JP4775495B1 - セメント組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント組成物の鉱物組成や粉末度を維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性を向上させることが可能なセメント組成物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のセメント組成物は、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％である。本発明のセメント組成物の製造方法は、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも一種の原料を含む混合物を焼成してセメントクリンカーを得る工程（Ａ）と、セメントクリンカーと石膏とを混合してセメント組成物を得る工程（Ｂ）とを有するセメント組成物の製造方法であって、工程（Ａ）では、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％となるように原料原単位を調整して原料を調合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント組成物及びその製造方法に関する。

セメント組成物は、セメント組成物に含まれる成分と水とが反応して水和物を生成し、強度を発現する。一般的には、水和物の生成量が多くなるにつれて、モルタル又はコンクリートの強度は上昇する。

セメントユーザーからは、コンクリートの流動性や凝結時間を損なわずに、強度発現性に優れたコンクリートを得ることが可能なセメント組成物が求められている。

コンクリートの強度発現性を向上させる方法としては、「粉末度（ブレーン比表面積）を細かくする」、「Ｃ_３Ｓ含有量を増加させる」等の手段が用いられている（例えば非特許文献１）。

（社）セメント協会、４．セメントの種類と用途、セメントの常識、ｐ．１１−１７（２００４）

しかしながら、非特許文献１のように「粉末度（ブレーン比表面積）を細かくする」、「Ｃ_３Ｓ含有量を増加させる」等のセメント組成物の粉末度や鉱物組成を変える手段によってコンクリートの強度発現性を向上させると、流動性が低下し、さらに、凝結時間が短縮してしまうという事情があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モルタルやコンクリートの適正なフレッシュ性状（流動性、凝結時間）を維持しつつ、セメント組成物の強度発現性を向上させることが可能なセメント組成物及びその製造方法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べく鋭意検討した結果、モルタルやコンクリートのフレッシュ性状を維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性を向上させるためには、セメント組成物中のＳｒ（ストロンチウム）含有量を制御することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、Ｓｒ含有量が０．０４０質量％を超え０．０７５質量％以下であり、Ｃ _３ Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ _２ Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ _３ Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ _４ ＡＦ含有量が７〜１５質量％であるセメント組成物を提供する。本発明のセメント組成物では、ＭｇＯ含有量が０．７〜１．６質量％であり且つＳＯ_３含有量が１．６〜２．４質量％であることが好ましい。

また、本発明は、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも一種の原料を含む混合物を焼成してセメントクリンカーを得る工程（Ａ）と、セメントクリンカーと石膏とを混合して、Ｃ _３ Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ _２ Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ _３ Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ _４ ＡＦ含有量が７〜１５質量％であるセメント組成物を得る工程（Ｂ）とを有するセメント組成物の製造方法であって、工程（Ａ）では、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０４０質量％を超え０．０７５質量％以下となるように原料原単位を調整して原料を調合する、セメント組成物の製造方法を提供する。

工程（Ａ）では、セメントクリンカー１トンあたり石灰石７００〜１４００ｋｇ、硅石２０〜１５０ｋｇ、石炭灰０〜３００ｋｇ、粘土０〜１００ｋｇ、高炉スラグ０〜１００ｋｇ、建設発生土１０〜１５０ｋｇ、下水汚泥０〜１００ｋｇ、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ、及び、鉄源３０〜８０ｋｇを調合することが好ましい。この場合、上記記載のＣ_３Ｓ、Ｃ_２Ｓ、Ｃ_３Ａ、Ｃ_４ＡＦ、ＭｇＯ、およびＳＯ_３含有量が適正な範囲のセメント組成物を得ることができる。

工程（Ａ）では、石炭灰に対する建設発生土の質量比が０．１３〜１．６となるように建設発生土と石炭灰とを調合することが好ましい。この場合、セメント組成物のＳｒ含有量を適正範囲に容易に調整することができる。

工程（Ａ）における建設発生土中のＳｒ含有量が０．０１〜０．４質量％であり且つ石炭灰中のＳｒ含有量が０．０２〜０．２質量％であることが好ましい。この場合、石炭灰と建設発生土の混合物のＳｒ含有量を調整することができる。

本発明によれば、モルタルやコンクリートの適正なフレッシュ性状を維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性（例えば材齢２８日の強度発現性）を向上させることが可能なセメント組成物及びその製造方法を提供することができる。

セメント組成物中のＳｒ含有量とセメント組成物のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

本実施形態に係るセメント組成物は、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％であることを特徴とする。

