(57)【要約】【課題】粉砕性の良いセメントクリンカー焼成物とその製造方法を提供する。【解決手段】クリンカー中のビーライトについて、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末にして粉末Ｘ線回折によって測定したビーライト結晶子径が５０nm以下であることを特徴とするクリンカー焼成物、または、クリンカー中のビーライトについて、顕微鏡観察によって測定したビーライトの平均粒子径が３５μm以下であり、粒子径６０μm以上のビーライト粒子の割合が１５wt％以下であることを特徴とするクリンカー焼成物とその製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリンカー中のビーライトについて、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末にして粉末Ｘ線回折によって測定したビーライト結晶子径が５０nm以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
【請求項２】
クリンカー中のビーライトについて、顕微鏡観察によって測定したビーライトの平均粒子径が３５μm以下であり、粒子径６０μm以上のビーライト粒子の割合が１５wt％以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
【請求項３】
ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末について測定したカルサイトの結晶子径(nc)が２００nm以下であって、石英の結晶子径(nq)が２５０nm以下であるクリンカー原料（石灰石および珪石）を用い、このクリンカー原料を粉砕して孔径４５μm篩残分（Ｒ45）が４０wt％以下になるように調整し、このクリンカー原料を以下の式で表される原料粒子パラメータMが１２０００以下となるように調合して焼成することを特徴とするセメントクリンカー焼成物の製造方法。
Ｍ＝Ｒ45×(ｎｃ＋ｎｑ)
（M：原料粒子パラメータ、R４５：孔径45μm篩残分、ｎｃ：カルサイトの結晶子径、ｎｑ：石英の結晶子径）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕性の良いセメントクリンカー焼成物とその製造方法に関する。より詳しくは、本発明はクリンカー中のビーライトの結晶子径等を制御することによってクリンカーの被粉砕性を高めると共にセメントの強度発現性に優れたセメントクリンカー焼成物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントクリンカーを粉砕してセメントを製造する。クリンカーが粉砕し難いと所定粒度まで粉砕するための仕上げミルの電力原単位が増加するだけではなく、製品中に粗い粒子が残存しやすくなり、セメントの強度発現性に悪影響を及ぼす。クリンカーの粉砕効果を高めるために有機系の粉砕助剤を添加することが知られているが、コスト高になり、しかも十分に粉砕するためには依然として仕上げミルの電力エネルギーが大きい。
【０００３】
クリンカーの鉱物組成を調整して粉砕性を高める試みがなされている。例えば、特開平７−１４４９４１号公報（特許文献１）には、カルシウムアルミネート（Ｃ3Ａ）とカルシウムアルミノフェライト（Ｃ4ＡＦ）からなる 間隙相量を減らしてクリンカーをポーラスにすることによってクリンカーの粉砕性を高めることが記載されている。
【０００４】
また、特開２００７−１４５６２４号公報（特許文献２）には、クリンカー焼成後の冷却工程においてγ型ビーライトを積極的に生成させることによってクリンカーの粉砕性を高めることが記載されている。クリンカー焼成後の冷却工程において、ビーライト（Ｃ2Ｓ：2CaO・SiO2）はα型、α´型、β型を経て安定なγ型に変化するが、γ型のビーライトはほとんど水硬性を示さないので、セメントには適さない。このため、一般的にはγ型ビーライトの生成を抑制するように管理される。ところが、特許文献２の製造方法では、γ型ビーライトは体積膨張による内部応力を有していることを利用し、γ型ビーライト量を増やし、その内部応力を利用してクリンカーの粉砕性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４４９４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１４５６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、アルミナと酸化鉄の比率（ＩＭ＝Al2O3/Fe2O）を高めて間隙相の生成量を低減するが、ＩＭ比を高めても間隙相量が多く粉砕性が低い例もあり、ＩＭ比によって間隙相量および粉砕性を十分に制御するのは難しい。また、特許文献２の技術ではγ型ビーライト量を増やしているが、γ型ビーライトは殆ど水硬性がないので、これが増えるとセメントの強度が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は、従来技術における上記問題を克服したものであり、クリンカーの被粉砕性を高めると共にセメントの強度発現性に優れたセメントクリンカー焼成物とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の構成からなるセメントクリンカー焼成物とその製造方法に関する。
