JP6981481B2 - セメント組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高炉スラグを使用したセメント組成物およびその製造方法に関する。
セメント産業では、セメントの構成物であるクリンカーの製造時に、多量のＣＯ２を発生する。このクリンカー製造時のＣＯ２は、主にクリンカーの焼成エネルギーに由来するものと、クリンカーの原料である石灰石の脱炭酸反応に由来するものがある。
セメント製造時のＣＯ２発生を抑制する技術として、従来技術では、特許文献１および非特許文献１に示すように、セメントに対して高炉スラグを多量に混合し、クリンカー含有量を低減したというものがある。これらのセメントに使用されている高炉スラグは、いずれもＪＩＳ塩基度（（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２）が高く（１．８５〜１．９１）、セメントの強度発現性にとって有利である傾向にある。
安齋剛史ほか、高炉スラグ高含有セメントの水和反応解析、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ．６３、ｐｐ．２２−２７（２００９）
しかし、今後、ＣＯ２削減の観点から、高炉スラグを利用したセメントの使用量が増加した場合、このようなＪＩＳ塩基度が高い高炉スラグを入手できなくなる可能性がある。このため、ＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグを使いこなして、強度発現性に優れる高炉スラグ高含有セメントを提供する技術は、セメント製造時のＣＯ２削減にとって非常に重要であると考えられる。
一方で、特許文献２に示すように、ＪＩＳ塩基度が同等でも改良塩基度Ｂｕが高いほど強度発現性が良いことがわかっており、セメントの強度発現性をより確保するにはＪＩＳ塩基度が低い中でもＢｕが高い高炉スラグを使用することが重要になる。
本発明者らは、上記課題に関し鋭意検討した結果、ＪＩＳ塩基度が低くても、特定の塩基度Ｂｕを満たす高炉スラグを用い、石灰石を所定量添加することで、強度発現性に優れる高炉セメント組成物を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明により、以下が提供される。
［１］高炉スラグを３０〜６０質量％含み、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（１）：
ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２・・・（１）
（式（１）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）である。）
によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（２）：
Ｂｕ（７日）＝（ＣａＯ＋０．４３×ＭｇＯ＋０．２８×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．４６×ＴｉＯ２−０．２７×ＭｎＯ・・・（２）
（式（２）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．８質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．８質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３〜６質量％であるセメント組成物。
［１］高炉スラグを３０〜６０質量％含み、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（１）：
ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２・・・（１）
（式（１）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）である。）
によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（２）：
Ｂｕ（７日）＝（ＣａＯ＋０．４３×ＭｇＯ＋０．２８×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．４６×ＴｉＯ２−０．２７×ＭｎＯ・・・（２）
（式（２）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．８質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．８質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３〜６質量％であるセメント組成物。
［２］高炉スラグを３０〜６０質量％含み、
前記高炉スラグの化学成分から上記式（１）によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（３）：
Ｂu（２８日）＝（ＣａＯ＋０．４２×ＭｇＯ−０．１６×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．６０×ＴｉＯ２−０．１４×ＭｎＯ・・・（３）
