JP7042643B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、セメント組成物に関する。
近年、高炉スラグ粉末の含有率の大きいセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートが開発されている。
高炉スラグの含有率の大きい、セメントを含む混合材の製造方法として、特許文献１には、５～３０重量部のセメントと、０～２０重量部のシリカフュームと、０～５０重量部のフライアッシュと、４２～７５重量部の高炉スラグと、を混合して１００重量部の混合材を製造することを特徴とする混合材の製造方法が記載されている。
高炉スラグの含有率の大きい、セメントを含む混合材の製造方法として、特許文献１には、５～３０重量部のセメントと、０～２０重量部のシリカフュームと、０～５０重量部のフライアッシュと、４２～７５重量部の高炉スラグと、を混合して１００重量部の混合材を製造することを特徴とする混合材の製造方法が記載されている。
セメント組成物中の高炉スラグ粉末の含有率が大きくなると、セメント組成物の強度発現性が低下するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、高炉スラグ粉末を多く含む（例えば、３０～７５質量％）場合であっても、強度発現性（特に、材齢２８日）、及び流動性に優れたセメント組成物を提供することである。
そこで、本発明の目的は、高炉スラグ粉末を多く含む（例えば、３０～７５質量％）場合であっても、強度発現性（特に、材齢２８日）、及び流動性に優れたセメント組成物を提供することである。
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、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．８８～２．００である普通ポルトランドセメントクリンカー粉末と、石膏と、ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であるフライアッシュと、高炉スラグ粉末を含み、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合が特定の数値範囲内であり、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末の各割合が特定の数値範囲内であるセメント組成物によれば、上記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］～［４］を提供するものである。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［４］を提供するものである。
［１］ 鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．８８～２．００である普通ポルトランドセメントクリンカー粉末と、石膏と、ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であるフライアッシュと、高炉スラグ粉末を含むセメント組成物であって、上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、上記石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合が、１．０～３．０質量％であり、上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、上記石膏の量（ＳＯ３換算）、上記フライアッシュの量、及び上記高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュの割合が１．０～１０．０質量％、高炉スラグ粉末の割合が３０～７５質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００～２．２０で、かつ、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が２．４０を超え、２．６０以下のものである前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ セメント組成物中の塩素の含有率が、０．０２質量％未満である前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］ 前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント組成物と、水を含む水硬性組成物。
［２］ 上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００～２．２０で、かつ、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が２．４０を超え、２．６０以下のものである前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ セメント組成物中の塩素の含有率が、０．０２質量％未満である前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］ 前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント組成物と、水を含む水硬性組成物。
本発明のセメント組成物は、高炉スラグ粉末を多く含む（例えば、３０～７５質量％）場合であっても、強度発現性（特に、材齢２８日）、及び流動性に優れたものである。
本発明のセメント組成物は、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．８８～２．００である普通ポルトランドセメントクリンカー粉末と、石膏と、ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であるフライアッシュと、高炉スラグ粉末を含むセメント組成物であって、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合が、１．０～３．０質量％であり、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュの割合が１．０～１０．０質量％、高炉スラグ粉末の割合が３０～７５質量％であるものである。
