(57)【要約】【課題】高い強度をもつビーライト混合セメント、および前記ビーライト混合セメントを用いた、同じく高い強度を有するコンクリート製品の製造方法を提供する。【解決手段】エーライトを主成分とした第１のセメント組成物と、ビーライトを主成分とした第２のセメント組成物と、を含有し、第２のセメント組成物の比表面積を５０００〜９０００ｃｍ2／ｇとし、両者を混合することによって、高い強度を持つビーライト混合セメントとした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーライトを主成分とした第１のセメント組成物と、ビーライトを主成分とした第２のセメント組成物と、を含有し、第２のセメント組成物の比表面積を、５０００〜９０００ｃｍ2／ｇとしたことを特徴とするビーライト混合セメント。
【請求項２】
第１のセメント組成物の比表面積を、３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとしたことを特徴とする請求項１記載のビーライト混合セメント。
【請求項３】
請求項１または２記載のビーライト混合セメントを用いて成形した後、オートクレーブ養生を行うことを特徴とするコンクリート製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ビーライト混合セメント、および同ビーライト混合セメントを用いたコンクリート製品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水和時の低発熱や、早期の強度発現性が要求されるセメントにおいては、早期の強度発現性を有するエーライトを主成分として、アルミネート相とフェライト相とを含んだ第１のセメント組成物と、水和時の発熱を抑えるビーライトを主成分として、同様にアルミネート相とフェライト相とを含んだ第２のセメント組成物とから構成される、ビーライト混合セメントが用いられている。
【０００３】
上記第１のセメント組成物においては、比表面積が３０００〜６０００ｃｍ2／ｇとなっており、また、第２のセメント組成物においては、比表面積が２５００〜４０００ｃｍ2／ｇとなっている。
【０００４】
上記の構成をもつビーライト混合セメントを用いることにより、水和時の発熱を抑えて、発熱に伴う温度上昇によるひび割れ等を防止するとともに、早期の強度発現性も同時に実現することができる（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３０４０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記背景技術の特許文献１に記載のビーライト混合セメントを、高い強度が要求される外装材や瓦等に使用する場合においては、まず、蒸気養生を行って、エーライトによる強度発現を促進させた後、さらにオートクレーブ養生を行うことにより、水和時の発熱を抑える以外に、オートクレーブ養生によってセメントの強度をより高める作用を有するビーライトの強度発現を促進することで、さらに強度を高めるようにしている。
【０００６】
ところが、上記オートクレーブ養生において、ビーライトの強度発現時の結晶化反応における反応性が低いために、ビーライトの強度発現を効率よく行うことができず、その結果、オートクレーブ養生により、ビーライト混合セメントの強度を大きくすることが困難になる場合があった。
【０００７】
本願発明はこのような上記背景技術の課題を解決するものであり、オートクレーブ養生におけるビーライトの強度発現を効率よく行うことにより、高い強度をもつビーライト混合セメント、および同ビーライト混合セメントを用いたコンクリート製品の製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明は、エーライトを主成分とした第１のセメント組成物と、ビーライトを主成分とした第２のセメント組成物と、を含有し、第２のセメント組成物の比表面積を、５０００〜９０００ｃｍ2／ｇとしたことを特徴としている。
【０００９】