（式（３）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．７質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．７質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３〜６質量％であるセメント組成物。
前記高炉スラグの化学成分から上記式（１）によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（３）：
Ｂu（２８日）＝（ＣａＯ＋０．４２×ＭｇＯ−０．１６×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．６０×ＴｉＯ２−０．１４×ＭｎＯ・・・（３）
（式（３）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．７質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．７質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３〜６質量％であるセメント組成物。
［３］前記セメント組成物において、高炉スラグのＳｉＯ２量が３３．５〜３７質量％、Ａｌ２Ｏ３量が１２〜１６質量％、ＣａＯ量が３９〜４４質量％、ＭｇＯ量が４〜７．５質量％、Ｆｅ２Ｏ３量が０．１５〜１．５質量％、Ｎａ２Ｏ量が０．１〜０．８質量％、Ｋ２Ｏ量が０．２〜１質量％、ＴｉＯ2量が０．２〜１質量％、ＭｎＯ量が０．１〜０．８質量％であるセメント組成物。
［４］高炉スラグの化学成分から上記式（１）によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から上記式（２）によって求められる塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５である高炉スラグを選別する選別工程と、
前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む、高炉スラグを３０〜６０質量％含み、石灰石を３〜６質量％含むセメント組成物の製造方法。
前記高炉スラグの化学成分から上記式（２）によって求められる塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５である高炉スラグを選別する選別工程と、
前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む、高炉スラグを３０〜６０質量％含み、石灰石を３〜６質量％含むセメント組成物の製造方法。
［５］高炉スラグの化学成分から上記式（１）によって求められるＪＩＳ塩基度が１．８５未満であり、
前記高炉スラグの化学成分から上記式（３）によって求められる塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３である高炉スラグを選別する選別工程と、
前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む、高炉スラグを３０〜６０質量％含み、石灰石を３〜６質量％含むセメント組成物の製造方法。
前記高炉スラグの化学成分から上記式（３）によって求められる塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３である高炉スラグを選別する選別工程と、
前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む、高炉スラグを３０〜６０質量％含み、石灰石を３〜６質量％含むセメント組成物の製造方法。
［６］前記セメント組成物の製造方法において、高炉スラグのＳｉＯ２量が３３．５〜３７質量％、Ａｌ２Ｏ３量が１２〜１６質量％、ＣａＯ量が３９〜４４質量％、ＭｇＯ量が４〜７．５質量％、Ｆｅ２Ｏ３量が０．１５〜１．５質量％、Ｎａ２Ｏ量が０．１〜０．８質量％、Ｋ２Ｏ量が０．２〜１質量％、ＴｉＯ2量が０．２〜１質量％、ＭｎＯ量が０．１〜０．８質量％であるセメント組成物の製造方法。
本発明によれば、ＪＩＳ塩基度が低くても特定の塩基度Ｂｕを満たす高炉スラグを用い、石灰石を添加することによって、強度発現性に優れたセメント組成物およびその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
＜セメント組成物＞
本実施形態のセメント組成物は、高炉スラグに加えて、セメントクリンカーと石膏と少量混合物などを含むことができる。
本実施形態のセメント組成物は、高炉スラグに加えて、セメントクリンカーと石膏と少量混合物などを含むことができる。
本発明のセメント組成物における高炉スラグの含有量は３０〜６０質量％であり、好ましくは３３〜５７質量％であり、より好ましくは３５〜５５質量％である。高炉スラグ含有量が３０質量％以上とすることでＣＯ２削減に対する寄与が大きくなり、６０質量％以下とすることで良好な強度発現性を得る事が出来る。
高炉スラグの化学成分から下記式（１）：
ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２・・・（１）
