水硬性物質
【課題】高炉スラグ微粉末を用いつつ、環境負荷の少ない水硬性物質を提供する。
【解決手段】本発明の水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。この構成によって、本発明の水硬性物質は、（１）水和反応での発熱量の低減、（２）硬化体となった後での強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の低減の全てをバランスよく実現することができる。このような、水硬性物質により、セメント、構造体、地盤改良材が最適に実現されるようになる。結果として、様々な建築分野等での作業や建築物の精度や性能を向上させることができる。
【解決手段】本発明の水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。この構成によって、本発明の水硬性物質は、（１）水和反応での発熱量の低減、（２）硬化体となった後での強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の低減の全てをバランスよく実現することができる。このような、水硬性物質により、セメント、構造体、地盤改良材が最適に実現されるようになる。結果として、様々な建築分野等での作業や建築物の精度や性能を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銑鉄製造工程から算出される副産物である高炉スラグを有効活用する水硬性物質であって、アルカリ刺激剤を用いることなく高炉スラグの水硬性を生じさせる水硬性物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
水と反応することで硬化する特性を有する物質を用いて、セメントや地盤改良材が製造されることが多い。一般的には、石灰石を主原料としたポルトランドセメントが多く用いられている。このようなポルトランドセメントは、自然界から採取される石灰石（炭酸カルシウム）を焼成、粉砕して製造されるために、製造過程において多量の二酸化炭素を排出する問題が指摘されている。排出される多量の二酸化炭素は、地球温暖化や自然破壊の原因として考えられており、セメント製造における環境負荷軽減が望まれている。
【０００３】
このような環境負荷を軽減するために、銑鉄を製造する際の副産物である高炉スラグは、高炉セメントとしてポルトランドセメントに混合されたり、地盤改良材の主原料として使用されたりする。
【０００４】
高炉において銑鉄を製造する際に、副産物として高炉スラグが生成される。さらに、この高炉スラグの中の高炉水砕スラグは、潜在水硬性を有している。高炉水砕スラグは、１３００℃〜１５００℃で溶融状態にある高炉スラグを水冷することにより急速冷却されたガラス質を含む物質である。高炉水砕スラグを粉砕して微粉末にしたものが高炉スラグ微粉末である。この高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性を有しているので、通常は水と接触しても水硬性を僅かにしか示さない。しかしながら、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を加えることで、潜在水硬性が顕在化して硬化するようになる。
【０００５】
高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるためのアルカリ刺激剤として、最も多く利用されているのが、ポルトランドセメントである。ポルトランドセメントの水和反応によりアルカリ性である水酸化カルシウムが生成される。このアルカリ性の物質による高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が利用されて、高炉スラグを主原料とする高炉セメントや地盤改良材が製造される。高炉スラグ微粉末とポルトランドセメントとを、所定の割合で混合したものが高炉セメントである。一般的には、高炉スラグ微粉末が、全体の４０質量％〜４５質量％程度含まれているものが多い。
【０００６】
このように製造される高炉セメントは、構造体を形成するコンクリートの主原料として用いられたり、軟弱地盤を固める地盤改良材として用いられたりする。高炉セメントは、高炉スラグ微粉末の混合割合によって特性が変化し、高炉スラグの分量が多い方が、ポルトランドセメントのみを使用した場合に比べ優れた耐久性や低発熱性を示す。
【０００７】
このような用途に合わせて、ポルトランドセメントに代表されるアルカリ刺激剤以外に、種々の物質を高炉スラグ微粉末に混合させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２４１１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２０９５４号公報
【特許文献３】特開２００３−２３０２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の高炉セメントは、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために、ポルトランドセメントを混合させていた。このポルトランドセメントは、六価クロムを含有しているため、コンクリートのブリーディング水の中や地盤改良材として利用される場合にはこの六価クロムが環境中に溶出される可能性もある。しかしながら、高炉スラグは溶鉱炉の中で、還元雰囲気で生成されるため、クロムは三価クロムに還元され、六価クロムとしては存在しない。そのため高炉スラグ微粉末から六価クロムは溶出しない。
【００１０】
特許文献１〜３のそれぞれは、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために、アルカリ刺激剤としてポルトランドセメントではなく、水酸化カルシウムを用いることを開示している。このため、特許文献１〜３のそれぞれの技術は、六価クロムの溶出を防止できる。
【００１１】
特許文献１は、高炉セメントの強度を高めるために、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤および石膏を混合させる水硬性物質を開示する。ここで、特許文献１は、アルカリ刺激剤として水酸化カルシウム（消石灰）を開示する。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示される水硬性物質は、高炉スラグ微粉末に、アルカリ刺激剤（消石灰）を混合させる必要がある。消石灰は、自然界から採取された石灰石を焼成して生成される。このため、消石灰の生成過程では、多くの二酸化炭素が排出される。加えて、特許文献１は、ポルトランドセメントと同等以上の強度を得るために、消石灰に加えて、ポルトランドセメントを追加的に混合する技術を開示する。結果として、特許文献１に開示されるような水硬性物質は、二酸化炭素の排出を抑制できない問題を有し、環境破壊や地球温暖化の原因となる問題を生じさせる。
【００１３】
特許文献２は、高炉スラグ微粉末に、石膏、カルシウムを含有するアルカリ刺激剤を混合して製造される汚染土壌の重金属溶出抑制剤を開示する。
【００１４】
特許文献２に開示される技術も、特許文献１と同様に、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を使用する。このアルカリ刺激剤は、消石灰や生石灰であり、石灰石の焼成過程を経て得られるものである。このため、特許文献２の技術は、アルカリ刺激剤を製造する過程で多量の二酸化炭素を生じさせる問題を有している。
【００１５】
特許文献３は、高炉スラグ微粉末に石膏および消石灰（水酸化カルシウム）を混合して製造される固化材を開示する。
【００１６】
特許文献３に開示される技術も、特許文献１，２と同様の問題を有する。
【００１７】
すなわち、従来技術においては、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて、高炉セメントや地盤改良材を製造するに際して、水酸化カルシウムなどのアルカリ刺激剤が用いられる。このようなアルカリ刺激剤は、原料の焼成・粉砕を経て得られる。この焼成の工程において多量の二酸化炭素が排出される。
【００１８】
高炉スラグ微粉末を用いた水硬性物質では、（１）水硬性を発現した後での発熱量の抑制、（２）水和反応によって硬化した硬化体の強度の確保、（３）二酸化炭素の排出量抑制、との特性がある。特許文献１〜３は、（１）の発熱量を抑制できたり、（２）の強度を確保したりすることは可能である。また、混合されるアルカリ刺激剤の量を非常に削減すれば、相対的に二酸化炭素の排出量を減少させることも可能である。
【００１９】
しかしながら、アルカリ刺激剤の混合量を削減すれば、（１）の発熱量の低減は実現されるものの、（２）の強度の確保に悪影響が生じることもある。
【００２０】
すなわち、従来技術１〜３は、上記の（１）〜（３）の全てを同時に実現させることが困難である。加えて、（１）の発熱量抑制や（２）の強度の確保のためには、アルカリ刺激剤を非常に厳密な混合比で混合させる必要がある。結果として、水硬性物質を、構造体を形成するコンクリートとして利用する場合や、地盤改良材として利用する場合にも、水硬性物質の硬化不良や強度不足を生じさせる問題もある。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑み、高炉スラグ微粉末を用いつつ、環境負荷の少ない水硬性物質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】
【００２２】
上記課題に鑑み、本発明の水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の水硬性物質は、製造過程で大量の二酸化炭素を排出することの無い、炭酸カルシウムを用いるので、最終的に製造される水硬性物質は、大量の二酸化炭素排出といった環境問題を引き起こしにくい。
【００２４】
また、水酸化カルシウムを用いる従来技術と異なり、炭酸カルシウムの混合量が厳密に制御される必要はなく、製造される水硬性物質は、安定した硬化や圧縮強度を確保できる。
【００２５】
更に、本発明の水硬性物質は、ポルトランドセメントの代わりに炭酸カルシウムを用いるので、六価クロムの溶出による環境負荷がなく、作業者の安全性も確保できる。
【００２６】
加えて、水硬性物質の強度や発熱量が、従来の高炉セメント同様あるいはそれ以上であることで、セメントや地盤改良材など種々の分野に適用できる。結果として、使用範囲が拡大できるので、環境にやさしい素材が多方面で活用でき、環境負荷の低い建設工事が営まれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における水硬性物質の製造工程を示すブロック図である。
【図２】参考例としての、水酸化カルシウムを混合する水硬性物質の性能一覧を示す表である。
【図３】参考例である水酸化カルシウムを用いた水硬性物質の材齢に伴う圧縮強さを表したグラフである。
【図４】参考例である水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、混合量の相違による圧縮強さの変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１における水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合量の違いによる水硬性物質の性能を示す表である。
【図６】比較例としての水硬性物質の性能を示す表である。
【図７】本発明の実施の形態１における炭酸カルシウムの混合量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２における石膏の混合量と圧縮強さの関係を示す表とグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２における炭酸カルシウムの平均粒径と圧縮強さとの関係を示す表とグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１の発明に係る水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。
【００２９】
この構成により、炭酸カルシウムが、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて水硬性物質の硬化を実現する。炭酸カルシウムが用いられることで、水硬性物質は、（１）水和反応における発熱量の低減、（２）硬化体の圧縮強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の低減、の全てをバランスよく実現できる。
【００３０】
本発明の第２の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３１】
この構成により、水硬性物質は、普通ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、普通ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、普通ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３２】
本発明の第３の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３３】
この構成により、水硬性物質は、高炉セメントＢ種以上の圧縮強度と、高炉セメントＢ種以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、高炉セメントＢ種が用いられる分野に好適に使用される。
【００３４】
本発明の第４の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３５】
この構成により、水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、中庸熱ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、中庸熱ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３６】
