JP4705846B2 - セメントクリンカーおよびセメント組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、流動性および強度発現性がともに優れるセメントクリンカーおよびセメント組成物に関する。さらに詳しくは、ポルトランドセメントクリンカーの水硬性鉱物の各組成量およびクリンカー中の少量成分であるアルカリ量を規定することにより、優れた流動性および強度発現性を付与したセメントクリンカーおよびセメント組成物に関する。
セメントペースト、モルタルあるいはコンクリートの水硬性配合物では、ポルトランドセメント中の水硬性鉱物量や水溶性アルカリ量がその流動性に影響を及ぼすことが知られている。例えば、特許文献１では、水硬率（ＨＭ）２．１、ケイ酸率（ＳＭ）２．６、鉄率（ＩＭ）１．７、水溶性アルカリ量０．０１％の電気炉試製セメントクリンカーに二水石膏を添加して粉砕した後、硫酸アルカリを添加し水溶性アルカリ量の異なる試製ポルトランドセメントを調製し、そのペーストの流動性を評価している。その結果、メラミンスルホン酸系減水剤を配合した水硬性配合物において、Ｃ3Ａ量が１０質量％以下、かつ水溶性アルカリ量が０．２７質量％以下のポルトランドセメントは優れた流動性を有することが記載されている。
また、特許文献２では、ＨＭ２．１５、ＳＭ２．７、ＩＭ１．６、水溶性アルカリ量０．０１％の電気炉試製セメントクリンカーに二水石膏を添加して粉砕した後、硫酸アルカリを添加し水溶性アルカリ量の異なる試製ポルトランドセメントを調製し、そのモルタルの流動性の経時変化を評価している。その結果、ポリカルボン酸系減水剤を配合した水硬性組成物において、水溶性アルカリ量が０．２５質量％以下のポルトランドセメントは優れた流動性を有することが記載されている。
さらに、特許文献３では、セメント原料中のアルカリ量を低減し、また高硫黄燃料の使用によってセメントクリンカー中のＳＯ3をＳＯ3／アルカリのモル比０．７以上、好ましくは０．８〜１．１に増加することにより、斜方晶Ｃ3Ａ含有率を低下することができ、その結果、得られたセメントを使用したコンクリートの流動性を大きく改善させたことが記載されている。
しかしながら、コンクリートの流動性や圧縮強度には、クリンカー中の水硬性鉱物の種類（エーライト（Ｃ3Ｓ）、ビーライト（Ｃ2Ｓ）、アルミネート相（Ｃ3Ａ）、フェライト相（Ｃ4ＡＦ））および各相の結晶系、少量成分（ＳＯ3、全アルカリ（Ｒ2Ｏ）、水溶性アルカリ（Ｒ2Ｏ）、Ｆ、Ｐ等）、セメントとしての粉末度と粒度分布、ならびに石膏の形態、量等、さらにコンクリートでは混和剤（減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤）の主要構成成分の分子構造、添加量等の要因が単独または複合的に影響を及ぼすため、これらの要因の適正範囲を単純に限定できるものではない。
ちなみに、特許文献１および特許文献２の実施例では、ＨＭ、ＳＭ、ＩＭの各々の比率からみて、普通ポルトランドセメントクリンカーでは水溶性アルカリ量を少なくすることが、コンクリートの流動性や圧縮強度に好ましいことが示されているが、高ビーライト系セメントクリンカーでは水溶性アルカリ量の影響は明らかにされていない。また、特許文献３には、高ＳＯ3クリンカーにおいて、水溶性アルカリ量が増加するとスランプが高くなること、斜方晶Ｃ3Ａが少ないセメントほどスランプが出やすいこと、水溶性アルカリ量と斜方晶Ｃ3Ａ量とは流動性に及ぼす影響が反対の関係にあるが、全アルカリ量とスランプとの間には相関関係がないことが示されている。さらに、特許文献１〜３に示される方法では、クリンカーのＳＯ３量と全アルカリ量との比率（モル比）を制御すると、水溶性アルカリ量あるいは斜方晶Ｃ3Ａ量の一方のみが低減でき、これらをいずれも低減することはできない。
一方、セメント組成物中の水溶性アルカリは、長期、特に材齢２８日以降の強度発現性を一般的に低下させることも知られている（非特許文献１）。
このように、コンクリートに優れた流動性や強度発現性を付与するための制御因子は、その作用機構を含めて多種多様であり、流動性や強度発現性のための適正条件は、個々の実験または明細書記載の範囲に限られ、普遍的な結論が得られていないのが現状である。
