(57)【要約】【課題】  高価で精密な大掛かりな装置を用いることなく、また熟練を必要とせず、誰でも極めて簡便にかつ迅速に、セメントクリンカー中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することができる方法を提供する。【解決手段】  セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法は、セメントクリンカの色調であるｂ値を測定し、該ｂ値に基づき、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定するものであり、例えば、該ｂ値はハンター色度のｂ値であって、Ｃ３Ａ量は、下記式（１）  Ｃ３Ａ（％）＝１．６０×ｂ値−６．４６・・・（１）Ｃ４ＡＦ量は、下記式（２）  Ｃ４ＡＦ（％）＝−１．８７×ｂ値＋２７．８９・・・（２）を用いてＣ３Ａ及びＣ４ＡＦ含量を決定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカの色調であるｂ値を測定し、該ｂ値に基づき、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を測定することを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法。
【請求項２】
請求項１記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法において、該ｂ値はハンター色度のｂ値であって、
Ｃ３Ａ量は、下記式（１）
Ｃ３Ａ（％）＝１．６０×ｂ値−６．４６・・・（１）
Ｃ４ＡＦ量は、下記式（２）
Ｃ４ＡＦ（％）＝−１．８７×ｂ値＋２７．８９・・・（２）
を用いてＣ３Ａ及びＣ４ＡＦ含量を測定することを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法において、セメントクリンカは普通ポルトランドセメントクリンカであることを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法に関し、特にセメントクリンカ中の色調であるｂ値を測定することによりセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントクリンカ中のＣ３Ａ，Ｃ４ＡＦ含量は、当該セメントクリンカ中に含まれるＡｌ２Ｏ３（質量％）やＦｅ２Ｏ３（質量％）の化学分析値から、以下のボーグ式を用いて算出していた。
なお、ボーグ式は、セメントクリンカ中の主要な４鉱物の含有量を求める計算式であり、セメントクリンカ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
上記式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」及び「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれ、セメントクリンカにおけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３のセメントクリンカ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「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。
【０００３】
しかし実際には、クリンカの焼成雰囲気や冷却条件等がそれぞれ異なるため、クリンカ中に生成しているＣ３Ａ及びＣ４ＡＦ量は異なっているものとなっている。
例えば、セメントクリンカが還元雰囲気で焼成された場合、セメント原料中のＦｅ、Ｍｎなどが高温焼成雰囲気の酸素濃度が変わることにより容易にイオンの価数が変わり、必要な鉱物の生成を妨げ、セメントの強度発現性を低下させたりする。
【０００４】
具体的には、Ｆｅが還元雰囲気に曝されることによりイオンの価数は３＋から２＋、０＋となり、Ｆｅ２Ｏ３→ＦｅＯ  →  Ｆｅ（メタル）と変わる。
これにより、酸化雰囲気下で焼成されたセメントクリンカ中に生成する４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３が４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３  →  ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＦｅＯ、Ｆｅのごとく反応し、生成したＦｅＯの一部は２ＣａＯ・ＳｉＯ２に固溶し、一部は間隙層にとどまる。
このため、クリンカ中に未結合のＣａＯが増加し、強度発現性が低下する。
【０００５】
このように、当該間隙相と称されるＣ３Ａ及びＣ４ＡＦは、コンクリートのフレッシュ状態等、セメントの物性に大きな影響を与える。
【０００６】
特に、１９９０年代より資源循環型社会の構築に対する機運が高まり、セメント産業においても産業廃棄物や副産物の使用量のさらなる増大が望まれており、一般に、セメントクリンカの原料として使用できる廃棄物はＡｌ２Ｏ３を含む成分に富むため、市販のポルトランドセメントと同じ製造条件でこれらの使用量を単純に増大すると、セメントクリンカ  中の３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）や４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）の量が増大することになる。
【０００７】
しかし、Ｃ３Ａは水和活性が非常に高いため、これらを多く含むセメントは、一般に、水等とともに練り混ぜてコンクリートを調製したときに、練り混ぜ直後のコンクリートの流動性が悪く、しかも流動性の経時変化が大きい。
【０００８】
Ｃ３Ａは短期の強度発現性が高く、また水和熱は大きく、これに対してＣ４ＡＦは短期の強度発現性が低く、水和熱は小さい。
従って、同じＡｌ２Ｏ３量のセメントでもＣ４ＡＦが多いと短期強度が低くなり、コンクリートの脱型時に所定の強度が無く、脱型できなくなる場合がある。
またＣ４ＡＦは黒褐色を呈するため、Ｃ４ＡＦが多いとセメントの色が黒くなる。また減水剤などの混和剤ではＣ３Ａ量やＣ４ＡＦ量により効果が変化するものが多くある。
従って、これらの鉱物量を把握することで流動性や混和剤との相性などセメントの物性を推測することが可能となる。
【０００９】
一方、セメントクリンカ中のＣ３ＡやＣ４ＡＦ量を、Ｘ線回折（検量線法、リートベルト法）や光学顕微鏡によるポイントカウントなどで測定する方法もある。
