(57)【要約】【課題】容易に製造することができ、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいセメント組成物（低熱ポルトランドセメントの相当するもの）を提供する。【解決手段】ビーライトの割合が５０．０〜６５．０質量％であり、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が１．０〜２．４質量％であるポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方と、ＩＩ型無水石膏粉末、を含むセメント組成物であって、ポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％であり、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５質量％であるセメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーライトの割合が５０．０〜６５．０質量％であり、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が１．０〜２．４質量％であるポルトランドセメントクリンカ粉末と、
二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方と、
ＩＩ型無水石膏粉末、を含むセメント組成物であって、
上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と、上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％であり、
上記セメント組成物中の上記ＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５  質量％であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
上記ポルトランドセメントクリンカ粉末中のアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が、１．５〜２．０質量％である請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセメント組成物を製造するための方法であって、
上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と、上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方を、上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％となる量で混合して、ポルトランドセメントを得る工程と、
上記ポルトランドセメントと上記ＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中の上記ＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５質量％となる量で混合して、セメント組成物を得る工程を含む、上記セメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
低熱ポルトランドセメントは、中庸熱ポルトランドセメントよりも水和熱の小さいセメントであり、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して測定した水和熱が、材齢７日で２５０Ｊ／ｇ以下で、かつ、材齢２８日で２９０Ｊ／ｇ以下であることが、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０（ポルトランドセメント）」に規定されている。
セメント組成物の水和熱を小さくすることができる技術として、特許文献１には、Ｃ２Ｓ（ビーライト；２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０〜１００重量部含有し、かつ、Ｃ３Ａ（アルミネート相；３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の含有量が２０重量部以下であることを特徴とする焼成物が記載されている。また、特許文献１には、該焼成物を粉砕してなるセメント混和材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のとおり、低熱ポルトランドセメントは、水和熱が小さいため、ひび割れが生じにくい反面、中庸熱ポルトランドセメント等に比べて、初期の強度発現性が小さいものである。そこで、原料の種類等を調整して、初期の強度発現性を向上しようとすると、水和熱が大きくなり（特に、材齢２８日における水和熱が２９０Ｊ／ｇを超える）、低熱ポルトランドセメントと称するための性能（水和熱が小さい）が得られなくなるという問題がある。
本発明の目的は、容易に製造することができ、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいセメント組成物（ＪＩＳに規定する水和熱の基準を満たす点で、低熱ポルトランドセメントに相当するもの）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の鉱物組成を有するポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方と、ＩＩ型無水石膏粉末を特定の割合で含むセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］  ビーライトの割合が５０．０〜６５．０質量％であり、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が１．０〜２．