(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント組成物とポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と水を含む低炭素型セメントペースト組成物であって、
前記セメント組成物は、Ｃ３Ａ量が１１〜１３質量％、Ｃ４ＡＦ量が８〜１０質量％、Ｃ３Ｓ量が５０〜６０質量％及びＣ２Ｓ量が１７〜２７質量％であり、ＩＭが２．１０〜２．４０であり、全アルカリ量が０．５５〜０．８０質量％であるセメントクリンカー５０〜７０質量％と、高炉スラグ微粉末２８〜３１．５質量％と、石膏をＳＯ３基準で１．０〜３．０質量％含有し、
前記低炭素型セメントペースト組成物中の前記ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の含有量が０．１〜０．３質量％であり、水セメント比が３０〜４０％であることを特徴とする低炭素型セメントペースト組成物。
【請求項２】
前記セメントクリンカーのＨＭが２．０５〜２．２０及びＳＭが２．００〜２．５０であり、前記セメント組成物のブレーン比表面積が３１００〜３３００ｃｍ２／ｇである請求項１記載の低炭素型セメントペースト組成物。
【請求項３】
前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が２６００〜４６００ｃｍ２／ｇであり、塩基度が１．６５〜２．０５である請求項１又は２記載の低炭素型セメントペースト組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性が良好な低炭素型セメントペースト組成物に関する。特にＡｌ２Ｏ３成分を多く含む産業廃棄物及び／又は副産物をセメントクリンカーの原料とした場合であっても、流動性および強度発現に優れるという特徴を有するセメント組成物を使用した低炭素型セメントペースト組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント産業において多種の産業廃棄物及び／又は副産物が使用されている。産業廃棄物や副産物等を資源として有効利用することにより、近年、各種産業に求められている二酸化炭素（ＣＯ２）排出量の低減を実現することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、原料として利用される産業廃棄物及び／又は副産物は比較的Ａｌ２Ｏ３成分を多く含み、セメントクリンカーの原料として使用する産業廃棄物及び／又は副産物の原料原単位の増加とともにセメントクリンカーのアルミネート相（Ｃ３Ａ）含有量が増加する。一方、このＣ３Ａの増加により、流動性の低下や長期強度発現の低下が懸念されるため、各種検討がされている。例えば、特許文献１では、ＳＯ３量やアルカリ量を適正範囲とすることで流動性が改善されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アルカリは、適正範囲を超えると、これらの物性に対して悪影響を及ぼすおそれがあるため、アルカリを含有する廃棄物を増大できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、アルカリを含有する産業廃棄物及び／又は副産物をセメントクリンカーの原料として多量に使用し、Ｃ３Ａ量やアルカリ量が増加した場合であっても、流動性が良好な低炭素型セメントペースト組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、セメントクリンカーのＣ３Ａ量やアルカリ量が増加した場合であっても、高炉スラグを加え、更に低炭素型セメントペースト組成物中のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の含有量を通常の使用量よりも極端に少なくすることによって、優れた流動性が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、セメント組成物とポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と水を含む低炭素型セメントペースト組成物であって、前記セメント組成物は、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグを含み、ボーグ式換算でＣ３Ａ量が１１〜１３質量％、Ｃ４ＡＦ間隙相量が８〜１０質量２３％、Ｃ３Ｓ量が５０〜６０質量％及びＣ２Ｓ量が１７〜２７質量％であり、かつＩＭが２．１０〜２．４０であり、全アルカリ（Ｒ２Ｏ）量が０．５５〜０．８０質量％であるセメントクリンカー５０〜７０質量％と、高炉スラグ微粉末を２０〜４０質量％と、石膏をＳＯ３基準で１．０〜３．０質量％含有し、前記低炭素型セメントペースト組成物中の前記ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の含有量が０．１〜０．３質量％であり、水セメント比（水セメント組成物比）が３０〜４０％である低炭素型セメントペースト組成物に関する。
