JP4267446B2

JP4267446B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた中性化抑制方法

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Publication number: JP4267446B2
Application number: JP2003521164A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡; 隆行樋口; 寛之大橋; 康宏中島
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: US20080282936A1; ES2393547T3; JPWO2003016234A1; WO2003016234A1; EP1420000A1; CN1261384C; TWI291942B; KR100601066B1; EP1420000A4; KR20040030902A; US7527689B2; EP1420000B1; CN1545492A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材、セメント組成物及びそれを用いた中性化の抑制方法に関する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。また、本発明で言うコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼産業の副産物である各種のスラグの有効利用に関して大きな関心が寄せられている。鉄鋼産業において、種々のプロセスや設備によって、また、溶製する鋼種によって様々な組成や性状を有するスラグを副生する。
【０００３】
例えば、銑鉄を調製するプロセスで用いる高炉からは高炉スラグが、銑鉄から製鋼するプロセスで用いる溶銑予備処理設備、転炉並びに電気炉からは、それぞれ、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ並びに電気炉スラグが副生する。
【０００４】
さらに、高炉スラグには水砕スラグと徐冷スラグがあり、溶銑予備処理スラグには、脱珪スラグ、脱リンスラグ、脱硫スラグ、及び脱炭スラグがあり、電気炉スラグにも酸化期スラグと還元期スラグが存在する。
また、鋼種の違いで言えば、普通炭素鋼、極低炭素鋼、特殊合金鋼、及びステンレス鋼等がある。
【０００５】
上記スラグのうち、高炉より副生する高炉水砕スラグはコンクリート混和材及び路盤材等として利用されており、転炉スラグは脱鉄等の程度の処理を施せば路盤材として利用できることも報告されている。
【０００６】
しかし高炉水砕スラグ以外は、未だに有効な利用方法が見出されていないものが多い。また、用途を見出されているスラグについても、メーカー及びロットにより組成、物性が大きく異なるために再利用の用途拡大が難しいこと、路盤材用途だけでは需要が少ないことから、現状では充分に再利用されているとは言えない状況にある。
また、製鋼プロセスから発生する製鋼スラグは有効利用法がなく、ほとんど産業廃棄物として処分されているのが現状である。本発明でいう製鋼スラグとは、具体的には電気炉還元期スラグ、溶銑予備処理スラグ、ステンレススラグ、及び転炉スラグを意味するものであり、高炉水砕スラグ及び高炉徐冷スラグは含まない。
【０００７】
これらのスラグにはβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相を含むものとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相を含むものがあり、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相を含むものは水硬性を示すためにセメント混和材用途等への利用が検討されているが、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相を含むものは有効な用途がなかった。
【０００８】
その原因として、ダスティング現象がある。製鋼スラグはダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）を主要化合物としており、スラグの冷却過程で、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が高温相のα相からβ相へ転移し、さらに低温相のγ相へと転移する。２ＣａＯ・ＳｉＯ_２がβ相から低温相のγ相へ転移する際に密度が大きく変化して膨張し、粉化する現象をダスティングと呼ぶ。
【０００９】
上記ダスティング現象のため、製鋼スラグは他のスラグと異なり、塊状や粒状として得られないため、路盤材や骨材としての利用ができないことになる。
【００１０】
従来より、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２に起因するダスティングを防止する方法として、ホウ素化合物などの結晶安定化剤を添加してβ相として安定化させる方法等が提案された（特開昭６２−１６２６５７号公報）。しかしながら、ホウ素化合物自体が高価なものであり、また、設備改善や工程改善が必要となりコスト高であった。
【００１１】
一方、結晶安定化剤を添加せずに電気炉還元期スラグを粉末化し、これにカルシウムアルミネート１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及びセッコウを配合した特殊セメント（特公昭６２−４７８２７号公報）、カルシウムアルミネート１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及びＣａＦ_２の固溶体にセッコウを配合した特殊セメント（特公昭６２−５０４２８号公報等）が知られている。
【００１２】
これは、電気炉還元期スラグが水硬性を持たないγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を主成分としながらも、水和活性の高い１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３も多く含有することに着目した発明であり、セッコウを添加することでエトリンガイトを生成させ、所要の強度を発現する硬化体を得ようとするものであった。
