(57)【要約】 【課題】真のC3S、C2S、C3A及びC4AF量とほぼ一致するC3S、C2S、C3A及びC4AF量が得られるとともに、石膏の形態やその量、フリーライム量、カルサイト量なども定量することができるセメントの品質管理方法を提供する。【解決手段】粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行う。前記品質管理は、セメント又はクリンカ中の3CaO・SiO2、2CaO・SiO2、3CaO・Al2O3、4CaO・Al2O3・Fe2O3、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる１種以上を定量して行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行うことを特徴とするセメントの品質管理方法。
【請求項２】
セメント又はクリンカ中の3CaO・SiO2、2CaO・SiO2、3CaO・Al2O3、4CaO・Al2O3・Fe2O3、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる１種以上を定量する請求項１記載のセメントの品質管理方法。
【請求項３】
粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行うことを特徴とするセメントの製造方法。
【請求項４】
セメント又はクリンカ中の3CaO・SiO2、2CaO・SiO2、3CaO・Al2O3、4CaO・Al2O3・Fe2O3、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる１種以上を定量する請求項３記載のセメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した分析によって定量した鉱物組成を用いて品質管理を行うセメントの品質管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ポルトランドセメントの製造においては、蛍光Ｘ線分析により化学成分を定量し、Bogueの式から、3CaO・SiO2(C3S)、2CaO・SiO2(C2S)、3CaO・Al2O3(C3A)、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)量を算出して、又は、水硬率(H.M.)、珪酸率(S.M.)、鉄率(I.M.)を算出して品質管理を行っていた（例えば、非特許文献１）。
【非特許文献１】荒井康夫著、「セメントの材料科学」、大日本図書、1982年3月10日、p.110〜118
【０００３】
しかしながら、セメント中のC3S、C2S、C3A、C4AFの量、特にC3A及びC4AFの量は、微量成分や焼成条件などの影響を受けることから、Bogueの式から算出されるこれらの量は、真の値と異なる場合があることが指摘されている。
また、セメントの流動性や強度発現性には、セメントの鉱物組成（C3S、C2S、C3A、C4AFの量）以外にも、セメント中の石膏の形態やその量、フリーライム量、カルサイト量なども影響を及ぼすことは知られているが、蛍光Ｘ線分析ではこれらの量を測定することができず、セメントの製造においてこれらの量をリアルタイムで管理することは困難であった。
【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、真のC3S、C2S、C3A及びC4AF量とほぼ一致するC3S、C2S、C3A及びC4AF量が得られるとともに、石膏の形態やその量、フリーライム量、カルサイト量なども定量することができるセメントの品質管理方法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、鋭意研究した結果、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析によってセメントの品質管理を行うことにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成させたものである。
即ち、本発明は、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行うことを特徴とするセメントの品質管理方法である。そして、前記品質管理方法においては、セメント又はクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる１種以上を定量することができる。
また、本発明は、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行うことを特徴とするセメントの製造方法である。そして、前記品質管理においては、セメント又はクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる１種以上を定量することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメントの品質管理方法では、クリンカやセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムをほぼ真の値と一致した値として定量することができる。また、本発明のセメントの品質管理方法では、セメント中のカルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグも定量することができる。
また、本発明のセメントの品質管理方法では、クリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライム、セメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグの定量を１時間以内で行うことができるので、これらの量をリアルタイムで管理することが可能であり、セメントの製造における品質管理及び工程管理に好適に使用することができる。
【０００７】
セメントの製造において、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行った場合には、セメント中のC3S、C2S、C3A及びC4AFに加えて、従来はリアルタイムで管理することが困難であったフリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグについてもリアルタイムで管理することが可能であるので、セメントの品質安定化の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のセメントの品質管理方法では、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行う。粉末Ｘ線回折は、慣用の粉末Ｘ線回折装置を使用して、慣用の方法により行うことができる。なお、測定時間の短縮のために、高速検出器を用いることが好ましい。リートベルト解析は、セメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏及び半水石膏等の各鉱物の理論プロファイルを前記粉末Ｘ線回折の結果得られた実測プロファイルにフィッテングすることにより行うものであり、市販されているリートベルト解析ソフトを利用して行うことができる。