４質量％であるポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方と、ＩＩ型無水石膏粉末、を含むセメント組成物であって、上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と、上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％であり、上記セメント組成物中の上記ＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［２］  上記ポルトランドセメントクリンカ粉末中のアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が、１．５〜２．０質量％である前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］  前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物を製造するための方法であって、上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と、上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方を、上記ポルトランドセメントクリンカ粉末と上記二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％となる量で混合して、ポルトランドセメントを得る工程と、上記ポルトランドセメントと上記ＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中の上記ＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５質量％となる量で混合して、セメント組成物を得る工程を含む、上記セメント組成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメント組成物は、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいものであり、また、特定の材料を混合するという容易な方法で製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のセメント組成物は、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２；以下、「Ｃ２Ｓ」ともいう。）の割合が５０．０〜６５．０質量％であり、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、以下、「Ｃ３Ａ」ともいう。）の割合が１．０〜２．４質量％であるポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方と、ＩＩ型無水石膏粉末、を含むセメント組成物であって、ポルトランドセメントクリンカ粉末と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計量１００質量％中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％であり、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合がＳＯ３換算で０．１〜３．５質量％であるものである。
本発明において、セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートを調製するための他の材料（減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の各種セメント混和剤や、細骨材、粗骨材、及び、水等）は含まれないものとする。
【０００８】
ポルトランドセメントクリンカ粉末中のビーライトの割合は、５０．０〜６５．０質量％、好ましくは５１．０〜６４．０質量％、より好ましくは５２．０〜６３．０質量％である。該割合が５０．０質量％未満であると、水和熱を小さくする効果が低下する。該割合が６５．０質量％を超えると、セメント組成物の強度発現性（特に初期強度発現性）が低下する。
ポルトランドセメントクリンカ粉末中のアルミネート相の割合は、ポルトランドセメントクリンカの製造の容易性の観点からは、１．０質量％以上、好ましくは１．１質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上、特に好ましくは１．５質量％以上である。また、上記割合は、水和熱を小さくする効果が向上する観点からは、２．４質量％以下、好ましくは２．３質量％以下、より好ましくは２．２質量％以下、特に好ましくは２．０質量％以下である。  
【０００９】
ポルトランドセメントクリンカ粉末中のエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ２；以下、「Ｃ３Ｓ」ともいう。）の割合は、セメント組成物の強度発現性や水和熱等の観点から、好ましくは２０．０〜３４．０質量％、より好ましくは２１．０〜３３．０質量％、特に好ましくは２２．０〜３０．０質量％である。
また、ポルトランドセメントクリンカ粉末中の４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（フェライト相；以下、「Ｃ４ＡＦ」ともいう。）の割合は、ポルトランドセメントクリンカの製造の容易性等の観点から、好ましくは８．０〜１０．０質量％、より好ましくは８．５〜９．５質量％、特に好ましくは８．７〜９．４質量％である。
【００１０】
なお、本明細書において、ポルトランドセメントセメントクリンカ粉末中、Ｃ３Ｓ、Ｃ2Ｓ、Ｃ３Ａ、及びＣ4ＡＦの各割合は、ポルトランドセメントクリンカ粉末全量（１００質量％）中の割合として、セメントクリンカ原料やセメントクリンカ（焼成物）の化学成分に基づき、下記のボーグの計算式を用いて算出することができる。
Ｃ3Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））−（７．６０×ＳｉＯ2（質量％））−（６．７２×Ａｌ2Ｏ3（質量％））−（１．４３×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））
Ｃ2Ｓ（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ2（質量％））−（０．７５４×Ｃ3Ｓ（質量％））
