TW202328024A - 非水硬性水泥組成物及水泥系材料 - Google Patents

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Abstract

本發明之解決方法係一種非水硬性水泥組成物，係含有選自於由γ-2CaO･SiO 2、3CaO･2SiO 2、α-CaO･SiO 2、及鈣鎂矽酸鹽構成之群組中之1種或2種以上之非水硬性化合物，該非水硬性水泥組成物中含有Li，該Li之含有率以氧化物換算為0.001~1.0質量%。

Description

非水硬性水泥組成物及水泥系材料
本發明係關於使用於土木領域、建築領域等中之非水硬性水泥組成物及水泥系材料。
混凝土係大量使用水泥作為原材料，故為CO 2排出量大的材料。這主要是因為在水泥之生產過程中，為了獲得爐之燃燒能量而大量使用化石燃料，再加上會產生石灰石之脫碳酸反應(CaCO 3→CaO+CO 2)所致。減低混凝土之CO 2排出量就地球暖化對策之一環而言成為重要的課題。
為了減低製造混凝土製品時所排出之CO 2之總量，藉由大量地摻合作為水泥替代品之產業副產物(高爐爐渣微粉末、飛灰等)來減少水泥使用量為有效，而有進行各種研究。
另一方面，已知將γ-C 2S(γ-2CaO･SiO 2；也稱為矽酸二鈣γ相)般之非水硬性化合物作為混合材予以摻合而得之混凝土強制地使其碳酸(鹽)化養護，藉此獲得因為CO 2吸收而表層部經緻密化之耐久性高的混凝土製品的技術(例如專利文獻1)。γ-C 2S係不進行水和反應，而與CO 2反應產生富含CaCO 3及SiO 2的凝膠。此等生成物係填埋水泥基質中之空隙，使混凝土製品表層部之耐久性顯著地提升。於該情況，對應碳酸(鹽)化養護中吸收至混凝土中CO 2之量而減少獲得混凝土製品之過程之總CO 2排出量。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-182583號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，若考慮今後越來越受關注之對於碳中和的投入，僅是摻合γ-C 2S的材料，仍有CO 2吸收性尚不夠充分的情況，有在尋求能更促進碳酸(鹽)化的材料。
根據上述，本發明係為了解決如上述般之問題而產生者，目的為提供在碳酸(鹽)化養護時能促進非水硬性化合物之碳酸(鹽)化反應，藉此改善CO 2吸收量、且減低使用水量，而能減少獲得混凝土製品等之過程的總CO 2排出量的非水硬性水泥組成物及水泥系材料。 [解決課題之手段]
本案發明者們，為了解決如上述之問題深入研究之結果，發現與以預定之比率含有Li之非水硬性化合物一起經熱處理步驟獲得之含Li之非水硬性水泥組成物可解決上述課題而完成了本發明。亦即，本發明如同下述。
[1]一種非水硬性水泥組成物，係含有選自於由γ-2CaO･SiO 2、3CaO･2SiO 2、α-CaO･SiO 2、及鈣鎂矽酸鹽構成之群組中之1種或2種以上之非水硬性化合物，該非水硬性水泥組成物中含有Li，該Li之含有率以氧化物換算為0.001~1.0質量%。 [2]如[1]之非水硬性水泥組成物，其中，就化學成分而言，非水硬性水泥組成物100質量份中含有0.001~1.0質量份之Li 2O、45~70質量份之CaO、30~55質量份之SiO 2、以及0~10質量份之Al 2O 3。 [3]如[1]或[2]之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性水泥組成物中之硫之含有率以氧化物換算為1.0質量%以下。 [4]如[1]~[3]中任一項之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性化合物之含有率為70質量%以上。 [5]如[1]~[4]中任一項之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性化合物係γ-2CaO･SiO 2。 [6]如[1]~[5]中任一項之非水硬性水泥組成物，係使用副產生之消石灰作為該非水硬性化合物之CaO原料而成。 [7]一種水泥系材料，係含有如[1]~[6]中任一項之非水硬性水泥組成物。 [發明之效果]
根據本發明，可提供在碳酸(鹽)化養護時能促進非水硬性化合物之碳酸(鹽)化反應，藉此改善CO 2吸收量、且減低使用水量，而能獲得混凝土製品等且減少總CO 2排出量的非水硬性水泥組成物及水泥系材料。
以下，針對本發明之實施形態(本實施形態)詳細地說明。此外，本說明書中使用之份、%在沒有特別指明的情況下係質量基準。
