JP7299120B2 - セメント粉末組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セメント粉末組成物の製造方法に関する。
近年のセメント製造分野では、二酸化炭素の排出の削減と、廃棄物や産業副産物の再資源化が重要課題になっている。
特許文献１に、コンクリート廃材を、粉砕し、粗骨材を除去して得た粉粒体を、二酸化炭素を１％以上含むガスに接触させることを特徴とするセメント用混和材の製造方法が、記載されている。また、特許文献１に、該製造方法において、セメント製造工場等から排出されるガスを用いることは、二酸化炭素の排出の抑制の点で望ましいことが記載されている。
特許文献２に、炭酸化が確認されたコンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末が、脱水処理された低含水または無水シリカゲルを含有することを特徴とする廃コンクリート微粉末を用いたセメント組成物が、記載されている。
特許文献１に、コンクリート廃材を、粉砕し、粗骨材を除去して得た粉粒体を、二酸化炭素を１％以上含むガスに接触させることを特徴とするセメント用混和材の製造方法が、記載されている。また、特許文献１に、該製造方法において、セメント製造工場等から排出されるガスを用いることは、二酸化炭素の排出の抑制の点で望ましいことが記載されている。
特許文献２に、炭酸化が確認されたコンクリート廃材の破砕処理により再生骨材とともに得られた微粉末が、脱水処理された低含水または無水シリカゲルを含有することを特徴とする廃コンクリート微粉末を用いたセメント組成物が、記載されている。
本発明の目的は、炭酸化したカルシウム含有粉末を含むにもかかわらず、優れた強度発現性（例えば、モルタル圧縮強さの強度発現性）を有するセメント粉末組成物の製造方法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、炭酸化したカルシウム含有粉末を、特定の方法で得た後に、この炭酸化したカルシウム含有粉末を、セメントクリンカー等を粉砕してセメントを得る手段である仕上げミル内に投入して、セメント粉末組成物の原料の一つとして用いることによって、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、以下の［１］～［６］を提供するものである。
［１］ セメントクリンカー粉末、石膏粉末、及び、炭酸化したカルシウム含有粉末を含むセメント粉末組成物を製造するための方法であって、炭酸化前の上記カルシウム含有粉末及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る炭酸化工程と、セメント製造用の仕上げミルの中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上記炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、上記セメント粉末組成物を得る粉砕工程、を含むことを特徴とするセメント粉末組成物の製造方法。
［２］ 上記カルシウム含有粉末が、セメント、高炉スラグ微粉末、塩素バイパスダスト、及び、コンクリート粉砕物の中から選ばれる一種以上からなる、上記［１］に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［３］ 上記二酸化炭素含有ガスが、セメント工場、石炭火力発電所、ガス火力発電所、石油火力発電所、製鉄工場、石油化学コンビナート、製油工場、または製紙工場から排出される、二酸化炭素の濃度が５体積％以上の排ガスである、上記［１］又は［２］に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［４］ 上記粉砕工程における上記炭酸化処理されたスラリーの供給量は、上記セメント粉末組成物中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．０１質量％以上になる量である、上記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［５］ 上記粉砕工程において、上記仕上げミルの一端部である原料投入口に、上記セメントクリンカー及び上記石膏を供給し、上記仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、上記セメント粉末組成物を排出し、上記原料投入口と上記セメント排出口の中間に位置する一箇所以上のスラリー供給口に、上記炭酸化処理されたスラリーを供給する、上記［１］～［４］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［６］ 上記カルシウム含有粉末中、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が３～５０質量％、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率が６．０質量％以下である前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［１］ セメントクリンカー粉末、石膏粉末、及び、炭酸化したカルシウム含有粉末を含むセメント粉末組成物を製造するための方法であって、炭酸化前の上記カルシウム含有粉末及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る炭酸化工程と、セメント製造用の仕上げミルの中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上記炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、上記セメント粉末組成物を得る粉砕工程、を含むことを特徴とするセメント粉末組成物の製造方法。