【００１３】
しかしながら、上記の特殊セメントから得られる硬化体は、空気中の炭酸ガスによる中性化に対する抵抗性が乏しく、ポルトランドセメントの硬化体ほどの耐久性が期待できず、凝結遅延剤を併用しなければ流動性確保及び可使時間の確保が困難なものであった。また上記発明では、電気炉還元期スラグをポルトランドセメント及びその主成分であるトライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ_２に混和することについて、また、それによって、中性化抑制効果等の機能性を付与できることについては何ら言及していない。
【００１４】
本発明者らは上記のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を主成分とするスラグに着目し、セメント混和材としての用途を検討した。ヨーロッパ規格（ＥＮ規格）を基本とした新しい国際規格への対応、セメントの水和発熱抑制、及び中性化防止という課題への適用を検討した。
現在、海外ではヨーロッパ規格（ＥＮ規格）を基本的な思想とし、強度クラスに大別されたセメント材料群を目的に応じて選択できる、新しい国際規格の検討が進められている。
【００１５】
ヨーロッパ規格（ＥＮ規格）では、圧縮強度が３２．５Ｎ／ｍｍ^２クラス、４２．５Ｎ／ｍｍ^２クラス、及び５２．５Ｎ／ｍｍ^２クラスに大別されている（後藤孝治、羽原俊祐、セメント規格の国際化−欧州規格の概要と方向性−、セメント・コンクリート、Ｎｏ．６３１、ｐｐ１〜８、１９９９）。
一方、日本では、ＪＩＳ規格に基づいてセメントの品質が設計されてきた。その結果、画一的な仕様の下で強度発現性が良好なセメントが良いセメントとして評価されてきた。
【００１６】
その結果、日本のセメントはＥＮ規格で分類すると、圧縮強度が４２．５Ｎ／ｍｍ^２クラスあるいは５２．５Ｎ／ｍｍ^２クラスのセメントに相当するものしか存在しない状態になっている。そのため、設計強度があまり高くないコンクリートを配合設計しようとしても、多くの場合に過剰強度となる傾向にあるのが現状である。
【００１７】
過剰強度の防止は、それに伴う過剰な水和発熱を防止する観点から、また、硬化前後の収縮率をできる限り小さくし、硬化後のヒビ割れを防止する観点から重要である。
一方、強度発現性に優れるセメントを用いて、単位セメント量を少なくすることにより、設計強度があまり高くないコンクリートを配合設計することも考えられる。しかし、この場合には、極度に単位セメント量が少なくなってしまい、材料分離しやすく、ブリーディング率の大きいコンクリート、いわゆる材料分離したコンクリートになるという問題点を有していた。
【００１８】
そして、このようなコンクリートを用いてコンクリート構造物を構築すると、巨視的な欠陥が発生しやすく、耐久性のあるコンクリート構造物を構築することが困難になるという課題を有していた。
このように、ＥＮ規格は、設計強度があまり高くないコンクリートを配合設計しやすい圧縮強度が３２．５Ｎ／ｍｍ^２クラスのセメントが準備されているのが特徴である。
【００１９】
現在、このＥＮ規格準拠セメントの主流は石灰石混合セメントである。石灰石混合セメントは、ポルトランドセメントに多量の石灰石微粉末を混合したもので、過剰強度の防止と材料分離抵抗性の向上の両立を実現できるセメントである。
石灰石微粉末は強度発現性の面からは不活性な粉末とみなすことができ、材料分離抵抗性のみを与えて余計な強度や水和熱を生じないという利点を有するものである。このような背景を受けて、日本でも石灰石混合セメントの研究が盛んに行われるようになった。
【００２０】
しかしながら、石灰石は多くの産業において重要な原料である。資源の少ない我が国にとって石灰石は貴重な天然資源であり、単にコンクリートに混和するだけの利用は資源の枯渇につながることから、工業原料としてもっと有効に利用することが切望されている。さらに、石灰石混合セメントは中性化されやすいという弱点を有するものである。
【００２１】
【発明の開示】
本発明者は、石灰石混合セメントが抱える前記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、これまでにセメント混和材として利用価値が見いだされずにいたγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシウムマグネシウムシリケート等の特定の非水硬性化合物、並びに、これら特定の非水硬性化合物を含有する物質が、石灰石微粉末と同等の強度発現性や材料分離抵抗性を示し、しかも石灰石微粉末にはない中性化抑制効果を有することを知見した。
【００２２】
これらの特定の非水硬性化合物を含有してなるセメント混和材は、ポルトランドセメントの中性化を抑制するばかりでなく、水和発熱をも低減する効果も得られることを知見した。すなわち、ポルトランドセメントの水和時の発熱を抑制することにより、硬化後の熱収縮を抑制し、硬化体のヒビ割れ発生を抑制することができる。
【００２３】
コンクリートを構成する材料、すなわち、セメント、細骨材、粗骨材、水のうち、最も環境負荷の大きい材料はセメントである。これは、セメント製造時に主原料の石灰石の脱炭酸より二酸化炭素の排出を伴うこと、また、燃料の燃焼に伴う二酸化炭素の排出を伴うことが大きく影響している。したがって、セメントクリンカの配合量が少なく、混合材が混合されている高炉セメントや石灰石混合セメントは環境負荷の小さいセメントと言える。
【００２４】
さらに、本発明者は、産業副産物であってγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシウムマグネシウムシリケート等の特定の非水硬性化合物を含有する製鋼スラグに着目し、セメント混和材としての用途を検討した。
【００２５】
本発明のセメント混和材と石灰石微粉末混和材をそれぞれ使用した硬化体を比較すると、混和材量が同じであれば圧縮強度は石灰石微粉末混和品とほぼ同等で、かつ水和時の発熱量が少なく、石灰石微粉末混和材を使用した硬化体よりも中性化抑制効果が良好であることを知見した。
【００２６】
また、これまで有効な活用方法が見出されていない製鋼スラグ、すなわち電気炉還元期スラグ、ステンレススラグ、溶銑予備処理スラグ、及び転炉スラグ等の有効利用にも繋がる。さらに、これらのスラグを活用することによりセメントクリンカ配合量を低減できるために低環境負荷型のセメント組成物となり得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００２７】
