JP5737710B2 - 石炭灰混合セメント組成物 - Google Patents
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Description
しかし、日本フライアッシュ協会によれば、2007年度のフライアッシュを含む石炭灰の用途の内訳は、前記の粘土代替用途が約60%と圧倒的に多く、セメント混合材用途は1.4%に過ぎなかった。
そこで、石炭灰をさらに大量にセメントに混合しても、強度発現性の低下を抑制することができれば、石炭灰の有効利用量の大幅な増加が期待できる。
例えば、特許文献1では、セメントに、ブレーン比表面積4000cm2/g以上に超微粉砕したフライアッシュを混合してなる、混合セメントを用いたコンクリート硬化体が提案されている。しかし、該混合セメント単独では強度発現性が低いため、さらにアルカリ性反応促進剤溶液による混練や、成形前における混練物の高温加熱処理が必要とされている。
また、特許文献2では、フライアッシュを硫酸アンモニウム等の処理液で処理してなる改変フライアッシュと、セメントとを混合したフライアッシュ混合セメントが提案されている。
しかし、いずれのフライアッシュ混合セメントも、強度発現性の低下を抑制するため、前記のように、反応促進剤の添加や、薬剤によるフライアッシュの改変や、高温加熱処理などの特別な手段を必要とした。このため、該セメントでは、改変や加熱処理の手間や、反応促進剤の費用がかかるなど、実用性に問題があった。
[1]下記(a)、(b)、(c)、および(d)に示す成分を、下記の比率で含む、石炭灰混合セメント組成物。
(a)水硬率(H.M.)が1.8〜2.4、ケイ酸率(S.M.)が1.3〜5.0、および、鉄率(I.M.)が0.5〜3.0であるセメントクリンカの粉砕物と、石膏とを含むセメント類:40〜65質量%
(b)ブレーン比表面積が7500〜12000cm 2 /gの石炭灰粉砕物:30〜50質量%
(c)ブレーン比表面積が10600〜12000cm 2 /gの石灰石粉末:10質量%以下(ただし0質量%は含まない。)
(d)ブレーン比表面積が2500〜15000cm 2 /gのクリンカダスト:5質量%以下(ただし0質量%は含まない。)
[2]前記セメントクリンカが、少なくとも、3CaO・SiO2を45〜80質量%、および、3CaO・Al2O3を5〜20質量%含む、前記[1]に記載の石炭灰混合セメント組成物。
[3]前記クリンカダストの塩素含有率が、30質量%以下である、前記[1]または[2]のいずれか1項に記載の石炭灰混合セメント組成物。
以下に、本発明について詳細に説明する。なお、%は特に示さない限り、質量%である。
セメント類は、前記組成物の必須成分であり、水硬率が1.8〜2.4、ケイ酸率が1.3〜5.0、鉄率が0.5〜3.0であるセメントクリンカの粉砕物と石膏とを含むものである。該セメント類として、具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、普通エコセメント、および、水硬率1.8〜2.3、ケイ酸率1.3〜2.3、鉄率1.3〜2.8であるセメントクリンカの粉砕物と石膏を含むセメントから選ばれる、少なくとも1種以上が挙げられる。
かかるセメントは、求められる強度発現の時期などから選択することができる。例えば、求められる強度発現の時期が数日程度の場合では、超早強ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントが選択され、この時期が数週間程度の場合では、普通ポルトランドセメント、普通エコセメント、および、水硬率が2.0〜2.3、ケイ酸率が1.3〜2.3、鉄率が1.3〜2.8であるセメントクリンカの粉砕物と石膏とを含むセメントが選択されるほか、マスコンクリートに用いられる場合では、中庸熱ポルトランドセメントや、水硬率が1.8以上で2.0未満、ケイ酸率が1.3〜2.3、鉄率が1.3〜2.8であるセメントクリンカの粉砕物と石膏とを含むセメントが選択され、護岸工事や温泉地付近の工事に用いられる場合では、耐硫酸塩ポルトランドセメントが選択される。
該セメントクリンカとしては、普通ポルトランドセメントクリンカ、早強ポルトランドセメントクリンカ、超早強ポルトランドセメントクリンカや、水硬率2.0〜2.3、ケイ酸率1.8〜2.2、鉄率2.0〜2.5であるセメントクリンカが挙げられる。
また、本発明に用いるセメント類において、ブレーン比表面積は、組成物の強度発現性、作業性およびコストなどの観点から、3000〜5000cm2/gが好ましく、3100〜4600cm2/gがより好ましい。
石炭灰粉砕物は、前記組成物の必須成分であり、原粉である石炭灰を粉砕したものや、JIS A 6201に規定するフライアッシュI種、II種、III種、および、IV種から選ばれる1種以上を粉砕したものである。
石炭灰粉砕物のブレーン比表面積は、通常、6000cm2/g以上であり、7000〜12000cm2/gが好ましく、7500〜11000cm2/gがより好ましく、8000〜11000cm2/gが更に好ましい。該ブレーン比表面積が6000cm2/g未満では、後記のクリンカダスト等を併用しても、組成物の強度発現性の向上効果は小さく、また、該粉砕物の混合量の増加とともに、該組成物の強度発現性が大幅に低下する場合がある。
本願発明の組成物は、必須成分として石灰石粉末およびクリンカダストの両方を含む。前記石灰石粉末およびクリンカダストは、セメントの水和活性を高めて、組成物の強度発現性を更に向上させる。