［２］ 上記カルシウム含有粉末が、セメント、高炉スラグ微粉末、塩素バイパスダスト、及び、コンクリート粉砕物の中から選ばれる一種以上からなる、上記［１］に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［３］ 上記二酸化炭素含有ガスが、セメント工場、石炭火力発電所、ガス火力発電所、石油火力発電所、製鉄工場、石油化学コンビナート、製油工場、または製紙工場から排出される、二酸化炭素の濃度が５体積％以上の排ガスである、上記［１］又は［２］に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［４］ 上記粉砕工程における上記炭酸化処理されたスラリーの供給量は、上記セメント粉末組成物中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．０１質量％以上になる量である、上記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［５］ 上記粉砕工程において、上記仕上げミルの一端部である原料投入口に、上記セメントクリンカー及び上記石膏を供給し、上記仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、上記セメント粉末組成物を排出し、上記原料投入口と上記セメント排出口の中間に位置する一箇所以上のスラリー供給口に、上記炭酸化処理されたスラリーを供給する、上記［１］～［４］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
［６］ 上記カルシウム含有粉末中、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が３～５０質量％、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率が６．０質量％以下である前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメント粉末組成物の製造方法。
本発明の製造方法で得られるセメント粉末組成物は、炭酸化したカルシウム含有粉末（換言すると、二酸化炭素を吸収したカルシウム含有粉末）を含むにもかかわらず、優れた強度発現性（例えば、モルタル圧縮強さの強度発現性）を有する。
また、本発明によれば、セメント粉末組成物の原料の一つとして、二酸化炭素を吸収したカルシウム含有粉末を用いているため、セメント工場等からの二酸化炭素の排出量を削減することができる。
また、本発明によれば、上記カルシウム含有粉末として、コンクリート粉砕物、高炉スラグ微粉末等の廃棄物由来物を用いることができるので、その分、セメントクリンカーの量を減らすことができ、セメントクリンカーの製造時に発生する二酸化炭素の排出量を削減することができる。また、廃棄物の有効利用を図ることができる。
さらに、セメント工場等から排出される排ガスをそのまま使用することができ、排ガスから二酸化炭素を分離しなくてもよい。
また、本発明によれば、セメント粉末組成物の原料の一つとして、二酸化炭素を吸収したカルシウム含有粉末を用いているため、セメント工場等からの二酸化炭素の排出量を削減することができる。
また、本発明によれば、上記カルシウム含有粉末として、コンクリート粉砕物、高炉スラグ微粉末等の廃棄物由来物を用いることができるので、その分、セメントクリンカーの量を減らすことができ、セメントクリンカーの製造時に発生する二酸化炭素の排出量を削減することができる。また、廃棄物の有効利用を図ることができる。
さらに、セメント工場等から排出される排ガスをそのまま使用することができ、排ガスから二酸化炭素を分離しなくてもよい。
本発明のセメント粉末組成物の製造方法は、セメントクリンカー粉末、石膏粉末、及び、炭酸化したカルシウム含有粉末を含むセメント粉末組成物を製造するための方法であって、炭酸化前の上記カルシウム含有粉末及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る炭酸化工程と、セメント製造用の仕上げミル（本明細書中、「仕上げミル」と略すことがある。）の中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上記炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、上記セメント粉末組成物を得る粉砕工程、を含む。
本明細書中、セメント粉末組成物とは、セメント製造用の仕上げミルから、粉砕物（セメント）として排出されるものを意味する。
本発明のセメント粉末組成物は、炭酸化したカルシウム含有粉末を含む点で、通常のセメント（セメントクリンカー粉末と石膏粉末からなるもの）とは異なる。
以下、本発明について詳しく説明する。
本明細書中、セメント粉末組成物とは、セメント製造用の仕上げミルから、粉砕物（セメント）として排出されるものを意味する。
本発明のセメント粉末組成物は、炭酸化したカルシウム含有粉末を含む点で、通常のセメント（セメントクリンカー粉末と石膏粉末からなるもの）とは異なる。
以下、本発明について詳しく説明する。
［セメント粉末組成物の材料］
本発明のセメント粉末組成物を構成する材料の一つであるセメントクリンカー粉末の例としては、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー、低熱ポルトランドセメントクリンカー等の各種ポルトランドセメントクリンカーの粉末（粉砕物）が挙げられる。中でも、コストや汎用性等の観点から、普通ポルトランドセメントクリンカーの粉末が好ましい。
本発明のセメント粉末組成物を構成する材料の一つである石膏粉末の例としては、二水石膏、半水石膏、無水石膏等の粉末が挙げられる。
本発明のセメント粉末組成物を構成する材料の一つであるセメントクリンカー粉末の例としては、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー、低熱ポルトランドセメントクリンカー等の各種ポルトランドセメントクリンカーの粉末（粉砕物）が挙げられる。中でも、コストや汎用性等の観点から、普通ポルトランドセメントクリンカーの粉末が好ましい。
本発明のセメント粉末組成物を構成する材料の一つである石膏粉末の例としては、二水石膏、半水石膏、無水石膏等の粉末が挙げられる。
本発明のセメント粉末組成物を構成する材料の一つである炭酸化したカルシウム含有粉末の原料として用いられるカルシウム含有粉末（炭酸化前のカルシウム含有粉末）の例としては、セメント、高炉スラグ微粉末、塩素バイパスダスト、コンクリート粉砕物等が挙げられる。
これらカルシウム含有粉末の例示物のうち、セメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、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各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。
高炉スラグ微粉末の例としては、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、水で急冷及び破砕して得られる水砕スラグの粉砕物や、上記溶融状態のスラグを徐冷及び破砕して得られる徐冷スラグの粉砕物等が挙げられる。
