JP6021753B2 - 混合セメント - Google Patents

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Description

本発明は、混合セメントに関する。
セメント産業では、日本の温室効果ガス総排出量の約4%に相当する二酸化炭素を排出している。この約4%のうちの6割に相当する約2.4%の二酸化炭素は、セメントクリンカを製造する際に、石灰石の脱炭酸から必然的に発生するものである。このため、セメントクリンカの生産量を減らさない限り、二酸化炭素の排出量の削減は困難である。なお、セメントクリンカの生産量の減少は、石灰石の脱炭酸量の抑制のみならず、セメントクリンカ焼成における燃料起源の二酸化炭素の発生量を抑制することにもなる。
一方、混合セメントは、高炉スラグ微粉末やフライアッシュ等を多量に使用するため、クリンカの配合量を大幅に減らすことができる。このため、「京都議定書目標達成計画」では、セメント産業における二酸化炭素排出量の削減の観点から、2010年度における日本のセメント生産量に占める混合セメントの生産量の割合を24.8%にするという目標を掲げている。しかしながら、混合セメントは初期強度発現性が劣る等の問題があるため、その生産量は、ここ数年、セメント生産量全体の21%程度で横ばい状態となっている。
そこで、初期強度発現性を有する早強型のセメントを混合セメントの基材とすることで、上述した混合セメントの問題を解決する試みが行われている。
例えば、特許文献1には、ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5〜7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5〜4.0重量%添加してなる高活性セメント60〜97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうち一種以上からなる無機混和材3〜40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物が記載されている。
また、混合セメントに用いられる、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等のセメント混合材は、混合セメントの品質を確保する観点から、JIS規格を満足するものが使用されている。JIS規格を外れるか、JIS規格内であっても低品質のものは、セメントクリンカ原料等として利用されているが、これらをセメント混合材として利用することができれば、焼成(セメントクリンカを得るための加熱)が不要となり、環境負荷の観点から好ましい。
特開2013−47153号公報
早強型のセメントは、初期強度発現性に優れることが求められていることから、エーライト(3CaO・SiO2:以下、「C3S」とも略す。)量、及び水硬率(H.M.)を一定の数値以上にする必要がある。このようにC3S量及び水硬率(H.M.)を一定の数値以上にしようとすると、クリンカの化学組成において、CaO量に制限(下限)が生じることになるため、CaO量を減少させる効果を有する廃棄物(特に粘土代替廃棄物)の使用量には限界があった。また、早強型のセメントは、高い水硬率及び高い比表面積を有するため、粉砕時間が長くなるなど、製造に要するエネルギーが多く、普通セメントよりも製造コストが高いという問題があった。
一方、従来は、混合セメントの品質の観点からセメント混合材として使用されていなかった低品質の高炉スラグ微粉末や石炭灰(例えば、フライアッシュ)を、混合セメントを構成するセメント混合材として使用することができれば、廃棄物利用の観点から好ましい。
そこで、本発明は、焼成物(クリンカ)の原料として用いられる廃棄物の使用量を増加させることができるとともに、初期強度発現性に優れ、かつ、低品質のセメント混合材を用いることができる混合セメントを提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水硬率、ケイ酸率、鉄率、及びC3S量が特定の数値範囲内である焼成物の粉砕物および石膏を含むセメントと、石炭灰を特定の割合で含むセメント混合材、を含む混合セメントによれば、前記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[]を提供するものである。
[1] (A)水硬率(H.M.)が2.10〜2.30、ケイ酸率(S.M.)が1.80〜2.48、鉄率(I.M.)が1.86〜2.6であり、かつ、焼成物100質量%中の3CaO・SiOの割合が、ボーグ式による計算値で70.0質量%以下である焼成物の粉砕物と、石膏を含むセメントであって、該セメント100質量%中の石膏の割合が、SO換算で1.2質量%以上であり、かつ、該セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合が、SO換算で30質量%以上であるセメントと、(B)石炭灰を含むセメント混合材、を含む混合セメントであって、上記混合セメント中の上記セメント混合材の割合が、50〜80質量%であり、上記混合セメント中上記石炭灰の割合が50〜55質量%であることを特徴とする混合セメント。
