(57)【要約】普通ポルトランドセメントと同等の初期強度発現性を有し、クリンカ焼成量を低減できるので、環境負荷低減型の、土木・建築業界で使用されるセメント組成物を提供する。３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物１００部中、高炉徐冷スラグ粉末の含有量が１０〜５０部であるセメント組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末とを含有してなることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
前記高炉徐冷スラグ粉末が、該高炉徐冷スラグ粉末と前記ポルトランドセメントとの合計１００部中に１０〜５０部含まれるセメント組成物。
【請求項３】
前記ポルトランドセメントの粒度が、ブレーン比表面積値として３，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇである請求項１または２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
前記高炉徐冷スラグは、ＳｉＯ２は２５〜４５％、ＣａＯは３０〜５０％、Ａｌ２Ｏ３は１０〜２０％、およびＭｇＯは３〜１０％を主成分とする請求項１、２または３に記載のセメント組成物。
【請求項５】
前記高炉徐冷スラグの粒度が、ブレーン比表面積値として４，０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項６】
前記高炉徐冷スラグの粒度が、ガラス化率３０％以上を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、主に、土木・建築業界で使用されるセメント組成物に関する。
なお、本発明で使用する部や％は特に規定のないかぎり質量基準である。
背景技術
最近では、環境問題が顕在化しており、各業界で環境負荷の低減が求められている。
全産業から排出される二酸化炭素量に対する土木・建設業界の占める割合が極めて大きいことから、特に、土木・建設業界では、環境負荷の低減が切望されている。
セメント産業から排出される二酸化炭素はそのほとんどが原料の石灰石の焼成や、その際に使用する燃料の燃焼に由来している。
したがって、二酸化炭素排出量を軽減するためには、セメントクリンカの焼成量を低減することが最も有効な方法であり、セメント使用量を低減して各種混合材を混合した各種混合セメントの利用を推進することは極めて重要である。
しかしながら、混合セメントは初期の強度発現性が劣るという課題を有するものであった。
初期強度は脱型サイクルと深く関連するので工期を短縮する上でも重要であり、今日では、初期強度発現性が良好で、特に混和材を３０％を超えて使用しても普通ポルトランドセメントと同等の強度発現性が得られるセメント組成物の開発が待たれているのが実状である。
一方、製鉄所から副生する高炉徐冷スラグは、路盤材やセメント原料に利用されているが、発生量に対する処理量はごくわずかであり、その有効利用方法については未だに模索状態にある。
そこで、本発明者は前記課題を解決すべく種々努力を重ねた結果、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末を含有してなるセメント組成物を使用することにより、初期強度発現性が良好で、特に、高炉徐冷スラグ粉末を１０〜５０％使用したセメント組成物が、普通ポルトランドセメントと同等の強度発現性が得られることを知見し本発明を完成するに至った。
発明の開示
即ち、本発明は、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物１００部中、高炉徐冷スラグ粉末の含有量が１０〜５０部である該セメント組成物である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明で使用する３ＣａＯ・ＳｉＯ２（以下、Ｃ３Ｓという）含有量が６０％以上のポルトランドセメント（以下、セメント物質ともいう）とは、Ｃ３Ｓ含有量が６０％以上であればよく、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、２ＣａＯ・ＳｉＯ２、及びセッコウなどの含有量には特に限定されるものではない。なお、ポルトランドセメントとしては、組成が異なる２種以上のポルトランドセメントの混合物も使用でき、この場合、Ｃ３Ｓ含有量は、混合物に含有されるそれぞれのポルトランドセメントのＣ３Ｓ含有量の加重平均値を意味する。
通常、ポルトランドセメントは、ＣａＯをＣ、ＳｉＯ２をＳ、Ａｌ２Ｏ３をＡ、及びＦｅ２Ｏ３をＦで表すと、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ｓ、Ｃ３Ａ、及びＣ４ＡＦを主体とするクリンカとセッコウから構成されている。
セメント物質としては、早強セメントや超早強セメントなどの使用が好ましく、これらは市販品として入手可能である。
セメント物質の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で３，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇ程度が好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では普通ポルトランドセメント並の初期強度発現性を得るという本発明の効果が得られない場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを得るように粉砕してもさらなる効果の増進が期待できない。なかでも、上記ブレーン値は、３，５００〜６，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末（以下、徐冷スラグという）とは、徐冷されて結晶化した高炉スラグである。徐冷スラグは、通常、ドライピット、あるいは畑と呼ばれる冷却ヤードに溶融スラグを流し込み、自然放冷と適度の散水により冷却され、結晶質の塊状スラグとして得られる。
