(57)【要約】【課題】原料の一部として廃棄物や産業副産物を十分に有効利用できるとともに製造過程におけるＣＯ２発生量を十分に低減できる環境負荷低減クリンカーを使用しながら、スラリー粘性の改善されたセメント組成物を提供する。【解決手段】本発明に係るセメント組成物は、セメントクリンカーと、石膏と、粉砕助剤と、分散剤とを含む。セメントクリンカーは水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％である。粉砕助剤の含有量は、セメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して１質量部以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％であるセメントクリンカーと、
石膏と、前記セメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して１質量部以下の粉砕助剤と、分散剤とを含むセメント組成物。
【請求項２】
前記セメントクリンカーが、
ケイ酸率（ＳＭ）の下限値が１．５０であり、
鉄率（ＩＭ）の下限値が２．５であり、
ボーグ式にて算定されるＣ４ＡＦ量の上限値が１０質量％である、
請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記粉砕助剤がグリコール系及び／又はグリセリンを含み、
前記分散剤がポリカルボン酸、ε−カプロラクタム及びアミノカプロン酸塩からなる群の１種以上を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
前記粉砕助剤が水を含み、
前記分散剤の添加量がセメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して１質量部未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
高炉スラグを更に含み、
当該セメント組成物１００質量部に対する前記高炉スラグの含有量が５〜８０質量部であり、
当該セメント組成物１００質量部に対するＳＯ３量が１．５〜１５．０質量部である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項６】
前記セメントクリンカーの遊離石灰（ｆ．ＣａＯ）含有量が８．０質量％未満である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項７】
熱重量測定において、２０℃から１１５℃までの重量減少が０．２％〜１．０％であり、２００℃から３５０℃までの重量減少が１．０％以下であり、コンダクションカロリーメーターで測定した接水から１５分間での水和発熱量が３．８Ｊ／ｇ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項８】
前記セメントクリンカーのモリブデン含有量が３０ｍｇ／ｋｇ以下、全クロム含有量が１００ｍｇ／ｋｇ以下、鉛含有量が１００ｍｇ／ｋｇ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項９】
前記分散剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムからなる群の１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項１０】
水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％であるセメントクリンカーが得られるように原料を調合する原料調合工程と、
１２００〜１４５０℃の焼成温度で前記原料を焼成することによって前記セメントクリンカーを得る焼成工程と、
前記セメントクリンカーを粉砕助剤と混合して粉砕する粉砕工程と、
前記セメントクリンカーと石膏と分散剤とを混合する工程とを含む、セメント組成物の製造方法。
【請求項１１】
前記粉砕工程において、前記セメントクリンカーと前記粉砕助剤と前記分散剤とを混合して粉砕することを特徴とする、請求項１０にセメント組成物の製造方法。
【請求項１２】
前記粉砕助剤が有機系粉砕助剤を含み、
前記有機系粉砕助剤がグリコール系及び／又はグリセリンを含み、
前記分散剤がポリカルボン酸、ε−カプロラクタム、アミノカプロン酸塩からなる群の１種以上を含み、
前記セメントクリンカーと前記石膏との合計１００質量部に対し、前記有機系粉砕助剤の混合量が１質量部以下、前記分散剤の混合量が１質量部未満であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項１３】
前記粉砕助剤が水を含み、
前記セメントクリンカーと前記石膏との合計１００質量部に対し、前記水の混合量が０．５〜５．０質量部であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項１４】
前記原料は、
Ａｌ２Ｏ３量が１０質量％以上、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比が５．０以下である廃棄物又は副産物を２５０〜６００ｋｇ／ｔ−ｃｌ’と、
Ｆｅ２Ｏ３量が３０質量％以上である鉄原料を４０ｋｇ／ｔ−ｃｌ’以下と、
石灰石を８００〜１２００ｋｇ／ｔ−ｃｌ’と、
を含む、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項１５】
前記粉砕工程後、前記セメント組成物の熱重量減少量を測定する工程を更に含む、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項１６】
前記粉砕工程後、前記セメント組成物の水和発熱量を測定する工程を更に含む、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセメント組成物を用いる地盤改良方法。
【請求項１８】
水／セメント組成物の質量比が０．２〜１０．０のスラリーを用いて土壌を固化することを含む、請求項１７に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントクリンカー、特に環境負荷低減クリンカーを含むセメント組成物及びその製造方法、並びに地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なセメント系地盤改良材は、ポルトランドセメントクリンカーを含むポルトランドセメントをベースに製造されている。特許文献１，２は、固化処理土からの六価クロムの溶出量を低減可能な固化材を開示する。特許文献３は、Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５質量％、Ｃ３Ａ量が１０〜２０質量％、Ｆｅ２Ｏ３含有量が２質量％以下、Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３（鉄率）が３以上であるセメント組成物と、石膏と、高炉スラグとを含む地盤改良材を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０２４６３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９５７１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１０５２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現状のポルトランドセメントクリンカーは、ポルトランドセメントの品質規格（水和熱、強度、流動性）を満足するための制約を受け、原料として使用できる廃棄物原単位が限定される。また、セメントの強度発現性の面から、クリンカー鉱物のうちＣ３Ｓの含有量を一定の範囲内とするため、原料としての石灰石原単位を大幅に低減したり、焼成温度を大幅に低くしたりすることが難しく、製造におけるＣＯ２発生量が多くなるという問題がある。
【０００５】