[2] 上記セメント混合材の28日活性度指数が50%以上である、前記[1]に記載の混合セメント。
] さらに、上記セメント混合材として石灰石微粉末を含む、前記[1]または[2]に記載の混合セメント。
] 上記混合セメント中、上記石灰石微粉末の割合が10質量%以下である、前記[]に記載の混合セメント。
] 前記[1]〜[]のいずれかに記載の混合セメントの製造方法であって、焼成物1ton当たり、300kg以下の産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料の一部として使用することを特徴とする混合セメントの製造方法。
本発明の混合セメントは、初期強度発現性に優れている。
また、本発明の混合セメントは、焼成物(クリンカ)の原料として用いられる廃棄物(産業廃棄物、一般廃棄物、建設発生土等)の使用量を増加させることができるので、廃棄物の有効利用をより促進させることができる。
さらに、本発明の混合セメントは、低品質の石炭灰をセメント混合材として使用しても、強度発現性に優れている。
本発明の混合セメントは、(A)水硬率(H.M.)が2.10〜2.30、ケイ酸率(S.M.)が1.80〜2.48、鉄率(I.M.)が1.86〜2.6であり、かつ、焼成物100質量%中のCSの割合が、ボーグ式による計算値で70.0質量%以下である焼成物の粉砕物と、石膏を含むセメントであって、該セメント100質量%中の石膏の割合が、SO換算で1.2質量%以上であり、かつ、該セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合が、SO換算で30質量%以上であるセメントと、(B)石炭灰を含むセメント混合材、を含む混合セメントであって、混合セメント中のセメント混合材の割合が、50〜80質量%であり、混合セメント中石炭灰の割合が50〜55質量%である混合セメントである。
なお、上記焼成物(クリンカ)の各係数は、後述する原料を前記数値範囲内となるように混合することで調整することができる。
また、本明細書中、「混合セメント」とは、セメント(例えば、ポルトランドセメント)とセメント混合材(例えば、高炉スラグ微粉末、石炭灰、石灰石微粉末等)を含む粉末状の混合物をいう。
上記セメントの材料として用いられる焼成物の水硬率(H.M.)は、2.10〜2.30、好ましくは2.15〜2.25、より好ましくは2.20〜2.24である。該水硬率が2.30を超えると、焼成物中のC3Sの含有量が多くなり、上記セメントの、短期(材齢3日以内)の強度発現性が過大となる。また、長期(例えば材齢28日)の強度発現性が悪くなる。また、水和発熱量が過大となる。さらに、焼成物を製造する際の易焼成性が悪くなり、得られた焼成物中にフリーライム(CaO)が残りやすくなる。該水硬率が2.10未満であると、焼成物中のC3S量が少なくなり、上記セメントの、短期の強度発現性が悪くなる。
上記焼成物のケイ酸率(S.M.)は、1.80〜2.48、好ましくは2.00〜2.47、より好ましくは2.20〜2.46、特に好ましくは2.30〜2.45である。該ケイ酸率が2.48を超えると、焼成物を製造する際の焼成が困難となり、得られた焼成物中にフリーライム(CaO)が残りやすくなる。また、廃棄物の使用量を増やすことができなくなる。該ケイ酸率が1.80未満であると、焼成物中のアルミネート(3CaO・Al23:以下、「C3A」と略す。)及びフェライト(4CaO・Al23・Fe23:以下、「C4AF」と略す。)の含有量が多くなり、上記セメントの、長期(例えば材齢28日)の強度発現性が悪くなる。また、上記セメントを含むモルタル等の流動性及び作業性が悪くなる。また、石膏の必要添加量が増加するため、製造コストが高くなる。また、水和発熱量が過大となる。さらに、焼成物の被粉砕性が悪くなり、製造コストが高くなる。
上記焼成物の鉄率(I.M.)は、1.86〜2.6、好ましくは1.86〜2.5、より好ましくは1.86〜2.4である。該鉄率が2.6を超えると、焼成物中のC3Aの含有量が多くなり、上記セメントを含むモルタル等の流動性及び作業性が悪くなる。また、石膏の必要添加量が増加するため、製造コストが高くなる。さらに、水和発熱量が過大となる。該鉄率が1.3未満であると、焼成物中のC3AFの含有量が多くなり、焼成物の被粉砕性が悪くなるため、製造コストが高くなる。
また、上記焼成物中のC3Sの量は、焼成物100質量%中の割合として、ボーグ式による計算値で70.0質量%以下、好ましくは50.0〜70.0質量%、より好ましくは60.0〜70.0質量%である。C3Sの割合が70.0質量%を超えると、凝結時間が短くなる。
なお、本明細書中、焼成物中のC3S、ビーライト(2CaO・SiO2:以下、「C2S」と略す。)、C3A、C4AFの各量は、焼成物100質量%中の割合(質量%)として、原料や焼成物の化学成分に基づき、下記のボーグの計算式を用いて算出される。