本願請求項２記載の発明は、上記請求項1記載のビーライト混合セメントにおいて、第１のセメント組成物の比表面積を、３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとしたことを特徴としている。
【００１０】
本願請求項３記載の発明は、上記請求項1または２記載のビーライト混合セメントを用いて成形した後、オートクレーブ養生を行うようになしたコンクリート製品の製造方法としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本願請求項１記載の発明のビーライト混合セメントにおいては、ビーライトを主成分とする第２のセメント組成物の比表面積を５０００〜９０００ｃｍ2／ｇまで高めることで、オートクレーブ養生におけるビーライトの結晶化反応の反応性を向上させて、このビーライトの強度発現を効率よく行うことで、高い強度を有するビーライト混合セメントを提供することができる。
【００１２】
本願請求項２記載の発明のビーライト混合セメントにおいては、特に、エーライトを主成分とする、第１のセメント組成物の比表面積を３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとすることにより、蒸気養生時のエーライトによる強度発現をより効率的に行うことで、その後のオートクレーブ養生も含めた、ビーライト混合セメントの強度をより高めることができる。
【００１３】
そして、上記ビーライト混合セメントを用いてコンクリート製品の成形を行い、その後オートクレーブ養生を行うことで、コンクリート製品の強度を大いに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本願発明の実施形態であるビーライト混合セメントは、エーライトを主成分とした第１のセメント組成物と、ビーライトを主成分とした第２のセメント組成物と、を有し、第２のセメント組成物の比表面積を、５０００〜９０００ｃｍ2／ｇとしている。
【００１５】
また、上記第１のセメント組成物の比表面積を、３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとしてもよい。
【００１６】
以下、この実施形態のビーライト混合セメントを、より具体的詳細に説明する。まず、エーライトを主成分とした第１のセメント組成物は、単独で強度発現性を有しており、いわゆるポルトランドセメントと同様な性質を持っている。
【００１７】
まず、上記第１のセメント組成物の役割としては、蒸気養生により適度な強度を発現させて、その後のオートクレーブ養生における、急激な反応による内部応力に耐えられることであり、第１のセメント組成物にビーライトは含まれる必要はない。
【００１８】
ただし、ビーライトが含まれていても、コンクリート製品の製造時において、蒸気養生時の強度発現には大きな影響を与えないために、含有割合が２０重量％（以下、単に「％」と記す）以下であれば特に問題は生じない。
【００１９】
また、アルミネート相やフェライト相の含有量については特に規定していないが、コンクリート製品の製造時において、初期の硬化反応に影響を与えるアルミネート相の含有割合が１０％以下であり、アルミネート相とフェライト相との合計で２５％以下である。
【００２０】
さらに、第１のセメント組成物の比表面積は、このエーライトが蒸気養生における強度発現を効率よく行うことができるようにするために、３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとなるように粉砕すると好ましい。
【００２１】
具体的には、第１のセメント組成物の比表面積が３０００ｃｍ2／ｇより小さくなると、蒸気養生時の強度発現が遅くなってしまい、その後のオートクレーブ養生に耐えることができない場合があるため好ましくない。
【００２２】
一方、第１のセメント組成物の比表面積が４０００ｃｍ2／ｇより大きくなると、コンクリート製品の製造時における、第１のセメント組成物と水との混合時に、エーライトの水和反応が過度に進行してしまうために、生成したケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）が、エーライトの未反応部分を覆ってしまい、その後の水和反応の進行を阻害する場合があるため好ましくない。