かくして、本発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の非水硬性化合物を含有し、上記γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ _２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ _２、及びカルシウムマグネシウムシリケートの合計含有量が６５％以上であり、かつブレーン比表面積が２０００ｃｍ ^２／ｇ以上であることを特徴とするセメント混和材。
（２）フッ素の含有量が２．０％以下であり、かつ１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及び／又は１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２の含有量が２５％以下である（１）記載のセメント混和材。
（３）非水硬性化合物を含む物質が製鋼スラグである（１）又は（２）記載のセメント混和材。
（４）γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量が３５％以上である（１）〜（３）のいずれか１項記載のセメント混和材。
（５）セメントと、（１）〜（４）のうちの１項記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
（６）セメント混和材の含有量が、セメントとセメント混和材の合計量１００部中、５〜５０部である（５）記載のセメント組成物。
（７）セメントがポルトランドセメントである（５）又は（６）記載のセメント組成物。
（８）セメントが高炉セメントである（５）又は（６）記載のセメント組成物。
（９）上記（１）〜（８）に記載のセメント混和材又はセメント組成物を用いてなるセメント硬化体の中性化抑制方法。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で言うγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表される化合物のうちで、低温相として知られるものであり、高温相であるα−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２やα’−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは全く異なるものである。これらはいずれも、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表されるが、結晶構造や密度は異なっている。
【００２９】
通常、ポルトランドセメント中に存在する２ＣａＯ・ＳｉＯ_２はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２である。β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は水硬性を示すが、本発明に係るγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２のような中性化抑制効果はない。
【００３０】
本発明で言うα−ＣａＯ・ＳｉＯ_２（α型ワラストナイト）とは、ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表される化合物のうちで、高温相として知られるものであり、低温相であるβ−ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは全く異なるものである。これらはいずれも、ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表されるが、結晶構造や密度は異なっている。
【００３１】
天然に産出するワラストナイトは低温相のβ−ＣａＯ・ＳｉＯ_２である。β−ＣａＯ・ＳｉＯ_２は針状結晶を有し、ワラストナイト繊維等のような無機繊維質物質として利用されてはいるが、本発明に係るα−ＣａＯ・ＳｉＯ_２のような中性化抑制効果はない。
【００３２】
カルシムマグネシウムシリケートとは、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系化合物を総称するものであるが、本発明では、３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２（Ｃ_３ＭＳ_２）で表されるメルヴィナイト（Ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）を意味し、大きい中性化抑制効果が達成される。
【００３３】
本発明では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる１種又は２種以上の非水硬性化合物が使用可能である。本発明で言う非水硬性化合物とは、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ_２、及びカルシムマグネシウムシリケートの他に、上述した化合物のうち、ランキナイトやアノーサイトを挙げることができる。
【００３４】
これらの非水硬性化合物の中でも、特にγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は長期にわたって中性化抑制効果が大きいこと、また、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は高炉セメントと組み合わせた場合の中性化抑制効果が非常に大きい点で好ましい。
【００３５】
本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、又は３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシムマグネシウムシリケートを合成する場合は、ＣａＯ原料、ＳｉＯ_２原料、及びＭｇＯ原料を所定のモル比で配合して熱処理することによって得られる。ＣａＯ原料としては、例えば、石灰石などの炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウムなどが挙げられる。ＳｉＯ_２原料としては、例えば、ケイ石や粘土、さらには、シリカフュームやフライアッシュに代表されるような産業副産物として発生する様々なシリカ質ダストなどが挙げられる。ＭｇＯ原料としては、例えば、水酸化マグネシウムや塩基性炭酸カルシウム、ドロマイトなどを挙げることができる。