【０００９】
本発明のセメントの品質管理方法では、クリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライム、セメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグを定量することができる。本発明のセメントの品質管理方法では、前記鉱物から選ばれる特定の鉱物のみを定量しても良いが、セメントの品質向上等の観点から、前記鉱物の全てについて定量することが好ましい。
なお、本発明のセメントの品質管理方法において、対象となるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、ポルトランドセメントに石灰石粉末やシリカフューム等の混和材を添加したセメント等が挙げられる。
【００１０】
本発明のセメントの品質管理方法では、セメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグの定量を１時間以内で行うことができるので、これらの量をリアルタイムで管理することが可能であり、セメントの製造における品質管理に好適に使用することができる。
【００１１】
本発明のセメントの品質管理方法により得られた鉱物組成の値に基づいて、各工程の制御パラメータの目標値を変化させることにより、鉱物組成の安定したセメントを製造することができる。したがって、本発明のセメントの品質管理方法では、セメント製造工程を制御するコンピュータと自動化されたＸ線回折測定系（サンプリング、試料調整、測定及びリートベルト解析を含む）を制御するコンピュータを接続することによって、セメントの製造工程の制御を自動化することもできる。
【００１２】
ポルトランドセメントの製造は、原料工程、焼成工程、仕上げ工程の３工程に大別される。原料工程は、石灰石、粘土、珪石、酸化鉄原料などのセメント原料を適当な割合に調合し原料ミルで微粉砕し、ブレンディングサイロの中で均一になるまで混合するまでの工程である。焼成工程は、原料混合物をサスペンションプレヒーターや仮焼炉を経由してロータリキルンに供給し、充分に焼成した後、冷却しセメントクリンカとするまでの工程である。仕上げ工程は、セメントクリンカに適当な量の石膏などを加え、セメントミルで微粉砕してポルトランドセメントとする工程である。なお、近年、焼成工程において、原料の一部を、サスペンションプレヒーター、仮焼炉やロータリキルンに直接供給することも行われている。
セメントの製造において、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行う場合には、セメント品質の安定のために、以下の場所から鉱物組成把握用の試料を採取することが好ましい。クリンカについては、キルン落ち口にできる限り近く、採取に必要なだけクリンカが冷却されている場所（通常はクリンカクーラーの中途）から採取することが好ましい。なお、クリンカの平均的な鉱物組成を把握するために、１kg以上のクリンカを採取し縮分により代表試料を得ることが好ましい。セメントについては、セメントミル出口からサンプリングすることが好ましい。なお、セメントの風化を避けるために、サンプリングからできる限り時間をあけずに分析することが好ましい。
なお、工程の変動を把握するためには、品質管理用のサンプルの採集間隔はできるだけ短い方が好ましい。しかしながら、採取間隔を短くすると、設備能力の増強、ランニングコストの増加などが必要となる。したがって、実用的には、採取間隔は15分から１時間とすることが好ましい。
【００１３】
セメントの製造において、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってセメントの品質管理を行うとき、クリンカの場合C3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムから、セメント場合C3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏、半水石膏及び高炉スラグから選ばれる特定の鉱物のみを定量して品質管理を行っても良いが、セメントの品質向上や品質安定化等の観点から、前記鉱物の全てについて定量することが好ましい。
【実施例】
【００１４】
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１
（１）太平洋セメント(株)製の普通ポルトランドセメントクリンカを使用して、粉末Ｘ線回折チャートのリートベルト解析を利用した鉱物組成の分析によってクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムを定量した。その結果、C3S量は63.4質量％、C2S量は15.4質量％、C3A量は8.5質量％、C4AF量は12.6質量％、フリーライム量は0.20質量％であった。なお、定量に要した時間は１時間であった。
（２）上記普通ポルトランドセメントクリンカを使用して、ポイントカウンティング（ASTM C1356-96）によってクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AFを定量した。その結果、C3S量は62.7質量％、C2S量は16.6質量％、C3A量は7.7質量％、C4AF量は12.7質量％であった。なお、定量に要した時間は約２日間であった。
（３）上記普通ポルトランドセメントクリンカを使用して、蛍光Ｘ線により化学組成を求めた。その結果、SiO2は22.2重量％、Al2O3は6.0重量％、Fe2O3は3.1重量％、CaOは66.1重量％であった。これよりBogue式を用いて求めた各鉱物の量はそれぞれ、C3S量で56.2質量％、C2S量で21.2質量％、C3A量で10.5質量％、C4AF量で9.4質量％であった。なお、定量に要した時間は１時間であった。
（４）上記普通ポルトランドセメントクリンカを使用して、セメント協会法（JCAS I-01）によってセメント中のフリーライムを定量した。その結果、フリーライム量は0.47質量％であった。なお、定量に要した時間は３時間であった。
【００１５】
