JP6504858B2

JP6504858B2 - セメントクリンカ及びセメント

Info

Publication number: JP6504858B2
Application number: JP2015042532A
Authority: JP
Inventors: 諒一末松; 大亮黒川; 宙平尾; 麻衣子大野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016160159A

Description

本発明は、セメントクリンカ及びセメントに関する。

コンクリート等のセメント含有硬化体の耐久性を向上させるには、初期材齢における過剰なセメント水和反応を抑えつつ、長期間に亘ってセメント水和反応を継続させることが望ましい。このためには、材齢７日における水和熱を低く抑えることができ、かつ、材齢２８日における圧縮強度を大きくすることができるセメントが求められている。このような条件を満たすセメントとしては、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等の低発熱型のポルトランドセメントや、フライアッシュセメント等の混合セメントが挙げられる。

初期の水和熱を抑えたセメントクリンカ（例えば、中庸熱ポルトランドセメント）の製造に際して、廃棄物処理の観点からリン含有廃棄物をセメント用原料として用いた場合に生じる、長期材齢での圧縮強度の低下を抑制することができるセメントクリンカの製造方法として、特許文献１には、少なくともリン含有廃棄物をその原料の一部として用いる、水硬率が１．８０〜２．１５、ケイ酸率が２．８〜４．５、Ｐ_２Ｏ₅含有量が０．０５〜２．０質量％の範囲にあるポルトランドセメントクリンカの製造方法であって、焼成後のポルトランドセメントクリンカ中のＭｇＯ含有量が１．０質量％以下となるように調整して原料を調合し、これを焼成することを特徴とする前記ポルトランドセメントクリンカの製造方法が記載されている。
また、長期強度発現性（長期材齢における強度発現性）を維持しつつ、初期強度発現性（初期材齢における強度発現性）を向上させた低熱ポルトランドセメントを製造する方法として、特許文献２には、低熱ポルトランドセメント用の原料を調合し、調合した原料を焼成することにより得られる低熱ポルトランドセメントクリンカを用いて低熱ポルトランドセメントを製造する低熱ポルトランドセメントの製造方法において、上記低熱ポルトランドセメントクリンカ中の少量成分の含有量を調整することにより、この低熱ポルトランドセメントクリンカの粉末Ｘ線回折プロファイルをリートベルト法で解析して判明する鉱物組成を管理する低熱ポルトランドセメントの製造方法が記載されている。

特開２００９−１３０２３号公報特開２０１０−１２０７８７号公報

セメント含有硬化体において、硬化後の体積変化（収縮）を原因とするひび割れが発生する場合がある。このような硬化後の体積変化を低減できる材料として、膨張材や収縮低減剤が知られている。しかし、これらの材料を使用した場合、コストが高くなるという問題がある。
本発明の目的は、セメント含有硬化体の硬化後の体積変化を抑制することができるセメントクリンカを提供することにある。

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、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（ビーライト；以下、「Ｃ₂Ｓ」ともいう。）の含有率が３０〜６０質量％でかつ３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（アルミネート相；以下、「Ｃ₃Ａ」ともいう。）の含有率が６質量％未満であるセメントクリンカであって、該セメントクリンカ中のＳＯ₃の含有率が０．３０質量％以下であるセメントクリンカによれば、上記目的を達成することが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］〜［６］を提供するものである。
［１］ボーグ式で算出される値として、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂の含有率が３０〜６０質量％でかつ３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が６質量％未満であるセメントクリンカであって、該セメントクリンカ中のＳＯ₃の含有率が０．３０質量％以下であることを特徴とするセメントクリンカ。
［２］上記セメントクリンカ中のＭｇＯの含有率が１．５０質量％以上である前記［１］に記載のセメントクリンカ。
［３］前記［１］又は［２］に記載のセメントクリンカの粉砕物、及び、石膏を含むセメント。
［４］前記［３］に記載のセメント、及び、水を含む水硬性組成物。
［５］「ＪＩＳＡ１１２９−１：２０１０（モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠して測定した材齢９１日の長さ変化率が、６００×１０^−６以下である前記［４］に記載の水硬性組成物。
［６］上記水硬性組成物が、膨張材及び収縮低減剤を含まない前記［４］又は［５］に記載の水硬性組成物。