本発明は、流動性および強度発現性がともに優れるセメントクリンカーおよびセメント組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成するために、ポルトランドセメントクリンカーの水硬性鉱物の組成および各相の量、ならびにクリンカー中の少量成分、特にアルカリの存在形態を調査し、ボーグ式算定のＣ2Ｓ量を適切な範囲に制御することで、流動性に悪影響を及ぼす硫酸アルカリおよび斜方晶アルミネート相（Ｃ3Ａ）へのアルカリの分配を抑制し、流動性を向上させ得ることを見出した。さらに、ビーライト（Ｃ２Ｓ）は、エーライト（Ｃ３Ｓ）に比べて強度発現性に劣り、Ｃ２Ｓ量を高めた高ビーライト系セメントクリンカーは強度が低下する。これを補うために、全アルカリ量（あるいは固溶アルカリ量）を適正な範囲に制御して、強度発現性に優れるＣ２Ｓ多形、すなわちα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓの量を適正範囲に制御し、それにより強度発現性を向上させて本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１）クリンカーの水硬性鉱物量に対してボーグ式算定のＣ2Ｓ量が３０〜７０質量％、かつＣ ３ Ａ量が２〜８質量％であり、粉末Ｘ線回折で定量した斜方晶Ｃ 3 Ａ量が２質量％以下であり、クリンカーに対して全アルカリ量が０．３５〜０．６０質量％であり、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下であり、かつ固溶アルカリ量が０．２５〜０．４７質量％である、ポルトランドセメントクリンカー、
（２）粉末Ｘ線回折での定量値を基準に、全ビーライト量（β相Ｃ２Ｓ＋α相Ｃ２Ｓ＋α’相Ｃ２Ｓ）に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓとの合計量の質量比が０．０５〜０．１８である、上記（１）記載のポルトランドセメントクリンカー、
（３）フェライト相の格子定数ｂ軸が１４．５７Å以上である、上記（１）または（２）記載のポルトランドセメントクリンカー、および
（４）上記（１）〜（３）のいずれか記載のポルトランドセメントクリンカーを含むポルトランドセメント組成物および混合セメント組成物である。
（１）クリンカーの水硬性鉱物量に対してボーグ式算定のＣ2Ｓ量が３０〜７０質量％、かつＣ ３ Ａ量が２〜８質量％であり、粉末Ｘ線回折で定量した斜方晶Ｃ 3 Ａ量が２質量％以下であり、クリンカーに対して全アルカリ量が０．３５〜０．６０質量％であり、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下であり、かつ固溶アルカリ量が０．２５〜０．４７質量％である、ポルトランドセメントクリンカー、
（２）粉末Ｘ線回折での定量値を基準に、全ビーライト量（β相Ｃ２Ｓ＋α相Ｃ２Ｓ＋α’相Ｃ２Ｓ）に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓとの合計量の質量比が０．０５〜０．１８である、上記（１）記載のポルトランドセメントクリンカー、
（３）フェライト相の格子定数ｂ軸が１４．５７Å以上である、上記（１）または（２）記載のポルトランドセメントクリンカー、および
（４）上記（１）〜（３）のいずれか記載のポルトランドセメントクリンカーを含むポルトランドセメント組成物および混合セメント組成物である。
本発明に係るポルトランドセメントクリンカーおよびセメント組成物においては、ボーグ式算定のＣ２Ｓ量を適正化することによって、クリンカー中の水溶性アルカリ量および斜方晶Ｃ3Ａ量の両方の低減が可能になる。その結果、本発明に係るポルトランドセメントクリンカーおよびそれを含むセメント組成物は、流動性および強度発現性の向上という優れた効果を奏することができる。