（式（１）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）である。）
で求められる高炉スラグのＪＩＳ塩基度は、１．８５未満である。この範囲であれば、ＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグの有効利用に貢献することができる。
ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２・・・（１）
（式（１）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）である。）
で求められる高炉スラグのＪＩＳ塩基度は、１．８５未満である。この範囲であれば、ＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグの有効利用に貢献することができる。
本発明者らは、高炉スラグのＴｉＯ２及びＭｎＯとともに、ＪＩＳ Ａ ６２０６に定められている塩基度（ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２）に示される各化学成分のセメントの活性度指数に及ぼす影響を見直すことで、高炉スラグを選別する指標となる塩基度が算出される式を導き出し、新たな塩基度としてＢｕ（７日）およびＢｕ（２８日）を規定した（関連出願として、平成２７年３月２３日出願の特願２０１５−０５９９９６がある。なお、特願２０１５−０５９９９６記載の内容は、本明細書中に参考として援用される）。そして、高炉スラグが特定のＢｕ（７日）またはＢｕ（２８日）を満たすことにより、強度発現性に優れる高炉スラグ高含有セメント組成物を製造できることを見出した。Ｂｕ（７日）は、モルタル材齢７日のセメントの活性度指数の指標ともなる。Ｂｕ（２８日）は、モルタル材齢２８日のセメントの活性度指数の指標ともなる。
塩基度Ｂｕ（７日）は、下記式（２）により規定される。
Ｂｕ（７日）＝（ＣａＯ＋０．４３×ＭｇＯ＋０．２８×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．４６×ＴｉＯ２−０．２７×ＭｎＯ・・・（２）
式（２）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）であり、
但し、ＴｉＯ２含有率が０．８質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．８質量％として計算する。
本発明において、上記式（２）で求められる塩基度Ｂｕ（７日）は、０．９９〜１．５であり、好ましくは１．００〜１．４であり、より好ましくは１．０１〜１．３、さらに好ましくは１．０２〜１．２５である。この範囲であれば、ＪＩＳ塩基度の低いスラグを有効活用しながら、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
Ｂｕ（７日）＝（ＣａＯ＋０．４３×ＭｇＯ＋０．２８×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．４６×ＴｉＯ２−０．２７×ＭｎＯ・・・（２）
式（２）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）であり、
但し、ＴｉＯ２含有率が０．８質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．８質量％として計算する。
本発明において、上記式（２）で求められる塩基度Ｂｕ（７日）は、０．９９〜１．５であり、好ましくは１．００〜１．４であり、より好ましくは１．０１〜１．３、さらに好ましくは１．０２〜１．２５である。この範囲であれば、ＪＩＳ塩基度の低いスラグを有効活用しながら、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
本発明における石灰石の添加量は、３〜６質量％、好ましくは３．５〜５．５質量％、より好ましくは３．８〜５質量％、さらに好ましくは４．０〜４．５質量％である。この範囲であれば強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
塩基度Ｂｕ（２８日）は、下記式（３）により規定される。
Ｂu（２８日）＝（ＣａＯ＋０．４２×ＭｇＯ−０．１６×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．６０×ＴｉＯ２−０．１４×ＭｎＯ・・・（３）
式（３）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）であり、
但し、ＴｉＯ２含有率が０．７質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．７質量％として計算する。
本発明において、上記式（３）で求められる塩基度Ｂｕ（２８日）は、０．７９〜１．３であり、好ましくは０．８〜１．２であり、より好ましくは、０．８〜１．１、さらに好ましくは０．８〜１．０である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