〔１〕クリンカー中のビーライトについて、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末にして粉末Ｘ線回折によって測定したビーライト結晶子径が５０nm以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
〔２〕クリンカー中のビーライトについて、顕微鏡観察によって測定したビーライトの平均粒子径が３５μm以下であり、粒子径６０μm以上のビーライト粒子の割合が１５wt％以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
〔３〕ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末について測定したカルサイトの結晶子径(nc)が２００nm以下であって、石英の結晶子径(nq)が２５０nm以下であるクリンカー原料（石灰石、珪石、粘土、鉄原料、その他原料）を用い、このクリンカー原料を粉砕して孔径４５μm篩残分（Ｒ45）が４０wt％以下になるように調整し、このクリンカー原料を以下の式で表される原料粒子パラメータMが１２０００以下となるように調合して焼成することを特徴とするセメントクリンカー焼成物の製造方法。
Ｍ＝Ｒ45×(ｎｃ＋ｎｑ)
（M：原料粒子パラメータ、R４５：孔径45μm篩残分、ｎｃ：カルサイトの結晶子径、ｎｑ：石英の結晶子径）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クリンカー中のビーライトの結晶子径ないし粒子径を一定範囲にコントロールすることによって被粉砕性に優れたクリンカー焼成物を得ることができ、かつ強度発現性の高いセメントを得ることができる。ビーライトの結晶子径ないし粒子径のコントロールは、クリンカー原料である石灰石およびけい石の粉末度および鉱物の結晶子径をコントロールすることによって実現できる。
【００１０】
本発明は、全てのポルトランドセメントについて有効である。なかでもビーライト量の多いセメントクリンカー、例えば、低熱ポルトランドセメントクリンカーおよび中庸熱ポルトランドセメントクリンカーなどのように、ビーライト量の多い低熱ポルトランドセメントクリンカーに適用した場合には、より効果が大きい。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明のクリンカー焼成物は以下の〔イ〕または〔ロ〕の少なくとも何れかの特徴を有するクリンカー焼成物である。
〔イ〕クリンカー中のビーライトについて、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末にして粉末Ｘ線回折によって測定したビーライト結晶子径が５０nm以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
〔ロ〕クリンカー中のビーライトについて、顕微鏡観察によって測定したビーライトの平均粒子径が３５μm以下であり、粒径６０μm以上の粒子の割合が１５wt％以下であることを特徴とするクリンカー焼成物。
【００１２】
〔Ｃ2Ｓ結晶子径〕
本発明のクリンカー焼成物は、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末について、粉末Ｘ線回折によって測定したビーライト結晶子径が５０nm以下である。ビーライト結晶子径が５０nmより大きいとクリンカーの被粉砕性が向上しない。ビーライト結晶子径の下限は制限されない。実操業ではビーライト結晶子径は１５nm程度〜５０nmであればよい。
【００１３】
ビーライトなどの結晶子径は粉末Ｘ線回折のリートベルト解析などによって測定することができる。例えば、Hall法によれば、回折線の半価幅β、回折角θ、Ｘ線波長λ、結晶子径ε、結晶子の不均一歪ηについて、〔Βcosθ/λ＝１/ε＋２ηsinθ/λ〕の関係が得られる。ここで、（Βcosθ/λ）と（２ηsinθ/λ）とのプロットから（Βcosθ/λ）軸の切片（１/ε）と直線の勾配（２η）が求められ、これから結晶子径ε、結晶子の不均一歪ηを求めることができる。なお、本発明において、ビートライト、カルサイト、石英の結晶子径はおのおのブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末についての測定値である。
【００１４】
〔Ｃ2Ｓ平均粒子径〕
ビーライトの結晶子径は顕微鏡観察によって測定したビーライトの平均粒子径と比例した関係を有する。従って、本発明のクリンカー焼成物は、上記〔イ〕の他に上記〔ロ〕でもよい。
【００１５】
ビーライトの平均粒子径が３５μmより大きく、粒径６０μm以上の粒子の割合が１５wt％より多いとクリンカーの被粉砕性が向上しない。ビーライト平均粒子径の下限は制限されないが、実操業ではビーライト平均粒子径は１５μm程度〜３５μmであればよい。
【００１６】
ビーライトの平均粒子径は顕微鏡観察によって測定することができる。例えば、偏光顕微鏡観察によってクリンカー中のビーライト粒子の大きさを計測し、その平均値を求めればよい。
【００１７】
〔製造方法〕