[非水硬性水泥組成物] 本實施形態中之非水硬性水泥組成物含有選自於由γ-2CaO･SiO 2、3CaO･2SiO 2、α-CaO･SiO 2、及鈣鎂矽酸鹽構成之群組中之1種或2種以上之非水硬性化合物。而，非水硬性水泥組成物中含有Li，該Li之含有率以氧化物換算為0.001~1.0質量%。
據推測藉由該預定量之Li，在非水硬性水泥組成物中C-S-H(矽酸鈣水合物)之碳酸化中，會促進為1種碳酸鈣之六方方解石(vaterite)的生成，而認為變得藉由碳酸(鹽)化養護而容易獲得更緻密之硬化狀態。 此處，「於非水硬性水泥組成物中含有Li」係指於該組成物之非水硬性化合物中作為化學組成含有Li 2O(能以ICP發光分光分析來確認存在)，於X射線繞射測定中無法識別Li 2O(無法觀察到Li 2O之明確的峰部)的狀態，並非單純是非水硬性化合物與Li化合物於物理上經混合的狀態。藉由將各別之原料混合並於1,000℃以上之高溫進行熱處理能獲得如此之狀態。
本實施形態之非水硬性水泥組成物並非如通常之水硬性水泥組成物(例如將波特蘭水泥(Portland cement)般之通常之水泥作為主成分之組成物等)般藉由添加水而進行硬化，而是藉由例如CO 2般之氣體的存在而進行硬化，可稱為非水硬性二氧化碳硬化型水泥組成物或簡稱為二氧化碳硬化型水泥組成物。為非水硬性水泥組成物且幾乎不與水反應，故不易產生水所致之CO 2之吸收阻礙，能使CO 2之吸收變大而更發揮減少CO 2排出之效果。 以下，針對各成分等進行說明。
(γ-2CaO･SiO 2) γ-2CaO･SiO 2係已知在以2CaO･SiO 2表示之化合物中，作為低溫相者，與為高溫相之α-2CaO･SiO 2或α’-2CaO･SiO 2、β-2CaO･SiO 2完全不同。這些雖然皆表示為2CaO･SiO 2，但結晶構造、密度並不同。
(3CaO･2SiO 2) 3CaO･2SiO 2係於假矽灰石含有CaO之礦物而被稱為矽鈣石(rankinite)。為無水合活性而於化學上安定之礦物，促進碳酸(鹽)化之效果大。
(α-CaO･SiO 2) α-CaO･SiO 2(α型矽灰石)係已知在CaO･SiO 2表示之化合物之中，作為高溫相者，與為低溫相之β-CaO･SiO 2完全不同。此等雖然皆表示為CaO･SiO 2，但結晶構造、密度並不同。
天然產生之矽灰石係低溫相之β-CaO･SiO 2。β-CaO･SiO 2具有針狀結晶，被利用來作為矽灰石纖維等般之無機纖維質物質，但並沒有如本實施形態中之α-CaO･SiO 2般的促進碳酸(鹽)化之效果。
(鈣鎂矽酸鹽) 鈣鎂矽酸鹽係CaO-MgO-SiO 2系化合物之總稱，在本實施形態宜為以3CaO･MgO･2SiO 2(C 3MS 2)表示之斜矽鎂鈣石 (Merwinite)，若為斜矽鎂鈣石則能達成大的促進碳酸(鹽)化的效果。
如上述般之非水硬性化合物可為1種亦可為2種以上，非水硬性水泥組成物中之Li之含有率以氧化物換算係0.001~1.0%，宜為0.005~1.0%，更宜為0.010~0.90%，進一步宜為0.015~0.80%。若Li之含有率以氧化物換算未達0.001%則無法獲得促進碳酸化之效果。若超過1.0%則成本變高。氧化物換算之Li之含有率可藉由實施例中記載之方法進行測定。
上述非水硬性化合物之中，尤其γ-2CaO･SiO 2，係製造時伴隨著被稱為粉塵化(dusting)之粉化現象故相較於其他化合物，粉碎所需要的能量少，長期而言促進碳酸(鹽)化之效果大的觀點而較為理想。
藉由將CaO原料、SiO 2原料、MgO原料及Li原料以預定之莫耳比摻合並進行熱處理而獲得本實施形態之非水硬性化合物。就CaO原料而言，可舉例如石灰石等碳酸鈣、消石灰等氫氧化鈣、乙炔副產生消石灰等副產生消石灰、從廢混凝土塊產生之微粉末、預拌混凝土工廠及混凝土製品工廠產生之混凝土污泥(脫水餅)、焚燒灰(煤灰、木質生質、都市垃圾焚燒灰、污水污泥焚燒灰等)、鋼鐵爐渣(轉爐爐渣、電爐爐渣等)等。就SiO 2原料而言，可舉例如矽石或黏土、進一步地以矽灰(silica fume)、飛灰為代表之作為產業副產物而產生之各種二氧化矽質粉塵等。就MgO原料而言，可舉例如氫氧化鎂、鹼性碳酸鈣、白雲石(dolomite)等。此外，作為Li原料，可列舉碳酸鋰等。此外，在於CaO原料、SiO 2原料、MgO原料中含有Li之情況，則無需添加新的Li原料。考慮減少熱處理時之來自非能量之CO 2排出量，也可利用選自副產生消石灰、從廢混凝土塊產生之微粉末、混凝土污泥、都市垃圾焚燒灰、污水污泥焚燒灰等之含有CaO之產業副產物中之1種或2種以上。其中，更宜使用相較於其它產業副產物係雜質量較少的副產生消石灰。