しかし、これらの従来の方法ではＸ線装置や光学顕微鏡等の高価で精密な機器を用いる方法であるため、熟練を要する上に個人差が大きく、また装置や時間的制約が大きくなる等の問題があった。
【００１０】
特開２００５−２１４８９１号公報には、セメントまたはクリンカの粉末Ｘ線回折結果を、プロファイルフィッティング法により解析し、これから得られるクリンカ鉱物の結晶情報を基に、セメントの品質の変化を予測することを特徴とするセメントの品質予測方法が開示されており、該プロファイルフィッティング法が、リートベルト解析法またはＷＰＦ解析法であり、結晶情報が、クリンカ鉱物の量、結晶多形、格子定数および格子体積から選ばれる１種以上であるセメントの品質予測方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２１４８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、高価で精密な大掛かりな装置を用いることなく、また熟練を必要とせず、誰でも極めて簡便にかつ迅速に、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量とセメントクリンカの色調であるｂ値の実測値との関係から得られる一定の関係式を用い、製造されたセメントクリンカの色調であるｂ値を測定することで該セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することができることを見出し、上記目的が達成できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の請求項１記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法は、セメントクリンカの色調であるｂ値を測定し、該ｂ値に基づき、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法である。
【００１４】
本発明の請求項２記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法は、請求項１記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法において、該ｂ値はハンター色度のｂ値であって、
Ｃ３Ａ量は、下記式（１）
Ｃ３Ａ（％）＝１．６０×ｂ値−６．４６・・・（１）
Ｃ４ＡＦ量は、下記式（２）
Ｃ４ＡＦ（％）＝−１．８７×ｂ値＋２７．８９・・・（２）
を用いてＣ３Ａ及びＣ４ＡＦ含量を決定することを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの決定方法である。
【００１５】
本発明の請求項３記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法は、請求項１または２記載のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法において、セメントクリンカは普通ポルトランドセメントクリンカであることを特徴とする、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法を用いることにより、高価で精密で大掛かりなＸ線回析装置や光学顕微鏡等を用いる必要がなく、色彩色度計を用いることで、誰でも極めて簡便にかつ迅速に、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することが可能となる。
従って、セメントの品質管理を容易な方法で管理することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を以下の好適例を用いて説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメントクリンカの色調であるｂ値を測定し、該ｂ値に基づき、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定する、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法である。
なおここで、例えば、Ｘ線回析装置（スペクトリス株式会社  Ｘ‘ＰｅｒｔＭＲＤ／ＰＷ３０５０）を用いて回折測定を実施し、リートベルト解析ソフト（スペクトリス株式会社；ＨｉｇｈＳｃｏｒｅＰｌｕｓ）を用いてＣ３Ａ含量ならびにＣ４ＡＦ含量を測定する方法を、「Ｘ線回析リートベルト法」により測定したＣ３Ａ含量ならびにＣ４ＡＦ含量という。
【００１８】
ここで色調のｂ値は、色彩色度計を用いてその数値を測定することができるもので、ハンター色度、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色度等で示されるいずれの色度ｂ値も用いることができる。
【００１９】
以下、好適例として、ハンターＬａｂ表色の色度のｂ値を用いて、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を測定する方法を説明する。
すなわち、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定するにあたり、セメントクリンカ中の色調であるハンターＬａｂ表色のｂ値を色彩色度計を用いて測定し、該セメントクリンカ中のＣ３Ａ量を、下記式（１）
Ｃ３Ａ（％）＝１．６０×ｂ値−６．４６・・・（１）
Ｃ４ＡＦ量を、下記式（２）
Ｃ４ＡＦ（％）＝−１．８７×ｂ値＋２７．８９・・・（２）
を用いて測定する方法である。
【００２０】
上記式（１）及び（２）の関係式を導く方法を説明する。
セメントクリンカとして、多様な組成を有する普通ポルトランドセメントクリンカを用い、ブレーン比表面積３０００〜５０００ｃｍ２／ｇに遊星ミル（株式会社レッチェ製：ＰＭ４００）を用いて粉砕した。
ここで、ブレーン比表面積はＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に従って測定したものである。
次いで、粉砕した該セメントクリンカの色調を色彩色差計（コニカミノルタホールディングズ株式会社製：ＣＲ−４００）を用いてハンター色度（ｂ値）を測定した。
その結果を表１に示す。
【００２１】
一方、Ｘ線回析装置（スペクトリス株式会社  Ｘ‘ＰｅｒｔＭＲＤ／ＰＷ３０５０）を用いて回折測定を実施し、リートベルト解析ソフト（スペクトリス株式会社；ＨｉｇｈＳｃｏｒｅＰｌｕｓ）を用いてＣ３Ａ含量ならびにＣ４ＡＦ含量を測定した（「Ｘ線回析リートベルト法」と称す）。
