JP4852506B2 - セメント添加材及びセメント組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物、建設発生土等の廃棄物を原料とした焼成物を粉砕してなるセメント添加材、及び該セメント添加材を含有してなるセメント組成物に関する。
わが国では、経済成長、人口の都市部への集中に伴い、産業廃棄物や一般廃棄物等が急増している。従来、これらの廃棄物の大半は、焼却によって十分の一程度に減容化して埋め立て処分されているが、近年、埋め立て処分場の残余容量が逼迫していることから、新しい廃棄物処理方法の確立が緊急課題になっている。セメント産業では、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として多く使用しており、今後、さらなる使用量の増大が求められている。
しかしながら、産業廃棄物や一般廃棄物は、天然原料に比べAl2O3分に富むため、単純にこれらの使用量を増大すると、セメントクリンカー中の3CaO・Al2O3が増大し、モルタル・コンクリートとして使用した場合に、水和熱の増加、流動性の悪化等を引き起こすという問題が生じる。これに対処するため、産業廃棄物等をより多く原料として使用した焼成物を製造し、これをセメント添加材として使用することが提案されている（特許文献１、特許文献２）。
これらのセメント添加材は、石炭灰等の廃棄物を原料としたSiO2量が３０〜５０質量％、CaO量が２５〜４５質量％、Al2O3が５〜２５質量％、f-CaO量が１．０質量％以下の焼結物の粉砕物である（特許文献１）か、SiO2量が５０質量％を超え７０質量％以下、CaO量が５〜４５質量％、Al2O3が５〜４５質量％、f-CaO量が１．０質量％以下の焼結物の粉砕物であり（特許文献２）、アノーサイト等のアルミノ珪酸塩鉱物を主体とするもので、2CaO・SiO2等のカルシウムシリケートや、3CaO・Al2O3等のカルシウムアルミネートをほとんど含まないものである。このため、セメントへの添加量が１０質量％以上と大きくなると、セメント組成物の強度発現性が極端に低下してしまうため、セメントへの添加量が制限されるという問題があった。
特開２００６−２１９３４７号公報
特開２００６−２１９３４８号公報
従って、本発明の目的は、産業廃棄物、一般廃棄物、建設発生土等を原料としたものであって、セメントへの添加量を多くした場合であっても、強度発現性の低下が小さく、かつ、水和熱が低く、流動性が良好なセメント添加材を提供することにある。
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、特定の化学成分と特定の鉱物を含有する焼成物の粉砕物であれば、セメントへの添加量を多くした場合であっても、セメント組成物の強度発現性の低下が小さく、かつ、セメントに混合した場合に水和熱が低減され、流動性も良好であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、水硬率（H.M.）が１．６５〜１．７５、Al2O3量が８．０質量％以下、Fe2O3量が２．２〜５．０質量％で、かつ、2CaO・SiO2及び4CaO・Al2O3・Fe2O3を必須成分とし、さらに、12CaO・7Al2O3及び／又は4CaO・3Al2O3・SO3を含有する焼成物Ａの粉砕物を含むセメント添加材を提供するものである。
また、本発明は、セメントに対して、当該セメント添加材を、内割で５０質量％以下含有するセメント組成物を提供するものである。
また、本発明は、セメントに対して、当該セメント添加材を、内割で５０質量％以下含有するセメント組成物を提供するものである。
本発明のセメント添加材は、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進に貢献することができる。また、本発明のセメント添加材は、セメントへの添加量を１０質量％以上と多くした場合であっても、セメント組成物の強度発現性の低下が小さい。さらに、本発明のセメント添加材を用いることにより、水和熱が低く、流動性が良好なセメント組成物を得ることができる。
本発明で用いる焼成物Ａは、水硬率（H.M.）が１．６５〜１．７５、Al2O3量が８．０質量％以下、Fe2O3量が２．２〜５．０質量％で、かつ、2CaO・SiO2（C2S）及び4CaO・Al2O3・Fe2O3（C4AF）を必須成分とし、さらに、12CaO・7Al2O3（C12A7）及び／又は4CaO・3Al2O3・SO3（C4A3・SO3）を含有するものである。
このような化学成分と特定の鉱物を含有する焼成物の粉砕物であれば、セメントへの添加量を多くした場合であっても、セメント組成物の強度発現性の低下を小さくすることができる。また、セメント組成物の水和熱が低く、流動性も良好なものとすることができる。
焼成物Ａの水硬率（H.M.）が１．６５未満では、該焼成物中のC2S量が少なくなり、セメント組成物の強度発現性が低下する。一方、水硬率（H.M.）が１．７５を超えると、C12A7やC4A3・SO3がほとんど生成せず、Al2O3の多くはC3Aとして存在し、さらに3CaO・SiO2（C3S）の生成量が多くなり、水和熱が高く、流動性が悪化する場合が多くなる。
焼成物Ａの水硬率（H.M.）は、初期強度維持、水和熱低減、流動性改善の観点から、１．６７〜１．７３が好ましく、特に１．６７〜１．７２が好ましい。
水硬率（H.M.）は、焼成物Ａ中のCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3の含有量から、CaO／（SiO2＋Al2O3＋Fe2O3）で算出される値である。