例えば、上記特許文献１，２に記載のクリンカーの水硬率は２．２以上であり、当該クリンカーの焼成温度は普通ポルトランドセメントクリンカーや早強ポルトランドセメントクリンカーと同程度である。すなわち、特許文献１，２に記載のクリンカーは、比較的高温で実施される焼成プロセスを経て製造されるものであり、ＣＯ２発生量の低減の点において改善の余地があった。
【０００６】
また、廃棄物使用量を増やしたクリンカーはＣ３Ａ含有量が多くなり、セメント組成物のスラリー粘性が悪化する。すなわち、そのようなセメント組成物から製造したスラリーは十分な流動性を有していない為、地盤改良材としての使用が困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、原料の一部として廃棄物や産業副産物を十分に有効利用できるとともに製造過程におけるＣＯ２発生量を十分に低減できる環境負荷低減クリンカーを使用しながら、スラリー粘性の改善されたセメント組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、上記セメント組成物の製造方法、並びに当該セメント組成物を使用した地盤改良方法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】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が０．５〜１１質量％であるセメントクリンカーに１質量％以下の粉砕助剤と分散剤とを加えて粉砕することにより、得られるセメント組成物のスラリー粘性が改善されることを知見した。
【０００９】
すなわち、本発明により、以下が提供される。
［１］水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％であるセメントクリンカーと、石膏と、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計１００質量部に対して１質量部以下の粉砕助剤と、分散剤とを含むセメント組成物。
［２］前記セメントクリンカーが、ケイ酸率（ＳＭ）の下限値が１．５０であり、
鉄率（ＩＭ）の下限値が２．５であり、  ボーグ式にて算定されるＣ４ＡＦ量の上限値が１０質量％である、［１］に記載のセメント組成物。
［３］前記粉砕助剤がグリコール系及び／又はグリセリンを含み、前記分散剤がポリカルボン酸、ε−カプロラクタム及びアミノカプロン酸塩からなる群の１種以上を含むことを特徴とする、［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］前記粉砕助剤が水を含み、  前記分散剤の添加量がセメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して１質量部未満であることを特徴とする、［１］〜［３］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
［５］高炉スラグを更に含み、当該セメント組成物１００質量部に対する前記高炉スラグの含有量が５〜８０質量部であり、当該セメント組成物１００質量部に対するＳＯ３量が１．５〜１５．０質量部である、［１］〜［４］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
［６］前記セメントクリンカーの遊離石灰（ｆ．ＣａＯ）含有量が８．０質量％未満である、［１］〜［５］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
［７］熱重量測定において、２０℃から１１５℃までの重量減少が０．２％〜１．０％であり、２００℃から３５０℃までの重量減少が１．０％以下であり、コンダクションカロリーメーターで測定した接水から１５分間での水和発熱量が３．８Ｊ／ｇ以下である、［１］〜［６］いずれか１項に記載のセメント組成物。
［８］前記セメントクリンカーのモリブデン含有量が３０ｍｇ／ｋｇ以下、全クロム含有量が１００ｍｇ／ｋｇ以下、鉛含有量が１００ｍｇ／ｋｇ以下である、［１］〜［７］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
［９］前記分散剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムからなる群の１種以上を含むことを特徴とする［１］〜［８］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【００１０】
［１０］水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％であるセメントクリンカーが得られるように原料を調合する原料調合工程と、１２００〜１４５０℃の焼成温度で前記原料を焼成することによって前記セメントクリンカーを得る焼成工程と、前記セメントクリンカーを粉砕助剤と混合して粉砕する粉砕工程と、前記セメントクリンカーと石膏と分散剤とを混合する工程とを含む、セメント組成物の製造方法。
［１１］前記粉砕工程において、前記セメントクリンカーと前記粉砕助剤と前記分散剤とを混合して粉砕することを特徴とする、［１０］にセメント組成物の製造方法。
［１２］前記粉砕助剤が有機系粉砕助剤を含み、前記有機系粉砕助剤がグリコール系及び／又はグリセリンを含み、前記分散剤がポリカルボン酸、ε−カプロラクタム、アミノカプロン酸塩からなる群の１種以上を含み、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計１００質量部に対し、前記有機系粉砕助剤の混合量が１質量部以下、前記分散剤の混合量が１質量部未満であることを特徴とする、［１０］又は［１１］に記載のセメント組成物の製造方法。
［１３］前記粉砕助剤が水を含み、前記セメントクリンカーと前記石膏との合計１００質量部に対し、前記水の混合量が０．５〜５．０質量部であることを特徴とする、［１０］〜［１２］のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
［１４］前記原料は、Ａｌ２Ｏ３量が１０質量％以上、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比が５．０以下である廃棄物又は副産物を２５０〜６００ｋｇ／ｔ−ｃｌ’と、Ｆｅ２Ｏ３量が３０質量％以上である鉄原料を４０ｋｇ／ｔ−ｃｌ’以下と、石灰石を８００〜１２００ｋｇ／ｔ−ｃｌ’とを含む、［１０］〜［１３］のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
［１５］前記粉砕工程後、前記セメント組成物の熱重量減少量を測定する工程を更に含む、［１０］〜［１４］のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
［１６］前記粉砕工程後、前記セメント組成物の水和発熱量を測定する工程を更に含む、［１０］〜［１５］のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【００１１】
［１７］［１］〜［９］のいずれか１項に記載のセメント組成物を用いる地盤改良方法。
［１８］水／セメント組成物の質量比が０．２〜１０．０のスラリーを用いて土壌を固化することを含む、［１７］に記載の地盤改良方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、廃棄物や産業副産物を原料の一部として有効利用でき且つ製造過程におけるＣＯ２発生量が低減可能であり、更にスラリー粘性の良好なセメント組成物が提供される。また、本発明によれば、上記セメント組成物の製造方法、並びに当該セメント組成物を使用した地盤改良方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】参考例１４の水蒸気吸着量測定結果を示すグラフである。
【図２】参考例１５の水蒸気吸着量測定結果を示すグラフである。
【図３】参考例１〜７の熱重量測定結果を示すグラフである。
【図４】参考例１〜７の熱重量測定結果を示すグラフである。