本発明の第５の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３７】
この構成により、水硬性物質は、低熱ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、低熱ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、低熱ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３８】
本発明の第６の発明に係る水硬性物質では、第２から第５のいずれかの発明に加えて、混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合される。
【００３９】
この構成により、水硬性物質は、高い圧縮強度を確保できる。
【００４０】
本発明の第７の発明に係る水硬性物質では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上であり、石膏のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上である。
【００４１】
この構成により、水硬性物質は、高い圧縮強度を確保できる。
【００４２】
本発明の第８の発明に係る水硬性物質では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、炭酸カルシウムの平均粒径は、１０μｍ〜５０μｍである。
【００４３】
この構成により、水硬性物質は、圧縮強度を低下させない。
【００４４】
（実施の形態１）
【００４５】
実施の形態１について説明する。
【００４６】
なお、本明細書において説明される「水硬性物質の圧縮強度（単に強度もしくは圧縮強さ）」は、水和反応を受ける前の混合物としての水硬性物質そのものの圧縮強度ではなく、水硬性物質が水和反応によって硬化した硬化体の圧縮強度を示している。但し、説明の便宜のために、水硬性物質の圧縮強度との表現によって、水硬性物質が硬化体となった場合での圧縮強度を説明することも含まれる。
【００４７】
本明細書での「強度」は、硬化体に作用する外力に対する最大限度の抵抗値を示し、「圧縮強度」は、「強度」のうち硬化体に作用する外力が圧縮力である場合を示す。また、「圧縮強さ」は、ＪＩＳ Ｒ５２０１に規定されている圧縮強さの試験方法に準じ実施した試験値を示し、ＪＩＳ Ａ０２０３に規定されている用語の定義に基づく。尚、本明細書では、「圧縮強さ」によって硬化体の「圧縮強度」の指標とし、「圧縮強度」によって硬化体の「強度」の指標とする。
【００４８】
本明細書での「材齢」は、水硬性物質が水和反応を開始してからの経過時間を示す。ＪＩＳ Ｒ５２０１に規定されている圧縮強さの試験方法に準じ実施した試験値の材齢は、水硬性物質と水の練混ぜ開始時からの経過時間を示す。
【００４９】
（全体概要）
【００５０】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末と、石膏および炭酸カルシウムを含有する。もちろん、不可避混合物が混入することを排除するものではない。
【００５１】
高炉では、原料の鉄鉱石、コークス、石灰石などを用いて銑鉄が製造される。高炉スラグは、銑鉄製造工程において得られる副産物で原料中の鉄以外の成分により構成され、セメントと同様にＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の化学成分を含む。このような高炉スラグの有効活用の一つとして、高炉セメントが製造されている。
【００５２】
高炉セメントは、高炉スラグを粉砕して高炉スラグ微粉末とした上で、この高炉スラグ微粉末に石膏およびアルカリ刺激剤としてポルトランドセメントを混合することで得られる。高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性を有しており、ポルトランドセメントのアルカリ刺激により高炉スラグが水和反応を開始すると同時に、ポルトランドセメント自体も水和反応することにより硬化する。アルカリ刺激剤は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させる。従来技術では、このアルカリ刺激剤として、ポルトランドセメントや水酸化カルシウムが用いられていた。
【００５３】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために炭酸カルシウムを用いる。炭酸カルシウムを含有することによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化するようになる。
【００５４】
炭酸カルシウムは、水酸化カルシウムと異なり、その製造過程において焼成等を必要としない。このため、水酸化カルシウムを用いる水硬性物質と異なり、実施の形態１における水硬性物質は、二酸化炭素の排出を低減できる。また、炭酸カルシウムは、六価クロムなどの有害物質を含んでいないので、実施の形態１における水硬性物質は、有害物質を溶出させることもない。
【００５５】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉フラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合されることで製造される。このとき、石膏や炭酸カルシウムなどの添加剤が、主原料である高炉スラグ微粉末に混合されることで水硬性物質が製造される。石膏や炭酸カルシウムの混合は、様々な手順で行われればよい。
【００５６】
例えば、石膏および炭酸カルシウムが同時に高炉スラグ微粉末と混合されても良いし、石膏および炭酸カルシウムの少なくとも一方が、高炉スラグ微粉末に予め混合されても良い。混合手順を自由に選定できることで、汎用性の高い水硬性物質の製造が可能となる。
【００５７】
あるいは、石膏のみが高炉スラグ微粉末に混合されて十分に攪拌されておき、事後的に炭酸カルシウムが混合されても良い。炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるので、炭酸カルシウムが顕在化の重要な要素となる。このため、炭酸カルシウムを事後的に混合することも好適である。例えば、炭酸カルシウムが含まれていない混合物の状態で流通し、水硬性物質として使用する際に炭酸カルシウムを混合する。このような段階的な混合によって、流通経路や実際の使用時における水硬性物質の作業ミスを防止できる。
【００５８】
図１は、本発明の実施の形態１における水硬性物質の製造工程を示すブロック図である。図１は、高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８および炭酸カルシウム９のそれぞれを同時に混合する製造方法を示している。高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、それぞれの原料である高炉水砕スラグ１、石膏２、石灰石３から乾燥工程４、粉砕工程５を経て、分級工程６で所定の粒径に選別されて製造される。所定の粒径に選別された高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、計量工程１０で所定の質量％になるよう計量された後、混合工程１１で均等に混ざり合うように攪拌混合される。
【００５９】
以上の、工程を経て、水硬性物質が製造される。なお、高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、同一施設で製造されても良いし、各々が別の施設で製造されても良い。
【００６０】
（炭酸カルシウムによる潜在水硬性の顕在化）
【００６１】
炭酸カルシウムは、高炉スラグ微粉末の有する潜在水硬性を顕在化させる。
【００６２】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する水硬性物質は、水の混合を受けることで、高炉スラグ微粉末からカルシウムやアルミナイオンが溶出して石膏と反応してエトリンガイトが形成される。このエトリンガイトは、水硬性の発現には、そこまで寄与しないが、エトリンガイトの形成後に更に水和反応が進行し、高炉スラグ微粉末からカルシウムやシリケートイオンが溶出する。この結果、カルシウムシリケートハイドレイト（以下、「Ｃ−Ｓ−Ｈ」という）というゲル状物質が生成されて、このゲル状物質が硬化体の空隙を充填して、硬化体の硬化が更に進む。この硬化が進んでいくことで、硬化体の圧縮強度が向上する。
【００６３】
ここで、従来技術のように潜在水硬性を顕在化させるために、水酸化カルシウムを用いる場合には、水酸化カルシウムの混合量が厳密に制御されなければならない。これは、水酸化カルシウムが混合物に対して０．５質量％以上となると、水和反応初期において、高炉スラグ微粉末の表面が微細な針状エトリンガイトで被覆されるためスラグ中からＣａやＳｉイオンの溶出が抑制され、Ｃ−Ｓ−Ｈの生成が遅れるからである。
【００６４】
一方、実施の形態１における水硬性物質は、水酸化カルシウムではなく炭酸カルシウムを含有する。この炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末（および石膏）に混合されると、水和反応の初期に高炉スラグ微粉末表面に、微細なエトリンガイトが生成されることが無く、炭酸カルシウムを結晶核とする粗大な柱状エトリンガイトが生成される。この結果、高炉スラグ微粉末表面からカルシウムやシリケートイオンが溶出しやすくなって水和が進行する。この水和の進行によって、実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて、硬化体となる。このとき、十分な圧縮強度を実現できる。
【００６５】
以上のように炭酸カルシウムが混合されることによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化する。加えて、水酸化カルシウムのように、厳密な混合量の制御によらなければ水硬性物質の硬化不良や強度不足といった問題も生じにくい。
【００６６】
また、炭酸カルシウムは、天然素材から容易に入手できる（あるいは、天然素材の簡単な加工によって容易に入手できる）。炭酸カルシウムの生成工程においては、水酸化カルシウム（石灰石を高温で焼成して得られる酸化カルシウム（生石灰）に水を反応させて得られる）と異なり焼成工程を不要とする。このため、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化するために、炭酸カルシウムが用いられる場合には、二酸化炭素の排出量が抑制される。また、後で詳述するが、水和反応における発熱量や硬化体の圧縮強度も確保できる。
【００６７】
このように、発明者の鋭意の検討や研究によって、水酸化カルシウムなどのアルカリ刺激剤の代わりに、炭酸カルシウムを用いることで、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるとともに、（１）水和反応における発熱量を削減し、（２）硬化体の強度を確保し、（３）二酸化炭素の排出量を削減できる。
【００６８】
（セメントの規格）
【００６９】
ＪＩＳ規格では、セメントには、大きく分けて４つの種類が定められている。ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントである。ポルトランドセメントには、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩のそれぞれの種別がある。高炉セメント、シリカセメントおよびフライアッシュセメントのそれぞれには、Ａ種、Ｂ種、Ｃ種のそれぞれの種別がある。
【００７０】
このＪＩＳ規格は、圧縮強さを規定している。圧縮強さ（Ｎ／ｍｍ２）は、材齢、３日、７日、２８日（セメント種によっては７日、２８日、９１日）における値で特定されている。一般的には、材齢が経過することでセメントの水和反応が進行し、圧縮強さが増加していく。
【００７１】
水硬性物質は、セメントとして利用されたり地盤改良材として利用されたりするが、セメントとして利用される場合には、このＪＩＳ規格における各セメントの圧縮強さを基準として、実施の形態１の水硬性物質の性能を検討すればよい。
【００７２】
このようなＪＩＳ規格におけるセメントの各数値を基準として、実施の形態１における水硬性物質における石膏や炭酸カルシウムの混合比率を検討すればよい。
【００７３】
（水酸化カルシウムを用いる不具合）
【００７４】
実施の形態１における水硬性物質は、水酸化カルシウムを用いた従来技術よりも、種々の点で優れている。従来技術における水酸化カルシウムを用いた水硬性物質は、特許文献１〜３等に開示されるとおり、その混合量を非常に厳密に制御する必要がある。加えて、混合される水酸化カルシウムの量は非常に少ない。具体的には、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムの混合物に対して、０．１２５質量％〜０．５質量％の水酸化カルシウムが混合されることが望ましい。
【００７５】
この水酸化カルシウムの混合量である０．１２５質量％〜０．５質量％は、絶対的な量も小さい上にその範囲も狭い。絶対的な量が小さいことで、混合物に対する水酸化カルシウムの混合量を調整するのは非常に困難である。また、水酸化カルシウムの絶対的な混合量が少ないことで、混合物の中での均等な攪拌が困難となる。このため、製造される水硬性物質の精度がばらつく問題が生じる。
【００７６】
また、混合量の許容範囲も、０．５％未満であるので、制御も非常に困難である。正確な制御ができないことによって、望ましい値よりも少ない水酸化カルシウムが混合されたり、望ましい値よりも多い水酸化カルシウムが混合されたりすることで、製造される水硬性物質の強度や発熱量に悪影響が生じる。
【００７７】
水硬性物質は、構造体を形成するセメントに使用されたり、地盤を固める地盤改良材として使用されたりする。これらのセメントや地盤改良材は、大量に使用されるので、低コストであることが求められる。このような低コストが求められる水硬性物質において、水酸化カルシウムの混合量や攪拌を非常に厳密に制御しなければならないとすると、水硬性物質の製造コストが高くなってしまう。
【００７８】
図２は、参考例としての、水酸化カルシウムを混合する水硬性物質の性能一覧を示す表である。図２を用いて、水酸化カルシウムを水硬性物質に用いる場合のデメリットを説明する。
