JPWO2013054568A1

JPWO2013054568A1 - セメント混和材及びその製造方法

Info

Publication number: JPWO2013054568A1
Application number: JP2013538456A
Authority: JP
Inventors: 茂富岡; 盛岡　実; 実盛岡; 山本　賢司; 賢司山本; 樋口　隆行; 隆行樋口; 邦幸田中
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2015-03-30
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: JP6003900B2; WO2013054568A1

Abstract

強度発現性や耐久性の向上効果に優れるセメント混和材及びその製造方法を提供する。
石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質を含有するセメント混和材であり、ＳｉＯ_２成分が４０〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分が４０〜５５％、Ｒ_２Ｏが１％以下、強熱減量は１％以下である前記セメント混和材であり、ブレーン比表面積が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである前記セメント混和材であり、さらに、無水セッコウを含有してなる前記セメント混和材であり、無水セッコウ２０〜８０部とＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質２０〜８０部とを含有する前記セメント混和材である。また石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質と無水セッコウとを別々に粉砕して混合するか、又は同時に粉砕混合する前記セメント混和材の製造方法である。

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材及びその製造方法に関する。

近年、日本だけでなく、ベトナムや中国などでは、経済発展とともに、社会インフラの整備も急速に進んでいる。それに伴い、現地のニーズに見合った建設材料の開発や安定供給が必要になっている。

例えば、高層建築物を急ピッチで施工する場面が多く見られ、このような場合には、高強度コンクリートが求められる。従来、高強度コンクリートを得る方法としては、シリカフュームの使用が有効であることが知られている（例えば、非特許文献１）。そして、コンクリート用混和材としてＪＩＳも制定されている（非特許文献２）。
しかしながら、シリカフュームは発生量が限られており供給が間に合っていないのが実情である。また、その価格も高騰している。今日では、シリカフュームに替わる高強度混和材の開発が強く求められている。

また、土木・建築業界はＣＯ_２排出量の多い産業でもあるため、世界的に環境負荷低減への取り組みについても大きな関心が寄せられている。
したがって、これまでのように、造っては壊すというスクラップ・アンド・ビルドから、コンクリート構造物の長寿命化を可能にする技術の開発が求められている。

コンクリート構造物の長寿命化を可能にするためには、コンクリート構造物の劣化要因に対して高い抵抗性を持つ材料技術も重要である。コンクリート構造物の劣化要因としては、例えば、塩害、中性化、アルカリ-シリカ反応などが挙げられる。これらの劣化因子に対して抵抗性を持つ材料の提案が出来れば、コンクリート構造物の長寿命化に有益であり、環境負荷の低減にもつながるのである。

しかしながら、シリカフュームはその発生量が限られており、また、コストも高騰している。さらに、中期から長期材齢での強度発現性には貢献するものの、初期の強度発現性にはあまり寄与しない。このため、シリカフュームに替わる高強度混和材の開発が待たれ、特に、初期材齢から強度発現性に貢献するセメント混和材の開発が望まれている。

鳴瀬浩康、超高強度コンクリートの材料開発とその応用超高強度コンクリートとシリカフューム、セラミックス、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．６、４３３−４３８頁２００９年６月１日ＪＩＳＡ６２０７「コンクリート用シリカフューム」

未だに有効な利用方法が見出されずにいた、石油精製の際に発生する触媒の残渣の有効利用方法を提供するとともに、セメントコンクリートの高強度化や高耐久化に有効なセメント混和材およびその製造方法を提供する。