【図５】参考例１〜７の水和発熱測定結果（発熱速度）を示すグラフである。
【図６】参考例１〜７の水和発熱測定結果（発熱量）を示すグラフである。
【図７】参考例１〜７の熱重量測定結果と見掛け粘度との関係を示すグラフである。
【図８】参考例１〜７の水和発熱測定結果と見掛け粘度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明に係るセメント組成物の用途は地盤改良材に限定されず、当該セメント組成物を使用して他のセメント製品（例えば、各種ポルトランドセメント、高炉セメント等）を製造してもよい。
【００１５】
本発明のセメント組成物はセメントクリンカーと、石膏と、粉砕助剤と、分散剤とを含む。その他に高炉スラグ、フライアッシュ、JIS R ５２１０に規定される少量混合成分、塩素バイパスダスト、脱塩ダストなどを含むこともできる。
【００１６】
＜セメントクリンカー＞
本実施形態のセメントクリンカーは環境負荷低減クリンカー（以下、「セメントクリンカー」という。）であって、水硬率（ＨＭ）が１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）が１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）が２．０〜１０．０であり且つボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上、Ｃ４ＡＦ量が５〜１１質量％である。本実施形態のセメントクリンカーによれば、廃棄物や産業副産物を原料の一部として有効利用でき且つ製造過程においてＣＯ２発生量を低減できる。
【００１７】
セメントクリンカーの水硬率（ＨＭ）は、以下の式（１）で算出される。セメントクリンカーの水硬率は、１．７５〜２．２０（１．７５以上２．２０以下）である。水硬率が１．７５未満であるとセメント組成物の水硬性が低下し強度発現性が不十分となりやすい。他方、水硬率が２．２０を超えるとセメントクリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。セメントクリンカーの水硬率は、好ましくは１．８５〜２．２０であり、より好ましくは１．９５〜２．２０であり、更に好ましくは２．００〜２．２０であり、特に好ましくは２．０５〜２．１５である。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（１）
【００１８】
セメントクリンカーのケイ酸率（ＳＭ）は、以下の式（２）で算出される。セメントクリンカーのケイ酸率は、１．３０以上２．５０未満である。ケイ酸率が１．３０未満であると適正な組成のセメントクリンカーが得られ難い。他方、ケイ酸率が２．５０以上であると従来のポルトランドセメントクリンカーと比較して廃棄物使用量を高めることが難しく、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。セメントクリンカーのケイ酸率は、好ましくは１．５０〜２．４８であり、より好ましくは１．６０〜２．３０であり、更に好ましくは１．８０〜２．０５であり、特に好ましくは１．８５〜１．９５である。
ＳＭ＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（２）
【００１９】
セメントクリンカーの鉄率（ＩＭ）は、以下の式（３）で算出される。セメントクリンカーの鉄率は、２．０〜１０．０である。鉄率が２．０未満であると従来のポルトランドセメントクリンカーと比較して廃棄物又な産業副産物の使用量を高めることが難しく、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。他方、鉄率が１０．０を超えるとセメントクリンカーを含むセメント組成物に水を添加して得られるスラリーの流動性が悪化する。セメントクリンカーの鉄率は、好ましくは２．１〜９．０であり、より好ましくは２．２〜８．０であり、更に好ましくは２．５〜５．０であり、最も好ましくは２．７〜３．０である。
ＩＭ＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３・・・（３）
【００２０】
本実施形態のセメントクリンカーは、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ、Ｃ３Ｓ及びＣ２Ｓを含有するものであり、その組成は、ボーグ式により算出することができる。ボーグ式は、セメントクリンカー中の主要な四鉱物の含有量を求める計算式である。セメントクリンカーの場合のボーグ式は、下記のように表される。
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００２１】
式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」及び「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれ、セメントクリンカーにおけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３のセメントクリンカー全体質量に対する含有割合（質量％）である。これらの含有割合は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２（２０１５）「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定することができる。
【００２２】
本実施形態のセメントクリンカーは、ボーグ式にて算定されるＣ３Ａ量が１２質量％以上である。Ｃ３Ａ量が１２質量％未満であるとセメント組成物の強度発現性が不十分になるとともにセメントクリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。セメントクリンカーのＣ３Ａ量は、好ましくは１３〜４０質量％であり、より好ましくは１４〜３０質量％であり、更に好ましくは１５〜２５質量％であり、特に好ましくは１６〜２０質量％である。なお、セメントクリンカーのＣ３Ａ量が４０質量％を超えるとセメントクリンカーを含むセメント組成物に水を添加して得られるスラリーの流動性が悪化しやすい。
【００２３】
本実施形態のセメントクリンカーは、ボーグ式にて算定されるＣ４ＡＦ量が５〜１１質量％である。Ｃ４ＡＦ量が５質量％未満であるとセメントクリンカーの製造プロセスにおける焼成温度を十分に低温化できない。他方、Ｃ４ＡＦ量が１１質量％を超えるとセメント組成物の強度発現性が低下するほか、環境基準に定められる六価クロム等の重金属含有量が増加する。Ｃ４ＡＦ量は、好ましくは７〜１０．５質量％であり、より好ましくは８〜１０質量％であり、更に好ましくは８．５〜９．５質量％である。
【００２４】
本実施形態において、Ｃ３Ａ量及びＣ４ＡＦ量の合計量は２０〜３５質量％であることが好ましい。この合計量が２１質量％未満であるとセメントクリンカー原料として使用する粘土代替廃棄物の量が少なくなり、資源循環型社会への貢献が小さくなる。他方、この合計量が３５質量％を超えるとセメント組成物の強度発現性及び流動性が低下するほか、セメントクリンカーの融液量が多くなり、通常のロータリーキルンで安定的に製造することが難しくなる。Ｃ３Ａ量及びＣ４ＡＦ量の合計量は、より好ましくは２１〜３２質量％であり、更に好ましくは２３〜３０質量％である。
【００２５】
本実施形態において、Ｃ２Ｓ量は好ましくは１０〜５０質量％であり、より好ましくは１１〜４５質量％であり、更に好ましくは１５〜４０質量％である。Ｃ２Ｓ量が１０質量％未満であると長期的な強度発現性が不十分となりやすく、他方、５０質量％を超えると短期的な強度が低下する恐れがある。Ｃ３Ｓ量は好ましくは２０〜７０質量％であり、より好ましくは３０〜６０質量％であり、更に好ましくは３５〜６０質量％であり、特に好ましくは５０〜６０質量％である。Ｃ３Ｓ量が２０質量％未満であると強度発現性が不十分となりやすく、他方、７０質量％を超えると発熱量の増加に伴う収縮量の増大により強度発現性が不十分となる恐れがあるほか、間隙相量が十分でなくなることで焼成温度が上がる恐れがある。