これらカルシウム含有粉末の例示物のうち、セメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、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各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。
高炉スラグ微粉末の例としては、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、水で急冷及び破砕して得られる水砕スラグの粉砕物や、上記溶融状態のスラグを徐冷及び破砕して得られる徐冷スラグの粉砕物等が挙げられる。
塩素バイパスダストは、セメントキルンに付設した塩素バイパス装置において、セメントキルンから排出された燃焼ガスの一部を抽気したものから回収されたものである。
コンクリート粉砕物の例としては、コンクリート構造物の解体にともなって発生するコンクリート廃棄物を粉砕したものが挙げられる。
コンクリート粉砕物のブレーン比表面積は、セメント粉末組成物の各種の物性（例えば、強度発現性）のバランスの観点から、好ましくは５００～５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは１，０００～４，０００ｃｍ２／ｇである。
コンクリート粉砕物の例としては、コンクリート構造物の解体にともなって発生するコンクリート廃棄物を粉砕したものが挙げられる。
コンクリート粉砕物のブレーン比表面積は、セメント粉末組成物の各種の物性（例えば、強度発現性）のバランスの観点から、好ましくは５００～５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは１，０００～４，０００ｃｍ２／ｇである。
炭酸化前のカルシウム含有粉末中のＣａＯの含有率は、セメント組成物の強度発現性をより向上させる観点から、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上である。上記含有率の上限値は特に限定されるものではないが、通常、９０質量％（特に、８０質量％）である。
［炭酸化工程］
炭酸化工程は、カルシウム含有粉末（例えば、上述のセメント、高炉スラグ微粉末等から選ばれるもの）及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る工程である。
水１００質量部に対するカルシウム含有粉末の量は、好ましくは０．１～２０質量部、より好ましくは０．５～１５質量部、さらに好ましくは１～１０質量部、特に好ましくは１．５～５質量部である。該量が０．１質量部以上であると、カルシウム含有粉末の炭酸化（二酸化炭素の吸収）を、より促進することができる。該量が２０質量部以下であると、カルシウム含有粉末が液中に均一に分布するスラリーの調製が、より容易となる。
炭酸化工程は、カルシウム含有粉末（例えば、上述のセメント、高炉スラグ微粉末等から選ばれるもの）及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る工程である。
水１００質量部に対するカルシウム含有粉末の量は、好ましくは０．１～２０質量部、より好ましくは０．５～１５質量部、さらに好ましくは１～１０質量部、特に好ましくは１．５～５質量部である。該量が０．１質量部以上であると、カルシウム含有粉末の炭酸化（二酸化炭素の吸収）を、より促進することができる。該量が２０質量部以下であると、カルシウム含有粉末が液中に均一に分布するスラリーの調製が、より容易となる。
二酸化炭素含有ガスの例としては、セメント工場、石炭火力発電所、ガス火力発電所、石油火力発電所、製鉄工場、石油化学コンビナート、製油工場、製紙工場等から排出される排ガスが挙げられる。
二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の濃度は、カルシウム含有粉末の炭酸化の促進の観点から、好ましくは５体積％以上、より好ましくは１０体積％以上、特に好ましくは１５体積％以上である。
二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の濃度の上限値は、特に限定されないが、通常、４０体積％である。
スラリー中に二酸化炭素含有ガスを供給する時間は、好ましくは１～６０分間、より好ましくは３～３０分間、特に好ましくは５～２０分間である。該時間が１分間以上であると、カルシウム含有粉末の炭酸化を、より促進することができる。該時間が６０分間以下であると、本工程（炭酸化工程）をより効率的に行うことができるので、本発明のセメント粉末組成物の製造効率を高めることができる。
二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の濃度は、カルシウム含有粉末の炭酸化の促進の観点から、好ましくは５体積％以上、より好ましくは１０体積％以上、特に好ましくは１５体積％以上である。
二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の濃度の上限値は、特に限定されないが、通常、４０体積％である。
スラリー中に二酸化炭素含有ガスを供給する時間は、好ましくは１～６０分間、より好ましくは３～３０分間、特に好ましくは５～２０分間である。該時間が１分間以上であると、カルシウム含有粉末の炭酸化を、より促進することができる。該時間が６０分間以下であると、本工程（炭酸化工程）をより効率的に行うことができるので、本発明のセメント粉末組成物の製造効率を高めることができる。
二酸化炭素含有ガスの供給量は、炭酸化処理されたスラリーを乾燥させて、炭酸化したカルシウム含有粉末（乾燥した粉末）を得た場合における当該乾燥した粉末中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が１質量％以上になる量であることが、好ましい。該含有率は、二酸化炭素の吸収量をより大きくすることで、二酸化炭素の排出量の削減により貢献することができる観点からは、より好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上、さらに好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは６質量％以上、特に好ましくは７質量％以上である。また、該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは４５質量％以下、さらに好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３８質量％以下、特に好ましくは３５質量％以下である。