なお、本明細書において、セメント組成物とは、水、骨材及び減水剤を含まないセメント含有粉末またはそれに由来する物（水を含む混練物中の上記粉末の由来物、または、その硬化物）をいう。また、水硬性組成物とは、セメント組成物と水を含む硬化性組成物であって、水硬性組成物の硬化前の形態および硬化後の形態を包含するものである。水硬性組成物の例としては、ペースト、モルタル、及びコンクリートが挙げられる。
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において、セメント組成物とは、水、骨材及び減水剤を含まないセメント含有粉末またはそれに由来する物（水を含む混練物中の上記粉末の由来物、または、その硬化物）をいう。また、水硬性組成物とは、セメント組成物と水を含む硬化性組成物であって、水硬性組成物の硬化前の形態および硬化後の形態を包含するものである。水硬性組成物の例としては、ペースト、モルタル、及びコンクリートが挙げられる。
以下、本発明を詳細に説明する。
１．セメント組成物の構成材料
（１）普通ポルトランドセメントクリンカー粉末
本発明で使用する普通ポルトランドセメントクリンカー粉末（以下、単に「セメントクリンカー」ともいう。）は、普通ポルトランドセメントクリンカーを粉砕することによって得ることができる。セメントクリンカーの鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、１．８８～２．００、好ましくは１．９０～１．９９、より好ましくは１．９１～１．９８である。鉄率が１．８８未満であると、セメント組成物の強度発現性が低下する。鉄率が２．００を超えると、セメント組成物の流動性が低下する。
（１）普通ポルトランドセメントクリンカー粉末
本発明で使用する普通ポルトランドセメントクリンカー粉末（以下、単に「セメントクリンカー」ともいう。）は、普通ポルトランドセメントクリンカーを粉砕することによって得ることができる。セメントクリンカーの鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、１．８８～２．００、好ましくは１．９０～１．９９、より好ましくは１．９１～１．９８である。鉄率が１．８８未満であると、セメント組成物の強度発現性が低下する。鉄率が２．００を超えると、セメント組成物の流動性が低下する。
セメントクリンカーの水硬率（Ｈ．Ｍ．）は、セメントクリンカーの製造の容易性や、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは２．００～２．２０、より好ましくは２．０２～２．１８、特に好ましくは２．０５～２．１５である。
セメントクリンカーのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）は、セメントクリンカーの製造の容易性や、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは２．４０を超え、２．６０以下、より好ましくは２．４４～２．５８、特に好ましくは２．４８～２．５５である。
セメントクリンカーのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）は、セメントクリンカーの製造の容易性や、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは２．４０を超え、２．６０以下、より好ましくは２．４４～２．５８、特に好ましくは２．４８～２．５５である。
セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した３ＣａＯ・ＳｉＯ2（エーライト；以下、「Ｃ３Ｓ」）ともいう。）の含有率は、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、好ましくは５３．０～５８．０質量％、より好ましくは５３．５～５７．５質量％、特に好ましくは５４．０～５７．０質量％である。
また、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した２ＣａＯ・ＳｉＯ2（ビーライト；以下、「Ｃ２Ｓ」ともいう。）の含有率は、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、好ましくは２０．０～２４．０質量％、より好ましくは２０．５～２３．５質量％、特に好ましくは２１．０～２３．０質量％である。
また、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（アルミネート相；以下、「Ｃ３Ａ」ともいう。）の含有率は、セメント組成物の流動性や強度発現性の観点から、好ましくは８．５～１０．０質量％、より好ましくは８．７～９．８質量％、特に好ましくは８．８～９．４質量％である。
さらに、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（フェライト相；以下、「Ｃ４ＡＦ」ともいう。）の含有率は、好ましくは９．５～１１．５質量％、より好ましくは９．７～１１．０質量％、特に好ましくは１０．０～１０．８質量％である。
また、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した２ＣａＯ・ＳｉＯ2（ビーライト；以下、「Ｃ２Ｓ」ともいう。）の含有率は、セメント組成物の流動性、強度発現性の観点から、好ましくは２０．０～２４．０質量％、より好ましくは２０．５～２３．５質量％、特に好ましくは２１．０～２３．０質量％である。
また、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（アルミネート相；以下、「Ｃ３Ａ」ともいう。）の含有率は、セメント組成物の流動性や強度発現性の観点から、好ましくは８．５～１０．０質量％、より好ましくは８．７～９．８質量％、特に好ましくは８．８～９．４質量％である。
さらに、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出した４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（フェライト相；以下、「Ｃ４ＡＦ」ともいう。）の含有率は、好ましくは９．５～１１．５質量％、より好ましくは９．７～１１．０質量％、特に好ましくは１０．０～１０．８質量％である。
