WO2013031246A1 - 中性化抑制型早強セメント組成物 - Google Patents
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- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
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Definitions
- the present invention is a neutralization-suppressing type early-strength cement composition based on a highly active cement having a mineral composition calculated by the Borg formula in a clinker of C 3 S> 70% and C 2 S ⁇ 5%. Even if it is similar to mixed cement, it has the same strength development and neutralization control performance as ordinary Portland cement, and it is used in concrete and mortar used in low temperature environments such as cold districts or environments where neutralization is likely to proceed.
- the present invention relates to a neutralization-suppressing type early-strength cement composition suitable as a cement.
- mixed cements and cement compositions are used, not only the reduction of carbon dioxide generated from the fuel accompanying the firing of the cement, but also the generation of carbon dioxide due to decarboxylation of the main raw material limestone can be reduced.
- mixed cements and cement compositions containing inorganic admixtures such as blast furnace slag and fly ash are less heat-resistant, salt-insulating, sulfate-resistant, and alkali-aggregate reaction suppression compared to Portland cement. Because it is excellent, there is an increasing need for performance.
- Patent Document 2 contains (A) one or more powders selected from blast furnace slag powder, fly ash, and silica fume, and (B) 2 CaO ⁇ SiO 2 and 2CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ SiO 2.
- ⁇ respect SiO 2 to 100 parts by mass of a 2CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ SiO 2 + 4CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ Fe 2 O 3 is 10 to 100 parts by weight, the content of 3CaO ⁇ Al 2 O 3
- a cement composition having good neutralization characteristics is disclosed, including a pulverized product of 20 parts by mass or less, (C) gypsum, and (D) a Portland cement clinker pulverized product.
- Patent Document 3 discloses that 3CaO ⁇ SiO 2 content is 60% by weight or more and that a brane value is 100 parts by weight of 3500 to 7000 cm 2 / g.
- 100 parts by weight of anhydrous gypsum, 20 to 150 parts by weight of aluminum sulfate in terms of anhydride, 5 to 15 parts by weight of alkali metal aluminate, and 20 to 30 parts of nitrate and / or nitrite of alkali metal or alkaline earth metal A cement composition containing 2 to 10 parts by weight of a cement admixture containing 150 parts by weight is disclosed.
- Patent Document 4 discloses an attempt to solve both the neutralization and the strength development under the low temperature environment.
- the brane specific surface area is 6000 to 10000 cm 2 / g and the vitrification rate is 70% or more of CaO 40 to 55 mass%, Al 2 O 3 25 to 40 mass%, SiO 2 10 to 25 mass%, and Li 2 O 1 to and 10 wt% of CaO- Al 2 O 3 -SiO 2 -Li 2 O system glass 100 parts by weight
- a hydraulic cement composition that is excellent in strength development, sulfate resistance and neutralization resistance in a low temperature environment.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 some cement compositions that have been neutralized are known, but since the cement used is conventional Portland cement and mixed cement, short-term strength is obtained. It cannot be said that the expression is good, and the short-term strength in a low-temperature environment may not be sufficiently secured.
- Patent Document 3 a cement composition that improves strength development at low temperatures is also known, but it is not a mixed cement considering neutralization suppression, but various kinds of curing accelerators and the like. Since the additive is used together, it becomes expensive.
- Patent Document 4 discloses a hydraulic cement composition excellent in strength development and neutralization resistance in a low-temperature environment. However, since it is a hydraulic composition having a special chemical composition, it is difficult to manufacture and is versatile. Lack.
- An object of the present invention is to provide a neutralization-suppressing type early-strength cement composition suitable as a concrete or mortar cement used in a low-temperature environment such as a cold region or an environment where neutralization is likely to proceed.
- S. D. Is obtained by adding gypsum to 1.5 to 4.0% by weight in terms of SO 3 to a highly active cement clinker having a free lime content of more than 1 and 0.5 to 7.5% by weight.
- a neutralization-suppressing type early-strength cement composition comprising, by weight, 3 to 40% by weight of an inorganic admixture composed of at least one of blast furnace slag, anhydrous gypsum, limestone fine powder, and pozzolanic material. is there.
- Highly active cement clinker has high hydration activity, and the peak value of the hydration exotherm rate in the cement calorimeter of the cement clinker is larger than that of the cement by the clinker equivalent to the early strong cement clinker, and water.
- This highly active cement clinker has a mineral composition calculated by the Borg formula, C 3 S> 70%, C 2 S ⁇ 5%, preferably C 2 S ⁇ 3%.
- the interstitial phase composed of calcium aluminate minerals or amorphous materials is reduced, so that it becomes difficult to fire a highly active cement clinker or a cement firing material for industrial waste containing a large amount of aluminum. It becomes difficult to use as.
- cement clinker L.P. S. D The cement fired raw material is prepared so that (lime saturation) is 1 or less.
- L. S. D. > 1.
- L. S. D. By blending the cement firing raw material so that> 1, it becomes easy to obtain a highly active cement clinker with C 3 S> 70% and C 2 S ⁇ 5%.
- the bricks inside the kiln may be damaged due to the high-temperature firing or the position / length of the firing zone. If it exceeds 7.5% by weight, excessive swelling may occur due to hydration of free lime in the cement clinker.
- the high activity cement is obtained by adding gypsum to the high activity cement clinker so as to be 1.5 to 4.0% by weight in terms of SO 3 . If the amount is less than 1.5% by weight, C 3 A in the cement clinker may quickly set to produce a concrete product, which may not ensure sufficient work time. If it exceeds 4.0% by weight, delayed expansion may occur due to unreacted gypsum after the cement has hardened.
- this high activity cement is based on the above high activity cement clinker, it has a hydration activity higher than that of early strong Portland cement. In addition, since it is not constrained by conventional cement standards, it is difficult to use in applications where the cement standards are emphasized and must be Portland cement or the like.
- the neutralization-suppressing early strength cement composition of the present invention comprises an inorganic admixture 3 to 60% by weight of the above highly active cement and one or more of blast furnace slag, anhydrous gypsum, fine limestone powder, and pozzolanic material. 40% by weight.
- the inorganic admixture used in the present invention consists of one or more of blast furnace slag, anhydrous gypsum, limestone fine powder, and pozzolanic material.
- the blast furnace slag is not particularly limited as long as it is conventionally used for blast furnace cement, cement admixture or cement composition.
- Blast furnace slag may be used alone or in combination with other inorganic admixtures.
- Blast furnace slag contributes to securing fluidity, extending long-term strength, suppressing heat of hydration, and salt barrier properties.
- Anhydrous gypsum is not particularly limited as long as it is conventionally used in cement admixtures and cement compositions. Anhydrous gypsum contributes to securing fluidity, short-term strength elongation, and suppression of shrinkage. Anhydrous gypsum is preferably used in combination with other inorganic admixtures.
- the limestone fine powder is not particularly limited as long as it is conventionally used in cement admixtures and cement compositions. Limestone fine powder contributes to securing fluidity, short-term strength elongation, and suppression of shrinkage. Limestone fine powder is also preferably used in combination with other inorganic admixtures.
- pozzolanic substances include those conventionally used as cement admixtures such as silica fume, metakaolin, activated silica powder, diatomaceous earth, rice husk ash, activated clay, fly ash fine powder, and fly ash coarse powder.
- a pozzolanic substance contributes to strength development, securing fluidity, and suppressing heat of hydration.
- the pozzolanic substance may be used alone or in combination with other inorganic admixtures.
- the content of the highly active cement is 60 to 97% by weight.
- inorganic admixture is 40% by weight or more
- sufficient strength may not be obtained in a low temperature environment, or neutralization may not be suppressed in an environment where neutralization tends to proceed.
- it exceeds 97% by weight inorganic admixture is 3% by weight or less
- the effect of mixing the above-mentioned inorganic admixture cannot be obtained sufficiently, and the effects of conventional mixed cement (for example, low heat, salt barrier property, resistance to resistance) It is difficult to obtain sulfate-like properties, and it is difficult to say that it is equivalent to mixed cement.
- the neutralization-suppressing early strong cement composition of the present invention there are a plurality of preferred forms of the inorganic admixture, and any of these may be used. If each constituent material is within the following ranges in each of the following systems, not only strength improvement and neutralization suppression, but also the performance of conventional mixed cement (for example, low heat, salt insulation, sulfate resistance, etc.) ) Is also easily obtained.
- blast furnace slag-limestone fine powder based inorganic admixture One preferred form is the blast furnace slag-limestone fine powder system. This system may be used when it is desired to suppress shrinkage or heat generation or to reduce costs. Effective utilization of blast furnace slag, an industrial by-product, is also possible.
- the inorganic admixture is composed of blast furnace slag and fine limestone powder, the blast furnace slag content is 2 to 39% by weight, and the limestone fine powder content is in the neutralization-suppressing early strength cement composition. Is 1 to 10% by weight.
- the reason why the content of blast furnace slag is 2 to 39% by weight is that if it is less than 2% by weight, the effect of addition cannot be obtained sufficiently, and if it exceeds 39% by weight, the expression of short-term strength may deteriorate. is there.
- the content of fine limestone powder is 1 to 10% by weight when the effect of addition is not sufficiently obtained if it is less than 1% by weight, or the elongation of long-term strength becomes insufficient if it exceeds 10% by weight. Because there is.
- blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrite system Another preferred form is the blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrite system. This system is obtained by adding anhydrous gypsum to the above blast furnace slag-limestone fine powder system. Since the production of ettringite increases by adding anhydrous gypsum, the initial strength development in a low temperature environment can be further enhanced.
- the inorganic admixture comprises blast furnace slag, limestone fine powder, and anhydrous gypsum
- the neutralization-suppressing type early strong cement composition has a blast furnace slag content of 1 to 38% by weight, and the limestone fine powder. Is 1 to 10% by weight, and the anhydrous gypsum content is 1 to 5% by weight.
- the reason for setting the blast furnace slag content to 1 to 38% by weight is the same as above.
- the reason why the content of fine limestone powder is 1 to 10% by weight is the same as the above.
- the reason why the content of anhydrous gypsum is 1 to 5% by weight is that if it is less than 1% by weight, the effect of addition may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 5% by weight, delayed expansion may occur. It is.
- the reason why the preferred content range of the blast furnace slag is slightly different from the above system is that anhydrous gypsum was further added.
- blast furnace slag-pozzolanic material-limestone fine powder-anhydrite system Another preferred form is the blast furnace slag-pozzolanic material-limestone fine powder-anhydrite system. This system is obtained by adding a pozzolanic material to the above blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrite system.
- This system may be used when you want to suppress heat of hydration, obtain a highly durable product, or produce a heat-cured product.