焼成物Ａの水硬率（H.M.）は、初期強度維持、水和熱低減、流動性改善の観点から、１．６７〜１．７３が好ましく、特に１．６７〜１．７２が好ましい。
水硬率（H.M.）は、焼成物Ａ中のCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3の含有量から、CaO／（SiO2＋Al2O3＋Fe2O3）で算出される値である。
なお、水硬率（H.M.）が１．６５〜１．７５の場合、C12A7又はC4A3・SO3のいずれか一方が生成するが、クリンカ中のSO3量が０．６質量％以下ではC12A7が、それより多くなるとC4A3・SO3が生成しやすくなる。どちらも初期の強度発現性はC3Aと同様で、水和熱はC3Aより低く、流動性も良好であるため、いずれか一方あるいは両方が一定量以下存在することにより、廃棄物使用量が多く、Al2O3量が通常の普通ポルトランドセメントより多い場合でも、初期強度が低下せず、水和熱も増大せず、流動性が良好なセメントを得ることができる。
焼成物Ａ中のAl2O3量は８．０質量％以下であるが、８．０質量％を超えると、焼成物中のC3A量、C12A7量やC4A3・SO3量の合計量が多くなり、セメント組成物の水和熱が高く、流動性も低下する。
焼成物Ａ中のAl2O3量は、水和熱の低減、流動性改善や、廃棄物の使用量増加の観点から、６．０〜７．８質量％が好ましく、特に６．５〜７．５質量％が好ましい。
焼成物Ａ中のAl2O3量は、水和熱の低減、流動性改善や、廃棄物の使用量増加の観点から、６．０〜７．８質量％が好ましく、特に６．５〜７．５質量％が好ましい。
焼成物Ａ中のFe2O3量は２．２〜５．０質量％であるが、５．０質量％を超えると、焼成物中のC4AF量が多くなり、高温における融液が増加するため、焼成可能温度が狭まり、焼成物の製造が困難になる。また、C3AやC12A7などのカルシウムアルミネートの生成量が少なくなるため、初期強度の低下も大きくなる場合がある。一方、C4AFはC3AやC12A7などのカルシウムアルミネートの反応を制御する役割もあり、カルシウムアルミネートとC4AFが間隙層中で共存することにより、カルシウムアルミネートの水和がある程度抑えられる。従って、Fe2O3量が２．２質量％未満では、C3AやC12A7などのカルシウムアルミネート鉱物に対してC4AF量が少なくなり、石膏を加えても水和熱が上昇し、流動性が悪化する場合がある。また、廃棄物中にはFe2O3も含まれているため、Fe2O3量が少なくなると、廃棄物の使用量も制限される。
焼成物Ａ中のFe2O3量は、焼成物の焼成のしやすさ、廃棄物の使用量増加や、セメント組成物の強度維持、水和熱低減、流動性改善の観点から、２．２〜４．５質量％が好ましく、特に２．５〜４．０質量％が好ましい。
なお、本発明において、焼成物Ａ中のCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3含有量は、「JIS R 5202（ポルトランドセメントの化学分析方法）」に準じて測定される値である。
なお、本発明において、焼成物Ａ中のCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3含有量は、「JIS R 5202（ポルトランドセメントの化学分析方法）」に準じて測定される値である。
焼成物Ａは、鉱物として、C2S及びC4AFを必須成分とし、さらに、C12A7及び／又はC4A3・SO3を含有するものである。これらの鉱物を含有することにより、セメントへの添加量を１０質量％以上と多くした場合であっても、セメント組成物の強度発現性の低下が少なく、水和熱が低いセメント添加材を得ることができる。
焼成物ＡがC2Sを含まない場合には、セメント組成物の強度発現性が低下する上、水和熱も高く、流動性も低下する。焼成物ＡがC4AFを含まない場合には、廃棄物の使用量が減少したり、焼成が困難になり、また、流動性を悪化させたり、水和熱が高くなることがある。なお、焼成物Ａ中にC2S及びC4AFを含む場合には、C3Aも含むものとなる。
また、焼成物ＡがC12A7及び／又はC4A3・SO3を含有しない場合には、流動性が悪化し、水和熱が高くなる場合がある。
なお、C2S、C4AF及びC12A7を含有することは、粉末Ｘ線回折により、これらのメインピークが認められることにより、確認することができる。粉末Ｘ線回折は、通常の粉末Ｘ線回折装置を用い、通常の方法により行うことができる。
また、焼成物ＡがC12A7及び／又はC4A3・SO3を含有しない場合には、流動性が悪化し、水和熱が高くなる場合がある。
なお、C2S、C4AF及びC12A7を含有することは、粉末Ｘ線回折により、これらのメインピークが認められることにより、確認することができる。粉末Ｘ線回折は、通常の粉末Ｘ線回折装置を用い、通常の方法により行うことができる。
焼成物Ａにおいて、C12A7及びC4A3・SO3の合計含有量は、１０質量％以下（ただし、０質量％は含まない）が好ましく、特に６〜１０質量％が好ましい。C12A7及びC4A3・SO3の合計含有量が１０質量％を超えると、セメント組成物の水和熱が高く、流動性も低下する。
なお、C12A7量は、Ｘ線回折で２θ＝１８．１°付近に現れるC12A7の（２１１）ピーク、C4A3・SO3量は、２θ＝２３．６°付近に現れるC4A3・SO3の（４２２）ピーク強度を測定することにより定量可能であり、予め含有既知試料のピーク強度を測定しておき、そのときの強度比より、それぞれの値を定量することができる。