また、セメントクリンカーの、ボーグ式を用いて算出したＣ３ＳとＣ２Ｓの質量比（Ｃ３Ｓ／Ｃ２Ｓ）は、好ましくは４．０以下、より好ましくは２．０～３．０、さらに好ましくは２．１～２．９、特に好ましくは２．２～２．８である。該比が４．０以下であれば、セメントクリンカーの製造の容易性がより向上し、セメント組成物の強度発現性がより向上する。
なお、本明細書中、セメントクリンカー中のＣ3Ｓ、Ｃ2Ｓ、Ｃ3Ａ、Ｃ4ＡＦの各含有率は、セメントクリンカー全量（１００質量％）中の割合として、セメントクリンカー原料やセメントクリンカー（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％）
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％）
セメントクリンカーのフリーライムの含有率は、好ましくは０．８質量％以下、より好ましくは０．０５～０．７質量％、特に好ましくは０．１～０．６質量％である。該含有率が０．８質量％以下であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。
セメントクリンカーの原料としては、石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ原料や、珪石、粘土等のＳｉＯ２原料や、粘土等のＡｌ2Ｏ3原料や、鉄滓、鉄ケーキ等のＦｅ2Ｏ3原料等を使用することができる。
なお、本発明においては、セメントクリンカーの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。セメントクリンカーの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び発生土から選ばれる一種以上を使用することは、廃棄物の有効利用を促進させる観点から好ましい。
ここで、産業廃棄物とは、事業活動に伴って生じた廃棄物（ただし、後述する「発生土」を除く。）をいう。産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。
一般廃棄物とは、産業廃棄物以外の廃棄物（ただし、後述する「発生土」を除く。）をいう。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。
発生土とは、建設工事に伴い副次的に発生する土砂（例えば、地盤の掘削により生じるボーリング廃土）や汚泥（建設汚泥；例えば、地盤改良工事で生じる、セメントミルクと掘削土の混合物）をいう。
なお、本発明においては、セメントクリンカーの原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。セメントクリンカーの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び発生土から選ばれる一種以上を使用することは、廃棄物の有効利用を促進させる観点から好ましい。
ここで、産業廃棄物とは、事業活動に伴って生じた廃棄物（ただし、後述する「発生土」を除く。）をいう。産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。
一般廃棄物とは、産業廃棄物以外の廃棄物（ただし、後述する「発生土」を除く。）をいう。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。
発生土とは、建設工事に伴い副次的に発生する土砂（例えば、地盤の掘削により生じるボーリング廃土）や汚泥（建設汚泥；例えば、地盤改良工事で生じる、セメントミルクと掘削土の混合物）をいう。
本発明で使用する普通ポルトランドセメントクリンカーは、上述した原料を、所望の水硬率、ケイ酸率、鉄率となるように混合した後、好ましくは１，３５０～１，５５０℃（より好ましくは１，４００～１，５００℃）で焼成することで製造される。
各原料を混合する方法は、特に限定されるものではなく、慣用の混合装置等を用いて行えばよい。
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を用いればよい。なお、ロータリーキルンを用いて焼成する場合、燃料代替廃棄物（例えば、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。
各原料を混合する方法は、特に限定されるものではなく、慣用の混合装置等を用いて行えばよい。
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を用いればよい。なお、ロータリーキルンを用いて焼成する場合、燃料代替廃棄物（例えば、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。
焼成によって得られた普通ポルトランドセメントクリンカー（塊状物）を、ボールミル等の慣用の粉砕装置を用いて粉砕することで、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末（粉砕物）を得ることができる。該粉末のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性、及び強度発現性、さらには粉砕のコスト低減の観点から、好ましくは２，５００～３，４００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，６００～３，３００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは２，７００～３，２００ｃｍ２／ｇである。
（２）石膏
本発明で使用する石膏としては、例えば、二水石膏、半水石膏、および無水石膏等が挙げられる。石膏は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、セメント組成物の流動性および強度発現性の観点から、二水石膏と半水石膏の混合物を用いることが好ましい。二水石膏と半水石膏の合計１００質量％中の半水石膏の割合は、セメント組成物の流動性および強度発現性の観点から、ＳＯ３換算で、好ましくは１０～９５質量％、より好ましくは２０～９０質量％、特に好ましくは３０～８５質量％である。
また、石膏のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは５，０００～１５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは６，０００～１４，０００ｃｍ２／ｇである。
