セメント組成物及びその製造方法並びにセメント組成物の強度管理方法
【課題】産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法を提供すること。
【解決手段】石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、上記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法。
【解決手段】石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、上記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物及びその製造方法並びにセメント組成物の強度管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代より資源循環型社会の構築に対する機運が高まり、セメント産業においても産業廃棄物や産業副産物の使用量のさらなる増大が望まれている。セメントクリンカーの原料として使用される産業廃棄物や産業副産物は、石灰石や石炭灰といった通常のセメント原料と違い、ＭｇＯ、Ｃｌ及びアルカリ等の微量成分を多量に含んでいる。このため、製造したセメント組成物の強度、凝結時間、コンクリートとして使用した際の流動性などが、従来のセメントとは異なった挙動を示す場合があり、そのようなセメント組成物の品質を管理する手法が求められている。
【０００３】
このような要請に応じて、例えば下記特許文献１や２では、リートベルト解析法やＷＰＦ解析法を用い、クリンカー鉱物の量、結晶多形、格子定数、格子体積などの情報から、セメント組成物の品質を管理する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５９２８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び２において提案された手法では、全てのセメント特性の挙動変化を管理することは困難である。特に、セメント組成物を硬化させる際、硬化の初期（材齢１〜７日程度）におけるセメント特性の挙動は、微量成分の影響により、予測することが極めて難しい。このため、上述の特許文献１及び２の手法を用いても、硬化の初期における品質管理の信頼性は満足できるものではなく、更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法及びセメント組成物の強度管理方法を提供することを目的とする。また、硬化の初期における経時的な強度の変動が十分に抑制されたセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために、産業廃棄物をセメントクリンカーの原料として使用したセメント組成物において、セメント組成物の鉱物組成と強度発現性との関係について詳細に検討した。その結果、エーライト相の結晶格子のａ軸とｃ軸とがなす角度である軸角βを指標とすることにより、産業廃棄物を原料として大量に用いた場合でも、セメント組成物の硬化初期における強度が調整できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、一つの側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、上記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することができる。この製造方法は、セメント組成物に含まれるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するものであるため、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００１０】
また、本発明は、別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することができる。この製造方法は、セメント組成物に含まれるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するものであるため、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００１２】
本発明におけるエーライト相の軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値であることが好ましい。ＷＰＦ解析法で測定することによって、軸角βを容易に且つ精度よく測定することが可能となり、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を一層容易に且つ精度良く制御することが可能となる。
【００１３】
本発明では、エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°となるように原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整することが好ましい。軸角βを上記範囲とすることによって、硬化の際における強度の経時的な変動が十分に抑制されたセメント組成物を製造することができる。
【００１４】
本発明では、セメント組成物が、Ｃ３Ｓを５５〜７０質量％、Ｃ２Ｓを８〜１５質量％、Ｃ３Ａを７〜１０質量％、Ｃ４ＡＦを７〜９質量％含有するように、上記原料原単位及び上記焼成条件の少なくとも一方を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１５】
本発明では、セメント組成物がＭｇＯを０．７０〜１．３０質量％含有するように、上記原料原単位を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１６】
本発明では、セメント組成物がＣｌを０．００３〜０．０１５質量％含有するように、上記原料原単位を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。また、セメント組成物が接触する鉄筋などの部材の腐食を十分に抑制することができる。
【００１７】
本発明において、セメントクリンカー１トン当たりの原料原単位は、石灰石が１０００〜１４００ｋｇ、硅石が５０〜１５０ｋｇ、石炭灰が０〜２００ｋｇ、高炉スラグが０〜１００ｋｇ、建設発生土が０〜１００ｋｇ、下水汚泥が０〜１００ｋｇ及び鉄源が２０〜８０ｋｇであることが好ましい。原料原単位を上記範囲とすることによって、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１８】
本発明は、別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合し粉砕して得られるセメント組成物であって、エーライト相を５５〜７０質量％含有し、エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるセメント組成物を提供する。
【００１９】
このセメント組成物は、主成分として含有するエーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるため、硬化の初期における経時的な強度の変動を十分に抑制することができる。