Ｓｒは、セメント組成物に含有される微量成分である。本発明者らは、セメント組成物中のＳｒ含有量と、セメント組成物の強度発現性とに関係があることを突き止め、Ｓｒ含有量が適正範囲になるとモルタル及びコンクリートの強度発現性が向上することを見出した。本実施形態に係るセメント組成物では、Ｓｒ含有量を特定の範囲となるように制御することによって、モルタルやコンクリートの適正なフレッシュ性状を維持しつつ強度発現性を向上させることができる。セメント組成物中のＳｒ含有量は、セメント組成物の全体質量に対する含有割合（質量％）であり、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電機加熱式原子吸光分析方法によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定することができる。

セメント組成物中のＳｒ含有量は、０．０３７〜０．０７５質量％であり、好ましくは０．０４０質量％を超え０．０７５質量％以下であり、より好ましくは０．０４０質量％を超え０．０６５質量％以下であり、更に好ましくは０．０４５〜０．０６５質量％であり、特に好ましくは０．０４５〜０．０６０質量％であり、極めて好ましくは０．０５０〜０．０６０質量％である。セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７質量％未満あるいは０．０７５質量％を超過すると、本実施形態に係るセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの適正な強度発現性が維持できない場合がある。

本実施形態に係るセメント組成物では、好ましくはＣ_３Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が７〜１５質量％であり、より好ましくはＣ_３Ｓ含有量が５２〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が８〜１３質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１２質量％であり、更に好ましくはＣ_３Ｓ含有量が５３〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１１〜２０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が９〜１２質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１１質量％である。セメント組成物の鉱物組成が上記範囲内であると、モルタル及びコンクリートのフレッシュ性状を維持しつつ、強度発現性を容易に維持することができる。

ここで、セメント組成物中のＣ_３Ｓ含有量（エーライト相）、Ｃ_２Ｓ含有量（ビーライト相）、Ｃ_３Ａ含有量（アルミネート相）、Ｃ_４ＡＦ含有量（フェライト相）は、下記のボーグ式［１］〜［４］により算出する。

Ｃ_３Ｓ含有量（質量％）＝４．０７×ＣａＯ含有量（質量％）−７．６０×ＳｉＯ_２含有量（質量％）−６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）−１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３含有量（質量％）−２．８５×ＳＯ_３含有量（質量％） ・・・［１］
Ｃ_２Ｓ含有量（質量％）＝２．８７×ＳｉＯ_２含有量（質量％）−０．７５４×Ｃ_３Ｓ含有量（質量％） ・・・［２］
Ｃ_３Ａ含有量（質量％）＝２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）−１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３含有量（質量％） ・・・［３］
Ｃ_４ＡＦ含有量（質量％）＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３含有量（質量％） ・・・［４］

式中の「ＣａＯ含有量」、「ＳｉＯ_２含有量」、「Ａｌ_２Ｏ_３含有量」及び「Ｆｅ_２Ｏ_３含有量」は、それぞれ、セメント組成物におけるＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３のセメント組成物の全体質量に対する含有割合（質量％）である。これらの含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」あるいはＪＩＳ Ｒ ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定することができる。

本実施形態に係るセメント組成物では、ＭｇＯ含有量が、好ましくは０．７〜１．６質量％、より好ましくは０．７〜１．５質量％、更に好ましくは０．８〜１．５質量％、特に好ましくは０．９〜１．５質量％、極めて好ましくは０．９〜１．４５質量％である。セメント組成物中のＭｇＯ含有量が、上記範囲内であると、セメント組成物の流動性を適度に維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性を更に向上させることができる。セメント組成物中のＭｇＯ含有量は、セメント組成物の全体質量に対する含有割合（質量％）であり、この含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定することができる。

また、本実施形態に係るセメント組成物では、ＳＯ_３含有量が、好ましくは１．６〜２．５質量％、より好ましくは１．７〜２．５質量％、更に好ましくは１．８〜２．５質量％であり、特に好ましくは１．８〜２．４５質量％である。セメント組成物中のＳＯ_３含有量が、上記範囲内であると、セメント組成物の流動性を適度に維持しつつ、モルタルやコンクリートの強度発現性を更に向上させることができる。セメント組成物中のＳＯ_３含有量は、セメント組成物の全体質量に対する含有割合（質量％）であり、この含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定することができる。