本発明のセメントクリンカによれば、セメント含有硬化体の硬化後の体積変化を抑制することができる。

本発明のセメントクリンカは、ボーグ式で算出される値として、Ｃ₂Ｓの含有率が３０〜６０質量％でかつＣ₃Ａの含有率が６質量％未満であるセメントクリンカであって、該セメントクリンカ中のＳＯ₃の含有率が０．３０質量％以下のものである。
本発明のセメントクリンカ中の、ボーグ式で算出されるＣ₂Ｓの含有率は、３０〜６０質量％、好ましくは３５〜６０質量％、より好ましくは４０〜６０質量％、特に好ましくは４５〜６０質量％である。該含有率が３０質量％未満では、セメントの水和熱が大きくなる。該含有率が６０質量％を超えると、セメントの初期強度発現性が低下する。

本発明のセメントクリンカ中の、ボーグ式で算出されるＣ₃Ａの含有率は、６質量％未満、好ましくは０．５〜５．５質量％、より好ましくは１〜５質量％である。該含有率が６質量％以上であると、セメントの水和熱が大きくなる。該含有率が０．５質量％以上であると、初期強度発現性が向上する。

なお、本明細書中、セメントクリンカ中の３ＣａＯ・ＳｉＯ₂（エーライト；以下、「Ｃ₃Ｓ」ともいう。）、Ｃ₂Ｓ、Ｃ₃Ａ、４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃（フェライト相；以下、「Ｃ₄ＡＦ」ともいう。）の各含有率は、セメントクリンカ全量（１００質量％）中の割合として、セメントクリンカ原料やセメントクリンカ（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。
Ｃ₃Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））−（７．６０×ＳｉＯ₂（質量％））−（６．７２×Ａｌ₂Ｏ₃（質量％））−（１．４３×Ｆｅ₂Ｏ₃（質量％））
Ｃ₂Ｓ（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ₂（質量％））−（０．７５４×Ｃ₃Ｓ（質量％））
Ｃ₃Ａ（質量％）＝（２．６５×Ａｌ₂Ｏ₃（質量％））−（１．６９×Ｆｅ₂Ｏ₃（質量％））
Ｃ₄ＡＦ（質量％）＝３．０４×Ｆｅ₂Ｏ₃（質量％）

本発明のセメントクリンカ中のＳＯ₃の含有率は、０．３０質量％以下、好ましくは０．０５〜０．２９質量％、より好ましくは０．１０〜０．２８質量％である。該含有率が０．３０質量％を超えると、セメント含有硬化体の硬化後の体積変化が大きくなる。該含有率が０．０５質量％未満であると、このような含有率でＳＯ₃を含有させるためのクリンカ原料および焼成手段の選択の余地が狭くなる。
ＳＯ₃の含有率を上記数値範囲内となるように調整する方法としては、ＳＯ₃源とセメントクリンカ原料を予め混合する方法等が挙げられる。該ＳＯ₃源としては、例えば、各種石膏や廃石膏ボード等が挙げられる。

本発明のセメントクリンカ中のＭｇＯの含有率は、好ましくは１．５質量％以上、より好ましくは１．８〜３．５質量％、特に好ましくは２．０〜３．０質量％である。該含有率が１．５質量％以上であれば、セメント含有硬化体の硬化後の体積変化をより抑制（小さく）することができる。該含有率が３．５質量％以下であれば、セメントの初期〜長期の強度発現性の低下がより起こりにくくなる。
なお、市販品の中庸熱ポルトランドセメントクリンカまたは低熱ポルトランドセメントクリンカ中の、ＭｇＯの含有率は、通常、１．１質量％以下である。
また、ＭｇＯの含有率とは、Ｍｇ（マグネシウム）の酸化物換算の含有率をいう。

本発明のセメントクリンカの粉砕物及び石膏を含むセメントによれば、該セメント及び水を含む水硬性組成物を硬化してなるセメント含有硬化体の、硬化後の体積変化を抑制することができる。
セメントクリンカと石膏は、個別に粉砕した後に混合してもよく、これらを混合した後に同時に粉砕してもよい。
石膏としては、無水石膏、二水石膏、半水石膏等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
なお、セメントの材料としての石膏の形態は、粉末である。
石膏の含有率は、本発明のセメントクリンカの粉砕物及び石膏の合計量に対して、ＳＯ₃換算で、好ましくは１．５〜３．５質量％、より好ましくは１．８〜３．０質量％である。該含有率が１．５質量％以上であると、モルタル等の流動性がより良好となる。該含有率が３．５質量％以下であると、セメントの強度発現性がより良好となる。