【００２０】
本発明は、さらに別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の強度管理方法を提供する。
【００２１】
上述のセメント組成物の強度管理方法によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００２２】
本発明の強度管理方法における軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値であることが好ましい。ＷＰＦ解析法で測定することによって、軸角βを容易に且つ精度よく測定することが可能となり、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を一層精度良く管理することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法及びセメント組成物の強度管理方法を提供することができる。また、本発明により、硬化の初期における経時的な強度の変動が十分に抑制されたセメント組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】エーライト相の軸角βと材齢１日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図２】エーライト相の軸角βと材齢３日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図３】エーライト相の軸角βと材齢７日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図４】エーライト相の軸角βと材齢２８日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のセメント組成物の製造方法は、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した混合原料を焼成してセメントクリンカーを調整する第１準備工程と、セメントクリンカーと石膏とを混合してセメント組成物を得る第２準備工程と、当該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定結果に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整する調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２７】
第１準備工程では、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を所定の比率で配合して得られる原料を、所定の焼成条件で焼成してセメントクリンカーを調製する。
【００２８】
セメントクリンカーの原材料としては、通常のセメント原材料である石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、粘土及び鉄源、並びに、産業廃棄物である建設発生土、下水汚泥及び鉄源等を用いることができる。
【００２９】
建設発生土としては、建設工事の施工に伴い副次的に発生する残土や泥土、廃土等が挙げられる。下水汚泥としては、汚泥単味のほか、これに石灰石を加えて乾粉化したものや、焼却残渣等が挙げられる。鉄源としては銅からみ、高炉ダスト等が挙げられる。
【００３０】
第１準備工程におけるセメントクリンカーは、上述の原材料を所定の比率で配合して混合原料とし、当該混合原料を所定の焼成条件で焼成することによって得ることができる。このセメントクリンカーの原料原単位としては、例えば、石灰石を１０００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１１００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは８０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１００〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量をいう。
【００３１】
上述の各原材料は、例えばボールミル等で混合することが好ましい。このように混合しして得られる混合原料を、サスペンションプレヒータやロータリーキルン等を用いて焼成する。焼成温度は、例えば１０００〜１５００℃、焼成帯の滞留時間は、例えば２０分間〜２時間とすることができる。
【００３２】
第１準備工程において得られるセメントクリンカーは、例えば、主成分として、Ｃ３Ｓ（エーライト）、Ｃ２Ｓ（ビーライト）、Ｃ３Ａ（アルミネート）及びＣ４ＡＦ（フェライト）を含有する。
【００３３】
第２準備工程では、第１準備工程で得たセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物（以下、便宜上「品質管理用セメント組成物」という。）を調製する。混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３４】
調整工程では、まず、第２準備工程で得られた品質管理用セメント組成物のＷＰＦ解析法を行って、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βを測定する。この軸角βは、セメント組成物の硬化の初期における強度と良好な相関関係がある。このため、軸角βを測定することによって、セメント組成物の硬化初期における強度を求めることができる。
【００３５】
この「軸角β」とはエーライト相の結晶格子におけるａ軸とｃ軸とがなす角度である。セメント組成物を硬化させるにあたり、材齢初期（１日〜３日）におけるセメント組成物の強度の変動幅を低減する観点から、セメント組成物の軸角βは、好ましくは１１６．０２〜１１６．０５°であり、より好ましくは１１６．０２５〜１１６．０４５°であり、さらに好ましくは１１６．０３０〜１１６．０４０°であり、特に好ましくは１１６．０３３〜 １１６．０３８°である。
【００３６】
次に、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの製造条件を調整する。具体的には、セメントクリンカーの原料原単位（各原材料の配合量）及び焼成条件の一方又は双方を調整する。これによって、セメントクリンカー及びセメント組成物のエーライト相の軸角βを上述の好適な範囲に調整することができる。
【００３７】
原料原単位及び焼成条件の調整量は、使用原料に含まれる微量成分、使用するロータリーキルンの特性により異なる。例えば、特定の条件で製造したセメント組成物のＷＰＦ解析法を行い、その解析結果から得られるエーライト相の軸角βの値に基づいて、セメントクリンカー原料原単位及び／又は焼成条件を微調整することが簡便である。焼成条件としては、例えば、セメントクリンカーの焼成温度、焼成帯の滞留時間、酸化還元雰囲気、セメントクリンカーの冷却温度、及び冷却速度等が挙げられる。これらの条件の少なくとも一つを変えることによって、焼成条件を調整することができる。
【００３８】