なお、C12A7量は、Ｘ線回折で２θ＝１８．１°付近に現れるC12A7の（２１１）ピーク、C4A3・SO3量は、２θ＝２３．６°付近に現れるC4A3・SO3の（４２２）ピーク強度を測定することにより定量可能であり、予め含有既知試料のピーク強度を測定しておき、そのときの強度比より、それぞれの値を定量することができる。
なお、本発明においては、焼成物Ａ中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等から、１．５質量％以下、特に１質量％以下であるのが好ましい。
焼成物Ａは、さらに、2CaO・Al2O3・SiO2（C2AS）及び／又は3CaO・SiO2（C3S）を含有することができる。C2ASを含有することにより、セメント組成物の水和熱を低減させ、かつ流動性を向上させることができる。また、焼成物中のAl2O3量を増やすことができるため、産業廃棄物、一般廃棄物等の使用量を増加させることができる。また、C3Sを含有することにより、セメント組成物の強度発現性を向上させることができる。
なお、C2AS、C3Sを含有することは、粉末Ｘ線回折により、これらのメインピークが認められることにより、確認することができる。
なお、C2AS、C3Sを含有することは、粉末Ｘ線回折により、これらのメインピークが認められることにより、確認することができる。
焼成物Ａ中のC2AS量、C3S量は焼成物の製造の容易性や、セメント組成物の強度発現性の観点から、それぞれ１０質量％以下が好ましく、特に５質量％以下、更に３質量％未満が好ましい。
なお、C2AS量は、Ｘ線回折で２θ＝３１．４°付近に現れるC2ASの（２１１）ピーク、C3S量は、２θ＝５１．４°付近に現れるC3Sの（１４ ２ ４）ピーク強度を測定することにより定量可能であり、予め含有既知試料のピーク強度を測定しておき、そのときの強度比より、それぞれの値を定量することができる。
なお、C2AS量は、Ｘ線回折で２θ＝３１．４°付近に現れるC2ASの（２１１）ピーク、C3S量は、２θ＝５１．４°付近に現れるC3Sの（１４ ２ ４）ピーク強度を測定することにより定量可能であり、予め含有既知試料のピーク強度を測定しておき、そのときの強度比より、それぞれの値を定量することができる。
焼成物Ａは、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば生コンスラッジ；下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等の各種汚泥；建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土；石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等の各種焼却灰；鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰などが挙げられる。一般廃棄物としては、例えば下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。また、建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
また、上記廃棄物等に加え、通常のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料；珪石、粘土等のSiO2原料；粘土等のAl2O3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を、焼成物の原料として使用することができる。
上記各原料を、水硬率（H.M.）が１．６５〜１．７５、Al2O3量が８．０質量％以下、Fe2O3量が２．２〜５．０質量％となるように混合し、焼成することにより、焼成物Ａを製造することができる。
本発明においては、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が上記範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
本発明においては、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が上記範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
焼成物Ａを焼成する際の焼成温度は、１２００〜１４００℃、特に１２５０〜１３７０℃であるのが、目的とする鉱物組成の焼成物が得られる上、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
各原料を混合する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
また、焼成に用いる装置も特に制限されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
各原料を混合する方法は特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
また、焼成に用いる装置も特に制限されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
本発明のセメント添加材は、上記のような焼成物Ａの粉砕物のみからなるものでも良く、又は上記焼成物Ａの粉砕物と石膏とからなるものでも良い。