【００３６】
熱処理方法は特に限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや電気炉などによって行うことができる。その熱処理温度は、一義的に定められるものではないが、通常、１，０００〜１，８００℃程度の範囲で行われ、１，２００〜１，６００℃程度の範囲で行われることが多い。
【００３７】
本発明では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシムマグネシウムシリケートから選ばれる１種又は２種以上の非水硬性化合物を含む産業副産物を用いることもできる。この際には不純物が共存する。このような産業副産物として、製鋼スラグ等が挙げられる。
【００３８】
不純物の具体例としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｓ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｆ、及びＢ_２Ｏ_３などが挙げられる。また、共存する化合物としては、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、カルシウムフェライトやカルシウムアルミノフェライト、カルシウムフォスフェート、カルシウムボレート、マグネシウムシリケート、リューサイト（Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ）・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、スピネルＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、及びマグネタイトＦｅ_３Ｏ_４などが挙げられる。これらの不純物に起因する共存化合物の存在は特に限定されるものではなく、本発明の目的を阻害しない範囲では特に問題とはならないが、フッ素とカルシウムアルミネートの含有量については、注意が必要である。
【００３９】
本発明で使用する製鋼スラグはγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシウムマグネシウムシリケートから選ばれる１種又は２種以上を含有しているものが利用できる。
ただし、製銅スラグの中には、急結性あるいは急硬性を示す１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３あるいはフッ素の固溶した１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２を多く含むものが存在する。これらの化合物の含有量が高い場合は、凝結遅延剤を併用しなければ流動性確保の観点から、また可使時間を確保する観点から好ましくない。
【００４０】
すなわち、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及び／又は１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２（以下、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体ともいう）の総量が２５％以下の製鋼スラグが好ましく、特に、１５％以下がより好ましい。本発明のセメント混和材（以下、本混和材ともいう）中の１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及び／又は１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２の合計が２５％を超えると、中性化抑制効果が小さくなったり、流動性が悪くなったり、可使時間が確保できなくなる場合がある。
【００４１】
また、製鋼スラグには、フッ素含有量が多いものも存在する。フッ素を含む製鋼スラグでは、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３はフッ素の固溶した１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２の形態で存在するほか、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の一部はカスピディン（Ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ）（３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＣａＦ_２）に変化する。また、ＣａＦ_２が共存するものもある。γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は顕著な中性化抑制効果を有するが、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２やカスピディン等のフッ素を含む化合物は中性化抑制効果を持たないため、フッ素含有量の多い製鋼スラグは中性化抑制効果が顕著でない場合がある。
【００４２】
また、フッ素はポルトランドセメントの凝結・硬化を阻害するために、凝結遅延や硬化不良を起こす場合がある。さらに、フッ素は、特定化学物質の環境への排出量の把握及び管理の改善の促進に関する法律（ＰＲＴＲ法）の対象物質であり、これを多く含むものは環境保全の観点からも好ましくない。
【００４３】
本混和材の総フッ素含有量は、その存在形態にかかわらず２．０％以下が好ましく、１．５％以下がより好ましい。総フッ素含有量が２．０％を超えると、充分な中性化抑制効果が得られない場合があり、また、凝結・硬化性状が悪くなる場合もある。さらには、前述の通り、これを用いたポルトランドセメント硬化体からのフッ素の溶出が懸念され、環境問題の観点からも好ましくない。
【００４４】