製造工程では、調整工程で得たセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を調製する。製造工程は、第２準備工程と同様にして行うことができる。すなわち、混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３９】
セメント組成物の硬化時における強度を向上する観点から、セメント組成物のＣ３Ｓ（エーライト相）含有量は、好ましくは５５〜７０質量％、より好ましくは６０〜６５質量％、さらに好ましくは６１〜６４質量％である。また、Ｃ２Ｓ（ビーライト相）の含有量は８〜１５質量％、好ましくは９〜１４質量％、さらに好ましくは１０〜１３質量％である。また、Ｃ３Ａ（アルミネート相）の含有量は７〜１０質量％、好ましくは８〜９質量％である。また、Ｃ４ＡＦ（フェライト相）の含有量は７〜９質量％、好ましくは７．５〜８．５質量％である。セメント組成物の組成は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位及び／又は焼成条件を変えることによって調整することができる。
【００４０】
セメント組成物のＭｇＯの含有量は、好ましくは０．７０〜１．３０質量％であり、より好ましくは０．８０〜１．２０質量％であり、さらに好ましくは０．８５〜１．１０質量％である。セメント組成物のＭｇＯの含有量は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位を変えることによって調整することができる。
【００４１】
セメント組成物のＣｌの含有量は、セメント組成物を硬化させる際に、材齢初期（１日、３日）における強度変動幅を低減する観点及びコンクリート中の鉄筋腐食を抑制する観点から、好ましくは０．００３〜０．０１５質量％であり、より好ましくは０．００４〜０．０１３質量％であり、さらに好ましくは０．００５〜０．０１２質量％である。セメント組成物のＣｌの含有量は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位を変えることによって調整することができる。
【００４２】
製造工程で用いるセメントクリンカーの原料原単位は、例えば、石灰石を１０００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１１００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは８０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１００〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。原料原単位を上記範囲とすることによって、セメント組成物の硬化時の強度を十分に高く維持することができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量をいう。
【００４３】
本実施形態のセメント組成物の製造方法によれば、エーライト相の軸角βを調整することによって、硬化初期の強度変動が十分に抑制されたセメント組成物を製造することができる。また、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、セメント組成物の硬化の初期における強度を自由に制御することが可能である。したがって、セメント組成物の硬化初期における強度を管理することが可能となる。すなわち、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、セメント組成物の強度管理方法としても有用である。
【００４４】
本実施形態では、セメントクリンカーを製造する際に一般的に採用されている製造条件を、特に制限することなく採用することができる。例えば、上記条件を満足する単一のセメントクリンカーを用いてセメント組成物を製造してもよいし、互いに組成の異なる二種以上のセメントクリンカーの混合物を用いてセメント組成物を製造することも可能である。また、セメントクリンカー及びセメント組成物の製造設備にも制限はなく、例えば、既存のセメント製造設備によって製造することが可能である。
【００４５】
なお、上述の説明では、一旦品質管理用セメント組成物を製造した後、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整して、セメント組成物を製造しているが、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、上述の各工程を連続的に行うことが可能である。例えば、既存のセメント製造設備を用いて連続的にセメント組成物を製造しながら、適宜、セメント組成物のサンプリングを行って、エーライト相の軸角βの測定を行い、その測定結果をフィードバックして、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整し、セメント組成物の製造を連続して行うことができる。この場合、サンプリングしたセメント組成物が、本実施形態における品質管理用セメント組成物となるが、この品質管理用セメント組成物も、所望の性状を満足する限りにおいて、セメント組成物として用いることが可能であることはいうまでもない。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（セメント組成物の製造）
セメントクリンカーの原材料として、天然原料である石灰石、珪石、石炭灰及び鉄源を、産業廃棄物である建設発生土及び下水汚泥を、それぞれ準備した。これらを所定の割合で混合して焼成し、セメントクリンカーを得た。セメントクリンカーを製造するための原材料の調合量（原料原単位）の１例を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
上述のセメントクリンカーの原材料の種類及び調合割合を変更して、組成の異なる複数種類のセメントクリンカー（Ｎｏ．１〜１０）を得た。得られたセメントクリンカーに、石膏を添加してボールミルで粉砕し、セメント組成物を調製した。
【００５１】
（セメント組成物のＷＰＦ解析）
セメント組成物のエーライト相（Ｃ３Ｓ）の軸角βと、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ及びＣ４ＡＦの含有量を、粉末Ｘ線回折を利用したＷＰＦ解析法（下記参考文献１参照）を用いて測定した。測定結果は表３に示す通りであった。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２５００（（株）リガク製）を用い、管電圧３５ｋＶ、管電流１１０ｍＡ、測定範囲２θ＝１０〜６０°、ステップ幅０．０２°、計数時間２秒間、発散スリット：１°、及び受光スリット：０．１５ｍｍの条件で行った。
【００５２】
ＷＰＦ解析法は、粉末Ｘ線回折パターン総合解析ソフトであるＪＡＤＥ６．０（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．製）を使用して行った。なお、ＷＰＦ解析法に使用した各鉱物相の基本結晶構造は表２に示すとおりである。
【００５３】
ＷＰＦ解析法では、バックグラウンド関数の精密化を行い、Ｃ３Ｓの格子定数及びピーク強度比、立方晶Ｃ３Ａの格子定数並びにＣ４ＡＦの格子定数の精密化を行った。Ｃ２Ｓ及び斜方晶Ｃ３Ａの全パラメータは固定とした。なお、各鉱物相の格子定数及びピーク強度比は、表２の参考文献にそれぞれ記載されている。
