(57)【要約】      （修正有）【課題】所望する強度を有する、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が３０質量％以上のセメントを製造する。【解決手段】含有される２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度を調整することにより、長期強度発現性を制御する。また、セメントの製造方法において、得られるセメントクリンカ中の２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度を調整するには、クリンカを製造する際の送窯原料の粒度を変化させることにより行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望する強度を有する、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が３０質量％以上のセメントを製造するにあたり、セメントクリンカ中に含有される２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度を調整することを特徴とする、セメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のセメントの製造方法において、セメントクリンカを製造する際の送窯原料の粒度を変化させることにより、得られるセメントクリンカ中の２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度を調整することを特徴とする、セメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のセメントの製造方法により得られたセメント。
【請求項４】
含有される２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度を調整することにより、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が３０質量％以上のセメントの強度を制御することを特徴とする、セメントの強度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度が制御されたセメントの製造方法及び当該方法により得られたセメント、並びにセメントの強度制御方法に関し、特に土木、建築分野で使用され、長期にわたって所望するように強度が増進する、セメントの製造方法及び当該製造方法により得られたセメント、並びにセメントの強度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートダムや部材寸法の大きなコンクリート構造物、いわゆるマスコンクリートでは、温度応力によるひび割れが発生しやすいために、水和熱が低く、長期強度が高いセメントが要求されており、特に中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントが用いられている。
一方、セメントには主として４種類、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）および４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）のセメントクリンカ鉱物が含まれており、これら鉱物の含有量によって強度発現性および水和発熱特性が異なる。
【０００３】
セメント鉱物の１つであるＣ３Ｓは、特に短期強度発現性と深い関係にあり、セメント中に含有されるＣ３Ｓが多いと強度発現性が早く、逆に少ないと強度発現性が遅く、例えば普通ポルトランドセメントにはＣ３Ｓが５５質量％程度、より強度発現を早めた早強ポルトランドセメントには約６５質量％、逆に強度発現および水和発熱量を抑えた中庸熱ポルトランドセメントは約４０質量％程度、低熱ポルトランドセメントは約２５質量％程度含有されている。
また、セメント中の長期強度発現性は、含有されるセメント粒子のブレーン比表面積を変化させることによって変えることができ、セメント粒子全体を粗くすれば強度発現性はより遅く、細かくすればより早い強度発現が得られる。
【０００４】
したがって、強度を増減させるためには、セメント中に含まれる上記４種のセメントクリンカ鉱物の構成割合を変化させるか、または、セメント粒子全体のブレーン比表面積を変化させて調整を行う方法がとられている。
しかし、セメントクリンカ鉱物組成やブレーン比表面積を変えると、セメントの水和発熱量が変化するので、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０によって水和発熱量が制限されている中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントにおいては、これらの調整によって強度発現性を制御することには限界があるとともに、フレッシュコンクリートの流動性が変化してしまうという欠点がある。
【０００５】