焼成物Ａの粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。焼成物Ａの粉砕物は、ブレーン比表面積が２５００〜５０００cm2／ｇであるのが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
焼成物Ａの粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。焼成物Ａの粉砕物は、ブレーン比表面積が２５００〜５０００cm2／ｇであるのが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
石膏としては、二水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、これらを１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。石膏のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から、２５００〜１００００cm2／ｇであるのが好ましい。
本発明のセメント添加材において、石膏の含有量は、セメント組成物の強度発現性、水和熱や流動性の観点から、焼成物Ａの粉砕物１００質量部に対して、SO3換算で６質量部以下が好ましく、特に１〜５質量部であるのが好ましい。
本発明のセメント添加材は、更に、C2S及びC2ASを必須成分とし、C2S１００質量部に対して、C2AS＋C4AFを１０〜１００質量部含有し、かつ、C3Aの含有量が２０質量部以下である焼成物Ｂの粉砕物を含有することができる。このような焼成物Ｂの粉砕物を含有することにより、セメント組成物の水和熱を小さくすることができ、流動性を向上させることができる。また、廃棄物の有効利用を促進することができる。
焼成物Ａは、焼成物Ｂより強度発現性が良好であるが、水和熱の面では、焼成物Ｂに劣るため、焼成物Ａと焼成物Ｂを組み合わせて用いることにより、セメント添加材の混合量を増大でき、廃棄物の有効利用をより促進することができる。
焼成物Ａは、焼成物Ｂより強度発現性が良好であるが、水和熱の面では、焼成物Ｂに劣るため、焼成物Ａと焼成物Ｂを組み合わせて用いることにより、セメント添加材の混合量を増大でき、廃棄物の有効利用をより促進することができる。
焼成物Ｂは、C2S及びC2ASを必須成分とするもので、C2S１００質量部に対して、C2AS＋C4AFを１０〜１００質量部、好ましくは２０〜９０質量部含有するものである。C2AS＋C4AF含有量が１０質量部未満では、セメント組成物の流動性が悪くなる。また、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するC2Sも水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、セメント組成物の強度発現性を大きく低下させることがある。一方、C2AS＋C4AF含有量が１００質量部を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
また、焼成物Ｂは、C2S１００質量部に対するC3Aの含有量が２０質量部以下、好ましくは１０質量部以下のものである。２０質量部を超えると、セメント組成物の水和熱が大きくなり、流動性も悪くなる。
さらに、焼成物Ｂは、P2O5を０．２〜８質量％、特に０．５〜６質量％含有するのが好ましく、アルカリ（Na2O＋K2O）を０．４〜４質量％、特に０．５〜３．５質量％含有するのが好ましい。P2O5やアルカリをこの範囲内で含有する場合、C2Sを活性化させるため、C3Aなどのカルシウムアルミネートがない場合でも、セメント組成物の強度発現性が良好になる。カルシウムアルミネートが少なくなるほど、セメント組成物の流動性も良好でかつ水和熱も低くなる。
なお、焼成物Ｂ中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等の点から、１．５質量％以下、特に１質量％以下であるのが好ましい。
なお、焼成物Ｂ中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等の点から、１．５質量％以下、特に１質量％以下であるのが好ましい。
焼成物Ｂは、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば生コンスラッジ；下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等の各種汚泥；建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰などが挙げられ；一般廃棄物としては、例えば下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。また、建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。
また、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料；珪石、粘土等のSiO2原料；粘土等のAl2O3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
また、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料；珪石、粘土等のSiO2原料；粘土等のAl2O3原料；鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