以下、本発明に係るポルトランドセメントクリンカーおよびセメント組成物の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明のポルトランドセメントクリンカーの水硬性鉱物は、エーライト（Ｃ3Ｓ）、ビーライト（Ｃ2Ｓ）、アルミネート相（Ｃ3Ａ）およびフェライト相（Ｃ4ＡＦ）から構成される。本発明においては、それぞれの含有量（質量％）は、下記のボーグ式により求めた主成分の値とする。
Ｃ3Ｓ量（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ2）−（６．７２×Ａｌ2Ｏ3）−（１．４３×Ｆｅ2Ｏ3）
Ｃ2Ｓ量（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ2）−（０．７５４×Ｃ3Ｓ）
全Ｃ3Ａ量（質量％）＝（２．６５×Ａｌ2Ｏ3）−（１．６９×Ｆｅ2Ｏ3）
Ｃ4ＡＦ量（質量％）＝３．０４×Ｆｅ2Ｏ3
Ｃ2Ｓ量（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ2）−（０．７５４×Ｃ3Ｓ）
全Ｃ3Ａ量（質量％）＝（２．６５×Ａｌ2Ｏ3）−（１．６９×Ｆｅ2Ｏ3）
Ｃ4ＡＦ量（質量％）＝３．０４×Ｆｅ2Ｏ3
式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ2」、「Ａｌ2Ｏ3」および「Ｆｅ2Ｏ3」は、それぞれ、ポルトランドセメントクリンカー中のＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3の含有量（質量％）である。また、全アルカリ量（質量％）は、ポルトランドセメントクリンカー中のアルカリ量（Ｎａ2Ｏ量およびＫ2Ｏ量）を定量し、次式により求めた値である。
全アルカリ量（質量％）＝（Ｎａ2Ｏ）＋（０．６５８×Ｋ2Ｏ）
ここで、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＳＯ3量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定した。
水溶性アルカリ量は、セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ−０４：２００２「セメントの水溶性成分の分析方法」に準じ、水溶性Ｎａ2Ｏ量（質量％）および水溶性Ｋ2Ｏ量（質量％）を定量し、下記の式により算出した値である。また、固溶アルカリ量は、全アルカリ量から水溶性アルカリ量を差し引いて求めた値である。
水溶性アルカリ量（質量％）＝（水溶性Ｎａ2Ｏ（質量％））＋（０．６５８×水溶性Ｋ2Ｏ（質量％））
固溶アルカリ量（質量％）＝（全アルカリ量（質量％））−（水溶性アルカリ量（質量％））
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水硬性鉱物中の各相、すなわちＣ3Ｓ、β相Ｃ2Ｓ、α相Ｃ2Ｓ、α’相Ｃ2Ｓ、立方晶Ｃ3Ａ、斜方晶Ｃ3ＡおよびＣ4ＡＦの存在形態を、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法（非特許文献２参照）を用いて測定した。すなわち、ポルトランドセメントクリンカーを、遊星ボールミルで９０μｍ篩を全通するように粉砕し、粉末Ｘ線回折試料とした。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２０００（（株）リガク製）を用いて、管電圧４０kV、管電流１３０mA、測定範囲２θ＝１０〜６０°、ステップ幅０．０２°、固定時間２ｓの条件で行った。リートベルト解析は、粉末Ｘ線回折パターン総合解析ソフト（ＪＡＤＥ６．０（Materials Data Inc.製）を使用した。リートベルト解析に使用した各鉱物相の基本結晶構造は表１に示すとおりである。なお測定は、定量対象の結晶相であるＣ3Ｓ、Ｃ2Ｓ（単斜晶＋斜方晶＋六方晶）、Ｃ3Ａ（立方晶、斜方晶）およびＣ4ＡＦの７相の合計量を１００質量％に換算して求めた。
