ＡＦ、Ｃ３Ａの各割合：質量％）は、焼成物の原料中または焼成物中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３の各含有割合（質量％）から、以下の式を用いて算出することができる。
Ｃ２Ｓ＝１．０２×ＣａＯ＋０．９５×ＳｉＯ２－１．６９×Ａｌ２Ｏ３－０．３６×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２ＡＳ＝－１．６３×ＣａＯ＋３．０４×ＳｉＯ２＋２．６９×Ａｌ２Ｏ３＋０．５７×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ３Ａ＝１．６１×ＣａＯ－３．００×ＳｉＯ２－２．２６×Ｆｅ２Ｏ３（ただし、Ｃ３Ａがマイナスになる場合は、Ｃ３Ａは「０」とみなす。）
（ｃ）粉砕工程
粉砕方法は、特に制限されず、例えば、ボールミルやロッドミル等の粉砕機を用いて粉砕するとよい。
また、粉砕物のブレーン比表面積は、水和反応の促進、二酸化炭素の吸収量の増大、およびセメント質硬化体の強度発現性の向上のため、好ましくは２５００～５０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３０００～４５００ｃｍ２／ｇである。
また、前記粉砕の効率を高めるために、好ましくは粉砕助剤を添加して粉砕するとよい。該粉砕助剤は、ジエチレングリコール、トリエタノールアミン、およびトリイソプロパノールアミン等が挙げられる。これらの粉砕助剤の添加割合は、焼成物１００質量部に対し、好ましくは０．０１～１質量部である。
粉砕方法は、特に制限されず、例えば、ボールミルやロッドミル等の粉砕機を用いて粉砕するとよい。
また、粉砕物のブレーン比表面積は、水和反応の促進、二酸化炭素の吸収量の増大、およびセメント質硬化体の強度発現性の向上のため、好ましくは２５００～５０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３０００～４５００ｃｍ２／ｇである。
また、前記粉砕の効率を高めるために、好ましくは粉砕助剤を添加して粉砕するとよい。該粉砕助剤は、ジエチレングリコール、トリエタノールアミン、およびトリイソプロパノールアミン等が挙げられる。これらの粉砕助剤の添加割合は、焼成物１００質量部に対し、好ましくは０．０１～１質量部である。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．Ｃ２ＡＳ含有焼成物の製造
下水汚泥、建設発生土、石灰石、および粘土を原料に用いて、表１に示す化学組成に従い調合した後、ロータリーキルンで表１に示す温度で焼成して、表２に示すＣ２ＡＳ含有焼成物を得た。なお、焼成燃料は重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。
また、表２に示すＣ２ＡＳ含有焼成物の鉱物組成は次の方法で算出した。すなわち、
（i）Ｃ２ＡＳ含有焼成物を粉砕した後、Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ Ａ－２５型（ブルカージャパン社製）を用いて粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンを取得した。
（ii）前記粉末ＸＲＤの測定条件は、ターゲットＣｕＫα、管球条件４０ｋＶ- ４０ｍＡ、走査範囲２θ=５～６５°、ステップ幅０．０２３°/ｓｔｅｐ、および測定時間０．１３秒/ｓｔｅｐである。
（iii）ＸＲＤパターンをＤＩＦＦＲＡＣ.ＥＶＡ（ブルカージャパン社製）により定性分析したところ、Ｃ２Ｓ（β-Ｃ２Ｓ）、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦのピークが認められた。そして、ＤＩＦＦＲＡＣ．ＴＯＰＡＳ ｖｅｒ.６（ブルカージャパン社製）により、リートベルト法によって、Ｃ２Ｓ（β-Ｃ２Ｓ）、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦの各鉱物の理論プロファイルを、粉末ＸＲＤの結果から得らえた実測プロファイルにフィッティングすることにより各鉱物相の含有率を求めた。