【００５４】
【表２】
【００５５】
参考文献１：粉末Ｘ線回折の実際−リートベルト法入門、日本分析化学会、X線分析研究懇談会［編］
参考文献２：Mumme，W.Neues Jahrb. Mineral.，Monatsh.，v1995，p145 (1995)
参考文献３：Mumme，Ｗ.Hill，R．Bushnell-Wye，G．Segnite，E. Neues Jahrb.Mineral.，Abh.，v169， p35 (1995)
参考文献４：Wong-Ng，W. McMurdie，H. Paretzkin，B. Hubbard，C. Dragoo，A. NBS(USA). ICDDGrand-in-Aid (1987)
参考文献５：Lee.F.，Glasser. J.Appl.Crystallogr.，v12，p407 (1979)
参考文献６：Natl.Bur.Stand.(US) Monogr.25，v16，p28 (1979)
【００５６】
各セメント組成物中のＣｌ及びＭｇＯの含有量を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」に基づいて測定した。測定結果は表３に示す通りであった。
【００５７】
【表３】
【００５８】
（セメント組成物のモルタル圧縮強さ試験）
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に基づいて、各セメント組成物のモルタル圧縮強さ試験を行った。モルタル圧縮強さ試験は、材齢１日、３日、７日及び２８日でそれぞれ行った。モルタルの圧縮強さの測定結果は表４に示す通りであった。
【００５９】
【表４】
【００６０】
各材齢において、軸角βをｘ、モルタル圧縮強さをｙとし、回帰分析によってｘとｙの関係式と相関係数とを求めた。図１〜４に、各軸角βにおける圧縮強さをプロットするとともに、上記の通り求めた関係式と相関係数を示す。
【００６１】
図１及び図２によれば、モルタルの材齢１日及び３日の極初期では、セメント組成物のエーライト相の軸角βとモルタル圧縮強さに、良好な相関関係が認められた。この結果より、モルタルの材齢の極初期において、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整することによって、モルタルの強度を管理できることが確認された。
【００６２】
一方、図３によれば、モルタルの材齢７日では、上記極初期における相関関係とは逆の相関関係を示した。このため、材齢１日や材齢３日などの極初期だけでなく、材齢７日におけるモルタルの強さも適度に維持したい場合は、セメント組成物のエーライト相の軸角βを、例えば１１６．０３０〜１１６．０４０°の間に調整することが好ましい。なお、図４に示すように、モルタルの材齢２８日では、セメント組成物のエーライト相の軸角βとモルタルの強さに相関関係は認められなかった。
【００６３】
以上より、セメントクリンカーの原材料の種類や配合比、または焼成条件を変えることによって、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整できることが確認された。また、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整することによって、セメント組成物の硬化の初期における強度を制御できることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物及びその製造方法並びにセメント組成物の強度管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代より資源循環型社会の構築に対する機運が高まり、セメント産業においても産業廃棄物や産業副産物の使用量のさらなる増大が望まれている。セメントクリンカーの原料として使用される産業廃棄物や産業副産物は、石灰石や石炭灰といった通常のセメント原料と違い、ＭｇＯ、Ｃｌ及びアルカリ等の微量成分を多量に含んでいる。このため、製造したセメント組成物の強度、凝結時間、コンクリートとして使用した際の流動性などが、従来のセメントとは異なった挙動を示す場合があり、そのようなセメント組成物の品質を管理する手法が求められている。
【０００３】
このような要請に応じて、例えば下記特許文献１や２では、リートベルト解析法やＷＰＦ解析法を用い、クリンカー鉱物の量、結晶多形、格子定数、格子体積などの情報から、セメント組成物の品質を管理する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５９２８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び２において提案された手法では、全てのセメント特性の挙動変化を管理することは困難である。特に、セメント組成物を硬化させる際、硬化の初期（材齢１〜７日程度）におけるセメント特性の挙動は、微量成分の影響により、予測することが極めて難しい。このため、上述の特許文献１及び２の手法を用いても、硬化の初期における品質管理の信頼性は満足できるものではなく、更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法及びセメント組成物の強度管理方法を提供することを目的とする。また、硬化の初期における経時的な強度の変動が十分に抑制されたセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために、産業廃棄物をセメントクリンカーの原料として使用したセメント組成物において、セメント組成物の鉱物組成と強度発現性との関係について詳細に検討した。その結果、エーライト相の結晶格子のａ軸とｃ軸とがなす角度である軸角βを指標とすることにより、産業廃棄物を原料として大量に用いた場合でも、セメント組成物の硬化初期における強度が調整できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、一つの側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、上記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することができる。この製造方法は、セメント組成物に含まれるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するものであるため、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００１０】
また、本発明は、別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することができる。この製造方法は、セメント組成物に含まれるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するものであるため、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００１２】
