(57)【要約】【課題】塩基度がＪＩＳ規格外の高炉スラグを使用した場合であっても、強度発現性に優れるセメント組成物を提供すること。【解決手段】セメントクリンカー及び石膏からなるセメント組成物と、高炉スラグとを含む低品位高炉スラグ混合セメント組成物であって、前記高炉スラグの塩基度が１．４以上１．６未満であり、且つ、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下である低品位高炉スラグ混合セメント組成物である。また、セメントクリンカーと、石膏と、塩基度が１．４以上１．６未満の高炉スラグとを、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下になるように混合し、低品位高炉スラグ混合セメント組成物を調製する工程を含む、低品位高炉スラグ混合セメント組成物の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカー及び石膏からなるセメント組成物と、高炉スラグとを含む低品位高炉スラグ混合セメント組成物であって、
前記高炉スラグの塩基度が１．４以上１．６未満であり、且つ、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下であることを特徴とする低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項２】
前記セメント組成物のＣ３Ａ含有量が９．０〜１３．５質量％、ＨＭが２．００〜２．２０、ＳＭが２．００〜２．５５及びＩＭが１．７５〜２．４０である、請求項１記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項３】
前記セメント組成物のＣ３Ｓ含有量が４５〜５５質量％、Ｃ２Ｓ含有量が２０〜２８質量％及びＣ４ＡＦ含有量が８〜１４質量％である、請求項１又は２記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項４】
前記セメント組成物のＭｇＯ含有量が０．８０〜１．１０質量％、ＳＯ３含有量が１．８０〜２．３０質量％、Ｎａ２Ｏ含有量が０．１０〜０．３０質量％、Ｋ２Ｏ含有量が０．２０〜０．４０質量％及びｆ.ＣａＯ含有量が０．４０〜０．７０質量％である、請求項１〜３の何れか１項記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項５】
ブレーン比表面積が３０００〜４０００ｃｍ２／ｇである、請求項１〜４の何れか１項記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項６】
前記高炉スラグのブレーン比表面積が２６００〜４６００ｃｍ２／ｇである、請求項１〜５の何れか１項記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物。
【請求項７】
セメントクリンカーと、石膏と、塩基度が１．４以上１．６未満の高炉スラグとを、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下になるように混合し、請求項１〜６の何れか１項記載の低品位高炉スラグ混合セメント組成物を調製する工程を含むことを特徴とする低品位高炉スラグ混合セメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩基度がＪＩＳ規格外の高炉スラグを使用した場合であっても強度発現性に優れる低品位高炉スラグ混合セメント組成物及びその製造方法に関する。
【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、循環型社会への貢献ならびに二酸化炭素（ＣＯ２）排出量の低減を実現することが可能となる。
【０００３】
代表的な副産物としては高炉スラグがあり、セメント組成物の混合材として広く使用されている。その活性度を判断する指標の一つとして、（ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２から計算される塩基度が用いられており、一般的に塩基度は高い方が良いとされ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１：２００９「高炉セメント」ではセメントに用いる高炉スラグの塩基度を１．６以上と定めている。例えば、特許文献１には、特定のセメント種とブレーン比表面積の高い高炉スラグ粉末を用いることで、普通セメント並の強度が得られるセメント組成物が開示されている。
【０００４】
一方、さらなる循環型社会への貢献ならびに二酸化炭素排出量削減の観点で見ると、現行のＪＩＳ規格よりも低い塩基度の高炉スラグを有効利用することも必要である。このような低塩基度の高炉スラグ粉末を用いた例としては、特許文献２に、低発熱セメントの製造を目的に、塩基度が１．８５〜２．００である高炉水砕スラグと塩基度が１．２５〜１．４５程度である高炉スラグを出発原料としたロックウール若しくはロックウール廃棄滓を併用し、塩基度が１．４〜１．８になるように調整した混合紛体を用いた低発熱スラグセメントの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５４９０９号
【特許文献２】特開平１０−８７３５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、普通ポルトランドセメントや高炉セメントのような汎用的な用途に用いるためには、優れた強度発現性を有することが求められる。
【０００７】
そこで本発明では、塩基度がＪＩＳ規格外の高炉スラグを使用した場合であっても、強度発現性に優れる低品位高炉スラグ混合セメント組成物及びその製造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、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、特定の高炉スラグ添加量とすることで、高炉スラグの塩基度がＪＩＳ規格より低い場合であっても、優れた強度発現性が得られ、また断熱温度上昇も遜色ないセメント組成物が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、セメントクリンカー及び石膏からなるセメント組成物と、高炉スラグとを含む低品位高炉スラグ混合セメント組成物であって、前記高炉スラグの塩基度が１．４以上１．６未満であり、且つ、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下である低品位高炉スラグ混合セメント組成物に関する。高炉スラグの塩基度と含有量をこれらの範囲とすることで、塩基度がＪＩＳ規格より低い場合であっても、優れた強度発現性が得られ、また、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１０】