【０００９】
また、本発明は、前記セメント組成物のＨＭが２．０５〜２．２０及びＳＭが２．００〜２．５０であり、ブレーン比表面積が３１００〜３３００ｃｍ２／ｇである低炭素型セメントペースト組成物に関する。
【００１０】
また、本発明は、前記高炉スラグのブレーン比表面積が２６００〜４６００ｃｍ２／ｇであり、塩基度が１．６５〜２．０５である低炭素型セメントペースト組成物に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＣＯ２削減に効果的なＡｌ２Ｏ３成分やアルカリ成分を多く含む産業廃棄物及び／又は副産物から作製したセメントクリンカーを使用しても、流動性が良好なセメントペースト組成物を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を詳しく説明する。
【００１３】
本発明の低炭素型セメントペースト組成物は、セメント組成物とポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と水を含む。
【００１４】
前記セメント組成物は、セメントクリンカー５０〜７０質量％、好ましくは５５〜６５質量％、更に好ましくは６０〜６２質量％含む。また、高炉スラグ微粉末を２８〜３２質量％、好ましくは２９〜３１質量％、更に好ましくは２９．５〜３１．５質量％含む。また、石膏をＳＯ３基準で１．０〜３．０質量％、好ましくは１．５〜２．５質量％、更に好ましくは１．８〜２．２質量％含む。これらの範囲であれば、流動性や強度発現性が良好である。
【００１５】
セメントクリンカーの鉱物組成は、ボーグ式基準で、Ｃ３Ａ量が１１〜１３質量％、好ましくは１１．２〜１２．７質量％、更に好ましくは１１．５〜１２．５質量％である。Ｃ３Ａ量が１３質量％を超えると、水和熱が上昇し、流動性も低下するため、好ましくない。
【００１６】
Ｃ４ＡＦ量は８〜１０質量％、好ましくは８．２〜９．５質量％、更に好ましくは８．５〜９．０質量％であり、Ｃ３Ｓ量は５０〜６０質量％、好ましくは５１〜５７質量％、更に好ましくは５２〜５４質量％であり、Ｃ２Ｓ量は１７〜２７質量％、好ましくは１９〜２５質量％、更に好ましくは２０〜２４質量％である。これらの範囲であれば、流動性が良好である。
【００１７】
セメントクリンカーの諸率は、ＩＭが２．１０〜２．４０、好ましくは２．１９〜２．３、更に好ましくは２．２０〜２．２５である。ＩＭが２．１未満であれば、アルミネート系廃棄物の使用量の低減や、鉄源量の増加に伴うクリンカー中の重金属量の増加につながるため、好ましくない。また、２．４を超えれば、Ｃ３Ａ量増加に伴うセメントの水和熱の上昇、流動性の低下、強度発現性の低下などに影響するため好ましくない。
【００１８】
ＨＭは２．０５〜２．２０、好ましくは２．０８〜２．１５、更に好ましくは２．１０〜２．１２であり、ＳＭは２．００〜２．５０、好ましくは２．３０〜２．４５、更に好ましくは２．３５〜２．３９である。これらの範囲であれば、流動性が良好である。
【００１９】
セメントクリンカーの全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）は０．５５〜０．８０質量％、好ましくは０．５８〜０．７０質量％、更に好ましくは０．６０〜０．６５質量％である。全アルカリ量が０．５５質量％未満であれば、クリンカー原料に使用する産業廃棄物及び／又は副産物が低減することになる。また、０．８０質量％を超えれば、流動性の低下や強度発現性の低下、アルカリ骨材反応による耐久性の低下が懸念されるため、好ましくない。
【００２０】
セメントクリンカーは、石灰石、珪石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、高炉ダスト、銅からみ、脱鉄スラグ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料の一種以上を混合し、焼成する。
高炉スラグや石炭灰等の産業廃棄物及び／又は副産物等を比較的多く使用することにより、天然資源である石灰石や硅石の使用量を低減しかつエネルギー消費量等を低減することができるため、石灰石の熱分解や燃料の燃焼に起因するＣＯ２排出量を低減することができる。
【００２１】
セメントクリンカーの製造に使用する建設発生土の原料原単位は、２１ｋｇ〜１３０ｋｇ、好ましくは２３〜１２０ｋｇである。２１ｋｇ未満であれば、建設発生土の利用が有効にできず、また、１３０ｋｇを超えれば、クリンカー中のアルカリ量が増大し、流動性の低下や強度発現性の低下、アルカリ骨材反応による耐久性の低下が懸念されるため、好ましくない。
【００２２】