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本発明においては、クリンカーの水硬性鉱物量に対して、ボーグ式算定のＣ2Ｓ量が３０〜７０質量％であり、好ましくは、４０〜７０質量％である。すなわち、本発明は、高ビーライト系のセメントクリンカーを基本としている。このような高ビーライト系セメントクリンカーは、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を０．５以下に低減でき、高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系）を使用した場合の流動性を高めることができ、通常のポルトランドセメントクリンカーよりも優れる。特に、普通あるいは早強ポルトランドセメントクリンカーでは、一般にＣ2Ｓ量が少なく、この場合、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比は０．５を超えるが、本発明の高ビーライト系セメントクリンカーでは、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を０．５以下に低減することができる。
本発明はまた、ポルトランドセメントクリンカー中の全アルカリ量が、０．３５〜０．９０質量％の範囲にあり、好ましくは０．４０〜０．６０質量％の範囲にある。さらに、本発明においては、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下である。全アルカリ量および全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比をこの範囲にすると、高性能ＡＥ減水剤を使用した場合の流動性を高めることができ、また、強度発現性を向上することができる。
本発明においては、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を０．５以下に低減することに加えて、アルミネート相中の粉末Ｘ線回折で定量した斜方晶Ｃ3Ａ（以下、「斜方晶Ｃ3Ａ」という。）量を、クリンカーの水硬性鉱物量に対して２質量％以下、特に１質量％以下に低減することが好ましい。斜方晶Ｃ３Ａ量を２質量％以下に低減することにより、リグニン系ＡＥ減水剤あるいはナフタレンスルフォン酸系減水剤を使用する際の流動性を高めることができる。
なお、通常のポルトランドセメントクリンカーでは、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を０．５以下にすると、全アルカリ量が０．３５〜０．９０質量％の場合、斜方晶Ｃ３Ａ量を２質量％以下に制御することは困難であり、むしろ２質量％を超えて増加する。しかしながら、本発明の高ビーライト系クリンカーにおいては、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比と斜方晶Ｃ３Ａ量をともに低減することができる。
この機構は、例えば、全アルカリ含有量が同程度であっても、カルシウムシリケート鉱物（特にＣ２Ｓ）中にアルカリの大部分が固定化され、水溶性アルカリ量を低減することに加えて、Ｃ３Ａに固溶するアルカリ量をも低減できるため、斜方晶Ｃ3Ａの生成量も減少するという特異な現象に起因するものであると考えられる。また、このような水硬性鉱物、アルカリ量および斜方晶Ｃ3Ａ量の量的な関係から、本発明では、ボーグ式算定のＣ3Ａ量を、コンクリート等の流動性向上および強度発現性の点で好ましい２〜８質量％の範囲に容易に制御することができる。
なお、本発明のポルトランドセメントクリンカーにおけるビーライト（Ｃ2Ｓ）以外の水硬性鉱物量は特に制限されるものではないが、ボーグ式算定で、好ましくは、エーライト（Ｃ3Ｓ）は１５〜４５質量％の範囲およびフェライト相（Ｃ4ＡＦ）は９〜１７質量％の範囲から選択される。また、アルミネート相（Ｃ3Ａ）は上記のとおり、２〜８質量％の範囲である。さらに、ポルトランドセメント中のＳＯ3は、クリンカー焼成時の生成形態がアルカリ成分との相互作用により変化する。昨今の高ＳＯ3原燃料の多量使用によりＳＯ3は増加傾向にあるものの、０．２〜１．２質量％の範囲に留めることが好ましい。