【００７９】
図２（ａ）は、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムを混合させた水硬性物質の配合割合を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示された水硬性物質の圧縮強さを示している。図２（ｃ）は、ＪＩＳ規格における各種セメントの圧縮強さを示している。参考例１６は普通ポルトランドセメント（一般の用途に用いる汎用性のあるポルトランドセメント）を、参考例１７は中庸熱ポルトランドセメント（水和熱が普通ポルトランドセメントより小さくなるように調整されたポルトランドセメント）を、参考例１８は低熱ポルトランドセメント（水和熱が中庸熱ポルトランドセメントよりも更に小さくなるように調整されたポルトランドセメント）を、参考例１９は高炉セメントＢ種（ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末をあらかじめ混合したセメントであって、高炉スラグの分量が３０質量％を超え６０質量％以下）をそれぞれ示す。なお、図２（ｃ）では、ＪＩＳ規格に基づくため、材齢の全ての数値はそろっていない。
【００８０】
図２（ｄ）は、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムを混合させた水硬性物質の発熱量とＪＩＳ規格対象の各種セメントの発熱量を示している。なお、ここでいう発熱量とは２０℃の養生条件でコンダクションカロリーメータにより測定した材齢５日（１２０時間）までの累積発熱量を示したものである。
【００８１】
図２（ａ）において、参考例１〜３は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が２０００（ｃｍ２／ｇ）である配合割合を示している。同様に参考例４〜６は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が３０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例７〜９は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が４０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例１０〜１２は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が５０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例１３〜１５は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が６０００（ｃｍ２／ｇ）である配合を示している。
【００８２】
また、ブレーン比表面積の値毎に、混合物全体に対して、水酸化カルシウムの混合量を、０．１２５質量％、０．７５質量％、２質量％の３種類の混合状態での配合割合を示している。
【００８３】
一般的には、水硬性物質としては、３０００ｃｍ２／ｇ以上のブレーン比表面積のものが用いられる。図２（ｄ）においてブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇである参考例４〜６をみると、混合量が０．１２５質量％である参考例４および０．７５質量％である参考例５の場合には、発熱量は、低熱ポルトランドセメントである参考例１８の発熱量を上回っている。しかしながら、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である参考例６の場合には、低熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。
【００８４】
一方、図２（ｂ）と（ｃ）において、水酸化カルシウムの混合量が０．７５質量％である参考例５および２質量％である参考例６の場合には、普通ポルトランドセメント（参考例１６）、中庸熱ポルトランドセメント（参考例１７）、高炉セメントＢ種（参考例１９）の圧縮強さを下回っている。材齢によっては、低熱ポルトランドセメント（参考例１８）の圧縮強さをも下回っている。
【００８５】
同様に、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇである場合にも、混合量が０．１２５質量％（参考例７）および０．７５質量％（参考例８）の場合には、発熱量が低熱ポルトランドセメント（参考例１８）の数値を上回ってしまう。一方、混合量が０．７５重量（参考例８）％および２質量％（参考例９）の場合には、普通ポルトランドセメント（参考例１６）、中庸熱ポルトランドセメント（参考例１７）、低熱ポルトランドセメント（参考例１８）、高炉セメントＢ種（参考例１９）の圧縮強さを下回ってしまうことがある。これらの傾向は、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、２０００ｃｍ２／ｇ（参考例１〜３）、５０００ｃｍ２／ｇ（参考例１０〜１２）、６０００ｃｍ２／ｇ（参考例１３〜１５）の場合でも、同様に見られる。
【００８６】
以上のように、水酸化カルシウムがアルカリ刺激剤として用いられる水硬性物質は、水酸化カルシウムの添加比率の僅かな違いによって、圧縮強さおよび発熱量において大きな違いを生じさせてしまう。
【００８７】
図３は、参考例である水酸化カルシウムを用いた水硬性物質の材齢に伴う圧縮強さを表したグラフである。図３（ａ）〜図３（ｄ）のそれぞれは、混合される水酸化カルシウムの比率ごとに、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積の変化によって生じる圧縮強さを示している。図３に示されるグラフは、図２の表から得られる。
【００８８】
図３（ａ）は、水硬性物質の材齢が１日である場合における圧縮強さを示している。圧縮強さは、折れ線で示されている。菱形を用いた折れ線は、０．１２５質量％の水酸化カルシウム（図３においては、消石灰と記載されているが、これは水酸化カルシウムのことである）が混合された水硬性物質での結果を示しており、方形を用いた折れ線は、０．７５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質での結果を示しており、三角形を用いた折れ線は、２質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質での結果を示している。
【００８９】
これらの表示は、図３（ｂ）〜図３（ｄ）のそれぞれで同様である。図３（ｂ）は、水硬性物質の材齢が３日である場合における圧縮強さを示している。図３（ｃ）は、水硬性物質の材齢が７日である場合における圧縮強さ強度を示している。図３（ｄ）は、水硬性物質の材齢が２８日である場合における圧縮強さを示している。
【００９０】
若干の相違はあるもの、図３（ａ）〜図３（ｄ）のそれぞれに示されるように、材齢が１日程度の場合では、水酸化カルシウムの混合量が０．７５質量％である場合が、最も高い圧縮強さを示す。しかし材齢が経過するにつれ、水酸化カルシウムの混合量が０．１２５質量％である場合が、最も高い圧縮強さを示すようになる。これに対して、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である場合は、圧縮強さは非常に低く、図２（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格で要求される圧縮強さに満たない。高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が変化しても同様の傾向が示される。
【００９１】
図３のそれぞれのグラフからわかる通り、水酸化カルシウムの混合量が、僅か０．３質量％程度変化しただけで、材齢に対する圧縮強さの現れ方が異なったり、僅か１質量％程度変化しただけで、十分な圧縮強さが確保できなかったりする。
【００９２】
図４は、参考例である水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、混合量の相違による圧縮強さの変化を示すグラフである。それぞれ、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積の違いに伴った変化を示している。なお、グラフ中の横軸に平行な破線は、ＪＩＳ規格における、各材齢での圧縮強さを示している。すなわち、図４（ａ）〜図４（ｃ）の各グラフ中の破線は、上の破線から順に、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの、材齢が２８日、７日、３日における圧縮強さを示している。各グラフの折れ線（水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さを示す）がこの破線と比較されることで、水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さの十分・不十分が判断できる。
【００９３】
図４（ａ）は、水酸化カルシウムの混合量が０．１２５質量％である場合の水硬性物質の圧縮強さを示している。また、グラフのそれぞれは、０．１２５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、材齢が３日、７日、２８日での圧縮強さを示している。ＪＩＳ規格においては、これら３種類の材齢に対応する圧縮強さのみが示されているので、図４のグラフでは、この３種類の材齢に対応した圧縮強さを折れ線で示している。
【００９４】
図４（ａ）は、混合物に対して０．１２５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積のそれぞれにおける、材齢が３日、７日、２８日での圧縮強さを示している。菱形を用いた折れ線は、材齢が３日である水硬性物質の圧縮強さを示している。方形を用いた折れ線は、材齢が７日である水硬性物質の圧縮強さを示している。三角形を用いた折れ線は、材齢が２８日である水硬性物質の圧縮強さを示している。図４（ｂ）、図４（ｃ）においても同様である。
【００９５】
図４（ａ）、（ｂ）から明らかな通り、材齢が経過するに従って、圧縮強さは増加していく。しかしながら、図４（ｃ）から明らかな通り、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である場合には、材齢に関らず圧縮強さは非常に弱い。２質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さは、ＪＩＳ規格で要求される圧縮強さに比較して非常に弱い。また、図４（ｂ）から明らかな通り、０．７５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質は、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が小さい状態では、弱い圧縮強さを示す。
【００９６】
このように、高炉スラグ微粉末に混合される水酸化カルシウムの量や高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が厳密に制御されなければ、十分な圧縮強度を確保できない問題がある。
【００９７】
（炭酸カルシウムの混合）
本発明の水硬性物質は、従来技術と異なり水酸化カルシウムに置き換えて炭酸カルシウムを用いる。
【００９８】
ここで、炭酸カルシウムは、従来技術である水酸化カルシウムと異なり、その混合量が厳密に制御されなくてもよい。炭酸カルシウムが混合されることによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化するのは、上記で説明した通りである。炭酸カルシウムは、生成過程で二酸化炭素を排出しない上に、混合量の厳密な制御無しに、発熱量の抑制や圧縮強度の確保を実現できる。
【００９９】
図５は、本発明の実施の形態１における水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合量の違いによる水硬性物質の性能を示す表である。図５は、実施の形態１の水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合率のそれぞれにおける圧縮強さ、発熱量および二酸化炭素排出量を一覧として示している。図６は、比較例としての水硬性物質の性能を示す表である。図６は、図５と対比させるために、ＪＩＳ規格におけるセメントの規格および従来技術における水酸化カルシウムを用いた水硬性物質での性能を示している。
【０１００】
図５（ａ）は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００（ｃｍ２／ｇ））、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（粒径１５．７μｍ）の配合割合を示している。実施例１〜７はそれぞれ、水硬性物質に対する炭酸カルシウムの混合量が、１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％、３０質量％、５０質量％である場合を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す水硬性物質の圧縮強さを示している。図５（ｃ）および（ｄ）は、図５（ａ）に示す水硬性物質の発熱量と二酸化炭素排出量を示している。ここで、発熱量とは、図２（ｄ）で示された発熱量と同一方法で測定された累積発熱量を示す。二酸化炭素排出量は、文献「コンクリートセクターにおける地球温暖化物質・廃棄物の最小化に関する研究委員会報告」日本コンクリート工学協会、２０１０．７に記載されている内容を基に、発明者が試算した結果である。
【０１０１】