【００２３】
また、第１のセメント組成物の比表面積が４０００ｃｍ2／ｇより大きくなることで、第１のセメント組成物に含まれるアルミネート相の比表面積も同様に大きくなる、すなわちアルミネート相の粒度が小さくなることで反応性が高くなり、その結果、第１のセメント組成物と水とを混合した後、アルミネート相が急速に硬化することにより流動性が低下する場合があり、この点からも好ましくない。
【００２４】
次に、ビーライトを主成分とする第２のセメント組成物においては、エーライトの含有割合は１０％以下で少ない方が好ましく、また、アルミネート相やフェライト相の含有量については特に規定していないが、第１のセメント組成物と同様に、アルミネート相の含有割合が１０％以下であり、アルミネート相とフェライト相との合計で２５％以下である。
【００２５】
次に、上記のように配合された第２のセメント組成物は、温度１２００〜１５００℃程度において焼成されるが、焼成後の冷却中に、ビーライトの結晶構造が転移することによって発生する、いわゆるダスティングを防止するために、好ましくは焼成時の温度を１４００℃以上とし、かつ焼成後に急冷する必要がある。
【００２６】
この場合、焼成時にエーライトが生成しないよう、カルシウム量の調整が必要になる場合があるが、エーライトの生成を防止するために、焼成時の温度を１３００℃以下とした場合は、上記ダスティングが発生しやすくなるため、第２のセメント組成物に含まれるケイ酸成分については、石英等の結晶性の材料が含まれないものを用いる。
【００２７】
このとき、ケイ酸成分としては、アルミナや鉄を適度に含んだフライアッシュ（ＦＡ）や粘度または軟珪石、さらにはそれらを用いた廃建材等を使用することが好ましい。
【００２８】
さらに、第２のセメント組成物は、オートクレーブ養生時にビーライトを効率的に反応させるために、第２のセメント組成物の比表面積が５０００〜９０００ｃｍ2／ｇとなるように粉砕する必要がある。
【００２９】
上記第２のセメント組成物の比表面積が５０００ｃｍ2／ｇより小さい場合は、オートクレーブ養生時にビーライトの結晶化反応の反応性が低くなってしまい、一方、第２のセメント組成物の比表面積を９０００ｃｍ2／ｇより大きくするためには、粉砕に非常に時間を要するため、特にコストの増大につながることから、比表面積を上記範囲とする必要がある。
【００３０】
次に、第１のセメント組成物と、第２のセメント組成物とを混合する場合においては、特に、第１のセメント組成物の比表面積を増加させる、例えばボールミル等による粉砕混合方式を用いずに、高速回転羽根を有するヘンシェルミキサー等を使用する。
【００３１】
また、少量の混合である場合は、ビニール袋等に、第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とを投入し、互いに混合されやすいように空気を含ませながら、１０回程度振って攪拌することにより両者を混合できる。
【００３２】
上記の混合により、ビーライト混合セメントが生成される。以上の構成において、本願発明の実施例および比較例について以下に説明する。
【００３３】
（実施例１）
本実施例１においては、表１に示すように、第１のセメント組成物は、比表面積が３３００ｃｍ2／ｇの市販ポルトランドセメントを用いた。
【００３４】
【表１】
2007223819.tif 000002
【００３５】
一方、第２のセメント組成物は、窯業系廃建材にカルシウムおよび鉄等を添加した後、温度１４００℃において１時間（ｈｒ）焼成し、その後急冷することで焼成後の中間生成物であるクリンカを生成した。
【００３６】
このクリンカを２００ｇ秤量し、石膏を４％加えて、容量が５００ｃｃでボール径が２０ｍｍ、かつボール数が２０個のボールミルを使用し、回転数２５０ｒｐｍにおいて１時間（ｈｒ）粉砕することで、表１に示すように、比表面積が６５００ｃｍ2／ｇの第２のセメント組成物を得た。
【００３７】
上記第２のセメント組成物の組成は、エーライト：０．９％、ビーライト：７４．８％、アルミネート相：９．２％、およびフェライト相：１４．３％であり、ビーライトが主成分となっている。
【００３８】