【００２６】
セメントクリンカーにおける遊離石灰含有量（ｆ．ＣａＯ量）は、強度発現性の観点から、なるべく少ないことが好ましい（例えば１質量％以下）。ただし、このセメントクリンカーからセメント組成物を調整して地盤改良材として使用する場合、ポルトランドセメントの調製に使用する場合と比較し、セメントクリンカーは遊離石灰を多く含有してもよい。この場合、セメントクリンカーの遊離石灰含有量の上限値は好ましくは８．０質量％であり、より好ましくは６．０質量％であり、更に好ましくは５．０質量％であり、特に好ましくは４．５質量％である。他方、セメントクリンカーの遊離石灰（ｆ．ＣａＯ）含有量の下限値は好ましくは０質量％であり、より好ましくは１．０質量％であり、更に好ましくは３.０質量％である。セメントクリンカーの遊離石灰（ｆ．ＣａＯ）含有量が８．０質量％以下であれば、セメント組成物を地盤改良材として使用した場合に従来品と同等以上の強度発現性を確保できるとともに、その製造過程において十分に低い温度で焼成することができ、ＣＯ２発生量を低減できる。
【００２７】
セメントクリンカーにおけるモリブデン含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば３０ｍｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。モリブデン含有量が３０ｍｇ／ｋｇを超えるとセメント組成物を地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からのモリブデン溶出量が増大する恐れがある。なお、セメントクリンカーにおけるモリブデン含有量を例えば５ｍｇ／ｋｇ未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低いモリブデン溶出量を両立させる観点から、セメントクリンカーにおけるモリブデン含有量は好ましくは１〜２８ｍｇ／ｋｇであり、より好ましくは３〜２４ｍｇ／ｋｇである。
【００２８】
セメントクリンカーにおける全クロム含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば１００ｍｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。ここで、全クロム含有量とは、セメントクリンカー中に含まれる三価クロムや六価クロム等の価数の異なる全てのクロムの合計含有量をいう。セメントクリンカーにおける全クロム含有量が１００ｍｇ／ｋｇを超えると、セメント組成物を地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する恐れがある。なお、セメントクリンカーにおける全クロム含有量を例えば３０ｍｇ／ｋｇ未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、セメントクリンカーにおける全クロム含有量は好ましくは４０〜７０ｍｇ／ｋｇであり、より好ましくは４３〜６５ｍｇ／ｋｇである。
【００２９】
セメントクリンカーにおける六価クロム含有量は、２０〜４５ｍｇ／ｋｇであることが好ましい。全クロム含有量と同様に、六価クロム含有量はできるだけ少ないことが好ましいが、セメントクリンカーにおける六価クロム含有量が２０ｍｇ／ｋｇ未満では、セメントクリンカー原料に使用できる廃棄物及び産業副産物の量が少なくなり、製造原価が上がる傾向がある。一方、セメントクリンカーにおける六価クロム含有量が４５ｍｇ／ｋｇを超えると、セメント組成物を地盤改良材として使用した場合に固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する傾向がある。十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、セメントクリンカーにおける六価クロム含有量は好ましくは２５〜４０ｍｇ／ｋｇであり、より好ましくは３０〜３５ｍｇ／ｋｇである。
【００３０】
セメントクリンカーにおける鉛含有量は可能な限り少ないことが好ましく、例えば１００ｍｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。セメントクリンカーにおける鉛含有量が１００ｍｇ／ｋｇを超えると、セメント組成物を地盤改良材として使用した場合に固化処理条件によっては固化処理土からの鉛溶出量が増大する恐れがある。なお、セメントクリンカーにおける鉛含有量を例えば１０ｍｇ／ｋｇ未満にしようとすると廃棄物及び産業副産物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。十分に低い製造原価及び十分に低い鉛溶出量を両立させる観点から、セメントクリンカーにおける鉛含有量は好ましくは１０〜１００ｍｇ／ｋｇであり、より好ましくは３０〜９０ｍｇ／ｋｇである。
【００３１】
上述のとおり、本実施形態に係るセメントクリンカーは、鉄率（ＩＭ、Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３）が比較的高く（２．０〜１０．０）且つＣ３Ａ量（（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）が比較的多い（１２質量％以上）。つまり、本実施形態のセメントクリンカーは原燃料から持ち込まれるＡｌ２Ｏ３の量がＦｅ２Ｏ３の量と比較して多いといえる。特に、Ｃ３Ａ（アルミネート相）は急速に水和反応が進むため、Ｃ３Ａ量が多いセメントクリンカーを含むセメント組成物に水を添加してスラリーを調製する場合、スラリーの流動性が不十分となる場合がある。スラリーの流動性の十分に確保するため、換言すると、セメントクリンカーに含まれるＣ３Ａの水和活性を適度に抑制するため、セメントクリンカーを意図的に風化させる処置を施してもよい。この処置はセメントクリンカーを対象に実施してもよいし、セメント組成物を製造する過程において実施してもよい（後述の「粉砕工程」参照）。
【００３２】
＜セメント組成物＞
本実施形態のセメント組成物は、上記セメントクリンカーと石膏と、粉砕助剤と、分散剤とを含む。セメント組成物における石膏の質量割合は、セメントクリンカー１００質量部に対し、好ましくは５〜３０質量部であり、より好ましくは１０〜２８質量部であり、更に好ましくは１５〜２６質量部である。セメント組成物における石膏の質量割合が５質量部未満であると固化処理土の強度発現性が不十分となりやすい。なお、セメント組成物における石膏の質量割合が増えるほど、固化処理土の強度発現性は向上する傾向があるが、３０質量部を超えると添加効果が飽和する。
【００３３】
粉砕助剤は特に限定されないが、有機系粉砕助剤及び／又は水を使用することができる。有機系粉砕助剤としてはグリコール系（ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、エチレングリコール、プロピレングリコールなど）、トリイソプロパノールアミン（ＴＩＰＡ）又はグリセリンを含むものであれば良く、粉砕助剤効果や強度増進効果を最大限に高めるには、粉砕助剤の中のジエチレングリコール含有量が３０質量％以上であることが好ましい。有機系粉砕助剤の含有量は、セメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して０．０１〜１質量部、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。また、セメント組成物が高炉スラグを含む場合の粉砕助剤の好適な含有量は、セメントクリンカーと石膏とスラグの合計１００質量部に対して０．０１質量部以上１質量部未満、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。水の含有量はセメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して０．０１〜５質量部、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．５〜１質量部である。また、セメント組成物が高炉スラグを含む場合の水の好適な含有量は、セメントクリンカーと石膏とスラグの合計１００質量部に対して０．０１〜５質量部、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．５〜１質量部である。
