JP7369849B2 - 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、ポルトランドセメントクリンカの原料として、廃棄物の使用量を増やすことが求められている。原料として廃棄物の使用量を増やした場合、普通ポルトランドセメント中のアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３；「Ｃ３Ａ」ともいう。）の割合が増加することで、普通ポルトランドセメントの水和熱が大きくなることが懸念されている。
また、コンクリートのひび割れ発生の低減や防止の観点から、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいセメント組成物が求められている。
セメント組成物の水和熱を低減することができる技術として、特許文献１には、Ｃ２Ｓ（ビーライト；２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０～１００重量部含有し、かつ、Ｃ３Ａの含有率が２０重量部以下であることを特徴とする焼成物が記載されている。また、特許文献１には、該焼成物を粉砕してなるセメント混和材が記載されている。
また、コンクリートのひび割れ発生の低減や防止の観点から、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいセメント組成物が求められている。
セメント組成物の水和熱を低減することができる技術として、特許文献１には、Ｃ２Ｓ（ビーライト；２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０～１００重量部含有し、かつ、Ｃ３Ａの含有率が２０重量部以下であることを特徴とする焼成物が記載されている。また、特許文献１には、該焼成物を粉砕してなるセメント混和材が記載されている。
本発明の目的は、容易に製造することができ、強度発現性に優れ、かつ、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きいにもかかわらず水和熱の小さい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、ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントとフライアッシュと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微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とフライアッシュと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の合計量の割合が５．０～１５．０質量％であり、フライアッシュと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中、各材料の割合が、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］～［３］を提供するものである。
［１］ ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石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と上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の、上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の上記フライアッシュの割合が、１０～９０質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［２］ ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石粉末と、高炉スラグ微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と上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の、上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の上記フライアッシュの割合、上記石灰石粉末の割合、及び、上記高炉スラグ微粉末の割合が、各々、１０～８０質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［３］ ボーグ式を用いて算出したフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）の割合が７．０～９．５質量％である、前記［１］または［２］に記載のセメント組成物。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［３］を提供するものである。
［１］ ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石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と上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の、上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の上記フライアッシュの割合が、１０～９０質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［２］ ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石粉末と、高炉スラグ微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と上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の、上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、上記フライアッシュと上記石灰石粉末と上記高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の上記フライアッシュの割合、上記石灰石粉末の割合、及び、上記高炉スラグ微粉末の割合が、各々、１０～８０質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［３］ ボーグ式を用いて算出したフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）の割合が７．０～９．５質量％である、前記［１］または［２］に記載のセメント組成物。
本発明のセメント組成物は、強度発現性に優れ、かつ、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きい（８．７～１５．０質量％）にもかかわらず水和熱の小さいものである。
また、本発明のセメント組成物は、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きく（８．７～１５．０質量％）ても、水和熱の小さいものであることから、普通ポルトランドセメントクリンカの原料としての廃棄物の使用量を増やすことができる。