- a pozzolanic substance calcium silicate hydrate (CSH) is easily generated by the pozzolanic reaction, so that durability against deterioration factors such as neutralization reaction of calcium hydroxide by sulfuric acid immersion is also improved.
- the pozzolanic substance is not limited as long as it has a high pozzolanic activity, but fly ash is preferred. Since fly ash is an industrial by-product, it can be used effectively in the same way as blast furnace slag, and fluidity is also improved.
- the inorganic admixture is composed of blast furnace slag, pozzolanic material, limestone fine powder and anhydrous gypsum, and the blast furnace slag content is 1 to 38% by weight in the neutralization-suppressing early strong cement composition.
- the content of fly ash as the pozzolanic material is 1 to 38% by weight
- the content of the limestone fine powder is 0.5 to 5% by weight
- the content of the anhydrous gypsum is 0.5 to 5% by weight.
- the reason for setting the blast furnace slag content to 1 to 38% by weight is the same as described above.
- the reason why the fly ash content is 1 to 38% by weight is that if it is less than 1% by weight, the effect of addition may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 38% by weight, the expression of short-term strength may deteriorate. is there.
- a pozzolanic material system is the simplest system consisting of a simple pozzolanic substance. This system is preferably used when it is desired to obtain a high-strength product at low cost while suppressing heat of hydration.
- a pozzolanic substance facilitates the formation of calcium silicate hydrate (C—S—H) by the pozzolanic reaction, so that the medium to long-term strength is good.
- C—S—H calcium silicate hydrate
- the pozzolanic substance is not limited as long as it has a high pozzolanic activity, but silica fume having an extremely high pozzolanic activity is preferred when used as a simple substance.
- the inorganic admixture is composed of a pozzolanic substance, and the content of silica fume, which is the pozzolanic substance, is 3 to 15% by weight in the neutralization-suppressing type early strong cement composition. If the content of silica fume is 3 to 15% by weight, if less than 3% by weight, the effect of addition may not be sufficiently obtained. If it exceeds 15% by weight, it becomes difficult to ensure workability and the cost is increased. Because.
- blast furnace slag-pozzolanic material-based inorganic admixture Another preferred form is the blast furnace slag-pozzolanic material system. This system is obtained by adding blast furnace slag to the pozzolanic material system. This system is preferably used when it is desired to obtain high strength at low cost while effectively utilizing blast furnace slag. When silica fume is used as the pozzolanic material, the addition of blast furnace slag can improve fluidity and long-term strength elongation and reduce costs.
- the inorganic admixture is composed of blast furnace slag and a pozzolanic material, and the content of the blast furnace slag in the neutralization-suppressing early-strength cement composition is 1 to 38% by weight, and the silica fume which is the pozzolanic material.
- the content of is 2 to 15% by weight.
- the reason for setting the blast furnace slag content to 1 to 38% by weight is the same as described above.
- blast furnace slag-pozzolanic material-anhydrous gypsum-based inorganic admixture Another preferred form is the blast furnace slag-pozzolanic material-anhydrite system. This system is the above blast furnace slag-pozzolanic material system with anhydrous gypsum added. This system may be used when it is desired to obtain a high-strength heat-cured product or a high-strength quick release product.
- the inorganic admixture comprises blast furnace slag, pozzolanic material, and anhydrous gypsum
- the neutralization-suppressing type early strong cement composition has a blast furnace slag content of 1 to 37% by weight, and the pozzolanic material.
- the silica fume content is 1 to 15% by weight
- the anhydrous gypsum content is 1 to 9% by weight.
- the reason for setting the blast furnace slag content to 1 to 37% by weight is the same reason as above.
- the reason why the content of silica fume is 1 to 15% by weight is the same reason as above.
- the reason why the content of anhydrous gypsum is 1 to 9% by weight is that if it is less than 1% by weight, the effect of addition may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 9% by weight, delayed expansion may occur.
- the reason why the preferred content ranges of the blast furnace slag and silica fume slightly deviate from the above-mentioned system is that the anhydrous gypsum was further added to achieve consistency.
- inorganic admixtures other than those listed above From the viewpoint of supply of each material, economic aspect, etc., inorganic admixtures other than those mentioned above can also be used.
- blast furnace slag-anhydrous gypsum system, pozzolanic substance-anhydrite system, and the like blast furnace slag-anhydrous gypsum system, pozzolanic substance-anhydrite system, and the like.
- the preferable range of the content of each material is about the same as the above range.
- the high activity cement clinker in highly active cement above the present invention is C 2 S ⁇ 5% in the calculated value by the Borg type, calculated values by Borg expression of the C 2 S Is preferably less than 0% (negative value). Since the clinker mineral composition according to the Borg formula is a calculated value, the calculated value may be negative depending on conditions.
- the calculated value of the C 2 S according to the Borg formula is less than 0% (minus value), which indicates that C 2 S is not included in the calculation.
- the negative value is, for example, about ⁇ 4% to ⁇ 14%.
- the sulfuric acid content in the highly active cement clinker is less than 1% by weight in terms of SO 3 .
- SO X sulfur oxide
- the mineral composition calculated by the Borg formula is C 3 S> 70% and C 2 S ⁇ 5%.
- S. D. was newly developed by adding 1.5 to 4.0% by weight of gypsum in terms of SO 3 to a highly active cement clinker with a free lime content of more than 1 and 0.5 to 7.5% by weight. Effective use of “active cement” can be achieved.
- this highly active cement is a cement that does not meet the standards, industrial waste can be used as a cement firing raw material, and it can also serve as industrial waste treatment.
- the neutralization-suppressing early strong cement composition of the present invention is based on a highly active cement, so it has excellent strength development in a low-temperature environment and also has a neutralization-inhibiting effect, and is equivalent to a mixed cement. Nevertheless, it has strength development and neutralization suppression performance equal to or better than ordinary Portland cement.
- the conventional mixed cement can also have performances such as salt barrier property and sulfate resistance. It is suitable as an alternative cement for the mixed cement that has been used and a mixed cement that has been used in an environment where neutralization is likely to proceed.
- the neutralization-suppressing type early-strength cement composition of the present invention comprises a combination of highly active cement and an inorganic admixture (blast furnace slag, fine limestone powder, anhydrous gypsum, pozzolanic substance), depending on the purpose and application.
- the system and blending ratio of inorganic admixture and the blending ratio of highly active cement and inorganic admixture can be freely designed, so mixed cement has been used not only in low-temperature environments and environments that require neutralization resistance. It can be used widely in the field of civil engineering and architecture, soil / ground, and waste disposal.
- the neutralization-suppressing type early-strength cement composition of the present invention is composed of the “highly active cement” and the inorganic admixture (blast furnace slag, anhydrous gypsum, limestone fine powder, pozzolanic substance) previously developed by the present inventors. Or more). First, each of these materials will be described.
- the highly active cement clinker used in the present invention has a mineral composition calculated by the Borg formula, C 3 S> 70%, C 2 S ⁇ 5%, and the remainder mainly composed of calcium aluminate. It is a gap phase.
- the Borg formula is a formula that is conventionally used to calculate the main mineral composition in cement clinker, and the proportion of each mineral is calculated from the analysis result of the chemical composition. Since the obtained ratio is a calculated value based on the analysis result of the chemical composition to the last, it does not coincide with the actual ratio in the cement clinker. In addition,% is the mass%.
- C 3 S is a mineral that mainly develops cement strength from a short term to a long term, and the greater the amount, the higher the strength and the faster the strength.
- C 2 S does not contribute much to the strength development in the short-term material age, but it contributes to the strength development in the long-term material age because it continues to hydrate for a long time. The growth of is good. Moreover, it will be excellent in chemical resistance and drying shrinkage.
- C 3 A has a high hydration activity and greatly contributes to the development of strength under short-term ages. However, if there are many of these, it will become hard and it will become a thing with a bad elongation of intensity
- C 4 AF has no outstanding characteristics as hydration performance, but contributes to easy firing as a gap phase in clinker firing.
- C 3 S> 70% in the present invention is to obtain a cement having an extremely high initial hydration activity, and when C 3 S is 70% or less, it has a hydration activity equivalent to or higher than that of conventional early strong cement. It becomes difficult to obtain highly active cement.
- an upper limit is not specifically limited, 85% or less is preferable.
- C 2 S ⁇ 5% in the present invention is to obtain a cement having a very high initial hydration activity without greatly changing the clinker firing conditions as compared with the conventional case, and C 2 S is 5% or more.
- the interstitial phase composed of calcium aluminate-based minerals and amorphous substances is reduced, it becomes difficult to fire the cement clinker, and the amount of C 3 S is relatively reduced, which makes it difficult to achieve the object of the present invention.
- the lower limit is not particularly limited, it is a value calculated by the Borg equation, and the C 2 S amount is determined by the relationship between the SiO 2 amount and the C 3 S amount as shown in the above equation. Therefore, the SiO 2 amount is small and the C 3 S amount is small. If there are many, the calculated value may be less than 0 (minus value). In the present invention, including less than 0, it is preferably less than 0 in order to stably obtain a large amount of C 3 S.
- the highly active cement clinker used in the present invention is composed of a gap phase mainly composed of a calcium aluminate system except for the above C 3 S and C 2 S.
- the interstitial phase contains minerals such as C 3 A and C 4 AF.
- C 3 A is preferably 4-9% as calculated by the above-mentioned Borg equation.
- C 4 AF is preferably contained in an amount of 8 to 16%. Within this range, a cement clinker having C 3 S> 70% and C 2 S ⁇ 5% can be stably fired.
- the rest is an amorphous interstitial phase.
- sulfuric acid content in the highly active cement clinker used in the sulfuric acid content present invention is less than 1 wt% converted to SO 3 is preferred. If it is 1% by weight or more, SO X (sulfur oxide) may be generated in the exhaust gas, or a solidified product may be generated inside the preheater, which is not preferable.
- SO X sulfur oxide
- free lime is included in the clinker to increase the calorific value and increase the kneading temperature. Is preferable. The amount is 0.5 to 7.5% by weight. If it is less than 0.5% by weight, a sufficient effect cannot be obtained. Exceeding 7.5% by weight is not preferable because it causes expansion or a decrease in fluidity.
- the production of the high activity cement clinker is not particularly different from the production of the conventional early-strength Portland cement clinker, and a predetermined cement firing raw material is C 3 S> 70%, C 2 S ⁇ 5%. , Produced by calcining the blended raw material with a cement kiln and the like so as to obtain a cement clinker having a free lime content of 0.5 to 7.5% by weight and a sulfuric acid content of less than 1% by weight in terms of SO 3 To do.
