(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（早強ポルトランドセメント）、特にＣ３Ａの含有量の割合が大きくても水和熱の小さいセメント組成物を提供する。【解決手段】ブレーン比表面積が４，０００〜４，８００ｃｍ２／ｇの早強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、早強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２．５〜３．５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０．１〜４．５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】
ブレーン比表面積が４，０００〜４，８００ｃｍ２／ｇの早強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、
上記早強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２．５〜３．５質量％であり、
上記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０．１〜４．５質量％であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
上記早強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７．５〜１１．０質量％である請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
上記セメント組成物中の全ＳＯ３の割合が３．２〜７．５質量％である請求項１または２に記載のセメント組成物。
【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】
早強ポルトランドセメントは、緊急工事や寒冷期の工事用、さらにはコンクリート製品用に、普通ポルトランドセメントと比べて短時間で高い強度を発現するようにしたセメントであり、例えば、普通ポルトランドセメントが材齢３日で発揮する強さを１日で、材齢７日で発現する強さを３日で達成することができる。
しかし、近年、ポルトランドセメントクリンカの原料として、廃棄物の使用量を増やすことへの要請から、早強ポルトランドセメントクリンカの製造においても、原料として廃棄物の使用量を増やすことが求められている。そして、原料中の、廃棄物原料の使用量を増やした場合、早強ポルトランドセメント中のＣ３Ａ（アルミネート相；３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の割合が増加することで、早強ポルトランドセメントの水和熱が大きくなることが懸念される。
【０００３】
また、コンクリートのひび割れ発生の低減や防止の観点から、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいセメント組成物が求められている。
セメント組成物の水和熱を低減することができる技術として、特許文献１には、Ｃ２Ｓ（ビーライト；２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１００重量部に対して、Ｃ２ＡＳ（２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を１０〜１００重量部含有し、かつ、Ｃ３Ａの含有量が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】
【０００４】
【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】
【０００５】
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（早強ポルトランドセメント）、特にアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、以下、「Ｃ３Ａ」ともいう。）の割合が大きくても水和熱の小さいセメント組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、特定の早強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］  ブレーン比表面積が４，０００〜４，８００ｃｍ２／ｇの早強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、上記早強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２．５〜３．５質量％であり、上記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０．１〜４．５質量％であることを特徴とするセメント組成物。
［２］  上記早強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７．５〜１１．０質量％である前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］  上記セメント組成物中の全ＳＯ３の割合が３．２〜７．５質量％である前記［１］または［２］に記載のセメント組成物。
【発明の効果】
【０００７】
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。
また、本発明のセメント組成物は、Ｃ３Ａの割合が大きくても水和熱の小さいものであり、早強ポルトランドセメントクリンカの原料として廃棄物の使用量を増やすことができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のセメント組成物は、ブレーン比表面積が４，０００〜４，８００ｃｍ２／ｇの早強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、早強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２．５〜３．５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０．１〜４．５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。
【０００９】
早強ポルトランドセメントクリンカ粉末のブレーン比表面積は、４，０００〜４，８００ｃｍ２／ｇ、好ましくは４，０５０〜４，６００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，１００〜４，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，２００〜４，４００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が４，０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメント組成物の強度発現性（特に、初期強度発現性）が低下する。該ブレーン比表面積が４，８００ｃｍ２／ｇを超えると、粉砕に手間がかかる。また、セメント組成物の水和熱を低減する効果が小さくなる。
【００１０】
早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中の３ＣａＯ・ＳｉＯ２（エーライト；以下、「Ｃ３Ｓ」ともいう。）の割合は、好ましくは５８．０〜７０．０質量％、より好ましくは６０．０〜６８．０質量％、特に好ましくは６１．０〜６７．０質量％である。該割合が５８．０質量％以上であれば、セメント組成物の強度発現性（特に、初期強度発現性）がより向上する。該割合が７０．０質量％以下であれば、水和熱を低減する効果がより大きくなる。
早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中の２ＣａＯ・ＳｉＯ２（ビーライト；以下、「Ｃ２Ｓ」ともいう。）の割合は、好ましくは５．０〜１５．０質量％、より好ましくは６．０〜１４．０質量％、特に好ましくは７．０〜１３．０質量％である。該割合が５．０質量％以上であれば、セメント組成物の強度発現性（特に、長期強度発現性）がより向上する。該割合が１５．０質量％以下であれば、セメント組成物の強度発現性（特に、初期強度発現性）がより向上する。
【００１１】
早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中の３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（アルミネート相）の割合は、好ましくは７．５〜１１．０質量％、より好ましくは７．８〜１０．７質量％、特に好ましくは８．０〜１０．５質量％である。該割合が７．５質量％未満であると、セメントクリンカの製造が困難となる場合がある。該割合が１１．０質量％以下であれば、セメント組成物の水和熱を低減する効果がより大きくなる。なお、Ｃ３Ａが７．５質量％以上であれば、クリンカの原料として廃棄物の使用量を増やすことができる。
なお、早強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、当該クリンカの製造のし易さや原料として廃棄物の使用量を増やす観点等から、好ましくは７．０〜９．５質量％、より好ましく７．５〜９．０質量％である。
【００１２】
なお、本明細書において、早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中、Ｃ３Ｓ、Ｃ2Ｓ、Ｃ３Ａ、及びＣ4ＡＦの各割合は、早強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、早強セメントクリンカの原料や早強セメントクリンカ（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％）