就副產生消石灰而言，可列舉碳化鈣法所為之乙炔氣體之製造步驟中副產生之副產生消石灰(取決於乙炔氣體製造方法的不同，有濕式品及乾式品)、碳化鈣電爐之濕式集塵步驟中所捕捉之粉塵中含有之副產生消石灰等乙炔副產生消石灰等。副產生消石灰例如含有65~95%(宜為70~90%)之氫氧化鈣，且除此之外含有1~10%之碳酸鈣、0.1~6.0%(宜為0.1~3.0%)氧化鐵。此等之比例係可藉由螢光X射線測定、及示差熱重量分析(TG-DTA)求得之質量減量份(Ca(OH) 2：405℃~515℃附近、CaCO 3：650℃~765℃附近)確認。雷射繞射･散射法所測定之體積平均粒徑為約50~100μm。進一步地，JIS K 0068「化學製品之水分測定方法」中，以乾燥減量法測定之水分率宜為10%以下。此外，亦可含有CaS、A1 2S 3、及CaC 2･CaS等硫化合物，宜為2%以下。
已述之於1,000℃以上之高溫的熱處理係沒有特別之限定，例如可藉由旋轉窯、電爐等進行。該熱處理溫度雖沒有明確的定義，通常於約1,000~1,800℃之範圍進行，大多於約1,200~1,600℃之範圍進行。
本實施形態亦可使用含有已述之非水硬性化合物的產業副產物。此時有雜質共存。就如此之產業副產物而言，可列舉製鋼爐渣等。
有時有於CaO原料、SiO 2原料、MgO原料含有雜質之情況，但只要在不損害本發明之效果的範圍內則沒有特別的問題。就雜質之具體例而言，可舉例如Al 2O 3、Fe 2O 3、TiO 2、MnO、Na 2O、K 2O、S、P 2O 5、F、B 2O 3、氯等。此外，就共存之化合物而言，可列舉遊離氧化鈣、氫氧化鈣、鋁酸鈣、鋁矽酸鈣、鐵酸鈣或鐵鋁酸鈣、磷酸鈣、硼酸鈣、矽酸鎂、白榴石(K 2O、Na 2O)･Al 2O 3･SiO 2、尖晶石MgO･Al 2O 3、磁鐵礦Fe 3O 4、上述CaS、A1 2S 3、及CaC 2･CaS等硫化合物等。
此等雜質中，非水硬性水泥組成物中之S(硫)之含有率係以氧化物(SO 3)換算，宜為1.0%以下，更宜為0.7%以下，進一步宜為0.5%以下。藉由為1.0%以下，可獲得充分之碳酸(鹽)化促進效果，此外，凝結、硬化性狀可成為適當的範圍。以氧化物(SO 3)換算之S之含有率可藉由螢光X射線測定來測定。此外，非水硬性水泥組成物中之S(硫)亦能以氧化物換算為約2%存在。
本實施形態中，非水硬性水泥組成物中之非水硬性化合物之含有率(在含有複數種之情況係合計量所占之含有率)宜為65%以上，更宜為70%以上，進一步宜為75%以上，其中宜為80%以上，更宜為85%以上，進一步宜為90%以上。該非水硬性水泥組成物在不展現水硬性之範圍(壓縮強度10N/mm 2以下)亦可含有水硬性水泥。就水硬性水泥而言，可舉例如波特蘭水泥、混合水泥等。就波特蘭水泥而言，可舉例如普通、早強、超早強、低熱及中庸熱等各種波特蘭水泥。就混合水泥而言，可舉例如飛灰、高爐爐渣、矽灰或石灰石微粉末等與波特蘭水泥混合之各種混合水泥。此外，亦可含有上述水硬性水泥中添加之各種混和材料。 此外，非水硬性水泥組成物中之非水硬性化合物之含有率為100%之情況，則該非水硬性化合物成為非水硬性水泥組成物。
此外，γ-2CaO･SiO 2等非水硬性化合物係，亦能在非水硬性水泥組成物不展現水硬性之範圍內混合而存在水硬性化合物(例如2CaO･SiO 2等)，最大可混合存在有35%。
非水硬性化合物中之γ-2CaO･SiO 2之含有率宜為35%以上，更宜為45%以上。此外，γ-2CaO･SiO 2之含有率之上限值係沒有特別之限定。製鋼爐渣之中，宜為γ-2CaO･SiO 2含有率多之電爐還原期爐渣或不鏽鋼爐渣。
此外，本實施形態中考慮更有效地展現其效果之觀點，就化學成分而言，宜為非水硬性水泥組成物100份中，含有0.001~1.0份之Li 2O、45~70份之CaO、30~55份之SiO 2、0~10份之Al 2O 3。Li 2O之含量可藉由後述實施例中記載之方法測定。此外，CaO、SiO 2、Al 2O 3可藉由螢光X射線進行測定。 就化學成分而言，更宜為非水硬性水泥組成物100份中，含有0.002~0.5份之Li 2O、60~70份之CaO、30~45份之SiO 2、0.5~5份之Al 2O 3。 進一步地，就化學成分而言，非水硬性水泥組成物100份中，Li 2O、CaO、SiO 2、及Al 2O 3之合計宜為90份以上，更宜為95~100份。
作為定量本非水硬性水泥組成物之非水硬性化合物的方法，可列舉粉末X射線繞射法所為之裏特沃爾德法(Rietveld method)等。