本発明におけるエーライト相の軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値であることが好ましい。ＷＰＦ解析法で測定することによって、軸角βを容易に且つ精度よく測定することが可能となり、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を一層容易に且つ精度良く制御することが可能となる。
【００１３】
本発明では、エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°となるように原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整することが好ましい。軸角βを上記範囲とすることによって、硬化の際における強度の経時的な変動が十分に抑制されたセメント組成物を製造することができる。
【００１４】
本発明では、セメント組成物が、Ｃ３Ｓを５５〜７０質量％、Ｃ２Ｓを８〜１５質量％、Ｃ３Ａを７〜１０質量％、Ｃ４ＡＦを７〜９質量％含有するように、上記原料原単位及び上記焼成条件の少なくとも一方を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１５】
本発明では、セメント組成物がＭｇＯを０．７０〜１．３０質量％含有するように、上記原料原単位を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１６】
本発明では、セメント組成物がＣｌを０．００３〜０．０１５質量％含有するように、上記原料原単位を調整することが好ましい。これによって、硬化の初期において、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。また、セメント組成物が接触する鉄筋などの部材の腐食を十分に抑制することができる。
【００１７】
本発明において、セメントクリンカー１トン当たりの原料原単位は、石灰石が１０００〜１４００ｋｇ、硅石が５０〜１５０ｋｇ、石炭灰が０〜２００ｋｇ、高炉スラグが０〜１００ｋｇ、建設発生土が０〜１００ｋｇ、下水汚泥が０〜１００ｋｇ及び鉄源が２０〜８０ｋｇであることが好ましい。原料原単位を上記範囲とすることによって、一層優れた強度を有するセメント組成物を製造することができる。
【００１８】
本発明は、別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合し粉砕して得られるセメント組成物であって、エーライト相を５５〜７０質量％含有し、エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるセメント組成物を提供する。
【００１９】
このセメント組成物は、主成分として含有するエーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるため、硬化の初期における経時的な強度の変動を十分に抑制することができる。
【００２０】
本発明は、さらに別の側面において、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の強度管理方法を提供する。
【００２１】
上述のセメント組成物の強度管理方法によれば、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を容易に制御することができる。
【００２２】
本発明の強度管理方法における軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値であることが好ましい。ＷＰＦ解析法で測定することによって、軸角βを容易に且つ精度よく測定することが可能となり、硬化の際におけるセメント組成物の強度の変動幅を一層精度良く管理することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、産業廃棄物や産業副産物をセメント原料として大量に使用した場合であっても、セメント組成物の硬化の際における強度の変動幅を制御することが可能なセメント組成物の製造方法及びセメント組成物の強度管理方法を提供することができる。また、本発明により、硬化の初期における経時的な強度の変動が十分に抑制されたセメント組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】エーライト相の軸角βと材齢１日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図２】エーライト相の軸角βと材齢３日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図３】エーライト相の軸角βと材齢７日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【図４】エーライト相の軸角βと材齢２８日のモルタル圧縮強さの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のセメント組成物の製造方法は、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した混合原料を焼成してセメントクリンカーを調整する第１準備工程と、セメントクリンカーと石膏とを混合してセメント組成物を得る第２準備工程と、当該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定結果に基づいて、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整する調整工程と、調整工程で得られたセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２７】
第１準備工程では、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を所定の比率で配合して得られる原料を、所定の焼成条件で焼成してセメントクリンカーを調製する。
【００２８】
セメントクリンカーの原材料としては、通常のセメント原材料である石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、粘土及び鉄源、並びに、産業廃棄物である建設発生土、下水汚泥及び鉄源等を用いることができる。
【００２９】
建設発生土としては、建設工事の施工に伴い副次的に発生する残土や泥土、廃土等が挙げられる。下水汚泥としては、汚泥単味のほか、これに石灰石を加えて乾粉化したものや、焼却残渣等が挙げられる。鉄源としては銅からみ、高炉ダスト等が挙げられる。
【００３０】
第１準備工程におけるセメントクリンカーは、上述の原材料を所定の比率で配合して混合原料とし、当該混合原料を所定の焼成条件で焼成することによって得ることができる。このセメントクリンカーの原料原単位としては、例えば、石灰石を１０００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１１００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは８０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１００〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量をいう。
【００３１】