図６（ａ）は、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００（ｃｍ２／ｇ））、石膏（二水石膏）および消石灰（水酸化カルシウム）を混合させた水硬性物質の配合割合を示している。比較例１および２は、消石灰の混合量がそれぞれ０．１２５質量％、０．７５質量％である場合を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す水硬性物質の圧縮強さを示している。図６（ｃ）は、ＪＩＳ規格における各種セメントの圧縮強さを示している。比較例３は普通ポルトランドセメントを、比較例４は中庸熱ポルトランドセメントを、比較例５は低熱ポルトランドセメントを、比較例６は高炉セメントＢ種をそれぞれ示す。図６（ｄ）および（ｅ）は、図６（ａ）に示す水硬性物質の発熱量と二酸化炭素排出量を示している。ここで、発熱量および二酸化炭素排出量は、図５（ｃ）および（ｄ）と同一の方法で測定および試算した結果である。
【０１０２】
（発熱量の検討）
【０１０３】
まず、図５、図６より、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質の発熱量を検討する。図６（ｄ）の表から明らかな通り、ＪＩＳ規格対象セメントの発熱量の測定値は、普通ポルトランドセメント（比較例３）の場合で２１５Ｊ／ｇ、中庸熱ポルトランドセメント（比較例４）の場合で１６７Ｊ／ｇ、低熱ポルトランドセメント（比較例５）の場合で１４８Ｊ／ｇ、高炉セメントＢ種（比較例６）の場合で１８４Ｊ／ｇである。
【０１０４】
次に、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために消石灰（水酸化カルシウム）を混合した比較例１および２における発熱量は、消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）の場合で１７５Ｊ／ｇ、消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）の場合に１７３Ｊ／ｇである。
【０１０５】
一方、図５（ｃ）に示されるように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質の発熱量は、混合物に対する炭酸カルシウムの混合量が１質量％（実施例１）の場合に１４７Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が３質量％（実施例２）の場合に１４５Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が５質量％（実施例３）の場合に１３５Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％（実施例４）の場合に１２４Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）の場合に１１９Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％（実施例６）の場合に１０７Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が５０質量％（実施例７）の場合に９４Ｊ／ｇである。
【０１０６】
図５に示される実施の形態１における水硬性物質の発熱量は、図６に示されるいずれの種類のセメントおよび水硬性物質の発熱量を下回っている。すなわち、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるのに炭酸カルシウムを含有する水硬性物質（実施の形態１の水硬性物質）は、発熱量の面で、ＪＩＳに規定されるいずれのセメントよりも低い値を示しており、消石灰を混合した水硬性物質よりも低い値を示している。当然ながら、従来技術の高炉セメントよりも発熱量が小さい。
【０１０７】
水酸化カルシウムの代わりに炭酸カルシウムを用いることでアルカリ添加量が減少し高炉スラグの水和反応が抑制されるので、水和反応における発熱量が減少していると考えられる。
【０１０８】
また、図５の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜５０質量％での幅広い範囲において、発熱量は、大きく変動しない。炭酸カルシウムの混合量の大小に関らず、発熱量は各種セメントの実測値を下回っている上に、混合量の大小によって発熱量の変動が少ない。すなわち、炭酸カルシウムの高炉スラグ微粉末への混合量は、発熱量抑制の観点から、厳密な制御を必要としない。
【０１０９】
以上のように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質は、発熱量を抑えることができる。
【０１１０】
（二酸化炭素排出量の検討）
【０１１１】
次に、図５、図６を用いて実施の形態１における水硬性物質が、二酸化炭素の排出量を低減できていることについて説明する。
【０１１２】
図５（ｄ）は、炭酸カルシウムの混合量のそれぞれにおける二酸化炭素の排出量を示している。図５（ｄ）に示されるとおり、炭酸カルシウムの混合量が１質量％（実施例１）の場合の二酸化炭素排出量は２１．６ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が３質量％（実施例２）の場合の二酸化炭素排出量は２１．４ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が５質量％（実施例３）である場合の二酸化炭素排出量は２１．２ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％（実施例４）である場合の二酸化炭素排出量は２０．８ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）である場合の二酸化炭素排出量は２０．３ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％（実施例６）である場合の二酸化炭素排出量は１８．９ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が５０質量％（実施例７）である場合の二酸化炭素排出量は１７.０ｋｇ／ｔである。
【０１１３】
炭酸カルシウムの混合量が増加するにつれて、二酸化炭素排出量が減少するのは、水硬性物質の主原料の一つであるである石灰石の方が高炉スラグよりも粉砕が容易なため粉砕時のエネルギー原単位が低くなるからである。
【０１１４】
また、図５（ｄ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量に関らず、いずれの水硬性物質の二酸化炭素排出量も、図６（ｅ）の表に示されるＪＩＳ規格に規定されるセメントの二酸化炭素排出量よりも極めて少ない。ポルトランドセメントやポルトランドセメントを用いる高炉セメントよりも、実施の形態１における水硬性物質の二酸化炭素排出量は低減されている。
【０１１５】
図６（ｅ）の表は、消石灰（水酸化カルシウム）を含有する水硬性物質での二酸化炭素排出量を示している。消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）である場合には、二酸化炭素排出量は２２．４ｋｇ／ｔであり、消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）の場合には、二酸化炭素排出量は２６．０ｋｇ／ｔである。
【０１１６】
炭酸カルシウムを含有する実施の形態１の水硬性物質は、これら消石灰（水酸化カルシウム）を含有する従来技術の水硬性物質よりも、二酸化炭素排出量を低減している。実際に図５（ｄ）の表と図６（ｅ）の表とを比較すると、消石灰を含有する従来技術の水硬性物質に比較して、炭酸カルシウムを含有する水硬性物質の二酸化炭素排出量の削減率は少ないようにも見える。しかし、これは従来技術の水酸化カルシウムを含有する水硬性物質は、圧縮強度を確保するために０．１２５重雨量％〜０．５質量％程度しか混合されることができないので、水酸化カルシウムによる二酸化炭素排出量の絶対値が低くなるためである。しかしながら、従来技術の水酸化カルシウムを含有する水硬性物質は、混合される水酸化カルシウムの比率が少ない分、高炉スラグ微粉末の相対量が多くなるため、この高炉スラグ微粉末の粉砕過程での二酸化炭素排出量に起因する。
【０１１７】
実施の形態１の水硬性物質は、従来技術と異なりポルトランドセメントや水酸化カルシウムの代わりに、炭酸カルシウムを含有する。第１に、炭酸カルシウムは、その生成過程で二酸化炭素を排出しない。第２に、炭酸カルシウムは、広い幅の比率で混合されればよいので、混合物に含有される高炉スラグ微粉末の相対的な量を減らすことができる。これら２つの利点が相まって、実施の形態１の水硬性物質は、従来技術に比較して、二酸化炭素排出量を削減できる。
【０１１８】
また、発熱量の場合と同様に、炭酸カルシウムの混合量の変化によって二酸化炭素排出量が大きく変動することがない。このため、炭酸カルシウムの混合量の厳密な制御が不要である。この結果、水硬性物質の製造コストが低減でき（製造工程や品質管理工程でのコストが低減できるため）、水硬性物質を使用したセメントや地盤改良材のコストも低減できる。
【０１１９】
（圧縮強度の検討）
【０１２０】
次に、実施の形態１の炭酸カルシウムを含有する水硬性物質の圧縮強度、圧縮強度から検討される炭酸カルシウムの混合比率について説明する。
【０１２１】
実施の形態１における水硬性物質では、混合される炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させる。この潜在水硬性が顕在化することで、水硬性物質は、水和反応を通じて固化して硬化体となる。このとき、硬化体の圧縮強度は、潜在水硬性を顕在化させる炭酸カルシウムの混合量によって左右される。
【０１２２】
ここで、水硬性物質に要求される圧縮強度は、水硬性物質の利用用途によって、異なる。例えば、図６（ｃ）に示されるように、ＪＩＳ規格は、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種の圧縮強さをそれぞれ規定している。
【０１２３】
実施の形態１における水硬性物質は、これらＪＩＳ規格で規定される種々のセメントと同様の使用目的を有する場合には、それぞれのセメントとの比較によって、必要な圧縮強さを定義できる。ここで、一般的には、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種が用いられるので、これらそれぞれの対比するセメントに要求される圧縮強さに見合う炭酸カルシウムの混合比率を検討する。
【０１２４】
（混合比率の範囲その１）
【０１２５】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合されるのが好ましい。
【０１２６】
図５（ｂ）の表から明らかな通り、１質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例１）には、材齢が３日での圧縮強さは、１４．２０（単位は省略。以下同じ）、材齢が７日での圧縮強さは、３５．７０、材齢が２８日での圧縮強さは、５３．３０である。
【０１２７】
これらの値は、いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。また、１質量％の炭酸カルシウムが混合された実施の形態１の水硬性物質は、発熱量でも普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１２８】
同様に、３質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例２）には、材齢が３日での圧縮強さは１３．８０、材齢が７日での圧縮強さは３４．７０、材齢が２８日での圧縮強さは５２．６０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１２９】
同様に、５質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例３）には、材齢が３日での圧縮強さは１３．９０、材齢が７日での圧縮強さは３５．５０、材齢が２８日での圧縮強さは５４．４０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１３０】
同様に、１０質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例４）には、材齢が３日での圧縮強さは１４．６０、材齢が７日での圧縮強さは３４．３０、材齢が２８日での圧縮強さは５０．９０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１３１】
また、１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％のいずれの混合量の場合においても、二酸化炭素排出量は、普通ポルトランドセメントよりも少ない。
【０１３２】
一方、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％となる場合（実施例５）には、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１の水硬性物質の材齢３日の圧縮強さは、１１．７０であり、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの３日の圧縮強さの１２．５より小さい。このため、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％を越えると、実施の形態１の水硬性物質が普通ポルトランドセメントと同様の用途に使用することに困難が生じる可能性がある。
【０１３３】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜１０質量％である場合には、圧縮強さは普通ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は普通ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、普通ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜１０質量％であることが好ましい。
【０１３４】
このように、実施の形態１の水硬性物質が１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムを含有することで、この水硬性物質が、普通ポルトランドセメントを上回る性能（発熱量、二酸化炭素排出量、圧縮強度）を有することができる。