セメントクリンカーの焼成は、ＳＰ方式（多段サイクロン予熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式）等の既存のセメント製造設備を用いることができる。
【００２３】
セメント組成物は、上述したように、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグ微粉末を含む。高炉スラグ微粉末は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１「高炉セメント」で規定される品質を満足する高炉スラグ微粉末を用いることが望ましい。
【００２４】
高炉スラグのブレーン比表面積は２６００〜４６００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３４００〜３８００ｃｍ２／ｇであり、塩基度は１．６５〜２．０５、好ましくは１．７５〜１．９５、更に好ましくは１．８０〜１．９０である。
【００２５】
石膏は、ＪＩＳ  Ｒ  ９１５１「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満足することが望ましい。セメント組成物には、具体的に二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。また、さらに少量の混合材を添加してもよい。混合材は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１「高炉セメント」に規定される高炉スラグ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末を利用することができる。
【００２６】
セメントクリンカーと石膏と高炉スラグとを混合する方法としては、特に制限されるものではなく、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグとを同時に粉砕して混合する方法や、セメントクリンカーを粉砕後、粉砕したセメントクリンカーと石膏と高炉スラグとを混合する方法等が挙げられる。
【００２７】
セメント組成物のブレーン比表面積は、３０００〜３３００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３１００〜３２８０ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積がこの範囲内であると、優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となる。
【００２８】
本発明の低炭素型セメントペースト組成物は、上記方法で得られたセメント組成物とポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と水とを混合し製造する。
【００２９】
低炭素型セメントペースト組成物中のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の含有量は０．１〜０．３質量％、好ましくは０．１５〜０．２５質量％、更に好ましくは０．１８〜０．２２質量％であり、水セメント比は、質量基準で３０〜４０％、好ましくは３２〜３８％、更に好ましくは３４〜３６％である。これらの範囲であれば、流動性、強度発現性が十分に得られる。
【実施例】
【００３０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００３１】
[１．セメント組成物の作製]
セメントクリンカーの原料として、表１に示す、石灰石、珪石、高炉スラグ、石炭灰、銅がらみ、酸化アルミニウム、硫酸カルシウム二水和物、炭酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを用いた。これらのセメントクリンカーの原料調合は表２に示す原料原単位（乾燥ベース、単位：ｋｇ／ｔ−クリンカー）に従いおこなった。
【００３２】
【表１】
0006036167.tif 000002
【００３３】
【表２】
0006036167.tif 000003
【００３４】
上記原料の混合物を１５００℃，３０分電気炉で焼成し、セメントクリンカーをそれぞれ作製した。得られたクリンカーの主要化学組成および鉱物組成を表３に示す。クリンカーの化学組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析法」に準じて測定した。ｆ．ＣａＯ量は、セメント協会標準試験方法のＪＣＡＳ Ｉ−０１：１９９７「遊離酸化カルシウムの定量方法」に準じて測定した。クリンカーの鉱物組成は下式を用いて算出した。また、表３にはクリンカー中の水溶性アルカリ量を示した。クリンカー中の水溶性アルカリ量は、セメント協会標準試験方法のＪＣＡＳ Ｉ−０４：２００４「セメントの水溶性成分の分析方法」に準じて測定した。なお、クリンカーの鉱物組成は下記ボーグ式により算出した。