上述の各原材料は、例えばボールミル等で混合することが好ましい。このように混合しして得られる混合原料を、サスペンションプレヒータやロータリーキルン等を用いて焼成する。焼成温度は、例えば１０００〜１５００℃、焼成帯の滞留時間は、例えば２０分間〜２時間とすることができる。
【００３２】
第１準備工程において得られるセメントクリンカーは、例えば、主成分として、Ｃ３Ｓ（エーライト）、Ｃ２Ｓ（ビーライト）、Ｃ３Ａ（アルミネート）及びＣ４ＡＦ（フェライト）を含有する。
【００３３】
第２準備工程では、第１準備工程で得たセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物（以下、便宜上「品質管理用セメント組成物」という。）を調製する。混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３４】
調整工程では、まず、第２準備工程で得られた品質管理用セメント組成物のＷＰＦ解析法を行って、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βを測定する。この軸角βは、セメント組成物の硬化の初期における強度と良好な相関関係がある。このため、軸角βを測定することによって、セメント組成物の硬化初期における強度を求めることができる。
【００３５】
この「軸角β」とはエーライト相の結晶格子におけるａ軸とｃ軸とがなす角度である。セメント組成物を硬化させるにあたり、材齢初期（１日〜３日）におけるセメント組成物の強度の変動幅を低減する観点から、セメント組成物の軸角βは、好ましくは１１６．０２〜１１６．０５°であり、より好ましくは１１６．０２５〜１１６．０４５°であり、さらに好ましくは１１６．０３０〜１１６．０４０°であり、特に好ましくは１１６．０３３〜 １１６．０３８°である。
【００３６】
次に、品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、セメントクリンカーの製造条件を調整する。具体的には、セメントクリンカーの原料原単位（各原材料の配合量）及び焼成条件の一方又は双方を調整する。これによって、セメントクリンカー及びセメント組成物のエーライト相の軸角βを上述の好適な範囲に調整することができる。
【００３７】
原料原単位及び焼成条件の調整量は、使用原料に含まれる微量成分、使用するロータリーキルンの特性により異なる。例えば、特定の条件で製造したセメント組成物のＷＰＦ解析法を行い、その解析結果から得られるエーライト相の軸角βの値に基づいて、セメントクリンカー原料原単位及び／又は焼成条件を微調整することが簡便である。焼成条件としては、例えば、セメントクリンカーの焼成温度、焼成帯の滞留時間、酸化還元雰囲気、セメントクリンカーの冷却温度、及び冷却速度等が挙げられる。これらの条件の少なくとも一つを変えることによって、焼成条件を調整することができる。
【００３８】
製造工程では、調整工程で得たセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を調製する。製造工程は、第２準備工程と同様にして行うことができる。すなわち、混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３９】
セメント組成物の硬化時における強度を向上する観点から、セメント組成物のＣ３Ｓ（エーライト相）含有量は、好ましくは５５〜７０質量％、より好ましくは６０〜６５質量％、さらに好ましくは６１〜６４質量％である。また、Ｃ２Ｓ（ビーライト相）の含有量は８〜１５質量％、好ましくは９〜１４質量％、さらに好ましくは１０〜１３質量％である。また、Ｃ３Ａ（アルミネート相）の含有量は７〜１０質量％、好ましくは８〜９質量％である。また、Ｃ４ＡＦ（フェライト相）の含有量は７〜９質量％、好ましくは７．５〜８．５質量％である。セメント組成物の組成は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位及び／又は焼成条件を変えることによって調整することができる。
【００４０】
セメント組成物のＭｇＯの含有量は、好ましくは０．７０〜１．３０質量％であり、より好ましくは０．８０〜１．２０質量％であり、さらに好ましくは０．８５〜１．１０質量％である。セメント組成物のＭｇＯの含有量は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位を変えることによって調整することができる。
【００４１】
セメント組成物のＣｌの含有量は、セメント組成物を硬化させる際に、材齢初期（１日、３日）における強度変動幅を低減する観点及びコンクリート中の鉄筋腐食を抑制する観点から、好ましくは０．００３〜０．０１５質量％であり、より好ましくは０．００４〜０．０１３質量％であり、さらに好ましくは０．００５〜０．０１２質量％である。セメント組成物のＣｌの含有量は、調整工程において、セメントクリンカーの原料原単位を変えることによって調整することができる。
【００４２】
製造工程で用いるセメントクリンカーの原料原単位は、例えば、石灰石を１０００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１１００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは８０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは１００〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは４０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー及び下水汚泥を０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。原料原単位を上記範囲とすることによって、セメント組成物の硬化時の強度を十分に高く維持することができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量をいう。
【００４３】
本実施形態のセメント組成物の製造方法によれば、エーライト相の軸角βを調整することによって、硬化初期の強度変動が十分に抑制されたセメント組成物を製造することができる。また、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、セメント組成物の硬化の初期における強度を自由に制御することが可能である。したがって、セメント組成物の硬化初期における強度を管理することが可能となる。すなわち、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、セメント組成物の強度管理方法としても有用である。
【００４４】
本実施形態では、セメントクリンカーを製造する際に一般的に採用されている製造条件を、特に制限することなく採用することができる。例えば、上記条件を満足する単一のセメントクリンカーを用いてセメント組成物を製造してもよいし、互いに組成の異なる二種以上のセメントクリンカーの混合物を用いてセメント組成物を製造することも可能である。また、セメントクリンカー及びセメント組成物の製造設備にも制限はなく、例えば、既存のセメント製造設備によって製造することが可能である。