徐冷スラグの化学成分の割合については、特に限定されるものではないが、通常、主成分である、ＳｉＯ２は２５〜４５％、ＣａＯは３０〜５０％、Ａｌ２Ｏ３は１０〜２０％、ＭｇＯは３〜１０％程度の範囲にある。そのほか、微量成分である、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２、Ｓなどをそれぞれ２％以下の範囲で含んでいる。
徐冷スラグのブレーン値は４，０００ｃｍ２／ｇを超えることが好ましく、４，５００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましく、５，０００ｃｍ２／ｇ以上が最も好ましい。ブレーン値が４，０００ｃｍ２／ｇ以下では、ブリーディングの抑制効果が得られない場合がある。一方、該ブレーン値は、過度に大きくなると混練水量が多くなり、強度発現性や耐久性が悪くなる場合があるので、８，０００ｃｍ２／ｇ以下の範囲が好ましい。
また、徐冷スラグのガラス化率は特に限定されるものではないが、通常、３０％以下であり、１０％以下が好ましい。ガラス化率が３０％を超えると発熱量が大きくなる場合がある。
本発明でいうガラス化率（Ｘ）はＸ（％）＝（１−Ｓ／Ｓ０）×１００として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結晶性化合物であるメリライト（ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２とアケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２の固溶体）のメインピークの面積であり、Ｓ０は徐冷スラグを１，０００℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＯなどを主要な化学成分とし、その他、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｓ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、及びＦｅ２Ｏ３などが挙げられる。
また、徐冷スラグを調製する場合、セメント物質のクリンカを粉砕する際に同時粉砕しても良いし、別々に粉砕しても差し支えない。
徐冷スラグの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、Ｃ３Ｓ含有量が６０％以上のポルトランドセメントと徐冷スラグからなるセメント組成物用１００部中、１０〜５０部が好ましく、３０〜４０部がより好ましい。１０部未満では環境負荷低減の観点から充分でなく、５０部を超えると、強度発現性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的や用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で３，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ混合しておいても差し支えない。
本発明では、セメント組成物の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイトなどのイオン交換体、フライアッシュ、石灰石粉末、高炉水砕スラグ微粉末、並びに、シリカフュームなどを本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
実験例１
表１に示すセメント物質と徐冷スラグとからなるセメント組成物１００部に対して、水５０部と砂３００部を混合してモルタルを調製して圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
＜使用材料＞
セメント物質Ａ：普通ポルトランドセメント（ＣａＯ：６５．２９％、ＳｉＯ２：２２．１４％、Ａｌ２Ｏ３：４．９１％、Ｆｅ２Ｏ３：２．９６％、ＳＯ３：１．８６％）、Ｃ３Ｓ含有量５５％、
セメント物質Ｂ：早強ポルトランドセメント（ＣａＯ：６６．８７％、ＳｉＯ２：２２．３４％、Ａｌ２Ｏ３：４．１１％、Ｆｅ２Ｏ３：２．３０％、ＳＯ３：２．３３％）、Ｃ３Ｓ含有量６５％、
セメント物質Ｃ：セメント物質Ａ５０部とセメント物質Ｂ５０部の混合物、Ｃ３Ｓ含有量６０％
徐冷スラグ：高炉徐冷スラグの粉砕品（ＣａＯ：３９．５０％、ＳｉＯ２：３１．７０％、Ａｌ２Ｏ３：１４．８０％、ＭｇＯ：７．２０％）、ブレーン値４，５００ｃｍ２／ｇ、比重３．００、ガラス化率２％、
砂　　　　：ＪＩＳ　Ｒ　５２０１で用いる標準砂
水　　　　：水道水
＜測定方法＞
圧縮強度：　　ＪＩＳ　Ｒ５２０１に準じて測定。
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実験例２
表２に示すセメント物質Ｂと徐冷スラグを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
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産業上の利用可能性
本発明のセメント組成物を使用することによって、普通ポルトランドセメントと同等の初期強度発現性を有し、ポルトランドセメントを焼成するためのクリンカ焼成量を低減できるので、環境負荷低減型のセメント組成物とすることができるなどの効果を奏する。
【国際調査報告】
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