また、炭酸化したカルシウム含有粉末（乾燥した粉末）中のＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率は、好ましくは６．０質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下、さらに好ましくは４．０質量％以下、さらに好ましくは３．０質量％以下、さらに好ましくは２．０質量％以下、特に好ましくは１．０質量％以下である。該含有率が６．０質量％以下であれば、セメント粉末組成物の強度発現性をより向上することができる。
また、炭酸化したカルシウム含有粉末（乾燥した粉末）中のＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率は、好ましくは６．０質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下、さらに好ましくは４．０質量％以下、さらに好ましくは３．０質量％以下、さらに好ましくは２．０質量％以下、特に好ましくは１．０質量％以下である。該含有率が６．０質量％以下であれば、セメント粉末組成物の強度発現性をより向上することができる。
［粉砕工程］
粉砕工程は、セメント製造用の仕上げミルの中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上述の炭酸化工程で得られた炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、セメント粉末組成物を得る工程である。
石膏の量は、セメント粉末組成物中のＳＯ３の含有率が１～５質量％になる量であることが、好ましい。該含有率が１質量％以上であると、モルタル等の可使時間をより大きくすることができる。該含有率が５質量％以下であると、モルタル等の強度（例えば、圧縮強さ）をより大きくすることができる。
スラリーの量は、セメント粉末組成物中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．０１質量％以上になる量であることが、好ましい。該含有率は、二酸化炭素の吸収量をより大きくすることで、二酸化炭素の排出量の削減により貢献することができる観点からは、より好ましくは０．１質量％以上、さらに好ましくは０．５質量％以上、さらに好ましくは１質量％以上、特に好ましくは２質量％以上である。また、該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１２質量％以下、さらに好ましくは８質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下、特に好ましくは４質量％以下である。
なお、本発明のセメント粉末組成物をモルタル等の材料として用いる際に、資源の有効活用の観点から、本発明のセメント粉末組成物に、高炉スラグ微粉末、石炭灰（例えば、フライアッシュ）、シリカヒューム、石灰石粉末、セメントキルンダスト等から選ばれる１種以上を添加してもよい。
粉砕工程は、セメント製造用の仕上げミルの中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上述の炭酸化工程で得られた炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、セメント粉末組成物を得る工程である。
石膏の量は、セメント粉末組成物中のＳＯ３の含有率が１～５質量％になる量であることが、好ましい。該含有率が１質量％以上であると、モルタル等の可使時間をより大きくすることができる。該含有率が５質量％以下であると、モルタル等の強度（例えば、圧縮強さ）をより大きくすることができる。
スラリーの量は、セメント粉末組成物中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．０１質量％以上になる量であることが、好ましい。該含有率は、二酸化炭素の吸収量をより大きくすることで、二酸化炭素の排出量の削減により貢献することができる観点からは、より好ましくは０．１質量％以上、さらに好ましくは０．５質量％以上、さらに好ましくは１質量％以上、特に好ましくは２質量％以上である。また、該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１２質量％以下、さらに好ましくは８質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下、特に好ましくは４質量％以下である。
なお、本発明のセメント粉末組成物をモルタル等の材料として用いる際に、資源の有効活用の観点から、本発明のセメント粉末組成物に、高炉スラグ微粉末、石炭灰（例えば、フライアッシュ）、シリカヒューム、石灰石粉末、セメントキルンダスト等から選ばれる１種以上を添加してもよい。
スラリーの量は、本発明の製造の目的物であるセメント粉末組成物中の強熱減量（ｉｇ．ｌｏｓｓ）が１質量％以上になる量であることが、好ましい。該量は、二酸化炭素の吸収量をより大きくすることで、二酸化炭素の排出量の削減により貢献することができる観点からは、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは３．５質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上、特に好ましくは５質量％以上である。また、該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１２質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは８質量％以下、さらに好ましくは６質量％以下、特に好ましくは４質量％以下である。
粉砕工程の好ましい実施形態の一例として、仕上げミルの一端部である原料投入口に、セメントクリンカー及び石膏を供給し、仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、セメント粉末組成物を排出し、原料投入口とセメント排出口の中間に位置する一箇所以上のスラリー供給口に、炭酸化処理されたスラリーを供給することが挙げられる。
スラリー供給口は、例えば、仕上げミルの本体部分である円筒状の周壁部に設けられた複数の孔として形成することができる。
スラリー供給口は、例えば、仕上げミルの本体部分である円筒状の周壁部に設けられた複数の孔として形成することができる。
［セメント粉末組成物の組成］