さらに、本発明のセメント組成物は、特定の材料を混合するという容易な方法で製造することができる。
また、本発明のセメント組成物は、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きく（８．７～１５．０質量％）ても、水和熱の小さいものであることから、普通ポルトランドセメントクリンカの原料としての廃棄物の使用量を増やすことができる。
さらに、本発明のセメント組成物は、特定の材料を混合するという容易な方法で製造することができる。
［３成分系の場合］
本発明のセメント組成物は、ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石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とフライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、フライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中のフライアッシュの割合が、１０～９０質量％であるものである。
本発明において、セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートを調製するための他の材料（減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の各種セメント混和剤や、細骨材、粗骨材、及び、水等）は含まれないものとする。
また、本発明のセメント組成物は、水等を混合していない状態で、粉末状の形態を有する。
本発明のセメント組成物は、ボーグ式を用いて算出したアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石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とフライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、フライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中のフライアッシュの割合が、１０～９０質量％であるものである。
本発明において、セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートを調製するための他の材料（減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の各種セメント混和剤や、細骨材、粗骨材、及び、水等）は含まれないものとする。
また、本発明のセメント組成物は、水等を混合していない状態で、粉末状の形態を有する。
本発明で用いられる普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合は、８．７～１５．０質量％、好ましくは８．９～１４．０質量％、より好ましくは９．０～１３．０質量％、さらに好ましくは９．５～１２．０質量％、さらに好ましくは９．７～１１．５質量％、特に好ましくは１０．０～１１．０質量％である。該割合が８．７質量％未満であると、セメント組成物の強度発現性（特に、初期強度発現性）が低下する。また、普通ポルトランドセメントクリンカの原料としての廃棄物の使用量が小さくなる。該割合が１５．０質量％を超えると、水和熱を低減する効果が小さくなる。
普通ポルトランドセメント中のエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2；「Ｃ3Ｓ」ともいう。）の割合は、セメント組成物の強度発現性、水和熱の低減、製造の容易性等の観点から、好ましくは５５．０～６５．０質量％、より好ましくは５６．０～６４．０質量％、さらに好ましくは５７．０～６３．０質量％、特に好ましくは５８．０～６２．０質量％である。
普通ポルトランドセメント中のビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2；「Ｃ2Ｓ」ともいう。）の割合は、セメント組成物の強度発現性、水和熱の低減、製造の容易性等の観点から、好ましくは１０．０～１６．０質量％、より好ましくは１０．５～１５．５質量％、特に好ましくは１１．０～１５．０質量％である。
普通ポルトランドセメント中のフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）；「Ｃ４ＡＦ」ともいう。）の割合は、製造の容易性等の観点から、好ましくは７．０～９．５質量％、より好ましくは７．５～９．０質量％、特に好ましくは７．８～８．５質量％である。また、上記割合が７．０質量％以上であれば、セメント組成物の水和熱をより小さくすることができる。上記割合が９．５質量％以下であれば、普通ポルトランドセメントクリンカの原料としての廃棄物の使用量をより大きくすることができる。
普通ポルトランドセメント中のビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2；「Ｃ2Ｓ」ともいう。）の割合は、セメント組成物の強度発現性、水和熱の低減、製造の容易性等の観点から、好ましくは１０．０～１６．０質量％、より好ましくは１０．５～１５．５質量％、特に好ましくは１１．０～１５．０質量％である。
普通ポルトランドセメント中のフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）；「Ｃ４ＡＦ」ともいう。）の割合は、製造の容易性等の観点から、好ましくは７．０～９．５質量％、より好ましくは７．５～９．０質量％、特に好ましくは７．８～８．５質量％である。また、上記割合が７．０質量％以上であれば、セメント組成物の水和熱をより小さくすることができる。上記割合が９．５質量％以下であれば、普通ポルトランドセメントクリンカの原料としての廃棄物の使用量をより大きくすることができる。
なお、本明細書において、普通ポルトランドセメント中、Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ、Ｃ3Ａ、及びＣ4ＡＦの各割合は、普通ポルトランドセメント全量（１００質量％）中の割合として、普通ポルトランドセメントの化学成分に基づき、下記のボーグ式（ボーグの計算式）を用いて算出することができる。
Ｃ3Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））－（７．６０×ＳｉＯ2（質量％））－（６．７２×Ａｌ2Ｏ3（質量％））－（１．４３×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））－（２．８５×ＳＯ３（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％））－（２．８５×ＳＯ３（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％）
また、本発明において、普通ポルトランドセメントの水硬率（Ｈ．Ｍ．：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ）は、好ましくは２．１～２．３、より好ましくは２．１５～２．２５である。 該水硬率が２．１以上であれば、初期強度発現性がより向上する。該水硬率が２．３以下であれば、水和熱をより小さくすることができる。