3S(%)=(4.07×CaO(%))−(7.60×SiO2(%))−(6.72×Al23(%))−(1.43×Fe23(%))
2S(%)=(2.87×SiO2(%))−(0.754×C3S(%))
3A(%)=(2.65×Al23(%))−(1.69×Fe23(%))
4AF(%)=3.04×Fe23(%)
焼成物(クリンカ)の原料としては、ポルトランドセメントクリンカの製造に用いられる一般的な原料を用いることができる。具体的には、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Al23原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe23原料を使用することができる。
さらに、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物、及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料の一部として使用することができる。具体的には、石炭灰、生コンスラッジ、各種汚泥(例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等)、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、高炉二次灰、建築廃材、コンクリート廃材等の産業廃棄物;下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等の一般廃棄物;建設現場または工事現場等から発生する土壌、残土、及び廃土壌等の建設発生土が挙げられる。
中でも、使用の容易性等の観点から、好ましくは石炭灰である。
上記廃棄物(産業廃棄物、一般廃棄物、及び建設発生土から選ばれる一種以上)の使用量は、廃棄物の有効利用を図り、かつ、セメントの品質を確保するという観点から、上記焼成物1ton当たり、好ましくは300kg以下、より好ましくは170〜300kg、さらに好ましくは180〜280kg、特に好ましくは190〜260kgである。
上記焼成物を製造する方法としては、上述した各原料を、所望の水硬率(H.M.)、ケイ酸率(S.M.)、鉄率(I.M.)となるように混合し、得られた混合物を、好ましくは1,200〜1,600℃、より好ましくは1,350〜1,500℃で焼成する方法が挙げられる。
各原料を混合する方法は、特に限定されるものではなく、エアブレンディングサイロ等の慣用の装置等で行えばよい。また、焼成に使用する装置も特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルン等の慣用の装置を使用することができる。ロータリーキルンで焼成を行う場合には、燃料代替廃棄物、具体的には、木くず、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。燃料代替廃棄物を用いることで、廃棄物の利用をさらに促進することができる。
本発明で用いられるセメントは、上記焼成物の粉砕物と、石膏を含むものである。セメント100質量%中の石膏の割合は、上記セメントの強度発現性、及びモルタル等の流動性の観点から、SO3換算で1.2質量%以上、好ましくは1.3〜5質量%、より好ましくは1.4〜4質量%である。
石膏の量が1.2質量%未満の場合、上記セメントの強度発現性、及びモルタル等の流動性が悪くなる。
石膏としては、二水石膏、α型又はβ型半水石膏、及び無水石膏等が挙げられる。これらは1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、セメント中のSO3量の定量は、化学分析(JIS R 5202(セメントの化学分析方法))、又は、蛍光X線分析(JIS R 5204(セメントの蛍光X線分析方法))により行うことができる。二水石膏及び半水石膏の定量は、例えば、特開平6−242035号公報に記載される方法により行うことができる。
セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量(100質量%)に対する半水石膏の割合は、SO3換算で30質量%以上、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上である。該割合が30質量%以上であると、モルタル等の流動性を向上させることができる。
さらに、成因による石膏の種類は特に限定されず、例えば、天然石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏、精錬石膏等が挙げられる。これらは1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記セメントの製造方法としては、例えば、(i)焼成物(クリンカ)と石膏を同時に粉砕する方法、(ii)焼成物(クリンカ)を粉砕し、該粉砕物と石膏を混合する方法等が挙げられる。