本実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも一種のＳｒ含有原料を含む混合物を焼成してセメントクリンカーを得る工程（Ａ）と、得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕しセメント組成物を得る工程（Ｂ）とを有する。工程（Ａ）では、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％となるように原料原単位を調整してＳｒ含有原料を調合する。ここで「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり使用される各原料の質量（ｋｇ／ｔ−クリンカー）をいう。なお、Ｓｒをある程度含有する原料であれば、上記の石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源以外であっても良い。

工程（Ａ）におけるセメントクリンカーの原料としては、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源等が挙げられる。石炭灰は、石炭火力発電所等から発生するものであり、シンダアッシュ、フライアッシュ、クリンカアッシュ及びボトムアッシュが挙げられる。建設発生土は、建設工事の施工に伴い副次的に発生する残土や泥土、廃土等が挙げられる。下水汚泥としては、汚泥単味のほか、これに石灰石を加えて乾粉化したものや、焼却残渣等が挙げられる。鉄源としては、銅からみ、高炉ダスト等が挙げられる。

工程（Ａ）では、セメントクリンカー原料として、ドライベース（水分を含まない状態）で、石灰石７００〜１４００ｋｇ／ｔ−クリンカー、硅石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、石炭灰０〜３００ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、建設発生土１０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、及び、鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーを調合することが好ましい。また、工程（Ａ）では、セメントクリンカー原料として、ドライベースで、石灰石８００〜１３００ｋｇ／ｔ−クリンカー、硅石２０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、石炭灰１０〜２５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ５〜５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、建設発生土２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜７０ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキを２０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜６０ｋｇ／ｔ−クリンカーを調合することがより好ましい。石炭灰は、ドライベースで２０〜２５０ｋｇ／ｔ−クリンカーであることが更に好ましい。

工程（Ａ）におけるＳｒ含有セメントクリンカー原料の原料原単位を調整して調合する方法として、具体的には、サンプリングしたセメント組成物中のＳｒ含有量に基づいて、セメント組成物の強度発現性との関係を測定し、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％となるように、セメントクリンカー原料の原料原単位を調整し、この原料を焼成して得られたセメントクリンカーを用いる方法が挙げられる。このような方法によって、Ｓｒ含有量が特定の範囲であり、強度発現性（例えば材齢２８日の強度発現性）を向上したセメント組成物を製造することができる。

セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７質量％未満、または０．０７５質量％を超過すると、セメント組成物の強度発現性は低下する傾向がある。セメント組成物中のＳｒ含有量を調整する場合には、他のセメントクリンカー原料と比較してストロンチウム（Ｓｒ）を多く含む石灰石、石炭灰、建設発生土、高炉スラグ、ハイドロケーキからなる群より選ばれる少なくとも一種のＳｒ含有セメントクリンカー原料の原料原単位を各原料のＳｒ含有量に基づいて増量又は減量して調整し、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％であるセメントクリンカーを製造し、このセメントクリンカーを用いてＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％であるセメント組成物を製造することができる。

セメントクリンカー原料の中でも、石灰石、石炭灰及び建設発生土の使用量（原料原単位）が、セメント組成物中のＳｒ含有量に与える影響が大きい。セメント組成物中のＳｒ含有量を調整するには、石炭灰に対する建設発生土の配合量を質量比で調整することが好ましい。石炭灰に対する建設発生土の配合量（建設発生土（ｋｇ／ｔ−クリンカー）／石炭灰（ｋｇ／ｔ−クリンカー））は質量比で、好ましくは０．１３〜１．６であり、より好ましくは０．１３〜１．５であり、更に好ましくは０．２０〜１．５であり、特に好ましくは０．２０〜１．４であり、極めて好ましくは０．２５〜１．４である。このように石炭灰に対する建設発生土の質量比を調整することによって、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量を０．０５８０〜０．０９８０質量％とすることが好ましい。石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量は、より好ましくは０．０６００〜０．０９８０質量％であり、更に好ましくは０．０６００〜０．０８５０質量％であり、特に好ましくは０．０６５０〜０．０８５０質量％である。石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量は、石灰石と建設発生土の混合物の全体質量に対する含有割合（質量％）である。

Ｓｒ含有セメントクリンカー原料として、各原料中のＳｒ含有量が、以下の範囲のものを使用することが好ましい。なお、各原料中のＳｒ含有量は、各原料全体（１００質量％）に対する含有割合（質量％）である。