【０１３５】
なお、水硬性物質が不可避混合物を含む場合に、炭酸カルシウムの混合量の比率が１質量％〜１０質量％から変動する可能性もあるが、本発明の趣旨として、本発明はこのような場合も含むものである。
【０１３６】
（混合比率の範囲その２）
【０１３７】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１３８】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％においては、材齢が、３日、７日、２８日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における高炉セメントＢ種よりも大きい。高炉セメントＢ種の材齢が３日での圧縮強さは１０．０、７日での圧縮強さは１７．５、材齢が２８日での圧縮強さは４２．５である。
【０１３９】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して１５質量％である場合（実施例５）には、材齢が３日での圧縮強さは１１．７０、材齢が７日での圧縮強さは３３．５０、材齢が２８日での圧縮強さは５３．５０である。
【０１４０】
この炭酸カルシウムの混合量が、１５質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される高炉セメントＢ種の圧縮強さを上回っている。
【０１４１】
一方で、図５（ｂ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して３０質量％である場合（実施例６）には、材齢が３日での圧縮強さは７．８５、材齢が７日での圧縮強さは２６．６０、材齢が２８日での圧縮強さは４４．４０である。このため、実施の形態１の水硬性物質は、材齢が３日における圧縮強さが、ＪＩＳ規格における高炉セメントＢ種の圧縮強さを下回っている。このため、実施の形態１の水硬性物質は、高炉セメントＢ種と同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、１５質量％程度までが適当である。
【０１４２】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜１５質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が高炉セメントＢ種の発熱量を下回っている。
【０１４３】
また、１質量％〜１５質量％のいずれの混合量の場合においても、二酸化炭素排出量は、高炉セメントＢ種よりも少ない。
【０１４４】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜１５質量％である場合には、圧縮強さは高炉セメントＢ種よりも高く、発熱量は高炉セメントＢ種よりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、高炉セメントＢ種と同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜１５質量％であることが好ましい。
【０１４５】
（混合比率の範囲その３）
【０１４６】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１４７】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％および１５質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１、その２で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％および１５質量％においては、材齢が、３日、７日、２８日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における中庸熱ポルトランドセメントよりも大きい。中庸熱ポルトランドセメントの材齢が３日での圧縮強さは７．５、材齢が７日での圧縮強さは１５．０、材齢が２８日での圧縮強さは３２．５である。
【０１４８】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して３０質量％である場合（実施例６）には、材齢が３日での圧縮強さは７．８５、材齢が７日での圧縮強さは２６．６０、材齢が２８日での圧縮強さは４４．４０である。
【０１４９】
この炭酸カルシウムの混合量が、３０質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される中庸熱ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。
【０１５０】
一方で、図５（ｂ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合（実施例７）には、材齢が３日での圧縮強さは４．０９、材齢が７日での圧縮強さは１７．３０、材齢が２８日での圧縮強さは３３．００である。このため、実施の形態１の水硬性物質は、材齢が３日における圧縮強さが、ＪＩＳ規格における中庸熱ポルトランドセメントの圧縮強さを下回っている。このため、実施の形態１の水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、３０質量％程度までが適当である。
【０１５１】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜３０質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が中庸熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。当然ながら、二酸化炭素排出量はポルトランドセメントよりも少ない。
【０１５２】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜３０質量％である場合には、圧縮強さは中庸熱ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は中庸熱ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、中庸熱ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜３０質量％であることが好ましい。
【０１５３】
（混合比率の範囲その４）
【０１５４】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１５５】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％および３０質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１、その２、その３で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％および３０質量％においては、材齢が７日、２８日、９１日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における低熱ポルトランドセメントよりも大きい。低熱ポルトランドセメントの材齢が７日での圧縮強さは７．５、材齢が２８日での圧縮強さは２２．５、材齢が９１日での圧縮強さは４２．５である。
【０１５６】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合には、材齢が７日での圧縮強さは１７．３、材齢が２８日での圧縮強さは３３．００、材齢が９１日での圧縮強さは４３．６０である。
【０１５７】
この炭酸カルシウムの混合量が、５０質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される低熱ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。
【０１５８】
一方で、低熱ポルトランドセメントの材齢が９１日での圧縮強さは４２．５である。これに対して、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合での、材齢が９１日での圧縮強さは４３．６０であって、圧縮強さの余裕量が少ない。すなわち、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％を超えると、圧縮強さが低熱ポルトランドセメントのＪＩＳ規格値を満足できない可能性がある。このため、実施の形態１の水硬性物質は、低熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、５０質量％程度までが適当である。
【０１５９】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜５０質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が低熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。当然ながら、二酸化炭素排出量はポルトランドセメントよりも少ない。
【０１６０】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜５０質量％である場合には、圧縮強さは低熱ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は低熱ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、低熱ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜５０質量％であることが好ましい。
【０１６１】
以上のように、実施の形態１における水硬性物質は、混合物に対して種々の範囲の割合で混合されることで、得られる水硬性物質の用途を決定できる。まとめると、混合物に対して１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、普通ポルトランドセメントと同様の用途に使用でき、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、高炉セメントＢ種と同様の用途に使用でき、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用でき、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、低熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用できる。
【０１６２】
図６（ｂ）の表に示される、水酸化カルシウム（消石灰）を混合する従来技術の水硬性物質においては、消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）である場合は、材齢が３日での圧縮強さは１２．２、材齢が７日での圧縮強さは２１．９、材齢が２８日での圧縮強さは３５．６である。これは、図６（ｃ）の表に示される、圧縮強さのＪＩＳ規格値のうち、普通ポルトランドセメントおよび高炉セメントＢ種の値をすべて満足するものではないが、中庸熱ポルトランドセメントの規格値をすべての材齢で上回っている。消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）である場合は、すべての材齢で圧縮強さが低い。
【０１６３】
一方で、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用できる、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）および３０質量％（実施例６）の場合に、材齢３日での圧縮強さで比較例１の圧縮強さを下回るものの、材齢７日、材齢２８日では比較例１の圧縮強さを上回っている。炭酸カルシウムの混合量を１０質量％以下（実施例１〜４）にすることで、すべての材齢で比較例１の圧縮強さを上回る。
【０１６４】
このように、水酸化カルシウムを含有する従来技術の水硬性物質においては、各々の用途によって要求される圧縮強度を満足させるためには、水酸化カルシウムの混合量が非常に狭い範囲に限定されることに対し、炭酸カルシウムを混合する水硬性物質においては、混合量を広い範囲で選択することができる。
【０１６５】
また、水酸化カルシウムを混合する従来技術の水硬性物質と炭酸カルシウムを混合する水硬性物質を同様の用途で使用する場合、炭酸カルシウムを混合する水硬性物質の方が、発熱量および二酸化炭素排出量が少なくなる。
【０１６６】
（圧縮強度の面からの炭酸カルシウム比率の広さ）
【０１６７】
また、実施の形態１の水硬性物質は、圧縮強度の観点からも、幅広い炭酸カルシウムの混合量を許容できる。炭酸カルシウムの混合量は、上述の通り用途によってその範囲が異なるが、いずれの場合でも、幅広い混合範囲が許容される。
【０１６８】
図７は、本発明の実施の形態１における炭酸カルシウムの混合量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。図７は、横軸に炭酸カルシウムの混合量を示し、縦軸に得られる水硬性物質の圧縮強さを示している。グラフ中の菱形の付された折れ線は材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は材齢が２８日での圧縮強さを示しており、丸の付された折れ線は材齢が９１日での圧縮強さを示している。また、図７のグラフの破線は、上の破線から順に、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの、材齢が２８日、７日、３日における圧縮強さを示している。各グラフの折れ線（炭酸カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さを示す）がこの破線と比較されることで、炭酸カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さの十分・不十分が容易に判断できる。
【０１６９】