- Cement clinker firing raw materials The limestone, clay, silica stone, and iron raw materials that have been used as the main raw materials for clinker can be used in the same way as before. In addition to this, it is preferable to use calcium-rich industrial waste, which is not so much reused and contains a calcium content of 20% by weight or more in terms of CaO.
- Wastes containing 20% by weight or more of calcium content in terms of CaO include desulfurization slag by hot metal pretreatment, desulfurization slag from which iron has been removed by magnetic separation, converter slag from which iron has been removed by reduction treatment, and ceramic siding Examples include waste building materials such as waste materials, and ready-mixed sludge.
- Desulfurization slag by hot metal pretreatment is slag from which sulfur content in pig iron is removed, and the main components are calcium and iron. Desulfurized slag containing a large amount of calcium, which has been iron-removed by selection with a magnet, can also be used.
- the hot metal preliminary treatment is a step of removing silicon, phosphorus and sulfur in a pre-process of converter refining in order to increase the purity of steel.
- the converter slag from which iron has been removed by reduction treatment is, for example, LD slag described in the following document. This LD slag can also be used.
- Ceramic siding materials are cement materials and fiber materials that are molded and cured and hardened as the main raw materials. There are wood fiber reinforced cement boards, fiber reinforced cement boards, fiber reinforced calcium boards, etc. It is used as.
- Waste materials are increasing with the recent repairs and dismantling of houses, and their treatment is under consideration. Since the cementitious portion of the waste material has a calcium-rich cement composition, it can be used as a raw material for producing a highly active cement clinker.
- the ready-mixed sludge is a sludge that has lost fluidity by concentrating the concrete adhering to the plant mixer, hopper, agitator car, etc. Is.
- the amount added to the cement clinker firing raw material is preferably 400 kg or less per 1 ton of cement clinker, although it depends on the chemical components of limestone and clay.
- 400 kg or more is added per 1 ton of cement clinker, impurities may increase, and it may be difficult to perform clinker firing or adversely affect the quality of the obtained cement clinker.
- industrial waste is used as a partial substitute for limestone, it leads to a reduction in carbon dioxide emission, which is preferable from the viewpoint of reducing environmental impact.
- Raw material preparation The mixture is designed so that clinker of the desired chemical composition and mineral composition can be obtained after firing. Based on this, the above-mentioned cement clinker fired raw materials are weighed and mixed and ground in the raw material mill and blended in a blending silo. .
- M.M. Hydraulic modulus
- A.I. I. Activity coefficient
- S.P. M.M. Siliconicic acid ratio
- I.V. M.M. Iron rate
- L. S. D. The ratio coefficient (modulus) of (lime saturation) is used.
- H.S. is greatly related to the amount of C 3 S produced.
- M.M. And S. relating to ease of firing.
- M.M. In the present invention, L. S. D. Emphasis on (lime saturation).
- L. S. D. (Lime saturation) is an index that sets the amount of calcium oxide that can be combined with silicon dioxide, aluminum oxide, and iron oxide to 1.0, and is expressed by the following equation.
- L. S. D. > 1.
- L. S. D. A cement clinker having a high calcium content of C 3 S> 70% and C 2 S ⁇ 5% can be fired by preparing a cement firing raw material so that free lime remains and> 1. The presence of free lime increases the initial heat of hydration, so C 3 S can be activated and acts as a stimulant when mixed with blast furnace slag.
- the upper limit is not particularly limited, but is preferably about 1.16 or less because the clinker lacks stability such as expansion when the amount of free lime is too large.
- H. M hydroaulic modulus
- A.I. I. Activity coefficient
- S.P. M.M. Siliconicic acid ratio
- I.V. M.M. ratio coefficient (modulus) of (iron ratio)
- M (hydraulic modulus) is 2.2 to 2.3
- S.M. M.M. Siliconicic acid ratio
- I.V. M.M. Iron ratio
- the highly active cement clinker used in the present invention can be obtained by firing the cement firing raw material prepared in the above-described raw material preparation in the same manner as conventional early-strength Portland cement clinker firing using a cement firing kiln. If it is a small amount of firing, electric furnace firing may be used.
- the firing temperature is preferably 1250 to 1600 ° C. It is less than 1250 ° C. is not possible generation itself of C 3 S. In addition, when the temperature exceeds 1600 ° C., the refractory inside the rotary kiln is dissolved, which may be used for cement clinker firing. Clinker cooling, coarse crushing, etc. after firing are the same as in the past.
- the highly active cement used in the present invention is obtained by adding gypsum to the above highly active cement clinker so as to be 1.5 to 4.0% by weight in terms of SO 3 and mixing and pulverizing it with a finishing mill or the like together with a grinding aid. .
- the process and equipment are the same as the finishing process in conventional cement production.
- Gypsum and grinding aids are the same as those used in conventional cement production.
- the amount of gypsum to be added is 1.5 to 4.0% by weight in terms of SO 3 . If it is less than 1.5% by weight, sufficient work time may not be ensured when C 3 A in the cement clinker is rapidly set to produce a concrete product or the like. If it exceeds 4.0% by weight, delayed expansion may occur due to unreacted gypsum after the cement has hardened.
- the fineness is not particularly limited, but is preferably 3000 cm 2 / g or more in terms of brain value.
- Conventional high-strength Portland cement has a high degree of fineness and it is difficult to use high-performance water reducing agents. To obtain the desired fluidity, the water ratio must be increased or the amount of high-performance water reducing agent must be increased slightly.
- the high-activity cement used in the present invention has higher hydration activity than conventional early-strength Portland cement, so it is not necessary to increase the degree of fineness as conventional early-strength Portland cement. In this case, free lime etc. is quickly hydrated to form a hydrate layer on the particle surface, so that the predetermined fluidity can be achieved without increasing the water ratio or increasing the amount of the high-performance water reducing agent more than necessary. can get.
- Blast furnace slag is a by-product generated when making pig iron in a blast furnace at an ironworks. It is taken out from the blast furnace together with pig iron in a molten state of about 1500 ° C, and then water-cooled and solidified in the form of sand. It is obtained by pulverizing an amorphous material, and has a latent hydraulic property that causes a hydration reaction by an alkali stimulant.
- the quality is not particularly limited as long as it is used for blast furnace cement and cement admixture and has a brane value of 1500 cm 2 / g or more, but it conforms to JIS A 6206: 1997 “Blast furnace slag fine powder for concrete”. Those that do are preferred. Blast furnace slag contributes to securing fluidity, suppressing heat of hydration, increasing long-term strength, and salt-insulating properties.
- the limestone fine powder can be used without any problem as long as it is made of calcium carbonate and the purity is usually available. Any material conventionally used in cement, cement composition, or cement admixture is preferable from the viewpoint of supply and economy.
- the limestone fine powder is produced by pulverizing limestone and classifying it as necessary.
- the specific surface area of the brane is preferably 2000 to 10000 cm 2 / g. If it is less than 2000 cm 2 / g, the effect of adding limestone fine powder cannot be obtained. When it exceeds 1000 cm 2 / g, depending on the content, the fluidity is deteriorated and the cost is increased. Limestone fine powder contributes to securing fluidity, increasing short-term strength, and suppressing shrinkage.
- Anhydrous gypsum includes natural anhydrous gypsum, hydrofluoric acid anhydrous gypsum, natural 2-hydrate gypsum, by-product 2-hydrate gypsum, or anhydrous gypsum produced by firing dihydrate gypsum recovered from waste gypsum board.
- any gypsum containing 90% or more of anhydrous gypsum can be used.
- the powder of the anhydrous gypsum is not particularly limited, 3000 ⁇ 8000cm 2 / g, with Blaine value is preferably 4000 ⁇ 6000cm 2 / g.
- Anhydrite mainly contributes to the improvement of short-term strength, but also works to secure fluidity and suppress shrinkage.
- a pozzolanic substance is SiO 2 or Al 2 O 3 having a reaction characteristic (pozzolanic reaction characteristic) that reacts with Ca (OH) 2 or Ca ions in the presence of water to form a new hydrate.
- silica fume a by-product contained in exhaust gas when refining metallic silicon and ferrosilicon with an arc electric furnace, etc. has high pozzolanic reaction characteristics and can effectively use the by-product. Although many have been used as chemical materials, it is preferable to use silica fume as a pozzolanic material in the present invention.
- Silica fume is not particularly limited in quality as long as it is conventionally used for cement admixtures, etc., but is preferably compliant with JIS A 6207: 2000 “silica fume for concrete”.
- a pozzolanic substance contributes to strength development, and improves durability and suppresses heat of hydration.
- the neutralization-suppressing type early-strength cement composition of the present invention is obtained by mixing the high-activity cement with an inorganic admixture composed of one or more of the blast furnace slag, the limestone fine powder, the anhydrous gypsum, and the pozzolanic substance. Become.
- This neutralization-suppressing type early strong cement composition must contain at least 60% by weight of highly active cement and 3% by weight of inorganic admixture. If the high-activity cement is less than 60% by weight, it is difficult to obtain the strength improvement and neutralization suppression that are aimed by the present invention. That is, it is not possible to obtain a mixed cement equivalent in strength development and neutralization suppressing performance equivalent to that of ordinary Portland cement.
- the inorganic admixture when the inorganic admixture is less than 3% by weight, it is difficult to obtain the effects of the above-mentioned materials constituting the inorganic admixture, and not only the strength improvement and neutralization suppression, but also the performance of the conventional mixed cement has. Performance (e.g., low heat, salt barrier, sulfate resistance, etc.) is difficult to obtain, and it is difficult to say that it is similar to mixed cement.
- the pozzolanic material may be used alone or in combination with blast furnace slag, limestone fine powder or anhydrous gypsum, but blast furnace slag, limestone fine powder, anhydrous gypsum is at least one of the other two. It is preferable to use in combination.
- the pozzolanic substance greatly contributes to the development of short to long-term strength, so it is easy to achieve the object of the present invention even if it is simple, but blast furnace slag, fine limestone powder and anhydrous gypsum have at least short- to long-term strength development. This is because although it contributes in part, a simple effect cannot be obtained.
- the neutralization-suppressing type early-strength cement composition of the present invention only needs to satisfy the above-mentioned conditions, and the inorganic admixtures are of various systems in consideration of material supply, waste material utilization, cost, and the like. be able to.
- Preferred systems are (a) blast furnace slag-limestone fine powder system, (b) blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrous gypsum system, (c) blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrous gypsum-pozzolanic material system, (d) It is a pozzolanic material system, (e) a blast furnace slag-pozzolanic material system, and (f) a blast furnace slag-pozzolanic material-anhydrite system.
- a Blast furnace slag-limestone fine powder system The preferred composition in the blast furnace slag-limestone fine powder system is that the neutralization-suppressing early strong cement composition has a blast furnace slag content of 2 to 39% by weight, and the limestone The content of fine powder is 1 to 10% by weight.