流動性および強度発現性に優れる本発明のポルトランドセメントクリンカーは、以下のようにして製造することができる。まず、水硬性鉱物中のボーグ式算定のＣ2Ｓ量が３０〜７０質量％の範囲にある高ビーライト系セメントクリンカーは、石灰石、硅石、鉄原料（鉄精鉱あるいは銅カラミなど）および粘土源原料（石炭灰、粘土、建設発生土など）の使用比率を制御し、ボーグ式算定の鉱物組成を調整することにより製造することができる。また、全アルカリ量を０．３５〜０．９０質量％の範囲に制御するためには、例えば粘土源原料において、石炭灰と粘土、建設発生土または廃ガラスなどの高アルカリ含有廃棄物の使用比率を制御する。具体的には、アルカリ量を低減するには石炭灰を増加し、アルカリ量を増加するには粘土あるいは建設発生土あるいは廃ガラスを増加することで調整する。さらに、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を０．５以下に低減するためには、オイルコークスや廃石膏ボードなどの高ＳＯ3含有原燃料の使用比率を低減する。ただし本発明においては、上述のＣ２Ｓ量と全アルカリ量の制御により、この質量比を０．５以下に低減することができる。
本発明のポルトランドセメントクリンカーは、石膏と混合粉砕するか、あるいは別途に粉砕した石膏を混合して、セメント組成物とする。この場合、セメント組成物中の石膏形態は特に限定されず、二水石膏、半水石膏あるいは無水石膏であってもよい。石膏は、天然石膏、排脱石膏、フッ酸石膏および燐酸石膏等を使用することができる。また、このポルトランドセメント組成物のブレーン比表面積は、２５００〜４２００cm2／ｇ、好ましくは３５００〜４０００cm2／ｇに粉砕する。この範囲の粉末度であれば、十分な初期強度及び長期強度を発現させることができ、かつ流動性にも優れる。
さらに、ポルトランドセメント組成物には、流動性、水和速度または強度発現の調節用として、石灰石、フライアッシュあるいは高炉スラグを添加することができる。この場合、石灰石としては、ＣａＣＯ3量をＣａＯ基準で５３％以上含有しているものが好ましい。なお、ＣａＯ換算量は、ＪＩＳ Ｍ ８８５０：１９９４「石灰石分析方法」に準じて測定した値である。石灰石を適量添加することにより、特に初期強度の向上および流動性改善に有効である。高炉スラグ粉末を添加する場合には、水砕スラグで、その塩基度（（ＣａＯ質量％＋ＭｇＯ質量％＋Ａｌ2Ｏ3質量％）／ＳｉＯ2質量％）が１．７０以上、好ましくは１．８０以上のものを使用することができる。さらに、フライアッシュは、ＪＩＳ Ａ ６２０１：１９９９「コンクリート用フライアッシュ」に規定のＩ種、II種、III種あるいはIV種、好ましくはＩ種またはII種のものがセメントの水和促進にも有効に作用する。
また、本発明のポルトランドセメントクリンカーは、その使用目的や要求特性に応じて、石膏、高炉スラグ、フライアッシュまたはシリカフュームを一種以上を添加・混合した混合セメントにも好適に活用できる。この場合、混合セメント中に、石膏は混合セメントのＳＯ3基準で１．５〜３．５質量％、高炉スラグは２０〜６０質量％、フライアッシュは１０〜４０質量％、シリカフュームは５〜１５質量％配合する。
また、本発明のポルトランドセメント組成物および混合セメント組成物に、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤、特にポリカル系高性能ＡＥ減水剤を添加することにより、コンクリートの流動性や強度をより顕著に向上させることができる。
以下、本発明のポルトランドセメントクリンカーおよびセメント組成物を、実施例を用いてより具体的に説明する。
まず、原料を電気炉で焼成し、ボーグ式による水硬性鉱物量（Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ、Ｃ3ＡおよびＣ4ＡＦ）、ＳＯ3量およびアルカリ量の異なる各種のポルトランドセメントクリンカーを調製した。原料としては、石灰石、硅石、鉄精鉱、石炭灰および粘土を用い、アルカリ量およびＳＯ3量の調整は、Ｎａ2ＣＯ3試薬、Ｋ2ＣＯ3試薬および二水石膏試薬を添加する方法で行った。なお、実際の工業プロセスでは、上記したとおりの製造方法により、本発明のポルトランドセメントクリンカーは、水硬性鉱物としてのボーグ式算定のＣ2Ｓ量、クリンカー中の全アルカリ量、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比を制御する。