材齢の異なるそれぞれの折れ線から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％くらいまでは、圧縮強さが極端に低下することはない。特に、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％くらいまでは、圧縮強さはほとんど同程度の値を示している。一方で、図４に示されるように、水酸化カルシウムを含有する従来技術の水硬性物質は、その混合量が僅かに変動するだけで圧縮強さが極端に低下するなどの問題を有している。
【０１７０】
図４と図７との比較からわかる通り、圧縮強度の観点からも、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質は、炭酸カルシウムの混合量の幅を広くできる。幅が広いことに加えて、混合物に対する混合される炭酸カルシウムの絶対量も十分に大きい。これらが相まって、実施の形態１における水硬性物質の製造は容易になり、製造工程でのコストも低減できる。結果として水硬性物質がセメントや地盤改良材に使用される場合のコストも低減できる。これらは、上述の通り、発熱量や二酸化炭素排出量の観点からも同様である。
【０１７１】
以上のように、実施の形態１における水硬性物質は、従来技術が有していた問題である、（１）発熱量の削減、（２）強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の削減、の全てをバランスよく実現できる。加えて、製造コストも低減できるので、従来の各種セメントのそれぞれに対応する用途に幅広く使用される。結果として、実施の形態１の水硬性物質の流通量が増加することになって、水硬性物質のコストも低減できる。
【０１７２】
（実施の形態２）
【０１７３】
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で説明した以外の各種特性や工夫について説明する。なお、実施の形態１で説明された、水硬性物質、水硬性物質の含む物質（高炉スラグ微粉末、石膏、炭酸カルシウム）の特性や制御内容は、実施の形態２でも同様である。
【０１７４】
（高炉スラグ微粉末）
高炉スラグ微粉末は、そのブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、構造用コンクリートや地盤改良材などで実用上の十分な強度が得られなくなるからである。これは、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、水硬性物質の水和反応が遅延するからである。図２より明らかな通り、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるのに水酸化カルシウムが用いられる場合でも、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが、圧縮強度の面から好ましい。潜在水硬性を顕在化させるのに、炭酸カルシウムが用いられる水硬性物質であっても同様である。
【０１７５】
特に、一般的な高炉セメントに含有される高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は３０００ｃｍ２／ｇ以上が適当であるので、この点からも高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。
【０１７６】
（石膏）
【０１７７】
石膏としては、例えば、二水石膏、半水石膏、無水石膏等があげられ、これらが単独で使用されても良いし、２種以上の石膏が適宜混合されて使用されても良い。石膏においては、産業副産物として生成する排煙脱硫石膏、廃石膏ボード等が使用されても良いし、天然に産出される石膏が使用されても良い
【０１７８】
水硬性物質に混合される石膏は、そのブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。これは、高炉スラグ微粉末に要求されるブレーン比表面積の場合と同じである。石膏のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、水硬性物質の水和反応において未反応の石膏が残ってしまい、この残留した石膏が硬化後に異常膨張を生じさせる恐れがあるからである。
【０１７９】
また、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合されることが好ましい。
【０１８０】
石膏は、水硬性物質が硬化体になる際の硬化を促進させる。このため、石膏のブレーン比表面積および混合量は、上述のような範囲にあることが好ましい。
【０１８１】
図８は、本発明の実施の形態２における石膏の混合量と圧縮強さの関係を示す表とグラフである。図８（ａ）の表は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（粒径１５．７μｍ）の配合割合を示している。図８（ｂ）の表は、図８（ａ）に示された水硬性物質の材齢毎の圧縮強さを示している。図８（ｃ）のグラフは、図８（ｂ）の表に対応し、石膏の混合量の変化によって、得られる水硬性物質の圧縮強さの変化を示している。図８（ｃ）のグラフでは、横軸が石膏の混合量（質量％）を示しており、縦軸は圧縮強さを示している。菱形の付された折れ線は、材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は、材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は、材齢が２８日での圧縮強さを示しており、丸の付された折れ線は、材齢が９１日での圧縮強さを示している。
【０１８２】
図８（ｃ）のグラフにおいては、横軸に石膏の混合量（質量％）を示している。図８（ｃ）のグラフから明らかな通り、材齢の違いによらず、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合されている場合の水硬性物質は、その圧縮強さに大きな変動を有さない。一方で、石膏の混合量が５質量％もしくは２５質量％である場合は、材齢７日での圧縮強さが大きく低下している。すなわち、石膏は、１０質量％〜２０質量％の範囲で、混合物に混合されるのが好ましい。石膏は、水硬性物質の硬化を促進させる役割を有するが、混合率が１０質量％〜２０質量％の範囲であれば、図８（ｃ）のグラフの通り、圧縮強さの低下などをもたらさないからである。
【０１８３】
以上のように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態２における水硬性物質は、１０質量％〜２０質量％の範囲での石膏を含有することが適当である。
【０１８４】
（炭酸カルシウムの平均粒径）
【０１８５】
実施の形態２における水硬性物質に含有される炭酸カルシウムは、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有することが好ましい。平均粒径が５０μｍを越えてしまうと、水硬性物質の水和反応において、エトリンガイトが高炉スラグ微粉末の表面を覆ってしまい水和反応が遅延するからである。水和反応が遅延すると、水硬性物質が硬化した硬化体の圧縮強度が低下する問題が生じてしまう。
【０１８６】
このため、水硬性物質は、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムを含有することが好ましい。水硬性物質の製造においては、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムが混合される。
【０１８７】
図９は、本発明の実施の形態２における炭酸カルシウムの平均粒径と圧縮強さとの関係を示す表とグラフである。図９（ａ）の表は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（平均粒径２．０μｍ〜１５．７μｍ）の配合割合を示している。図９（ｂ）の表は、図８（ａ）に示された水硬性物質の材齢毎の圧縮強さを示している。図９（ｃ）のグラフの横軸は、炭酸カルシウムの平均粒径を示しており、縦軸は、得られる水硬性物質の圧縮強さを示している。図９（ｃ）のグラフ中の菱形の付された折れ線は、材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は、材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は、材齢が２８日での圧縮強さを示している。
【０１８８】
これら３つの折れ線からわかる通り、材齢の違いに関らず、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ〜５０μｍの範囲であれば、圧縮強さに悪影響を与えない。炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ未満となる範囲では、圧縮強さが低下している。特に、材齢が２８日での圧縮強さは、炭酸カルシウムの平均粒径が１５μｍ程度の場合に比較して、炭酸カルシウムの平均粒径が５μｍの場合では、かなり低下している（図９（ｃ）では、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ辺りから、材齢が２８日の折れ線グラフは、圧縮強さの弱いほうに向けて下がっていっている）。
【０１８９】
水硬性物質が水和反応を生じて硬化体となる場合には、一般的には、材齢が進むにつれて水和反応が進み、圧縮強度は増加する傾向にある。このような一般的な状況下で、材齢が２８日となる場合に、圧縮強度が低下することは好ましくない。
【０１９０】
発明者の実験では、炭酸カルシウムの平均粒径が１５．７μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは５２．４であって十分であるが、炭酸カルシウムの平均粒径が５．８μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、４９．１であり、炭酸カルシウムの平均粒径が２．０μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、４６．０であり、次第に低下している。炭酸カルシウムの平均粒径が１５．７μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さに対して、炭酸カルシウムの平均粒径が２．０μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、８７.８％であり、１２％以上も低下している。これだけの低下が見られることは、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ以下では好ましくないといえる。
【０１９１】
このように、水硬性物質に含有される炭酸カルシウムは、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有することが好ましい。
【０１９２】
以上のように、実施の形態２における（実施の形態１における水硬性物質においても同様である）水硬性物質は、石膏の混合率、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積、石膏のブレーン比表面積、炭酸カルシウムの平均粒径を所定の範囲に特定することで、安定するとともに高い圧縮強度を得ることができる。
【０１９３】
なお、実施の形態２で列挙した各物質の特定は一例であって、同様の効果を生じさせる他の例を排除するものではない。
【０１９４】
（実施の形態３）
【０１９５】
次に実施の形態３について説明する。
【０１９６】
実施の形態１、２で説明される水硬性物質は、水和反応によって硬化する特徴を利用する様々な用途に使用される。例えば、水硬性物質は、建築物や土木構造物に用いられるセメントとして使用される。あるいは、水硬性物質は、地盤を固めるのに用いられる地盤改良材として使用される。
【０１９７】
セメントとして使用される場合には、建設現場に水硬性物質（粉体である）が輸送され、現場で水等と混合されて水和反応によって硬化する。あるいは、生コン工場で水等と混合されて、建設現場等に輸送される。建設現場では、これら水硬性物質の硬化を利用して、構造体を形成する。すなわち、水硬性物質は、建設用コンクリートやモルタルとして使用される。
【０１９８】
あるいは、水硬性物質が地盤改良材として使用される場合には、固化させたい土壌に粉体である水硬性物質が混合される。この混合によって土壌と水硬性物質とが混ぜ合わされる。この混ぜ合わされた土壌に対して水が添加されて水和反応が生じる。あるいは、粉体である水硬性物質に水を添加しスラリー化した状態で固化させたい土壌に混合させる。この水和反応によって、土壌を巻き込んで水硬性物質が硬化する。結果として、土壌が固化される。
【０１９９】
このように、実施の形態１、２で説明された水硬性物質は、セメント、コンクリート、モルタル、地盤改良材などに使用される。
【０２００】
また、実施の形態１、２の水硬性物質は、図１に示される製造方法で製造される。
【０２０１】
すなわち、高炉スラグ微粉末に、石膏および炭酸カルシウムが混合される混合工程を備える製造方法によって、水硬性物質が製造される。この製造方法は、石膏および炭酸カルシウムのいずれか一方が、高炉スラグ微粉末に先に混合されてから、他方が後から混合される混合工程を含んでも良いし、石膏および炭酸カルシウムの両方が、高炉スラグ微粉末に同時に混合される混合工程を含んでも良い。
【０２０２】
また、混合工程においては、高炉スラグ微粉末に、石膏および炭酸カルシウムの少なくとも一方が、少量ずつ混合されても良いし、石膏および炭酸カルシウムの全ての所定量が、同時に混合されて攪拌されても良い。混合および攪拌の際には、混合状態が一様かつ均一になるように、十分に攪拌される。
【０２０３】
炭酸カルシウムを含有する実施の形態１、２の水硬性物質は、このような製造方法によって製造される。
【０２０４】
以上、実施の形態１〜３で説明された水硬性物質は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。また、実施の形態１〜３で説明された水硬性物質は、製造、流通などにおいて混合する可能性のある不可避混合物質を含むことを排除するものではない。
【符号の説明】
【０２０５】
１ 高炉水砕スラグ
２ 石膏
３ 石灰石