- the formulation is as described above.
- (B) Blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrous gypsum system The preferred composition in the blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrite system is such that the neutralization-suppressing early strength cement composition has a blast furnace slag content of 1 to 38% by weight, the content of the limestone fine powder is 1 to 10% by weight, and the content of the anhydrous gypsum is 1 to 5% by weight.
- the formulation is as described above.
- (C) Blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrous gypsum-pozzolanic substance system Suitable materials and blends in the blast furnace slag-limestone fine powder-anhydrous gypsum-pozzolanic substance system are The content of blast furnace slag is 1 to 38% by weight, the content of fly ash as the pozzolanic material is 1 to 38% by weight, the content of fine limestone powder is 0.5 to 5% by weight, the content of anhydrous gypsum The amount is 0.5-5% by weight.
- the combination with such materials is as described above.
- a suitable material and blend in the pozzolanic substance system is that the content of silica fume, which is the pozzolanic substance, is 3 to 15% by weight in the neutralization-suppressing early-strength cement composition.
- the combination with such materials is as described above.
- Suitable materials and blends in the blast furnace slag-pozzolanic material system include a neutralization-suppressing fast-strength cement composition having a blast furnace slag content of 1 to 38% by weight, and the pozzolanic material.
- the content of silica fume as a substance is 2 to 15% by weight. The combination with such materials is as described above.
- Suitable materials and blends in the blast furnace slag-pozzolanic material-anhydrous gypsum system include a blast furnace slag content of 1 ⁇ 37% by weight, the content of silica fume as the pozzolanic material is 1 to 15% by weight, and the content of anhydrous gypsum is 1 to 9% by weight.
- the combination with such materials is as described above.
- the object of the present invention is to provide a neutralization-suppressing type early-strength cement composition that is excellent in strength development, particularly short-term strength development in a low-temperature environment, and has a neutralization-inhibiting effect as described above. .
- Cement 1 Highly active cement By firing a cement fired raw material such as limestone, clay, etc. adjusted to be a predetermined component at 1450 ° C., C 3 S is 72% and C 2 S is 1%.
- L. S. D. Is a high activity cement clinker having a free lime content of 2.5% by weight, to which is added 3.0% by weight of dihydrate gypsum in terms of SO 3 to obtain a trial high activity cement. It was. Manufacturing was done using the actual equipment of the cement factory from the raw material process to the finishing process.
- Ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement, for comparison
- Table 1 shows the respective compositions of the neutralization-suppressing early-strength cement composition of the present invention and the cement composition in the comparative example.
- Each of the above cement compositions was obtained by mixing each constituent material having a predetermined composition with a V-type mixer.
- the mortar was prepared and kneaded in accordance with the mortar preparation and kneading method described in JIS R 5201 “Physical testing method for cement”.
- the cement composition was prepared by regarding the whole as cement.
- the Examples have a small accelerated neutralization depth compared to Comparative Examples other than Comparative Example No. 2 that cannot be said to be equivalent to mixed cement.
- the accelerated neutralization depth is small as compared with Comparative Example No. 3 which is a mixed cement equivalent to blast furnace cement and Comparative Example No. 4 which is plain Portland cement.
- the neutralization-suppressing type early strong cement composition of the present invention has a neutralization-inhibiting performance higher than that of conventional mixed cements despite being similar to conventional mixed cements, and is equivalent to or better than ordinary Portland cements. It can be said that it has neutralization suppression performance.
- the Examples generally have better strength development than the Comparative Examples.
- Comparative Example No. 3 which is a mixed cement equivalent to blast furnace cement
- Comparative Example No. 4 which is a plain Portland cement
- the strength ratio is preferably 75% or more, but all the examples are as high as 75% or more.
- the neutralization-suppressing early-strength cement composition of the present invention has better strength development than the conventional mixed cement, although it is similar to the conventional mixed cement, and the short-term strength is improved particularly in a low-temperature environment. It can be said that it has the same or better strength than ordinary Portland cement.
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Abstract
ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5~7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%添加してなる高活性セメント60~97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3~40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物であり、先に開発した高C3Sかつ極低C2Sの高活性セメントの有効利用を図るとともに、寒冷地のような低温環境下あるいは中性化が進み易い環境下で用いるコンクリートやモルタルのセメントとして好適な中性化抑制型早強セメント組成物を提供する。
Description
本願発明は、クリンカ中のボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%の高活性セメントを母体とした中性化抑制型早強セメント組成物であって、混合セメントに類するものであっても普通ポルトランドセメント並みの強度発現性と中性化抑制性能を有し、寒冷地のような低温環境下あるいは中性化が進み易い環境下で用いるコンクリートやモルタルのセメントとして好適な中性化抑制型早強セメント組成物に関する。
近年、地球温暖化防止策の一つとして二酸化炭素の排出量の削減が求められておりセメント業界でも該削減に取り組んできているが、削減策の一つとしてポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ等の無機混和材を混和した混合セメント、セメント組成物の活用が着目されている。
これら混合セメント、セメント組成物を活用すれば、セメント焼成に伴う燃料から発生する二酸化炭素の削減のみでなく、主原料である石灰石の脱炭酸による二酸化炭素の発生をも削減できる。また、一般に、高炉スラグやフライアッシュ等の無機混和材を混和した混合セメント、セメント組成物は、ポルトランドセメントと比較して低熱、遮塩性、耐硫酸塩性、アルカリ骨材反応抑制といった点で優れているので、性能面からもニーズが高まってきている。
しかし、幾つか欠点もあり、一つとして、上記混合セメント、セメント組成物はポルトランドセメントに比べアルカリ分(主としてカルシウム分)が少なく中性化が進み易いといったことがある。中性化抑制については従来から検討されてきており、例えば、特許文献1には製鋼スラグ、高炉スラグ微粉末及びフライアッシュと、更に、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント及び消石灰の群から選択された1種または2種以上とからなる、中性化が進み易い環境下においても鉄筋の腐食を抑制するセメント組成物が開示されている。
また、特許文献2には(A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10~100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(C)石膏と、(D)ポルトランドセメントクリンカ粉砕物を含む耐中性化特性が良好なセメント組成物が開示されている。
また、上記混合セメント、セメント組成物における欠点の他の一つとして、短期材令での強度発現性が小さく、特に冬場のような低温下では良くないといったことがある。