本實施形態之非水硬性化合物之布蘭比表面積(Blaine's specific surface area)係沒有特別之限定，宜為1,500cm 2/g以上，此外，上限宜為8,000cm 2/g以下。其中，更宜為2,000~6,000cm 2/g，最好宜為4,000~6,000cm 2/g。藉由布蘭比表面積為2,000cm 2/g以上，可獲得良好之材料分離抵抗性，碳酸(鹽)化促進效果變得充分。此外，藉由為8,000cm 2/g以下則粉碎時不需大的粉碎動力而較為經濟，此外，能抑制風化而抑制品質隨時間經過的劣化。
本實施形態之非水硬性水泥組成物之粒度係依存於使用之目的、用途而沒有特別之限定，通常，布蘭比表面積宜為2,500~8,000cm 2/g，更宜為3,000~6,000cm 2/g。藉由為2,500cm 2/g以上可獲得充分之強度展現性，藉由為8,000cm 2/g以下能使作業性良好。
本實施形態之非水硬性水泥組成物可將各別之材料於施工時混合來製作，預先將一部分或全部混合亦無妨。就混合裝置而言，亦可使用既存之各種裝置，例如可使用傾式混合機、全方位混合機、亨舍爾混合機、V型混合機、及圓錐形混合機等。
本實施形態之非水硬性水泥組成物之碳酸化，例如將非水硬性水泥組成物與水混合製成漿液，將其注入模板並壓實硬化。之後，於20~150℃之範圍，1小時~80小時，大氣壓~比周圍之大氣壓更高4大氣壓之高氣壓的範圍內，於相對濕度1%以上、CO 2濃度為5~100體積%之範圍之蒸氣下進行養護來實施。
[水泥系材料] 本實施形態之水泥系材料係含有本發明之非水硬性水泥組成物。此外，本實施形態之水泥系材料係指使用了已述之非水硬性水泥組成物的砂漿、混凝土等的材料。 非水硬性水泥組成物之使用量係沒有特別之限定，通常水泥系材料100份中宜為1~100份，更宜為3~90份。藉由為3~30份變得容易發揮非水硬性水泥組成物所致之碳酸化效果。
水相對於本實施形態之水泥系材料之使用量，具體而言，相對於水泥系材料之合計100份，水的量宜為0~60份。此外，藉由為3份以上可獲得充分之成形性，藉由為60份以下能使強度展現性及促進碳酸(鹽)化之效果變得充分。
本實施形態之水泥系材料，在非水硬性水泥組成物以外，因應使用態樣，在實質上不妨害本發明之目的的範圍內，亦可使用1種或2種以上之砂、礫石等骨材、高爐水碎爐渣微粉末、高爐緩冷爐渣粉末、石灰石微粉末、飛灰、及矽灰、火山灰等天然火山灰等混合材料、膨脹材、速硬材、減水劑、AE減水劑、高性能減水劑、高性能AE減水劑、消泡劑、增黏劑、抗鏽劑、抗凍劑、減收縮劑、聚合物、凝結調整劑、膨潤土等黏土礦物、以及水滑石等陰離子交換體等添加劑等之通常之水泥材料所使用之公知公用的添加劑或混合材。
本實施形態之水泥系材料可將各個材料於施工時混合來製作，預先將一部分或全部混合亦無妨。此外，各材料及水之混合方法亦沒有特別之限定，可將各別之材料於施工時混合，預先將一部份或全部混合亦無妨。此外，亦可將材料之一部分與水混合後，再混合剩餘之材料。
就混合裝置而言，亦可使用既存之各種裝置，例如可使用傾式混合機、全方位混合機、亨舍爾混合機、V型混合機、及圓錐形混合機等。
獲得之水泥系材料之混合粉末，因應需求，添加分散劑、黏結劑、水、有機溶劑等之後，供至乾式加壓成形法、濕式加壓成形法、泥漿注漿成形法、擠製成形法、刮刀法等就成形期望形狀之混凝土而言為合適的各種成形方法。
此外，作為碳酸化方法，與非水硬性水泥組成物之碳酸化方法相同。 [實施例]
以下，使用實施例及比較例更具體地說明本發明，但本發明在不超出其要旨之範圍內，並不限定於下述之實施例。
[實驗例1] (1)非水硬性化合物、水硬性化合物之製作 以如下述方式製作非水硬性化合物A~D、F、G、及水硬性化合物E。 非水硬性化合物A：含Li之γ-2CaO･SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以莫耳比2：1進行混合，更對於混合物以Li之含量成為以氧化物(Li 2O)換算為0.1%(內含比例取代)之方式混合試藥1級之碳酸鋰，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之非水硬性化合物A。
非水硬性化合物B：含Li之3CaO･2SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以莫耳比3：2進行混合，更對於混合物以Li之含量成為以氧化物(Li 2O)換算為0.1%(內含比例取代)之方式混合試藥1級之碳酸鋰，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之非水硬性化合物B。