本発明の製造方法で得られたセメント粉末組成物中の炭酸化したカルシウム含有粉末の含有率は、二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上、特に好ましくは６質量％以上である。該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３２質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以下、特に好ましくは１２質量％以下である。
本発明の製造方法で得られたセメント粉末組成物中の炭酸化したカルシウム含有粉末の含有率は、二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上、特に好ましくは６質量％以上である。該含有率は、セメント粉末組成物の強度発現性の観点からは、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３２質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以下、特に好ましくは１２質量％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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）カルシウム含有粉末ａ：普通ポルトランドセメント（ブレーン比表面積：３，３００ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント社製）
（２）カルシウム含有粉末ｂ：高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積：３，０００ｃｍ２／ｇ）
（３）カルシウム含有粉末ｃ：塩素バイパスダスト
（４）カルシウム含有粉末ｄ：廃コンクリート粉砕物（ブレーン比表面積：２，０００ｃｍ２／ｇ）
（５）セメントクリンカー：普通ポルトランドセメントクリンカー（太平洋セメント社製）
（６）石膏：二水石膏
カルシウム含有粉末ａ～ｄの化学組成を表１に示す。カルシウム含有粉末ａ～ｄは、後述する炭酸化処理前のものである。
［使用材料］
（１）カルシウム含有粉末ａ：普通ポルトランドセメント（ブレーン比表面積：３，３００ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント社製）
（２）カルシウム含有粉末ｂ：高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積：３，０００ｃｍ２／ｇ）
（３）カルシウム含有粉末ｃ：塩素バイパスダスト
（４）カルシウム含有粉末ｄ：廃コンクリート粉砕物（ブレーン比表面積：２，０００ｃｍ２／ｇ）
（５）セメントクリンカー：普通ポルトランドセメントクリンカー（太平洋セメント社製）
（６）石膏：二水石膏
カルシウム含有粉末ａ～ｄの化学組成を表１に示す。カルシウム含有粉末ａ～ｄは、後述する炭酸化処理前のものである。
［スラリーを用いた炭酸化処理（液中の炭酸化処理）］
カルシウム含有粉末ａ～ｄの各々について、カルシウム含有粉末３０ｇと、水１，０００ｇを混合して、スラリーを得た。得られたスラリーが収容されている容器の下部から、セメントキルンの排ガス（二酸化炭素の濃度：２０体積％程度）を、１０分間供給（バブリング）することで、スラリーを炭酸化処理した。
次いで、得られたスラリーを乾燥させて、炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ～Ｄを得た。該粉末の化学組成、及び、該粉末中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。
二酸化炭素由来成分の含有率は、以下の方法で得た。
熱重量示差熱分析装置（ＴＧ－ＤＴＡ；雰囲気ガス：窒素ガス）を用いて、試料（炭酸化したカルシウム含有粉末）を２０℃／分の昇温速度で１，０００℃まで加熱して、減量曲線を得た。この減量曲線における６００～７００℃付近のピークの減量値を求めることによって、炭酸カルシウムを定量した。試料（炭酸化したカルシウム含有粉末）中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率は、定量された炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）中の二酸化炭素（ＣＯ２）の量に基いて算出した値である。
炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ～Ｄの化学組成（強熱減量、ＳｉＯ２等の含有率）及び二酸化炭素由来成分の含有率（表１中の「ＣＯ２」；炭酸化した部分のＣＯ２換算量）を、表１に示す。
また、炭酸化前のカルシウム含有粉末ａ～ｄの化学組成を、表１に示す。
カルシウム含有粉末ａ～ｄの各々について、カルシウム含有粉末３０ｇと、水１，０００ｇを混合して、スラリーを得た。得られたスラリーが収容されている容器の下部から、セメントキルンの排ガス（二酸化炭素の濃度：２０体積％程度）を、１０分間供給（バブリング）することで、スラリーを炭酸化処理した。
次いで、得られたスラリーを乾燥させて、炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ～Ｄを得た。該粉末の化学組成、及び、該粉末中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。
二酸化炭素由来成分の含有率は、以下の方法で得た。
熱重量示差熱分析装置（ＴＧ－ＤＴＡ；雰囲気ガス：窒素ガス）を用いて、試料（炭酸化したカルシウム含有粉末）を２０℃／分の昇温速度で１，０００℃まで加熱して、減量曲線を得た。この減量曲線における６００～７００℃付近のピークの減量値を求めることによって、炭酸カルシウムを定量した。試料（炭酸化したカルシウム含有粉末）中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率は、定量された炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）中の二酸化炭素（ＣＯ２）の量に基いて算出した値である。
炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ～Ｄの化学組成（強熱減量、ＳｉＯ２等の含有率）及び二酸化炭素由来成分の含有率（表１中の「ＣＯ２」；炭酸化した部分のＣＯ２換算量）を、表１に示す。
また、炭酸化前のカルシウム含有粉末ａ～ｄの化学組成を、表１に示す。
［二酸化炭素を高濃度で含む空気を用いた炭酸化処理（気中の炭酸化処理）］