低温下における強度発現性の改善についても検討されてきており、例えば、特許文献3には3CaO・SiO2含有量が60重量%以上でブレーン値が3500~7000cm2/gのセメント100重量部に対し、無水セッコウ100重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で20~150重量部、アルミン酸アルカリ金属塩5~15重量部、及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩及び/又は亜硝酸塩を20~150重量部含有してなるセメント混和材2~10重量部を含有してなるセメント組成物が開示されている。
更には、上記中性化と上記低温環境下での強度発現の両方の問題の解決を図ったものとして特許文献4がある。ここには、ブレーン比表面積が6000~10000cm2/gでガラス化率70%以上のCaO40~55質量%、Al2O325~40質量%、SiO210~25質量%およびLi2O1~10質量%のCaO- Al2O3-SiO2-Li2O系ガラス100質量部と、ブレーン比表面積が2000~8000cm2/gのγ-2CaO・SiO25~300質量部とを含有してなる、低温環境下での強度発現性と耐硫酸塩抵抗性と中性化抵抗性に優れる水硬性セメント組成物が開示されている。
上記特許文献1や特許文献2に示すように、中性化抑制を図ったセメント組成物は幾つか知られているものの、使用されているセメントが従来のポルトランドセメント、混合セメントであるため短期強度発現が良好とは言えず、低温環境下での短期強度が十分確保できなくなる場合がある。
また、特許文献3に示すように、低温下における強度発現性の改善を図ったセメント組成物も知られているが、中性化抑制を考慮した混合セメントではなく、硬化促進剤等の種々の添加材を併用しているため高価なものになってしまう。
特許文献4には低温環境下での強度発現性と中性化抵抗性に優れる水硬性セメント組成物が開示されているが、特殊な化学組成の水硬性組成物であるため製造し難く汎用性に欠ける。
一方、本願発明者らは、本願発明に先立ち、高C3Sで遊離石灰があり極低C2Sの「高活性セメント」を開発した。(特願2011-35810参照)このセメントは、早強ポルトランドセメントよりも水和活性が高く、セメント焼成原料として産業廃棄物も使用できる従来の規格には当てはまらないセメントである。
本願発明は、上記課題を鑑み、上記「高活性セメント」の有効利用を図るとともに、混合セメントに類するものであっても普通ポルトランドセメント並みの強度発現性と中性化抑制性能を有することにより、寒冷地のような低温環境下あるいは中性化が進み易い環境下で用いるコンクリートやモルタルのセメントとして好適な中性化抑制型早強セメント組成物を提供することを目的とする。
本願発明は、ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5~7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%添加してなる高活性セメント60~97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3~40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物である。
高活性セメントクリンカとは、水和活性が高く、該セメントクリンカによるセメントのコンダクションカロリーメータでの水和発熱速度のピーク値が早強セメントクリンカ相当のクリンカによるセメントのそれより大きく、かつ、水和発熱量が早強セメントクリンカ相当のクリンカによるセメントのそれより多いクリンカをいう。
この高活性セメントクリンカは、鉱物組成がボーグ式による計算値で、C3S>70%、C2S<5%であり、好ましくはC2S<3%である。
C3Sが70%以下では、従来の早強セメントと同等以上の水和活性を有する高活性セメントが得られ難くなる。また、環境条件によっては中性化抑制が不十分となる虞がある。
C2Sが5%以上であるとカルシウムアルミネート系鉱物や非晶質物等からなる間隙相が少なくなるので高活性セメントクリンカを焼成し難くなったりアルミニウム分を多く含む産業廃棄物のセメント焼成原料としての使用が難しくなったりする。
また、従来の早強セメントでは、セメントクリンカのL.S.D.(石灰飽和度)が1以下となるようにセメント焼成原料の調合がなされるが、本発明の高活性セメントクリンカでは、L.S.D.>1である。L.S.D.>1となるようにセメント焼成原料を調合することによって、C3S>70%、C2S<5%の高活性セメントクリンカが得られ易くなる。
上記の通り、本発明の高活性セメントクリンカでは、L.S.D.>1であるので、セメントクリンカ中に遊離石灰を含むことになるが、その量を0.5~7.5重量%に限定する。
0.5重量%未満では、高温の焼成または焼成帯の位置・長さが変化してキルン内部のレンガが破損する場合がある。7.5重量%を超えると、セメントクリンカ中の遊離石灰の水和により過剰な膨張をする場合がある。
高活性セメントは、上記高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%となるよう添加してなるものである。1.5重量%未満ではセメントクリンカ中のC3Aが急結してコンクリート製品を製造するときに十分な作業時間が確保できない場合がある。4.0重量%を超えると、セメントの硬化後に未反応の石膏により遅れ膨張が生じる場合がある。
この高活性セメントは、上記高活性セメントクリンカを母体としているので、早強ポルトランドセメント以上の水和活性を有する。また、従来のセメント規格にとらわれたものではないので、セメント規格が重視されポルトランドセメント等でなければならない用途には使用し難いが、そうでなければ幅広く使える汎用性の高いセメントである。
また、シリカ分に比べカルシウム分が多く遊離石灰も含むので水酸化カルシウムを生成し易く中性化抑制に対して有効である。
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、上記高活性セメント60~97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3~40重量%とからなるものである。
上記高活性セメントを用い、この高活性セメントの配合割合を多めにすることにより、種々の無機塩や有機ポリマーからなる化学添加剤を用いなくても、短期強度発現性、特に低温下での短期強度発現性に優れ、中性化抑制能もあるセメント組成物が得られる。
本願発明で用いる無機混和材は、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなるものである。
高炉スラグは従来から高炉セメントやセメント混和材やセメント組成物に用いられているものであれば特に限定されない。高炉スラグは単味で用いても他の無機混和材料と組み合わせて用いてもよい。高炉スラグは流動性の確保、長期強度の伸び、水和熱の抑制、遮塩性に寄与する。
無水石膏も従来からセメント混和材やセメント組成物に用いられているものであれば特に限定されない。無水石膏は流動性の確保、短期強度の伸び、収縮の抑制に寄与する。無水石膏は他の無機混和材料と組み合わせて用いるのが好ましい。
石灰石微粉末も従来からセメント混和材やセメント組成物に用いられているものであれば特に限定されない。石灰石微粉末は流動性の確保、短期強度の伸び、収縮の抑制に寄与する。石灰石微粉末も他の無機混和材料と組み合わせて用いるのが好ましい。
ポゾラン物質としては、シリカフューム、メタカオリン、活性シリカ粉、珪藻土、籾殻灰、活性白土、フライアッシュ微粉、フライアッシュ粗粉などの従来からセメント混和材料として用いているものが挙げられる。ポゾラン物質は強度発現、流動性の確保、水和熱の抑制に寄与する。ポゾラン物質は単味で用いても他の無機混和材料と組み合わせて用いてもよい。
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物において、高活性セメントの含有量は60~97重量%である。
60重量%未満(無機混和材が40重量%以上)では低温環境下で十分な強度が得られなかったり中性化が進み易い環境下での中性化を抑制できなかったりする場合がある。97重量%を超える(無機混和材が3重量%以下)と上記無機混和材を混和したことによる効果が十分得られず、従来の混合セメントが有する作用効果(例えば、低熱、遮塩性、耐硫酸塩性等)が得難くなって混合セメント相当のものとは言い難くなる。
上記本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物において、無機混和材の好ましい形態は複数あり、これらのうちのいずれを用いてもよい。下記の各系において各構成材料が下記の範囲にあれば、強度改善や中性化抑制だけでなく、従来の混合セメントが持っている性能(例えば、低熱、遮塩性、耐硫酸塩性等)と同等の性能も得られ易くなる。
<高炉スラグ-石灰石微粉末系無機混和材>
好ましい形態の一つとして、高炉スラグ-石灰石微粉末系がある。この系は、収縮や発熱も抑制したい、コストを抑えたい場合等に用いるとよい。産業副産物である高炉スラグの有効活用も図れる。この系では前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2~39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%である。
好ましい形態の一つとして、高炉スラグ-石灰石微粉末系がある。この系は、収縮や発熱も抑制したい、コストを抑えたい場合等に用いるとよい。産業副産物である高炉スラグの有効活用も図れる。この系では前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2~39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%である。
高炉スラグの含有量を2~39重量%とするのは、2重量%未満では添加効果が十分得られなかったり39重量%を超えると短期強度の発現性が悪くなったりする場合があるからである。
また、石灰石微粉末の含有量を1~10重量%とするのは、1重量%未満では添加効果が十分得られなかったり10重量%を超えると長期強度の伸びが不十分となったりする場合があるからである。
<高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系無機混和材>
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-石灰石微粉末系に無水石膏を加えたものである。無水石膏を加えることによってエトリンガイトの生成が増えるので、低温環境下での初期強度発現性を更に高めることができる。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-石灰石微粉末系に無水石膏を加えたものである。無水石膏を加えることによってエトリンガイトの生成が増えるので、低温環境下での初期強度発現性を更に高めることができる。
この系は、収縮も抑制したい、硫酸塩などの耐薬品性も得たい、即脱製品を製造する場合等に用いるとよい。この系では前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%、前記無水石膏の含有量が1~5重量%である。
高炉スラグの含有量を1~38重量%とするのは上記理由と同じである。石灰石微粉末の含有量を1~10重量%とするのも上記理由と同じである。無水石膏の含有量を1~5重量%とするのは、1重量%未満では添加効果が十分得られなかったりする場合があり、5重量%を超えると遅れ膨張が発生する可能性が生じるからである。なお、高炉スラグの好適含有量の範囲が上記系とわずかにずれる理由は、無水石膏が更に加わったことによるものである。
<高炉スラグ-ポゾラン物質-石灰石微粉末-無水石膏系無機混和材>
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質-石灰石微粉末-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系にポゾラン物質を加えたものである。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質-石灰石微粉末-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系にポゾラン物質を加えたものである。
この系は、水和熱も抑制したい、高耐久性のものを得たい、加熱養生製品を製造する場合等に用いるとよい。ポゾラン物質を加えることによってポゾラン反応によりカルシウムシリケート水和物(C-S-H)が生成され易くなるので、硫酸浸漬などでの水酸化カルシウムの中和反応といった劣化要因に対する耐久性も向上する。
ポゾラン物質はポゾラン活性が高いものであれば限定されないが、フライアッシュは好ましい。フライアッシュは産業副産物であるので高炉スラグと同様に有効利用が図れるとともに、流動性も向上する。
したがって、この系では前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5~5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5~5重量%である。高炉スラグの含有量を1~38重量%とするのは上記理由と同じである。
石灰石微粉末の含有量を0.5~5重量%とするのも上記理由と同じである。無水石膏の含有量を0.5~5重量%とするのも上記理由と同じである。フライアッシュの含有量を1~38重量%とするのは、1重量%未満では添加効果が十分得られなかったり38重量%を超えると短期強度の発現性が悪くなったりする場合があるからである。
なお、無水石膏、石灰石微粉末の好適含有量の範囲が上記系とわずかにずれる理由は、ポゾラン物質を更に加えて整合性を図ったことよるものである。
<ポゾラン物質系無機混和材>
好ましい形態の他の一つとして、ポゾラン物質系がある。この系はポゾラン物質単味からなる最も単純な系である。この系は、水和熱を抑制しつつ安価に高強度製品を得たいときに用いるとよい。
好ましい形態の他の一つとして、ポゾラン物質系がある。この系はポゾラン物質単味からなる最も単純な系である。この系は、水和熱を抑制しつつ安価に高強度製品を得たいときに用いるとよい。
ポゾラン物質を加えることによってポゾラン反応によりカルシウムシリケート水和物(C-S-H)が生成され易くなるので、中~長期強度の発現性は良い。また、セメントが前記高活性セメントであるので短期強度も十分確保でき、中性化抑制性能も有する。ポゾラン物質はポゾラン活性が高いものであれば限定されないが、単味で用いる場合は極めてポゾラン活性の高いシリカフュームが好ましい。