非水硬性化合物C：含Li之α-CaO･SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以1：1之莫耳比混合，更對於混合物以Li之含量成為以氧化物(Li 2O)換算為0.1%(內含比例取代)之方式混合試藥1級之碳酸鋰，於1,500℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之非水硬性化合物C。
非水硬性化合物D：含Li之3CaO･MgO･2SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之氧化鎂與試藥1級之二氧化矽以3：1：2之莫耳比混合，更對於混合物以Li之含量成為以氧化物(Li 2O)換算為0.1%(內含比例取代)之方式混合試藥1級之碳酸鋰，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之非水硬性化合物D。
水硬性化合物E：β-2CaO･SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以莫耳比2：1混合，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，進行粉碎並重複同樣的熱處理直到以XRD確認沒有γ-2CaO･SiO 2之峰部為止。經確認僅有β-2CaO･SiO 2之峰部後，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之水硬性化合物E。
非水硬性化合物F：γ-2CaO･SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以莫耳比2：1混合，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之非水硬性化合物F。
非水硬性化合物G：Li 2O+γ-2CaO･SiO 2。將試藥1級之碳酸鈣與試藥1級之二氧化矽以莫耳比2：1進行混合，於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫，製作布蘭比表面積為4,000cm 2/g之γ-2CaO･SiO 2。 此外，將試藥1級之碳酸鋰於1,400℃進行2小時熱處理，放置直到成為室溫而製作Li 2O粉末。 以Li 2O成為0.10%(內含比例取代)之方式將Li 2O粉末(將試藥1級之碳酸鋰於1,400℃進行2小時熱處理而得者)對於γ-2CaO･SiO 2進行內含混合，製作非水硬性化合物G。 此外，各非水硬性化合物及水硬性化合物中之氧化物換算之Li含量係藉由ICP發光分光分析裝置(Hitachi High-Tech Corporation.製、VISTA-PRO)測定。而，從將SPEX公司XSTC-22 ICP用混合液進行稀釋來使用之絕對檢量線法，確認有與加入量為同等量之Li含量。此外，測定條件如同下述。 ･Li測定波長：670.783nm ･BG補正：曲線擬合法 ･檢量線用標準溶液：將SPEX公司XSTC-22 ICP用混合液進行稀釋來使用 檢量線範圍：0-5mg/L(0mg/L、0.1mg/L、0.5mg/L、1mg/L、5mg/L之5點檢量線) ･以絕對檢量線法定量
(2)由非水硬性化合物構成之非水硬性水泥組成物及由水硬性化合物構成之水硬性組成物之碳酸化反應率評價 秤量各組成物5g至蒸發皿，依循JIS A 1153進行7天之碳酸化養護(室溫20℃、相對濕度60%、5%-CO 2濃度)。7天之碳酸化養護後、使用示差熱重量分析(NETZSCH公司製、2020SA型)，以試料重量50±2mg、從室溫至1,000℃為止之升溫速度10℃/分、氮氣流通環境下進行熱重量分析(TG)。CaCO 3生成量(碳酸化反應率)係將TG曲線中之650℃~765℃附近之減量份作為CaCO 3之脫碳酸所致之減量，將各試料之碳酸化反應率藉由下式算出。結果表示於表1。 碳酸化反應率(%)＝[Δm CaCO3/(m 0-m 1,000)]×100.09/44.01×100 此處，Δm CaCO3：碳酸鈣之脫碳酸量(mg)、m 0：測定中使用之試料量(mg)、m 1,000：1,000℃為止之質量減少量(mg)
(3)XRD測定所為之六方方解石量之測定 藉由粉末X射線繞射(Rigaku Corporation製、SmartLab)測定。於各組成物中添加預定量之氧化鋁、氧化鎂等的內部標準品，於瑪瑙研缽充分混合後，實施粉末X射線繞射測定。測定結果以定量軟體解析，求得六方方解石含量。定量軟體使用了Rigaku Corporation製之「SmartlabStudio II」。結果表示於表1。