１．Ｃ２ＡＳ含有焼成物の製造
下水汚泥、建設発生土、石灰石、および粘土を原料に用いて、表１に示す化学組成に従い調合した後、ロータリーキルンで表１に示す温度で焼成して、表２に示すＣ２ＡＳ含有焼成物を得た。なお、焼成燃料は重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。
また、表２に示すＣ２ＡＳ含有焼成物の鉱物組成は次の方法で算出した。すなわち、
（i）Ｃ２ＡＳ含有焼成物を粉砕した後、Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ Ａ－２５型（ブルカージャパン社製）を用いて粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンを取得した。
（ii）前記粉末ＸＲＤの測定条件は、ターゲットＣｕＫα、管球条件４０ｋＶ- ４０ｍＡ、走査範囲２θ=５～６５°、ステップ幅０．０２３°/ｓｔｅｐ、および測定時間０．１３秒/ｓｔｅｐである。
（iii）ＸＲＤパターンをＤＩＦＦＲＡＣ.ＥＶＡ（ブルカージャパン社製）により定性分析したところ、Ｃ２Ｓ（β-Ｃ２Ｓ）、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦのピークが認められた。そして、ＤＩＦＦＲＡＣ．ＴＯＰＡＳ ｖｅｒ.６（ブルカージャパン社製）により、リートベルト法によって、Ｃ２Ｓ（β-Ｃ２Ｓ）、Ｃ２ＡＳ、およびＣ４ＡＦの各鉱物の理論プロファイルを、粉末ＸＲＤの結果から得らえた実測プロファイルにフィッティングすることにより各鉱物相の含有率を求めた。
２．Ｃ２ＡＳ含有セメントの製造
前記Ｃ２ＡＳ含有焼成物１００質量部に対し、ニ水石膏をＳＯ３換算で２．０質量部添加した後、バッチ式ボールミルで前記焼成物と二水石膏を同時に粉砕して、ブレーン比表面積が３４００±２００ｃｍ２／ｇのＣ２ＡＳ含有セメントを製造した。
前記Ｃ２ＡＳ含有焼成物１００質量部に対し、ニ水石膏をＳＯ３換算で２．０質量部添加した後、バッチ式ボールミルで前記焼成物と二水石膏を同時に粉砕して、ブレーン比表面積が３４００±２００ｃｍ２／ｇのＣ２ＡＳ含有セメントを製造した。
３．モルタル供試体の製造
表３に示すモルタルの配合に従い、表４に示す山砂（全量の半分の量）、（Ｂ）前記Ｃ２ＡＳ含有セメント、高炉スラグ微粉末および表５に示す化学組成の普通ポルトランドセメント（本発明のセメント組成物に該当：実施例）、並びに、残りの半分の量の山砂の順に、２０±３℃の室内において、容量が２０リットルのホバートミキサに投入して３０秒間空練りした。また、表４に示す山砂（全量の半分の量）、（Ｃ）前記Ｃ２ＡＳ含有セメントおよび前記普通ポルトランドセメント（セメント、比較例）、並びに、残りの半分の量の山砂の順に、同様にして、２０±３℃の室内において、容量が２０リットルのホバートミキサに投入して３０秒間空練りした。
次に、前記各材料を混練しながら、それぞれ混和剤を溶かした水を投入し、さらに６０秒間混練してモルタルを書き落とした後、続けて６０秒間混練して排出し、各フレッシュモルタル（ただし、１バッチの混練量は４リットルである。）を製造した。
表３に示すモルタルの配合に従い、表４に示す山砂（全量の半分の量）、（Ｂ）前記Ｃ２ＡＳ含有セメント、高炉スラグ微粉末および表５に示す化学組成の普通ポルトランドセメント（本発明のセメント組成物に該当：実施例）、並びに、残りの半分の量の山砂の順に、２０±３℃の室内において、容量が２０リットルのホバートミキサに投入して３０秒間空練りした。また、表４に示す山砂（全量の半分の量）、（Ｃ）前記Ｃ２ＡＳ含有セメントおよび前記普通ポルトランドセメント（セメント、比較例）、並びに、残りの半分の量の山砂の順に、同様にして、２０±３℃の室内において、容量が２０リットルのホバートミキサに投入して３０秒間空練りした。
次に、前記各材料を混練しながら、それぞれ混和剤を溶かした水を投入し、さらに６０秒間混練してモルタルを書き落とした後、続けて６０秒間混練して排出し、各フレッシュモルタル（ただし、１バッチの混練量は４リットルである。）を製造した。