Ｃ3Ａ（質量％）＝（２．６５×Ａｌ2Ｏ3（質量％））−（１．６９×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））
Ｃ4ＡＦ（質量％）＝３．０４×Ｆｅ2Ｏ3（質量％）
【００１１】
セメント組成物に含まれる、上述したポルトランドセメントクリンカ粉末、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方の合計１００質量％中のＳＯ３の割合は、１．５〜２．７質量％、好ましくは１．７〜２．６質量％、より好ましくは１．８〜２．５質量％、特に好ましくは１．９〜２．４質量％である。該割合が１．５質量％未満であると、セメント組成物の流動性及び強度発現性が低下する。該割合が２．７質量％を超えると、水和熱を小さくする効果が低下する。
セメント組成物中の、半水石膏の量と、二水石膏及び半水石膏の合計量とのＳＯ３換算の質量比（半水石膏のＳＯ３換算の量／（二水石膏及び半水石膏の合計のＳＯ３換算の量））は、セメント組成物の流動性及び強度発現性の観点から、好ましくは０．３〜０．９５、より好ましくは０．４〜０．９、特に好ましくは０．５〜０．８５である。
【００１２】
セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合は、０．１〜３．５質量％、好ましくは０．３〜３．０質量％、より好ましくは０．５〜２．５質量％、特に好ましくは０．７〜２．２質量％である。該割合が０．１質量％未満であると、水和熱を小さくする効果が低下する。また、初期（材齢３日程度）の強度発現性が低下する。該割合が３．５質量％を超えると、強度発現性（特に、初期（材齢３日程度）の強度発現性）が低下する。  
ＩＩ型無水石膏粉末のブレーン比表面積は、好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，３００〜５，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，５００〜４，５００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。該ブレーン比表面積が６，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
なお、本発明では、無水石膏としてＩＩ型無水石膏を用いている。ＩＩ型無水石膏以外の無水石膏として、可溶性無水石膏（ＩＩＩ型無水石膏）があるが、可溶性無水石膏を用いた場合、水和熱を低減する効果は見られない。
【００１３】
セメント組成物中の全ＳＯ３の割合は、水和熱を小さくする観点からは、好ましくは２．５質量％以上、より好ましくは２．７質量％以上、さらに好ましくは２．８質量％以上、特に好ましくは２．９質量％以上である。また、上記割合は、強度発現性（特に材齢７日以降における強度発現性）の向上の観点からは、好ましくは５．５質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下、さらに好ましくは４．５質量％以下、特に好ましくは４．０質量％以下である。
【００１４】
本発明のセメント組成物のブレーン比表面積は、好ましくは３，２００〜３，８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，３００〜３，７５０ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，３５０〜３，７００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が３，２００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。該ブレーン比表面積が３，８００ｃｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物の流動性がより向上する。
【００１５】
本発明のセメント組成物の「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して測定した、材齢７日における水和熱は、好ましくは２５０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは２４０Ｊ/ｇ以下、さらに好ましくは２３０Ｊ/ｇ以下、特に好ましくは２２０Ｊ／ｇ以下  である。
また、本発明のセメント組成物の「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して測定した、材齢２８日における水和熱は、好ましくは２９０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは２８５Ｊ/ｇ以下、特に好ましくは２８０Ｊ/ｇ以下である。
【００１６】
上述した原料を適宜混合することによって、本発明のセメント組成物を製造することができる。このようなセメント組成物の製造方法の例としては、以下の（ｉ）〜（ｉｉ）の方法等が挙げられる。
（ｉ）  低熱ポルトランドセメントクリンカ粉砕物と、二水石膏及び半水石膏の少なくともいずれか一方を混合してなる低熱ポルトランドセメントであって、該低熱ポルトランドセメント中のＳＯ３の割合が１．５〜２．７質量％である低熱ポルトランドセメントと、ＩＩ型無水石膏粉末を混合してセメント組成物を得る、セメント組成物の製造方法
（ｉｉ）  低熱ポルトランドセメントクリンカと、二水石膏と、ＩＩ型無水石膏を同時に混合しながら粉砕してセメント組成物を得る、セメント組成物の製造方法。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）低熱ポルトランドセメントＬ１〜Ｌ２；低熱ポルトランドセメントクリンカ粉砕物と、半水石膏と二水石膏の混合物、半水石膏のＳＯ３換算の量／（二水石膏及び半水石膏の合計のＳＯ３換算の量）：０．５５、太平洋セメント社製、鉱物組成等の詳細は表１に示す。表１中、「鉱物組成（質量％）」は、低熱ポルトランドセメントクリンカ粉末の鉱物組成を意味し、「ＳＯ３（質量％）」は、低熱ポルトランドセメント中のＳＯ３の割合を意味する。