Ｂu（２８日）＝（ＣａＯ＋０．４２×ＭｇＯ−０．１６×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．６０×ＴｉＯ２−０．１４×ＭｎＯ・・・（３）
式（３）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）であり、
但し、ＴｉＯ２含有率が０．７質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．７質量％として計算する。
本発明において、上記式（３）で求められる塩基度Ｂｕ（２８日）は、０．７９〜１．３であり、好ましくは０．８〜１．２であり、より好ましくは、０．８〜１．１、さらに好ましくは０．８〜１．０である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
本発明において、高炉スラグのＳｉＯ２量が３３．５〜３７質量％、好ましくは３３．８〜３６.７質量％、より好ましくは３３．５〜３６．５質量％、さらに好ましくは３４．４〜３６．３質量％、Ａｌ２Ｏ３量が１２〜１６質量％、好ましくは１２．５〜１５．５質量％、より好ましくは１２．３〜１５．３質量％、さらに好ましくは１２．８〜１５．０質量％、ＣａＯ量が３９〜４４質量％、好ましくは３９．３〜４３．５質量％、より好ましくは３９．５〜４３質量％、さらに好ましくは３９．７〜４２．５質量％、ＭｇＯ量が４〜７．５質量％、好ましくは４．５〜７．３質量％、より好ましくは５〜７．１質量％、さらに好ましくは５．５〜６．９質量％、Ｆｅ２Ｏ３量が０．１５〜１．５質量％、好ましくは０．２〜１．２質量％、より好ましくは０．３〜１質量％、さらに好ましくは０．３５〜０．８質量％、Ｎａ２Ｏ量が０．１〜０．８質量％、好ましくは０．１５〜０．７質量％、より好ましくは０．１８〜０．６質量％、さらに好ましくは０．２〜０．５５質量％、Ｋ２Ｏ量が０．２〜１質量％、好ましくは０．２５〜０．９質量％、より好ましくは０．３〜０．８質量％、さらに好ましくは０．３５〜０．７質量％、ＴｉＯ2量が０．２〜１質量％、好ましくは０．２５〜０．９質量％、より好ましくは０．３〜０．８質量％、さらに好ましくは０．３５〜０．７質量％、ＭｎＯ量が０．１〜０．８質量％、好ましくは０．１３〜０．７質量％、より好ましくは０．１５〜０．６質量％、さらに好ましくは０．１７〜０．５質量％である。この範囲であれば、強度発現性に優れる高炉セメントを提供することができる。
本発明のセメント組成物に用いるセメントクリンカーは、下記＜セメント組成物の製造方法＞に記載のようなセメントクリンカーを用いることができる。
本発明のセメント組成物に用いる石膏は、ＪＩＳ Ｒ ９１５１「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満足することが望ましい。具体的には二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。
本発明のセメント組成物に用いる少量混合成分は、ＪＩＳ Ｒ ５２１１「高炉セメント」に規定される高炉スラグ、ＪＩＳ Ｒ ５２１２「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末が好適に用いられる。
＜セメント組成物の製造方法＞
次に、本発明の高炉セメント組成物の製造方法について説明する。なお、上記＜セメント組成物＞における説明と重複する部分については、説明を割愛する。
次に、本発明の高炉セメント組成物の製造方法について説明する。なお、上記＜セメント組成物＞における説明と重複する部分については、説明を割愛する。
一態様として、本発明の高炉セメント組成物の製造方法は、高炉スラグの化学成分から上記式（１）を用いて塩基度Ｂｕ（７日）が算出される指標算出工程と、前記算出された塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５である高炉スラグを選別する選別工程と、前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む。この製造方法により、たとえＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグを含んでいたとしても、強度発現性に優れる高炉スラグ高含有（セメント組成物中の高炉スラグ含量が３０〜６０質量％）セメント組成物を製造することができる。また、ＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグの有効利用に貢献することができる。
一態様として、本発明の高炉セメント組成物の製造方法は、高炉スラグの化学成分から上記式（２）を用いて塩基度Ｂｕ（２８日）が算出される指標算出工程と、前記算出された塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３である高炉スラグを選別する選別工程と、前記選別された高炉スラグとセメントと石灰石を混合しセメント組成物を製造する製造工程とを含む。この製造方法により、たとえＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグを含んでいたとしても、強度発現性に優れる高炉スラグ高含有（セメント組成物中の高炉スラグ含量が３０〜６０質量％）セメント組成物を製造することができる。また、ＪＩＳ塩基度が低い高炉スラグの有効利用に貢献することができる。