本混和材のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量は、３５％以上が好ましく、４５％以上がより好ましい。また、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量の上限値は特に限定されない。製鋼スラグの中では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量が多い電気炉還元期スラグ又はステンレススラグが好ましい。
【００４５】
本混和材は、非水硬性化合物であるγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシムマグネシウムシリケートの合計量が６５％以上であることが好ましく、非水硬性化合物の含有量が７０％以上含有することがより好ましい。本発明において、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２以外の水硬性の２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が混在していることも可能であり、最大３５％まで混在可能である。
【００４６】
本混和材中の非水硬性化合物を定量する方法として、粉末Ｘ線回折法により結晶相を同定した後、化学分析値から各結晶相を算出する方法、及び、粉末Ｘ線回折法によるリートベルト法等が挙げられる。
【００４７】
本混和材のブレーン比表面積は特に限定されるものではないが、２，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、また上限は８，０００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましい。なかでも、３，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましく、４，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇが最も好ましい。ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、材料分離抵抗性が得られなかったり、中性化の抑制効果が充分でない場合がある。また、８，０００ｃｍ^２／ｇを超えるように粉砕するには、粉砕動力が大きくなり不経済であり、また、本混和材が風化しやすくなり、品質の経時的な劣化が大きくなる傾向がある。
【００４８】
本混和材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメントと本混和材の合計１００部中５〜５０部が好ましく、１０〜４０部がより好ましい。５部未満では水和熱を低くするという本発明の効果が十分に得られない場合があり、５０部を越えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００４９】
本発明において水の使用量は特に限定されるものではなく、通常の使用範囲が使用される。具体的には、セメント及び本混和材の合計１００部に対して水の量は２５〜６０部以下が好ましい。２５部未満では充分な作業性が得られない場合があり、６０部を超えると強度発現性及び中性化抑制効果が不十分な場合がある。
本混和材を用いて３２．５Ｎ／ｍｍ^２規格に対応するには、非水硬性化合物の種類によらず、本セメント組成物１００部中、本混和材を２０〜３５部程度混和すればよく、また４２．５Ｎ／ｍｍ^２規格品クラスに対応するには、本セメント組成物１００部中、１０〜２０部程度を混合すればよい。
【００５０】
本発明で使用するセメントとしては、特に制限されないが、ポルトランドセメントを含有するものが好ましく、たとえば普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。また、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰などを原料として製造された廃棄物利用セメント、いわゆるエコセメント（Ｒ）、及び石灰石粉末等を混合したフィラーセメント等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。
【００５１】
本発明では、中性化抑制が強く求められている高炉セメントやエコセメントに対して有益であり、特に高炉セメントと併用することが最も好ましい。
【００５２】
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値で２，５００〜８，０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、３，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２，５００ｃｍ^２／ｇ未満では強度発現性が十分に得られない場合があり、８，０００ｃｍ^２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００５３】
本発明では、セメント、本混和材、砂や砂利などの骨材の他に、高炉水砕スラグ微粉末、高炉徐冷スラグ粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、及びシリカフューム等の混和材料、膨張材、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等の添加剤等、通常のセメント材料に用いられる公知公用の添加剤、混和材、及び骨材を１種又は２種以上、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００５４】
本発明のセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
また、本発明において、各材料及び水の混合方法も特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。また、材料の一部を水と混合した後に残りの材料を混合しても良い。
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。
【００５６】
実験例１
セメントと混和材からなるセメント組成物１００部中、表１に示す量の混和材を使用して、水／セメント組成物比が５０／１００、セメント組成物／砂の比率が１／３のモルタルを調製し、圧縮強度測定と促進中性化試験を行った。比較のために、本混和材の代わりに石灰石微粉末を使用して同様に行った。結果を表１に併記する。