【００４５】
なお、上述の説明では、一旦品質管理用セメント組成物を製造した後、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整して、セメント組成物を製造しているが、本実施形態のセメント組成物の製造方法は、上述の各工程を連続的に行うことが可能である。例えば、既存のセメント製造設備を用いて連続的にセメント組成物を製造しながら、適宜、セメント組成物のサンプリングを行って、エーライト相の軸角βの測定を行い、その測定結果をフィードバックして、セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件を調整し、セメント組成物の製造を連続して行うことができる。この場合、サンプリングしたセメント組成物が、本実施形態における品質管理用セメント組成物となるが、この品質管理用セメント組成物も、所望の性状を満足する限りにおいて、セメント組成物として用いることが可能であることはいうまでもない。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（セメント組成物の製造）
セメントクリンカーの原材料として、天然原料である石灰石、珪石、石炭灰及び鉄源を、産業廃棄物である建設発生土及び下水汚泥を、それぞれ準備した。これらを所定の割合で混合して焼成し、セメントクリンカーを得た。セメントクリンカーを製造するための原材料の調合量（原料原単位）の１例を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
上述のセメントクリンカーの原材料の種類及び調合割合を変更して、組成の異なる複数種類のセメントクリンカー（Ｎｏ．１〜１０）を得た。得られたセメントクリンカーに、石膏を添加してボールミルで粉砕し、セメント組成物を調製した。
【００５１】
（セメント組成物のＷＰＦ解析）
セメント組成物のエーライト相（Ｃ３Ｓ）の軸角βと、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ及びＣ４ＡＦの含有量を、粉末Ｘ線回折を利用したＷＰＦ解析法（下記参考文献１参照）を用いて測定した。測定結果は表３に示す通りであった。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２５００（（株）リガク製）を用い、管電圧３５ｋＶ、管電流１１０ｍＡ、測定範囲２θ＝１０〜６０°、ステップ幅０．０２°、計数時間２秒間、発散スリット：１°、及び受光スリット：０．１５ｍｍの条件で行った。
【００５２】
ＷＰＦ解析法は、粉末Ｘ線回折パターン総合解析ソフトであるＪＡＤＥ６．０（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．製）を使用して行った。なお、ＷＰＦ解析法に使用した各鉱物相の基本結晶構造は表２に示すとおりである。
【００５３】
ＷＰＦ解析法では、バックグラウンド関数の精密化を行い、Ｃ３Ｓの格子定数及びピーク強度比、立方晶Ｃ３Ａの格子定数並びにＣ４ＡＦの格子定数の精密化を行った。Ｃ２Ｓ及び斜方晶Ｃ３Ａの全パラメータは固定とした。なお、各鉱物相の格子定数及びピーク強度比は、表２の参考文献にそれぞれ記載されている。
【００５４】
【表２】
【００５５】
参考文献１：粉末Ｘ線回折の実際−リートベルト法入門、日本分析化学会、X線分析研究懇談会［編］
参考文献２：Mumme，W.Neues Jahrb. Mineral.，Monatsh.，v1995，p145 (1995)
参考文献３：Mumme，Ｗ.Hill，R．Bushnell-Wye，G．Segnite，E. Neues Jahrb.Mineral.，Abh.，v169， p35 (1995)
参考文献４：Wong-Ng，W. McMurdie，H. Paretzkin，B. Hubbard，C. Dragoo，A. NBS(USA). ICDDGrand-in-Aid (1987)
参考文献５：Lee.F.，Glasser. J.Appl.Crystallogr.，v12，p407 (1979)
参考文献６：Natl.Bur.Stand.(US) Monogr.25，v16，p28 (1979)
【００５６】
各セメント組成物中のＣｌ及びＭｇＯの含有量を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」に基づいて測定した。測定結果は表３に示す通りであった。
【００５７】
【表３】
【００５８】
（セメント組成物のモルタル圧縮強さ試験）
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に基づいて、各セメント組成物のモルタル圧縮強さ試験を行った。モルタル圧縮強さ試験は、材齢１日、３日、７日及び２８日でそれぞれ行った。モルタルの圧縮強さの測定結果は表４に示す通りであった。
【００５９】
【表４】
【００６０】
各材齢において、軸角βをｘ、モルタル圧縮強さをｙとし、回帰分析によってｘとｙの関係式と相関係数とを求めた。図１〜４に、各軸角βにおける圧縮強さをプロットするとともに、上記の通り求めた関係式と相関係数を示す。
【００６１】
図１及び図２によれば、モルタルの材齢１日及び３日の極初期では、セメント組成物のエーライト相の軸角βとモルタル圧縮強さに、良好な相関関係が認められた。この結果より、モルタルの材齢の極初期において、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整することによって、モルタルの強度を管理できることが確認された。
【００６２】
一方、図３によれば、モルタルの材齢７日では、上記極初期における相関関係とは逆の相関関係を示した。このため、材齢１日や材齢３日などの極初期だけでなく、材齢７日におけるモルタルの強さも適度に維持したい場合は、セメント組成物のエーライト相の軸角βを、例えば１１６．０３０〜１１６．０４０°の間に調整することが好ましい。なお、図４に示すように、モルタルの材齢２８日では、セメント組成物のエーライト相の軸角βとモルタルの強さに相関関係は認められなかった。
【００６３】
以上より、セメントクリンカーの原材料の種類や配合比、または焼成条件を変えることによって、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整できることが確認された。また、セメント組成物のエーライト相の軸角βを調整することによって、セメント組成物の硬化の初期における強度を制御できることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、
前記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法。
【請求項２】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、
前記品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、
前記調整工程で得られた前記セメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の製造方法。
【請求項３】