本発明者らは、石油精製の触媒残渣の有効利用に鑑み、種々の検討を重ねた結果、特定の温度及び特定の雰囲気で加熱処理して、特定の粉末度に調製することにより、セメントコンクリートを高強度化・高耐久化するセメント混和材として有効であることを見出した。
また、このセメント混和材は、シリカフュームと比較して、初期材齢から強度発現性に貢献することも明らかにした。さらに、特定粒度の無水セッコウと特定配合で組み合わせることにより、より一層の高強度化や高耐久化が可能となることも見出した。
これらのセメント混和材は、これまで有用な利用方法が見当たらずにいた石油精製の際の触媒残渣を特定の条件で加熱処理することに得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質を含有するセメント混和材。
（２）前記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質が、ＳｉＯ_２成分を４０〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分を４０〜５５％、Ｒ_２Ｏ成分（Ｒ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏ＋０．６５８Ｋ_２Ｏで算定される。）を１％以下、強熱減量成分を１％以下含む前記（１）のセメント混和材。
（３）前記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質のブレーン比表面積が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである前記（１）又は（２）のセメント混和材。
（４）さらに、無水セッコウを含有してなる前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のセメント混和材。
（５）前記無水セッコウのｐＨが２．０〜４．５である前記（４）に記載のセメント混和材。
（６）前記無水セッコウのブレーン比表面積が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである前記（４）又は（５）に記載のセメント混和材。
（７）無水セッコウ２０〜８０部とＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質２０〜８０部とを合計で１００部の割合で含有する前記（４）〜（６）のいずれか１項に記載のセメント混和材。
（８）前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載のセメント混和材と、セメントとからなるセメント組成物。
（９）前記セメント混和材が３〜２０質量部を含まれる前記（８）に記載のセメント組成物。
（１０）石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質と無水セッコウとを別々に粉砕して混合するか、又は同時に粉砕混合する前記（４）〜（７）のいずれか１項に記載のセメント混和材の製造方法。

本発明のセメント混和材は、セメントコンクリートを高強度化・高耐久化に有効であり、シリカフュームと比較して、特に、初期材齢から強度発現性に優れる。さらに、特定粒度の無水セッコウと特定配合で組み合わせることにより、より一層の高強度化や高耐久化が可能となる。
また、本発明のセメント混和材は、石油精製の際に発生する触媒の残渣を有効利用できるので極めて有利である。

以下において、本発明における「部」や「％」は、特に規定しない限り質量基準である。
また、本発明で云うセメントコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、及びコンクリートの総称である。

本発明でいう石油精製の触媒残渣は、ＳｉＯ_２成分とＡｌ_２Ｏ_３成分を主成分とし、水分や有機物を含んでいる。この石油精製の触媒残渣は、例えば、石油精製プラントにおける、水素化脱硫工程、重質油脱硫工程、連続触媒再生式工程などで使用された使用済みの触媒である。
この石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質がセメント混和材として有用であることが見出された。加熱処理温度が３５０℃以上、９５０℃以下の範囲であっても、還元雰囲気で加熱処理したものはセメント混和材として有用ではない。酸化雰囲気で加熱処理しても、３５０℃未満であったり、９５０℃を超える条件での加熱処理の場合には、セメント混和材として有用な物質は得られない。

石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上で加熱処理すると、次第に結晶性が不明瞭になり非晶質化する。そして、９５０℃以下の温度領域では非晶質状態を保つが、９５０℃を超えると結晶化し、安定化する。

本発明では、石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で加熱処理するが、加熱処理方法は特に限定されるものではない。その具体例としては、シャフトキルン、ロータリーキルン、壁炉、トンネル炉、電気炉、マッフル炉などを用いる方法が挙げられる。特に、ロータリーキルンでの加熱処理が好適である。加熱処理温度は３５０℃以上、９５０℃以下で行うことが必要であり、５００℃以上、９００℃以下で行なうことが好ましい。加熱処理時間は通常、５分〜５時間であり、１０〜２時間が好ましい。酸化雰囲気としては、例えば１９〜２２体積％の酸素を含む窒素ガス中が好ましく、特に空気中が好ましい。

石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質を特定の粒度に調製することでセメント混和材として利用するのが好ましい。
この場合の粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、４，０００〜８，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましく、５０００〜７０００ｃｍ^２／ｇが最も好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では高強度化や高耐久化の効果が十分ではなく、９０００ｃｍ^２／ｇを超える微粉でもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、流動性が改悪傾向になる場合がある。

石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質は、ＳｉＯ_２成分が４０〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分が４０〜５５％、Ｒ_２Ｏが１％以下、強熱減量は１％以下であることが好ましい。ここで、強熱減量とは、試料を空気中で９５０±２５℃で強熱すると、二酸化炭素と水分とは脱離し、酸化されうる元素は酸化される。これを恒量になるまで強熱したときの減量を量り、次の式により求める。なお、式中、ｍ：試料の質量（ｇ）、ｍ‘：強熱後の試料の質量（ｇ）である。
強熱減量＝（（ｍ−ｍ’）／ｍ）×１００