次に、上記第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とを、表１に示す混合割合で混合し、ビーライト混合セメントを生成した。このとき、あらかじめ用意したビニール袋に、第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とをそれぞれ所定の混合割合にて投入し、互いに混合されやすいように空気を含ませながら、１０回程度振って攪拌することにより混合を行った。
【００３９】
次に、パルプに十分な水を加え、ミキサーにより１分間攪拌してパルプの繊維を解繊した後に、上記ビーライト混合セメントと、フライアッシュ（ＦＡ）およびケイ酸を投入し、固形分濃度が８％になるように水を加えながら、十分に均一になるように攪拌することによってスラリーを生成した。
【００４０】
このとき、水を除いた状態での配合割合は、ビーライト混合セメント：４０％、ＦＡ：４０％、ケイ酸：１０％、およびパルプ：１０％である。
【００４１】
次に、上記スラリーを吸引ろ過し、ろ液が得られなくなったら、スラリーの量を調整しながら圧力３０ｋｇ／ｃｍ2にてプレス成形を行い、厚さが１２ｍｍの板状のシートを成形した。
【００４２】
次に、表２に示すように、上記シートを温度８０℃において２４時間（ｈｒ）蒸気養生を行ない、エーライトの強度発現を促進させた。この蒸気養生において、湿度は９０％に設定した。その後、さらに温度１８０℃において、６時間（ｈｒ）オートクレーブ養生を行ってビーライトの結晶化反応を促進させ、さらに強度発現を行うことで、ビーライト混合セメントを用いたコンクリート製品の製造を行った。上記オートクレーブ養生時の圧力は、１０気圧に設定した。
【００４３】
【表２】
2007223819.tif 000003
【００４４】
そして、蒸気養生後およびオートクレーブ養生後に、それぞれランニングソー等を用いて、縦１６０ｍｍ、横（幅）４０ｍｍおよび厚さ１２ｍｍのサイズに切断し、曲げ強度試験用のサンプルを作成した。
【００４５】
次に、作成した上記サンプルについて、スパン１００ｍｍおよび速度２ｍｍ／分において３点曲げ強度試験を行い、（１）式により表２に示す曲げ強度を算出した。
【００４６】
ｋ＝３×ｓ×ｍ／（２×ｈ×ｗ2）・  ・  ・（１）
ここで、ｋ：曲げ強度（ＭＰａ）、ｍ：曲げ破壊荷重（Ｎ）、ｓ：スパン（ｍｍ）、ｈ：横（幅）寸法（ｍｍ）、およびｗ：厚さである。
【００４７】
表２に示すように、本実施例１においては、オートクレーブ養生後において高い曲げ強度が得られている。これは、ビーライトを主成分とする第２のセメント組成物を微粉砕することにより、第２のセメント組成物の比表面積を６５００ｃｍ2／ｇまで増加させることで、オートクレーブ養生における結晶化反応の反応性を向上させて、その結果、ビーライトの強度発現を効率よく行うことができたためと考えられる。
【００４８】
また、第１のセメント組成物の比表面積を、３３００ｃｍ2／ｇとすることにより、オートクレーブ養生の前に行う蒸気養生において、エーライトによる強度発現を効率的に行うことができるために、その後のオートクレーブ養生も含めた、ビーライト混合セメントの強度をより高めることができたと思われる。
【００４９】
（実施例２）
本実施例２においては、上記実施例１と相違する事項についてのみ説明し、同様の構成や作用効果等を有するものについては上記実施例１の説明を援用する。
【００５０】
本実施例２が上記実施例１と異なる部分は、表１に示すように、第１のセメント組成物の混合割合が８０％であり、かつ第２のセメント組成物の混合割合が２０％になっているところである。
【００５１】
上記差異をふまえて、本実施例２のビーライト混合セメントについて、以下に説明する。
【００５２】
第１のセメント組成物、および第２のセメント組成物の構成については、上記実施例１と同様である。
【００５３】
次に、上記第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とを、表１に示す混合割合で混合し、ビーライト混合セメントを生成した。このとき、上記実施例１と同様に、あらかじめ用意したビニール袋に、第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とをそれぞれ所定の混合割合にて投入し、互いに混合されやすいように空気を含ませながら、１０回程度振って攪拌することにより混合を行った。