【００５７】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント（電気化学工業社製、比重３．１５）
混和材Ａ：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬１級の炭酸カルシウムと二酸化ケイ素とをモル比２：１で混合し、１，４００℃で２時間熱処理し、炉内で徐冷して合成。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ、フッ素含有量は検出限界以下、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体は含有せず。
混和材Ｂ：α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬１級の炭酸カルシウムと二酸化ケイ素とを１：１のモル比で混合し、１，５００℃で２時間熱処理し、炉外に取り出して急冷して合成。フッ素含有量は検出限界以下、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体は含有せずブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
混和材Ｃ：メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２。試薬１級の炭酸カルシウムと酸化マグネシウムと二酸化ケイ素とを３：１：２のモル比で混合し、１，４００℃で２時間熱処理し、炉外に取り出して急冷して合成。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ、フッ素含有量は検出限界以下、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体は含有せず。
混和材Ｄ：アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２。試薬１級の炭酸カルシウムと酸化マグネシウムと酸化ケイ素とを２：１：２のモル比で混合し、１，４００℃で２時間熱処理し、炉外に取り出して急冷して合成。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ、フッ素含有量は検出限界以下、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体は含有せず。
混和材Ｅ：石灰石微粉末。主成分炭酸カルシウム、ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
水：水道水
砂：ＪＩＳ標準砂
【００５８】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×１６ｃｍの成型体を作製し、ＪＩＳＲ５２０１に準じて測定。
断熱温度上昇量：空気循環式の断熱温度上昇試験装置を用いて測定。
中性化深さ：４×４×１６ｃｍの成型体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、３０℃・相対湿度６０％・炭酸ガス濃度５％の環境で所定の期間促進中性化を行い、モルタル断面にフェノールフタレイン１％アルコール溶液を塗布して中性化深さを確認。
【００５９】
実験例２
各混和材のブレーン比表面積を表２に示すように変化させ、セメント組成物１００部中、２５部使用したこと以外は実験例１と同様に行った。また、スラグを混和材として用いた。なお、比較のために、石灰石微粉末、天然のワラストナイト、およびβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を用いた場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００６０】
＜使用材料＞
混和材Ｆ：天然のワラストナイト（β−ＣａＯ・ＳｉＯ_２）、ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
混和材Ｇ：β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬１級の炭酸カルシウムと二酸化ケイ素とを２：１のモル比で混合し、この混合物１００部に対して、０．５部のＭｇＯと０．５部のＡｌ_２Ｏ_３、および０．５部のホウ酸を添加し、電気炉中１，５００℃で２時間熱処理し、炉外に取り出して急冷して合成。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
【００６１】
実験例３
各種製鋼スラグを混和材として使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００６２】
＜使用材料＞
セメント：市販の普通ポルトランドセメント。
スラグ粉末（１）：電気炉還元期スラグ、ＣａＯ含有量５２％、ＳｉＯ_２含有量２７％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量１１％、ＭｇＯ含有量０．５％、Ｆ含有量０．７％。主な化合物相はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量４５％、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量２０％、及び１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体含有量２５％、非水硬性化合物の含有量はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量４５％とα−ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量２０％の合計で６５％である。
スラグ粉末（２）：ステンレススラグ、ＣａＯ含有量５２％、ＳｉＯ_２含有量２８％、ＭｇＯ含有量メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約４４％、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体含有量約１４％、遊離マグネシア含有量約４％、非水硬性化合物の含有量はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量３５％とメルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約４４％の合計量で約７９％。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