上記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質は、ＳｉＯ_２成分が４２〜５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分が４２〜４６％であるのがさらに好ましい。前記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質は、ＳｉＯ_２成分、Ａｌ_２Ｏ_３成分、Ｒ_２Ｏの他に、さらに他の成分を２％以下の範囲で含んでもよい。他の成分としては、Ｆｅ_２Ｏ_３成分、ＣａＯ成分、ＭｇＯ成分などがあげられる。
ＳｉＯ_２成分が４０％未満のものや、Ａｌ_２Ｏ_３成分が５５％を超えるものは存在しない。これは石油精製で用いられる触媒の組成に依存するためである。ＳｉＯ_２成分が５５％を超えるものや、Ａｌ_２Ｏ_３成分が４０％未満のものでは、十分な強度発現性や耐久性の向上効果が得られない場合がある。

Ｒ_２Ｏとは、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量を意味し、次式で算出される。
Ｒ_２Ｏ＝Ｎａ_２Ｏ＋０．６５８Ｋ_２Ｏ
本発明では、Ｒ_２Ｏが１％以下であることが好ましい。Ｒ_２Ｏは０．７％以下がより好ましく、０．５％以下が最も好ましい。Ｒ_２Ｏが１％を超えると、十分な強度発現性や耐久性の向上効果が得られない場合がある。

石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質の強熱減量は１％以下であることが好ましく、０．７％以下がより好ましく、０．５％以下が最も好ましい。強熱減量が１％を超えると、十分な強度発現性や耐久性の向上効果が得られないばかりか、流動性が改悪傾向となる場合がある。

本発明では、石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質とともに、無水セッコウを併用することが好ましい。無水セッコウを併用することによって、強度発現性や耐久性の向上効果が助長され、流動性も改善される。

無水セッコウはII型無水セッコウが好ましい。また、酸性のものを選定することが強度発現性や流動性の改善効果の観点から、より好ましい。ここで、酸性の無水セッコウとは、無水セッコウを純水で練り混ぜた際の上澄み液のｐＨが酸性を示すものを意味し、ｐＨが２．０〜４．５の範囲にあるものが好ましい。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ^２／ｇがより好ましく、５０００〜７０００ｃｍ^２／ｇが最も好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では高強度化や高耐久化の効果が十分ではなく、９０００ｃｍ^２／ｇを超える微粉ではさらなる効果の増進が期待できない。

無水セッコウを、石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質とともに併用する場合の配合割合であるが、無水セッコウと、石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質の合計１００部中、無水セッコウが２０〜８０部が好ましく、３０〜７０部がより好ましい。無水セッコウを前記範囲で併用することによって、強度発現性や耐久性の向上効果が助長され、流動性も改善される。

本発明のセメント混和材が石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質と無水セッコウからなる場合、その製造方法としては、石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質と無水セッコウとを別々に粉砕して混合しても良いし、同時に粉砕混合しても良い。同時に粉砕混合することが、品質を均一化する観点から好ましい。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。

セメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。セメント混和材の使用量が少ないと充分な高強度化の効果や耐久性の向上効果が得られない場合があり、過剰に使用すると流動性が改悪傾向となり、寸法安定性や強度発現性が悪くなる場合がある。
本発明では、セメントとセメント混和材を配合してセメント組成物とする。

本発明のセメント組成物の水／セメント組成物比は、１５〜４０％が好ましく、２０〜３５％がより好ましい。水の配合量が少ないと、ポンプ圧送性や施工性が低下し、収縮等の原因となる場合があり、水の配合量が過剰では十分な強度発現性や耐久性の向上効果が得られない場合がある。
本発明のセメント混和材やセメント組成物は、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

本発明では、セメント、セメント混和材、及び砂などの細骨材や砂利などの粗骨材の他に、膨張材、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、従来の防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、高炉水砕スラグ微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などのスラグ、石灰石微粉末などの混和材料からなる群のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。