本発明で使用する石膏としては、例えば、二水石膏、半水石膏、および無水石膏等が挙げられる。石膏は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、セメント組成物の流動性および強度発現性の観点から、二水石膏と半水石膏の混合物を用いることが好ましい。二水石膏と半水石膏の合計１００質量％中の半水石膏の割合は、セメント組成物の流動性および強度発現性の観点から、ＳＯ３換算で、好ましくは１０～９５質量％、より好ましくは２０～９０質量％、特に好ましくは３０～８５質量％である。
また、石膏のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは５，０００～１５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは６，０００～１４，０００ｃｍ２／ｇである。
（３）フライアッシュ
本発明で使用するフライアッシュのブレーン比表面積は、２，５００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは２，７００～６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００～５，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，１００～４，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，２００～３，８００ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
本発明で使用するフライアッシュのブレーン比表面積は、２，５００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは２，７００～６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００～５，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，１００～４，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，２００～３，８００ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
（４）高炉スラグ粉末
本発明で使用する高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは３，０００～６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～５，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。
本発明で使用する高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは３，０００～６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～５，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。
２．セメント組成物の組成（構成材料の配合）及び製造方法
（１）各材料の割合
本発明のセメント組成物において、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合は、１．０～３．０質量％、好ましくは１．１～２．５質量％、より好ましくは１．２～２．２質量％である。該割合が１．０質量％未満であると、セメント組成物の流動性が低下する。該割合が３．０質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
また、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、全ＳＯ３量の割合は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは１．５～３．５質量％、より好ましくは１．７～３．０質量％である。
（１）各材料の割合
本発明のセメント組成物において、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合は、１．０～３．０質量％、好ましくは１．１～２．５質量％、より好ましくは１．２～２．２質量％である。該割合が１．０質量％未満であると、セメント組成物の流動性が低下する。該割合が３．０質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
また、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、全ＳＯ３量の割合は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは１．５～３．５質量％、より好ましくは１．７～３．０質量％である。
本発明のセメント組成物において、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュの割合は、１．０～１０．０質量％、好ましくは１．５～９．０質量％、より好ましくは２．０～８．５質量％、特に好ましくは２．５～７．０質量％である。該割合が上記数値範囲内であると、セメント組成物の材齢２８日における強度発現性が向上する。また、フライアッシュの割合が１．０質量％以上であれば、フライアッシュの使用量を増大させて、石炭火力発電所から発生するフライアッシュの有効活用を促進することができる。
本発明のセメント組成物において、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、高炉スラグ粉末の割合は、３０～７５質量％、好ましくは４０～７３質量％、より好ましくは４５～７１質量％である。該割合が３０質量％未満であると、セメント組成物の流動性が低下する。また、高炉スラグ粉末の有効活用を促進する観点から好ましくない。該割合が７５質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
また、本発明のセメント組成物中の塩素の含有率は、当該セメント組成物を含む水硬性組成物の作業性の観点から、好ましくは０．０２質量％未満、より好ましくは０．００５～０．０１９質量％、特に好ましくは０．００７～０．０１８質量％である。