次に、前記フレッシュモルタルを用いて、ＪＩＳ Ａ １１３２「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準拠して打設後２日で脱型し、直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍのモルタル供試体を製造した。モルタルの脱型性については後掲の表８に示す。
次に、該供試体を、二酸化炭素濃度８０体積％、温度３０℃、および相対湿度６０％で炭酸化養生を、また温度２０℃で水中養生を、表８に示す各材齢まで行った。ただし、表８に示す材齢は、養生を開始してからの日数である。
次に、該供試体を、二酸化炭素濃度８０体積％、温度３０℃、および相対湿度６０％で炭酸化養生を、また温度２０℃で水中養生を、表８に示す各材齢まで行った。ただし、表８に示す材齢は、養生を開始してからの日数である。
３．コンクリート供試体の製造
表６に示すコンクリートの配合に従い、表７に示す粗骨材、山砂（全量の半分の量）、前記普通ポルトランドセメント単独、または前記普通ポルトランドセメントと前記Ｃ２ＡＳ含有セメントからなるセメント、および、残りの半分の量の山砂の順に、２０±３℃、相対湿度８０％以上の室内において、容量が５５リットルのパン型ミキサ（太平洋機工社製）に投入して３０秒間空練りした。
次に、前記各材料を混練しながら、混和剤を溶かした水を投入し、さらに６０秒間混練してコンクリートを書き落とした後、続けて６０秒間混練して排出し、フレッシュコンクリートを製造した。
表６に示すコンクリートの配合に従い、表７に示す粗骨材、山砂（全量の半分の量）、前記普通ポルトランドセメント単独、または前記普通ポルトランドセメントと前記Ｃ２ＡＳ含有セメントからなるセメント、および、残りの半分の量の山砂の順に、２０±３℃、相対湿度８０％以上の室内において、容量が５５リットルのパン型ミキサ（太平洋機工社製）に投入して３０秒間空練りした。
次に、前記各材料を混練しながら、混和剤を溶かした水を投入し、さらに６０秒間混練してコンクリートを書き落とした後、続けて６０秒間混練して排出し、フレッシュコンクリートを製造した。
次に、前記フレッシュコンクリートを用いて、スランプはＪＩＳ Ａ １１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準拠して、また、空気量はＪＩＳ Ａ １１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法―空気室圧力方法」に準拠して測定した。これらの結果を後掲の表９に示す。
さらに、前記フレッシュコンクリートを用いて、ＪＩＳ Ａ １１３２「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準拠して打設後１日で脱型し、直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍのコンクリート供試体を製造した。
次に、該供試体を、二酸化炭素濃度８０体積％、温度３０℃、および相対湿度６０％で炭酸化養生を、また温度２０℃で水中養生を、それぞれ表９に示す各材齢まで行った。ただし、養生日の起算点は、炭酸化養生ではコンクリートの脱型時、水中養生ではコンクリートの打設時である。
次に、該供試体を、二酸化炭素濃度８０体積％、温度３０℃、および相対湿度６０％で炭酸化養生を、また温度２０℃で水中養生を、それぞれ表９に示す各材齢まで行った。ただし、養生日の起算点は、炭酸化養生ではコンクリートの脱型時、水中養生ではコンクリートの打設時である。
４．モルタル供試体およびコンクリート供試体の圧縮強度の測定
前記モルタル供試体は、ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法(案)」に準拠して、また、前記コンクリート供試体は、ＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して、それぞれ表８および表９に示す材齢において圧縮強度を測定した。これらの結果を、それぞれ表８および表９に示す。