また、本発明は、前記セメント組成物のＣ３Ａ含有量が９．０〜１３．５質量％であり、前記セメント組成物のＨＭが２．００〜２．２０、ＳＭが２．００〜２．５５、ＩＭが１．７５〜２．４０である低品位高炉スラグセメント組成物に関する。鉱物組成、諸率をこれらの範囲とすることで、より一層、優れた強度発現性が得られ、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１１】
前記セメント組成物のＣ３Ｓ含有量が４５〜５５質量％、Ｃ２Ｓ含有量が２０〜２８質量％及びＣ４ＡＦ含有量が８〜１４質量％である低品位高炉スラグ混合セメント組成物に関する。これらの範囲とすることで、より一層、流動性や強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１２】
セメント組成物のＭｇＯ含有量が０．８０〜１．１０質量％、ＳＯ３含有量が１．８０〜２．３０質量％、Ｎａ２Ｏ含有量が０．１０〜０．３０質量％、Ｋ２Ｏ含有量が０．２０〜０．４０質量％及びｆ.ＣａＯ含有量が０．４０〜０．７０質量％である低品位高炉スラグ混合セメント組成物に関する。これらの範囲とすることで、より一層、流動性や強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１３】
また、本発明は、ブレーン比表面積が３０００〜４０００ｃｍ２／ｇである低品位高炉スラグ混合セメント組成物に関する。セメント組成物のブレーン比表面積をこれらの範囲とすることで、より一層、優れた強度発現性が得られ、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１４】
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である低品位高炉スラグセメント組成物に関する。高炉スラグのブレーン比表面積をこれらの範囲とすることで、より一層、優れた強度発現性が得られ、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００１５】
また、本発明は、セメントクリンカーと、石膏と、塩基度が１．４以上１．６未満の高炉スラグとを、前記高炉スラグの含有量が１質量％を超え１５質量％以下になるように混合し、前記低品位高炉スラグ混合セメント組成物を調製する工程を含む低品位高炉スラグ混合セメント組成物の製造方法に関する。高炉スラグの塩基度と含有量をこれらの範囲とすることで、塩基度がＪＩＳ規格より低い場合であっても、優れた強度発現性が得られ、断熱温度上昇も抑制されたセメント組成物を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、塩基度がＪＩＳ規格外の高炉スラグを使用した場合であっても、強度発現性に優れ、断熱温度上昇も抑制出来るセメン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】
【００１７】
以下に本発明を詳しく説明する。
【００１８】
本発明の低品位高炉スラグ混合セメント組成物は、セメントクリンカー及び石膏からなるセメント組成物と、高炉スラグとを含む。
【００１９】
高炉スラグの塩基度は１．４以上１．６未満であり、好ましくは１．４５以上１．５６未満、更に好ましくは１．５０以上１．５３未満である。これらの範囲であれば、強度発現性が良好である。
【００２０】
高炉スラグのブレーン比表面積は２６００〜４６００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３２００〜４４００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３８００〜４２００ｃｍ２／ｇである。これらの範囲であれば、強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２１】
低品位高炉スラグ混合セメント組成物は、高炉スラグを１質量％を超え１５質量％以下、好ましくは５質量％を超え１３質量％以下、更に好ましくは９質量％を超え１１質量％以下含む。これらの範囲であれば、強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２２】
低品位高炉スラグ混合セメント組成物は、セメントクリンカーを８２〜９３質量％、好ましくは８６．０〜９２質量％、更に好ましくは８９〜９１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、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２３】
セメントクリンカー及び石膏からなるセメント組成物の鉱物組成は、ボーグ式基準で、Ｃ３Ａ量が９．０〜１３．５質量％、好ましくは９．５〜１３．２５質量％、更に好ましくは１１．０〜１３．０質量％である。Ｃ３Ａ量が１３．５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。
また、Ｃ３Ｓ含有量が４５〜５５質量％、好ましくは４７〜５３質量％、更に好ましくは４９〜５１質量％である。また、Ｃ２Ｓ含有量が２０〜２８質量％、好ましくは２１〜２６質量％、更に好ましくは２２〜２５質量％である。また、Ｃ４ＡＦ含有量が８〜１４質量％、好ましくは９〜１３質量％、更に好ましくは９．５〜１２．８質量％である。これらの範囲であれば、流動性や強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２４】
セメント組成物のＨＭは２．００〜２．２０、好ましくは２．０４〜２．１５、更に好ましくは２．０６〜２．１２であり、ＳＭは２．００〜２．５５、好ましくは２．１０〜２．５２、更に好ましくは２．１２〜２．５０であり、ＩＭは１．７５〜２．４０、好ましくは１．７８〜２．３、更に好ましくは１．８０〜２．２５である。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。