このような点に鑑み、セメントに添加剤を加えて長期強度の増進を改善するコンクリート組成物が開示されており、例えば、特開平６−２６３５０３号公報には、セメント、水、骨材、減水剤及びＲＯ（ＡＯ）ｎＨで示されるアルコール系化合物からなり、減水剤がセメントの０．０５〜５重量％、アルコール系化合物がセメントの０．５〜１０重量％であることを特徴とするコンクリート組成物が開示されている。
かかるコンクリート組成物は、特定の組成を有するアルコール化合物を添加することにより、コンクリート強度を数年から数十年に渡って増進できると記載されている。
【０００６】
また、特開平５−２４８９３号公報には、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）を０．１重量％より大きく、２重量％未満含有するカルシウムアルミネートを有効成分とするセメント混和剤を配合したセメント組成物が開示されており、かかるコンクリート組成物は、強度発現性がよく長期強度が高いコンクリートが得られると記載されている。
【０００７】
しかし、セメント組成物に添加剤や混和剤を配合して、セメント組成物の長期強度を確保する方法は、セメント組成物に別途これらの添加剤を添加する必要があるためコストが高くなり、またセメント中のこれら添加剤の配合比等の調整も必要となり、製造が複雑になるという問題点を有している。
【特許文献１】特開平６−２６３５０３号公報
【特許文献２】特開平５−２４８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、セメント中に含まれるクリンカの鉱物組成や、セメントのブレーン比表面積を変えることなく、所望する長期強度を調整することができる、簡便で経済的な、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上であるセメントの製造方法及び当該方法により得られたセメントを提供することである。
また、本発明の他の目的は、所望する長期強度が簡単に制御できる、安価で経済的な、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上のセメントを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上のセメントが、所望する長期強度を発現するように、簡便に制御することができる、セメントの強度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、長期強度に最も大きな影響を及ぼすＣ２Ｓクリンカ鉱物に注目し、Ｃ２Ｓの水和反応性を変えることとして、セメント中に含有されるＣ２Ｓの粒度を制御することにより、セメントの長期強度発現性が所望する程度得られるように制御できるようにして達成されたものである。
すなわち、本発明のセメントの製造方法は、所望する強度を有する、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上であるセメントを製造するにあたり、セメントクリンカ中に含有されるＣ２Ｓの粒度を調整することを特徴とする。
当該本発明のセメントの製造方法は、上記セメントの製造方法において、セメントクリンカを調製する際の送窯原料の粒度を調整することにより、得られるセメントクリンカ中のＣ２Ｓの粒度を調整することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のセメントは、上記本発明のセメントの製造方法により製造されたものであり、所望する長期強度が制御されたセメントである。
本発明のセメントの長期強度発現性の制御方法は、含有されるＣ２Ｓの粒度を調整することにより、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上のセメントの強度を制御することができるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセメントの製造方法は、従来行われてきたセメントの化学成分あるいはブレーン比表面積を変化させるような、発熱特性やフレッシュ性状を大きく変えることなく、また添加剤等を混合するような、高価で複雑な方法をとることなく、セメントクリンカを製造する際の送窯原料の粗さを調整し、結果としてクリンカ中に生成するＣ２Ｓ粒径を調整することにより、長期強度発現性が調整された中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを経済的に得ることが可能となった。
【００１２】
また、本発明のセメントの長期強度制御御方法により、従来は長期強度の発現性を制御することが困難であった中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の長期強度発現性を容易に調整することが可能となった。
したがって、予め送窯原料の粒度を調整することにより、長期強度発現性を有する中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の設計が容易にかつ簡便にできるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を次の好適例により説明するがこれらに限定されるものではない。
