(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＣａＯ-３Ａｌ2Ｏ3-ＣａＳＯ4のみを基材として含有し、前記基材に対するＣＯ2含有量が０．１〜１．０％である急硬性セメント組成物。
【請求項２】
基材としての３ＣａＯ-３Ａｌ2Ｏ3-ＣａＳＯ4を２００〜８００℃の炭酸ガス雰囲気で加熱処理して製造してなる請求項１記載の急硬性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、土木・建築分野で使用されるセメント組成物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウムアルミネート系鉱物である３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４は、膨張材や急硬性セメントの主成分として用いられている（非特許文献１）。普通ポルトランドセメントクリンカーなどに比べて低温で焼成でき、原料として使用する石灰石量も少ないため、低環境負荷型のセメント組成物としても近年注目されている。一方、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を急硬性セメントとして用いる場合には、硬化時間の短縮や貯蔵に伴う硬化時間の変動を小さくすることが望まれていた。
【０００３】
また、遊離石灰、水硬性化合物、無水セッコウからなるコンクリート用膨張材を高温の炭酸ガス雰囲気で処理することによって、生石灰を含む膨張材の貯蔵性を高めることができることが報告されている（特許文献１）。
しかしながら、この処理を行った膨張材では、接水初期の水和、特に遊離石灰の水和が抑制されることが明らかになっている（非特許文献１）。
【０００４】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を炭酸化処理することで、硬化時間を短縮でき、貯蔵に伴う品質変動を小さくできることを知見し、本発明を完成するに至った。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】低温でのアーウィンの水和性状、住友セメント株式会社、内田清彦、セメント技術年報、４０、昭６１
【非特許文献２】高温炭酸化処理した膨張材を混和したモルタルの物性と水和反応解析、電気化学工業株式会社、樋口隆行、セメントコンクリート論文集、Ｖｏｌ．６７
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１４３５０６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、硬化時間を短縮し、製品を長期間貯蔵しても一定の硬化時間を確保できるセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、（１）炭酸ガス雰囲気で加熱処理した３ＣａＯ-３Ａｌ２Ｏ３-ＣａＳＯ４を含有してなるセメント組成物、（２）３ＣａＯ-３Ａｌ２Ｏ３-ＣａＳＯ４のＣＯ２含有量が０．１〜１．０％である（１）のセメント組成物、（３）３ＣａＯ-３Ａｌ２Ｏ３-ＣａＳＯ４を２００〜８００℃の炭酸ガス雰囲気で加熱処理して製造してなる（１）または（２）のセメント組成物の製造方法、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセメント組成物を使用することにより、製造時のＣＯ２排出量が少なく、従来よりも硬化時間を短縮でき、長期間貯蔵しても硬化時間の変動が少ないセメント組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
また、本発明のセメント組成物とは、セメント組成物、モルタル組成物、コンクリート組成物を総称するものである。
【００１１】
本発明のセメント組成物は、基材として３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を使用し、炭酸ガスと反応させて合成する。ＣＯ２の含有量は、特に限定されるものではないが、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に対して０．１〜１％程度である。この成分範囲にないと、硬化時間の短縮と貯蔵した際の硬化時間の安定性を確保することが難しい場合がある。また、ＣＯ２含有量が１％を超える範囲では、処理時間を高めてもさらなる増加が得られ難く不経済である。
なお、基材に用いる３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料と、セッコウを含む原料を混合して、キルンなどで熱処理をして得られる。主成分の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、およびアルカリ土類金属硫酸塩などと置換した化合物、あるいは、主成分にこれらが少量固溶した物質も含まれる。
【００１２】
セメント組成物と反応したＣＯ２は、基材である３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４と同一粒子中に含有されていることが好ましい。同一粒子中に含有されていない場合や、炭酸カルシウムなどＣＯ２を含有する化合物を３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に添加しただけでは本発明の効果は得られない。
本発明のセメント組成物に含まれる３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４が同一粒子内に炭酸成分を含有したものであるかどうかは電子顕微鏡などによって確認することができる。具体的には、セメント組成物を樹脂で包埋し、アルゴンイオンビームで表面処理を行い、粒子断面の組織を観察するとともに、元素分析を行うことで、炭酸成分が３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４と同一粒子内に存在しているか確認することができる。
なお、本発明のセメント組成物に含まれる炭酸カルシウムの形態は特に限定されるものではない。
【００１３】
３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４は炭酸ガスで処理する前に粉砕処理し、ブレーン比表面積で２０００〜６０００ｃｍ２／ｇに調製することが好ましい。ブレーン比表面積で２０００ｃｍ２／ｇ以下では、硬化時間が長くなる場合がある。また、６０００ｃｍ２／ｇを超えると粉砕に時間がかかる場合がある。