【００５４】
第１のセメント組成物と、第２のセメント組成物とを混合した以降については、上記実施例１と同様である。
【００５５】
表２に示すように、本実施例２において蒸気養生後の曲げ強度は、上記実施例１より高いものの、オートクレーブ養生後の最終的な曲げ強度は、上記実施例１より低くなっている。
【００５６】
本実施例２では、蒸気養生時に強度発現を行う第１のセメント組成物の混合割合が上記実施例１よりも高いために、第１のセメント組成物に含まれるエーライトの反応性が高くなることで、蒸気養生後の曲げ強度が高くなったが、オートクレーブ養生後の強度に影響を与える、ビーライトを主成分とする第２のセメント組成物の混合割合が２０％と低いために、オートクレーブ養生後の曲げ強度が上記実施例１よりも低くなったものと考えられる。
【００５７】
（実施例３）
本実施例３においては、上記実施例１と相違する事項についてのみ説明し、同様の構成や作用効果等を有するものについては上記実施例１の説明を援用する。
【００５８】
本実施例３が上記実施例１と異なる部分は、表１に示すように、第１のセメント組成物の比表面積が５０００ｃｍ2／ｇであり、第１のセメント組成物の比表面積が上記実施例１より高くなっているところである。
【００５９】
上記差異をふまえて、本実施例３のビーライト混合セメントについて、以下に説明する。
【００６０】
第１のセメント組成物は、上記実施例１と同様に比表面積が３３００ｃｍ2／ｇの市販ポルトランドセメントを用いて、この市販ポルトランドセメントの適量を、容量が５００ｃｃでボール径が２０ｍｍ、かつボール数が２０個のボールミルを使用し、回転数２５０ｒｐｍにおいて粉砕して微粉化することにより、比表面積を５０００ｃｍ2／ｇとしている。一方、第２のセメント組成物の構成は、上記実施例１と同様である。
【００６１】
次に、比表面積を５０００ｃｍ2／ｇとした第１のセメント組成物と、上記第２のセメント組成物とを、表１に示す混合割合で混合し、ビーライト混合セメントを生成した。このとき、あらかじめ用意したビニール袋に、第１のセメント組成物と第２のセメント組成物とをそれぞれ所定の混合割合にて投入し、互いに混合されやすいように空気を含ませながら、１０回程度振って攪拌することにより混合を行った。
【００６２】
第１のセメント組成物と、第２のセメント組成物とを混合した以降については、上記実施例１と同様である。
【００６３】
表２に示すように、本実施例３において蒸気養生後の曲げ強度は、上記実施例１、さらには上記実施例２より高くなったが、オートクレーブ養生後の最終的な曲げ強度は、上記実施例１および実施例２より低くなった。
【００６４】
本実施例３においては、上述したように第１のセメント組成物の比表面積が５０００ｃｍ2／ｇであり、上記実施例１および実施例２よりも高くなっているために、このエーライトの反応性が高くなり、その結果、蒸気養生時の強度発現が大きくなったことから、蒸気養生後の曲げ強度が大きくなったものと考えられる。
【００６５】
また、蒸気養生時においては、生成されたケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）が強度発現に寄与しているが、このケイ酸カルシウム水和物が、第２のセメント組成物に含まれるビーライトの表面を覆うことにより、その後のオートクレーブ養生時のビーライトの反応性を低くしてしまい、その結果、オートクレーブ養生後の曲げ強度が低くなったものと考えられる。
【００６６】
（比較例１）
本比較例１においては、上記実施例１と相違する事項についてのみ説明し、同様の構成や作用効果等を有するものについては上記実施例１の説明を援用する。
【００６７】
本比較例１が上記実施例１と異なる部分は、表１に示すように、第２のセメント組成物が混合されておらず、第１のセメント組成物のみから構成されているところである。つまり本比較例１は、比表面積が３３００ｃｍ2／ｇの市販ポルトランドセメントにより構成されている。