石灰石としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００５〜０．０７０質量％、より好ましくは０．００５〜０．０６０質量％、更に好ましくは０．０１０〜０．０６０質量％のものを使用する。

硅石としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０４質量％、より好ましくは０．００１〜０．０３質量％、更に好ましくは０．００１〜０．０２５質量％のものを使用する。

石炭灰としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０２〜０．２質量％、より好ましくは０．０２〜０．１５質量％、更に好ましくは０．０２〜０．１３質量％のものを使用する。

高炉スラグとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０２〜０．０８質量％、より好ましくは０．０２〜０．０７質量％、更に好ましくは０．０２〜０．０６質量％のものを使用する。

粘土としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０３質量％、より好ましくは０．００３〜０．０２５質量％、更に好ましくは０．００３〜０．０２質量％のものを使用する。

建設発生土としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．０１〜０．４質量％、より好ましくは０．０１〜０．３質量％、更に好ましくは０．０１〜０．２質量％のものを使用する。

下水汚泥としては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．１質量％、より好ましくは０．００１〜０．０７質量％、更に好ましくは０．００１〜０．０５質量％のものを使用する。

ハイドロケーキとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．１〜０．８質量％、より好ましくは０．１〜０．７質量％、更に好ましくは０．１〜０．６質量％のものを使用する。

銅からみとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００５〜０．０５質量％、より好ましくは０．００５〜０．０４質量％、更に好ましくは０．００５〜０．０３質量％のものを使用する。

高炉ダストとしては、Ｓｒ含有量が、好ましくは０．００１〜０．０３質量％、より好ましくは０．００１〜０．０２質量％、更に好ましくは０．００１〜０．０１５質量％のものを使用する。

セメントクリンカーの製造は、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。

なお、工業スケールの製造においては、例えば、まず品質管理用のセメント組成物を製造し、そのＳｒ含有量とセメント組成物の強度発現性との相関関係を測定し、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％となるように、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整し、強度発現性を向上したセメント組成物を製造することができる。

次に、ＮＳＰ方式の既存のセメント製造設備を用いて、本実施形態に係るセメント組成物に用いるセメントクリンカーの製造方法の一実施態様を説明する。なお、本実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではない。

セメントクリンカーの各原料の混合方法は、特に限定されないが、例えば原料粉砕ミル等で粉砕混合し、更にはブレンディングサイロで混合することが好ましい。

粉砕混合されたセメントクリンカー原料は、さらに既存の設備であるサスペンションプレヒータ及びロータリーキルンを用いて焼成することができる。セメントクリンカーの焼成温度、焼成時間等の焼成条件を調整することによっても、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％に調整したセメント組成物を製造するためのセメントクリンカーを得ることができる。

セメントクリンカーの焼成温度は、特に限定されないが、ＮＳＰ方式のセメント製造設備を用いた場合には、ロータリーキルンの出口付近におけるセメントクリンカーの温度が、好ましくは８００〜１７００℃、より好ましくは９００〜１６００℃、更に好ましくは１０００〜１５００℃である。焼成時間は、２０分間〜２時間、より好ましくは３０分間〜２時間、更に好ましくは４５分〜１．５時間である。

焼成後、得られたセメントクリンカーは、ロータリーキルンの下流側に設けられたクリンカークーラーによって、例えば１００〜２００℃程度まで冷却されることが好ましい。冷却速度は、好ましくは１０〜６０℃／分であり、より好ましくは１５〜４５℃／分であり、更に好ましくは１５〜３０℃／分である。冷却速度が１０〜６０℃／分の範囲であると、優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となるセメント組成物を得ることができる。

工程（Ｂ）において、セメント組成物は、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％であるセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕することによって製造することができる。石膏は、ＪＩＳ Ｒ ９１５１「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く、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。

工程（Ｂ）において、Ｓｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％であるセメントクリンカーに対して、セメント組成物中のＳＯ_３含有量が１．６〜２．４質量％、好ましくは１．７〜２．１質量％となるように石膏を配合して粉砕することが好ましい。粉砕方法としては、特に制限されないが、ボールミル等の粉砕機、セパレータ等の分級機を用いる方法が挙げられる。なお、セメントクリンカーと石膏とを含有するセメント組成物では、セメントクリンカーの含有量がセメント組成物の全体質量に対して９５〜９７質量％であり且つ石膏の含有量が３〜５質量％であることが好ましい。

