(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上であることを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物。
【請求項２】
ＣａＯ源の石灰石、Ａｌ2Ｏ3源のバンド頁岩、ＣａＳＯ4源、Ｆｅ2Ｏ3源、およびシリカの各原料を粉末にし、化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上になるように上記原料粉末を混合し、１２５０℃〜１３５０℃で焼成することを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化チタンおよび酸化マグネシウムの含有量を制御し、好ましくは更に酸化鉄含有量を制御することによって、アウインの生成を安定にしたカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4）は、水和反応が早く、エトリンガイトを生成して速硬性や膨張性を発現するので、アウインを主体とした組成物はコンクリートの混和材として膨張材や速硬材などに用いられている。最近、コンクリートの高性能化に応じて、コンクリートに添加される混和材の性能も多様化しており、膨張や速硬性能が安定的に発揮できるものが求められており、アウインを含有する組成物について製造上の品質安定化は重要である。
【０００３】
従来、アウイン含有組成物については、ＣａＯ源、Ａｌ2Ｏ3源、ＣａＳＯ4源、Ｆｅ2Ｏ3源の各原料を混合して焼成し、アウインのほかにカルシウムアルミノフェライトなどを含有したセメント混和材を製造することが知られている（特許文献１）。また、急硬性クリンカー組成物については、カルシウムアルミネートクリンカー原料に、酸化鉄、酸化チタン、フッ化カルシウムを添加することによって焼成温度を下げたクリンカー組成物が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−３１６１４７号公報
【特許文献２】特開平０９−２６８０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、アウイン含有組成物のＣａＯ源として石灰石や、Ａｌ2Ｏ3源としてバンド頁岩が用いられているが、通常、石灰石には酸化マグネシウム(ＭｇＯ)が混入しており、バンド頁岩には酸化チタン(ＴｉＯ2)や酸化鉄(Fe2O3)が混入している。原料にＭｇＯ、ＴｉＯ2 やFe2O3 が混入していると、その混入量によってアウインやアルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3：以下Ｃ3Ａと略記）の生成が影響を受け、また、酸化鉄が多いと溶融しやすくなり、焼成温度は低くなるので易焼成性は向上するが、カルシウムフェライト系鉱物ができやすくなるのでアウインの生成量は減少する。さらに、焼成温度が低いために結晶成長が十分ではなく、膨張性能、初期強度発現性および流動性が得られにくくなる云う問題がある。
【０００５】
このため、特許文献１のセメント混和材ではアウインなどの生成が安定せず、品質のバラツキが大きいと云う問題がある。また、特許文献２のクリンカー組成物はＣ3Ａやアルミン酸三カルシウムフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3：以下Ｃ4ＡＦと略記）の生成量が多くなり、この場合もアウインの生成量が低下するとともに品質のバラツキが大きいと云う問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アウイン含有組成物について従来の上記問題を解決したものであり、アウインの生成が安定であって品質のバラツキが少ないアウイン含有組成物とその製造方法を提供する。
【０００７】
本発明によれば以下のカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物とその製造方法が提供される。
〔１〕化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上であることを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物。
〔２〕ＣａＯ源の石灰石、Ａｌ2Ｏ3源のバンド頁岩、ＣａＳＯ4源、Ｆｅ2Ｏ3源、およびシリカの各原料を粉末にし、化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上になるように上記原料粉末を混合し、１２５０℃〜１３５０℃で焼成することを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のクリンカー組成物は、アウインが安定に生成し、Ｃ3Ａよりもアウインの生成量が格段に多いので、適度な急硬性と優れた膨張性を発揮する。また、アウインの生成量が安定しているので品質の安定なクリンカー組成物を得ることができる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、酸化チタンおよび酸化マグネシウムの含有量を制御することによって、１３５０℃以下の焼成温度でＣ3Ａよりもアウインの生成量が格段に多いクリンカー組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のクリンカー組成物は、化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上であることを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物である。