本発明のセメント組成物は、上述した普通ポルトランドセメントクリンカー粉末、石膏、フライアッシュ、及び高炉スラグ粉末の他に、必要に応じて、石灰石粉末と珪石粉末の中から選ばれる少なくとも１種を、セメントクリンカー１００質量部に対して、５．５質量部以下の量で含んでいてもよい。
本発明のセメント組成物は、上述した普通ポルトランドセメントクリンカー粉末、石膏、フライアッシュ、及び高炉スラグ粉末の他に、必要に応じて、石灰石粉末と珪石粉末の中から選ばれる少なくとも１種を、セメントクリンカー１００質量部に対して、５．５質量部以下の量で含んでいてもよい。
（２）セメント組成物の製造方法
本発明のセメント組成物の製造方法としては、例えば、以下の（ａ）～（ｂ）の方法が挙げられる。
（ａ）普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏を同時に粉砕し、次いで、フライアッシュと高炉スラグ粉末を添加して混合する方法
該方法において、普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏の粉砕は、粉砕物のブレーン比表面積が、好ましくは３，０００～３，４００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，１００～３，３５０ｃｍ２／ｇとなるまで行うことが好ましい。
（ｂ）普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏と高炉スラグを同時に粉砕し、次いで、フライアッシュを添加して混合する方法
該方法において、普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏と高炉スラグの粉砕は、粉砕物のブレーン比表面積が、好ましくは３，０００～３，４００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，１００～３，３５０ｃｍ２／ｇとなるまで行うことが好ましい。
本発明のセメント組成物の製造方法としては、例えば、以下の（ａ）～（ｂ）の方法が挙げられる。
（ａ）普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏を同時に粉砕し、次いで、フライアッシュと高炉スラグ粉末を添加して混合する方法
該方法において、普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏の粉砕は、粉砕物のブレーン比表面積が、好ましくは３，０００～３，４００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，１００～３，３５０ｃｍ２／ｇとなるまで行うことが好ましい。
（ｂ）普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏と高炉スラグを同時に粉砕し、次いで、フライアッシュを添加して混合する方法
該方法において、普通ポルトランドセメントクリンカーと石膏と高炉スラグの粉砕は、粉砕物のブレーン比表面積が、好ましくは３，０００～３，４００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，１００～３，３５０ｃｍ２／ｇとなるまで行うことが好ましい。
本発明のセメント組成物は、水、及び、必要に応じて配合される他の材料（例えば、細骨材、粗骨材、セメント分散剤等）と混合されることによって、水硬性組成物（具体的には、ペースト、モルタル、又はコンクリート）として使用される。
セメント分散剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、又はポリカルボン酸系等の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。
本発明のセメント組成物を、モルタル又はコンクリートとして使用する場合には、骨材として、モルタルやコンクリートの製造に使用される通常の細骨材（例えば、川砂、陸砂、砕砂等）や粗骨材（例えば、川砂利、山砂利、砕石等）を使用することができる。また、骨材の一部または全部として、溶融スラグ（例えば、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、及び下水汚泥焼却灰から選ばれる一種以上を溶融して製造されたもの）、高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、コンクリート廃材等の廃棄物を使用することもできる。
なお、必要に応じて、本発明の目的に支障のない範囲内で、空気連行剤、消泡剤等の混和剤を使用してもよい。
セメント分散剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、又はポリカルボン酸系等の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。
本発明のセメント組成物を、モルタル又はコンクリートとして使用する場合には、骨材として、モルタルやコンクリートの製造に使用される通常の細骨材（例えば、川砂、陸砂、砕砂等）や粗骨材（例えば、川砂利、山砂利、砕石等）を使用することができる。また、骨材の一部または全部として、溶融スラグ（例えば、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、及び下水汚泥焼却灰から選ばれる一種以上を溶融して製造されたもの）、高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカーアッシュ、廃レンガ、コンクリート廃材等の廃棄物を使用することもできる。
なお、必要に応じて、本発明の目的に支障のない範囲内で、空気連行剤、消泡剤等の混和剤を使用してもよい。
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。
［普通ポルトランドセメントクリンカーＡ～Ｅの製造］
下水汚泥、石炭灰、発生土等と、石灰石等の一般的なポルトランドセメントクリンカーの原料を用いて、得られる普通ポルトランドセメントクリンカー（Ａ～Ｅ）の水硬率（Ｈ．Ｍ．）、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）、及び鉄率（Ｉ．Ｍ．）が、表１に示す値となるように、セメント組成物の原料を調製した。調製した原料を、ロータリーキルンを用いて、１，４５０℃で焼成して、塊状物である普通ポルトランドセメントクリンカーＡ～Ｅを得た。