また、上記普通ポルトランドセメントのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．：Ｓｉｌｉｃａ Ｍｏｄｕｌｅ）は、流動性等の観点から、好ましくは２．３～２．６５、より好ましくは２．３５～２．５である。また、該ケイ酸率が２．３以上であれば、水和熱をより小さくすることができる。該ケイ酸率が２．６５以下であれば、原料としての廃棄物の使用量をより増やすことができる。
また、上記普通ポルトランドセメントの鉄率（Ｉ．Ｍ．：Ｉｒｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）は、流動性等の観点から、好ましくは２．０～２．３、より好ましくは２．１～２．２５である。また、該鉄率が２．０以上であれば、初期強度発現性がより向上する。該鉄率が２．３以下であれば、水和熱をより小さくすることができる。
また、上記普通ポルトランドセメントのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．：Ｓｉｌｉｃａ Ｍｏｄｕｌｅ）は、流動性等の観点から、好ましくは２．３～２．６５、より好ましくは２．３５～２．５である。また、該ケイ酸率が２．３以上であれば、水和熱をより小さくすることができる。該ケイ酸率が２．６５以下であれば、原料としての廃棄物の使用量をより増やすことができる。
また、上記普通ポルトランドセメントの鉄率（Ｉ．Ｍ．：Ｉｒｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）は、流動性等の観点から、好ましくは２．０～２．３、より好ましくは２．１～２．２５である。また、該鉄率が２．０以上であれば、初期強度発現性がより向上する。該鉄率が２．３以下であれば、水和熱をより小さくすることができる。
なお、水硬率、ケイ酸率、及び鉄率は、それぞれ、下記式を用いて算出することができる。
水硬率＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
鉄率＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
（上記式中の化学式は、普通ポルトランドセメント中の、該化学式が表す化合物の含有率（質量％）を表す。）
水硬率＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
鉄率＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
（上記式中の化学式は、普通ポルトランドセメント中の、該化学式が表す化合物の含有率（質量％）を表す。）
普通ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、好ましくは２，５００～４，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００～３，８００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，２００～３，６００ｃｍ２／ｇである。上記ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が４，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
フライアッシュのブレーン比表面積は、水和熱の低減や入手の容易性等の観点から、好ましくは３，０００～５，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，３００～４，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，５００～４，２００ｃｍ２／ｇである。また、上記ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が５，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
石灰石粉末のブレーン比表面積は、水和熱の低減等の観点から、好ましくは３，０００～１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～９，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，８００～８，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。また、上記ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
石灰石粉末のブレーン比表面積は、水和熱の低減等の観点から、好ましくは３，０００～１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～９，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，８００～８，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。また、上記ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
普通ポルトランドセメントとフライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末の合計量の割合は、５．０～１５．０質量％、好ましくは５．５～１２．０質量％、より好ましくは６．０～１０．０質量％である。該割合が５．０質量％未満であると、水和熱を低減する効果が低下する。該割合が１５．０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、フライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中のフライアッシュの割合は、１０～９０質量％、好ましくは３０～７０質量％、より好ましくは４０～６０質量％である。該割合が上記数値範囲外であると、セメント組成物の強度発現性や水和熱を低減する効果が低下する。
また、３成分系のセメント組成物（上述した普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石粉末を含むセメント組成物）は、フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の割合で、１０質量％未満の高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。
また、フライアッシュと石灰石粉末の合計量１００質量％中のフライアッシュの割合は、１０～９０質量％、好ましくは３０～７０質量％、より好ましくは４０～６０質量％である。該割合が上記数値範囲外であると、セメント組成物の強度発現性や水和熱を低減する効果が低下する。
また、３成分系のセメント組成物（上述した普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石粉末を含むセメント組成物）は、フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の割合で、１０質量％未満の高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。