クリンカー中のビーライトの結晶子径および粒子径は原料の石灰石および珪石の粉末度および結晶子径を調整することによって制御することができる。具体的には、以下の条件に適するクリンカー原料を用いて焼成する。
【００１８】
〔１〕ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gの粉末について測定したカルサイトの結晶子径(nc)が２００nm以下である石灰石、および石英の結晶子径(nq)が２５０nm以下である珪石を用いる。
〔２〕上記クリンカー原料（石灰石、珪石、粘土、鉄原料、その他原料）を粉砕して、孔径４５μm篩残分（Ｒ45）が４０wt％以下になるように調整する。
〔３〕このクリンカー原料を以下の式で表される原料粒子パラメータMが１２０００以下となるように調合して焼成する。
Ｍ＝Ｒ45×(ｎｃ＋ｎｑ)
（M：原料粒子パラメータ、R４５：孔径45μm篩残分、ｎｃ：カルサイトの結晶子径、ｎｑ：石英の結晶子径）
【００１９】
クリンカー原料の粉末度（Ｒ４５）が４０％より多いと、生成するビーライトについて、平均粒子径を３５μm以下にし、粒子径６０μm以上の割合を１５wt％以下にするのが難しい。
【００２０】
原料粒子パラメータＭは、生成するビーライトの結晶子径に関するパラメータであり、本発明者等はＭ＝Ｒ45×(ｎｃ+ｎｑ)において、Mが１２０００より大きいと結晶子径が５０nm以下のビーライトを得るのが難しいことを見出した。
【００２１】
石灰石のカルサイトの結晶粒子径(nc)が２００nmより大きく、石英の結晶粒子径(nq)が２５０nmより大きく、Ｒ４５が４０wt％より多いと、原料粒子パラメータＭが１２０００を大きく上回り、結晶子径が５０nm以下のビーライトを得るのが難しい。
【００２２】
なお、実操業では、カルサイトの結晶粒子径(nc)１２０nm〜１４０nmの石灰石を用い、石英の結晶粒子径(nq)１２０nm〜２００nm、好ましくは１２０ｎｍ〜１５０nmの珪石を用いればよい。これらの結晶粒子径は粉末Ｘ線回折のリートベルト解析などによって測定することができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例を比較例と共に以下に示す。
〔実施例１〜３、比較例１〜３〕
表１の化学組成、表２のモジュラスおよび鉱物組成になるように原料の石灰石、珪石、粘土、鉄滓を調合し、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gに粉砕した。この石灰石および珪石について粉末Ｘ線回折によってカルサイトと石英の結晶子径を測定した。この原料について、Ｒ４５が４５wt％以下のものを用い、１４５０℃で９０分間焼成してクリンカー焼成物を製造した。製造したクリンカーについて顕微鏡観察によってビーライトの粒子径を測定し、ブレーン比表面積を３０００〜４５００cm2/gに粉砕したクリンカー粉末について粉末Ｘ線回折によってビーライトの結晶子径を求めた。さらに、これらのクリンカーをテストミルに入れ、フレーン比表面積３３００cm2/gに粉砕した。このクリンカー粉末に約３wt％の石膏を加えて粉砕しセメントを調製した。このセメントを用い、ＪＩＳ規格（JISR 5201）に従って材齢３日強度および材齢２８日強度を測定した。
【００２４】
クリンカー原料のＲ４５、カルサイトと石英の結晶子径、原料粒子パラメータＭ、クリンカー中のビーライトの平均粒子径、結晶子径、フレーン比表面積３３００cm2/gに粉砕するまでのテストミルの回転数、セメントの強さを表３に示した。
【００２５】
【表１】
2011190140.tif 000002
【００２６】
【表２】
2011190140.tif 000003
【００２７】
【表３】
2011190140.tif 000004
【００２８】
表３に示すように、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/gに粉砕し、孔径４５μm篩残分(Ｒ45)が４５wt％以下の石灰石および珪石を用いたときに、カルサイトの結晶子径(nc)が１２０nmより大きい石灰石、結晶子径(nq)が１５０nmより大きい石英からなる珪石を用いた比較例Ｂ１〜Ｂ３は何れも原料粒子パラメータMが８０００を上回り、生成したビーライトの結晶子径が５０nmよりも大きく、ビーライト粒子の平均粒子径も３５μmを上回り、粒子径６０μm以上のビーライト粒子の割合が１５wt％より多い。このためクリンカーをブレーン値３３００cm2/gに粉砕するのに要した回転数は２０００回転を超え、粉砕性が低い。
【００２９】
一方、カルサイトの結晶子径(nc)が１２０nm以下の石灰石、結晶子径(nq)が１５０nm以下（好ましくは５０nm以下）の石英からなる珪石を用いた実施例Ａ１〜Ａ３は何れも原料粒子パラメータMが８０００未満（３３２８〜５９３４）であり、生成したビーライトの結晶子径が５０nmより小さく、ビーライト粒子の平均粒子径も３５μmより小さく、粒子径６０μm以上のビーライト粒子の割合が１５wt％以下である。このためクリンカーをブレーン値３３００cm2/gに粉砕するのに要した回転数は２０００回転より少なく、粉砕しやすい。さらに、実施例Ａ１〜Ａ３のセメントの強さ（材齢３日および２８日）は何れも比較例Ｂ１〜Ｂ３より大きく、強度発現性が良い。