表８に示すように、本発明の実施例は、本来、圧縮強度の低下を招く高炉スラグを含むのにも拘わらず、その圧縮強度は比較例と比べ同程度であった。
前記モルタル供試体は、ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法(案)」に準拠して、また、前記コンクリート供試体は、ＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して、それぞれ表８および表９に示す材齢において圧縮強度を測定した。これらの結果を、それぞれ表８および表９に示す。
表８に示すように、本発明の実施例は、本来、圧縮強度の低下を招く高炉スラグを含むのにも拘わらず、その圧縮強度は比較例と比べ同程度であった。
５．モルタル供試体およびコンクリート供試体の中性化深さの測定
モルタル供試体およびコンクリート供試体の中性化深さの測定は、いずれもＪＩＳ Ａ １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準拠して行った。
具体的には、モルタル供試体およびコンクリート供試体は、３日、７日、１４日、および２８日の炭酸化養生期間が終了した後、切断機を用いて、図１に示すように、供試体の高さの中間の位置で切断し、該切断面をエアブローとハケを用いて清掃して測定面を調整した。次に、該測定面にフェノールフタレイン溶液を噴霧し、図１および図２に示すように、供試体の側面から赤紫色に呈色した部分までの８カ所の距離を０．５mmの単位でノギスを用いて測定して平均し、中性化深さを求めた。なお、材齢１４日および材齢２８日の供試体は、圧縮強度を測定した後の供試体を使用し、前記材齢で呈色部が確認された水準のみ測定した。これらの結果を表１０および表１１に示す。
モルタル供試体およびコンクリート供試体の中性化深さの測定は、いずれもＪＩＳ Ａ １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準拠して行った。
具体的には、モルタル供試体およびコンクリート供試体は、３日、７日、１４日、および２８日の炭酸化養生期間が終了した後、切断機を用いて、図１に示すように、供試体の高さの中間の位置で切断し、該切断面をエアブローとハケを用いて清掃して測定面を調整した。次に、該測定面にフェノールフタレイン溶液を噴霧し、図１および図２に示すように、供試体の側面から赤紫色に呈色した部分までの８カ所の距離を０．５mmの単位でノギスを用いて測定して平均し、中性化深さを求めた。なお、材齢１４日および材齢２８日の供試体は、圧縮強度を測定した後の供試体を使用し、前記材齢で呈色部が確認された水準のみ測定した。これらの結果を表１０および表１１に示す。
６．二酸化炭素の固定量の測定
（１）試料の調製
（i）モルタルおよびコンクリート
前記炭酸化養生したモルタル供試体およびコンクリート供試体は、耐圧機により粗砕した後、さらにジョークラッシャーを用いて５mm以下に粉砕した。これを５０g程度まで縮分した後、ディスク型振動ミルを用いて微粉砕したものを二酸化炭素の固定量の測定に用いた。
（ii）粗骨材および細骨材
粗骨材および細骨材はジョークラッシャーを用いて５mm以下に粉砕した。これを５０g程度まで縮分した後、ディスク型振動ミルを用いて微粉砕したものを測定に供した。
（iii）セメント組成物およびセメント
そのままを試料として測定に供した。
（１）試料の調製
（i）モルタルおよびコンクリート
前記炭酸化養生したモルタル供試体およびコンクリート供試体は、耐圧機により粗砕した後、さらにジョークラッシャーを用いて５mm以下に粉砕した。これを５０g程度まで縮分した後、ディスク型振動ミルを用いて微粉砕したものを二酸化炭素の固定量の測定に用いた。
（ii）粗骨材および細骨材
粗骨材および細骨材はジョークラッシャーを用いて５mm以下に粉砕した。これを５０g程度まで縮分した後、ディスク型振動ミルを用いて微粉砕したものを測定に供した。
（iii）セメント組成物およびセメント
そのままを試料として測定に供した。
（２）炭素の定量分析