前記軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値である請求項１又は２記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項４】
前記軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°となるように前記原料原単位及び前記焼成条件の少なくとも一方を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項５】
前記セメント組成物が、Ｃ３Ｓを５５〜７０質量％、Ｃ２Ｓを８〜１５質量％、Ｃ３Ａを７〜１０質量％、Ｃ４ＡＦを７〜９質量％含有するように、前記原料原単位及び前記焼成条件の少なくとも一方を調整する請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項６】
前記セメント組成物がＭｇＯを０．７０〜１．３０質量％含有するように、前記原料原単位を調整する請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項７】
前記セメント組成物がＣｌを０．００３〜０．０１５質量％含有するように、前記原料原単位を調整する請求項１〜６のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項８】
前記セメントクリンカー１トン当たりの前記原料原単位は、前記石灰石が１０００〜１４００ｋｇ、前記硅石が５０〜１５０ｋｇ、前記石炭灰が０〜２００ｋｇ、前記高炉スラグが０〜１００ｋｇ、前記建設発生土が０〜１００ｋｇ、前記下水汚泥が０〜１００ｋｇ及び前記鉄源が２０〜８０ｋｇである請求項１〜７のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項９】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合し粉砕して得られるセメント組成物であって、
エーライト相を５５〜７０質量％含有し、
前記エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるセメント組成物。
【請求項１０】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、
前記品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、
前記調整工程で得られた前記セメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の強度管理方法。
【請求項１１】
前記軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値である請求項１０記載のセメント組成物の強度管理方法。
【請求項１】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕する工程を有するセメント組成物の製造方法であって、
前記工程において、該セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整するセメント組成物の製造方法。
【請求項２】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、
前記品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、
前記調整工程で得られた前記セメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の製造方法。
【請求項３】
前記軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値である請求項１又は２記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項４】
前記軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°となるように前記原料原単位及び前記焼成条件の少なくとも一方を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項５】
前記セメント組成物が、Ｃ３Ｓを５５〜７０質量％、Ｃ２Ｓを８〜１５質量％、Ｃ３Ａを７〜１０質量％、Ｃ４ＡＦを７〜９質量％含有するように、前記原料原単位及び前記焼成条件の少なくとも一方を調整する請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項６】
前記セメント組成物がＭｇＯを０．７０〜１．３０質量％含有するように、前記原料原単位を調整する請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項７】
前記セメント組成物がＣｌを０．００３〜０．０１５質量％含有するように、前記原料原単位を調整する請求項１〜６のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項８】
前記セメントクリンカー１トン当たりの前記原料原単位は、前記石灰石が１０００〜１４００ｋｇ、前記硅石が５０〜１５０ｋｇ、前記石炭灰が０〜２００ｋｇ、前記高炉スラグが０〜１００ｋｇ、前記建設発生土が０〜１００ｋｇ、前記下水汚泥が０〜１００ｋｇ及び前記鉄源が２０〜８０ｋｇである請求項１〜７のいずれか１項に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項９】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合し粉砕して得られるセメント組成物であって、
エーライト相を５５〜７０質量％含有し、
前記エーライト相の軸角βが１１６．０２〜１１６．０５°であるセメント組成物。
【請求項１０】
石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種を配合した原料を焼成して得られるセメントクリンカーと、石膏と、を混合して粉砕し、品質管理用セメント組成物を得る準備工程と、
前記品質管理用セメント組成物におけるエーライト相の軸角βの測定値に基づいて、前記セメントクリンカーの原料原単位及び焼成条件の少なくとも一方を調整してセメントクリンカーを得る調整工程と、
前記調整工程で得られた前記セメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメント組成物を製造する製造工程と、を有する、セメント組成物の強度管理方法。
【請求項１１】
前記軸角βの測定値はＷＰＦ解析法により測定された値である請求項１０記載のセメント組成物の強度管理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７３８９１（Ｐ２０１０−１７３８９１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３１５（Ｐ２００９−１８３１５）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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