【００１４】
３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４粉末の炭酸ガスでの処理方法は特に限定されるものではなく、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を炭酸ガスに接触させることで合成できるが、特に、２００〜８００℃の高温雰囲気で炭酸ガスと接触させることが、急硬性と貯蔵安定性の観点から好ましい。
本発明でいう炭酸化処理容器は特に限定されるものではなく、クリンカと炭酸ガスを接触させ反応させることが出来ればよく、電気炉でも良いし、流動層式加熱炉でも良いし、クリンカを粉砕するミルでも良い。
本発明に使用される３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に含まれるＣＯ２は、無機炭素分析法によって測定することができる。３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に塩酸をかけ、発生するＣＯ２を吸収液に吸収させ、滴定法によって定量することができる。具体的な装置としては、日本アンス株式会社製「クーロメーター」などを用いることができる。
【００１５】
本発明では減水剤を併用できる。減水剤はセメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものの総称であり、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、メラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、およびポリカルボン酸系減水剤などが挙げられるが、特には限定されるものではない。
【００１６】
本発明では、硬化時間を調製する目的で、従来使用されている促進剤や遅延剤を使用することができる。促進剤としては、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウムなどのカルシウム塩、無水セッコウ、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸鉄などの硫酸塩などが挙げられる。これらの２種以上を併用しても構わない。
【００１７】
本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰などの混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ならびに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などのうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００１８】
本発明では骨材を併用できる。細骨材としては、適度な施工性及び強度発現性が得られれば、特に限定されるものではない。
【００１９】
以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
「実験例１」
試薬の炭酸カルシウム、アルミナ、セッコウを原料とし、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４の量論比で計量した後、混合粉砕を行い、１３５０℃で焼成して、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を合成した。合成したクリンカをボールミルでブレーン比表面積４，０００ｃｍ２／ｇと６，０００ｃｍ２／ｇに粉砕したものを、ＣＯ２１００％、温度６００℃の雰囲気下で炭酸化処理を行い、処理時間を変えて表１に示すＣＯ２含有量のセメント組成物を調製した。
調製したセメント組成物を紙袋に充填してシールし、３か月間３０℃６０％室内で貯蔵した。貯蔵前後で、練り水をセメント組成物の合計１００部に対して５０部を使用し、熱量計を用いて硬化に伴う発熱開始時間と発熱量を定量した。
【００２１】
＜使用材料＞
炭酸カルシウム：試薬１級
アルミナ：試薬１級
セッコウ：二水セッコウ、試薬１級
水：水道水
【００２２】
＜水和発熱速度の測定方法＞
試料１ｇに対して混練水を１ｇ計量し、２０℃環境にて注水から４８ｈｒまで測定を行った。測定にはマルチマイクロカロリーメーター（東京理工社製ＭＭＣ−５１１Ｃ６）を用いた。
【００２３】
【表１】
0006401951.tif 000002
【００２４】
表１から、高温雰囲気で炭酸ガスと接触させた３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４は、未処理の３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に比べて、貯蔵前の硬化開始時間が短縮し、４８ｈまでの累積総発熱量が高いことが分かる。また、比較例に対して貯蔵後の硬化開始時間の遅れや４８ｈ累積発熱量の低下が少なく、貯蔵性が向上している。
【００２５】
「実験例２」
ブレーン比表面積４，０００ｃｍ２／ｇのものについて、炭酸化処理時間を３０分に固定し、炭酸化処理温度を表２に示すように変化させたこと以外は実験例１と同様に行った。
【００２６】
【表２】
0006401951.tif 000003
【００２７】
表２から、炭酸ガスと接触させた３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４は、未処理の３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に比べて、貯蔵前の硬化開始時間が短縮し、４８ｈまでの累積総発熱量が高いことが分かる。また、比較例に対して貯蔵後の硬化開始時間が早く、４８ｈ累積発熱量が高いことから、貯蔵性が向上している。
また、実施例においても２００℃以上で炭酸化処理し、ＣＯ２含有量が０．１％以上の場合（実験No.2-3,1-2,2-4）では、硬化開始時間の短縮が大きく、貯蔵後の硬化時間の変化が少ないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のセメント組成物は、従来に比べて硬化時間を短縮でき、貯蔵期間が長くなっても、硬化時間を安定して確保できるので、土木および建築用途で広範に利用できる。