［４成分系の場合］
本発明のセメント組成物は、原料としての廃棄物の使用量が多い等の理由で、普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きい（例えば、９．０質量％以上）場合において、水和熱を低減する効果をより大きくする観点から、さらに、高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。
このような場合において、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント等は、上述した３成分系のセメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント等と同様である。
高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、水和熱の低減等の観点から、好ましくは３，０００～８，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～７，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，８００～６，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。また、上記ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が８，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
本発明のセメント組成物が高炉スラグ微粉末を含む（４成分系のセメント組成物）場合において、普通ポルトランドセメントとフライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量の割合は、５．０～１５．０質量％、好ましくは５．５～１２．０質量％、より好ましくは６．０～１０．０質量％である。該割合が５．０質量％未満であると、水和熱を低減する効果が低下する。該割合が１５．０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。
フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中、フライアッシュの割合、石灰石粉末の割合、及び高炉スラグ微粉末の割合は、各々、１０～８０質量％、好ましくは２０～６０質量％、より好ましくは３０～４０質量％である。該割合が上記数値範囲外であると、セメント組成物の強度発現性や水和熱を低減する効果が低下する。
本発明のセメント組成物は、原料としての廃棄物の使用量が多い等の理由で、普通ポルトランドセメント中のアルミネート相の割合が大きい（例えば、９．０質量％以上）場合において、水和熱を低減する効果をより大きくする観点から、さらに、高炉スラグ微粉末を含んでいてもよい。
このような場合において、セメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント等は、上述した３成分系のセメント組成物に含まれる普通ポルトランドセメント等と同様である。
高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、水和熱の低減等の観点から、好ましくは３，０００～８，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，５００～７，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３，８００～６，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，０００～５，０００ｃｍ２／ｇである。また、上記ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が８，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
本発明のセメント組成物が高炉スラグ微粉末を含む（４成分系のセメント組成物）場合において、普通ポルトランドセメントとフライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の、フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量の割合は、５．０～１５．０質量％、好ましくは５．５～１２．０質量％、より好ましくは６．０～１０．０質量％である。該割合が５．０質量％未満であると、水和熱を低減する効果が低下する。該割合が１５．０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。
フライアッシュと石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中、フライアッシュの割合、石灰石粉末の割合、及び高炉スラグ微粉末の割合は、各々、１０～８０質量％、好ましくは２０～６０質量％、より好ましくは３０～４０質量％である。該割合が上記数値範囲外であると、セメント組成物の強度発現性や水和熱を低減する効果が低下する。
上述した原料を適宜混合することによって、本発明のセメント組成物を得ることができる。
本発明のセメント組成物の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の（１）～（２）の方法が挙げられる。
（１）普通ポルトランドセメントと、石灰石粉末と、フライアッシュと、任意に配合される高炉スラグ微粉末を一括して混合する方法
（２）普通ポルトランドセメントと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の混合物と、フライアッシュを混合する方法。
上記（２）の方法において、普通ポルトランドセメントと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の混合物は、例えば、普通ポルトランドセメントクリンカと石膏と石灰石と任意に配合される高炉スラグを同時に粉砕することで得ることができる。
中でも、特定の材料を混合するという容易な方法で製造することができる観点から、（１）の方法が好適である。
本発明のセメント組成物の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の（１）～（２）の方法が挙げられる。
（１）普通ポルトランドセメントと、石灰石粉末と、フライアッシュと、任意に配合される高炉スラグ微粉末を一括して混合する方法
（２）普通ポルトランドセメントと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の混合物と、フライアッシュを混合する方法。
上記（２）の方法において、普通ポルトランドセメントと石灰石粉末と任意に配合される高炉スラグ微粉末の混合物は、例えば、普通ポルトランドセメントクリンカと石膏と石灰石と任意に配合される高炉スラグを同時に粉砕することで得ることができる。
中でも、特定の材料を混合するという容易な方法で製造することができる観点から、（１）の方法が好適である。
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）普通ポルトランドセメント１～４（表１、２、４、６、８中、「セメント１～４」と示す。）：詳細は表１参照