【００３４】
また、分散剤は、ポリカルボン酸系、ε-カプロラクタム、カプロン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩からなる１種以上が含まれる。更に分散剤中に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムのうち１種以上が含まれると、セメント組成物の表面改質効果がさらに高く発揮され、流動性が改善されるため好ましい。分散剤として産業副産物を利用することもでき、例えばラクタム製造時の副産物などが使用可能である。分散剤の含有量は特に限定されないが、通常のコンクリートで使用される量（１質量％）と比較して微量でも良く、例えばセメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して０．０１質量部以上１質量部未満、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。また、セメント組成物が高炉スラグを含む場合の分散剤の好適な含有量は、セメントクリンカーと石膏とスラグの合計１００質量部に対して０．０１質量部以上１質量部未満、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。このようなごく微量の分散剤含有量で流動性が改善されるメカニズムは必ずしも明らかではないが、前記粉砕助剤を添加することによりセメント組成物中のＣ３Ａが微風化され、混練直後のＣ３Ａ水和物への分散剤の取り込みが抑制されるためと推定される。
【００３５】
上記セメント組成物に使用される石膏の形態は、特に限定されるものでなく、二水塩、半水塩、無水塩のいずれも使用可能である。石膏の具体例としては、天然石膏や排煙脱硫処理によって副生する副産石膏、天然無水石膏、ふっ酸の製造過程で副産するふっ酸無水石膏等が挙げられる。セメント組成物を地盤改良のスラリー工法で使用する場合には、半水石膏の使用量をなるべく低減し、主に二水塩又は無水塩を用いることが好ましい。例えば、セメント組成物に含まれる全石膏に対する半水石膏の割合は好ましくは４０質量％以下であり、より好ましくは０．１〜３０質量％であり、更に好ましくは０．５〜２０質量％である。半水石膏の割合を４０質量％以下にすることで、セメント組成物に水を加えてスラリーを調製する際、スラリーに強張りが生じることを抑制できる。
【００３６】
上記セメント組成物のＳＯ３量は、強度発現性の観点から１．５〜１５．０質量％であり、より好ましくは１．８〜１４．５質量％であり、更に好ましくは３〜１４．０質量％であり、特に好ましくは７〜１３．０質量％である。セメント組成物のＳＯ３量が上記範囲となるように石膏の配合量を調整すればよい。
【００３７】
上記セメント組成物は、適度な量の高炉スラグを更に含むことが好ましい。高炉スラグの具体例として、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等が挙げられる。セメント組成物における高炉スラグの含有量は、セメント組成物１００質量部に対して好ましくは５〜８０質量部であり、より好ましくは１０〜７０質量部であり、更に好ましくは２０〜５０質量部である。セメント組成物における高炉スラグの質量割合が５質量部未満では産業副産物（高炉スラグ）の有効利用が不十分となりやすく、また関東ロームのような火山灰質粘性土を処理する場合、固化処理条件によってはクロムなどの重金属の溶出量の低減効果が不十分となりやすい。他方、セメント組成物における高炉スラグの質量割合が８０質量部を超えると、固化処理土の強度が不十分となりやすい。
【００３８】
＜セメント組成物の製造方法＞
上記セメント組成物の製造方法について説明する。この製造方法は、原料調合工程と、焼成工程と、粉砕工程とをこの順序で含む。原料調合工程と焼成工程を経ることによってセメントクリンカーが製造され、その後の粉砕工程を経ることでセメント組成物が製造される。
【００３９】
（原料調合工程）
原料調合工程は、諸率（水硬率、ケイ酸率及び鉄率）が上記範囲であり且つボーグ式によって算定される構成化合物量（Ｃ３Ａ量及びＣ４ＡＦ量）が上記範囲であるセメントクリンカーが得られるように原料を調合する工程である。つまり、この工程では、所望の物性（諸率及び構成化合物量）のセメントクリンカーが得られるように原料を選択するとともにその使用量（原料原単位）を調整する。
【００４０】
セメントクリンカーの原料として石灰石、珪石、粘土系廃棄物等を主に使用する。粘土系廃棄物としては石炭灰、建設発生土、スラグ等が挙げられる。ここで、通常のポルトランドセメントクリンカーで使用される銅カラミや鉄精鉱等の鉄原料は極力使用量を抑える。鉄原料の使用量をなるべく少なくすることで、鉄原料に含まれる重金属がセメントクリンカーに持ち込まれることを十分に抑制できる。
【００４１】
セメントクリンカー１トン当たりの原料原単位は以下の範囲であることが好ましい。
・石灰石：８００〜１３００ｋｇ、より好ましくは９００〜１２００ｋｇ、更に好ましくは１０００〜１１５０ｋｇ。
・珪石：０〜１００ｋｇ、より好ましくは０〜５０ｋｇ、更に好ましくは０〜２０ｋｇ。
・粘土系廃棄物：２５０〜６００ｋｇ、より好ましくは３００〜５００ｋｇ、更に好ましくは３５０〜４５０ｋｇ。
・鉄原料：０〜４０ｋｇ、好ましくは０〜３０ｋｇ、更に好ましくは０〜２５ｋｇ、特に好ましくは０ｋｇ。
【００４２】
粘土系廃棄物（粘土系産業副産物も含む。）のＡｌ２Ｏ３量は、好ましくは１０質量％以上であり、より好ましくは１０〜７０質量％であり、更に好ましくは２０〜６５質量％であり、特に好ましくは２５〜６０質量％である。粘土系廃棄物のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3 質量比は、好ましくは５．０以下であり、より好ましくは１．０〜４．０であり、更に好ましくは２．０〜３．０である。かかる粘土系廃棄物の具体例としては、石炭灰（例えば、フライアッシュ、ボトムアッシュ）などが挙げられる。なお、粘土系廃棄物として、Ｆｅ２Ｏ３を３質量％以上（より好ましくは４〜６質量％）含む石炭灰等を選択して用いることが好ましく、これによって鉄原料を使用しなくても、セメントクリンカーの造粒を容易にし、セメントクリンカーの粉化を抑制することができる。これにより、クーラーでの熱交換効率やダストの集塵効率を高めることができるため、より省エネで且つ安定してセメントクリンカーを製造することができる。
【００４３】
鉄原料のＦｅ２Ｏ３量は、好ましくは３０質量％以上であり、より好ましくは３０〜９０質量％であり、更に好ましくは４０〜８０質量％であり、特に好ましくは５０〜７０質量％である。かかる鉄原料の具体例としては、銅カラミ、鉄精鉱、転炉滓などが挙げられる。
【００４４】
（焼成工程）
焼成工程は、原料調合工程を経て得られた原料を焼成することによってセメントクリンカー（環境負荷低減クリンカー）を得る工程である。この工程を実施するための設備としては、ＮＳＰキルン、ＳＰキルンなどが挙げられる。これらの設備は、焼成温度を測定する焼点温度測定機と、ｆ．ＣａＯ量測定機（もしくはｆ．ＣａＯ量分析装置）とを有していることが好ましい。
【００４５】
焼成温度は、好ましくは１２００℃以上１５００℃未満であり、より好ましくは１２５０〜１４５０℃であり、更に好ましい範囲としては１３００〜１４５０℃であり、特に好ましくは１３５０〜１４５０℃である。焼成温度が１２００℃未満であるとセメント組成物の強度発現性が不十分となりやすく、他方、１５００℃を超えると焼成工程におけるＣＯ２排出量削減効果が不十分となりやすい。なお、焼成されたクリンカーを１〜１２時間毎に採取し、そのｆ．ＣａＯ量を測定することが好ましい。ｆ．ＣａＯ量をモニタリングし、その値が所定の条件（例えば８．０質量％未満）を満たすように、焼成条件（温度、時間、ロータリーキルンであれば回転速度など）を調整してもよい。
