(57)【要約】【課題】初期材齢（例えば、材齢３〜７日）における強度発現性を良好に維持しつつ、初期材齢（例えば、材齢７日）での低い水和熱と、長期材齢（例えば、材齢２８日）での優れた強度発現性を実現し、しかも、主要な鉱物組成を大きく変化させずに廃棄物の利用を促進することのできるセメントを提供する。【解決手段】ＸＲＤ−リートベルト法による鉱物組成として、エーライトの含有率が４８〜７２％、ビーライトの含有率が４〜２８％、アルミネート相の含有率が３〜１２％、フェライト相の含有率が６〜１５％であり、ブレーン比表面積が３１００〜３８００ｃｍ２／ｇであり、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上であるセメント。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＲＤ−リートベルト法による鉱物組成として、エーライトの含有率が４８〜７２％、ビーライトの含有率が４〜２８％、アルミネート相の含有率が３〜１２％、フェライト相の含有率が６〜１５％であり、ブレーン比表面積が３１００〜３８００ｃｍ２／ｇであり、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上であることを特徴とするセメント。
【請求項２】
請求項１に記載のセメントの製造方法であって、セメントの化学組成の設計値として、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上の各値を満たすように、セメントクリンカ原燃料の種類及び配合量を定め、該セメントクリンカ原燃料を用いて、セメントを製造することを特徴とするセメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート等のセメント硬化体の耐久性を向上させるには、初期材齢での過剰なセメント水和反応を抑えつつ、長期間に亘って水和反応を継続させることが望ましい。この要求をセメントの品質特性で説明すると、材齢７日の水和熱を低く抑えて、材齢２８日の圧縮強度は相応の大きさを確保するということである。
この観点からは、中庸熱セメント、低熱セメント等の低発熱型ポルトランドセメントや、フライアッシュセメント等の混合セメントが、上述の要求に適するセメントの種類である。
しかし、低発熱型ポルトランドセメントや混合セメントは、初期材齢における強度発現性が低いという点と、セメント業界に期待される廃棄物の利用の促進を満足させることが困難であるという点で、問題がある。
【０００３】
水和熱を増大させることなく、優れた強度発現性を有するセメントは、従来、提案された例がある。
例えば、Ｃ３Ｓ量が４５〜６５質量％、Ｃ３Ａ量が８〜１２質量％、遊離石灰率が１．０％以下、および水溶性Ｃｒ（ＶＩ）生成比率が１０％以下であるセメント組成物が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０３０８５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、初期材齢（例えば、材齢３〜７日）における強度発現性を良好に維持しつつ、初期材齢（例えば、材齢７日）での低い水和熱と、長期材齢（例えば、材齢２８日）での優れた強度発現性を実現し、しかも、主要な鉱物組成を大きく変化させずに廃棄物の利用を促進することのできるセメント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、特定の鉱物組成及びブレーン比表面積を有するセメントであって、ＴｉＯ２、Ｃｕ及びＳｂの各々の含有率が特定の値以上であるセメントによれば、初期材齢での優れた強度発現性及び低い水和熱と、長期材齢での優れた強度発現性と、主要な鉱物組成（主に、普通ポルトランドセメントに相当する組成の範囲）の維持と、廃棄物の利用の促進を、すべて実現可能なことを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［２］を提供するものである。
［１］  ＸＲＤ−リートベルト法による鉱物組成として、エーライトの含有率が４８〜７２％、ビーライトの含有率が４〜２８％、アルミネート相の含有率が３〜１２％、フェライト相の含有率が６〜１５％であり、ブレーン比表面積が３１００〜３８００ｃｍ２／ｇであり、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上であることを特徴とするセメント。
［２］  上記［１］に記載のセメントの製造方法であって、セメントの化学組成の設計値として、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上の各値を満たすように、セメントクリンカ原燃料の種類及び配合量を定め、該セメントクリンカ原燃料を用いて、セメントを製造することを特徴とするセメントの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセメントによれば、初期材齢（例えば、材齢３〜７日）における強度発現性を良好に維持しつつ、初期材齢（例えば、材齢７日）での低い水和熱と、長期材齢（材齢２８日）での優れた強度発現性を実現し、しかも、主要な鉱物組成を大きく変化させずに廃棄物の利用を促進することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のセメントは、ＸＲＤ−リートベルト法による鉱物組成（単位：質量％）として、エーライトの含有率が４８〜７２％、ビーライトの含有率が４〜２８％、アルミネート相の含有率が３〜１２％、フェライト相の含有率が６〜１５％のものである。