４ 乾燥工程
５ 粉砕工程
６ 分級工程
７ 高炉スラグ微粉末
８ 石膏（粉末）
９ 炭酸カルシウム粉末
１０ 計量工程
１１ 混合工程 １２ 水硬性物質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銑鉄製造工程から算出される副産物である高炉スラグを有効活用する水硬性物質であって、アルカリ刺激剤を用いることなく高炉スラグの水硬性を生じさせる水硬性物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
水と反応することで硬化する特性を有する物質を用いて、セメントや地盤改良材が製造されることが多い。一般的には、石灰石を主原料としたポルトランドセメントが多く用いられている。このようなポルトランドセメントは、自然界から採取される石灰石（炭酸カルシウム）を焼成、粉砕して製造されるために、製造過程において多量の二酸化炭素を排出する問題が指摘されている。排出される多量の二酸化炭素は、地球温暖化や自然破壊の原因として考えられており、セメント製造における環境負荷軽減が望まれている。
【０００３】
このような環境負荷を軽減するために、銑鉄を製造する際の副産物である高炉スラグは、高炉セメントとしてポルトランドセメントに混合されたり、地盤改良材の主原料として使用されたりする。
【０００４】
高炉において銑鉄を製造する際に、副産物として高炉スラグが生成される。さらに、この高炉スラグの中の高炉水砕スラグは、潜在水硬性を有している。高炉水砕スラグは、１３００℃〜１５００℃で溶融状態にある高炉スラグを水冷することにより急速冷却されたガラス質を含む物質である。高炉水砕スラグを粉砕して微粉末にしたものが高炉スラグ微粉末である。この高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性を有しているので、通常は水と接触しても水硬性を僅かにしか示さない。しかしながら、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を加えることで、潜在水硬性が顕在化して硬化するようになる。
【０００５】
高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるためのアルカリ刺激剤として、最も多く利用されているのが、ポルトランドセメントである。ポルトランドセメントの水和反応によりアルカリ性である水酸化カルシウムが生成される。このアルカリ性の物質による高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が利用されて、高炉スラグを主原料とする高炉セメントや地盤改良材が製造される。高炉スラグ微粉末とポルトランドセメントとを、所定の割合で混合したものが高炉セメントである。一般的には、高炉スラグ微粉末が、全体の４０質量％〜４５質量％程度含まれているものが多い。
【０００６】
このように製造される高炉セメントは、構造体を形成するコンクリートの主原料として用いられたり、軟弱地盤を固める地盤改良材として用いられたりする。高炉セメントは、高炉スラグ微粉末の混合割合によって特性が変化し、高炉スラグの分量が多い方が、ポルトランドセメントのみを使用した場合に比べ優れた耐久性や低発熱性を示す。
【０００７】
このような用途に合わせて、ポルトランドセメントに代表されるアルカリ刺激剤以外に、種々の物質を高炉スラグ微粉末に混合させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２４１１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２０９５４号公報
【特許文献３】特開２００３−２３０２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の高炉セメントは、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために、ポルトランドセメントを混合させていた。このポルトランドセメントは、六価クロムを含有しているため、コンクリートのブリーディング水の中や地盤改良材として利用される場合にはこの六価クロムが環境中に溶出される可能性もある。しかしながら、高炉スラグは溶鉱炉の中で、還元雰囲気で生成されるため、クロムは三価クロムに還元され、六価クロムとしては存在しない。そのため高炉スラグ微粉末から六価クロムは溶出しない。
【００１０】
特許文献１〜３のそれぞれは、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために、アルカリ刺激剤としてポルトランドセメントではなく、水酸化カルシウムを用いることを開示している。このため、特許文献１〜３のそれぞれの技術は、六価クロムの溶出を防止できる。
【００１１】
特許文献１は、高炉セメントの強度を高めるために、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤および石膏を混合させる水硬性物質を開示する。ここで、特許文献１は、アルカリ刺激剤として水酸化カルシウム（消石灰）を開示する。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示される水硬性物質は、高炉スラグ微粉末に、アルカリ刺激剤（消石灰）を混合させる必要がある。消石灰は、自然界から採取された石灰石を焼成して生成される。このため、消石灰の生成過程では、多くの二酸化炭素が排出される。加えて、特許文献１は、ポルトランドセメントと同等以上の強度を得るために、消石灰に加えて、ポルトランドセメントを追加的に混合する技術を開示する。結果として、特許文献１に開示されるような水硬性物質は、二酸化炭素の排出を抑制できない問題を有し、環境破壊や地球温暖化の原因となる問題を生じさせる。
【００１３】
特許文献２は、高炉スラグ微粉末に、石膏、カルシウムを含有するアルカリ刺激剤を混合して製造される汚染土壌の重金属溶出抑制剤を開示する。
【００１４】
特許文献２に開示される技術も、特許文献１と同様に、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を使用する。このアルカリ刺激剤は、消石灰や生石灰であり、石灰石の焼成過程を経て得られるものである。このため、特許文献２の技術は、アルカリ刺激剤を製造する過程で多量の二酸化炭素を生じさせる問題を有している。
【００１５】
特許文献３は、高炉スラグ微粉末に石膏および消石灰（水酸化カルシウム）を混合して製造される固化材を開示する。
【００１６】
特許文献３に開示される技術も、特許文献１，２と同様の問題を有する。
【００１７】
すなわち、従来技術においては、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて、高炉セメントや地盤改良材を製造するに際して、水酸化カルシウムなどのアルカリ刺激剤が用いられる。このようなアルカリ刺激剤は、原料の焼成・粉砕を経て得られる。この焼成の工程において多量の二酸化炭素が排出される。
【００１８】
高炉スラグ微粉末を用いた水硬性物質では、（１）水硬性を発現した後での発熱量の抑制、（２）水和反応によって硬化した硬化体の強度の確保、（３）二酸化炭素の排出量抑制、との特性がある。特許文献１〜３は、（１）の発熱量を抑制できたり、（２）の強度を確保したりすることは可能である。また、混合されるアルカリ刺激剤の量を非常に削減すれば、相対的に二酸化炭素の排出量を減少させることも可能である。
【００１９】
しかしながら、アルカリ刺激剤の混合量を削減すれば、（１）の発熱量の低減は実現されるものの、（２）の強度の確保に悪影響が生じることもある。
【００２０】
すなわち、従来技術１〜３は、上記の（１）〜（３）の全てを同時に実現させることが困難である。加えて、（１）の発熱量抑制や（２）の強度の確保のためには、アルカリ刺激剤を非常に厳密な混合比で混合させる必要がある。結果として、水硬性物質を、構造体を形成するコンクリートとして利用する場合や、地盤改良材として利用する場合にも、水硬性物質の硬化不良や強度不足を生じさせる問題もある。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑み、高炉スラグ微粉末を用いつつ、環境負荷の少ない水硬性物質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】
【００２２】
上記課題に鑑み、本発明の水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の水硬性物質は、製造過程で大量の二酸化炭素を排出することの無い、炭酸カルシウムを用いるので、最終的に製造される水硬性物質は、大量の二酸化炭素排出といった環境問題を引き起こしにくい。
【００２４】
また、水酸化カルシウムを用いる従来技術と異なり、炭酸カルシウムの混合量が厳密に制御される必要はなく、製造される水硬性物質は、安定した硬化や圧縮強度を確保できる。
【００２５】
更に、本発明の水硬性物質は、ポルトランドセメントの代わりに炭酸カルシウムを用いるので、六価クロムの溶出による環境負荷がなく、作業者の安全性も確保できる。
【００２６】
加えて、水硬性物質の強度や発熱量が、従来の高炉セメント同様あるいはそれ以上であることで、セメントや地盤改良材など種々の分野に適用できる。結果として、使用範囲が拡大できるので、環境にやさしい素材が多方面で活用でき、環境負荷の低い建設工事が営まれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における水硬性物質の製造工程を示すブロック図である。
【図２】参考例としての、水酸化カルシウムを混合する水硬性物質の性能一覧を示す表である。
【図３】参考例である水酸化カルシウムを用いた水硬性物質の材齢に伴う圧縮強さを表したグラフである。
【図４】参考例である水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、混合量の相違による圧縮強さの変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１における水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合量の違いによる水硬性物質の性能を示す表である。
【図６】比較例としての水硬性物質の性能を示す表である。
【図７】本発明の実施の形態１における炭酸カルシウムの混合量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２における石膏の混合量と圧縮強さの関係を示す表とグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２における炭酸カルシウムの平均粒径と圧縮強さとの関係を示す表とグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１の発明に係る水硬性物質は、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する。
【００２９】
この構成により、炭酸カルシウムが、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて水硬性物質の硬化を実現する。炭酸カルシウムが用いられることで、水硬性物質は、（１）水和反応における発熱量の低減、（２）硬化体の圧縮強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の低減、の全てをバランスよく実現できる。
【００３０】
本発明の第２の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３１】
この構成により、水硬性物質は、普通ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、普通ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、普通ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３２】
本発明の第３の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３３】
この構成により、水硬性物質は、高炉セメントＢ種以上の圧縮強度と、高炉セメントＢ種以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、高炉セメントＢ種が用いられる分野に好適に使用される。
【００３４】
本発明の第４の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３５】
この構成により、水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、中庸熱ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、中庸熱ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３６】
本発明の第５の発明に係る水硬性物質では、第１の発明に加えて、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合される。
【００３７】
この構成により、水硬性物質は、低熱ポルトランドセメント以上の圧縮強度と、低熱ポルトランドセメント以下の発熱量および二酸化炭素排出量をもって、低熱ポルトランドセメントが用いられる分野に好適に使用される。
【００３８】
本発明の第６の発明に係る水硬性物質では、第２から第５のいずれかの発明に加えて、混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合される。
【００３９】
この構成により、水硬性物質は、高い圧縮強度を確保できる。
【００４０】
本発明の第７の発明に係る水硬性物質では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上であり、石膏のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上である。
【００４１】
この構成により、水硬性物質は、高い圧縮強度を確保できる。