上記(i)の方法の場合、焼成物と石膏を、ブレーン比表面積が好ましくは3,000〜6,000cm/g、より好ましくは3,500〜5,500cm/gとなるまで粉砕する。
上記(ii)の方法の場合、焼成物を、ブレーン比表面積が好ましくは3,000〜5,500cm/g、より好ましくは3,500〜5,000cm/gとなるまで粉砕する。また、上記(ii)の方法で用いられる石膏のブレーン比表面積は、好ましくは3,500〜7,000cm/g、より好ましくは4,000〜6,500cm/gである。
なお、ブレーン比表面積の測定は、「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」によって測定することができる。
本発明の混合セメントは、上述したセメントと、石炭灰を含むセメント混合材、を含む。また、該セメント混合材は、高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。
混合セメント100質量%中、上記セメント混合材の割合は、好ましくは50〜80質量%、より好ましくは50〜70質量%、特に好ましくは50〜60質量%である。該割合が5質量%未満では、クリンカの使用量削減の観点から好ましくない。該割合が80質量%を超えると、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。
また、上記セメント混合材の28日活性度指数は、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、特に好ましくは60%以上である。該28日活性度指数が50%未満の場合、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。
ここで、28日活性度指数とは、普通ポルトランドセメントを用いて製造されたモルタルの材齢28日における圧縮強度を基準とし、該圧縮強度に対する、混合材と普通ポルトランドセメントを用いて製造された試験モルタルの材齢28日における圧縮強度の比を百分率で表したものである。
本発明の混合セメントに含まれる高炉スラグ微粉末としては、高炉で銑鉄を製造する際に副生する溶融状態のスラグを、水で急冷・破砕して得られる水砕スラグや、徐冷・破砕して得られる徐冷スラグ等が挙げられる。
上記高炉スラグ微粉末の28日活性度指数は、低品質の高炉スラグ微粉末の利用促進の観点から、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、特に好ましくは60%以上である。該28日活性度指数が50%未満の場合、低品質の高炉スラグ微粉末を用いて製造された混合セメントの圧縮強さが「JIS R 5211(高炉セメント)」の規格値よりも低下する場合がある。
上記範囲内でも、強度発現性の観点から、上記高炉スラグ微粉末の28日活性度指数は、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。
また、上記高炉スラグ微粉末の28日活性度指数は、「JIS A 6206 付属書(規定)(高炉スラグ微粉末のモルタルによる活性度指数及びフロー値比の試験方法)」に準拠して求めることができる。
なお、「JIS A 6206」で規定する「高炉スラグ微粉末4000」の28日活性度指数は75%以上である
また、上記高炉スラグ微粉末のガラス化率は、特に限定されるものではないが、好ましくは2%以上、より好ましくは3%以上である。該ガラス化率が2%未満では、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。
ここで、上記ガラス化率は、例えば、以下の(i)と(ii)により求めることができる。
(i)62〜105μmの高炉スラグ微粉末を篩分けした後、ここから400〜500個の粒子を無作為に抽出する。
(ii)次に、抽出した粒子をブロムナフタレン溶液に浸し、偏光顕微鏡を通してガラス粒子数を数え、全粒子数に対するガラス粒子数の比として、ガラス化率を求める。
また、上記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは3,000〜10,000cm/g、より好ましくは4,000〜8,000cm/gである。該ブレーン比表面積が3,000cm/g未満では、混合セメントの初期強度発現性が低下する場合がある。また、ブレーン比表面積が10,000cm/gを超えるものは、入手が困難であるうえ、モルタル等の流動性及び作業性が低下する場合がある。
なお、高炉スラグ微粉末は、高炉スラグを、ボールミルやジェットミルなどの粉砕機で粉砕して得ることができる。
また、上記高炉スラグ微粉末の塩基度は、好ましくは1.7以上、より好ましくは1.8以上、特に好ましくは1.9以上である。該塩基度が1.7未満の場合、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。なお、塩基度は下記(1)式を用いて算出する。
塩基度=(CaO+MgO+Al23)/SiO2 ・・・(1)