さらに、本発明の製造方法は、ＣａＯ源の石灰石、Ａｌ2Ｏ3源のバンド頁岩、ＣａＳＯ4源、Ｆｅ2Ｏ3源、およびシリカの各原料を粉末にし、化学成分としてＳｉＯ2を７.０〜２４.５wt％、Ａｌ2Ｏ3を１２.７〜３８.３wt％、ＣａＯを４０.０〜５６.１wt％含有し、クリンカ鉱物相としてアルミン酸三カルシウム(３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3)およびアウインを含有するクリンカー組成物において、化学成分としての酸化チタン含有量１wt％以下、酸化マグネシウム含有量１wt％〜３wt％、酸化鉄含有量１.０wt％〜６.６wt％であり、クリンカ鉱物相としてのアウインとアルミン酸三カルシウムとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上になるように上記原料粉末を混合し、１２５０℃〜１３５０℃で焼成することを特徴とするカルシウムサルホアルミネート系クリンカー組成物の製造方法である。
【００１１】
酸化チタン量が１wt％よりも多くなると、易焼成性が低下して焼成し難くなる。例えば、焼成温度が１２５０℃では反応が不十分になり、遊離酸化カルシウム量が多く、アウインの生成量は少ない。一方、これより高い温度で焼成すると、Ｃ3Ａが多くなり、ＳＯ3が揮散するので、やはり十分なアウインの生成量が得られない。
【００１２】
酸化マグネシウムの存在によって、Ｃ3Ａの生成が抑制される一方、アウインの生成が促進される。酸化マグネシウムの含有量が１wt％よりも少なくと、アウイン生成促進効果が不十分である。一方、酸化マグネシウム含有量が３wt％よりも多くなると、酸化チタンの場合と同様に易焼成性が低下するので好ましくない。
【００１３】
酸化鉄の含有量は０.５wt％〜８wt％が好ましく、１.０〜６.６wt％がより好ましい。酸化鉄を含有することによって焼成しやすくなり、また、セメントにした場合の瞬結を抑制できるなど物性を穏やかにする利点がある。酸化鉄の含有量が０.５wt％より少ないと、この効果が乏しい。一方、酸化鉄含有量が８wt％よりも多いと、カルシウムアルミノフェライトの生成量が多くなり、カルシウムおよびアルミニウムが消費されるのでアウインの生成量が少なくなり、十分な量のアウインが得られない。また、酸化鉄含有量が多いと焼成温度との兼ね合いで品質のバラツキが大きくなる。
【００１４】
酸化チタン、酸化マグネシウム、および好ましくは酸化鉄の各含有量をおのおの上記範囲内に制御することによって、アウインとアルミン酸三カルシウム(Ｃ3Ａ)との合計量においてアウインの含有量が９０％以上のクリンカー組成物を得ることができる。
【００１５】
また、酸化チタン、酸化マグネシウム、および好ましくは酸化鉄の各含有量をおのおの上記範囲内に制御することによって、１２５０℃〜１３５０℃の焼成温度で、アウイン生成量の多いクリンカー組成物を得ることができる。アーウインの結晶成長は、焼成温度が１１００℃、１２００℃よりも焼成温度が高いほうが顕著であるが、１３５０℃以上ではＳＯ3分が揮散し、またＣ3Ａが生成しやすくなるため、これにカルシウムおよびアルミニウムが消費されるのでアーウインの生成量が少なくなる。Ｃ3Ａ量が多過ぎると急結性が著しくなり、十分な可使時間を保てないので使用し難いものになる。
【００１６】
酸化チタン、酸化マグネシウム、および好ましくは酸化鉄の各含有量をおのおの上記範囲に制御し、１２５０℃〜１３５０℃で焼成することによって、アウインが安定に生成し、Ｃ3Ａよりもアウイン含有量が格段に多いクリンカー組成物を得ることができる。
【００１７】
本発明のクリンカー組成物は、Ｃ3Ａよりもアウイン含有量が格段に多く、具体的には、アウインとＣ3Ａとの合計量においてアウインの含有量が９０％以上のクリンカー組成物である。従って、本発明のクリンカー組成物は十分な可使時間と適度な急結性、および十分な膨張性を有し、コンクリートの収縮補償混和剤、無収縮グラウト材、速硬性注入材、セルフレベリング材などに適する。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に示す。
〔実施例１〜６，比較例１〜９〕
生石灰、バンド頁岩、スラグ、無水石膏の各原料を粉末にして混合し、カルシウム分、シリカ、アルミナ、鉄分、石膏分、酸化チタン、酸化マグネシウム、および酸化鉄の配合量をおのおの表１に示すように調整した。この混合原料粉末を１２５０℃〜１３５０℃で焼成し、クリンカー組成物を製造した。このクリンカー組成物のアウイン含有量、Ｃ3Ａとアウインの合計量におけるアウインの含有比を表１に示した。
このクリンカー組成物をセメントに混合し、水を加えてペーストを調製し、可使時間と強度の発現状態を調べた。この結果を表２に示した。
【００１９】
表１に示すように、本発明によれば、酸化チタンおよび酸化マグネシウムの量を調整することによって、アウインの生成を促す一方、Ｃ3Ａの生成を抑制し、アウインの生成量がＣ3Ａとアウインの合計量の９０％以上であるクリンカー組成物を得ることができる。表２に示すように、この本発明のクリンカー組成物は普通セメントと混合して使用したときに、十分な可使時間が得られ、また２時間〜２８日の強度も高く、優れた急結性を有している。
【００２０】
酸化チタンおよび酸化マグネシウムの量を調整してアウインの生成量を制御する本発明の作用効果は、アウイン生成量の幅広い範囲において適用することができる。実施例に示すように、アウインの生成量はアルミナおよびシリカの含有量によっても異なり、例えば、アルミナ量が多くてシリカ量が少なくとアウインの生成量が多く、クリンカ組成物全体のアウインの量は７４wt％程度であり（参考例２、実施例２）、一方、シリカ量が多くてアルミナ量が少ないとアウインの生成量が少なく、クリンカ組成物全体のアウインの量は２５wt％程度である（参考例３、実施例３）。これら何れの場合においても、酸化チタンおよび酸化マグネシウムの量を調整することによってＣ3Ａの生成を抑制してアウインの生成を促すことができ、アウインの生成量がＣ3Ａとアウインの合計量の９０％以上であるクリンカー組成物を得ることができる。因みに、表２に示すように、アーウインが多い場合でも少ない場合においても、これを粉砕し、セメントとの混合割合を適切に調整することによって、速硬性能と強度発現性のバラツキは小さく、品質は安定している。
【００２１】
【表１】
0005181318.tif 000002
【００２２】
【表２】
0005181318.tif 000003