【００４６】
（粉砕工程）
粉砕工程は、少なくともセメントクリンカーと粉砕助剤とを含む混合物を粉砕し、石膏及び分散剤と混合することによってセメント組成物を得る工程である。スラグや石炭灰、石膏、分散剤をセメントクリンカーと共に粉砕混合することができる他、これらを別に粉砕してからセメントクリンカーの粉砕物と混合することもできる。この工程を実施するための設備としては、ボールミル、竪型ローラーミルなどが挙げられる。セメントクリンカーに石膏を添加する際に、高炉スラグや石炭灰を添加してもよい。
【００４７】
粉砕工程を経て得られるセメント組成物のブレーン比表面積は、セメント組成物の適度な反応性の観点から、好ましくは３０００〜５０００ｃｍ２／ｋｇであり、より好ましくは３５００〜５０００ｃｍ２／ｋｇであり、更に好ましくは４０００〜５０００ｃｍ２／ｋｇである。
【００４８】
セメント組成物を使用して調製されるスラリーの流動性を十分に確保する観点から、セメント組成物の反応性を抑制する処理を粉砕工程において実施する。例えば、粉砕工程においてセメントクリンカーに対して所定の粉砕助剤（有機系粉砕助剤及び／又は水）を添加して粉砕することにより、セメント組成物を風化させればよい。有機系粉砕助剤として、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリイソプロパノールアミン（ＴＩＰＡ）、グリセリン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。粉砕助剤として、有機系粉砕助剤及び水をそれぞれ単独で使用してもよいし、これらを併用してもよい。粉砕工程において、粉砕助剤を使用することで粉砕時の温度を所定の温度以下（例えば１２０℃以下）に抑えることができるという効果も奏される。なお、粉砕工程における風化処理の代わりに、あるいは、これとともにサイロ内においてセメント組成物をエージングすることによってセメント組成物を風化させてもよい。
【００４９】
また、粉砕工程で分散剤を添加することがセメント組成物のスラリー粘性改善の観点から特に好ましい。詳細なメカニズムは明らかではないが、セメントクリンカーの粉砕時に分散剤を添加すると粉砕工程で分散剤がセメント粒子に効率良く付着するため、粉砕後に添加した場合と比べて微量の分散剤量でセメント組成物の粘性を改善することが可能になると推定される。添加の方法は特に限定されないが、例えば、有機系粉砕助剤や水とは別に加える方法、粉砕助剤や水と分散剤を混合して添加する方法、セメントクリンカーに予め含浸させる方法などがある。
【００５０】
さらに、粉砕工程では水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物を添加することが好ましい。これら水酸化物を添加する方法は特に限定されないが、有機系粉砕助剤や水とは別に添加する方法や粉砕助剤や水、分散剤のいずれかと混合して添加する方法のほか、粉砕助剤又は分散剤に初めから含有されているものでも良い。例えば、ラクタム製造時の副産物は水酸化ナトリウムを含有しているため、セメント組成物の表面改質効果が高まり、スラリー流動性の改善が期待できる。
【００５１】
粉砕処理すべき混合物において、有機系粉砕助剤の含有量は、セメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して０．０１〜１質量部、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。また、セメント組成物が高炉スラグを含む場合の粉砕助剤の好適な含有量は、セメントクリンカーと石膏とスラグの合計１００質量部に対して０．０１質量部以上１質量部未満、好ましくは０．０２〜０．５質量部、より好ましくは０．０２５〜０．４質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．１質量部である。有機系粉砕助剤の含有量（添加量）が１．０質量部を超えるとセメント組成物の強度発現性が低下する恐れがある。
【００５２】
粉砕処理すべき混合物において、水の含有量はセメントクリンカーと石膏との合計１００質量部に対して０．０１〜５質量部、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．５〜１質量部である。また、セメント組成物が高炉スラグを含む場合の水の含有量はセメントクリンカーと石膏とスラグとの合計１００質量部に対して０．０１〜５質量部、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．５〜１質量部である。水の含有量（添加量）が０．０１質量部未満であるとセメント組成物のスラリー流動性及び強度発現性が改善されず、他方、５．０質量部を超えるとセメント組成物が固結し、スラリー流動性及び強度発現性が低下する恐れがある。
【００５３】
セメント組成物の風化の程度は、セメント組成物の水蒸気吸着量を測定することによって把握することができる。より具体的には、本実施形態のセメント組成物は、吸着過程における相対圧０．９２６５での水蒸気吸着量が当該セメント組成物１００ｇに対して４．９ｇ以下（より好ましくは０．１〜４．９ｇ）であり且つ相対圧０．１０００における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量の差異（ヒステリシス）が当該セメント組成物１００ｇに対して１．９ｇ以下（より好ましくは０．１〜１．９ｇ）であることが好ましい。ここで、相対圧０．９２６５での水蒸気吸着量はセメント組成物における水との反応性が高い成分の含有量（Ｃ３Ａ量及びｆ．ＣａＯ量）が反映される。一方、相対圧０．１０００における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量の差異（ヒステリシス）は水蒸気吸着前のセメント組成物の水和活性が反映される。つまり、これらの二つの値が上記条件を満たすようにセメント組成物を意図的に風化させることで、セメント組成物を含むスラリーの流動性を十分に確保することができる。
【００５４】
セメント組成物の風化の程度は、セメント組成物の熱重量減少量を測定することによっても把握することができる。より具体的には、本実施形態のセメント組成物は、２０℃から１１５℃までの重量減少が例えば０．２〜１．０％であり、好ましくは０．２〜０．７％であり、更に好ましくは０．２〜０．５％であり、特に好ましくは０．２〜０．３％である。また、本実施形態のセメント組成物は、２００℃から３５０℃までの重量減少が例えば１．０％以下であり、好ましくは０．２〜０．７％であり、更に好ましくは０．２〜０．５％であり、特に好ましくは０．２〜０．３％である。ここで、２０℃から１１５℃までの重量減少には付着水とセメント水和物（エトリンガイト）の量が反映される。一方、２００℃から３５０℃までの重量減少にはセメント水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ）の量が反映される。つまり、これらの二つの値が上記条件を満たすようにセメント組成物を意図的に風化させることで、セメント組成物を含むスラリーの流動性を十分に確保することができ、且つ強度への影響を抑えることができる。
【００５５】
セメント組成物の風化の程度は、セメント組成物の水和発熱量を測定することによっても把握することができる。より具体的には、本実施形態のセメント組成物は、接水から１５分間での水和発熱量が例えば−１．０〜３．８Ｊ／ｇであり、好ましくは−０．７〜３．５Ｊ／ｇであり、より好ましくは−０．６〜３．４Ｊ／ｇであり、更に好ましくは−０．５〜３．３Ｊ／ｇであり、最も好ましくは０〜３．２Ｊ／ｇである。ここで、接水から１５分間での水和発熱量は水和の程度を反映している。つまり、この値が上記条件を満たすようにセメント組成物を意図的に風化させることで、セメント組成物を含むスラリーの流動性を十分に確保することができる。なお、意図的に風化したセメント組成物では、接水から１５分間での水和発熱量がマイナスになる場合もある。これは、セメント組成物が水和する際の発熱よりも、含有する一部の化合物が水に溶解する際の吸熱が大きくなる為と考えられる。