（２）石灰石粉末：ブレーン比表面積４，２３０ｃｍ２／ｇ
（３）フライアッシュＡ：ブレーン比表面積３，６８０ｃｍ２／ｇ
（４）フライアッシュＢ：ブレーン比表面積４，０１０ｃｍ２／ｇ
（５）高炉スラグ微粉末：ブレーン比表面積４，２８０ｃｍ２／ｇ
（６）細骨材：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に規定される標準砂
（７）水：水道水
［使用材料］
（１）普通ポルトランドセメント１～４（表１、２、４、６、８中、「セメント１～４」と示す。）：詳細は表１参照
（２）石灰石粉末：ブレーン比表面積４，２３０ｃｍ２／ｇ
（３）フライアッシュＡ：ブレーン比表面積３，６８０ｃｍ２／ｇ
（４）フライアッシュＢ：ブレーン比表面積４，０１０ｃｍ２／ｇ
（５）高炉スラグ微粉末：ブレーン比表面積４，２８０ｃｍ２／ｇ
（６）細骨材：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に規定される標準砂
（７）水：水道水
実施例、比較例における水和熱及びモルタルの圧縮強さ（表３、５、７、９中、「モルタル圧縮強さ」と示す。）の測定方法を以下に示す。
［水和熱］
「ＪＩＳ Ｒ ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して、材齢7日、及び２８日の水和熱を測定した。
［モルタルの圧縮強さ］
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（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さを測定した。
［水和熱］
「ＪＩＳ Ｒ ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して、材齢7日、及び２８日の水和熱を測定した。
［モルタルの圧縮強さ］
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（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さを測定した。
［実施例１～４、比較例１～５］
上記材料を、表２に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表３に示す。
上記材料を、表２に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表３に示す。
［実施例５～６、比較例６～１０］
上記材料を、表４に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表５に示す。
上記材料を、表４に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表５に示す。
［実施例７～８、比較例１１～１５］
上記材料を、表６に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表７に示す。
上記材料を、表６に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表７に示す。
［実施例９～１２、比較例１６～２０］
上記材料を、表８に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表９に示す。
上記材料を、表８に示す種類および配合割合でミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た。得られたセメント組成物の水和熱及びモルタルの圧縮強さを測定した。結果を表９に示す。
表３から、実施例１（フライアッシュＡ及び石灰石粉末を含むもの）及び実施例２（フライアッシュＢ及び石灰石粉末を含むもの）と、比較例１～５を比較すると、実施例１～２のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３８．１～３８．７Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：５４．４～５４．８Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６６．１～６９．０Ｎ／ｍｍ２）は、各々、比較例１（石灰石粉末のみを含むもの）、比較例２（フライアッシュＡのみを含むもの）、比較例３（高炉スラグ微粉末のみを含むもの）、比較例４（石灰石粉末及び高炉スラグ微粉末を含むもの）、及び比較例５（フライアッシュＡ及び高炉スラグ微粉末を含むもの）のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３４．５～３７．９Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：４８．０～５４．５Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６２．２～６６．１Ｎ／ｍｍ２）と同程度または大きいことがわかる。
また、実施例１～４における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値（表３、５、７、９中、「材齢２８日の圧縮強さ／水和熱」と示す。）は、０．１６１～０．１６６であり、比較例１～５における上記数値（０．１５０～０．１５６）よりも大きいことがわかる。
なお、「材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値」は、大きいほど水和熱が低減されていることを意味している。
また、実施例１～４における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値（表３、５、７、９中、「材齢２８日の圧縮強さ／水和熱」と示す。）は、０．１６１～０．１６６であり、比較例１～５における上記数値（０．１５０～０．１５６）よりも大きいことがわかる。
なお、「材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値」は、大きいほど水和熱が低減されていることを意味している。
表５から、実施例５（フライアッシュＡ及び石灰石粉末を含むもの）と比較例６～１０を比較すると、実施例５のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３５．４Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：５１．９Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６５．６Ｎ／ｍｍ２）は、各々、比較例６（石灰石粉末のみを含むもの）、比較例７（フライアッシュＡのみを含むもの）、比較例８（高炉スラグ微粉末のみを含むもの）、比較例９（石灰石粉末及び高炉スラグ微粉末を含むもの）、及び比較例１０（フライアッシュＡ及び高炉スラグ微粉末を含むもの）のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３１．１～３６．０Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：４４．７～５１．４Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６０．５～６３．４Ｎ／ｍｍ２）と同程度または大きいことがわかる。