実施例１から、本発明のセメントの品質管理方法では、普通セメントクリンカ中のC3S、C2S、C3A、 C4AF及びフリーライムをほぼ真の値（ポイントカウンティング法及びセメント協会法で求めた値）と一致した値として定量できることが確認された。また、Ｘ線回折を用いたリートベルト法による分析時間はサンプリング及び試料調整を含めても１時間以内であり、セメントの製造における品質管理及び工程管理に好適に使用できることが確認された。
【００１６】
実施例２
（１）太平洋セメント(株)製の普通ポルトランドセメントを使用して、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏及び半水石膏を定量した。その結果、C3S量は65.5質量％、C2S量は12.3質量％、C3A量は9.6質量％、C4AF量は9.4質量％、フリーライム量は0.00質量％、カルサイト量は2.78質量％、２水石膏量は0.47質量％、半水石膏量は2.20質量％であった。なお、定量に要した時間は１時間であった。
（２）上記普通ポルトランドセメントを使用して、ig.loss法（975℃での強熱減量と550℃での強熱減量との差がすべてCO2であるとしてカルサイト量を求める方法）によってセメント中のカルサイトを定量した。その結果、カルサイト量は2.50質量％であった。なお、定量に要した時間は４時間であった。
（３）上記普通ポルトランドセメントを使用して、特開平6-242035号公報に記載される試料容器を使用した熱重量測定（ＴＧ）によってセメント中の２水石膏及び半水石膏を定量した。その結果、２水石膏量は0.58質量％、半水石膏量は2.25質量％であった。なお、定量に要した時間は４時間であった。
【００１７】
実施例２から、本発明のセメントの品質管理方法では、普通ポルトランドセメント中のカルサイト、２水石膏及び半水石膏をリアルタイムで管理することが可能であることが確認された。なお、実施例１から、C3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムについても分析値が正確であると予測される。
【００１８】
実施例３
（１）太平洋セメント(株)製の早強ポルトランドセメントクリンカを使用して、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムを定量した。その結果、C3S量は67.4質量％、C2S量は11.0質量％、C3A量は12.1質量％、C4AF量は8.4質量％、フリーライム量は0.76質量％であった。
（２）上記早強ポルトランドセメントクリンカを使用して、ポイントカウンティング（ASTM C1356-96）によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AFを定量した。その結果、C3S量は69.6質量％、C2S量は10.6質量％、C3A量は12.0質量％、C4AF量は7.0質量％であった。
（３）上記早強ポルトランドセメントクリンカを使用して、蛍光Ｘ線により化学組成を求めた。その結果、SiO2は21.4重量％、Al2O3は5.6重量％、Fe2O3は2.7重量％、CaOは66.5重量％であった。これよりBogue式を用いて求めた各鉱物の量はそれぞれ、C3S量で67.2質量％、C2S量で10.6質量％、C3A量で10.1質量％、C4AF量で8.3質量％であった。
（４）上記早強ポルトランドセメントクリンカを使用して、セメント協会法（JCAS I-01）によってセメント中のフリーライムを定量した。その結果、フリーライム量は0.88質量％であった。
【００１９】
実施例３から、本発明のセメントの品質管理方法では、早強ポルトランドセメントクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムをほぼ真の値と一致した値として定量できることが確認された。
【００２０】
実施例４
（１）太平洋セメント(株)製の早強ポルトランドセメントを使用して、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF、フリーライム、カルサイト、２水石膏及び半水石膏を定量した。その結果、C3S量は69.8質量％、C2S量は11.5質量％、C3A量は5.6質量％、C4AF量は8.9質量％、フリーライム量は0.00質量％、カルサイト量は0.30質量％、２水石膏量は1.55質量％、半水石膏量は2.58質量％であった。
（２）上記早強ポルトランドセメントを使用して、ig.loss法によってセメント中のカルサイトを定量した。その結果、カルサイト量は0.36質量％であった。
（３）上記早強ポルトランドセメントを使用して、特開平6-242035号公報に記載される試料容器を使用した熱重量測定（ＴＧ）によってセメント中の２水石膏及び半水石膏を定量した。その結果、２水石膏量は1.53質量％、半水石膏量は2.74質量％であった。
【００２１】
実施例４から、本発明のセメントの品質管理方法では、早強ポルトランドセメント中のカルサイト、２水石膏及び半水石膏をリアルタイムで管理することが可能であることが確認された。また、実施例３から、C3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムについても分析値が正確であると予測される。
【００２２】
実施例５
（１）太平洋セメント(株)製の中庸熱ポルトランドセメントクリンカを使用して、粉末Ｘ線回折を利用したリートベルト解析方法によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムを定量した。その結果、C3S量は46.3質量％、C2S量は38.7質量％、C3A量は3.2質量％、C4AF量は13.7質量％、フリーライム量は0.10質量％であった。
（２）上記中庸熱ポルトランドセメントクリンカを使用して、ポイントカウンティング（ASTM C1356-96）によってセメント中のC3S、C2S、C3A、C4AFを定量した。その結果、C3S量は45.0質量％、C2S量は39.5質量％、C3A量は3.6質量％、C4AF量は11.7質量％であった。
（３）上記中庸熱ポルトランドセメントクリンカを使用して、蛍光Ｘ線により化学組成を求めた。その結果、SiO2は24.0重量％、Al2O3は3.9重量％、Fe2O3は4.5重量％、CaOは64.4重量％であった。これよりBogue式を用いて求めた各鉱物の量はそれぞれ、C3S量で47.4質量％、C2S量で33.1質量％、C3A量で2.7質量％、C4AF量で13.5質量％であった。なお、定量に要した時間は１時間であった。
（４）上記中庸熱ポルトランドセメントクリンカを使用して、セメント協会法（JCAS I-01）によってセメント中のフリーライムを定量した。その結果、フリーライム量は0.14質量％であった。
【００２３】
実施例５から、本発明のセメントの品質管理方法では、中庸熱ポルトランドセメントクリンカ中のC3S、C2S、C3A、C4AF及びフリーライムをほぼ真の値と一致した値として定量できることが確認された。