JP5080714B2

JP5080714B2 - セメント組成物

Info

Publication number: JP5080714B2
Application number: JP2002526719A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡; 康宏中島; 隆行樋口; 光男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: WO2002022518A1; EP1325897A4; AU2001286233A1; CN1454190A; EP1325897B1; US6840996B2; JPWO2002022518A1; CN1277779C; KR100717090B1; US20040007162A1; EP1325897A1; KR20030048029A

Description

【０００１】
【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。
【０００２】
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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・SiO_２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30〜50％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。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、下記の要旨を有するものである。
（１）３ＣａＯ・ＳｉＯ_２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、
前記高炉徐冷スラグ粉末が、ＳｉＯ _２２５〜４５％、ＣａＯ３０〜５０％、Ａｌ _２Ｏ _３１０〜２０％、およびＭｇＯ３〜１０％を主成分として含有し、該高炉徐冷スラグ粉末を、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３０〜５０部含有し、かつ、該高炉徐冷スラグ粉末の粒度が、ブレーン比表面積値として４，５００ｃｍ ^２／ｇ以上である、
ことを特徴とするセメント組成物。
（２）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３，０００〜８，０００ｃｍ ^２／ｇである上記（１）に記載のセメント組成物。
（３）前記高炉徐冷スラグ粉末が、３０％以下のガラス化率を有する上記（１）または（２）に記載のセメント組成物。
【０００８】
【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・SiO_２(以下、C_３S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、C_３S含有量が60％以上であればよく、3CaO・Al_２O_３、4CaO・Al_２O_３・Fe_２O_３、2CaO・SiO_２、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、C_３S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C_３S含有量の加重平均値を意味する。
【０００９】
通常、ポルトランドセメントは、CaOをC、SiO_２をS、Al_２O_３をA、及びFe_２O_３をFで表すと、C_２S、C_３S、C_３A、及びC_４AF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。
【００１０】
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3,000〜8,000cm^２/g程度が好ましい。3,000cm^２/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、8,000cm^２/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 〜6,000cm^２/g が好ましい。
【００１１】
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。
【００１２】
徐冷スラグの化学成分の割合については、主成分である、SiO_２は25〜45％、CaOは30〜50％、Al_２O_３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、Na_２O、K_２O、Fe_２O_３、MnO、TiO_２、Sなどをそれぞれ２％以下の範囲で含んでいる。
【００１３】
徐冷スラグのブレーン値は4,500cm^２/g以上であり、5,000cm^２/g以上が好ましい。ブレーン値が4,500cm ^２ /g未満では、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、8,000cm^２/g以下の範囲が好ましい。
【００１４】
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／Ｓ_０）×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・Al_２O_３・SiO_２とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO_２の固溶体)のメインピークの面積であり、Ｓ_０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。
【００１５】
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、SiO_２、CaO、Al_２O_３、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他、TiO_２、MnO、Na_２O、S、Cr_２O_３、P_２O_５、及びFe_２O_３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。
【００１６】
徐冷スラグの使用量は、C _３S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100部中、30〜50部であり、30〜40部がより好ましい。30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。
【００１７】
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3,000〜8,000cm^２/gが好ましく、4,000〜6,000cm^２/gがより好ましい。3,000cm^２/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm^２/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【実施例】
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。
【００２１】
＜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％、SiO_２：22.14％、Al_２O_３：4.91％、Fe_２O_３：2.96％、SO_３：1.86％）、C_３S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％、SiO_２：22.34％、Al_２O_３：4.11％、Fe_２O_３：2.30％、SO_３：2.33％）、C_３S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、C_３S含有量60％
徐冷スラグ：高炉徐冷スラグの粉砕品（CaO：39.50％、SiO_２：31.70％、Al_２O_３：14.80％、MgO：7.20％）、ブレーン値4,500cm^２/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。
【００２２】
【表１】

【００２３】
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。
【表２】

【００２４】
【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。

Claims

３ＣａＯ・ＳｉＯ_２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、
前記高炉徐冷スラグ粉末が、ＳｉＯ _２２５〜４５％、ＣａＯ３０〜５０％、Ａｌ _２Ｏ _３１０〜２０％、およびＭｇＯ３〜１０％を主成分として含有し、該高炉徐冷スラグ粉末を、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３０〜５０部含有し、かつ、該高炉徐冷スラグ粉末の粒度が、ブレーン比表面積値として４，５００ｃｍ ^２／ｇ以上である、
ことを特徴とするセメント組成物。
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３，０００〜８，０００ｃｍ^２／ｇである請求項１に記載のセメント組成物。
前記高炉徐冷スラグ粉末が、３０％以下のガラス化率を有する請求項１または２に記載のセメント組成物。