カルシウム含有粉末ａ～ｃの各々について、恒温室（温度：４０℃、相対湿度：８０％、二酸化炭素濃度：１０体積％）内で２４時間、炭酸化処理を行ない、炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ２～Ｃ２を得た。
炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ２～Ｃ２の化学組成及び二酸化炭素由来成分の含有率（表１中の「ＣＯ２」）を、表１に示す。
カルシウム含有粉末ａ～ｃの各々について、恒温室（温度：４０℃、相対湿度：８０％、二酸化炭素濃度：１０体積％）内で２４時間、炭酸化処理を行ない、炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ２～Ｃ２を得た。
炭酸化したカルシウム含有粉末Ａ２～Ｃ２の化学組成及び二酸化炭素由来成分の含有率（表１中の「ＣＯ２」）を、表１に示す。
［実施例１～１６］
仕上げミルの一端部である原料投入口に、普通ポルトランドセメントクリンカー及び石膏（以上、普通ポルトランドセメントの原料）を供給した。また、仕上げミルの原料投入口の後流側に位置する円筒状の周壁部（仕上げミルの本体部分）に設けられた複数の孔（スラリー供給口）に、表２に示す種類及び量（乾燥質量換算）の炭酸化したカルシウム含有粉末を含むスラリーを供給した。仕上げミル内で、普通ポルトランドセメントクリンカー、石膏、及びスラリーを混合及び粉砕して、仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、セメント粉末組成物を排出させた。
得られたセメント粉末組成物について、強熱減量、及び、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。また、得られたセメント粉末組成物について、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、モルタルを調製した後、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さ（表２中、「モルタル圧縮強さ」と表す。）を測定した。
結果を表２に示す。表２中、「二酸化炭素（質量％）」は、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を表す。
仕上げミルの一端部である原料投入口に、普通ポルトランドセメントクリンカー及び石膏（以上、普通ポルトランドセメントの原料）を供給した。また、仕上げミルの原料投入口の後流側に位置する円筒状の周壁部（仕上げミルの本体部分）に設けられた複数の孔（スラリー供給口）に、表２に示す種類及び量（乾燥質量換算）の炭酸化したカルシウム含有粉末を含むスラリーを供給した。仕上げミル内で、普通ポルトランドセメントクリンカー、石膏、及びスラリーを混合及び粉砕して、仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、セメント粉末組成物を排出させた。
得られたセメント粉末組成物について、強熱減量、及び、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。また、得られたセメント粉末組成物について、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、モルタルを調製した後、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さ（表２中、「モルタル圧縮強さ」と表す。）を測定した。
結果を表２に示す。表２中、「二酸化炭素（質量％）」は、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を表す。
［比較例１］
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）について、実施例１と同様にして、モルタルの圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
［比較例２～３］
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）を空気中（温度及び相対湿度を調節していない自然の雰囲気中）で、短期間（４５日間）または長期間（１８０日間）、風化させて、自然風化（換言すると、自然に炭酸化）した普通ポルトランドセメントを得た。
これら２種類の普通ポルトランドセメントについて、強熱減量、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率、及び、モルタルの圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
結果を表２に示す。表２中、「炭酸化の方法」は、短期間風化させた場合を「風化（短）」、長期間風化させた場合を「風化（長）」と記載している。
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）について、実施例１と同様にして、モルタルの圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
［比較例２～３］
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）を空気中（温度及び相対湿度を調節していない自然の雰囲気中）で、短期間（４５日間）または長期間（１８０日間）、風化させて、自然風化（換言すると、自然に炭酸化）した普通ポルトランドセメントを得た。
これら２種類の普通ポルトランドセメントについて、強熱減量、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率、及び、モルタルの圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
結果を表２に示す。表２中、「炭酸化の方法」は、短期間風化させた場合を「風化（短）」、長期間風化させた場合を「風化（長）」と記載している。
［比較例４～９］
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）と、表２に示す種類の炭酸化したカルシウム含有粉末（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化処理したもの）Ａ２、Ｂ２またはＣ２を、表２に示す量（割合）で混合して、セメント粉末組成物を得た。得られたセメント粉末組成物について、強熱減量、及び、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。