【００３５】
Ｃ３Ｓ＝４．０７×（ＣａＯ−ｆ.ＣａＯ）−７．６０×ＳｉＯ２−６．７２×Ａｌ２Ｏ３−１．４３×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２Ｓ＝２．８７×ＳｉＯ２−０．７５×Ｃ３Ｓ
Ｃ３Ａ＝２．６５×Ａｌ２Ｏ３−１．６９×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００３６】
【表３】
0006036167.tif 000004
【００３７】
［２．セメント組成物の調製及びその試験方法]  
Ｎｏ．１〜４のクリンカーをそれぞれ、ボールミルに入れ、ブレーン比表面積が３２００±５０ｃｍ２／ｇとなるように粉砕した。セメント組成物のＳＯ３量が２．０質量％となるように、クリンカーの粉砕物に、ＪＩＳ  Ｒ  ９１５１「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満たす排脱二水セッコウ及びこれを加熱して調製した半水セッコウを添加した。ロッキングミキサーで混合して、セメント組成物を調製した。なお、セッコウは、セッコウの半水化率（全セッコウ量中の半水化量）が７０％となるように二水セッコウ及び半水セッコウを所定量添加した。また、ブレーン比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ５２０１「セメントの物理試験方法」に従い、ブレーン空気透過装置を用いて測定した。
さらに、Ｎｏ．１〜４のクリンカーを使用したセメントを対象に、ＪＩＳ  Ｒ５２１０：２００９「セメントの物理試験方法」に規定される品質を満たす石灰石微粉末を内割で５％添加した。
【００３８】
また、Ｎｏ．２及び３のクリンカーを使用したセメント組成物を対象に、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１：２００９「高炉セメント」に規定される品質を満たす高炉スラグを粉砕した高炉スラグ微粉末を内割で３０％添加した。表４に使用した石灰石微粉末と高炉スラグ微粉末の化学組成を示す。化学分析は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２:２０１０「セメントの化学分析」に準拠して測定した。また、石灰石微粉末と高炉スラグ微粉末の各々のブレーン比表面積は、５１５０ｃｍ２／ｇ、３６００ｃｍ２／ｇであり、ＪＩＳ Ｒ ５２０１:１９９８「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した。また、ＪＩＳ Ｒ ５２１１:２００９「高炉セメント」に準拠して塩基度を算出した。
【００３９】
【表４】
0006036167.tif 000005
【００４０】
[３．流動性の評価]
低炭素型セメントペースト組成物の流動性をパラレルプレート型回転粘度計（Haake社製  Rotovisco  ＲＶ１、プレート半径３０ｍｍ、プレート間のギャップ０．５ｍｍ）を用いて評価した。測定用の低炭素型セメントペースト組成物は、次のようにして調製した。すなわち、水セメント比を３５％とし、計量したセメント組成物に混和剤（ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（レオビルド  ＳＰ８ＳＢｓｘ４））を０．２０％含む水を加えた。ハンドミキサーにて２分間練混ぜた後、５分間静置し、その２分後（接水後９分）のペーストの見かけ粘度を測定した。なお、見かけ粘度はせん断速度が２００ｓ−１のときの値とした。表５に見かけ粘度の結果を示す。
【００４１】
【表５】
0006036167.tif 000006
【００４２】
表５より、石灰石微粉末を５％添加した場合は、クリンカーのアルカリ量が増加すると共に見かけ粘度が高まり、流動性が低下した（比較例１〜３）。同様に、高炉スラグ微粉末を２０質量％添加した場合も、クリンカーのアルカリ量が増加すると共に見かけ粘度が高まり、流動性が低下した（比較例４、５）。しかしながら、高炉スラグ微粉末を２８質量％又は３０質量％添加した場合は、クリンカーのアルカリ量を適度に増やしたクリンカーＮｏ．３を使用すると、見かけ粘度が低下し、流動性が向上した（比較例１１〜１４、実施例１、２）。また、高炉スラグ微粉末を３２質量％又は３５質量％添加した場合は、このような現象は見られなかった。
このように、既往の結果に反し、クリンカーのＣ３Ａ量やアルカリ量が増加した場合であっても、適切なアルカリ量および高炉スラグ添加量とすることに加えて、低炭素型セメントペースト組成物中のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の含有量を通常の使用量よりも極端に少なくした本発明の範囲であれば、流動性は良好とすることが可能となった。