その結果も表１に示す。
【００２２】
また比較のために、各セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を、セメントクリンカ中のＡｌ２Ｏ３（質量％）、Ｆｅ２Ｏ３（質量％）含量の化学分析値から以下のボーグ式を用いて算出した値も表１に示す。
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
上記式中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」及び「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれ、セメントクリンカにおけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３のセメントクリンカ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「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。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記各セメントクリンカのハンター色度のｂ値とＸ線回析リートベルト法により求めたＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量との関係を、それぞれ図１及び図２にまとめて示した。
また、上記各セメントクリンカのハンター色度のｂ値とボーグ式により求めたＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量との関係を、それぞれ図３及び図４にまとめて示した。
【００２５】
上記各セメントクリンカのハンター色度のｂ値と、ボーグ式から求めたセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量との関係を最小二乗法により求めた式は、それぞれ
Ｃ３Ａ（％）＝０．４４×ｂ値＋６．６３
Ｃ４ＡＦ（％）＝−０．３０×ｂ値＋１０．９６
であるが、図３及び図４より色度ｂ値とボーグ式により求められたセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量とは良好な相関関係がないことがわかる。
【００２６】
一方、上記各セメントクリンカのハンター色度のｂ値と、Ｘ線回析リートベルト法により求めたセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量との関係を最小二乗法により求めた式で表すと、以下の関係式が導かれ、図１及び図２より、色度ｂ値とＸ線回析リードベルト法により求められたセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量とは良好な相関関係があることがわかる。
【００２７】
セメントクリンカ中のＣ３Ａ量は、下記式（１）
Ｃ３Ａ（質量％）＝１．６０×ｂ値−６．４６・・・（１）
また、セメントクリンカ中のＣ４ＡＦ量は、下記式（２）
Ｃ４ＡＦ（質量％）＝−１．８７×ｂ値＋２７．８９・・・（２）
の関係が導かれた。
【００２８】
次いで、上記式（１）及び（２）を用いて、Ｃ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量が未知なセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定する手順を説明する。
まず、セメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量が未知のセメントクリンカの色度であるｂ値を色彩色度計を用いて測定して数値化する。
例えば、色彩色度計を用いてハンターＬａｂ表色の色度ｂ値を測定する場合には、上記したように予めハンター色度であるｂ値とＸ線回析リートベルト法により測定したＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量より導かれた上記（１）式及び（２）式を用いる。
【００２９】
当該セメントクリンカ中のＣ３Ａ含量を決定したい場合には、上記式（１）に数値化したｂ値を代入し、また当該セメントクリンカ中のＣ４ＡＦ含量を決定したい場合には、上記式（２）に数値化したｂ値を代入することで、当該Ｃ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量が未知のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することができる。
【００３０】
また、色彩色度計を用いてＬ＊ａ＊ｂ＊表色の色度ｂ値を測定する場合には、予めＬ＊ａ＊ｂ＊色度であるｂ値とＸ線回析リートベルト法により測定したＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量より最小二乗法により導かれた一定の関係式を用いて、当該関係式に数値化したｂ値を代入することで、当該Ｃ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量が未知のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量の決定方法は、簡便な方法でセメントクリンカ中のＣ３ＡおよびＣ４ＡＦ含量を決定することができるので、色度ｂ値を測定することで、得られるセメント組成物の短期強度の発現状況、初期発熱量、流動性の良否、混和剤との相性などを予測したり調整することが可能となり、セメントやコンクリートの品質管理に適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ハンター色度であるｂ値とＸ線リートベルト法によって測定されたＣ３Ａ量との関係を示す図である。
【図２】ハンター色度であるｂ値とＸ線リートベルト法によって測定されたＣ４ＡＦ含量との関係を示す図である。
【図３】ハンター色度であるｂ値とボーグ式によって求めたＣ３Ａ含量との関係を示す図である。
【図４】ハンター色度であるｂ値とボーグ式によって求めたＣ４ＡＦ含量との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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