(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％以上、Ｃ３Ｓ量が６０％以上７０％以下、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカー１００質量部、石膏０．５〜１０質量部及びＬが８０以上の無機粉末２６〜１００質量部からなり、Ｌが５０〜５５の範囲にある水硬性粉末組成物。
【請求項２】
ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％以上、Ｃ３Ｓ量が６０％以上７０％以下、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカー１００質量部に対し、石膏０．５〜１０質量部と、Ｌが８０以上の無機粉末を、添加後の粉末組成物のＬが５０〜５５の範囲となるように２６〜１００質量部の範囲で加える明度の調整された水硬性粉末組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセメントクリンカー、石膏および無機粉末を含む水硬性粉末組成物に係る。詳しくは、無機粉末を含むことにより色調を調整した水硬性粉末組成物に係る。
【背景技術】
【０００２】
セメント産業は、大量生産・大量消費型産業であり、省資源・省エネルギーは最重要課題となっている。例えば、最も大量に製造されているポルドランドセメントは所定の化学組成に調整された原料を１４５０℃〜１５５０℃もの高温で焼成してクリンカーとする必要があり、焼成工程が最もエネルギー消費の大きい工程である。すなわち、クリンカーの焼成温度を低減することができればエネルギー削減につながる。クリンカーの焼成温度低減にはクリンカーの主要鉱物であるＣ４ＡＦ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）を増加させる技術が開発されている。（特許文献１）
一方で、近年の地球環境問題と関連して、廃棄物・副産物等の有効利用は重要な課題となっている。セメント産業、セメント製造設備の特徴を生かし、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行なうことは、安全かつ大量処分が可能という観点から有効とされている。廃棄物、副産物はＡｌ２Ｏ３含有量が高いものが多く、上記したＣ４ＡＦを増やす系においては、該セメントクリンカーのＡｌ２Ｏ３含有量が従来のポルトランドセメントクリンカーよりも増加することから、廃棄物・副産物を従来のポルトランドセメントクリンカーよりも多く使用することが可能となる。この点においても特許文献１記載のクリンカーは優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６６５６３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献記載のセメントクリンカーは低温で焼成可能とするため、Ｃ４ＡＦを増加させており、セメントクリンカー中のＦｅ２Ｏ３含有量が増加する。Ｆｅ２Ｏ３が増加することにより、該セメントクリンカーから製造されたセメントは従来のポルトランドセメントと比較すると色調が変化し、特にＬ値が低下傾向となる。従来のポルトランドセメントから色調が変化すると、補修材料等で使用した際に当該箇所だけ色調が変わることが予想され、美観の観点から使用が制限される可能性がある。Ｆｅ２Ｏ３量を減少することなく、セメントクリンカー自体の色調を従来と同程度にしようとすることは困難である。Ｆｅ２Ｏ３を減少させると低温での焼成が難しくなり、該クリンカーの大きな特徴である省エネルギー効果が十分には得られなくなる。
【０００５】
そこで本発明では、従来のポルトランドセメントクリンカーに比べ、製造する際の焼成温度を低減することが可能であり、しかも廃棄物使用量を増やすことが可能であるセメントクリンカーを使用しても従来のポルトランドセメントと同等な色調となる水硬性組成物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】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意検討を進め、Ｆｅ２Ｏ３含有量の増加したクリンカーに無機粉末を所定量混合することで従来セメントと同程度の色調となる事を見出し、本発明の完成に至った。
【０００７】
即ち、本発明はボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％以上、Ｃ３Ｓ量が６０％以上７０％以下、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカー１００質量部、石膏０．５〜１０質量部及びＬが８０以上の無機粉末２６〜１００質量部からなり、Ｌが５０〜５５の範囲にある水硬性粉末組成物である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来のポルトランドセメントクリンカーよりも低温での焼成が可能であり、廃棄物・副産物の使用量を増加させることができるクリンカーを使用しても色調のポルトランドセメントと同等な水硬性組成物が得られる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明におけるＣ３Ａ、Ｃ４ＡＦおよびＣ３Ｓ量は、ボーグ（Ｂｏｇｕｅ）式によって求められるものである。
【００１０】
ボーグ式は、係数・諸比率とならんで利用され、主要化学分析値を用いておよその主要化合物組成を算出する計算式であり、当業者には周知の式であるが、念のため、以下にボーグ式によるクリンカー中の各鉱物量の求め方を記しておく。
【００１１】
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