本発明の、所望する強度を有する、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上であるセメントの製造方法は、セメントクリンカ中に含有されるＣ２Ｓの粒度を調整することによって、安価にかつ簡易に製造されることができる方法である。
すなわち、長期強度に最も大きな影響を及ぼすのは、上記した主要４種類のクリンカ鉱物のうちＣ２Ｓであり、Ｃ２Ｓの水和反応性を変えることによって長期強度を制御することができるセメントの製造方法である。
【００１４】
例えば、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントのような、Ｃ２Ｓ含有量が３０質量％以上のセメントは、セメントクリンカ鉱物組成やブレーン比表面積を変えると、セメントの水和発熱量が高くなり、これらの調整によって強度発現性を制御することは限界があったが、本発明の方法により製造されることにより、所望する強度を予め設計することができるとともに、得られるフレッシュコンクリートの流動性を良好に保持することができるようになる。
【００１５】
セメントクリンカ中に含有されるＣ２Ｓの粒度は、セメントクリンカを焼成する際の送窯原料の粒度を変化させることで達成できる。
次いで、粒度が調整された送窯原料を用いて実機にてセメントクリンカを焼成する。
かかる焼成条件は特に限定されず、通常セメントクリンカを焼成する条件、任意の公知の条件で焼成して、セメントクリンカを製造する。
【００１６】
このようにしてセメントクリンカを製造することにより、得られるセメントクリンカ中に生成するＣ２Ｓの粒度を変化させ、これによってＣ２Ｓの水和反応を変化させることができる。
即ち、セメントクリンカを製造する際の送窯原料の粒度を変化させると、得られるセメントクリンカ中のＣ２Ｓの生成状況が変化するようになる。
【００１７】
具体的には、送窯原料の粒度を低下させると、Ｃ２Ｓの粒径が小さくなり、アルカリ成分の固溶量が増加し、セメントクリンカ中のＣ３Ｓ間にＣ２Ｓの分散性が向上して、水和反応性の高いＣ２Ｓが得られる。
逆に送窯原料の粒度を増大させると、Ｃ２Ｓの粒径が大きくなり、アルカリ成分の固溶量が減少し、セメントクリンカ中のＣ２Ｓの分散性が悪くなり、群晶Ｃ２Ｓが生成し、水和反応性の低いＣ２Ｓが得られることとなる。
これは、送窯原料中の粒度の粗い部分に硬い珪石が偏在しており、かかる珪石が、粒径の大きなＣ２Ｓを生成するもととなっていると考えられ、この粒径の大きなＣ２Ｓは水和反応性が劣り、長期強度を増大させない原因となっている。
【００１８】
従って、セメントの化学成分やブレーン比表面積が一定であっても、セメントクリンカを製造する際の送窯原料の粒度を調整することにより、Ｃ２Ｓの粒径を変化させて、結果として長期強度を変化させることができるため、予め送窯原料の粒度を調整することにより、所望する長期強度発現性を有するセメントを容易に設計することができる。
【実施例】
【００１９】
本発明を次の実施例及び比較例により詳細に説明する。
実施例１〜３
表１の組成を有する中庸熱ポルトランドセメント用の送窯原料を粉砕し、９０μｍ残分（ＪＩＳ篩）が約２０質量％、約２５質量％または約３０質量％含有されるように各送窯原料を調整した。
粉砕後のかかる送窯原料９０μｍ残分の化学組成も表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１より、送窯原料元粉と比較して、粉砕後の送窯原料９０μｍ残分（粗い粒子）は、含有されるＳｉＯ２量とＦｅ２Ｏ３量が増加しており、硬い珪石や、鉄原料が送窯原料９０μｍ残分（粗い粒子）に偏在していることがわかる。
ただし、９０μｍ残分は、ＪＩＳ篩によって測定した。
上記したように、９０μｍ残分が約２０質量％、約２５質量％または約３０質量％含有されるように調整された各送窯原料を用いて、実機にて焼成して、各中庸熱ポルトランドセメントクリンカを得た。
【００２２】
得られた各中庸熱ポルトランドセメントクリンカ中のＣ２Ｓ平均粒径を下記表３に示す。
なお、クリンカ中のＣ２Ｓ平均粒径の測定は、得られたセメントクリンカ塊状物を樹脂含浸し、表面を研磨したのち、０．１％ＨＮＯ３―エタノール溶液でエッチングして、呈色したＣ２Ｓを、反射光学顕微鏡（ニコン株式会社製）を用いて、「直径測定法」によりクリンカ組織を観察して粒径測定を行った。
具体的には、クリンカ組織の写真を利用して、写真内の呈色したＣ２Ｓについて同一方向で最大長を測定して、平均化した値を、表３のクリンカ中のＣ２Ｓ平均粒径として表した。
また、各セメントクリンカ中に含まれるＣ２Ｓのうち、平均粒径が１００μｍ以上のＣ２Ｓの割合も下記表３示す。
なお、クリンカ中に含まれる平均粒径が１００μｍ以上のＣ２Ｓの割合は、実測したＣ２Ｓの全体個数に対する、平均粒径が１００μｍ以上のＣ２Ｓの個数の割合である
【００２３】
かかる各中庸熱ポルトランドセメントクリンカに石膏を添加して、実機仕上げミルにて粉砕し、平均ブレーン比表面積３３００ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントをそれぞれ得た。
当該石膏は、得られる中庸熱ポルトランドセメント中に含有されるＳＯ３量が、２．０質量％となるように添加した。