【００２５】
低品位高炉スラグ混合セメント組成物のブレーン比表面積は３０００〜４０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３２００〜３６００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３３００〜３４００ｃｍ２／ｇである。これらの範囲であれば、強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２６】
セメント組成物の全アルカリ含有量（Ｒ２Ｏ）は０．２５〜０．８０質量％、好ましくは０．３０〜０．６０質量％、更に好ましくは０．３３〜０．５質量％である。全アルカリ量０．８０質量％を超えると、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。
ＭｇＯ含有量は０．８０〜１．１０質量％、好ましくは０．９０〜１．０５質量％、更に好ましくは０．９２〜０．９８質量％である。ＳＯ３含有量は１．８０〜２．３０質量％、好ましくは１．９０〜２．２０質量％、更に好ましくは１．９５〜２．１５質量％である。Ｎａ２Ｏ含有量は０．１０〜０．３０質量％、好ましくは０．１５〜０．２５質量％、更に好ましくは０．１８〜０．２３質量％である。Ｋ２Ｏ含有量は０．２０〜０．４０質量％、好ましくは０．２１〜０．３８質量％、更に好ましくは０．２２〜０．３５質量％である。ｆ.ＣａＯ含有量は０．４０〜０．７０質量％、好ましくは０．５０〜０．６５質量％、更に好ましくは０．５５〜０．６３質量％である。これらの範囲であれば、強度発現性が良好で、断熱温度上昇も抑制出来る。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
低品位高炉スラグ混合セメント組成物を製造する方法としては、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と石膏とを粉砕しセメント組成物を製造した後、粉砕した高炉スラグと混合する方法や、セメントクリンカーと石膏とを粉砕しセメント組成物を製造した後、未粉砕の高炉スラグと混合し粉砕する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００３１】
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。
【００３２】
[１．高炉スラグ]
表１に示す、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１：２００９「高炉セメント」の規格品および塩基度が規格外品の合計２種類の高炉スラグを用いた。高炉スラグの化学組成はＪＩＳ Ｒ ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」により測定した。なお、ブレーン比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「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。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。
【００３３】
【表１】
2015027926.tif 000002
【００３４】
[２．高炉スラグ混合セメント組成物の調製]
表２および表３に使用したセメントのキャラクターを示す。これらのセメントに、高炉スラグを内割りで１０質量％または４０質量％添加し、表４に示す合計７水準の高炉スラグ混合セメント組成物を調製した。セメント中の少量成分は、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。セメントの鉱物組成は下記ボーグ式により算出した。なお、ＣはＣａＯ、ＳはＳｉＯ２、ＡはＡｌ２Ｏ３、ＦはＦｅ２Ｏ３を表す。
【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２】
2015027926.tif 000003
【００３７】
【表３】
2015027926.tif 000004
【００３８】
【表４】
2015027926.tif 000005
【００３９】
[３．モルタル供試体の調製及び圧縮強さの評価]
ＪＩＳ Ｒ ５２０１:１９９８「セメントの物理試験方法」に準拠して、モルタル供試体の調製及び圧縮強さの測定を行った。表５に圧縮強さの測定結果を示す。
【００４０】
【表５】
2015027926.tif 000006
【００４１】
表５より、塩基度がＪＩＳ規格外の高炉スラグを４０％添加したセメント組成物（比較例１、２）のモルタル圧縮強さは、ＪＩＳ規格品の高炉スラグを用いた基準セメント組成物（参考例１）よりも低下した。一方、ＪＩＳ規格外品でも添加率を１０質量％とした本発明品（実施例１、２）は、ＪＩＳ規格品（参考例２、３）と同等の圧縮強さを発現した。
【００４２】
[４．断熱温度上昇量の測定]
特開２００８−２４１５２０号公報に示す少量モルタル用断熱熱量計を用いて、表６のコンクリート配合を基に、既報の文献（丸屋英二ほか：少量サンプル用断熱熱量計によるセメントの品質管理手法の開発、セメント・コンクリート論文集、No.61、pp.86-92(2007)）の方法によって、モルタルの断熱温度上昇量を測定した。
【００４３】
【表６】
2015027926.tif 000007
【００４４】
なお、断熱温度上昇量は、測定結果をコンクリート工学協会で提案されている断熱温度上昇回帰式である式（１）に当てはめ評価した。
Q（t）=Q∞（1-exp（-γ（t-t0）））・・・・式（１）
Q(t)：断熱温度上昇量（℃），Q∞：終局の断熱温度上昇量（℃），t：材齢（d），t0：発熱開始材齢（d），γ：温度上昇速度に関する定数
【００４５】
表７に断熱温度上昇量の結果を示す。
【００４６】
【表７】
2015027926.tif 000008
【００４７】
表７の結果から、低塩基度の高炉スラグを使用したセメント組成物（実施例２）の断熱温度上昇量は、ＪＩＳ規格品の高炉スラグを使用したセメント組成物（参考例３）の場合と同等であることがわかった。
【００４８】
上述したように、本発明によれば、塩基度がＪＩＳ規格外の低塩基度の高炉スラグを使用した場合であっても、強度発現性や断熱温度上昇特性に問題がないセメント組成物を得ることができる。