[表1]
構成非水硬性水泥組成物之非水硬性化合物、或、構成水硬性水泥組成物之水硬性化合物 碳酸化 反應率評價 (%) 六方方解石量 (%) 備註
非水硬性化合物 A γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 31.2 8.8 實施例
非水硬性化合物 B 3CaO･2SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 30.7 9.3 實施例
非水硬性化合物 C α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 30.6 7.1 實施例
非水硬性化合物 D 3CaO･MgO･2SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 30.1 7.3 實施例
水硬性化合物 E β-2CaO･SiO 2 25.0 0.7 比較例
非水硬性化合物 F γ-2CaO･SiO 2 25.0 3.8 比較例
非水硬性化合物 G Li 2O+γ-2CaO･SiO 2 25.0 4.2 比較例
[實驗例2] 在實驗例1之非水硬性化合物A與非水硬性化合物C之各製作中，對於混合物以Li之含有率成為以氧化物(Li 2O)換算為0.0005%、0.002%、0.006%、0.10%、0.15%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%(各別為內含比例取代)之方式來混合試驗1級之碳酸鋰，除此以外，以與實驗1之非水硬性水泥A及非水硬性水泥C之製作同樣的方式，來製作非水硬性化合物A-1~A-7、非水硬性化合物C-1~C-7。針對各非水硬性化合物，以與實驗例1同樣的方式進行評價。結果表示於表2。
[表2]
構成非水硬性水泥組成物之非水硬性化合物 碳酸化 反應率評價 (%) 六方方解石量 (%) 備註
非水硬性化合物 A-0 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.0005% 24.1 3.3 比較例
非水硬性化合物 A-1 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.002% 30.1 4.4 實施例
非水硬性化合物 A-2 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.006% 30.9 7.5 實施例
非水硬性化合物 A γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 31.2 8.8 實施例
非水硬性化合物 A-3 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.15% 30.9 9.1 實施例
非水硬性化合物 A-4 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.80% 30.7 9.3 實施例
非水硬性化合物 A-5 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.90% 30.5 9.2 實施例
非水硬性化合物 A-6 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：1.0% 30.3 8.9 實施例
非水硬性化合物 A-7 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：1.1% 23.6 3.1 比較例
非水硬性化合物 C-0 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.0005% 23.9 3.1 比較例
非水硬性化合物 C-1 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.002% 30.0 4.5 實施例
非水硬性化合物 C-2 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.006% 30.7 7.4 實施例
非水硬性化合物 C α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.10% 30.6 7.1 實施例