下記の炭素計を用いて、モルタル、コンクリート、粗骨材、細骨材、セメント組成物、およびセメントに含まれる炭素量を求めた。その条件を以下に示す。
測定装置：炭素・硫黄分析装置 EMIA-Step（堀場製作所社製）
測定方法：酸素気流中燃焼-赤外線吸収方式であり、温度は１２５０℃で時間は１２０秒である。
加熱方法：管状電気抵抗加熱炉方式であり、脱水材は過塩素酸マグネシウムを用いた。
下記の炭素計を用いて、モルタル、コンクリート、粗骨材、細骨材、セメント組成物、およびセメントに含まれる炭素量を求めた。その条件を以下に示す。
測定装置：炭素・硫黄分析装置 EMIA-Step（堀場製作所社製）
測定方法：酸素気流中燃焼-赤外線吸収方式であり、温度は１２５０℃で時間は１２０秒である。
加熱方法：管状電気抵抗加熱炉方式であり、脱水材は過塩素酸マグネシウムを用いた。
（３）二酸化炭素の固定量の算出
二酸化炭素の固定量は、下記（i）→（ii）→（iii）の流れに従い算出した。なお、予め養生前後の供試体の重量を測定した。
（i）炭酸化養生後の供試体に含まれる二酸化炭素量（養生後の二酸化炭素量）を下記（１）式により算出した。
（ii）炭酸化養生前の供試体に含まれる二酸化炭素量（養生前の二酸化炭素量）を下記（２）式により算出した。
（iii）前記（１）式および（２）式により算出した養生後の二酸化炭素量と養生前の二酸化炭素量の差を供試体が固定した二酸化炭素量とし、下記（３）式により算出した。
なお、セメント組成物およびセメント１トンあたりの二酸化炭素の固定量（それぞれ、ｋｇ／ｔ―Ｂ、およびｋｇ／ｔ―Ｃ）は下記（４）式により算出した。また、モルタルおよびコンクリート１ｍ３あたりの二酸化炭素の固定量（それぞれ、ｋｇ／ｍ３―Ｍ、およびｋｇ／ｍ３―ｃｏｎ．）は、供試体の二酸化炭素の固定量を、直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍの供試体、および直径５ｃｍ、長さ２０ｃｍ供試体の体積で除して求めた。
これらの二酸化炭素の固定量は、上掲の表１０および表１１に示す。
表１０に示すように、実施例と比較例の二酸化炭素の固定量に差はなかった。
二酸化炭素の固定量は、下記（i）→（ii）→（iii）の流れに従い算出した。なお、予め養生前後の供試体の重量を測定した。
（i）炭酸化養生後の供試体に含まれる二酸化炭素量（養生後の二酸化炭素量）を下記（１）式により算出した。
（ii）炭酸化養生前の供試体に含まれる二酸化炭素量（養生前の二酸化炭素量）を下記（２）式により算出した。
（iii）前記（１）式および（２）式により算出した養生後の二酸化炭素量と養生前の二酸化炭素量の差を供試体が固定した二酸化炭素量とし、下記（３）式により算出した。
なお、セメント組成物およびセメント１トンあたりの二酸化炭素の固定量（それぞれ、ｋｇ／ｔ―Ｂ、およびｋｇ／ｔ―Ｃ）は下記（４）式により算出した。また、モルタルおよびコンクリート１ｍ３あたりの二酸化炭素の固定量（それぞれ、ｋｇ／ｍ３―Ｍ、およびｋｇ／ｍ３―ｃｏｎ．）は、供試体の二酸化炭素の固定量を、直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍの供試体、および直径５ｃｍ、長さ２０ｃｍ供試体の体積で除して求めた。
これらの二酸化炭素の固定量は、上掲の表１０および表１１に示す。
表１０に示すように、実施例と比較例の二酸化炭素の固定量に差はなかった。
７．二酸化炭素の排出抑制率の算出
二酸化炭素の排出抑制率は、次の式により計算した。
二酸化炭素の排出抑制率＝［普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)-普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)×セメント組成物中の普通ポルトランドセメント質量分率-Ｃ２ＡＳ含有セメントの排出原単位(kg/t)×セメント組成物中のＣ２ＡＳ含有セメントの質量分率-高炉スラグ微粉末の排出原単位(kg/t)×セメント組成物中の高炉スラグ微粉末の質量分率+二酸化炭素の固定量(kg/t)］/普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)×１００
