(57)【要約】 【課題】水和熱を低下させ、流動性を向上させるとともに、強度発現性が良好なセメント添加材を提供する。【解決手段】(A)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(B)石灰石粉末とからなるセメント添加材。該セメント添加材は、さらに(C)石膏を含むことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
(A)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(B)石灰石粉末とからなることを特徴とするセメント添加材。
【請求項２】
(A)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(B)石灰石粉末と、(C)石膏とからなることを特徴とするセメント添加材。
【請求項３】
焼成物が、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物である請求項１又は２記載のセメント添加材。
【請求項４】
セメントと、請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント添加材からなるセメント組成物。
【請求項５】
石膏を、SO3換算で1.0〜4.0質量％含有する請求項４記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、セメント組成物の水和熱を低下させ、流動性を向上させるとともに、強度発現性が良好なセメント添加材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物等を原料として大量に使用した焼成物を粉砕してなるセメント混和材として、2CaO・SiO2(C2S)及び2CaO・Al2O3・SiO2(C2AS)を含有し、C2S100質量部に対して、C2AS+4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)を10〜100質量部含有し、3CaO・Al2O3(C3A)の含有量が20質量部以下である焼成物を粉砕したものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
このセメント混和材は、セメント組成物の水和熱を低下させ、かつ流動性を向上させることができるものであるが、セメントへの添加量が大きくなると初期の強度発現性が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、セメント組成物の水和熱を低下させ、流動性を向上させるとともに、初期から長期にかけての強度発現性が良好なセメント添加材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、前記焼成物の粉砕物と石灰石粉末を組み合わせることにより、初期の強度発現性が大幅に向上することを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、C2S及びC2ASを含有し、C2S100質量部に対して、C2AS+C4AFが10〜100質量部であり、C3Aの含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(B)石灰石粉末とからなることを特徴とするセメント添加材を提供するものである。
また、本発明は、セメントと、当該セメント添加材とからなるセメント組成物を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセメント添加材を用いれば、水和熱が低く、流動性が良好で、かつ強度発現性も良好なセメント組成物を得ることができる。
さらに本発明の添加材は、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として用いることができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明で用いる焼成物は、C2S及びC2ASを含有するもので、C2S100質量部に対して、C2AS+C4AFを10〜100質量部、好ましくは15〜90質量部含有するものである。C2AS+C4AF含有量が10重量部未満では、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量（未反応CaO量）が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するC2Sも水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、セメント組成物の強度を大きく低下させることがある。一方、C2AS+C4AF含有量が100質量部を超えると、高温における融液が増加するため、焼成可能温度が狭まり、またC2Sが少ないため、セメント組成物の初期及び長期強度がともに低下する。
なお、本発明においては、C2AS+C4AF質量の70質量％以下がC4AFであるのが好ましい。
C4AF量がこの範囲を超えると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。
【０００９】
焼成物は、C2S100質量部に対するC3Aの含有量が20質量部以下、好ましくは10質量部以下である。20質量部を超えると、セメント組成物の水和熱が上昇し、流動性も悪化する。
【００１０】
このような焼成物の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
また、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、更に廃土壌等が挙げられる。
【００１１】
焼成物の鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量（質量％）から、次式により求めることができる。
C4AF＝3.04×Fe2O3
C3A＝1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS＝−1.63×CaO＋3.04×SiO2＋2.69×Al2O3＋0.57×Fe2O3
C2S＝1.02×CaO＋0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
【００１２】
従って、例えば、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が、本発明の範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
【００１３】
これらを焼成する際の焼成温度は、1200〜1400℃、特に1250〜1370℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、その分C3A量がBogue式から導かれる量よりも少なくなり、本発明のような組成の焼成物を得ることができる。