非水硬性化合物 C-3 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.015% 31.0 9.0 實施例
非水硬性化合物 C-4 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.80% 30.5 9.2 實施例
非水硬性化合物 C-5 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：0.90% 30.3 8.9 實施例
非水硬性化合物 C-6 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：1.0% 30.2 9.0 實施例
非水硬性化合物 C-7 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算)：1.1% 23.8 3.1 比較例
[實驗例3] 在實驗例1之非水硬性化合物A、非水硬性化合物C之製作中，以硫之含有率以氧化物換算成為0.5%、0.8%、1.0%、1.5%之方式來混合試藥1級之硫酸鈣2水合物，除此以外，以與實驗1之非水硬性化合物A之製作同樣的方式，製作非水硬性化合物A-8~A-11、非水硬性化合物C-8~C-11，製作由各別之非水硬性化合物構成之非水硬性水泥組成物。針對各非水硬性水泥組成物以與實驗例1同樣的方式進行評價。結果表示於表3。
[表3]
構成非水硬性水泥組成物之非水硬性化合物 碳酸化 反應率評價 (%) 六方方解石量 (%) 備註
非水硬性化合物 A γ-2CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0% 31.2 8.8 實施例
非水硬性化合物 A-8 γ-2CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0.5% 30.7 7.1 實施例
非水硬性化合物 A-9 γ-2CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0.8% 30.7 7.1 實施例
非水硬性化合物 A-10 γ-2CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：1.0% 30.7 7.1 實施例
非水硬性化合物 A-11 γ-2CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：1.5% 30.4 5.9 實施例
非水硬性化合物 C α-CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0% 30.6 7.1 實施例
非水硬性化合物 C-8 α-CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0.5% 29.9 5.1 實施例
非水硬性化合物 C-9 α-CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：0.8% 29.8 5.0 實施例
非水硬性化合物 C-10 α-CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：1.0% 29.8 5.1 實施例
非水硬性化合物 C-11 α-CaO･SiO 2硫(氧化物換算)：1.5% 29.2 3.8 實施例
[實驗例4] 將非水硬性化合物A或非水硬性化合物A-1、或者非水硬性化合物C或非水硬性化合物C-1，以成為水/非水硬性化合物比係30%、非水硬性化合物與砂之比率係1：3(質量比)的方式，依循JISR 5201製作砂漿(水泥系材料)。製作後，將砂漿經約3分鐘之手混合後，以26MPa於直徑5cm、高度10cm之缸筒進行壓縮成型。壓縮成型後，於碳酸化前將壓縮成型體放入至相對濕度80%之容器中2小時。之後，於溫度40℃、相對濕度50%、CO 2濃度20%之環境下進行促進碳酸化養護直到成為表4所示之各材齡，測定壓縮強度、長度變化率。結果表示於下述表4。此外，使用為水硬性化合物之普通波特蘭水泥替代非水硬性化合物，且水/水硬性化合物比成為50%，除此以外，以與上述同樣的方式獲得的例子的結果亦表示於表4。 此外，各材料之概要如同下述。 ･水：自來水 ･砂：JIS標準砂