【００１２】
また鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）ケイ率（Ｓ．Ｍ．）、活動係数（Ａ．Ｉ．）および石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）とならんで、主要化学成分値を用いて求められ、クリンカー製造管理のための特性値として、回数・諸比率の一つとして利用されており、当業者には周知の係数であるが、念のため、以下に当該鉄率の計算方法を他の係数値と併せて記しておく。
【００１３】
水硬率（Ｈ．Ｍ．）  ＝  ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）  ＝  ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
鉄率（Ｉ．Ｍ．）  ＝  Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
活動係数（Ａ．Ｉ．）  ＝  ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３
石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）  ＝  ＣａＯ／（２．８×ＳｉＯ２＋１．２×Ａｌ２Ｏ３＋０．６５×Ｆｅ２Ｏ３）
【００１４】
なお、上記中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」および「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析法」やＪＩＳ  Ｒ  ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析法」などに準拠した方法により測定できる。
【００１５】
上述の通り、本発明のセメントクリンカーにおいては、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦの量はその合計が２２％以上でなくてはならない。これらの量が２２％を下回ると強度発現性などの物性の良好なセメントクリンカーを１３００〜１４００℃ の温度で焼成して得ることが困難になる。より好ましい合計量は２４％以上である。なお、後述するように高い強度発現性を得るためにはＣ３Ｓが６０％以上必要である。よって、Ｃ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量は４０％が上限となる。好ましくは３５％以下、より好ましくは３２％以下、特に好ましくは２８％以下である。またこの両成分のうち、Ｃ４ＡＦは、低温でも十分に焼結させることができ、かつクリンカー中のｆ−ＣａＯ量を少なくできる点で、単独で１５％以上存在することが好ましい。
【００１６】
Ｃ３Ｓ量は本発明のセメントクリンカーを用いたセメント組成物（ 以下、単に「セメント」） の強度発現性に対して極めて重要である。この量が６０％を下回るとＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量および後述する鉄率を所定の範囲にしても良好な強度発現性を得られない。Ｃ３Ｓ量は６２％以上であることが好ましく、６３％ 以上であることが特に好ましい。なお上述したＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量は少なくとも２２％であるから、Ｃ３Ｓ量の上限は７８％となる。凝結の開始から終結までの時間をある程度確保するために、７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
【００１７】
本発明のセメントクリンカーにはさらにＣ２Ｓが含まれていてもよい。その量は１８％以下であり、３％以上であることが好ましい。長期強度を得るという観点から、特に好ましくはＣ３Ｓ量との合計量が６９％以上となる量である。
【００１８】
本発明のセメントクリンカー鉄率（Ｉ．Ｍ）は１．３ 以下である。鉄率が１．３を超えると、本発明のセメントクリンカーにおける他の要件を満足していても十分な強度発現性（より具体的には、例えばモルタル強さ発現）を得ることができない。さらに鉄率が１．３を超える場合、凝結開始から終結までの時間が長くなりすぎる傾向にあり、この点からも鉄率は１．３以下とする。より好ましい鉄率の範囲は１．０〜１．３であり、特に好ましくは１．１４〜１．２７である。
【００１９】
水硬率及びケイ酸率は特に限定されるものではないが、各種物性のバランスに優れたものとするために、水硬率は好ましくは１．８〜２．２、特に好ましくは１．９〜２．１ であり、またケイ酸率は好ましくは１．０〜２．０、特に好ましくは１．１〜１．７ である。
【００２０】
本発明で使用する上記セメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント（クリンカー）原料を、上記各鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより得ることができる。
【００２１】
当該セメント原料の調製混合方法も公知の方法を適宜採用すればよい。例えば、事前に廃棄物、副産物およびその他の原料（石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ２源、粘土等のＡｌ２Ｏ３源、鉄源等のＦｅ２Ｏ３源など）の組成を測定し、これら原料中の各成分割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すればよい。
【００２２】