（２）ＩＩ型無水石膏粉末（表２〜３中、「無水石膏」と示す。）；ブレーン比表面積：４，２２０ｃｍ２／ｇ
（３）細骨材；「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に規定される標準砂
（４）水；水道水
【００１８】
【表１】
2020050568.tif 000002
【００１９】
実施例、比較例における水和熱及びモルタルの圧縮強さの測定方法を以下に示す。
［水和熱］
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３：２０１５（セメントの水和熱測定方法）」に準拠して、材齢７日、及び、材齢２８日の水和熱を測定した。
［モルタル圧縮強さ］
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、材齢３日、材齢７日、及び、材齢２８日におけるモルタル圧縮強さを測定した。
【００２０】
［実施例１〜４、比較例１〜２］
低熱ポルトランドセメントＬ１とＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏の割合（ＳＯ３換算）が表２に示す値となるように、ミキサーを用いて混合してセメント組成物を得た。得られたセメント組成物のブレーン比表面積は、３，５１０〜３，６００ｃｍ２／ｇであった。
得られたセメント組成物の水和熱、及び、モルタル圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
2020050568.tif 000003
【００２２】
［実施例５〜８、比較例３〜４］
低熱ポルトランドセメントＬ２とＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏の割合（ＳＯ３換算）が表３に示す値となるように、ミキサーを用いて混合してセメント組成物を得た。得られたセメント組成物のブレーン比表面積は、３，４２０〜３，５００ｃｍ２／ｇであった。
得られたセメント組成物の水和熱、及び、モルタル圧縮強さを測定した。結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
2020050568.tif 000004
【００２４】
表２から、実施例１〜４のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が０．５〜３．０質量％であるもの）のモルタル圧縮強さ（材齢３日：１４．５〜１６．３Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：２０．５〜２３．０Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５７．３〜６０．９Ｎ／ｍｍ２）は大きく、水和熱（材齢７日：１９８〜２１２Ｊ／ｇ、材齢２８日：２７５〜２８５Ｊ／ｇ）は小さいことがわかる。
一方、比較例１のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が０質量％であるもの）の、材齢７日のモルタル圧縮強さ（２１．７Ｎ／ｍｍ２）及び材齢２８日のモルタル圧縮強さ（６１．６Ｎ／ｍｍ２）は、各々、実施例１〜４の材齢７日及び材齢２８日のモルタル圧縮強さと同程度又は大きいことがわかる。しかし、比較例１の水和熱（材齢７日：２１４Ｊ／ｇ、材齢２８日：２８９Ｊ／ｇ）は、実施例１〜４の各材齢における水和熱よりも大きいことがわかる。
また、比較例２のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が４．０質量％であるもの）の、水和熱（材齢７日：１８５Ｊ／ｇ、材齢２８日：２５７Ｊ／ｇ）は、実施例１〜４の各材齢における水和熱よりも小さいものの、モルタル圧縮強さ（材齢３日：１２．４Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：１８．２Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５４．５Ｎ／ｍｍ２）は、実施例１〜４の各材齢におけるモルタル圧縮強さよりも小さいことがわかる。
【００２５】
表３から、実施例５〜８のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が０．５〜３．０質量％であるもの）のモルタル圧縮強さ（材齢３日：１１．０〜１３．２Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：１５．６〜１８．１Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５１．９〜５４．９Ｎ／ｍｍ２）は大きく、水和熱（材齢７日：１８５〜１９７Ｊ／ｇ、材齢２８日：２６２〜２７２Ｊ／ｇ）は小さいことがわかる。
一方、比較例３のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が０質量％であるもの）の、材齢７日のモルタル圧縮強さ（１６．５Ｎ／ｍｍ２）及び材齢２８日のモルタル圧縮強さ（５５．４Ｎ／ｍｍ２）は、各々、実施例５〜８の材齢７日及び材齢２８日のモルタル圧縮強さと同程度又は大きいことがわかる。しかし、比較例３の水和熱（材齢７日：１９９Ｊ／ｇ、材齢２８日：２７５Ｊ／ｇ）は、実施例５〜８の各材齢における水和熱よりも大きいことがわかる。
また、比較例４のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏粉末の割合が４．０質量％であるもの）の、水和熱（材齢７日：１７２Ｊ／ｇ、材齢２８日：２４５Ｊ／ｇ）は、実施例５〜８の各材齢における水和熱よりも小さいものの、モルタル圧縮強さ（材齢３日：９．７Ｎ／ｍｍ２、材齢７日：１３．９Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：４８．８Ｎ／ｍｍ２）は、実施例５〜８の各材齢におけるモルタル圧縮強さよりも小さいことがわかる。
これらのことから、低熱ポルトランドセメントＬ１又はＬ２を用いたセメント組成物において、ＩＩ無水石膏粉末の割合を０．１〜３．５質量％にすることで、モルタル圧縮強さの低下を抑制しつつ、水和熱を小さくしうることがわかる。