したがって、この系では前記無機混和材がポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3~15重量%である。シリカフュームの含有量を3~15重量%とするのは、3重量%未満では添加効果が十分得られなかったりする場合があり15重量%を超えると作業性が確保し難くなるとともにコスト高となるからである。
<高炉スラグ-ポゾラン物質系無機混和材>
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質系がある。この系は上記ポゾラン物質系に高炉スラグを加えたものである。この系は、高炉スラグの有効利用を図りつつ安価に高強度を得たいときに用いるとよい。ポゾラン物質としてシリカフュームを用いる場合は高炉スラグを加えることによって流動性や長期強度の伸びの向上、コスト低減ができる。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質系がある。この系は上記ポゾラン物質系に高炉スラグを加えたものである。この系は、高炉スラグの有効利用を図りつつ安価に高強度を得たいときに用いるとよい。ポゾラン物質としてシリカフュームを用いる場合は高炉スラグを加えることによって流動性や長期強度の伸びの向上、コスト低減ができる。
したがって、この系では前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2~15重量%である。高炉スラグの含有量を1~38重量%とするのは上記理由と同じである。
シリカフュームの含有量を2~15重量%とするのも上記と同じ理由である。シリカフュームの好適含有量の範囲が上記系とわずかにズレルのは、高炉スラグを更に加えて整合性を図ったことよるものである。
<高炉スラグ-ポゾラン物質-無水石膏系無機混和材>
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-ポゾラン物質系に無水石膏を加えたものである。この系は、高強度の加熱養生製品、高強度の即脱製品を得たいときに用いるとよい。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ-ポゾラン物質-無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ-ポゾラン物質系に無水石膏を加えたものである。この系は、高強度の加熱養生製品、高強度の即脱製品を得たいときに用いるとよい。
無水石膏を加えることによってエトリンガイトの生成が増えるので、低温環境下での初期強度発現性を更に高めることができる。したがって、この系では前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1~15重量%、前記無水石膏の含有量が1~9重量%である。
高炉スラグの含有量を1~37重量%とするのは上記と同じ理由である。シリカフュームの含有量を1~15重量%とするのも上記と同じ理由である。無水石膏の含有量を1~9重量%とするのは、1重量%未満では添加効果が十分得られなく場合があり9重量%を超えると遅れ膨張が発生する可能性が生じるためである。高炉スラグ、シリカフュームの好適含有量の範囲が上記系とわずかにずれる理由は、無水石膏を更に加えて整合性を図ったことよるものである。
<上記系以外の無機混和材>
各材料の供給面、経済面等から、上記系以外の系の無機混和材にすることもできる。例えば、高炉スラグ-無水石膏系、ポゾラン物質-無水石膏系等である。これらの系においても各材料の含有量の好ましい範囲は上記範囲と同程度である。
各材料の供給面、経済面等から、上記系以外の系の無機混和材にすることもできる。例えば、高炉スラグ-無水石膏系、ポゾラン物質-無水石膏系等である。これらの系においても各材料の含有量の好ましい範囲は上記範囲と同程度である。
なお、上記本願発明での高活性セメントにおける高活性セメントクリンカは、上記の通り、鉱物組成がボーグ式による計算値でC2S<5%であるが、前記C2Sのボーグ式による計算値が0%未満(マイナス値)になるようにすることは好ましい。ボーグ式によるクリンカ鉱物組成は計算値であるので、条件によっては計算値がマイナスになってしまうことがある。
現実的には含有量がマイナスになることはないので、X線回折で分析すると、わずかにピークが確認されることもある。この発明では、C2Sのボーグ式による計算値が0%未満(マイナス値)であり、計算上はC2Sを含まないことを示すものである。マイナス値としては、例えば、-4%~-14%程度である。
また、上記高活性セメントクリンカ中の硫酸分がSO3換算で1重量%未満となるようにすることも好ましい。1重量%未満にすることによって、クリンカ焼成時の排ガス中におけるSOX(硫黄酸化物)の発生が抑制される。
(1)本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物によれば、ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5~7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%添加してなる新たに開発した「高活性セメント」の有効利用が図れる。また、この高活性セメントは規格に捉われないセメントであるのでセメント焼成原料として産業廃棄物を用いることができ、産業廃棄物の処理も兼ねることができる。
(2)本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、高活性セメントをベースとしているので低温環境下での強度発現性に優れ中性化抑制効果も合せ持ち、混合セメント相当のものであるにも関わらず、普通ポルトランドセメントと同等以上の強度発現性および中性化抑制性能を有する。また、該中性化抑制型早強セメント組成物の配合組成形態によっては従来からの混合セメントが有する遮塩性、耐硫酸塩性等の性能も合せ持つことができるので、従来から寒冷地で使用されてきた混合セメント、中性化が進み易い環境下で使用されてきた混合セメントの代替セメントとして好適である。
(3)本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、高活性セメントと無機混和材(高炉スラグ、石灰石微粉末、無水石膏、ポゾラン物質)の組合せからなり、目的や用途に応じて無機混和材の系や配合割合、高活性セメントと無機混和材の配合割合を自由に設計できるので、低温環境下、耐中性化が必要な環境下だけでなく、従来から混合セメントが使用されてきている土木建築分野、土壌・地盤分野、廃棄物処理等の環境分野で巾広く使用できる。
以下、本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物について、より詳しく説明する。
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、前述の通り、本願発明者らが先に開発した「高活性セメント」と無機混和材(高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上)とからなる。まず、これらの各材料について説明する。
[構成材料]
A.高活性セメント
本願発明で用いる高活性セメントは、本願発明に先立ち本願発明者らが先に開発したものであり、先に開発した高活性セメントクリンカに石膏を添加してなるものである。短期強度発現性、中~長期発現性のいずれも良く、中性化抑制に対して有効である。
A.高活性セメント
本願発明で用いる高活性セメントは、本願発明に先立ち本願発明者らが先に開発したものであり、先に開発した高活性セメントクリンカに石膏を添加してなるものである。短期強度発現性、中~長期発現性のいずれも良く、中性化抑制に対して有効である。
[高活性セメントクリンカ]
(1)鉱物組成
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、鉱物組成がボーグ式による計算値で、C3S>70%、C2S<5%であり、残りがカルシウムアルミネート系を主体とした間隙相である。
(1)鉱物組成
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、鉱物組成がボーグ式による計算値で、C3S>70%、C2S<5%であり、残りがカルシウムアルミネート系を主体とした間隙相である。
ボーグ式は従来からセメントクリンカ中の主鉱物組成を算定するのに用いられている式であり、各鉱物の割合は化学組成の分析結果から算定される。得られた割合は、あくまで化学組成の分析結果に基づく算定値であるからして、セメントクリンカ中の実際の割合と合致するものではない。なお、%は質量%である。
[ボーグ式]
C3S(%)=(4.07×CaO%)-(7.60×SiO2%)-(6.7×Al2O3%)-(1.43×Fe2O3%)-(2.85×SO3%)
C2S(%)=(2.8×SiO2%)-(0.754×C3S%)
C3A(%)=(2.65×Al2O3%)-(1.69×Fe2O3%)
C4AF(%)=3.04×Fe2O3%
C3S(%)=(4.07×CaO%)-(7.60×SiO2%)-(6.7×Al2O3%)-(1.43×Fe2O3%)-(2.85×SO3%)
C2S(%)=(2.8×SiO2%)-(0.754×C3S%)
C3A(%)=(2.65×Al2O3%)-(1.69×Fe2O3%)
C4AF(%)=3.04×Fe2O3%
C3Sは短期材令から長期材令に渡ってセメント強度発現の主となる鉱物であって、これが多いほど高強度かつ早強となる。C2Sは短期材令での強度発現にはあまり寄与しないが、長期にわたり水和を継続するため長期材令での強度発現には寄与し、これが多いほど低発熱で長期材令での強度の伸びが良いものとなる。また、化学抵抗性や乾燥収縮に優れたものとなる。
C3Aは水和活性が高く、短期材令での強度発現に大きく寄与する。しかし、これが多いと急硬性で長期材令での強度の伸びが悪いものとなる。また、水和発熱が高く化学抵抗性や乾燥収縮に劣ったものとなる。
C4AFは水和性能としては目立った特徴はないが、クリンカ焼成では間隙相として易焼成に貢献する。
本願発明でC3S>70%とするのは、極めて初期水和活性が高いセメントを得るためであり、C3Sが70%以下では従来の早強セメントと同等以上の水和活性を有する高活性セメントが得難くなる。上限は特に限定されないが、85%以下が好ましい。
85%を超えると遊離石灰量も著しく増えてしまう場合があり、セメントクリンカの品質安定が維持できなくなってしまう。また、より水和活性の高いC3A等のカルシウムアルミネート系の鉱物を多用しないのは、長期での強度発現、ワーカビリティー、耐久性等を考慮したことによる。
一方、本願発明でC2S<5%とするのは、クリンカ焼成条件を従来と比べ大きく変えることなく極めて初期水和活性が高いセメントを得るためであり、C2Sが5%以上であるとカルシウムアルミネート系鉱物や非晶質物等からなる間隙相が少なくなるのでセメントクリンカを焼成し難くなったり相対的にC3S量が減ったりするので本願発明の目的が達成し難くなる。
下限値は特に限定されないが、ボーグ式による計算値でありC2S量は上式の通り、SiO2量とC3S量との関係で決まるので、SiO2量が少なくC3S量が多い場合は、計算値が0未満(マイナス値)となる場合も起こる。本発明では、このような0未満も含み、安定してC3Sを多量に得るために0未満となることが好ましい。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、上記C3SとC2S以外はカルシウムアルミネート系を主体とした間隙相からなる。間隙相にはC3A、C4AF等の鉱物が含まれる。C3Aは上記ボーグ式による計算値で4~9%含まれていることが好ましい。また、C4AFは8~16%含まれていることが好ましい。この範囲にあれば、C3S>70%、C2S<5%のセメントクリンカが安定して焼成しやすくなる。残りは非晶質間隙相などである。
(2)硫酸分
本願発明で用いる高活性セメントクリンカ中の硫酸分は、SO3換算で1重量%未満が好ましい。1重量%以上だと排ガス中にSOX(硫黄酸化物)が発生したり、プレヒータ内部で固結物が生成して閉塞する場合があるので好ましくない。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカ中の硫酸分は、SO3換算で1重量%未満が好ましい。1重量%以上だと排ガス中にSOX(硫黄酸化物)が発生したり、プレヒータ内部で固結物が生成して閉塞する場合があるので好ましくない。
(3)遊離石灰
本願発明で用いる高活性セメントクリンカでは、C3Sの水和活性をより高くするために、発熱量を大きくして練り上がり温度を高くするための遊離石灰をクリンカ中に含ませることは好ましい。その量は、0.5~7.5重量%である。0.5重量%未満では十分な効果が得られない。7.5重量%を超えると膨張を起こしたり、流動性の低下を生じたりするので好ましくない。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカでは、C3Sの水和活性をより高くするために、発熱量を大きくして練り上がり温度を高くするための遊離石灰をクリンカ中に含ませることは好ましい。その量は、0.5~7.5重量%である。0.5重量%未満では十分な効果が得られない。7.5重量%を超えると膨張を起こしたり、流動性の低下を生じたりするので好ましくない。
次に、上記高活性セメントクリンカの製造方法について説明する。
(4)製造方法
上記高活性セメントクリンカの製造は、従来の早強ポルトランドセメントクリンカの製造と特に大きく変わることはなく、所定のセメント焼成原料をC3S>70%、C2S<5%、遊離石灰量が0.5~7.5重量%で、なるべく硫酸分がSO3換算で1重量%未満となるセメントクリンカが得られるように調合し調合原料をセメントキルン等で焼成して製造する。
(4)製造方法
上記高活性セメントクリンカの製造は、従来の早強ポルトランドセメントクリンカの製造と特に大きく変わることはなく、所定のセメント焼成原料をC3S>70%、C2S<5%、遊離石灰量が0.5~7.5重量%で、なるべく硫酸分がSO3換算で1重量%未満となるセメントクリンカが得られるように調合し調合原料をセメントキルン等で焼成して製造する。
i)セメントクリンカ焼成原料
従来からクリンカ主原料として使用されている石灰石、粘土、珪石、鉄原料等が従来と同様にして使える。この他、再利用のあまり進んでいない、カルシウム分をCaO換算で20重量%以上を含むカルシウムリッチな産業廃棄物を利用することが好ましい。
従来からクリンカ主原料として使用されている石灰石、粘土、珪石、鉄原料等が従来と同様にして使える。この他、再利用のあまり進んでいない、カルシウム分をCaO換算で20重量%以上を含むカルシウムリッチな産業廃棄物を利用することが好ましい。
カルシウム分をCaO換算で20重量%以上を含む廃棄物としては、溶銑予備処理による脱硫スラグ、これを磁選して鉄分を除去した脱硫スラグ、還元処理により鉄分を除去した転炉スラグ、窯業系サイディング廃材などの廃建材、生コンスラッジ等があげられる。