＜評價方法＞ 壓縮強度：依循JIS R 5201「水泥之物理試驗方法」測定碳酸化材齡1天、3、7、28天之壓縮強度。 長度變化率：依循JIS A 6202「混凝土用膨脹材」附件B，測定材齡第28天之長度變化率。惟，供試樣本係自打設1天後脫模，之後於水中養護直到7天為止後，保存於氣溫20℃、相對濕度60%之環境下。
[表4]
壓縮強度(N/mm 2) 長度變化率 (%) 備註
材齡(天)
1 3 7 28
非水硬性化合物 A-1 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.002% 65.1 66.8 67.7 68.0 -0.001 實施例
非水硬性化合物 A γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.1% 78.1 80.5 81.0 81.8 +0.001 實施例
非水硬性化合物 C-1 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.002% 30.2 33.7 34.1 35.2 -0.001 實施例
非水硬性化合物 C α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.1% 36.3 39.1 39.8 40.7 +0.001 實施例
水硬性 化合物 普通波特蘭水泥 16.1 30.2 45.3 60.1 -0.040 比較例
[實驗例5] 實驗例4中，對於非水硬性水泥A或非水硬性水泥A-1、或者非水硬性水泥C或非水硬性水泥C-1各100份以各別成為下述表5所示之比例的方式混合早強水泥而製成水泥系材料，以水/水泥系材料比係50%、水泥系材料與砂之比率係1：3(質量比)之方式，依循JISR 5201製作砂漿供試樣本。於材齡1天脫模後、在溫度20℃、相對濕度50%、CO 2濃度20%之環境下各別進行促進碳酸化養護直到成為各材齡，除此以外，以與實驗例4同樣的方式進行，測定壓縮強度(碳酸化材齡7天後)。結果表示於下述表5。 壓縮強度：依循JIS R 5201「水泥之物理試驗方法」測定壓縮強度。
[表5]
碳酸化材齡7天後之 壓縮強度(N/mm 2) 備註
早強水泥含量(份)
5 10 20
非水硬性化合物 A-1 γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.002% 80.1 78.4 68.1 實施例
非水硬性化合物 A γ-2CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.1% 97.8 95.7 83.4 實施例
非水硬性化合物 C-1 α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.002% 28.2 26.9 24.1 實施例
非水硬性化合物 C α-CaO･SiO 2Li(氧化物換算) ：0.1% 35.7 35.2 28.3 實施例
[產業上利用性]
本發明尤其能適當地使用於土木領域、建築領域等中使用之水泥系材料。

Claims (7)

  1. 一種非水硬性水泥組成物，係含有選自於由γ-2CaO･SiO 2、3CaO･2SiO 2、α-CaO･SiO 2、及鈣鎂矽酸鹽構成之群組中之1種或2種以上之非水硬性化合物，該非水硬性水泥組成物中含有Li，該Li之含有率以氧化物換算為0.001~1.0質量%。
  2. 如請求項1之非水硬性水泥組成物，其中，就化學成分而言，非水硬性水泥組成物100質量份中含有0.001~1.0質量份之Li 2O、45~70質量份之CaO、30~55質量份之SiO 2、以及0~10質量份之Al 2O 3。
  3. 如請求項1或2之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性水泥組成物中之硫之含有率以氧化物換算為1.0質量%以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性化合物之含有率為70質量%以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之非水硬性水泥組成物，其中，該非水硬性化合物係γ-2CaO･SiO 2。
  6. 如請求項1至5中任一項之非水硬性水泥組成物，係使用副產生之消石灰作為該非水硬性化合物之CaO原料而成。
  7. 一種水泥系材料，係含有如請求項1至6中任一項之非水硬性水泥組成物。
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