次いで、得られたセメント粉末組成物について、実施例１～１６と同様にして、モルタルを調製した後、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さを測定した。
結果を表２に示す。
実施例１～１６及び比較例４～９のセメント粉末組成物、及び、比較例１～３のセメントについて、強熱減量及び化学組成（酸化物換算）を表３に示す。なお、化学組成は蛍光Ｘ線分析を用いて測定した。
普通ポルトランドセメント（カルシウム含有粉末ａ）と、表２に示す種類の炭酸化したカルシウム含有粉末（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化処理したもの）Ａ２、Ｂ２またはＣ２を、表２に示す量（割合）で混合して、セメント粉末組成物を得た。得られたセメント粉末組成物について、強熱減量、及び、二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率を測定した。
次いで、得られたセメント粉末組成物について、実施例１～１６と同様にして、モルタルを調製した後、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さを測定した。
結果を表２に示す。
実施例１～１６及び比較例４～９のセメント粉末組成物、及び、比較例１～３のセメントについて、強熱減量及び化学組成（酸化物換算）を表３に示す。なお、化学組成は蛍光Ｘ線分析を用いて測定した。
表２から、実施例２（スラリー中で炭酸化）と、比較例２（自然風化で炭酸化）及び比較例４（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較すると、これら３つの実験例では、いずれも二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．７１～０．８０質量％と同程度であるものの、比較例２、４におけるモルタルの圧縮強さが、材齢３日で２４．０～２６．６Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で３５．１～３７．０Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で４１．８～５０．３Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、実施例２におけるモルタルの圧縮強さは、材齢３日で２９．３Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で４６．６Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で６３．１Ｎ／ｍｍ２であり、比較例２、４に比べて高強度であることがわかる。
また、実施例３（スラリー中で炭酸化）と、比較例３（自然風化で炭酸化）及び比較例５（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較すると、これら３つの実験例では、いずれも二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が１．４２～１．７６質量％と同程度であるものの、比較例３、５におけるモルタルの圧縮強さが、材齢３日で１８．４～２２．９Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で２５．２～３１．４Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で２９．７～４３．３Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、実施例３におけるモルタルの圧縮強さは、材齢３日で２６．７Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で３９．９Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で５４．３Ｎ／ｍｍ２であり、比較例３、５に比べて高強度であることがわかる。
また、実施例３（スラリー中で炭酸化）と、比較例３（自然風化で炭酸化）及び比較例５（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較すると、これら３つの実験例では、いずれも二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が１．４２～１．７６質量％と同程度であるものの、比較例３、５におけるモルタルの圧縮強さが、材齢３日で１８．４～２２．９Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で２５．２～３１．４Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で２９．７～４３．３Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、実施例３におけるモルタルの圧縮強さは、材齢３日で２６．７Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で３９．９Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で５４．３Ｎ／ｍｍ２であり、比較例３、５に比べて高強度であることがわかる。
さらに、高炉スラグ微粉末を用いた実験例として、実施例６（スラリー中で炭酸化）と、比較例６（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較すると、これら２つの実験例では、いずれも二酸化炭素由来成分（ＣＯ２）の含有率が０．６８～０．６９質量％と同程度であるものの、比較例６におけるモルタルの圧縮強さが、材齢３日で２４．３Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で４２．１Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で５５．０Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、実施例６におけるモルタルの圧縮強さは、材齢３日で２８．９Ｎ／ｍｍ２、材齢７日で４７．０Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日で６６．０Ｎ／ｍｍ２であり、比較例６に比べて高強度であることがわかる。