溶銑予備処理による脱硫スラグは、銑鉄中の硫黄分を除去したスラグであり、主成分がカルシウムと鉄である。磁石で選別して鉄分を除去したカルシウムが多い脱硫スラグも利用できる。溶銑予備処理とは、鉄鋼の高純度化のために転炉精錬の前工程で珪素、リン、硫黄を除去する工程である。
還元処理により鉄分を除去した転炉スラグとは、例えば下記文献のLDスラグである。このLDスラグも利用できる。
S.Kubodera, T.Koyama, R.Ando and R.Kondo, An Approach to the full utilization of LD Slag, Transactions of The Iron and Steel Institute of Japan, 419-427(1979)
窯業系サイディング材は主原料としてセメント質原料と繊維質原料を成型し、養生・硬化させたもので、木繊維補強セメント板、繊維補強セメント板、繊維補強ケイカル板などがあり住宅の外壁仕上げ材として用いられている。
昨今の住宅補修や住宅解体に伴い廃材が増えてきておりその処理が検討されている。廃材におけるセメント質部分はカルシウムリッチなセメント組成となっているので、高活性セメントクリンカの製造原料として利用可能である。
生コンスラッジは、レディーミクストコンクリート工場でプラントのミキサ、ホッパ、アジテータ車などに付着したコンクリート、戻りコンクリート、および戻りコンクリートの洗浄排水を濃縮して流動性を失った状態のスラッジ、またはスラッジを乾燥したものである。
これらの産業廃棄物は、石灰石や粘土の一部代替として利用できる。セメントクリンカ焼成原料への添加量は、石灰石および粘土の化学成分によるがセメントクリンカ1tあたり400kg以下が好ましい。セメントクリンカ1tあたり400kg以上添加すると不純物が増えてしまいクリンカ焼成がし難くなったり得られるセメントクリンカの品質に悪影響を及ぼしたりする場合がある。産業廃棄物を石灰石の一部代替として利用すれば、炭酸ガス排出量の削減にも繋がるので、環境負荷低減の観点から好ましい。
ii)原料調合
焼成後に目的の化学組成・鉱物組成のクリンカが得られるよう調合設計され、これに基づき上記各セメントクリンカ焼成原料が計量され原料ミルでの混合粉砕やブレンディングサイロでの混合が行われる。
焼成後に目的の化学組成・鉱物組成のクリンカが得られるよう調合設計され、これに基づき上記各セメントクリンカ焼成原料が計量され原料ミルでの混合粉砕やブレンディングサイロでの混合が行われる。
上記調合設計は、従来と同様、H.M.(水硬率)、A.I.(活動係数)、S.M.(ケイ酸率)、I.M.(鉄率)、L.S.D.(石灰飽和度)の比率係数 (モジュラス)を用いて行う。通常は、C3Sの生成量に大きく関わるH.M.と焼成のし易さと関係するS.M.が重視されるが、本願発明ではL.S.D.(石灰飽和度)を重視する。
L.S.D.(石灰飽和度)は二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄と結合できる酸化カルシウム量を1.0とする指標であり、次の式で示される。
L.S.D.=100CaO/(2.80×SiO2%+1.18×Al2O3%+0.65Fe2O3%)
L.S.D.が1以下であれば、充分時間をかけることにより遊離石灰を0%にすることができるが、L.S.D.>1の場合には、焼成温度を高くしても、焼成時間を長くしても、常に遊離石灰が残ってしまう。通常のセメントクリンカでは0.92~0.96であり、早強ポルトランドセメントクリンカでも0.94~1.00である。
本願発明の高活性セメントクリンカでは、L.S.D.>1である。L.S.D.>1とし、あえて遊離石灰が残るようにセメント焼成原料を調合することによって、C3S>70%、C2S<5%のカルシウム分が多いセメントクリンカを焼成できる。遊離石灰の存在により初期水和熱が高くなるのでC3Sを活性化でき、高炉スラグと混合したときには刺激剤としても作用する。
上限値は特に限定されないが、遊離石灰量が多すぎると膨張するなどクリンカの安定性を欠くので1.16程度以下が好ましい。
従来と同様、H.M(水硬率)、A.I.(活動係数)、S.M.(ケイ酸率)、I.M.(鉄率)の比率係数(モジュラス)を用いる場合は、H.M(水硬率)が2.2~2.3のときはS.M.(ケイ酸率)が1.7~2.4かつI.M.(鉄率)が1.0~2.1であり、H.M(水硬率)が2.1~2.2未満のときはS.M.(ケイ酸率)が1.5~2.0かつI.M.(鉄率)が0.9~1.4であるのが好ましい。
iii)クリンカ焼成
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、上記原料調合によるセメント焼成原料を、セメント焼成キルンにより、従来の早強ポルトランドセメントクリンカ焼成と同様にして焼成することにより得られる。少量の焼成であれば電気炉焼成でもよい。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、上記原料調合によるセメント焼成原料を、セメント焼成キルンにより、従来の早強ポルトランドセメントクリンカ焼成と同様にして焼成することにより得られる。少量の焼成であれば電気炉焼成でもよい。
焼成温度は1250~1600℃が好ましい。1250℃未満ではC3Sの生成自体が不可能である。また、1600℃を超えるとロータリーキルン内部の耐火物が溶解するなどセメントクリンカの焼成に差し支える。焼成後のクリンカ冷却、粗砕等は従来と同様である。
[高活性セメント]
本願発明で用いる高活性セメントは、上記高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%となるよう添加し、粉砕助剤とともに仕上ミル等で混合粉砕されて得られる。工程や装置は従来のセメント製造における仕上工程と同じである。石膏と粉砕助剤も従来のセメント製造で使用されているものと同じである。
本願発明で用いる高活性セメントは、上記高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%となるよう添加し、粉砕助剤とともに仕上ミル等で混合粉砕されて得られる。工程や装置は従来のセメント製造における仕上工程と同じである。石膏と粉砕助剤も従来のセメント製造で使用されているものと同じである。
添加する石膏の量は、SO3換算で1.5~4.0重量%である。1.5重量%未満では、セメントクリンカ中のC3Aが急結してコンクリート製品等を製造するときに十分な作業時間が確保できない場合がある。4.0重量%を超えると、セメントの硬化後に未反応の石膏により遅れ膨張が生じる場合がある。粉末度は、とくに限定しないが、ブレーン値で3000cm2/g以上が好ましい。
従来の早強ポルトランドセメントは粉末度が大きく高性能減水剤が効き難いので、所定の流動性を得るには水比を高くしたり高性能減水剤の量を少し多くしなければならなかったが、本願発明で用いる上記高活性セメントは、従来の早強ポルトランドセメント以上に水和活性が高いので従来の早強ポルトランドセメントほど粉末度を大きくする必要はなく、また、大きくしても水に接した際に遊離石灰等が速やかに水和し粒子表面に水和物層を形成するので、必要以上に水比を高くしたり高性能減水剤の量を多くしなくても所定の流動性が得られる。
B.無機混和材
(a)高炉スラグ
高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄を造るときに発生する副産物で、高炉から銑鉄と共に約1500℃の溶融状態で取出された後、水冷固化された砂状の非晶質体を粉砕したもので、アルカリ刺激剤により水和反応を起こす潜在水硬性を有するものである。従来から高炉セメントやセメント混和材に使用されているものでブレーン値が1500cm2/g以上のものであれば品質は特に限定されないが、JIS A 6206:1997「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に適合するものが好ましい。高炉スラグは流動性の確保、水和熱抑制、長期強度の伸び、遮塩性等に寄与する。
(a)高炉スラグ
高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄を造るときに発生する副産物で、高炉から銑鉄と共に約1500℃の溶融状態で取出された後、水冷固化された砂状の非晶質体を粉砕したもので、アルカリ刺激剤により水和反応を起こす潜在水硬性を有するものである。従来から高炉セメントやセメント混和材に使用されているものでブレーン値が1500cm2/g以上のものであれば品質は特に限定されないが、JIS A 6206:1997「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に適合するものが好ましい。高炉スラグは流動性の確保、水和熱抑制、長期強度の伸び、遮塩性等に寄与する。
(b)石灰石微粉末
石灰石微粉末は、炭酸カルシウムからなり純度は通常入手可能な石灰石であれば問題なく使用できる。従来からセメント、セメント組成物、セメント混和材に使用されているものであれば、供給面、経済面からも好ましい。石灰石微粉末は、石灰石を粉砕し必要に応じて分級することによって製造されるが、ブレーン比表面積は2000~10000cm2/gが好ましい。2000cm2/g未満では石灰石微粉末の添加効果が得られない。1000cm2/gを超えると含有量によっては流動性が悪くなるとともにコスト高にもなる。石灰石微粉末は流動性の確保、短期強度の伸び、収縮抑制に寄与する。
石灰石微粉末は、炭酸カルシウムからなり純度は通常入手可能な石灰石であれば問題なく使用できる。従来からセメント、セメント組成物、セメント混和材に使用されているものであれば、供給面、経済面からも好ましい。石灰石微粉末は、石灰石を粉砕し必要に応じて分級することによって製造されるが、ブレーン比表面積は2000~10000cm2/gが好ましい。2000cm2/g未満では石灰石微粉末の添加効果が得られない。1000cm2/gを超えると含有量によっては流動性が悪くなるとともにコスト高にもなる。石灰石微粉末は流動性の確保、短期強度の伸び、収縮抑制に寄与する。
(c)無水石膏
無水石膏としては、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然2水石膏や副産2水石膏或いは廃石膏ボードから回収した2水石膏を焼成して製造した無水石膏等があるが、無水石膏を90%以上含有している石膏であれば、すべて使用できる。また、無水石膏の粉末度は、特に限定しないが、ブレーン値で3000~8000cm2 /g、好ましくは4000~6000cm2 /gである。無水石膏は主として短期強度改善に寄与するが流動性の確保、収縮抑制にも働く。
無水石膏としては、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然2水石膏や副産2水石膏或いは廃石膏ボードから回収した2水石膏を焼成して製造した無水石膏等があるが、無水石膏を90%以上含有している石膏であれば、すべて使用できる。また、無水石膏の粉末度は、特に限定しないが、ブレーン値で3000~8000cm2 /g、好ましくは4000~6000cm2 /gである。無水石膏は主として短期強度改善に寄与するが流動性の確保、収縮抑制にも働く。
(d)ポゾラン物質
ポゾラン物質とは水の存在下でCa(OH)2またはCaイオンと反応して新たな水和物を生成する反応特性(ポゾラン反応特性)を有するSiO2やAl2O3に富む無機物質を言い、シリカフューム、メタカオリン、活性シリカ粉、珪藻土、籾殻灰、活性白土、フライアッシュ微粉、フライアッシュ粗粉などが挙げられる。(上記高炉スラグもポゾラン物質の一種と見れなくもないが、本願発明で言うポゾラン物質には高炉スラグは含まれない。)
ポゾラン物質とは水の存在下でCa(OH)2またはCaイオンと反応して新たな水和物を生成する反応特性(ポゾラン反応特性)を有するSiO2やAl2O3に富む無機物質を言い、シリカフューム、メタカオリン、活性シリカ粉、珪藻土、籾殻灰、活性白土、フライアッシュ微粉、フライアッシュ粗粉などが挙げられる。(上記高炉スラグもポゾラン物質の一種と見れなくもないが、本願発明で言うポゾラン物質には高炉スラグは含まれない。)
中でも、アーク式電気炉などにより金属シリコンやフェロシリコンを精錬する際の排ガス中に含まれる副産物であるシリカフュームは高いポゾラン反応特性を有しており副産物の有効利用にもなるので、従来から高強度化材料として数多く使用されてきているが、本願発明でもポゾラン物質としてシリカフュームを用いることは好ましい。
シリカフュームは従来からセメント混和材などに使用されてきているものであれば特に品質は限定されないが、JIS A 6207:2000「コンクリート用シリカフューム」に適合するものが好ましい。ポゾラン物質は強度発現に寄与し、耐久性の向上、水和熱抑制にも働く。
次に、上記各材料を用いた本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の配合例について説明する。
[配合例]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、上記高活性セメントに上記高炉スラグと上記石灰石微粉末と上記無水石膏と上記ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材を混和してなる。
[配合例]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、上記高活性セメントに上記高炉スラグと上記石灰石微粉末と上記無水石膏と上記ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材を混和してなる。
この中性化抑制型早強セメント組成物は、少なくとも高活性セメントを60重量%以上かつ無機混和材を3重量%以上含んでいなければならない。高活性セメントが60重量%未満では本願発明が目的とする強度改善、中性化抑制が得られ難い。すなわち、普通ポルトランドセメントと同等の強度発現性および中性化抑制性能を有する混合セメント相当のものが得られない。
また、無機混和材が3重量%未満では、無機混和材を構成する上記各材料の作用効果が得られ難くなり、強度改善や中性化抑制だけでなく、従来の混合セメントが持っている性能(例えば、低熱、遮塩性、耐硫酸塩性等)と同等の性能も得られ難くなり、混合セメントに類するものとは言い難くなる。
上記の通り、ポゾラン物質は単味で用いても高炉スラグや石灰石微粉末や無水石膏と組み合わせて用いても何れでも良いが、高炉スラグ、石灰石微粉末、無水石膏は少なくとも他二者のいずれかと組み合わせて用いるのが好ましい。
これは、上記の通り、ポゾラン物質は短~長期強度発現に大きく寄与するので単味でも本願発明の目的を達成し易いが、高炉スラグ、石灰石微粉末、無水石膏は短~長期強度発現の少なくとも一部には寄与するものの単味では十分な効果が得られないからである。
