JP6483428B2 - 水硬性組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ポルトランドセメントクリンカー、高炉スラグ微粉末および石灰石微粉末、さらにセッコウを含む水硬性組成物に関する。

近年の地球環境問題と関連して、廃棄物、副産物等の有効利用は重要な課題となっている。セメント産業、セメント製造設備の特徴を生かし、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行うことは、安全かつ大量処分が可能という観点から有効とされている。

大量生産・大量消費型産業であるセメント産業は、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行い、省資源・省エネルギーで効率よくセメントを製造することが重要とされている。

一方、地球温暖化の観点からすると、セメント産業はＣＯ_２排出量の多い産業に位置づけられている。セメント産業で排出されるＣＯ_２は、セメント製造段階での、クリンカー原料となる石灰石の脱炭酸による。セメント産業でのＣＯ_２低減については、クリンカー量が少ない混合セメントが有効とされ、混合材に高炉スラグ微粉末を使用した高炉セメントなどが挙げられる。

しかしながら、混合材に高炉スラグ微粉末を使用した場合、初期強度が低下するという課題があった。従って本発明は、混合セメントにおいて、混合材に高炉スラグ微粉末を単独で使用した場合より高い初期強度を得ることが可能な水硬性組成物を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった。そして、ポルトランドセメントに混合材を含有した水硬性組成物において、混合材として高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末を併用し、さらにその混合割合を適正範囲に調整することにより、高炉スラグ微粉末を単独で使用した場合よりも高い初期強度発現性を得ることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち本発明は、ポルトランドセメントクリンカー３０〜３９質量部、混合材６１〜７０質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと混合材の合計を１００質量部とする。）、セッコウを全組成物あたりＳＯ３換算で０．５〜４質量部含む水硬性組成物であって、前記混合材は高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末とが質量比で３：１〜４：１の範囲にある水硬性組成物である。

本発明によれば、セメントに高炉スラグ微粉末を単独で混合する場合よりも高い初期強度が得られ、従来の水硬性組成物には無い優れた特性を発揮する水硬性組成物を製造することができ、その工業的価値は極めて高いものである。

本発明で使用するポルトランドセメントクリンカーは、セメントとした際に汎用性性状を示す公知のクリンカーを採用することが可能であり、具体的には、普通ポルトランドセメント用クリンカーや早強ポルトランドセメント用クリンカー等が該当する。ポルトランドセメントクリンカーの粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましく、セッコウを添加して調整されても良い。

本発明で用いられる好適なポルトランドセメントクリンカーの有する鉱物組成（ボーグ式による）を示すと、Ｃ_３Ｓが５０〜７５％、Ｃ_２Ｓが５〜２０％、Ｃ_３Ａが７〜１５％、Ｃ_４ＡＦが７〜１５％程度である。

本発明で使用する上記ポルトランドセメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント（クリンカー）原料を、所望の各鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより容易に得ることができる。

当該セメント原料の調製混合方法も公知の方法を適宜採用すればよい。例えば、事前に廃棄物、副産物およびその他の原料（石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ_２源、粘土等のＡｌ_２Ｏ_３源、鉄源等のＦｅ_２Ｏ_３源など）の組成を測定し、これら原料中の各成分割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すればよい。

なお、本発明で使用するポルトランドセメントクリンカーの製造に用いる原料は、従来ポルトランドセメントクリンカーの製造において使用される原料と同様なものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。

本発明で使用するポルトランドセメントクリンカーの製造において、廃棄物、副産物等から一種以上を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。

本発明の水硬性組成物は、上記ポルトランドセメントクリンカーに加えて、混合材を含む。該混合材は高炉スラグ微粉末及び石灰石微粉末を必須成分として含む。

本発明の水硬性組成物において、混合材として用いる高炉スラグ微粉末は、セメント混合材として公知の高炉スラグ微粉末を用いることができる。具体的には、製鉄所より副産物として副生する高炉スラグを粉砕したものであれば制限なく使用することができる。高炉スラグ微粉末の粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、３０００〜８０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましい。

本発明の水硬性組成物において、混合材として用いる石灰石微粉末は、セメント混合材として公知の石灰石微粉末を用いることができる。具体的には、炭酸カルシウムの含有率が９０質量部以上、かつ、酸化アルミニウムの含有率が１．０質量部以下の品質をもつ石灰石であれば制限なく使用することができる。石灰石微粉末の粉末度は、汎用的に使用されている範囲のものであれば良く、３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましい。

本発明において、混合材の割合は６１〜７０質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグの合計を１００質量部とする。）である。混合材量が６１質量部未満の場合、混合材の混合量が少ないためにＣО_２の削減効果が小さい。一方、７０質量部を超えると、十分な強度発現性を得ることが難しくなる。

高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の適切な混合比は、高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末とが質量比で３：１〜４：１の範囲である。高炉スラグ微粉末の含有量が石灰石微粉末の３倍未満、あるいは４倍を超えると十分な効果は得られない。

本発明の水硬性組成物には、凝結性能を制御するためセッコウを含む。使用するセッコウについては、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。具体的には、排煙脱硫セッコウ、リン酸セッコウ等の副産二水セッコウや天然の二水セッコウ、半水セッコウ、ＩＩ型無水セッコウ等が挙げられる。石膏の添加量は、全組成物あたりＳＯ_３換算で、０．５〜４質量部質量％となるように添加し、より好ましくは０．５〜３質量部質量％である。

本発明の水硬性組成物を構成するポルトランドセメントクリンカー、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末およびセッコウの粉末度を調製するための粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用でき、各成分を個別に粉砕後、混合しても良いし、混合後に粉砕してもよい。粉砕機としてはボールミル、竪型ミル等が使用できる。

本発明の水硬性組成物は、混合セメントと同等として使用することができる。また、土壌固化材等の固化材の構成成分として使用することも可能である。

以下、実施例により本発明を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。

普通ポルトランドセメントクリンカーにＳＯ_３換算で２質量部となるようにセッコウを添加し、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が３２００ｃｍ^２／ｇとなるように混合粉砕した。高炉スラグ微粉末は、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が４０００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕した。石灰石微粉末は、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が４４００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕した。上記のセッコウを含むポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグ微粉末および石灰石微粉末を用いて各水硬性組成物を製造した。得られた水硬性組成物のモルタル圧縮強さを測定した。モルタル圧縮強さは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠する方法により測定した。

各実施例の混合材量および圧縮強さを表１に示す。

参考例及び比較例１より高炉スラグ微粉末の添加量により、７日強度および２８日強度は低下を示す。

比較例１、２および実施例１は、全組成物あたりＳＯ_３換算で０．７質量部のセッコウを含む混合材含有量６５質量部のものに対して、高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の質量比を変化させた実験結果である。高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の質量比が３：１の場合における７日強度および２８日強度（実施例１）が、高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の質量比が４：１以上の場合（比較例１）および高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の質量比が２：１未満の場合（比較例２）より高い値を示していることがわかる。

Claims (1)

1. ポルトランドセメントクリンカー３０〜３９質量部、混合材６１〜７０質量部（但し、ポルトランドセメントクリンカーと混合材の合計を１００質量部とする。）、セッコウを全組成物あたりＳＯ_３換算で０．５〜４質量部質量％含む水硬性組成物であって、前記混合材は高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末とが質量比で３：１〜４：１の範囲にある水硬性組成物。