以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
表１に示す様々な石油精製の触媒残渣を加熱処理し、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕したものをセメント混和材とした。なお、上記触媒残渣は、重質油脱硫工程から得られたものであり、加熱処理前の性状は非晶質のため、いずれも活性が低いものであった。
このセメント混和材を用いて、セメント９０部とセメント混和材１０部からなるセメント組成物を調製した。水／セメント組成物比が３０％、セメント組成物／細骨材比が１／２のモルタルを調製した。この際、ポリカルボン酸塩系の高性能減水剤をセメント組成物１００部に対して０．３部使用した。前置き４時間、３時間で７５℃まで昇温し、７５℃で４時間蒸気養生した後、翌日まで自然冷却した。このモルタルのコンシステンシー、圧縮強度、耐久性試験を実施した。また、比較のために、シリカフュームについても同様に行った。結果を表１に示す。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品。
細骨材：新潟県姫川産、川砂。
高性能減水剤：ポリカルボン酸塩系の市販品。
（Ａ）石油精製の触媒残渣を３００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分４９％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４５％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．３８％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．４５％）０．７％、強熱減量２．５％、その他０．８％。
（Ｂ）石油精製の触媒残渣を３５０℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．３７％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．５０％）０．７％、強熱減量１．０％、その他０．３％。
（Ｃ）石油精製の触媒残渣を５００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．３０％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．４５％）０．６％、強熱減量０．７％、その他０．７％。
（Ｄ）石油精製の触媒残渣を７００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．３６％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．５１％）０．７％、強熱減量０．６％、その他０．７％。

（Ｅ）石油精製の触媒残渣を９００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．３１％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．４５％）０．６％、強熱減量０．５％、その他０．９％。
（Ｆ）石油精製の触媒残渣を９５０℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．２８％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．３４％）０．５％、強熱減量０．５％、その他１．０％。
（Ｇ）石油精製の触媒残渣を１０００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．２７％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．３５％）０．５％、強熱減量０．５％、その他１．０％。
（Ｈ）石油精製の触媒残渣を９００℃、還元雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４６％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．２８％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．３４％）０．５％、強熱減量が１．３％、その他０．２％。

（Ｉ）石油精製の触媒残渣を９００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４５％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：１．１０％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：１．４０％）２％、強熱減量０．５％、その他０．５％。
（Ｊ）石油精製の触媒残渣を９００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分４２％、Ａｌ_２Ｏ_３成分５５％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．１５％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．３８％）０．４％、強熱減量０．５％、その他０．１％。
（Ｋ）石油精製の触媒残渣を９００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分４２％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１％、ＣａＯ成分１％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．１４％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．３９％）０．４％、強熱減量０．５％、その他０．１％。
（Ｌ）石油精製の触媒残渣を９００℃、酸化雰囲気で加熱処理したもの：
ＳｉＯ_２成分８０％、Ａｌ_２Ｏ_３成分９％、Ｆｅ_２Ｏ_３成分１．５％、ＣａＯ成分３．５％、ＭｇＯ２％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．５１％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：１．５０％）１．５％、ＳＯ_３が１．４％、強熱減量１．０％、その他０．１％。

シリカフューム：ＳｉＯ_２成分９８．５％、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ：０．１５％、０．６５８×Ｋ_２Ｏ：０．２３％）０．３％、強熱減量０．２、その他０．１％。

＜試験方法＞
コンシステンシー：テーブルフローにより評価した。ＪＩＳＲ５２０１に準じてフロー値を測定した。ただし、０打フローとした。
圧縮強度：縦４ｃｍ×横４ｃｍ×長さ１６ｃｍの直方体状の供試体を作製し、ＪＩＳＲ５２０１に準じて測定した。２４時間まで２０℃、相対湿度８０％環境試験室で型枠存置した後、脱型し、それ以後は２０℃の水中養生を行った。
疑似海水浸漬試験：縦４ｃｍ×横４ｃｍ×長さ１６ｃｍの直方体状の供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃の水中養生を行い、それ以後は疑似海水に浸漬した。疑似海水に浸漬してから４週間後に供試体を引き上げ、硝酸銀-フルオロセイン法（ＪＩＳＡ１１７１：２０００）にて塩化物イオンの浸透深さを測定した。ここで、疑似海水は、全量が1リットルの水溶液になるように調整したもので、塩化ナトリウム２４．５ｇ・塩化マグネシウム６水塩１１．１ｇ・硫酸ナトリウム４．１ｇ・塩化カルシウム１．２ｇ・塩化カリウム０．７ｇの組成を有するものである。

表１より、石油精製の触媒残渣を３５０℃以上、９５０℃以下の温度の酸化雰囲気で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質がセメント混和材として有効であることが分かる。シリカフュームと比べると、初期材齢の強度発現性に優れることがわかる。また、ＳｉＯ_２成分が４０〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分が４０〜５５％、Ｒ_２Ｏが１％以下、強熱減量が１％以下であるものが、強度発現性や耐久性の向上効果に優れることが分かる。