なお、本発明においては、焼成物中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等から、1.5質量％以下、特に1質量％以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明のセメント添加材は、前記焼成物の粉砕物と石灰石粉末とからなるもの、又は前記焼成物の粉砕物と石灰石粉末と石膏とからなるものである。
焼成物の粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良い。焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
石灰石粉末のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から、3000〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、4000〜10000cm2/gであることがより好ましく、4500〜10000cm2/gであることが更に好ましい。
石膏のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から、2500〜10000cm2/gであることが好ましい。
【００１５】
本発明のセメント組成物は、前記焼成物の粉砕物と石灰石粉末とセメントを混合することにより得られる。
焼成物の粉砕物の混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、5〜100質量部が好ましい。焼成物の粉砕物の混合量が5質量部未満では、セメント組成物の水和熱を低くする効果や流動性を向上させる効果が低下する。一方、該粉砕物の混合量が100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。なお、焼成物の粉砕物の混合量は、セメントの種類によって変えることが好ましい。例えば、セメント組成物を普通ポルトランドセメントとして使用する場合は5〜50質量部、特に10〜40質量部混合するのが好ましく、低熱セメントとして使用する場合は50〜100質量部、特に60〜100質量部混合するのが好ましい。
石灰石粉末の混合量は、  ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、1〜30質量部が好ましく、1.5〜20質量部がより好ましく、2〜10質量部が特に好ましい。石灰石粉末の混合量が1質量部未満では、セメント組成物の初期の強度発現性を向上する効果が低下する。一方、石灰石粉末の混合量が30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。
【００１６】
また、本発明のセメント組成物には石膏を配合することができ、セメント組成物中に全SO3換算で1.0〜4.0質量％、特に1.5〜3.5質量％、更に1.8〜3.0質量％配合するのが、一般的な凝結性状が得られるので好ましい。石膏としては、特に制限されず、例えば二水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、これらを単独又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１７】
本発明のセメント組成物は、前記成分等を混合して製造することができるが、その方法は特に制限されず、例えば、ポルトランドセメントクリンカー、焼成物、石灰石、石膏の配合成分を、混合した後粉砕するか、あるいは各成分を粉砕した後に混合しても良い。また、焼成物と石灰石(さらには石膏)を粉砕して得られたセメント添加材を、セメントクリンカー粉砕物やポルトランドセメントと混合して製造することもできる。得られるセメント組成物は、ブレーン比表面積が2500〜4500cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
【実施例】
【００１８】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
【００１９】
実施例１
（１）焼成物の製造：
表１に示す化学組成の石灰石及び下水汚泥を原料として焼成物を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用いて焼成温度1350℃で行った。なお、焼成物の鉱物組成は、C2S:100質量部に対して、C2AS:51質量部、C4AF:37質量部、C3A:0質量部、フリーライム:0.6質量部であった。
【００２０】
【表１】
2008069054.tif 000002
【００２１】
（２）セメント添加材の材料
下記の材料を使用した。
(a)焼成物の粉砕物：上記焼成物を、ボールミルを用いてブレーン比表面積3200cm2/gに粉                   砕したもの。
(b)石灰石粉末：ブレーン比表面積5200cm2/gのもの。
(c)石膏：ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
【００２２】
（３）セメント組成物の製造
試製普通ポルトランドセメントクリンカー（C3S:100質量部、C2S:25質量部、C4AF:14質量部、C3A:16質量部）と上記各材料を表２に示す割合で混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm2/gとなるように同時粉砕して、セメント組成物を製造した。
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを評価した。
結果を表３に示す。
【００２３】
（評価方法）
（１）水和熱：
「ＪＩＳ Ｒ ５２０３」に従って測定した。
（２）モルタルフロー：
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、セメント組成物に対して0.8質量％のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を混合したものを、５分間混練したモルタルについて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７」に規定されているフローコーンを用い、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って、モルタルフローを測定した。
（３）モルタル圧縮強さ：
３日、７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１」に従って測定した。
【００２４】
【表２】
2008069054.tif 000003
【００２５】
【表３】
2008069054.tif 000004
【００２６】
表３より、本発明のセメント添加材を含むセメント組成物では、水和熱が低く、流動性及び強度発現性が良好であることが分かる。
一方、石灰石粉末を含まないセメント添加材では、添加量が大きくなると初期の強度発現性が低かった（No.８、９）。