また、石灰石粉末は、炭酸カルシウムを90%以上含むものが好ましく、95%以上含むものがより好ましい。炭酸カルシウムの含有率が90%未満では、組成物の強度発現性が低下する場合がある。
石灰石粉末のブレーン比表面積は、4000cm2/g以上が好ましく、5000〜12000cm2/gがより好ましく、6000〜11000cm2/gが更に好ましい。該ブレーン比表面積が4000cm2/g未満では、組成物の強度発現性が低下する。
石灰石粉末は、石灰石を単独で粉砕してもよいが、石炭灰と混合して同時に粉砕してもよい。粉砕時には、粉砕効率を高めるために、前記の粉砕助剤を用いることができる。
クリンカダストは、セメントキルンのキルン尻からボトムサイクロンに至るまでの、キルン排ガス流路から、燃焼ガスの一部を抽気し、この抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストである。
クリンカダストのブレーン比表面積は、1000〜20000cm2/gが好ましく、2500〜15000cm2/gがより好ましい。該比表面積が1000cm2/g未満では、組成物の強度発現性が低下し、20000cm2/gを超えると、該強度発現性は飽和する傾向にある。
本発明に係る組成物中のクリンカダストの含有率は、通常、5%以下であり、3%以下が好ましい。該比率が5%を超えると、該組成物中のアルカリ含有量が多くなって、アルカリ骨材反応によりコンクリートのひび割れが発生するおそれがあるほか、該組成物中の塩素含有量が多くなって、該組成物を鉄筋コンクリートに使用することが困難となる。
1.使用した材料
(1)セメント類
セメント類は、表1に示す物性等を有する、早強ポルトランドセメント(HC)、普通ポルトランドセメント(NC)、普通エコセメント(EC)、および、特殊普通セメント(SNC)を使用した。なお,早強ポルトランドセメントと普通ポルトランドセメントは太平洋セメント社製で、普通エコセメントは市原エコセメント社製である。また、特殊普通セメントは、ポルトランドセメントクリンカの粉砕物と石膏を混合して製造した。
ブレーン比表面積が3000cm2/gの石炭灰(原粉)を、ボールミルで粉砕して、ブレーン比表面積を8000cm2/gに調整した石炭灰粉砕物である。
(3)石灰石粉末(LSP)
炭酸カルシウムの含有率が92%の石灰石を、ボールミルで粉砕して、ブレーン比表面積を4500cm2/g、および、10600cm2/gに調整した石灰石粉末である。
(4)クリンカダスト(CD)
塩素を15%含み、ブレーン比表面積が11000cm2/gであるクリンカダストである。
表2に示す配合比率に従い組成物を調製し、JIS R 5201に準じて、該組成物を用いたJISモルタルの圧縮強さを測定した。また、参考例として、早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、普通エコセメント、および、特殊普通セメントを、それぞれ単独で用いたJISモルタルの材齢28日における圧縮強さを測定した。これらの結果を表3に示す。
また、強度比は、例えば、ブレーン比表面積が8000cm2/gの石炭灰粉砕物を含むが(c)の石灰石粉末やクリンカダストを含まない組成物(参考例9、13)では、それぞれ、72、77であるのに対し、該粉砕物とクリンカダストを含む組成物(参考例10)、および、該粉砕物と石灰石粉末を含む組成物(参考例14)では、それぞれ、79、80と強度発現性がさらに高く、クリンカダストや石灰石粉末は、強度発現性の向上効果を有していることがわかる。
表2に示す参考例5および参考例1のJISモルタルのフローを、JIS R 5201に準じて測定した。
その結果、参考例1のJISモルタルのフローは、振動を加えない状態では105mm、モルタルフロー試験器により15打の振動を加えた状態では215mmであった。一方、参考例5のJISモルタルのフローは、振動を加えない状態では108mm、同じく15打の振動を加えた状態では216mmであった。したがって、参考例5の組成物は、ブレーン比表面積が8000cm2/gの石炭灰粉砕物を40%も含むにもかかわらず、早強ポルトランドセメント単独の場合と同等の流動性を有する。
よって、本願発明の組成物は、それぞれの組成物に含まれるセメントの単独使用の場合と比べ、流動性は変わらないことがわかる。
Claims (3)
- 下記(a)、(b)、(c)、および(d)に示す成分を、下記の比率で含む、石炭灰混合セメント組成物。
(a)水硬率(H.M.)が1.8〜2.4、ケイ酸率(S.M.)が1.3〜5.0、および、鉄率(I.M.)が0.5〜3.0であるセメントクリンカの粉砕物と、石膏とを含むセメント類:40〜65質量%
(b)ブレーン比表面積が7500〜12000cm 2 /gの石炭灰粉砕物:30〜50質量%
(c)ブレーン比表面積が10600〜12000cm 2 /gの石灰石粉末:10質量%以下(ただし0質量%は含まない。)
(d)ブレーン比表面積が2500〜15000cm 2 /gのクリンカダスト:5質量%以下(ただし0質量%は含まない。) - 前記セメントクリンカが、少なくとも、3CaO・SiO2を45〜80質量%、および、3CaO・Al2O3を5〜20質量%含む、請求項1に記載の石炭灰混合セメント組成物。
- 前記クリンカダストの塩素含有率が、30質量%以下である、請求項1または2のいずれか1項に記載の石炭灰混合セメント組成物。
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