【００５６】
本実施形態の製造方法は、粉砕工程後、セメント組成物の水蒸気吸着量、熱重量減少及び水和発熱量のいずれかを測定する工程を更に含むことが好ましい。この工程を実施することで、製造されたセメント組成物の風化の程度が反応性の観点から適度な範囲であるか否かを把握することができ、製品管理上、有用な情報を得ることができる。水蒸気吸着量の測定は高精度全自動ガス吸着装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ１８）、熱重量減少量は示唆熱熱重量分析装置（セイコーインスツルメンツ社製、ＴＧ−ＤＴＡ５２００）、水和発熱量はコンダクションカロリーメーター（東京理工社製、ＴＣＧ−２６）を用いて実施することができる。
【００５７】
本実施形態の製造方法は、セメント組成物の製造に使用する石膏における半水石膏の割合（半水石膏化率）を測定する工程を更に含むことが好ましい。半水石膏化率が４０質量％以下の石膏を使用することで、セメント組成物に水を加えてスラリーを調製する際、スラリーに強張りが生じることを抑制できる。
【００５８】
＜地盤改良方法＞
上記セメント組成物を用いた地盤改良方法の実施形態について説明する。本実施形態の地盤改良方法は、上記のセメント組成物と、土壌とを混合する工程を備える。対象の土壌として、ローム、粘土、砂質土、有機質土などが挙げられる。土壌１ｍ３にするセメント組成物の混合量は、土壌の固化強度を十分に高める観点から、好ましくは３０〜５００ｋｇであり、より好ましくは５０〜４５０ｋｇであり、更に好ましくは２００〜４００ｋｇである。半水石膏化率の測定は、粉末エックス線回折測定による二水石膏ならびに半水石膏の定量、あるいは熱重量測定・示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）装置により脱水温度、脱水量を測定することで実施することができる。
【００５９】
土壌とセメント組成物の混合方法は、従来の地盤改良材と同様に、粉体として土壌に添加して混合する、あるいは水を混ぜてスラリーとして土壌に混合することが可能であり、このような土壌との混合時に分散剤を加えることもできる。水／セメント組成物の質量比は例えば０．２〜１０．０であり、好ましくは０．４〜５．０であり、更に好ましくは０．６〜１．５である。この範囲を満たすことでセメント組成物を含むスラリーの流動性を十分に確保することができる。
【実施例】
【００６０】
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、表中の未記入の項目は未測定の項目である。
【００６１】
［１．セメントクリンカーの製造］
表１に示す化学組成の原料と、以下の試薬とを準備した。
【００６２】
【表１】
2018104213.tif 000003
【００６３】
（試薬）
・酸化アルミニウム：和光純薬株式会社製、試薬特級
【００６４】
表２に示す割合で各原料を調合して得られたクリンカー原料を以下のようにして電気炉で焼成することによってセメントクリンカーを得た。すなわち、１０００℃の電気炉にクリンカー原料を投入し、最高焼成温度まで１０℃／分で昇温した。最高焼成温度では３０分間保持した後、電気炉から取り出した試料を空冷した。なお、表２に記載の「焼成温度」はここでいう最高焼成温度を意味する。
【００６５】
得られたセメントクリンカーについて、ＪＩＳ  Ｒ５２０２：２０１５「セメントの化学分析方法」に準じて化学成分を測定し、クリンカーの諸率及び鉱物組成を以下の式により算出した。また、Ｃｕｋα線により測定したクリンカーの粉末エックス線回折パターンをリートベルト解析することで鉱物組成（参考値）及びｆ．ＣａＯ量を算出し、ｆ．ＣａＯ量から易焼成性を評価した。表３〜５にセメントクリンカーの化学成分、諸率及び鉱物組成を示す。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ＳＭ＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ＩＭ＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ３Ｓ＝４．０７×ＣａＯ−７．６０×ＳｉＯ２−６．７２×Ａｌ２Ｏ３−１．４３×
Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２Ｓ＝２．８７×ＳｉＯ２−０．７５４×Ｃ３Ｓ
Ｃ３Ａ＝２．６５×Ａｌ２Ｏ３−１．６９×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００６６】
【表２】
2018104213.tif 000004
【００６７】
【表３】
2018104213.tif 000005
【００６８】
【表４】
2018104213.tif 000006
【００６９】
【表５】
2018104213.tif 000007
【００７０】
本願発明で使用するセメントクリンカー（Ｋ３、Ｋ４、Ｋ７、Ｋ８、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４）は、同じ温度で焼成したセメントクリンカー（Ｋ２，Ｋ６）と比較してｆ．ＣａＯ量が低減される、もしくはより高い温度で焼成したクリンカー（Ｋ１）と同程度のｆ．ＣａＯ量となっており、易焼性が向上している。
【００７１】
さらに、本願発明で使用するセメントクリンカー（Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ７、Ｋ８、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４）は、クリンカー中のＭｏ含有量は３０ｍｇ／ｋｇ以下、全Ｃｒ含有量は１００ｍｇ／ｋｇ以下、Ｐｂ含有量は１００ｍｇ／ｋｇ以下となっており、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ６のセメントクリンカーと比較して低減されていた。  
【００７２】
本願発明で使用するセメントクリンカー（Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ７、Ｋ８、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４）は、水硬率（ＨＭ）を１．７５〜２．２０、ケイ酸率（ＳＭ）を１．３０以上２．５０未満、鉄率（ＩＭ）を２．０〜１０．０に設定することで、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ６のセメントクリンカーよりも多量の石炭灰を原料の一部として使用することが可能となっている。
【００７３】
［２．セメント組成物の製造］
セメントクリンカーに粉砕助剤と石膏及び／又は高炉スラグを加えて粉砕し、分散剤を加えて表６に示す配合のセメント組成物を得た。なお、実施例１では粉砕後に分散剤を添加し、実施例２〜４では粉砕前に分散剤を添加した。石膏として、ふっ酸無水石膏（セントラル硝子製、ＳＯ３量：５８．１質量％、ブレーン比表面積：３７００ｃｍ２／ｇ）を用いた。高炉スラグとして、高炉スラグ微粉末（千葉リバーメント株式会社製、ＳＯ３量：０．１質量％、硫化物硫黄含有量：０．８６１質量％、ブレーン比表面積：３４６０ｃｍ２／ｇ）を用いた。粉砕処理にはボールミルを使用し、有機系粉砕助剤としてジエチレングリコール（ＤＥＧ）及び／又は水を使用した。有機系粉砕助剤及び分散剤の添加量は、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量を基準（外割質量）とした。セメント組成物の粉末度はいずれもブレーン比表面積で４５００±５０ｃｍ２／ｇとした。また、参考例１、２、１３はＫ１とＫ２を質量比で２：１で混合したものを使用した。
【００７４】
使用した分散剤は以下の通りである。