(式中の化学式は、高炉スラグ微粉末中の含有率(%)を表す。)
さらに、上記高炉スラグ微粉末は石膏を含むもの(石膏含有高炉スラグ微粉末)であってもよい。高炉スラグ微粉末に含有される石膏としては、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏等が挙げられ、これらのうち少なくとも一種が含まれていればよい。高炉スラグ微粉末中の石膏の含有率は、SO換算で好ましくは2〜4質量%、より好ましくは2〜3質量%である。
本発明の混合セメントに含まれる石炭灰としては、フライアッシュ等が挙げられる。なお、フライアッシュとは、石炭を焼成させた時に発生する石炭灰のうち、電気集塵機により捕集された微粉末をいう。
上記石炭灰の28日活性度指数は、低品質の石炭灰の利用促進の観点から、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上である。50%未満の場合、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。
上記範囲内でも、強度発現性の観点から、上記石炭灰の28日活性度指数は、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上である。
上記28日活性度指数は、「JIS A 6201 付属書2(規定) (フライアッシュのモルタルによるフロー値比及び活性度指数の試験方法)」に準拠して求めることができる。
なお、「JIS A 6201」に規定する「フライアッシュII種」の28日活性度指数は80%以上である。
石炭灰を含む本発明の混合セメントは、強度発現性(特に、初期強度発現性)に優れている。また、石炭灰として、28日活性度指数が低い低品質の石炭灰を用いても、本発明の混合セメントは、圧縮強さについて、「JIS R 5213(フライアッシュセメント)」の規格値を満足する。
また、上記石炭灰の45μm篩残分量は、好ましくは17質量%以下、より好ましくは16.5質量%以下、特に好ましくは16.0質量%以下である。該45μm篩残分量が17質量%を超えると、混合セメントの長期強度が低下する場合がある。
なお、45μm篩残分量は、「JIS A 6201(コンクリート用フライアッシュ)」の網ふるい方法に準じて測定することができる。
上記石炭灰中のフリーライムの量は、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは0.1〜1.0量%である。該フリーライムの量が1.5質量%を超えると、混合セメントの強度発現性が低下する場合がある。
フリーライムの量は、「JIS R 5202(ポルトランドセメントの化学分析方法)」に準じて測定することができる。
上記石炭灰中の水溶性ホウ素の量は、好ましくは120mg/kg以下、より好ましくは110mg/kg以下、さらに好ましくは100mg/kg以下、特に好ましくは90mg/kg以下である。該水溶性フリーライムの量が120mg/kgを超えると、混合セメントの初期強度発現性が低下する場合がある。
上記石炭灰におけるフリーライムの量と水溶性ホウ素の量の質量比(フリーライム/水溶性ホウ素)は、好ましくは8以上、より好ましくは9以上、特に好ましくは10以上である。該質量比が8未満の場合、混合セメントの初期強度発現性が低下する場合がある。
なお、水溶性ホウ素の量は、以下の手順で測定することができる。
(1)蒸留水75cm3に石炭灰25gを投入し、pHを8.5±0.2に調整しながら、10分間攪拌する。なお、pHの調整には、塩酸又は水酸化ナトリウム水溶液を使用する。
(2)撹拌後、固液分離し、液中のほう素濃度をICPにより定量して、水溶性ホウ素の量を算出する。
上記石炭灰のガラス化率は、好ましくは60質量%以上、より好ましくは65質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。上記石炭灰のガラス相の塩基度は、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.5以上、特に好ましくは0.6以上である。ガラス化率とガラス相の塩基度が、前記範囲の石炭灰を使用することにより、混合セメントの長期強度発現性を向上させることができる。
石炭灰のガラス化率、及びガラス相の塩基度は、特開2011−132046号公報に記載される方法によって算出することができる。
上記石炭灰のブレーン比表面積は、混合セメントの流動性や強度発現性の観点から、好ましくは3,300〜8,000cm/g、より好ましくは3,500〜7,000cm/gである。
本発明の混合セメント100質量%中の上記石炭灰の割合は、50〜55質量%である。
また、該割合をこの範囲に定めることは、石炭灰の利用促進の観点から好ましい。
本発明の混合セメントは、混合セメントの品質を維持しながら、石炭灰の配合量を増やすことができる。
本発明の混合セメントは、さらに、セメント混合材として石灰石微粉末を含んでもよい。