本発明のセメント組成物の製造工程の実施形態としては特に限定されるものではなく、選別した高炉スラグを粉砕した後、セメントを混合して高炉セメントを製造する方法や、選別された高炉スラグとセメントの混合と粉砕とを同時に行い高炉セメントを製造する方法等が挙げられる。特に、選別した高炉スラグを粉砕した後、セメントを混合して高炉セメントを製造することが、強度発現性の観点から好ましい。セメント組成物製造工程において、セメントと混合する高炉スラグの量を調整することによって、モルタル活性度指数を調節することも可能である。
本発明の高炉セメントの製造方法によって得られる高炉セメントは、ブレーン比表面積が、好ましくは３０００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３１００〜４７００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３２００〜４６００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３３００〜４５００ｃｍ２／ｇである。
高炉セメントのブレーン比表面積は、強度発現性に影響し、本発明の製造方法によって得られる高炉セメントのブレーン比表面積がさらに好ましくは３２００〜４６００ｃｍ２／ｇとなるように、十分粉砕することによって、活性度指数の良好な高炉セメントを得ることができる。
高炉セメントのブレーン比表面積は、強度発現性に影響し、本発明の製造方法によって得られる高炉セメントのブレーン比表面積がさらに好ましくは３２００〜４６００ｃｍ２／ｇとなるように、十分粉砕することによって、活性度指数の良好な高炉セメントを得ることができる。
本発明の高炉セメントの製造方法は、セメントクリンカーを製造する工程と、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグ（本発明の高炉スラグを除く）とを混合し、粉砕してセメントを得る工程を含んでいてもよい。セメントを得る工程において使用される高炉スラグは、式（２）により算出された塩基度Ｂｕ（７日）又は式（３）により算出された塩基度Ｂｕ（２８日）を指標として選別された高炉スラグを除く。
セメントクリンカーを製造する工程は、石灰石、硅石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、銅からみ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料を混合し、焼成してセメントクリンカーを製造する。
セメントクリンカーは、ＳＰ方式（多段サイクロン予熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式）等の既存のセメント製造設備を用いて、製造することができる。
本発明の高炉セメントの製造方法として、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグを混合する工程において、さらに少量の混合材を添加してもよい。混合材は、ＪＩＳ Ｒ ５２１１「高炉セメント」に規定される高炉スラグ、ＪＩＳ Ｒ ５２１２「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、ＪＩＳ Ｒ ５２１０「ポルトランドセメント」に規定される石灰石を利用することができる。
本発明のセメントクリンカーと石膏と高炉スラグと少量混合物などを混合する方法としては、特に制限されるものではなく、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグと石灰石を混合粉砕する方法や、セメントクリンカーと石膏とを混合粉砕後、別粉砕したスラグと石灰石を混合する方法等があげられる。
以下に、実施例、比較例および参考例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、以下において特に断りがない場合は、％は質量％を示す。
１．セメント組成物の製造
評価は、高炉スラグ粉とポルトランドセメントを別々に製造する分離粉砕と高炉スラグとクリンカー、石膏、石灰石を同時に粉砕する混合粉砕で評価した。
本試験に使用した材料のキャラクターを表１〜４に示す。また、表５に分離粉砕および混合粉砕における材料の配合を示す。これらの材料に対して、粉砕助剤を添加し、所定のボールミルで粉砕した。なお、分離粉砕では、高炉スラグ微粉末４４．５質量％とポルトランドセメント５５．５質量％とを混合して高炉セメントを作製した。
２．モルタル圧縮強さ試験
以上の作製した高炉セメントを使用して、モルタル圧縮強さを調べた。試験方法は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１:１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタル供試体の作製および圧縮強さの測定を行った。表６および７に結果を示す。なお、強度発現性は、分離粉砕と混合粉砕でそれぞれ基準（Ｎｏ．１とＮｏ．３）に対する強さ比で評価した。
