ポルトランドセメント
ポルトランドセメントを構成する主な物質は、ケイ酸三カルシウム(略称はエーライトで組成は3CaO・SiO2)、ケイ酸二カルシウム(略称はビーライトで組成は2CaO・SiO2)、カルシウムアルミネート(略称はアルミネートで組成は3CaO・Al2O3)、カルシウムアルミノフェライト(略称はフェライトで組成は4CaO・Al2O3・Fe2O3)、硫酸カルシウム(一般名称は石膏で組成はCaSO4・2H2O)である。このうちエーライト・ビーライト・アルミネート・フェライトは「クリンカー」と称する中間製品として製造される。このクリンカーの主要化学成分は、酸化カルシウム (CaO)、二酸化ケイ素 (SiO2)、酸化アルミニウム (Al2O3)、酸化鉄(III) (Fe2O3) である。
ポルトランドセメントは天然の原料・燃料を使用するので、実際には上記化合物は純粋なものではなく、少量成分を固溶している。そこで、クリンカー中の化合物は「クリンカー鉱物」と呼ばれている。中間製品のクリンカーに適量の石膏を混合・粉砕して商品としてのセメントが製造される。
エーライトとビーライトはいずれもケイ酸塩であるから、両者をまとめて「シリケート相」と称する。また、アルミネートとフェライトはクリンカー中でシリケート相の間隙部に存在するため、まとめて「間隙相」と称する。
それぞれのクリンカー鉱物は、水和反応速度、強さの発現性、水和熱などの性質が異なる。このような性質の異なるクリンカー鉱物の組成を変化させ、さらに、石膏の添加量、セメントの粉末度(比表面積値)などを変化させることによって、物性の異なる種々のポルトランドセメントを製造することができる。
各々のクリンカー鉱物は、以下の性質を有する。
エーライトとアルミネート相の含有率を低減し、ビーライトの含有率を高めたセメントである。水和熱が低いため、コンクリートの断熱温度の上昇が小さく温度によるコンクリートのひび割れを抑制する。また、ビーライトが多いため長期強度に優れる、アルミネート相が少ないため収縮が小さく化学抵抗性が大きい、という特徴もある。
体積の大きい構造物に使用されるコンクリート(マスコンクリート)が主な用途である。ダムや大規模な橋脚工事で用いられる。
早強ポルトランドセメントよりもさらに短期間で強い強度を発現するセメントである。緊急の補修工事などに使用される。
仕上工程ではセメントの三酸化硫黄量と比表面積値が目標通りとなるようにクリンカーを石膏とともに粉砕し、粉末状のセメントを製造する。石膏に関しては、諸外国では天然石膏を使用する場合が多いが、日本では良質な天然石膏に恵まれないため副産石膏、特に排煙脱硫石膏が使用されている。石膏の種類は二水塩が基本である。
粉砕に用いる設備は粉砕機(ボールミル・仕上ミル)と分級機(セパレーター)である。クリンカーと石膏は粉砕助剤とともに仕上ミルに入って粉砕され、次いでセパレーターに導入される。セパレーターの中では回転翼が回転している。空気流に乗った粗い粒子はこの回転翼により叩き落とされるが、微細粒子はここを通過することができる。回転翼の回転数を制御することにより、所定の粒度で粉砕物を分級できる。このようにして回収された微粉が最終製品のセメントである。粗粉は再び仕上ミル前段に戻される。