該石灰石微粉末中の、炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上であり、かつ、酸化アルミニウムの含有率が、好ましくは1.0質量%以下である。炭酸カルシウムの含有率が90質量%未満、または、酸化アルミニウムの含有率が1.0質量%を超える場合、混合セメントの強度発現性が悪くなる場合がある。
該石灰石微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは4,000cm/g、より好ましくは5,000〜12,000cm/g、さらに好ましくは6,000〜11,000cm/g、特に好ましくは8,000〜11,000cm/gである。該ブレーン比表面積が4,000cm/g未満では、混合セメントの強度発現性が悪くなる。
本発明の混合セメント100質量%中の上記石灰石微粉末の割合は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは12質量%以下である。
また、複数の種類のセメント混合材(高炉スラグ微粉末、石炭灰、石灰石微粉末等)を使用する場合、混合セメント100質量%中、セメント混合材の合計の割合(例えば、高炉スラグ微粉末と石炭灰の合計の割合)は、好ましくは5〜80質量%、より好ましくは30〜80質量%、特に好ましくは40〜60質量%である。
本発明の混合セメントにおいて、セメントとセメント混合材を混合する方法は、特に限定されるものではなく、(i)焼成物(クリンカ)と石膏とセメント混合材を同時に粉砕しながら混合する方法、(ii)予め粉砕したセメントと、予め粉砕したセメント混合材を混合する方法等が挙げられる。
本発明の混合セメントと、水、細骨材、粗骨材等を混合することで、ペースト、モルタル又はコンクリートとして使用することができる。モルタル又はコンクリートの状態で使用する場合には、モルタル又はコンクリートの製造に通常使用されている細骨材、粗骨材(具体的には、川砂、陸砂、砕砂等や、川砂利、山砂利、砕石等)を使用することができる。
また、必要に応じて、支障のない範囲内で、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、及びポリカルボン酸系の減水剤(AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤も含む)、並びに、空気連行剤及び消泡剤等の混和剤、シリカフューム等のセメント混和材を使用することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
1.セメントの製造
焼成物の原料として、従来、ポルトランドセメントクリンカの主原料として一般的に使用されている石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を主体とし、さらに原料代替廃棄物を用いて、焼成物の水硬率(H.M.)、ケイ酸率(S.M.)、および鉄率(I.M.)が表2で示す値となるように原料を調合した。
焼成物に用いられる原料代替廃棄物は、目的とする水硬率等を有する焼成物を得るために、表1で示される原料代替廃棄物のうち、石炭灰及びR鉄原料以外の廃棄物(R石灰石、R粘土、建設発生土、及びR珪石)の使用量を可能な限り固定して、石炭灰及びR鉄原料の使用量を調整したものである。なお、表1は、一般的な早強セメントの焼成物に用いられる原料代替廃棄物(使用量:165kg/t(焼成物))の内訳を示すものである。
得られた焼成物100質量%に対して、排脱二水石膏(住友金属社製)及び該排脱二水石膏を140℃で加熱して得られた半水石膏を、セメント100質量%中、石膏(二水石膏及び半水石膏)の割合がSO3換算で2.2質量%となる量を添加し、バッチ式ボールミルを用いて同時粉砕して、セメント1を調製した。
また、上記石膏の割合を、SO3換算で2.2質量%から2.7質量%と変更する以外は、セメント1と同様にして、セメント2及び3を調製した。
なお、二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合は、全てのセメントにおいて、SO3換算で50質量%とした。
[実施例1、参考例5〜19、比較例1〜7]
表2〜5に記載されたセメント、高炉スラグ微粉末、石炭灰、及び石灰石微粉末を、表6に記載された配合で、媒体(ボール)の量を減じたボールミルを用いて撹拌混合して、セメント混合材を含まないセメント(セメント組成物1〜3)、または、混合セメント(セメント組成物4〜23)を調製した。
得られた各セメント組成物の材齢3日、7日、28日におけるモルタル圧縮強さについて、「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準拠して測定を行った。結果を表7に示した。