実施例７（スラリー中で炭酸化）と、比較例７（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較した場合でも、上述の実施例６と比較例６を比較した場合と同様の傾向があることがわかる。
塩素バイパスダストを用いた実施例９～１２や、廃コンクリート粉砕物を用いた実施例１３～１６を見ても、モルタルの圧縮強さとして、従来技術からは予想外の大きな値を得ていることがわかる。
実施例７（スラリー中で炭酸化）と、比較例７（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化）を比較した場合でも、上述の実施例６と比較例６を比較した場合と同様の傾向があることがわかる。
塩素バイパスダストを用いた実施例９～１２や、廃コンクリート粉砕物を用いた実施例１３～１６を見ても、モルタルの圧縮強さとして、従来技術からは予想外の大きな値を得ていることがわかる。
表１から、カルシウム含有粉末ＡのＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率（０．１質量％）とカルシウム含有粉末Ａ２のＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率（４．１質量％）の比較や、カルシウム含有粉末ＣのＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率（３．９質量％）とカルシウム含有粉末Ｃ２のＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率（８．２質量％）の比較から、スラリー中で炭酸化した場合（カルシウム含有粉末Ａ及びＣ）、二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化した場合（カルシウム含有粉末Ａ２及びＣ２）よりも、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの含有率が小さくなっていることがわかる。
また、表２から、実施例１０（スラリー中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃを用いたもの）と比較例８（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃ２を用いる以外は、実施例１０と同様にしたもの）を比較すると、実施例１０における二酸化炭素由来の成分（ＣＯ２：１．６７質量％）は、比較例４における二酸化炭素由来の成分（ＣＯ２：１．３５質量％）よりも大きいことがわかる。また、実施例１０におけるモルタルの圧縮強さ（３日：３１．１Ｎ／ｍｍ２、７日：４５．６Ｎ／ｍｍ２、２８日：６５．１Ｎ／ｍｍ２）は、比較例８におけるモルタル圧縮強さ（３日：２７．３Ｎ／ｍｍ２、７日：３９．８Ｎ／ｍｍ２、２８日：４８．７Ｎ／ｍｍ２）よりも大きいことがわかる。
実施例１１（スラリー中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃを用いたもの）と比較例９（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃ２を用いる以外は、実施例１１と同様にしたもの）を比較した場合でも、上述の実施例１０と比較例８を比較した場合と同様の傾向があることがわかる。
また、表２から、実施例１０（スラリー中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃを用いたもの）と比較例８（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃ２を用いる以外は、実施例１０と同様にしたもの）を比較すると、実施例１０における二酸化炭素由来の成分（ＣＯ２：１．６７質量％）は、比較例４における二酸化炭素由来の成分（ＣＯ２：１．３５質量％）よりも大きいことがわかる。また、実施例１０におけるモルタルの圧縮強さ（３日：３１．１Ｎ／ｍｍ２、７日：４５．６Ｎ／ｍｍ２、２８日：６５．１Ｎ／ｍｍ２）は、比較例８におけるモルタル圧縮強さ（３日：２７．３Ｎ／ｍｍ２、７日：３９．８Ｎ／ｍｍ２、２８日：４８．７Ｎ／ｍｍ２）よりも大きいことがわかる。
実施例１１（スラリー中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃを用いたもの）と比較例９（二酸化炭素を高濃度で含む空気中で炭酸化したカルシウム含有粉末Ｃ２を用いる以外は、実施例１１と同様にしたもの）を比較した場合でも、上述の実施例１０と比較例８を比較した場合と同様の傾向があることがわかる。
Claims (4)
- セメントクリンカー粉末、石膏粉末、及び、炭酸化したカルシウム含有粉末を含むセメント粉末組成物を製造するための方法であって、
炭酸化前の上記カルシウム含有粉末及び水を含むスラリーの中に、二酸化炭素含有ガスを供給して、炭酸化処理されたスラリーを得る炭酸化工程と、
セメント製造用の仕上げミルの中に、セメントクリンカー、石膏、及び、上記炭酸化処理されたスラリーを供給して粉砕し、上記セメント粉末組成物を得る粉砕工程、
を含み、
上記粉砕工程における上記炭酸化処理されたスラリーの供給量は、上記セメント粉末組成物中の二酸化炭素由来成分（ＣＯ ２ ）の含有率が０．０１質量％以上になる量であることを特徴とするセメント粉末組成物の製造方法。 - 上記カルシウム含有粉末が、セメント、高炉スラグ微粉末、塩素バイパスダスト、及び、コンクリート粉砕物の中から選ばれる一種以上からなる請求項１に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
- 上記二酸化炭素含有ガスが、セメント工場、石炭火力発電所、ガス火力発電所、石油火力発電所、製鉄工場、石油化学コンビナート、製油工場、または製紙工場から排出される、二酸化炭素の濃度が５体積％以上の排ガスである請求項１又は２に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
- 上記粉砕工程において、上記仕上げミルの一端部である原料投入口に、上記セメントクリンカー及び上記石膏を供給し、上記仕上げミルの他端部であるセメント排出口から、上記セメント粉末組成物を排出し、上記原料投入口と上記セメント排出口の中間に位置する一箇所以上のスラリー供給口に、上記炭酸化処理されたスラリーを供給する請求項１～３のいずれか１項に記載のセメント粉末組成物の製造方法。
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