また、実施例５～６における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１５８であり、比較例６～１０における上記数値（０．１４７～０．１５１）よりも大きいことがわかる。
また、実施例５～６における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１５８であり、比較例６～１０における上記数値（０．１４７～０．１５１）よりも大きいことがわかる。
表７から、実施例７（フライアッシュＡ及び石灰石粉末を含むもの）と比較例１１～１５を比較すると、実施例７のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３３．６Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：５１．２Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６５．０Ｎ／ｍｍ２）は、各々、比較例１１（石灰石粉末のみを含むもの）、比較例１２（フライアッシュＡのみを含むもの）、比較例１３（高炉スラグ微粉末のみを含むもの）、比較例１４（石灰石粉末及び高炉スラグ微粉末を含むもの）、及び比較例１５（フライアッシュＡ及び高炉スラグ微粉末を含むもの）のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：２９．９～３４．２Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：４４．０～４９．５Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５９．９～６３．８Ｎ／ｍｍ２）と同程度または大きいことがわかる。
また、実施例７～８における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１５９～０．１６３であり、比較例１１～１５における上記数値（０．１４２～０．１５６）よりも大きいことがわかる。
また、実施例７～８における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１５９～０．１６３であり、比較例１１～１５における上記数値（０．１４２～０．１５６）よりも大きいことがわかる。
表９から、実施例９（フライアッシュＡ及び石灰石粉末を含むもの）、実施例１０（フライアッシュＢ及び石灰石粉末を含むもの）、実施例１１（フライアッシュＡ、石灰石粉末、及び高炉スラグ微粉末を含むもの）、実施例１０（フライアッシュＢ、石灰石粉末、及び高炉スラグ微粉末を含むもの）と、比較例１６～２０を比較すると、実施例９～１２のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３２．０～３２．７Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：４９．０～５０．１Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６４．６～６６．４Ｎ／ｍｍ２）は、各々、比較例１６（石灰石粉末のみを含むもの）、比較例１７（フライアッシュＡのみを含むもの）、比較例１８（高炉スラグ微粉末のみを含むもの）、比較例１９（石灰石粉末及び高炉スラグ微粉末を含むもの）、及び比較例２０（フライアッシュＡ及び高炉スラグ微粉末を含むもの）のモルタルの圧縮強さ（材齢３日：３０．６～３２．１Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：４６．０～４９．１Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５９．８～６３．９Ｎ／ｍｍ２）より大きいことがわかる。
また、実施例９～１２における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１６７～０．１６９であり、比較例１６～２０における上記数値（０．１４９～０．１６４）よりも大きいことがわかる。
また、実施例９～１２における、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さの数値を水和熱の数値で除した数値は、０．１６７～０．１６９であり、比較例１６～２０における上記数値（０．１４９～０．１６４）よりも大きいことがわかる。
Claims (3)
- ボーグ式を用いて算出した値として、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が８．７～１５．０質量％、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）の割合が１０．０～１６．０質量％、及び、フェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）の割合が７．５～９．０質量％である普通ポルトランドセメントと、フライアッシュと、石灰石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と上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の、上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量の割合が、５．０～１５．０質量％であり、
上記フライアッシュと上記石灰石粉末の合計量１００質量％中の上記フライアッシュの割合が、１０～９０質量％であり、
上記セメント組成物は、高炉スラグ微粉末を含まない、または、上記フライアッシュと上記石灰石粉末と高炉スラグ微粉末の合計量１００質量％中の上記高炉スラグ微粉末の割合が１０質量％未満となるように、高炉スラグ微粉末を含み、
上記セメント組成物について、「ＪＩＳ Ｒ ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して、材齢２８日の水和熱を測定し、かつ、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５」に準拠して、材齢２８日のモルタルの圧縮強さを測定した場合において、「（材齢２８日のモルタルの圧縮強さの測定値Ｘ；単位：Ｎ／ｍｍ２）／（材齢２８日のセメント組成物の水和熱の測定値Ｙ；単位：Ｊ／ｇ）」の値（Ｘ／Ｙ；ただし、単位は省略する。）が、０．１５８以上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は、ボーグ式を用いて算出した値として、エーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）の割合が５５．０～６５．０質量％のものである請求項１に記載のセメント組成物。
- 上記普通ポルトランドセメントは、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が２．４１～２．６５の範囲内のものである請求項１又は２に記載のセメント組成物。
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