以上の作製した高炉セメントを使用して、モルタル圧縮強さを調べた。試験方法は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１:１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタル供試体の作製および圧縮強さの測定を行った。表６および７に結果を示す。なお、強度発現性は、分離粉砕と混合粉砕でそれぞれ基準（Ｎｏ．１とＮｏ．３）に対する強さ比で評価した。
３．結果
図１と図２にそれぞれ分離粉砕と混合粉砕における石灰石添加の影響を示す。分離粉砕の場合、高炉スラグ粉製造工程で石灰石添加量を増加することで、強さ比は高まることがわかった。混合粉砕の場合も石灰石添加量を増加することで強さ比は高まる結果であった。また、高炉セメント中に添加した石灰石１質量％あたりの強度上昇（７日材齢）は、分離粉砕では９．０％、混合粉砕では２．５％となり、分離粉砕の場合でより大きくなった。このことから、ＪＩＳ塩基度が低くても、塩基度Ｂｕが高い高炉スラグを用いると同時に石灰石を添加することで、強度発現性に優れるセメント組成物を提供することができる。
図１と図２にそれぞれ分離粉砕と混合粉砕における石灰石添加の影響を示す。分離粉砕の場合、高炉スラグ粉製造工程で石灰石添加量を増加することで、強さ比は高まることがわかった。混合粉砕の場合も石灰石添加量を増加することで強さ比は高まる結果であった。また、高炉セメント中に添加した石灰石１質量％あたりの強度上昇（７日材齢）は、分離粉砕では９．０％、混合粉砕では２．５％となり、分離粉砕の場合でより大きくなった。このことから、ＪＩＳ塩基度が低くても、塩基度Ｂｕが高い高炉スラグを用いると同時に石灰石を添加することで、強度発現性に優れるセメント組成物を提供することができる。
Claims (3)
- 高炉スラグを３０〜６０質量％含み、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（１）：
ＪＩＳ塩基度＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２・・・（１）（式（１）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）である。）
によって求められるＪＩＳ塩基度が１．７２以下であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（２）：
Ｂｕ（７日）＝（ＣａＯ＋０．４３×ＭｇＯ＋０．２８×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．４６×ＴｉＯ２−０．２７×ＭｎＯ・・・（２）
（式（２）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．８質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．８質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（７日）が０．９９〜１．５であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３．８〜５質量％（但し、５質量％を除く）であり、ブレーン比表面積が３０００〜４８００ｃｍ２／ｇであるセメント組成物。 - 高炉スラグを３０〜６０質量％含み、
前記高炉スラグの化学成分から上記式（１）によって求められるＪＩＳ塩基度が１．７２以下であり、
前記高炉スラグの化学成分から下記式（３）：
Ｂｕ（２８日）＝（ＣａＯ＋０．４２×ＭｇＯ−０．１６×Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２
−０．６０×ＴｉＯ２−０．１４×ＭｎＯ・・・（３）
（式（３）中、
ＣａＯは高炉スラグ中の酸化カルシウムの含有率（質量％）であり、
ＭｇＯは高炉スラグ中の酸化マグネシウムの含有率（質量％）であり、
Ａｌ２Ｏ３は高炉スラグ中の酸化アルミニウムの含有率（質量％）であり、
ＳｉＯ２は高炉スラグ中の二酸化ケイ素の含有率（質量％）であり、
ＴｉＯ２は高炉スラグ中の酸化チタンの含有率（質量％）であり、
ＭｎＯは高炉スラグ中の酸化マンガンの含有率（質量％）である。
但し、ＴｉＯ２含有率が０．７質量％以上の場合は、ＴｉＯ２を０．７質量％として計算する。）
によって求められる塩基度Ｂｕ（２８日）が０．７９〜１．３であり、高炉セメント中の石灰石微粉末の含有量が３．８〜５質量％（但し、５質量％を除く）であり、ブレーン比表面積が３０００〜４８００ｃｍ２／ｇであるセメント組成物。 - 前記高炉スラグのＳｉＯ ２ 量が３３．５〜３７質量％、Ａｌ ２ Ｏ ３ 量が１２〜１６質量％、ＣａＯ量が３９〜４４質量％、ＭｇＯ量が４〜７．５質量％、Ｆｅ ２ Ｏ ３ 量が０．１５〜１．５質量％、Ｎａ ２ Ｏ量が０．１〜０．８質量％、Ｋ ２ Ｏ量が０．２〜１質量％、ＴｉＯ ２ 量が０．２〜１質量％、ＭｎＯ量が０．１〜０．８質量％である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
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