工程（Ｂ）において、セメント組成物は、さらに混合材を含有してもよい。混合材としては、ＪＩＳ Ｒ ５２１１「高炉セメント」で規定される高炉スラグ、ＪＩＳ Ｒ ５２１２「シリカセメント」で規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」で規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末を利用することができる。混合材の合計含有割合（質量％）は、セメント組成物の全体質量に対して５質量％以下であることが好ましい。

本実施形態に係るセメント組成物のブレーン比表面積は、好ましくは２８００〜４０００ｃｍ^２／ｇである。ブレーン比表面積が上記範囲内であると、更に優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となる。セメント組成物のブレーン比表面積は、より好ましくは３０００〜３８００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは３０００〜３５００ｃｍ^２／ｇである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（参考例１、実施例２〜７、比較例１〜３）
［セメントクリンカーの原料]
Ｓｒ含有セメントクリンカーのＳｒ含有量を調整するために、原料として使用する石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源（銅からみ、高炉ダスト）のＳｒ含有量を予め測定し、これらの原料原単位を調整してＳｒ含有セメントクリンカーのＳｒ含有量を調整した。また、セメント組成物中のＳＯ_３含有量を調整するために、二水石膏を使用した。表１に、参考例、実施例及び比較例に使用した石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグの化学成分の数値を示す。また、表１に示した原料以外の原料中のＳｒ含有量を以下に記載する。なお、以下に示す化学成分及び原料原単位は、ドライベース（水分を含まない状態）の原料原単位である。
・粘土（Ｓｒ含有量＝０．０１３８質量％）
・建設発生土（Ｓｒ含有量＝０．０２７２質量％）
・下水汚泥（Ｓｒ含有量＝０．００２質量％）
・ハイドロケーキ（Ｓｒ含有量＝０．４７４質量％）
・銅からみ（Ｓｒ含有量＝０．０１６５質量％）
・高炉ダスト（Ｓｒ含有量＝０．００６４質量％）

各原料の化学分析（ｉｇ．ｌｏｓｓ〜ＳＯ_３）は、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準じて行った。また、各原料中のＳｒ含有量は、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した。

Ｓｒ含有セメントクリンカー原料として使用した各原料の原単位は、石灰石、石炭灰及び建設発生土を除き、硅石２０〜１５０ｋｇ／ｔ−クリンカー、粘土０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、高炉スラグ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、下水汚泥０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー、ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ／ｔ−クリンカー及び鉄源３０〜８０ｋｇ／ｔ−クリンカーであった。

セメント組成物中のＳｒ含有量に影響を与えるセメントクリンカー原料である、石灰石、石炭灰及び建設発生土の原単位と、これら各原料からセメントクリンカー１ｔ当たりに持ち込まれるＳｒ含有量（セメントクリンカー１ｔを形成するための原料の全体質量に対する含有割合（質量％））と、石灰石と石炭灰と建設発生土の混合原料からセメントクリンカー１ｔ当たりに持ち込まれるＳｒ含有量（セメントクリンカー１ｔを形成するための原料の全体質量に対する含有割合（質量％））とを表２に示した。また、表２には、石炭灰に対する建設発生土の質量比（建設発生土（ｋｇ／ｔ−クリンカー）／石炭灰（ｋｇ／ｔ−クリンカー））と、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量（石炭灰と建設発生土の混合物の全体質量に対する含有割合（質量％））を記載した。Ｓｒ含有量は、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した。

［セメントクリンカーの製造]
上記セメントクリンカー原料を調合し、調合した原料をＮＳＰキルンで最高温度１２００〜１５００℃で焼成し、セメントクリンカーを製造した。ＮＳＰキルン出口付近におけるセメントクリンカーの温度は１０００〜１５００℃であった。このセメントクリンカーを、ロータリーキルンの下流側に設けられたクリンカークーラーで、１０００〜１４００℃から１００〜２００℃まで、１０〜６０℃／分の冷却速度で冷却した。

［セメント組成物の調製]
得られたセメントクリンカーに二水石膏をセメント組成物中のＳＯ_３含有量が２質量％となるように配合し、さらに混合材（石灰石、高炉スラグ）をセメント組成物の全体質量に対して内割りで石灰石を４質量％、高炉スラグを１質量％添加し、実機ミルでブレーン比表面積が３２００〜３４００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕し、セメント組成物を得た。