次に、クリンカー中のボーグ式算定の水硬性鉱物組成量、ＳＯ3量、全アルカリ（Ｒ２Ｏ）量、固溶および水溶性アルカリ量、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比、斜方晶Ｃ3Ａ量ならびにα相およびα’相のＣ2Ｓ量の割合を定量した。これらの結果を表２示す。ここで、クリンカーＮｏ．（１）は早強セメントクリンカー、クリンカーＮｏ．（２）は耐硫酸塩ポルトランドセメントクリンカー、クリンカーＮｏ．（３）は普通セメントクリンカー、クリンカーＮｏ．（４）〜（８）は本発明の高ビーライト系セメントクリンカーである。
表２より、Ｃ２Ｓ量が１１〜２１質量％のクリンカーにおいて、ＳＯ３量が０．８９質量％以上のもの（例えば、（１）−１〜２、（２）−１〜２、（３）−１〜２）では、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比は０．６〜０．７と高く、ＳＯ３量が０．２８質量％以下のもの（例えば、（１）−３〜５、（２）−３〜５、（３）−３〜５）では、斜方晶Ｃ３Ａ量が７質量％以上と多い。これらのセメントクリンカーは、流動性の低下が懸念される。
しかしながら、Ｃ２Ｓ量が４０〜６８質量％のクリンカー（（４）−１〜５、（５）−１〜３、（６）−１、（７）−１、（８）−１）においては、ＳＯ３量に依存せずに、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下と小さいことに加え、斜方晶Ｃ３Ａ量も、安定して１質量％以下を満たしている。
さらに、本発明の高ビーライト系のポルトランドセメントクリンカーは、カルシウムシリケート鉱物、特にＣ2Ｓへのアルカリ固溶量が増加することによって、水溶性アルカリ量およびＣ３Ａに固溶するアルカリ量が大幅に減少する。このため、水溶性アルカリ量が少ないことに加えて、斜方晶Ｃ3Ａは１質量％以下の微量しか生成せず、アルミネート相（Ｃ3Ａ）はほぼ全てが立方晶Ｃ3Ａであった。なお、表２に示すように、固溶アルカリ量が多い本発明のクリンカー（（４）−１〜４、（５）−１〜３、（６）−１、（７）−１、（８）−１）においては、粉末Ｘ線回折での定量値を基準にした、全ビーライト量（β相Ｃ２Ｓ＋α相Ｃ２Ｓ＋α’相Ｃ２Ｓ）に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓの割合、すなわち、（α相Ｃ2Ｓ＋α’相Ｃ2Ｓ）／（β相Ｃ２Ｓ＋α相Ｃ２Ｓ＋α’相Ｃ２Ｓ）の質量比が０．０５以上（５％以上）と大きく、一方、固溶アルカリ量が少ない比較例のクリンカー（（４）−５）はこの質量比が小さい。
次に、本発明のポルトランドセメントクリンカーおよび比較例のポルトランドセメントクリンカーを対象に、表３に示した石膏をポルトランドセメント組成物中のＳＯ3基準で２．１〜２．５質量％になるように添加し、ボールミルでブレーン比表面積が３２００〜３９００cm2／ｇになるように粉砕した。
水とポルトランドセメント組成物の質量比（水セメント比）が０．３であるセメントペーストに、高性能ＡＥ減水剤レオビルドＳＰ８ＳＢｓ（ポゾリス製）をセメントペーストに対して０．６質量％添加し、ＪＡＳＳ １５ 「ＳＬ材の品質試験方法」に準じてペーストフロー値を測定した。なお、ペーストフロー値は注水５分の目標値を１００mm以上、注水３０分の目標値を８０mm以上とし、これを満足するセメント組成物を流動性に優れるセメント組成物として評価した。
さらに、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に従って、各セメント組成物のモルタル供試体を作製し、モルタル圧縮強さ試験を行った。なお、モルタル圧縮強さの試験材齢は、コンクリートとして用いられる場合に最も重要となる材齢２８日を対象とし、目標値５７〜６６Ｎ／mm2を満足できるセメント組成物を強度発現性に優れるセメント組成物として評価した。
セメント組成物のペーストフロー試験結果およびモルタル圧縮強さ試験結果を表４に示す。