【００６８】
上記差異をふまえて、本比較例１の市販ポルトランドセメントについて、以下に説明する。
【００６９】
パルプに十分な水を加え、ミキサーにより１分間攪拌してパルプの繊維を解繊した後に、上記市販ポルトランドセメントから構成される第１のセメント組成物と、フライアッシュ（ＦＡ）およびケイ酸を投入し、固形分濃度が８％になるように水を加えながら、十分に均一になるように攪拌することによってスラリーを生成した。
【００７０】
このとき、水を除いた状態での配合割合は、市販ポルトランドセメント（第１のセメント組成物）：４０％、ＦＡ：４０％、ケイ酸：１０％、およびパルプ：１０％である。スラリーを生成した以降については、上記実施例１と同様である。
【００７１】
表２に示すように、比較例１においてオートクレーブ養生後の曲げ強度は、上記実施例１から３に比べて低くなった。
【００７２】
本比較例１においては、オートクレーブ養生時に強度発現を行う、ビーライトが主成分の第２のセメント組成物が含まれていないために、オートクレーブ養生後の曲げ強度が、第２のセメント組成物が含まれている上記実施例１から３より低下したものと考えられる。
【００７３】
よって、オートクレーブ養生後の曲げ強度を向上させるためには、ビーライトが主成分の第２のセメント組成物が含まれていることが必要であると思われる。
【００７４】
（比較例２）
本比較例２においては、上記実施例１と相違する事項についてのみ説明し、同様の構成や作用効果等を有するものについては上記実施例１の説明を援用する。
【００７５】
本比較例２が上記実施例１と異なる部分は、表１に示すように、第２のセメント組成物の比表面積が３５００ｃｍ2／ｇであり、上記実施例１よりも低くなっているところである。
【００７６】
上記差異をふまえて、本比較例２のビーライト混合セメントについて、以下に説明する。
【００７７】
第１のセメント組成物の構成については、上記実施例１と同様である。次に、第２のセメント組成物は、窯業系廃建材にカルシウムおよび鉄等を添加した後、温度１４００℃において１時間（ｈｒ）焼成し、その後急冷することで焼成後の中間生成物であるクリンカを生成した。
【００７８】
このクリンカを２００ｇ秤量し、石膏を４％加えて、容量が５００ｃｃでボール径が２０ｍｍ、かつボール数が２０個のボールミルを使用し、回転数２５０ｒｐｍにおいて、表１に示すように比表面積が３５００ｃｍ2／ｇとなるように粉砕し、第２のセメント組成物を得た。
【００７９】
上記第２のセメント組成物の組成は、上記実施例１と同様に、エーライト：０．９％、ビーライト：７４．８％、アルミネート相：９．２％、およびフェライト相：１４．３％であり、ビーライトが主成分となっている。
【００８０】
第２のセメント組成物が生成された以降については、上記実施例１と同様である。
【００８１】
本比較例２においては、蒸気養生後の曲げ強度、およびオートクレーブ養生後の曲げ強度ともに、上記実施例１より低くなっている。
【００８２】
本比較例２においては、第２のセメント組成物の比表面積を、上記実施例１より小さい３５００ｃｍ2／ｇとしたために、第２のセメント組成物に含まれるアルミネート相の比表面積も同様に小さくなったものと考えられる。
【００８３】
ここで、上記アルミネート相は、蒸気養生時にエーライトと反応して強度発現に寄与するために、第２のセメント組成物に含まれるアルミネート相の比表面積が小さくなったことで、上記実施例１に比べてアルミネート相の反応性が低下したことにより、蒸気養生後の曲げ強度が低下したと思われる
また、第２のセメント組成物の比表面積を上記実施例１より小さくしたことで、第２のセメント組成物の主成分であるビーライトの比表面積が、同様に小さくなったために、オートクレーブ養生時にビーライトの反応性が低下してしまい、その結果、オートクレーブ養生後の曲げ強度が低下したものと考えられる。
【００８４】
以上のように、上記実施例１から３および、比較例１、２に示すように、第２のセメント組成物の比表面積を大きくして、その適量を第１のセメント組成物と混合することにより、オートクレーブ養生後の曲げ強度を向上することができるために、高い強度を持つビーライト混合セメントを提供することができる。