なお、普通ポルトランドセメントの二酸化炭素の排出原単位は、セメント協会「セメントのＬＣＩデータの概要」に記載された値（７６２．７kg/t）を用いた。
また、Ｃ２ＡＳ含有セメントの二酸化炭素の排出原単位は次の（ａ）～（ｇ）の手順で計算して、５６０．６kg/tとした。
（ａ）普通ポルトランドセメントを製造するために必要なエネルギーをＪＩＳ Ｒ ０３０３のクリンカ焼成用熱により計算した。
（ｂ）普通ポルトランドセメントを製造するために必要なエネルギーに石炭を燃焼させたときの「排出係数」を乗じ、普通ポルトランドセメントを製造した場合に排出される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量を計算した。
（ｃ）セメント協会「セメントのＬＣＩデータの概要」に示される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量(２８３．６kg/t-セメント)を計算によって求めた二酸化炭素の排出量（前記（ｂ）で算出した値）で除し、「キルン効率係数」として算出した。
（ｄ）Ｃ２ＡＳ含有セメントを製造するために必要なエネルギーをＪＩＳ Ｒ ０３０３のクリンカ焼成用熱により計算した。
（ｅ）Ｃ２ＡＳ含有セメントを製造した場合に排出される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量を、必要なエネルギー（前記（ｄ）で算出した値）に「排出係数」と「キルン効率係数」を乗じて算出した。
（ｆ）Ｃ２ＡＳ含有セメントの製造における各原料に含まれる二酸化炭素量および調合比率から、原料脱炭酸由来の二酸化炭素の排出量を計算した。
（ｇ）Ｃ２ＡＳ含有セメント製造における化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量（前記（ｅ）で算出した値）と原料脱炭酸由来の二酸化炭素の排出量（前記（ｆ）で算出した値）の和を算出し、Ｃ２ＡＳ含有セメントの二酸化炭素の排出原単位を計算した。
なお、高炉スラグ微粉末の二酸化炭素の排出原単位は０kg/tとした。二酸化炭素の排出抑制率は、モルタルでは表１２に、コンクリートでは表１３に示す。
表１２に示すように、本発明の実施例は、比較例と比べて二酸化炭素の排出抑制率が高い。
二酸化炭素の排出抑制率は、次の式により計算した。
二酸化炭素の排出抑制率＝［普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)-普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)×セメント組成物中の普通ポルトランドセメント質量分率-Ｃ２ＡＳ含有セメントの排出原単位(kg/t)×セメント組成物中のＣ２ＡＳ含有セメントの質量分率-高炉スラグ微粉末の排出原単位(kg/t)×セメント組成物中の高炉スラグ微粉末の質量分率+二酸化炭素の固定量(kg/t)］/普通ポルトランドセメントの排出原単位(kg/t)×１００
なお、普通ポルトランドセメントの二酸化炭素の排出原単位は、セメント協会「セメントのＬＣＩデータの概要」に記載された値（７６２．７kg/t）を用いた。
また、Ｃ２ＡＳ含有セメントの二酸化炭素の排出原単位は次の（ａ）～（ｇ）の手順で計算して、５６０．６kg/tとした。
（ａ）普通ポルトランドセメントを製造するために必要なエネルギーをＪＩＳ Ｒ ０３０３のクリンカ焼成用熱により計算した。
（ｂ）普通ポルトランドセメントを製造するために必要なエネルギーに石炭を燃焼させたときの「排出係数」を乗じ、普通ポルトランドセメントを製造した場合に排出される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量を計算した。
（ｃ）セメント協会「セメントのＬＣＩデータの概要」に示される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量(２８３．６kg/t-セメント)を計算によって求めた二酸化炭素の排出量（前記（ｂ）で算出した値）で除し、「キルン効率係数」として算出した。