エーライト、ビーライト、アルミネート相及びフェライト相は、いずれも、セメントクリンカを構成する鉱物である。
【００１０】
エーライトは、ケイ酸三カルシウムである。エーラートの化学式は、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（通常、Ｃ３Ｓと称される。）である。
本発明のセメント中のエーライトの含有率は、４８〜７２％、好ましくは５０〜７０％、より好ましくは５３〜６９％である。
ビーライトは、ケイ酸二カルシウムである。ビーラートの化学式は、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（通常、Ｃ２Ｓと称される。）である。
本発明のセメント中のビーライトの含有率は、４〜２８％、好ましくは５〜２４％、より好ましくは６〜２２％である。
【００１１】
アルミネート相は、カルシウムアルミネートである。アルミネート相の化学式は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（通常、Ｃ３Ａと称される。）である。
本発明のセメント中のアルミネート相の含有率は、３〜１２％、好ましくは３．５〜１１％、より好ましくは４〜１０％である。
フェライト相は、カルシウムアルミノフェライトである。フェライト相の化学式は、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（通常、Ｃ４ＡＦと称される。）である。
本発明のセメント中のフェライト相の含有率は、６〜１５％、好ましくは７〜１４％、より好ましくは８〜１３％、特に好ましくは９〜１３％である。
【００１２】
本発明のセメント中のＴｉＯ２の含有率（質量基準）は、０．３０％以上、より好ましくは０．３１％以上、特に好ましくは０．３２％以上である。該含有率が０．３０％未満では、初期材齢での水和熱が高くなり、長期材齢での強度発現性が低下する。
本発明のセメント中のＴｉＯ２の含有率の上限値は、凝結遅延抑制とセメント色調管理の観点から、好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．４０％以下、特に好ましくは０．３６％以下である。
本発明のセメント中のＣｕの含有率（質量基準）は、長期材齢での強度発現性を向上させる観点から、好ましくは８０ｐｐｍ以上、より好ましくは８５ｐｐｍ以上である。該含有率の上限値は、固化改良土等のセメント硬化体が土壌に直接触れる場合における、水質排水基準や土壌汚染対策法に基づく土壌汚染の除去に係る基準を遵守する観点から、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは８００ｐｐｍ以下である。
【００１３】
本発明のセメント中のＳｂの含有率（質量基準）は、長期材齢での強度発現性を向上させる観点から、好ましくは３ｐｐｍ以上、より好ましくは４ｐｐｍ以上である。該含有率の上限値は、固化改良土等のセメント硬化体が土壌に直接触れる場合における、水質排水基準や土壌汚染対策法に基づく土壌汚染の除去に係る基準を遵守する観点から、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは３０ｐｐｍ以下である。
本発明のセメントのブレーン比表面積は、流動性等の観点から、３１００〜３８００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３１００〜３６００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３１５０〜３５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３１５０〜３４５０ｃｍ２／ｇである。
【００１４】
次に、本発明のセメントの製造方法について説明する。
本発明のセメントの製造方法は、上述のセメントを製造するための方法であって、セメントの化学組成の設計値として、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上、Ｃｕの含有率が８０ｐｐｍ以上、及び、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上の各値を満たすように、セメントクリンカ原燃料の種類及び配合量を定め、該セメントクリンカ原燃料を用いて、セメントを製造するものである。
ここで、セメントクリンカ原燃料とは、セメントクリンカの原料、及び、セメントクリンカの焼成のための燃料もしくは燃料と共に投入される可燃物（以下、これらを総称して、クリンカ焼成用燃料という。）、のいずれか一方または両方を意味する。
このうち、セメントクリンカの原料としては、鉄原料（セメントクリンカにＦｅ２Ｏ３の成分を与えるための原料）や、各種のリサイクル原料（例えば、汚泥類、焼却灰類など）等が挙げられる。
クリンカ焼成用燃料としては、各種のリサイクル燃料（例えば、廃プラスチック、廃タイヤ、廃油、廃塗料など）等が挙げられる。
【００１５】
本発明では、セメントの化学組成の設計値として、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％以上でかつＣｕの含有率が８０ｐｐｍ以上になるように、セメントクリンカ原料である鉄原料及びリサイクル原料（例えば、汚泥類、焼却灰類など）の種類及び配合量を定め、かつ、セメントの化学組成の設計値として、Ｓｂの含有率が３ｐｐｍ以上になるように、セメントクリンカ原料であるリサイクル原料（例えば、汚泥類、焼却灰類など）の種類及び配合量を定めることによって、セメント中のＴｉＯ２、Ｃｕ及びＳｂの各含有率を、目標とする前記の範囲内に、容易に調整することができる。