【００１３】
セメント組成物に含まれる、早強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量１００質量％中のＳＯ３の割合は、２．５〜３．５質量％、好ましくは２．６〜３．４質量％、より好ましくは２．７〜３．３質量％である。該割合が２．５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３．５質量％を超えると、水和熱を低減する効果が小さくなる。
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。
【００１４】
セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合は、水和熱を低減する観点からは、ＳＯ３換算で０．１質量％以上、好ましくは０．５質量％以上、より好ましくは１．０質量％以上、さらに好ましくは１．５質量％以上、特に好ましくは２．０質量％以上である。また、上記割合は、セメント組成物の初期強度発現性を大きくする観点からは、４．５質量％以下、好ましくは４．２質量％以下、より好ましくは４．０質量％以下、特に好ましくは３．５質量％以下である。
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である可溶性無水石膏（ＩＩＩ型無水石膏）を用いた場合、水和熱を低減する効果は見られない。
【００１５】
セメント組成物中の全ＳＯ３の割合は、水和熱を低減する観点からは、好ましくは３．２質量％以上、より好ましくは３．５質量％以上、さらに好ましくは４．０質量％以上、特に好ましくは４．５質量％以上である。また、上記割合は、強度発現性の向上の観点からは、好ましくは７．５質量％以下、より好ましくは７．０質量％以下、特に好ましくは６．５質量％以下である。
【００１６】
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４，１００〜４，６００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，１５０〜４，５５０ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，２００〜４，５００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が４，１００ｃｍ２／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４，６００ｃｍ２／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。
【００１７】
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、（１）早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中のＣ３Ａ量が７．５〜９．０質量％の場合、好ましくは３９０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは３８５Ｊ／ｇ以下であり、（２）早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中のＣ３Ａ量が９．０質量％を超え１１．０質量％以下の場合、好ましくは４１０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは４０５Ｊ／ｇ以下である。
また、上述した方法に準拠して測定した、材齢２８日における水和熱は、（１）早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中のＣ３Ａ量が７．５〜９．０質量％の場合、好ましくは４３０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは４２５Ｊ／ｇ以下であり、（１）早強ポルトランドセメントクリンカ粉末中のＣ３Ａ量が９．０質量％を超え１１．０質量％以下の場合、好ましくは４４０Ｊ／ｇ以下、より好ましくは４３５Ｊ／ｇ以下である。
【００１８】
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。
また、原料として、早強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含む早強ポルトランドセメントであって、該早強ポルトランドセメント中のＳＯ３の割合が２．５〜３．５質量％である早強ポルトランドセメントを使用し、該早強ポルトランドセメントと、ＩＩ型無水石膏粉末を混合して、本発明のセメント組成物を製造してもよい。
【実施例】
【００１９】
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）早強ポルトランドセメントＨ１〜Ｈ３；早強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））：０．５、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、早強ポルトランドセメントクリンカ粉末の鉱物組成を意味する。
（２）ＩＩ型無水石膏粉末；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
【００２０】
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。
［モルタルの圧縮強さ］
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、材齢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。
【００２１】
【表１】
2020142940.tif 000002
【００２２】
［実施例１〜３、比較例１〜２］
早強ポルトランドセメントＨ１とＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合（ＳＯ３換算）が表２に示す値となるような量で、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４，３１０〜４，３２０ｃｍ２／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。
【００２３】
【表２】
2020142940.tif 000003
【００２４】
［実施例４〜６、比較例３〜４］
早強ポルトランドセメントＨ２とＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合（ＳＯ３換算）が表３に示す値となるような量で、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４，２９０〜４，３００ｃｍ２／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。
【００２５】
【表３】
2020142940.tif 000004
【００２６】
［実施例７〜９、比較例５〜６］
早強ポルトランドセメントＨ３とＩＩ型無水石膏粉末を、セメント組成物中のＩＩ型無水石膏粉末の割合（ＳＯ３換算）が表３に示す値となるような量で、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４，３７０〜４，３８０ｃｍ２／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４に示す。
【００２７】
【表４】
2020142940.tif 000005
【００２８】
表２〜４から、本発明のセメント組成物（実施例１〜９）は、強度発現性に優れ、かつ、水和熱の小さいものであることがわかる。
具体的には、表２〜４から、実施例１〜３のセメント組成物（ＩＩ型無水石膏の割合が１．０〜４．０質量％であるもの）のモルタル圧縮強さ（材齢７日：５０．４〜５６．７Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：６３．９〜６８．８Ｎ／ｍｍ２）は大きく、水和熱（材齢７日：３４６〜３８１Ｊ／ｇ、材齢２８日：３９３〜４２０Ｊ／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型無水石膏の割合が０質量％であるもの）の水和熱（材齢７日：３９４Ｊ／ｇ、材齢２８日：４３１Ｊ／ｇ）は、実施例１〜３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型無水石膏の割合が５．０質量％であるもの）の水和熱（材齢７日：３３５Ｊ／ｇ、材齢２８日：３８１Ｊ／ｇ）は、実施例１〜３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７日：４２．２Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：５５．４Ｎ／ｍｍ２）は、実施例１〜３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。
また、同様の傾向は、実施例４〜６（ＩＩ型無水石膏の割合が１．０〜４．０質量％であるもの）と、比較例３（ＩＩ型無水石膏の割合が０質量％であるもの）及び比較例４（ＩＩ型無水石膏の割合が５．０質量％であるもの）の比較や、実施例７〜９（ＩＩ型無水石膏の割合が１．０〜４．０質量％であるもの）と、比較例５（ＩＩ型無水石膏の割合が０質量％であるもの）及び比較例６（ＩＩ型無水石膏の割合が５．０質量％であるもの）の比較でも見られることがわかる。