（ｄ）Ｃ２ＡＳ含有セメントを製造するために必要なエネルギーをＪＩＳ Ｒ ０３０３のクリンカ焼成用熱により計算した。
（ｅ）Ｃ２ＡＳ含有セメントを製造した場合に排出される化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量を、必要なエネルギー（前記（ｄ）で算出した値）に「排出係数」と「キルン効率係数」を乗じて算出した。
（ｆ）Ｃ２ＡＳ含有セメントの製造における各原料に含まれる二酸化炭素量および調合比率から、原料脱炭酸由来の二酸化炭素の排出量を計算した。
（ｇ）Ｃ２ＡＳ含有セメント製造における化石エネルギー由来の二酸化炭素の排出量（前記（ｅ）で算出した値）と原料脱炭酸由来の二酸化炭素の排出量（前記（ｆ）で算出した値）の和を算出し、Ｃ２ＡＳ含有セメントの二酸化炭素の排出原単位を計算した。
なお、高炉スラグ微粉末の二酸化炭素の排出原単位は０kg/tとした。二酸化炭素の排出抑制率は、モルタルでは表１２に、コンクリートでは表１３に示す。
表１２に示すように、本発明の実施例は、比較例と比べて二酸化炭素の排出抑制率が高い。
Claims (8)
- 下記（ａ）～（ｃ）を含む焼成物、並びに、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、生コンクリートスラッジ、および廃コンクリート微粉末から選ばれる１種以上の混合材を含む、二酸化炭素排出低減セメント。
（ａ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を０～１５質量部
（ｂ）２ＣａＯ・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を合計で１０～１００質量部
（ｃ）２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２ １００質量部に対し、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３を０～２１０質量部 - 前記混合材のブレーン比表面積が２０００～１００００ｃｍ２/ｇである、請求項１に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
- 前記二酸化炭素排出低減セメント１００質量部に対し、高炉スラグ微粉末を１０～９５質量部、石灰石微粉末を０～３０質量部、フライアッシュを０～２５質量部含む、請求項１または２に記載の二酸化炭素排出低減セメント。
- ポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカ１００質量部に対し、請求項１～３のいずれか１項に記載の二酸化炭素排出低減セメントを６５～３００質量部含む、セメント組成物。
- 請求項４に記載のセメント組成物１００質量部に対し、水を２５～７０質量部、および骨材を含む、セメント質硬化体。
- 前記骨材が、クリンカ骨材、並びに、再生骨材、廃コンクリート、高炉スラグ、および製鋼スラグから選ばれる１種以上に二酸化炭素を固定した骨材である、請求項５に記載のセメント質硬化体。
- 前記セメント質硬化体が、炭酸化養生したセメント質硬化体である、請求項５または６に記載のセメント質硬化体。
- 前記セメント質硬化体が、セメント質硬化体１ｍ３あたり８０～２００ｋｇの二酸化炭素を固定したセメント質硬化体である、請求項７に記載のセメント質硬化体。
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| JP2022096052A JP2023182440A (ja) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | 二酸化炭素排出低減セメント、セメント組成物、およびセメント質硬化体 |
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-
2022
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