表４から、本発明のポルトランドセメント組成物（（４）−１、（４）−３、（４）−４、（５）−１、（５）−３）は、比較例のポルトランドセメント組成物（（２）−１、（２）−２、（３）−２、（４）−５）に比べて、流動性および強度発現性がともに優れていることがわかる。
なお、固溶アルカリ量が０．２５質量％未満と少なく、粉末Ｘ線回折での定量値に基づいて、全Ｃ2Ｓ量に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓの合計量の質量比が０．０５（５％）未満であるクリンカー（（４）−５）を用いたセメントは、材齢２８日強さが５５．０N/mm2と低く、強度発現性が低下する。したがって、固溶アルカリ量は０．２５質量％以上、粉末Ｘ線回折での定量値に基づいて、全Ｃ2Ｓ量に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓの合計量の質量比は０．０５（５％）以上であることが好ましいことがわかる。
ちなみに、表４の実施例に示したボーグ式による水硬性鉱物量は、エーライト（Ｃ3Ｓ）：１５〜３９質量％、ボーグ式算定のＣ2Ｓ：４５〜６８質量％およびボーグ式算定のＣ3Ａ：３質量％、少量成分としてＳＯ3：０．２３〜０．９２質量％、全アルカリ量：０．４３〜０．６０質量％、水溶性アルカリ量：０．０２〜０．２５質量％である。また、斜方晶Ｃ3Ａ量はいずれも１質量％以下のものである。
さらに、上記セメントクリンカーを安定して製造するためには、図１に示すように、フェライト相の格子定数ｂ軸を１４．５７Å以上にすることが望ましい。また図２に示すように、フェライト相の格子定数ｂ軸は、クリンカーの冷却条件と密接に関係しており、急冷開始温度が１２００℃以下になると、フェライト相の格子定数ｂ軸は１４．５７Å未満となる。このような条件は、実機キルンおよびクーラーにおいては起こり難いと考えられるが、今後、原燃料や装置制御の変化により、冷却条件も変化する可能性があるため、その際にはフェライト相の格子定数ｂ軸を１４．５７Å以上確保できる冷却条件に制御することが望ましい。
Claims (6)
- クリンカーの水硬性鉱物量に対してボーグ式算定のＣ2Ｓ量が３０〜７０質量％、かつＣ ３ Ａ量が２〜８質量％であり、粉末Ｘ線回折で定量した斜方晶Ｃ 3 Ａ量が２質量％以下であり、クリンカーに対して全アルカリ量が０．３５〜０．６０質量％であり、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下であり、かつ固溶アルカリ量が０．２５〜０．４７質量％である、ポルトランドセメントクリンカー。
- 粉末Ｘ線回折での定量値を基準に、全ビーライト量（β相Ｃ２Ｓ＋α相Ｃ２Ｓ＋α’相Ｃ２Ｓ）に対するα相Ｃ2Ｓとα’相Ｃ2Ｓとの合計量の質量比が０．０５〜０．１８である、請求項１記載のポルトランドセメントクリンカー。
- フェライト相の格子定数ｂ軸が１４．５７Å以上である、請求項１または２記載のポルトランドセメントクリンカー。
- 請求項１〜３のいずれか１項記載のポルトランドセメントクリンカーを含むポルトランドセメント組成物または混合セメント組成物。
- クリンカーの水硬性鉱物量に対してボーグ式算定のＣ ２ Ｓ量が３０〜７０質量％、Ｃ ３ Ａ量が２〜８質量％、かつ粉末Ｘ線回折で定量した斜方晶Ｃ ３ Ａ量が２質量％以下となるように、石灰石、硅石、鉄原料および粘土原料の使用比率を制御し、
クリンカーに対して全アルカリ量が０．３５〜０．６０質量％、全アルカリ量に対する水溶性アルカリ量の質量比が０．５以下、かつ固溶アルカリ量が０．２５〜０．４７質量％となるように、高ＳＯ ３ 含有原料の使用比率を低減し、焼成および冷却条件を調整して製造したクリンカーを用いて、
石膏とともに混合粉砕して製造する、セメント組成物の製造方法。 - 全ビーライト量（β相Ｃ ２ Ｓ＋α相Ｃ ２ Ｓ＋α’相Ｃ ２ Ｓ）に対するα相Ｃ ２ Ｓとα’相Ｃ ２ Ｓとの合計量の質量比が０．０５〜０．１８となり、フェライト相の格子定数を格子定数ｂ軸が１４．５７Å以上となるように、焼成および冷却条件を調整してセメントクリンカーを製造する、請求項５記載のセメント組成物の製造方法。
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