［普通ポルトランドセメントクリンカーＡ～Ｅの製造］
下水汚泥、石炭灰、発生土等と、石灰石等の一般的なポルトランドセメントクリンカーの原料を用いて、得られる普通ポルトランドセメントクリンカー（Ａ～Ｅ）の水硬率（Ｈ．Ｍ．）、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）、及び鉄率（Ｉ．Ｍ．）が、表１に示す値となるように、セメント組成物の原料を調製した。調製した原料を、ロータリーキルンを用いて、１，４５０℃で焼成して、塊状物である普通ポルトランドセメントクリンカーＡ～Ｅを得た。
普通ポルトランドセメントクリンカーＡ～Ｅの製造で使用したもの以外の使用材料を以下に示す。
（１）フライアッシュ：ブレーン比表面積３，４１０ｃｍ２／ｇ
（２）二水石膏：排脱二水石膏（粒径０．０１～２ｍｍ程度）
（３）高炉スラグ粉末：ブレーン比表面積４，８００ｃｍ２／ｇ
（４）細骨材：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に定める標準砂
（５）減水剤Ａ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８Ｎ」
（６）減水剤Ｂ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤、花王社製、商品名「マイティ１５０」
（７）消泡剤：非イオン界面活性剤、日華化学社製、商品名「フォームレックス７４７」（８）水：水道水
（１）フライアッシュ：ブレーン比表面積３，４１０ｃｍ２／ｇ
（２）二水石膏：排脱二水石膏（粒径０．０１～２ｍｍ程度）
（３）高炉スラグ粉末：ブレーン比表面積４，８００ｃｍ２／ｇ
（４）細骨材：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に定める標準砂
（５）減水剤Ａ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８Ｎ」
（６）減水剤Ｂ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤、花王社製、商品名「マイティ１５０」
（７）消泡剤：非イオン界面活性剤、日華化学社製、商品名「フォームレックス７４７」（８）水：水道水
［実施例１～９、比較例１～５］
表２に示す種類の普通ポルトランドセメントクリンカー（表３中、「クリンカー」と示す。）と、排脱二水石膏（表３中、「石膏」と示す。）を、実機ボールミル（粉砕能力：１３０トン／時）に投入した後、これらを同時に粉砕して、粉砕物を得た。
得られた粉砕物に、表２に示す割合のフライアッシュ及び高炉スラグ粉末を添加した後、混合して、セメント組成物１～１４を製造した。
なお、表２中、「全ＳＯ３」（質量％）は、普通ポルトランドセメントクリンカーの量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、全ＳＯ３の量の割合を示す。「石膏」（質量％）は、普通ポルトランドセメントクリンカーの量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合を示す。粉砕物中の二水石膏の量と半水石膏の量の合計１００質量％中の半水石膏の割合は、ＳＯ３換算で３０～５０質量％であった。
また、表２中、「フライアッシュ」（質量％）及び「高炉スラグ粉末」（質量％）は、各々、普通ポルトランドセメントクリンカーの量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュの量の割合、及び、高炉スラグ粉末の量の割合を示す。
さらに、セメント組成物１～１４の製造における、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末を添加する前の粉砕物のブレーン比表面積を表２に示す。
表２に示す種類の普通ポルトランドセメントクリンカー（表３中、「クリンカー」と示す。）と、排脱二水石膏（表３中、「石膏」と示す。）を、実機ボールミル（粉砕能力：１３０トン／時）に投入した後、これらを同時に粉砕して、粉砕物を得た。
得られた粉砕物に、表２に示す割合のフライアッシュ及び高炉スラグ粉末を添加した後、混合して、セメント組成物１～１４を製造した。
なお、表２中、「全ＳＯ３」（質量％）は、普通ポルトランドセメントクリンカーの量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、全ＳＯ３の量の割合を示す。「石膏」（質量％）は、普通ポルトランドセメントクリンカーの量と、石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合を示す。粉砕物中の二水石膏の量と半水石膏の量の合計１００質量％中の半水石膏の割合は、ＳＯ３換算で３０～５０質量％であった。
また、表２中、「フライアッシュ」（質量％）及び「高炉スラグ粉末」（質量％）は、各々、普通ポルトランドセメントクリンカーの量、石膏の量（ＳＯ３換算）、フライアッシュの量、及び高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、フライアッシュの量の割合、及び、高炉スラグ粉末の量の割合を示す。
さらに、セメント組成物１～１４の製造における、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末を添加する前の粉砕物のブレーン比表面積を表２に示す。
［比較例６］
普通ポルトランドセメントクリンカーＥと排脱二水石膏を、実機ボールミル（粉砕能力：１３０トン／時）に投入した後、これらを同時に粉砕して、ブレーン比表面積が３，２８０ｃｍ２／ｇであるセメント組成物１５を得た。
なお、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の全ＳＯ３の量の割合は、２．２質量％であった。また、セメント組成物１５中の二水石膏の量と半水石膏の量の合計１００質量％中の半水石膏の量の割合は、ＳＯ３換算で４５質量％であった。
なお、セメント組成物１５は、市販されている普通ポルトランドセメントに相当するものである。
［参考例１］
セメント組成物１５と高炉スラグ粉末を混合して、セメント組成物１６を製造した。セメント組成物１６（１００質量％）中、セメント組成物１５の割合は６０質量％であり、高炉スラグ粉末の割合は４０質量％であった。