なお、焼成物Ｂの原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上（廃棄物原料）を原料として用いた場合、C4AFが生成することがあるが、本発明においては、焼成物ＢのC2ASの一部、好ましくはC2ASの７０質量％以下がC4AFで置換されていても良い。C4AFがこの範囲を超えて置換されると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。
焼成物Ｂの鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量（質量％）から、次式により求めることができる。
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
従って、例えば、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が、前記範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
焼成物Ｂの焼成温度は、１０００〜１３５０℃、特に１２００〜１３３０℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、上記組成の焼成物Ｂを得ることができる。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、上記組成の焼成物Ｂを得ることができる。
焼成物Ｂの粉砕物は、焼成物Ａの粉砕物１００質量部に対して２０〜１０００質量部、特に１００〜４００質量部含有させるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、強度発現性等の点から好ましい。
なお、焼成物Ｂの粉砕物は、ブレーン比表面積が２５００〜５０００cm2／ｇであるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、強度発現性の点から好ましい。粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。
なお、焼成物Ｂの粉砕物は、ブレーン比表面積が２５００〜５０００cm2／ｇであるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、強度発現性の点から好ましい。粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕することができる。
本発明のセメント添加材は、上記各材料を混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、焼成物Ａの粉砕物と石膏を混合しても良いし、焼成物Ａと石膏を混合した後に粉砕しても良い。さらには、焼成物Ａの粉砕物と石膏の混合物に、焼成物Ｂの粉砕物を混合しても良い。
本発明のセメント組成物は、上記セメント添加材とセメントを混合することにより得ることができる。セメントとしては、普通ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント；高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントを使用することができる。
セメント添加材は、セメントに対して、内割で５０質量％以下含有され、好ましくは２〜５０質量％、より好ましくは５〜４０質量％含有される。セメント添加材の添加量が５０質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性が極端に低下する。
セメント添加材は、セメントに対して、内割で５０質量％以下含有され、好ましくは２〜５０質量％、より好ましくは５〜４０質量％含有される。セメント添加材の添加量が５０質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性が極端に低下する。
本発明のセメント組成物には、石膏を配合することができ、セメント組成物中に全SO3換算で１〜５質量％、特に１．５〜４質量％、更に１．８〜３質量％配合するのが、セメント組成物の水和熱、凝結、流動性、耐久性や強度発現性等の観点から好ましい。
本発明のセメント組成物は、更に高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有することができる。これらの無機粉末を含有することにより、セメント組成物の水和熱の低減や、流動性の向上、耐久性や長期強度発現性の向上等を図ることができる。
これら無機粉末のうち、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末は、入手のしやすさ、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、ブレーン比表面積が２５００〜１００００cm2／ｇであるのが好ましく、特に強度発現性の観点から、３０００〜１００００cm2／ｇ、更に４０００〜９０００cm2／ｇであるのが好ましい。
また、シリカフュームは、入手のしやすさ、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、ＢＥＴ比表面積が５〜２０m2／ｇであるのが好ましく、特に流動性、強度発現性の観点から、６〜１８m2／ｇ、更に７〜１５m2／ｇであるのが好ましい。