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、上記条件を満たすものであれば良く、材料供給、廃材利用、コスト等の観点を考慮して無機混和材は様々な系のものにすることができる。
好ましい系としては、(イ)高炉スラグ-石灰石微粉末系、(ロ)高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系、(ハ)高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏-ポゾラン物質系、(ニ)ポゾラン物質系、(ホ)高炉スラグ-ポゾラン物質系、(ヘ)高炉スラグ―ポゾラン物質―無水石膏系である。
これらの系であれば強度改善や中性化抑制の向上が図れるだけでなく、従来の混合セメントが有している作用効果も維持し易くなる。これら(イ)~(ヘ)の無機混和材を用いた各中性化抑制型早強セメント組成物の使い分けは、前述の通りである。
〔無機混和材〕
(イ)高炉スラグ-石灰石微粉末系
高炉スラグ-石灰石微粉末系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2~39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
(イ)高炉スラグ-石灰石微粉末系
高炉スラグ-石灰石微粉末系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2~39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
(ロ)高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系
高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%、前記無水石膏の含有量が1~5重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%、前記無水石膏の含有量が1~5重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
(ハ)高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏-ポゾラン物質系
高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏-ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5~5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5~5重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ-石灰石微粉末-無水石膏-ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5~5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5~5重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
(ニ)ポゾラン物質系
ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3~15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3~15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
(ホ)高炉スラグ-ポゾラン物質系
高炉スラグ-ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2~15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ-ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2~15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
(ヘ)高炉スラグ―ポゾラン物質―無水石膏系
高炉スラグ-ポゾラン物質-無水石膏系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1~15重量%、前記無水石膏の含有量が1~9重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ-ポゾラン物質-無水石膏系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1~15重量%、前記無水石膏の含有量が1~9重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
次に本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の製造方法について説明する。
[中性化抑制型早強セメント組成物の製造]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の製造は、従来の混合セメントを製造する混合設備を適宜用いればよい。また、生コンクリート工場などでコンクリート製造時に高活性セメントと無機系混和材とを別計量により製造してもよい。
[中性化抑制型早強セメント組成物の製造]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の製造は、従来の混合セメントを製造する混合設備を適宜用いればよい。また、生コンクリート工場などでコンクリート製造時に高活性セメントと無機系混和材とを別計量により製造してもよい。
次に本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の性能確認試験について説明する。
[中性化抑制型早強セメント組成物の性能確認試験]
本願発明は、前述の通り、強度発現性、特に低温環境下での短期強度発現性に優れ、中性化抑制効果もある中性化抑制型早強セメント組成物を提供することを目的とする。
[中性化抑制型早強セメント組成物の性能確認試験]
本願発明は、前述の通り、強度発現性、特に低温環境下での短期強度発現性に優れ、中性化抑制効果もある中性化抑制型早強セメント組成物を提供することを目的とする。
そこで、促進中性化試験と10℃及び20℃での圧縮強度試験を行った。
<使用材料>
(1)セメント
1)高活性セメント
石灰石、粘土等の工業原料を所定の成分となるように調整したセメント焼成原料を1450℃で焼成することによりC3Sが72%かつC2Sが1%で、L.S.D.が1.02であり、遊離石灰量が2.5重量%である高活性セメントクリンカを製造し、これに二水石膏をSO3換算で3.0重量%添加して試製高活性セメントを得た。製造は原料工程から仕上工程まですべてセメント工場の実機を用いた。
2)普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製;比較用)
(1)セメント
1)高活性セメント
石灰石、粘土等の工業原料を所定の成分となるように調整したセメント焼成原料を1450℃で焼成することによりC3Sが72%かつC2Sが1%で、L.S.D.が1.02であり、遊離石灰量が2.5重量%である高活性セメントクリンカを製造し、これに二水石膏をSO3換算で3.0重量%添加して試製高活性セメントを得た。製造は原料工程から仕上工程まですべてセメント工場の実機を用いた。
2)普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製;比較用)
(2)無機混和材
1)高炉スラグ微粉末(デイ・シイ社のセラメント;ブレーン値4470cm2/g)
2)石灰石微粉末(秩父太平洋社製;ブレーン値10240cm2/g)
3)無水石膏(デイ・シイ社製;ブレーン値3840cm2/g)
4)ポゾラン物質
・フライアッシュ(電源開発社製)
・シリカフューム(エジプト産)
5)砂
・JIS R 5201「セメントの物理試験」に準拠した標準砂
1)高炉スラグ微粉末(デイ・シイ社のセラメント;ブレーン値4470cm2/g)
2)石灰石微粉末(秩父太平洋社製;ブレーン値10240cm2/g)
3)無水石膏(デイ・シイ社製;ブレーン値3840cm2/g)
4)ポゾラン物質
・フライアッシュ(電源開発社製)
・シリカフューム(エジプト産)
5)砂
・JIS R 5201「セメントの物理試験」に準拠した標準砂
<セメント組成物の配合>
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物及び比較例でのセメント組成物の各配合を表1に示す。
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物及び比較例でのセメント組成物の各配合を表1に示す。
<モルタルの調合と練混ぜ>
モルタルの調合と練混ぜは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載されるモルタルの調合と練混ぜ方法に準じて行った。なお、セメント組成物は全体をセメントとみなして調合した。
モルタルの調合と練混ぜは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載されるモルタルの調合と練混ぜ方法に準じて行った。なお、セメント組成物は全体をセメントとみなして調合した。
<促進中性化試験>
上記方法により作製したモルタルをJIS A 1153「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して促進中性化を行い、促進中性化深さを測定した。測定材令は、1週、4週、8週とした。
上記方法により作製したモルタルをJIS A 1153「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して促進中性化を行い、促進中性化深さを測定した。測定材令は、1週、4週、8週とした。
<圧縮強度試験>
上記方法により作製したモルタルによる4×4×16cmのモルタル供試体を用い、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載される圧縮強度試験方法に準じて行った。但し、試験材令は、3日、7日、28日とした。また、試験材令までの養生は、10℃と20℃の2通りの養生温度で行った。
上記方法により作製したモルタルによる4×4×16cmのモルタル供試体を用い、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載される圧縮強度試験方法に準じて行った。但し、試験材令は、3日、7日、28日とした。また、試験材令までの養生は、10℃と20℃の2通りの養生温度で行った。
また、短期材令(3日、7日)においては、強度発現性に及ぼす養生温度の影響を見るため、10℃での強度と20℃での強度との比率『強度比率=(10℃での圧縮強度/20℃での圧縮強度)×100』を求めた。
<結果>
促進中性化試験の結果を表2に示す。また、圧縮強度試験の結果を表3に示す。
促進中性化試験の結果を表2に示す。また、圧縮強度試験の結果を表3に示す。
上記表2からわかるように、実施例は、混合セメント相当とは言えない比較例No.2以外の比較例と比べ促進中性化深さが小さい。特に、高炉セメント相当の混合セメントである比較例No.3、普通ポルトランドセメント単味である比較例No.4と比べても促進中性化深さが小さい。
したがって、本発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、従来の混合セメントに類するものであるにも関わらず従来の混合セメントより中性化抑制性能が高く、普通ポルトランドセメントと同等以上の中性化抑制性能を有するものであると言える。
上記表3からわかるように、実施例は、概して、比較例に比べ強度発現性が良い。高炉セメント相当の混合セメントである比較例No.3、普通ポルトランドセメント単味である比較例No.4と比べても強度発現性が良く、特に材令3日の短期強度の差は大きい。強度比率は75%以上あることが好ましいが、実施例はいずれも75%以上と高い。
また、セメントの種類以外は同一配合の配合No.9とNo.10、配合No.15とNo.16、配合No.23とNo.24、配合No.28とNo.29の各比較からわかるように、高活性セメントを用いた方が強度発現性はよく、特に10℃といった低温環境下での短期強度が大きく改善される。
本発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、従来の混合セメントに類するものであるにも関わらず従来の混合セメントより強度発現性がよく、特に低温環境下での短期強度が改善され、普通ポルトランドセメントと同等以上の強度発現性を有するものであると言える。
Claims (7)
- ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5~7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5~4.0重量%添加してなる高活性セメント60~97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3~40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2~39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1~10重量%、前記無水石膏の含有量が1~5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1~38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5~5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5~5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材がポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3~15重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2~15重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1~37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1~15重量%、前記無水石膏の含有量が1~9重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
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