なお、セメント組成物１６は、市販されている高炉セメントＢ種に相当するものである。
普通ポルトランドセメントクリンカーＥと排脱二水石膏を、実機ボールミル（粉砕能力：１３０トン／時）に投入した後、これらを同時に粉砕して、ブレーン比表面積が３，２８０ｃｍ２／ｇであるセメント組成物１５を得た。
なお、普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の全ＳＯ３の量の割合は、２．２質量％であった。また、セメント組成物１５中の二水石膏の量と半水石膏の量の合計１００質量％中の半水石膏の量の割合は、ＳＯ３換算で４５質量％であった。
なお、セメント組成物１５は、市販されている普通ポルトランドセメントに相当するものである。
［参考例１］
セメント組成物１５と高炉スラグ粉末を混合して、セメント組成物１６を製造した。セメント組成物１６（１００質量％）中、セメント組成物１５の割合は６０質量％であり、高炉スラグ粉末の割合は４０質量％であった。
なお、セメント組成物１６は、市販されている高炉セメントＢ種に相当するものである。
セメント組成物１～１６中の塩素の含有率は、０．０１～０．０１２質量％であった。
セメント組成物１～１６において、セメント組成物中の石膏のブレーン比表面積は、８，０００～１２，０００ｃｍ２／ｇであった。
なお、セメント組成物中の特定の材料（石膏）のブレーン比表面積は、セメント組成物を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、セメント組成物中の材料の粒子を特定し、該粒子の平均粒径を求めた後、該平均粒径から推定することができる。
セメント組成物１～１６において、セメント組成物中の石膏のブレーン比表面積は、８，０００～１２，０００ｃｍ２／ｇであった。
なお、セメント組成物中の特定の材料（石膏）のブレーン比表面積は、セメント組成物を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、セメント組成物中の材料の粒子を特定し、該粒子の平均粒径を求めた後、該平均粒径から推定することができる。
セメント組成物１～１６について、以下の評価を行った。結果を表３に示す。
（１）モルタルフローの測定
水とセメント組成物の質量比（水／セメント組成物）が０．３、細骨材とセメント組成物の質量比（細骨材／セメント組成物）が１．４、消泡剤とセメント組成物の質量比（消泡剤／セメント組成物）が０．００１となる量、及び、表３に示す種類の減水剤を、減水剤Ａとセメント組成物の質量比（減水剤Ａ／セメント組成物）が０．００６５、又は、減水剤Ｂとセメント組成物の質量比（減水剤Ｂ／セメント組成物）が０．０１２となる量で、セメント組成物等のこれら材料を混合して、モルタルを調製した。これら材料の混練は、ホバートミキサーを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠（ただし、混練時間は、ここに記載されている時間よりも２分間長いものとした。）して行った。なお、混練に際して、減水剤と消泡剤は水と同時にミキサーに投入した。
得られたモルタルについて、「ＪＩＳ Ａ １１７１（ポリマーセメントモルタルの試験方法）」に記載されたスランプコーンを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」のフロー試験に準拠して、混練直後のモルタルフロー値を、１５回の落下運動を行わないで測定した。
（２）モルタル圧縮強さの測定
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して、材齢３日、７日、２８日の各時点における、モルタル圧縮強さを測定した。
（１）モルタルフローの測定
水とセメント組成物の質量比（水／セメント組成物）が０．３、細骨材とセメント組成物の質量比（細骨材／セメント組成物）が１．４、消泡剤とセメント組成物の質量比（消泡剤／セメント組成物）が０．００１となる量、及び、表３に示す種類の減水剤を、減水剤Ａとセメント組成物の質量比（減水剤Ａ／セメント組成物）が０．００６５、又は、減水剤Ｂとセメント組成物の質量比（減水剤Ｂ／セメント組成物）が０．０１２となる量で、セメント組成物等のこれら材料を混合して、モルタルを調製した。これら材料の混練は、ホバートミキサーを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠（ただし、混練時間は、ここに記載されている時間よりも２分間長いものとした。）して行った。なお、混練に際して、減水剤と消泡剤は水と同時にミキサーに投入した。
得られたモルタルについて、「ＪＩＳ Ａ １１７１（ポリマーセメントモルタルの試験方法）」に記載されたスランプコーンを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」のフロー試験に準拠して、混練直後のモルタルフロー値を、１５回の落下運動を行わないで測定した。
（２）モルタル圧縮強さの測定
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して、材齢３日、７日、２８日の各時点における、モルタル圧縮強さを測定した。
表３から、本発明のセメント組成物（実施例１～９）は、モルタルフローおよびモルタル圧縮強さ（特に、材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ）が大きいことがわかる。
具体的には、実施例１、３、４、５及び８（高炉スラグ粉末を５０質量％で含むもの）と、比較例６（高炉スラグ粉末を使用していないもの）を比較すると、上記実施例（１、３、４、５及び８）の材齢３日、７日におけるモルタル圧縮強さ（３日：２３．３～２４．３Ｎ／ｍｍ２、７日：４０．７～４１．４Ｎ／ｍｍ２）は、比較例６の材齢３日、７日におけるモルタル圧縮強さ（３日：２５．３Ｎ／ｍｍ２、７日：４２．８Ｎ／ｍｍ２）とほぼ同等であり、上記実施例の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６４．２～６５．９Ｎ／ｍｍ２）は、比較例６の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６１．７Ｎ／ｍｍ２）よりも大きいことがわかる。また、上記実施例のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：３１２～３２５ｍｍ、３０分後：１５７～１６９ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：４０９～４２６ｍｍ、３０分後：２４３～２５２ｍｍ）は、比較例６のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：２５２ｍｍ、３０分後：１４３ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：２６０ｍｍ、３０分後：１８１ｍｍ）よりも大きいことがわかる。