また、シリカフュームは、入手のしやすさ、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、ＢＥＴ比表面積が５〜２０m2／ｇであるのが好ましく、特に流動性、強度発現性の観点から、６〜１８m2／ｇ、更に７〜１５m2／ｇであるのが好ましい。
高炉スラグ粉末の含有量は、セメント組成物中、内割で７０質量％以下、特に６０質量％以下であるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性、強度発現性等の観点から好ましい。
フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末、シリカフュームの含有量は、それぞれ、セメント組成物中、内割で４０質量％以下、特に３５質量％以下であるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性、強度発現性等の観点から好ましい。
フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末、シリカフュームの含有量は、それぞれ、セメント組成物中、内割で４０質量％以下、特に３５質量％以下であるのが、セメント組成物の水和熱や、流動性、耐久性、強度発現性等の観点から好ましい。
本発明のセメント組成物は、セメント添加材とセメントを混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、セメント添加材をセメントクリンカー粉砕物やポルトランドセメントと混合しても良いし、ポルトランドセメントクリンカーと、セメント添加材用材料（焼成物Ａ、石膏、焼成物Ｂ等）を混合した後粉砕するか、あるいは各成分を粉砕した後に混合しても良い。得られるセメント組成物は、ブレーン比表面積が、２５００〜４５００cm2／ｇであるのが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
実施例１
（１）焼成物Ａの製造：
表１に示す化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰、建設発生土を原料として、表２及び表３に示す化学組成及び鉱物組成の焼成物Ａ１〜Ａ６を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用いて行った。焼成物１トン製造する際に使用した下水汚泥、石炭灰及び建設発生土の総量（廃棄物等の総量）と、焼成温度は、表２に示すとおりである。
（１）焼成物Ａの製造：
表１に示す化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰、建設発生土を原料として、表２及び表３に示す化学組成及び鉱物組成の焼成物Ａ１〜Ａ６を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用いて行った。焼成物１トン製造する際に使用した下水汚泥、石炭灰及び建設発生土の総量（廃棄物等の総量）と、焼成温度は、表２に示すとおりである。
（２）焼成物Ｂの製造：
表１に示す組成の化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰を原料とし、C2S１００質量部に対して、C2AS ３２質量部、C4AF １５質量部、C3A ０質量部の焼成物Ｂ１（フリーライム量０．１質量％）を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用い、１３５０℃で行った。焼成物１トンを製造する際に使用した下水汚泥及び石炭灰の総量（廃棄物等の総量）は、５２８kg／トンであった。
表１に示す組成の化学組成の石灰石、下水汚泥、石炭灰を原料とし、C2S１００質量部に対して、C2AS ３２質量部、C4AF １５質量部、C3A ０質量部の焼成物Ｂ１（フリーライム量０．１質量％）を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用い、１３５０℃で行った。焼成物１トンを製造する際に使用した下水汚泥及び石炭灰の総量（廃棄物等の総量）は、５２８kg／トンであった。
（３）焼成物の粉砕：
上記で得られた各焼成物（Ａ１〜Ａ６、Ｂ１）を粉砕して、ブレーン比表面積３２００±５０cm2／ｇの粉砕物を調製した。
上記で得られた各焼成物（Ａ１〜Ａ６、Ｂ１）を粉砕して、ブレーン比表面積３２００±５０cm2／ｇの粉砕物を調製した。
（４）焼成物以外の材料：
以下の材料を使用した。
・石膏：ブレーン比表面積４０００cm2／ｇの２水石膏。
・無機粉末Ａ：ブレーン比表面積４５００cm2／ｇの高炉スラグ粉末。
・無機粉末Ｂ：ブレーン比表面積２９００cm2／ｇのフライアッシュ。
・セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）。
・細骨材：JIS R 5201（セメントの物理試験方法）の標準砂。
・減水剤Ａ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤（商品名：ＭＴ１５０）。
・減水剤Ｂ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名：ＳＰ８Ｎ）。
以下の材料を使用した。
・石膏：ブレーン比表面積４０００cm2／ｇの２水石膏。
・無機粉末Ａ：ブレーン比表面積４５００cm2／ｇの高炉スラグ粉末。
・無機粉末Ｂ：ブレーン比表面積２９００cm2／ｇのフライアッシュ。
・セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）。