[セメント組成物の化学成分]
得られたセメント組成物中のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳＯ_３について、セメント組成物の全体質量に対する含有割合（質量％）を測定した。これらの含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した。また、セメント組成物中のＳｒ含有量を、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｉ−５２ ２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて測定した。化学成分の分析結果を表３に示す。

［セメント組成物の鉱物組成及び物性］
＜セメント組成物の鉱物組成＞
得られたセメント組成物の鉱物組成（Ｃ_３Ｓ含有量、Ｃ_２Ｓ含有量、Ｃ_３Ａ含有量及びＣ_４ＡＦ含有量）を、上述したボーグ式［１］〜［４］に基づいて測定した。結果を表４に示す。
＜セメント組成物の粉末特性＞
セメントの粉末特性（ブレーン比表面積及び４５μｍ残分）について、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表４に示す。
＜モルタル圧縮強さ＞
モルタル圧縮強さは、得られたセメント組成物を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて、材齢２８日において測定した。結果を表４に示す。

表２に示すように、参考例１及び実施例２〜７は、石炭灰に対する建設発生土の質量比（建設発生土／石炭灰）を０．１３〜１．６の範囲内にすることで、石炭灰と建設発生土の混合物中のＳｒ含有量を０．０５８０〜０．０９８０質量％とした。このように建設発生土／石炭灰の質量比を調整して製造したセメントクリンカーを用いると、セメント組成物中のＳｒ含有量を０．０３７７〜０．０７０６質量％とすることができ（表３参照）、強度発現性も良好であった（表４参照）。一方、表２に示すように、比較例1〜３は、建設発生土／石炭灰の質量比が０．１３〜１．６の範囲外であるセメントクリンカーを使用すると、強度発現性が低下する傾向を示した（表４参照）。

セメント組成物中のＳｒ含有量とモルタル圧縮強さとの関係を図１に示す。表３、４及び図１に示す結果から、セメント組成物中のＳｒ含有量とセメント組成物のモルタル圧縮強さは関係があることが分かった。この結果に基づき、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％に制御することによって、モルタル圧縮強さはＪＩＳ規格を十分満足し、特に良好な強度発現性が得られることが確認できた。

以上に示す結果から、本発明では、セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０３７〜０．０７５質量％とすることによって、モルタルやコンクリートのフレッシュ性状を維持しつつ、強度発現性を向上させることが可能なセメント組成物及びその製造方法を提供することができる。

Claims (6)

1. Ｓｒ含有量が０．０４０質量％を超え０．０７５質量％以下であり、
   Ｃ _３ Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ _２ Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ _３ Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ _４ ＡＦ含有量が７〜１５質量％である、セメント組成物。
2. ＭｇＯ含有量が０．７〜１．６質量％であり且つＳＯ_３含有量が１．６〜２．４質量％である、請求項１記載のセメント組成物。
3. 石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、ハイドロケーキ及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも一種の原料を含む混合物を焼成してセメントクリンカーを得る工程（Ａ）と、
   前記セメントクリンカーと石膏とを混合して、Ｃ _３ Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ _２ Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ _３ Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ _４ ＡＦ含有量が７〜１５質量％であるセメント組成物を得る工程（Ｂ）とを有するセメント組成物の製造方法であって、
   前記工程（Ａ）では、前記セメント組成物中のＳｒ含有量が０．０４０質量％を超え０．０７５質量％以下となるように原料原単位を調整して前記原料を調合する、セメント組成物の製造方法。
4. 前記工程（Ａ）では、前記セメントクリンカー１トンあたり前記石灰石７００〜１４００ｋｇ、前記硅石２０〜１５０ｋｇ、前記石炭灰０〜３００ｋｇ、前記粘土０〜１００ｋｇ、前記高炉スラグ０〜１００ｋｇ、前記建設発生土１０〜１５０ｋｇ、前記下水汚泥０〜１００ｋｇ、前記ハイドロケーキ０〜１００ｋｇ、及び、前記鉄源３０〜８０ｋｇを調合する、請求項３記載のセメント組成物の製造方法。
5. 前記工程（Ａ）では、前記石炭灰に対する前記建設発生土の質量比が０．１３〜１．６となるように前記建設発生土と前記石炭灰とを調合する、請求項３又は４記載のセメント組成物の製造方法。
6. 前記工程（Ａ）における前記建設発生土中のＳｒ含有量が０．０１〜０．４質量％であり且つ前記石炭灰中のＳｒ含有量が０．０２〜０．２質量％である、請求項３〜５の何れか一項記載のセメント組成物の製造方法。

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