分散剤Ａ：質量比でε-カプロラクタム２割、カプロラクタムオリゴマー０．２割、アミノカプロン酸ソーダ２割、水４．５割、水酸化ナトリウム０．５割、その他０．８割を含有する溶液／ラクタム製造時の副産物
分散剤Ｂ：コンクリート用混和剤SP8SV（ポリカルボン酸エーテル系高性能ＡＥ減水剤）
分散剤Ｃ：コンクリート用混和剤シーカメント1100NT（ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤）
分散剤Ｄ：：コンクリート用混和剤ポゾリスNo.70（リグニン系ＡＥ減水剤）
【００７５】
［３．セメント組成物を用いた固化処理土の作製］
対象土はローム（自然含水比：１３２．６％、湿潤密度：１．３６１ｇ／ｃｍ３、礫分：０．１％、砂分：１１．０％、細粒分：８８．９％）とし、ローム１ｍ３あたり固化材の配合量が３００ｋｇとなるようにロームと固化材を配合し、ホバートミキサーで３分間よく混合した後、円柱形の型枠に詰めて固化処理土供試体を作製した。
【００７６】
【表６】
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【００７７】
［４．セメント組成物のスラリー粘性測定］
セメント組成物６０質量部と水１００質量部とを混合してスラリーを作製し、その見かけ粘度を回転式粘度計（ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、ＨＡＡＫＥ  ＲｈｅｏＳｔｒｅｓｓ  １、測定温度２０℃又は３５℃、パラレルプレート（直径６０ｍｍ）あるいは二重円筒、せん断速度２００ｓ−１）にて測定した。なお比較例１〜５及び実施例１〜４では二重円筒を用い、参考例１〜１７ではパラレルプレートを使用した。
【００７８】
［５．固化処理土の強度試験］
固化処理土について、２０℃で７日間及び２８日間の養生後、針貫入試験機（丸東製作所製、ＳＨ−７０）にて針の貫入量が１０ｍｍとなるときの貫入力を測定し、貫入勾配を算出した。更に、貫入勾配から固化処理土の強度を算出した。
なお、固化処理土の強度算出には以下の式を用いた。
Ａ＝９４．２４８Ｘ１．２５６７
Ａ：固化強度（Ｎ／ｍｍ２）
Ｘ：針貫入勾配（Ｎ／ｍｍ）＝貫入力（Ｎ）／貫入量（ｍｍ）
【００７９】
［６．水蒸気吸着量の測定］
水蒸気吸着量は高精度全自動ガス吸着装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ１８）にてセメント組成物を４０℃（真空下）で１２時間脱気し、２５℃で水蒸気吸着試験を行った。相対圧０．９２６５における水蒸気吸着量と、相対圧０．１０００における吸着等温線と脱着等温線の水蒸気吸着量のヒステリシス（差異）を求めた。なお、セメント組成物に吸着した水蒸気量の体積から質量への換算には、以下の式を用いた。
【００８０】
Ｂ＝Ｃ／（２２．７×１０００）×１８×１００
Ｂ：セメント組成物１００ｇあたりの水蒸気吸着量（ｇ／１００ｇ）
Ｃ：セメント組成物１ｇあたりの水蒸気吸着量（ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｇ）
【００８１】
［７．熱重量測定］
「ＴＧの２０〜１１５℃の減量（質量％）」及び「ＴＧの２００〜３５０℃の減量（質量％）」は、１０℃／分で昇温した場合の２０〜１１５℃及び２００〜３５０℃の範囲での重量減少分（質量％）である。なお、測定方法は、示差熱熱重量分析測定装置としてＴＧ−ＤＴＡ５２００（セイコーインスツルメンツ(株)製）を用い、直径２０μｍの孔を有する容量３０μＬのセル（アルミ容器）に、試料約２０ｍｇ入れ、昇温速度１０℃／分で室温（２０℃）から５００℃まで昇温した。なお、リファレンスとしてアルミ板（２０ｍｇ）を用いた。
【００８２】
［８．水和発熱測定］
水和発熱量の測定方法は、コンダクションカロリーメーター（東京理工製、ＴＣＧ−２６）にてセメント組成物と水とを、水：セメント組成物＝６０：１００の質量比で混合して３５℃で接水から１時間後までの発熱量を測定した。
【００８３】
［９．試験結果］
表６にスラリー粘性測定結果と固化処理土の固化強度試験結果を示す。
【００８４】
実施例１〜４に係るセメント組成物は、Ｃ３Ａ量が１６質量％と比較例１〜４よりも多いにもかかわらず、１質量％未満という微量の分散剤で見掛け粘度が低減している。さらに、接水後の水和発熱量も低減されている。特に、分散剤を添加してから粉砕したセメント組成物（実施例２〜４）では、ごく微量の分散剤量であっても見掛け粘度が大幅に低減されている。本願発明によれば、上述の通りその原料として廃棄物を多量に使用可能であり、且つクリンカー焼成の温度を低くすることもでき、さらにスラリー流動性の向上や水和発熱量の低減されたセメント組成物が提供される。
【００８５】
参考例９〜１２、１４〜１７及び６，７に係るセメント組成物では、普通ポルトランドセメントクリンカーを使用した参考例１，２，８，１３と同等以上の固化強度が２８日材齢で得られている。更に、粉砕助剤と水を併用して粉砕した参考例１０、１２，１５，１７，４，５，７に係るセメント組成物は、粉砕助剤のみで粉砕した参考例９，１１，１４，１６，３，６に係るセメント組成物よりも見掛け粘度が小さくなることで流動性が向上し、更に７日材齢でも参考例１，２，８，１３を上回る固化強度が得られている。更に、参考例３〜７、９〜１２、１４〜１７のセメント組成物は、通常のクリンカーよりも多量の廃棄物を使用し低温で焼成されたセメントクリンカーを使用していることから、廃棄物利用の拡大とＣＯ２排出量の削減によって環境負荷を低減することができる。
【００８６】
表７に参考例１４（風化処理にＤＥＧ使用）と参考例１５（風化処理にＤＥＧと水を併用）のセメント組成物の水蒸気吸脱着測定の結果を示す。図１及び図２に参考例１４及び参考例１５において測定した吸着等温線をそれぞれに示す。図１及び図２に示すグラフの横軸は相対圧であり、縦軸は水蒸気の吸着量である。表７から読み取った相対圧０．９２６５及び０．１０００における水蒸気吸着量を表６に示す。なお、表６中の水蒸気吸着量は、相対圧０．９２６５の参考例１５を除き、表７に示すデータから二点の測定データの線形近似により内挿あるいは外挿することにより算出した。その際、相対圧０．１０００よりも相対圧が低いデータと相対圧０．１０００よりも相対圧の高いデータから、それぞれ相対圧０．１０００に最も近い各１点のデータを使用した線形近似により相対圧０．１０００における水蒸気吸着量を内挿した。一方、相対圧０．９２６５における水蒸気吸着量の算出には、相対圧０．９２６５に最も近い二点のデータを使用した線形近似により水蒸気吸着量を外挿した。
【００８７】
その結果、粉砕時にＤＥＧと水を併用した参考例１５のセメント組成物は、相対圧０．９２６５での水蒸気吸着量がセメント組成物１００ｇあたり４．９ｇ以下、相対圧０．１０００における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量のヒステリシスがセメント組成物１００ｇあたり１．９ｇ以下であった。一方、粉砕時に水を使用せず、ＤＥＧのみを使用した参考例１４のセメント組成物は、相対圧０．９２６５における水蒸気吸着量がセメント組成物１００ｇあたり４．９ｇ超、相対圧０．１０００における吸着等温線と脱着等温線との水蒸気吸着量のヒステリシスはセメント組成物１００ｇあたり１．９ｇ超であった。
【００８８】
セメント組成物の熱重量測定と水和発熱測定の結果を表６に示す。粉砕助剤と水を併用して粉砕した実施例１〜４及び参考例４、５、７に係るセメント組成物は、２０℃〜１１５℃の重量減少が０．２〜１．０％と、粉砕助剤のみで粉砕した参考例３、６に係るセメント組成物よりも大きくなり、２００℃〜３５０℃の重量減少は１．０％以下となった。接水から１５分間の発熱量についても、実施例１〜４及び参考例４、５、７は参考例３、６よりも小さい３．８Ｊ／ｇ以下となった。
【００８９】
【表７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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