得られた中庸熱ポルトランドセメントに含有されるＣａＯ，ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３をＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」にて分析し、ボーグ式を用いてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦを算出した。
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」にて分析したＳＯ３量（石膏）を含めて、その結果を下記表４に示す。
【００２４】
実施例４〜６
表２の組成を有する低熱ポルトランドセメント用の送窯原料を粉砕し、９０μｍ残分（ＪＩＳ篩）が約２０質量％、約２５質量％または約３０質量％含有されるように各送窯原料を調整した。
粉砕後のかかる送窯原料９０μｍ残分の化学組成も表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２より、送窯原料元粉と比較して、粉砕後の送窯原料９０μｍ残分（粗い粒子）は、含有されるＳｉＯ２量とＦｅ２Ｏ３量が増加しており、硬い珪石や、鉄原料が送窯原料９０μｍ残分（粗い粒子）に偏在していることがわかる。
ただし、９０μｍ残分は、ＪＩＳ篩によって測定した。
上記したように、９０μｍ残分が約２０質量％、約２５質量％または約３０質量％含有されるように調整された各送窯原料を用いて、実機にて焼成して、各低熱ポルトランドセメントクリンカを得た。
【００２７】
得られた各低熱ポルトランドセメントクリンカ中のＣ２Ｓ平均粒径及び１００μｍ以上のＣ２Ｓ割合を、実施例１〜３と同様の方法で測定し、その結果を下記表３に示す。
また、かかる各低熱ポルトランドセメントクリンカに石膏を添加して、実機仕上げミルにて粉砕し、平均ブレーン比表面積３２６０ｃｍ２／ｇの低熱ポルトランドセメントをそれぞれ得た。
当該石膏は、得られる低熱ポルトランドセメント中に含有されるＳＯ３量が、２．０質量％となるように添加した。
得られた低熱ポルトランドセメントに含有されるＣａＯ，ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３をＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」にて分析し、ボーグ式を用いてＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦを算出し、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」にて分析したＳＯ３量を含めて、その結果を下記表４に示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
試験例
上記実施例１〜３で得られた各中庸熱ポルトランドセメント及び、上記実施例４〜６で得られた各低熱ポルトランドセメントについてＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して、水／セメント比が５０質量％となるように水を加え、モルタルを調製した。
得られた各モルタルの水和熱、モルタル強さ及びモルタルフローを測定した。
その結果を表５、図１及び図２に示す。
なお、表４中、水和熱、モルタル強さ及びモルタルフローの測定は以下の方法により測定した。
・  水和熱；  ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３「セメントの水和熱測定方法」に準拠して行った。
・  モルタル強さ及びモルタルフロー；  ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。
【００３１】
【表５】
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【００３２】
実施例１〜３及び実施例４〜６をそれぞれ比較した表４および表５の結果より、送窯原料の粒度が粗くなるにつれて、得られるセメントクリンカ中のＣ２Ｓの平均粒径が大きくなり、その結果としてモルタル強度が低下することがわかる。
このように、送窯原料の粒径を変化させることにより、セメントクリンカ中のＣ２Ｓの粒径が変化し、結果として中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントの所望する長期強度を制御することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の、含有されるＣ２Ｓ量が３０質量％以上のセメントが使用される土木、建築分野、特に、コンクリートダムや部材寸法の大きなコンクリート構造物、いわゆるマスコンクリート等に有用に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】中庸熱ポルトランドセメントを用いたモルタルのＣ２Ｓ粒度と長期強度との関係を示す線図。
【図２】低熱ポルトランドセメントを用いたモルタルのＣ２Ｓ粒度と長期強度との関係を示す線図。
【図１】
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【図２】
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