「実験例２」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥをセメント混和材として使用し、セメント混和材の粉末度を表２のように変えたこと以外は実験No．１−６と同様に行った。結果を表２に示す。

表２より、石油精製の触媒残渣を加熱処理したものの粉末度がブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇの範囲にある場合は、強度発現性や耐久性の向上効果に優れることが分かる。

「実験例３」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥをセメント混和材として使用し、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中のセメント混和材の配合割合を表３のように変化したこと以外は実験No．１−６と同様に行った。結果を表３に示す。

表３より、セメント混和材の配合割合が３〜２０部の範囲にあるセメント組成物が強度発現性や耐久性の向上効果に優れることが分かる。

「実験例４」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥと、ブレーン比表面積を６,０００ｃｍ^２／ｇとした無水セッコウ（ｐＨ＝３）とを合計１００部とした時に、無水セッコウを表４に示す割合で配合してセメント混和材を調製したこと以外は実験No．１−６と同様に行った。結果を表４に示す。

表４より、無水セッコウを併用すると、強度発現性や耐久性の向上効果が助長され、流動性も改善されることが分かる。

「実験例５」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥをブレーン値で６，０００ｃｍ^２／ｇに調製したもの５０部と、無水セッコウ５０部とを配合してセメント混和材を調製し、無水セッコウの種類（ｐＨ）を表５に示すように変化したこと以外は実験No．４−３と同様に行った。結果を表５に示す。

表５より、酸性の無水セッコウを適用した場合に、強度発現性や耐久性の向上効果がより一層優れることが分かる。

「実験例６」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥを５０部と、ｐＨ３．０の無水セッコウ５０部とを配合してセメント混和材を調製し、無水セッコウの粉末度を表６に示すように変化したこと以外は実験No．４−３と同様に行った。結果を表６に示す。

表６より、無水セッコウのブレーン値が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇの範囲にある場合に、強度発現性や耐久性の向上効果がよりいっそう優れることが分かる。

「実験例７」
石油精製の触媒残渣を加熱処理したものＥ５０部と、ｐＨ３．０の無水セッコウ５０部とを配合してブレーン値で６０００ｃｍ^２／ｇに粉砕してセメント混和材を調製したこと以外実験No．４−３と同様に行った。結果を表７に示す。

表７より、石油精製の触媒残渣を加熱処理したものと無水セッコウからなるセメント混和材を調製するにあたり、別々に粉砕したものを後から混合しても良いし、同時に粉砕しても良いことがわかる。比較すると、同時に粉砕して調製したセメント混和材の方が良好な結果となっている。

本発明のセメント混和材を使用することにより、セメントコンクリートの強度発現性や耐久性の向上効果に優れ、流動性も改善されるため、主に、土木・建築業界等において広範な用途に適する。また、これまで有効な活用方法が見出されずにいた石油精製の触媒残渣の有効活用にもつながる。
なお、２０１１年１０月１３日に出願された日本特許出願２０１１−２２６１２９号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims

石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質を含有することを特徴とするセメント混和材。
前記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質が、ＳｉＯ_２成分を４０〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３成分を４０〜５５％、Ｒ_２Ｏ成分（Ｒ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏ＋０．６５８Ｋ_２Ｏで算定される。）を１％以下、強熱減量成分を１％以下含む請求項１に記載のセメント混和材。
前記ＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質のブレーン比表面積が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである請求項１又は２に記載のセメント混和材。
さらに、無水セッコウを含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント混和材。
前記無水セッコウのｐＨが２．０〜４．５である請求項４に記載のセメント混和材。
前記無水セッコウのブレーン比表面積が３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇである請求項４又は５に記載のセメント混和材。
無水セッコウ２０〜８０部とＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質２０〜８０部とを合計で１００部の割合で含有する請求項４〜６のいずれか１項に記載のセメント混和材。
請求項１〜７のいずれか1項に記載のセメント混和材と、セメントとを含むセメント組成物。
前記セメント混和材が３〜２０質量部を含まれる請求項８に記載のセメント組成物。
石油精製の触媒残渣を酸化雰囲気で３５０℃以上、９５０℃以下で加熱処理して得られるＳｉＯ_２-Ａｌ_２Ｏ_３系物質と無水セッコウとを別々に粉砕して混合するか、又は同時に粉砕混合することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のセメント混和材の製造方法。