・細骨材：JIS R 5201（セメントの物理試験方法）の標準砂。
・減水剤Ａ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤（商品名：ＭＴ１５０）。
・減水剤Ｂ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商品名：ＳＰ８Ｎ）。
（５）セメント組成物の製造：
普通ポルトランドセメントと、上記各材料を、表４に示す組成で混合し、セメント組成物を製造した。
普通ポルトランドセメントと、上記各材料を、表４に示す組成で混合し、セメント組成物を製造した。
（６）評価：
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを評価した。結果を表５に示す。
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを評価した。結果を表５に示す。
（評価方法）
（１）水和熱：
「ＪＩＳ Ｒ ５２０３」に従って測定した。
（１）水和熱：
「ＪＩＳ Ｒ ５２０３」に従って測定した。
（２）モルタルフロー：
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、セメント組成物に対して（Ａ）１．２質量％の減水剤Ａを添加したもの、（Ｂ）０．６５質量％の減水剤Ｂを混合したもの、を５分間混練したモルタルについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７」に規定されているフローコーンを用い、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って、製造直後及び３０分後のモルタルフローを測定した。
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、セメント組成物に対して（Ａ）１．２質量％の減水剤Ａを添加したもの、（Ｂ）０．６５質量％の減水剤Ｂを混合したもの、を５分間混練したモルタルについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７」に規定されているフローコーンを用い、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って、製造直後及び３０分後のモルタルフローを測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って測定した。
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って測定した。
表５の結果より、本発明のセメント添加材を含むセメント組成物では、水和熱が低く、流動性及び強度発現性が良好であった。
これに対し、C12A7及びC4A3・SO3を含まない焼成物Ａ５を粉砕してなるセメント添加剤を含む比較例１〜２のセメント組成物では、水和熱が高く、流動性も低かった。また、カルシウムシリケートやカルシウムアルミネートを含まない焼成物Ａ６を粉砕してなるセメント添加材を含む比較例３のセメント組成物では、強度発現性が低かった。
これに対し、C12A7及びC4A3・SO3を含まない焼成物Ａ５を粉砕してなるセメント添加剤を含む比較例１〜２のセメント組成物では、水和熱が高く、流動性も低かった。また、カルシウムシリケートやカルシウムアルミネートを含まない焼成物Ａ６を粉砕してなるセメント添加材を含む比較例３のセメント組成物では、強度発現性が低かった。
Claims (7)
- 水硬率（H.M.）が１．６５〜１．７５、Al2O3量が８．０質量％以下、Fe2O3量が２．２〜５．０質量％で、かつ、2CaO・SiO2及び4CaO・Al2O3・Fe2O3を必須成分とし、さらに、12CaO・7Al2O3及び／又は4CaO・3Al2O3・SO3を含有する焼成物Ａの粉砕物を含むセメント添加材。
- 焼成物Ａが、更に、2CaO・Al2O3・SiO2及び／又は3CaO・SiO2を含有するものである請求項１記載のセメント添加材。
- 焼成物Ａの粉砕物１００質量部に対して、石膏をSO3換算で６質量部以下含有する請求項１又は２記載のセメント添加材。
- 更に、2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を必須成分とし、2CaO・SiO2１００質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2＋4CaO・Al2O3・Fe2O3を１０〜１００質量部含有し、かつ、3CaO・Al2O3の含有量が２０質量部以下である焼成物Ｂの粉砕物を含有する請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント添加材。
- セメントに対して、請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント添加材を、内割で５０質量％以下含有するセメント組成物。
- 石膏を、SO3換算で１〜５質量％含有する請求項５記載のセメント組成物。
- 更に、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末及びシリカフュームから選ばれる１種以上の無機粉末を含有する請求項５又は６記載のセメント組成物。
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