具体的には、実施例１、３、４、５及び８（高炉スラグ粉末を５０質量％で含むもの）と、比較例６（高炉スラグ粉末を使用していないもの）を比較すると、上記実施例（１、３、４、５及び８）の材齢３日、７日におけるモルタル圧縮強さ（３日：２３．３～２４．３Ｎ／ｍｍ２、７日：４０．７～４１．４Ｎ／ｍｍ２）は、比較例６の材齢３日、７日におけるモルタル圧縮強さ（３日：２５．３Ｎ／ｍｍ２、７日：４２．８Ｎ／ｍｍ２）とほぼ同等であり、上記実施例の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６４．２～６５．９Ｎ／ｍｍ２）は、比較例６の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６１．７Ｎ／ｍｍ２）よりも大きいことがわかる。また、上記実施例のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：３１２～３２５ｍｍ、３０分後：１５７～１６９ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：４０９～４２６ｍｍ、３０分後：２４３～２５２ｍｍ）は、比較例６のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：２５２ｍｍ、３０分後：１４３ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：２６０ｍｍ、３０分後：１８１ｍｍ）よりも大きいことがわかる。
実施例６、７、及び９（高炉スラグ粉末を７０質量％で含むもの）と、比較例６（高炉スラグ粉末を使用していないもの）を比較すると、上記実施例（６、７及び９）の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６０．８～６１．７Ｎ／ｍｍ２）は、比較例６の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６１．７Ｎ／ｍｍ２）と同等である。また、上記実施例のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：３５２～３８３ｍｍ、３０分後：１７７～１９１ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：４６２～４９０ｍｍ、３０分後：２８０～２９２ｍｍ）は、比較例６のモルタルフロー（減水剤Ａを使用した場合；直後：２５２ｍｍ、３０分後：１４３ｍｍ、減水剤Ｂを使用した場合；直後：２６０ｍｍ、３０分後：１８１ｍｍ）よりも大きいことがわかる。
実施例６及び９と、比較例１（鉄率が１．８２である普通ポルトランドセメントクリンカーＣを使用した以外は、実施例６及び９とほぼ同じ条件で製造したもの）と、比較例２（鉄率が２．１０である普通ポルトランドセメントクリンカーＤを使用した以外は、実施例６及び９とほぼ同じ条件で製造したもの）を比較すると、上記実施例（６及び９）の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６０．９～６１．７Ｎ／ｍｍ２）は、比較例１、比較例２の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（５５．７～５９．０Ｎ／ｍｍ２）よりも大きいことがわかる。
実施例６、７及び９と、比較例３（フライアッシュを含まない以外は、実施例６、７、及び９とほぼ同じ条件で製造したもの）、比較例４（フライアッシュを１４．０質量％の割合で含む以外は、実施例６、７、及び９とほぼ同じ条件で製造したもの）及び比較例５（高炉スラグ粉末を８０質量％の割合で含む以外は、実施例６と同じ条件で製造したもの）を比較すると、上記実施例（６、７及び９）の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（６０．８～６１．７Ｎ／ｍｍ２）は、比較例３～５の材齢２８日におけるモルタル圧縮強さ（４８．６～５６．６Ｎ／ｍ２）よりも大きいことがわかる。
Claims (4)
- 鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．８８～２．００である普通ポルトランドセメントクリンカー粉末と、石膏と、ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であるフライアッシュと、高炉スラグ粉末を含むセメント組成物であって、
上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量と、上記石膏の量（ＳＯ３換算）の合計１００質量％中の、石膏の量（ＳＯ３換算）の割合が、１．０～３．０質量％であり、
上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末の量、上記石膏の量（ＳＯ３換算）、上記フライアッシュの量、及び上記高炉スラグ粉末の量の合計１００質量％中、上記フライアッシュの割合が１．５～８．５質量％、上記高炉スラグ粉末の割合が４５～７５質量％であることを特徴とするセメント組成物。 - 上記普通ポルトランドセメントクリンカー粉末は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．００～２．２０で、かつ、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が２．４０を超え、２．６０以下のものである請求項１に記載のセメント組成物。
- セメント組成物中の塩素の含有率が、０．０２質量％未満である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載のセメント組成物と、水を含む水硬性組成物。
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