上記セメント、水、及び必要に応じて配合される骨材（細骨材、粗骨材）等の他の材料を混合することによって、水硬性組成物（セメントペースト、モルタル、及びコンクリート）を調製することができる。該水硬性組成物を硬化してなるセメント含有硬化体は、硬化後の体積変化が抑制されたものである。
特に、本発明の水硬性組成物によれば、膨張材及び収縮低減剤を含まなくても、該水硬性組成物を硬化してなるセメント含有硬化体の、硬化後の体積変化を抑制することができる。
本発明の水硬性組成物を硬化してなるセメント含有硬化体の、「ＪＩＳＡ１１２９−１：２０１０（モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠して測定された材齢９１日の長さ変化率は、好ましくは６００×１０^−６以下、より好ましくは５７０×１０^−６以下、特に好ましくは５５０×１０^−６以下である。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
（１）セメントクリンカ用原料：石灰石等のセメント工場において使用されている原料
（２）ＭｇＯ源：酸化マグネシウム（試薬）
（３）ＳＯ₃源：廃石膏ボード
（４）石膏：二水石膏

［実施例１〜８、比較例１〜７］
ＭｇＯとＳＯ₃の各含有率を調整したセメントクリンカ用原料を、電気炉を用いて１，４５０〜１，５５０℃で焼成して、セメントクリンカを製造した。ＭｇＯ及びＳＯ₃の含有率の調整は、セメントクリンカ用原料への上記ＭｇＯ源及びＳＯ₃源の添加量を調整することで行った。
得られたセメントクリンカ中の化学成分を、蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）を用いて測定した。セメントクリンカ中、ＭｇＯ及びＳＯ₃の含有率、及び、ボーグ式で算出されたセメントクリンカの鉱物組成を表１に示す。
得られたセメントクリンカに、セメントクリンカ及び石膏の合計量に対して、全ＳＯ₃量が２．０質量％となるように石膏を添加した後、ブレーン比表面積が３，４００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕し、セメントを製造した。
得られたセメントを用いて、「ＪＩＳＡ１１２９−１：２０１０（モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠して、材齢９１日におけるモルタルの長さ変化率を測定した。
また、一部の実施例については、得られたセメントを用いて、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して、材齢３日、７日、及び２８日におけるモルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。

表１から、本発明のセメントクリンカを含む水硬性組成物を硬化させてなるモルタル（実施例１〜８）は、比較例１〜７と比べて、その長さ変化率が小さいことがわかる。
また、実施例１〜４と実施例５〜８を比較すると、セメントクリンカ中のＭｇＯの含有率が１．５１質量％以上の場合（実施例１〜４）、セメントクリンカ中のＭｇＯの含有率が１．４５質量％以下の場合（実施例５〜８）に比べて、長さ変化率がより小さくなることがわかる。

Claims

ボーグ式で算出される値として、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂の含有率が３０〜６０質量％、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が６質量％未満、４ＣａＯ・Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ・Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ の含有率が８．１〜１４．３質量％、かつＭｇＯの含有率が１．５０質量％以上であるセメントクリンカであって、該セメントクリンカ中のＳＯ₃の含有率が０．３０質量％以下であることを特徴とするセメントクリンカ。
上記セメントクリンカ中のＭｇＯの含有率が１．５０〜３．５質量％である請求項１に記載のセメントクリンカ。
請求項１又は２に記載のセメントクリンカの粉砕物、及び、石膏を含むセメント。
請求項３に記載のセメント、及び、水を含む水硬性組成物。
「ＪＩＳＡ１１２９−１：２０１０（モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠して測定した材齢９１日の長さ変化率が、５５０×１０^−６以下である請求項４に記載の水硬性組成物。
上記水硬性組成物が、膨張材及び収縮低減剤を含まない請求項４又は５に記載の水硬性組成物。