また、参考例1〜4として、高炉セメントB種(セメント100質量%中の高炉スラグ微粉末が30質量%を超え、60質量%以下であるセメント)、高炉セメントC種(セメント100質量%中の高炉スラグ微粉末が60質量%を超え、70質量%以下であるセメント)、フライアッシュセメントA種(セメント100質量%中の石炭灰が5質量%を超え、10質量%以下であるセメント)、フライアッシュセメントC種(セメント100質量%中の石炭灰が20質量%を超え、30質量%以下であるセメント)のモルタル圧縮強さのJIS規格値を表7に示した。
なお、表3中、高炉スラグ微粉末1は、一般的なセメント混合材用高炉スラグ微粉末であり、高炉スラグ微粉末2は徐冷スラグの粉砕品である。表3の高炉スラグ微粉末の28日活性度指数は、「JIS A 6206 付属書(規定) (高炉スラグ微粉末のモルタルによる活性度指数及びフロー値比の試験方法)」に準拠して求めた。
また、表4中、石炭灰1は、一般的なセメント混合材用石炭灰である、「JIS A 6201(コンクリート用フライアッシュ)」のフライアッシュII種相当品であり、石炭灰2は「JIS A 6201(コンクリート用フライアッシュ)」のフライアッシュIV種相当品である。表4の石炭灰の28日活性度指数は、「JIS A 6201 付属書2(規定) (フライアッシュのモルタルによるフロー値比及び活性度指数の試験方法)」に準拠して求めた。
表7より、参考例5と比較例1を比較すると、混合セメント100質量%中、一般的な高炉スラグ微粉末(表3に示される、高炉スラグ微粉末1)の割合が40質量%の混合セメント(参考例5)は、普通セメント(比較例1)と同等の強度発現性を有することがわかる。
参考例6と比較例4を比較すると、混合セメント100質量%中、低品質の高炉スラグ微粉末(表3に示される、高炉スラグ微粉末2)の割合が40質量%の混合セメント(参考例6)は、比較例4の通常の高炉セメント(普通セメントに高炉スラグ1を混合したもの)と同等の初期強度発現性(材齢3日、及び7日のモルタル圧縮強度)を有することがわかる。
参考例7〜10、及び参考例1より、混合セメント100質量%中、低品位の高炉スラグ微粉末の割合が、40又は60質量%の混合セメント(参考例7〜10)は、「JIS R 5211(高炉セメント)」の高炉セメントB種のJIS規格値(参考例1)よりも、優れた初期強度発現性(材齢3日、及び7日のモルタル圧縮強度)を有し、同等の材齢28日における強度発現性を有する。
参考例11、及び参考例2より、混合セメント100質量%中、低品位の高炉スラグ微粉末の割合が70質量%の混合セメント(参考例11)は、「JIS R 5211(高炉セメント)」の高炉セメントC種(参考例2)よりも、優れた初期強度発現性(材齢3日、及び7日のモルタル圧縮強度)を有し、同等の材齢28日における強度発現性を有する。
参考例12と比較例1を比較すると、混合セメント100質量%中、一般的な石炭灰(表4で示される、石炭灰1)の割合が30質量%の混合セメント(参考例12)は、普通セメント(比較例1)と同等の初期強度発現性(材齢3日、及び7日のモルタル圧縮強度)を有することがわかる。
参考例13〜14、及び参考例3より、混合セメント100質量%中、低品質の石炭灰(表4で示される、石炭灰2)の割合が30質量%の混合セメント(参考例13〜14)は、「JIS R 5213(フライアッシュセメント)」のフライアッシュセメントA種の規格値(参考例3)と同等以上の強度発現性を有することがわかる。

Claims (5)

  1. (A)水硬率(H.M.)が2.10〜2.30、ケイ酸率(S.M.)が1.80〜2.48、鉄率(I.M.)が1.86〜2.6であり、かつ、焼成物100質量%中の3CaO・SiOの割合が、ボーグ式による計算値で70.0質量%以下である焼成物の粉砕物と、石膏を含むセメントであって、該セメント100質量%中の石膏の割合が、SO換算で1.2質量%以上であり、かつ、該セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合が、SO換算で30質量%以上であるセメントと、
    (B)石炭灰を含むセメント混合材、を含む混合セメントであって、
    上記混合セメント中の上記セメント混合材の割合が、50〜80質量%であり、
    上記混合セメント中上記石炭灰の割合が50〜55質量%であることを特徴とする混合セメント。
  2. 上記セメント混合材の28日活性度指数が50%以上である、請求項に記載の混合セメント。
  3. さらに、上記セメント混合材として石灰石微粉末を含む、請求項1または2に記載の混合セメント。
  4. 上記混合セメント中、上記石灰石微粉末の割合が10質量%以下である、請求項に記載の混合セメント。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の混合セメントの製造方法であって、焼成物1ton当たり、300kg以下の産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料の一部として使用することを特徴とする混合セメントの製造方法。
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