また、ＸＲＤ−リートベルト法による鉱物組成を前記の範囲内に調整する方法としては、セメントクリンカの調合原料の組成を調整する方法等が挙げられる。
ブレーン比表面積を３１００〜３８００ｃｍ２／ｇの範囲内に調整する方法としては、例えば、ボールミルの粉砕時間を調整する方法等が挙げられる。
以上に説明したこと以外は、ポルトランドセメントの通常の製造方法と同様の製造方法を採用することができる。
【００１６】
本発明のセメントは、「ＪＩＳ  Ｒ５２０１  セメントの物理試験方法」に準拠して製造したモルタルの物性として、モルタル強さが材齢３日で２８．５Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは２９．０Ｎ／ｍｍ２以上、材齢７日で４３．５Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは４４．５Ｎ／ｍｍ２以上、材齢２８日で６０．０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは６２．０Ｎ／ｍｍ２以上の値を得ることができるものである。
また、本発明のセメントは、「ＪＩＳ  Ｒ５２０３  セメントの水和熱測定方法（溶解熱方法）」に準拠したセメントの物性として、材齢７日で３３５Ｊ／ｇ未満、好ましくは３３０Ｊ／ｇ未満、材齢２８日で４００Ｊ／ｇ未満、好ましくは３９０Ｊ／ｇ未満の値を得ることができるものである。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例に基づいて、本発明を説明する。なお、以下の文中、特に断らない限り、「％」、「ｐｐｍ」は質量基準である。
（１）試製セメントの原料
石灰石Ａ：太平洋セメント社製のコンクリート混和材である石灰石
石灰石Ｂ：奥多摩工業社製の「タマパールＴＰ−１２１」（製品名）
珪石：秩父工業社製の「マイクロシリカ」（製品名）
鉄原料：ランクセス社製の「バイフェロックス１８０Ｍ」（製品名）
ＴｉＯ2源：印刷関連焼却灰
Ｃｕ源：亜鉛精錬汚泥
Ｓｂ源：製紙汚泥焼却灰
粘土：日本軽金属社製の「Ａ３４」（製品名）
石こう：新日鐵住金社の鹿島製鉄所の「排脱二水石こう」
【００１８】
試製セメントの上記各原料の化学組成は、表１のとおりである。
【表１】
2014162712.tif 000002
【００１９】
（２）試製セメントの製造
所定のセメントクリンカ鉱物組成および化学組成となるように原料の配合量を定め、小型ボールミルを用いて調合原料を製造した。粉砕、均斉化された調合原料は、パンペレタイザーでφ５〜１０ｍｍ程度に加水造粒して、小型ロータリーキルンでの焼成に供した。セメントクリンカの焼成度は、フリーライム量が０．４±０．２％となるように、燃料（Ａ重油）の焚量を調整した。
【００２０】
（３）試製セメントの鉱物組成等の測定
（ａ）鉱物組成
鉱物組成として、エーライト（Ｃ３Ｓ）、ビーライト（Ｃ２Ｓ）、アルミネート相（Ｃ３Ａ）、及び、フェライト相（Ｃ４ＡＦ）の各含有率を、ＸＲＤ−リートベルト法によって求めた。
具体的には、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ．５９、ｐｐ．１４−２１（２００５）に記載されている星野等による方法に準拠した。また、実際の計算には、ブルカー・エイエックスエス社製のＸ線回折装置「Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ」及び解析ソフトウェア「ＤＩＦＦＲＡＣｐｌｕｓＴＯＰＡＳ（Ｖｅｒ．３）」を用いた。
（ｂ）ＴｉＯ２の含有率
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定した。
（ｃ）Ｃｕの含有率
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０４  「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」の方法に準じた、検量線法による蛍光Ｘ線分析法によって測定した。
（ｄ）Ｓｂの含有率
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０４  「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」の方法に準じた、検量線法による蛍光Ｘ線分析法によって測定した。
（ｅ）ブレーン比表面積
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「セメントの物理試験方法」に準拠して、ブレーン比表面積を測定した。
【００２１】
試製セメントの鉱物組成等を表２に示す。
【表２】
2014162712.tif 000003
【００２２】
（４）試製セメントのモルタル圧縮強さ及び水和熱の測定
（ａ）モルタル圧縮強さ
「ＪＩＳ  Ｒ５２０１  セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタル圧縮強さ（材齢３日、７日、２８日）を測定した。
（ｂ）水和熱
「ＪＩＳ  Ｒ５２０３  セメントの水和熱測定方法（溶解熱方法）」に準拠して、セメントの水和熱（材齢７日、２８日）を測定した。
以上の結果を表２に示す。
【００２３】
表２から、実施例１〜９では、初期材齢での優れた強度発現性及び低い水和熱と、長期材齢での優れた強度発現性と、主要な鉱物組成の数値範囲の維持を実現していることがわかる。
一方、比較例１〜３では、ＴｉＯ２の含有率が０．３０％未満であるため、実施例１〜９に比べて、初期材齢（７日）での水和熱が高く、長期材齢（２８日）での強度発現性が劣ることがわかる。