なお、本発明で使用するセメントクリンカーの製造に用いる原料は、従来セメントクリンカーの製造において使用される原料と同様なものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。
【００２３】
本発明で使用するセメントクリンカーの製造において、廃棄物、副産物等から一種以上を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。
【００２４】
特に本発明で使用するセメントクリンカーは、Ｃ３ＡおよびＣ４ＡＦというアルミニウムをその構成元素とする鉱物を多く含む。そのため、従来のセメントクリンカーに比べて、アルミニウム分の多い廃棄物・副産物をより多く使用して製造できるという利点を有する。
【００２５】
しかしながら上記セメントクリンカーは従来から使用されてきたセメントクリンカーに比べて暗い色をしている傾向があり、通常はＬが５０未満、多くは４８未満である。
【００２６】
そこで本発明の水硬性粉末組成物では、組成物の明るさを調整するため上記セメントクリンカーと石膏に加えて、明度Ｌが８０以上の無機粉末を必須成分として配合する。
【００２７】
使用する石膏については、凝結時間を調整するためのものであり、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。石膏の添加量は、水硬性組成物中のＳＯ３量が０．５〜１０質量％となるように添加することが好ましく、１．０〜５質量％となるような添加量がより好ましく、１．８〜３質量％となるような添加量が特に好ましい。
【００２８】
使用する無機粉末は明度Ｌが８０以上であれば、特に制限無く使用できる。好ましくはＬが８０〜９５のものである。具体例を示すと石灰石、高炉スラグおよびフライアッシュである。上記した石灰石、高炉スラグおよびフライアッシュはセメント混合材として公知のものが使用できる。その他にも、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の無機酸化物や、貝殻粉末等の廃棄物も使用可能である。
【００２９】
当該無機粉末は、混合後の水硬性粉末組成物のＬが５０〜５５の範囲となるように混合される。混合される量は、該無機粉末のＬの値により５〜１００質量部の範囲で変化するが、例えば、Ｌが８５程度の無機粉末であれば、セメントクリンカー１００質量部に対して２５〜５０質量部程度である。
【００３０】
上記セメントクリンカー、石膏及び無機粉末は、粉末度が、ブレーン比表面積で２８００〜４５００ｃｍ２／ｇとなるように調整されていることが好ましい。
【００３１】
当該粉末度に調製するための粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用でき、各成分を個別に粉砕後、混合しても良いし、混合後に粉砕してもよい。粉砕機としてはボールミル、竪型ミル等が使用できる。
【００３２】
このようにして得られた本発明の水硬性粉末組成物は、色調が従来のセメント組成物と同等であり、また硬化性などの諸物性にも見劣りすることがないため、従来と同様の方法で使用することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明の構成及び効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
廃棄物を含む工業原料を用いて原料を調整し、電気炉で１４５０℃および１３５０℃で焼成し、セメントクリンカーを得た。得られたクリンカーのボーグ式による鉱物組成および諸比率・係数を表１に示す。このセメントクリンカーにＳＯ３換算で２±０．２％となるようにセッコウを添加し、Ｂｌａｉｎｅ法による比表面積が３２００±５０ｃｍ２／ｇとなるように混合粉砕し、セメントを試製した。得られたセメントに無機粉末として４０００ｃｍ２／ｇ程度に粉砕された石灰石および高炉スラグを所定の割合で混合した。使用した石灰石および高炉スラグの色調を表２に示す。
【００３５】
得られた組成物の無機粉末の添加率および分光色差計によって測定した色調の結果を表３に示す。
【００３６】
【表１】
0006676355.tif 000002
【００３７】
【表２】
0006676355.tif 000003
【００３８】
【表３】
0006676355.tif 000004
参考例は従来からある標準的な組成のセメントクリンカーを標準的な温度で焼成し、無機粉末を混合せずに石膏のみを添加した場合を示す例である。即ち、各実施例・比較例の結果の良否は、この参考例の結果と基準として論じることになる。
【００３９】
比較例１は所定の組成となるように調合し、低温で焼成したクリンカーに石膏のみを添加した場合を示す例である。参考例と比べてＬ値が低下しており、組成物の色調が変化していることがわかる。
【００４０】
実施例１〜６は、本発明に係るものであり、所定の組成となるように調合し、低温で焼成したクリンカー１００質量部に石膏を４質量部、無機粉末を合計で２６質量部〜４５質量部となるように混合した例である。明度Ｌは５０〜５５の範囲と参考例と同等程度になっており、無機粉末を添加していない比較例１と比べて色調が参考例と同等程度になるように調整されていることがわかる。
【００４１】
比較例２〜７は所定の組成となるように調合し、低温で焼成したクリンカー１００質量部に石膏を４質量部、無機粉末を合計で５質量部〜１２質量部となるように混合した例であるが、Ｌは５０を下回っている。このためこの組成物を用いると、硬化体が暗い色合いになることが予測される。
【００４２】
比較例８〜１３は所定の組成となるように調合し、低温で焼成したクリンカー１００質量部に石膏を４質量部、無機粉末を合計で６９質量部〜４１６質量部となるように混合した例である。Ｌは５５を上回り、参考例よりもかなり高くなっていることがわかる。このため、この組成物を用いると硬化体が明るくなりすぎることが予測される。