スラグ粉末（３）：電気炉還元期スラグ、ＣａＯ含有量５３％、ＳｉＯ_２含有量３５％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量４％、ＭｇＯ含有量６％、Ｆ含有量１．５％。主な化合物相はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量約４０％、Ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ含有量約１４％、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約４０％、非水硬性化合物の含有量はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量４０％とＣｕｓｐｉｄｉｎｅ含有量約１４％とメルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約４０％の合計量で約９５％。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
スラグ粉末（４）：電気炉還元期スラグ、ＣａＯ含有量５３％、ＳｉＯ_２含有量２６％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量１３％、ＭｇＯ含有量５％、Ｆ含有量２．０％。主な化合物相はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量４０％、及び１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３固溶体含有量２５％、Ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ含有量約１２％、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約１８％、非水硬性化合物の含有量はγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量４０％とＣｕｓｐｉｄｉｎｅ含有量約１２％、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２含有量約１８％の合計量で約７０％。ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇ。
【００６３】
実験例４
スラグ（１）とスラグ（２）のブレーン比表面積を表４に示すように変化させ、セメント組成物１００部中、スラグを２０部使用したこと以外は実験例３と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００６４】
実験例５
ブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇの各種混和材を、セメント組成物１００部中２５部使用し、高炉セメントを用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
＜使用材料＞
高炉Ｂ種セメント：市販の高炉セメントＢ種。
高炉Ｃ種セメント：市販の高炉セメントＣ種。
【００６５】
【表１】

【００６６】
【表２】

【００６７】
【表３】

【００６８】
【表４】

【００６９】
【表５】

【００７０】
【産業上の利用分野】
本発明のセメント混和材を使用することにより、水和発熱量が小さく、中性化抑制効果の大きいセメント組成物が得られる。特に、高炉セメントに使用した場合に顕著な中性化抑制効果が得られる。
また、本発明では、これまで有効な用途が見出されていなかった製鋼スラグ等の有効利用にも繋がる等の効果を奏する。更に本発明はクリンカ配合量を低減できるので、低環境負荷型のセメント組成物とすることができ、また、土木・建築業界において使用されるＥＮ規格適合セメントなどに適する。

Claims

γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ_２、及び３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ _２（メルヴィナイト）であるカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の非水硬性化合物を含有し、上記γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ _２、α−ＣａＯ・ＳｉＯ _２、及びカルシウムマグネシウムシリケートの合計含有量が６５％以上であり、かつブレーン比表面積が２０００ｃｍ ^２／ｇ以上であることを特徴とするセメント混和材。
フッ素の含有量が２．０％以下であり、かつ１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３及び／又は１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２の含有量が２５％以下である請求項１記載のセメント混和材。
非水硬性化合物を含む物質が製鋼スラグである請求項１又は２記載のセメント混和材。
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量が３５％以上である請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント混和材。
セメントと、請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント混和材とを、含有してなるセメント組成物。
セメント混和材の含有量が、セメントとセメント混和材の合計量１００部中、５〜５０部である請求項５記載のセメント組成物。
セメントがポルトランドセメントである請求項５又は６記載のセメント組成物。
セメントが高炉セメントである請求項５又は６記載のセメント組成物。
請求項１〜８に記載のセメント混和材又はセメント組成物を用いてなるセメント硬化体の中性化抑制方法。