【００４２】
本発明の第８の発明に係る水硬性物質では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、炭酸カルシウムの平均粒径は、１０μｍ〜５０μｍである。
【００４３】
この構成により、水硬性物質は、圧縮強度を低下させない。
【００４４】
（実施の形態１）
【００４５】
実施の形態１について説明する。
【００４６】
なお、本明細書において説明される「水硬性物質の圧縮強度（単に強度もしくは圧縮強さ）」は、水和反応を受ける前の混合物としての水硬性物質そのものの圧縮強度ではなく、水硬性物質が水和反応によって硬化した硬化体の圧縮強度を示している。但し、説明の便宜のために、水硬性物質の圧縮強度との表現によって、水硬性物質が硬化体となった場合での圧縮強度を説明することも含まれる。
【００４７】
本明細書での「強度」は、硬化体に作用する外力に対する最大限度の抵抗値を示し、「圧縮強度」は、「強度」のうち硬化体に作用する外力が圧縮力である場合を示す。また、「圧縮強さ」は、ＪＩＳ Ｒ５２０１に規定されている圧縮強さの試験方法に準じ実施した試験値を示し、ＪＩＳ Ａ０２０３に規定されている用語の定義に基づく。尚、本明細書では、「圧縮強さ」によって硬化体の「圧縮強度」の指標とし、「圧縮強度」によって硬化体の「強度」の指標とする。
【００４８】
本明細書での「材齢」は、水硬性物質が水和反応を開始してからの経過時間を示す。ＪＩＳ Ｒ５２０１に規定されている圧縮強さの試験方法に準じ実施した試験値の材齢は、水硬性物質と水の練混ぜ開始時からの経過時間を示す。
【００４９】
（全体概要）
【００５０】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末と、石膏および炭酸カルシウムを含有する。もちろん、不可避混合物が混入することを排除するものではない。
【００５１】
高炉では、原料の鉄鉱石、コークス、石灰石などを用いて銑鉄が製造される。高炉スラグは、銑鉄製造工程において得られる副産物で原料中の鉄以外の成分により構成され、セメントと同様にＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の化学成分を含む。このような高炉スラグの有効活用の一つとして、高炉セメントが製造されている。
【００５２】
高炉セメントは、高炉スラグを粉砕して高炉スラグ微粉末とした上で、この高炉スラグ微粉末に石膏およびアルカリ刺激剤としてポルトランドセメントを混合することで得られる。高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性を有しており、ポルトランドセメントのアルカリ刺激により高炉スラグが水和反応を開始すると同時に、ポルトランドセメント自体も水和反応することにより硬化する。アルカリ刺激剤は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させる。従来技術では、このアルカリ刺激剤として、ポルトランドセメントや水酸化カルシウムが用いられていた。
【００５３】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために炭酸カルシウムを用いる。炭酸カルシウムを含有することによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化するようになる。
【００５４】
炭酸カルシウムは、水酸化カルシウムと異なり、その製造過程において焼成等を必要としない。このため、水酸化カルシウムを用いる水硬性物質と異なり、実施の形態１における水硬性物質は、二酸化炭素の排出を低減できる。また、炭酸カルシウムは、六価クロムなどの有害物質を含んでいないので、実施の形態１における水硬性物質は、有害物質を溶出させることもない。
【００５５】
実施の形態１における水硬性物質は、高炉フラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合されることで製造される。このとき、石膏や炭酸カルシウムなどの添加剤が、主原料である高炉スラグ微粉末に混合されることで水硬性物質が製造される。石膏や炭酸カルシウムの混合は、様々な手順で行われればよい。
【００５６】
例えば、石膏および炭酸カルシウムが同時に高炉スラグ微粉末と混合されても良いし、石膏および炭酸カルシウムの少なくとも一方が、高炉スラグ微粉末に予め混合されても良い。混合手順を自由に選定できることで、汎用性の高い水硬性物質の製造が可能となる。
【００５７】
あるいは、石膏のみが高炉スラグ微粉末に混合されて十分に攪拌されておき、事後的に炭酸カルシウムが混合されても良い。炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるので、炭酸カルシウムが顕在化の重要な要素となる。このため、炭酸カルシウムを事後的に混合することも好適である。例えば、炭酸カルシウムが含まれていない混合物の状態で流通し、水硬性物質として使用する際に炭酸カルシウムを混合する。このような段階的な混合によって、流通経路や実際の使用時における水硬性物質の作業ミスを防止できる。
【００５８】
図１は、本発明の実施の形態１における水硬性物質の製造工程を示すブロック図である。図１は、高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８および炭酸カルシウム９のそれぞれを同時に混合する製造方法を示している。高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、それぞれの原料である高炉水砕スラグ１、石膏２、石灰石３から乾燥工程４、粉砕工程５を経て、分級工程６で所定の粒径に選別されて製造される。所定の粒径に選別された高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、計量工程１０で所定の質量％になるよう計量された後、混合工程１１で均等に混ざり合うように攪拌混合される。
【００５９】
以上の、工程を経て、水硬性物質が製造される。なお、高炉スラグ微粉末７、石膏（粉末）８、炭酸カルシウム粉末９は、同一施設で製造されても良いし、各々が別の施設で製造されても良い。
【００６０】
（炭酸カルシウムによる潜在水硬性の顕在化）
【００６１】
炭酸カルシウムは、高炉スラグ微粉末の有する潜在水硬性を顕在化させる。
【００６２】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する水硬性物質は、水の混合を受けることで、高炉スラグ微粉末からカルシウムやアルミナイオンが溶出して石膏と反応してエトリンガイトが形成される。このエトリンガイトは、水硬性の発現には、そこまで寄与しないが、エトリンガイトの形成後に更に水和反応が進行し、高炉スラグ微粉末からカルシウムやシリケートイオンが溶出する。この結果、カルシウムシリケートハイドレイト（以下、「Ｃ−Ｓ−Ｈ」という）というゲル状物質が生成されて、このゲル状物質が硬化体の空隙を充填して、硬化体の硬化が更に進む。この硬化が進んでいくことで、硬化体の圧縮強度が向上する。
【００６３】
ここで、従来技術のように潜在水硬性を顕在化させるために、水酸化カルシウムを用いる場合には、水酸化カルシウムの混合量が厳密に制御されなければならない。これは、水酸化カルシウムが混合物に対して０．５質量％以上となると、水和反応初期において、高炉スラグ微粉末の表面が微細な針状エトリンガイトで被覆されるためスラグ中からＣａやＳｉイオンの溶出が抑制され、Ｃ−Ｓ−Ｈの生成が遅れるからである。
【００６４】
一方、実施の形態１における水硬性物質は、水酸化カルシウムではなく炭酸カルシウムを含有する。この炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末（および石膏）に混合されると、水和反応の初期に高炉スラグ微粉末表面に、微細なエトリンガイトが生成されることが無く、炭酸カルシウムを結晶核とする粗大な柱状エトリンガイトが生成される。この結果、高炉スラグ微粉末表面からカルシウムやシリケートイオンが溶出しやすくなって水和が進行する。この水和の進行によって、実施の形態１における水硬性物質は、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させて、硬化体となる。このとき、十分な圧縮強度を実現できる。
【００６５】
以上のように炭酸カルシウムが混合されることによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化する。加えて、水酸化カルシウムのように、厳密な混合量の制御によらなければ水硬性物質の硬化不良や強度不足といった問題も生じにくい。
【００６６】
また、炭酸カルシウムは、天然素材から容易に入手できる（あるいは、天然素材の簡単な加工によって容易に入手できる）。炭酸カルシウムの生成工程においては、水酸化カルシウム（石灰石を高温で焼成して得られる酸化カルシウム（生石灰）に水を反応させて得られる）と異なり焼成工程を不要とする。このため、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化するために、炭酸カルシウムが用いられる場合には、二酸化炭素の排出量が抑制される。また、後で詳述するが、水和反応における発熱量や硬化体の圧縮強度も確保できる。
【００６７】
このように、発明者の鋭意の検討や研究によって、水酸化カルシウムなどのアルカリ刺激剤の代わりに、炭酸カルシウムを用いることで、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるとともに、（１）水和反応における発熱量を削減し、（２）硬化体の強度を確保し、（３）二酸化炭素の排出量を削減できる。
【００６８】
（セメントの規格）
【００６９】
ＪＩＳ規格では、セメントには、大きく分けて４つの種類が定められている。ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントである。ポルトランドセメントには、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩のそれぞれの種別がある。高炉セメント、シリカセメントおよびフライアッシュセメントのそれぞれには、Ａ種、Ｂ種、Ｃ種のそれぞれの種別がある。
【００７０】
このＪＩＳ規格は、圧縮強さを規定している。圧縮強さ（Ｎ／ｍｍ２）は、材齢、３日、７日、２８日（セメント種によっては７日、２８日、９１日）における値で特定されている。一般的には、材齢が経過することでセメントの水和反応が進行し、圧縮強さが増加していく。
【００７１】
水硬性物質は、セメントとして利用されたり地盤改良材として利用されたりするが、セメントとして利用される場合には、このＪＩＳ規格における各セメントの圧縮強さを基準として、実施の形態１の水硬性物質の性能を検討すればよい。
【００７２】
このようなＪＩＳ規格におけるセメントの各数値を基準として、実施の形態１における水硬性物質における石膏や炭酸カルシウムの混合比率を検討すればよい。
【００７３】
（水酸化カルシウムを用いる不具合）
【００７４】
実施の形態１における水硬性物質は、水酸化カルシウムを用いた従来技術よりも、種々の点で優れている。従来技術における水酸化カルシウムを用いた水硬性物質は、特許文献１〜３等に開示されるとおり、その混合量を非常に厳密に制御する必要がある。加えて、混合される水酸化カルシウムの量は非常に少ない。具体的には、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムの混合物に対して、０．１２５質量％〜０．５質量％の水酸化カルシウムが混合されることが望ましい。
【００７５】
この水酸化カルシウムの混合量である０．１２５質量％〜０．５質量％は、絶対的な量も小さい上にその範囲も狭い。絶対的な量が小さいことで、混合物に対する水酸化カルシウムの混合量を調整するのは非常に困難である。また、水酸化カルシウムの絶対的な混合量が少ないことで、混合物の中での均等な攪拌が困難となる。このため、製造される水硬性物質の精度がばらつく問題が生じる。
【００７６】
また、混合量の許容範囲も、０．５％未満であるので、制御も非常に困難である。正確な制御ができないことによって、望ましい値よりも少ない水酸化カルシウムが混合されたり、望ましい値よりも多い水酸化カルシウムが混合されたりすることで、製造される水硬性物質の強度や発熱量に悪影響が生じる。
【００７７】
水硬性物質は、構造体を形成するセメントに使用されたり、地盤を固める地盤改良材として使用されたりする。これらのセメントや地盤改良材は、大量に使用されるので、低コストであることが求められる。このような低コストが求められる水硬性物質において、水酸化カルシウムの混合量や攪拌を非常に厳密に制御しなければならないとすると、水硬性物質の製造コストが高くなってしまう。
【００７８】
図２は、参考例としての、水酸化カルシウムを混合する水硬性物質の性能一覧を示す表である。図２を用いて、水酸化カルシウムを水硬性物質に用いる場合のデメリットを説明する。
【００７９】
図２（ａ）は、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムを混合させた水硬性物質の配合割合を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示された水硬性物質の圧縮強さを示している。図２（ｃ）は、ＪＩＳ規格における各種セメントの圧縮強さを示している。参考例１６は普通ポルトランドセメント（一般の用途に用いる汎用性のあるポルトランドセメント）を、参考例１７は中庸熱ポルトランドセメント（水和熱が普通ポルトランドセメントより小さくなるように調整されたポルトランドセメント）を、参考例１８は低熱ポルトランドセメント（水和熱が中庸熱ポルトランドセメントよりも更に小さくなるように調整されたポルトランドセメント）を、参考例１９は高炉セメントＢ種（ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末をあらかじめ混合したセメントであって、高炉スラグの分量が３０質量％を超え６０質量％以下）をそれぞれ示す。なお、図２（ｃ）では、ＪＩＳ規格に基づくため、材齢の全ての数値はそろっていない。
【００８０】
図２（ｄ）は、高炉スラグ微粉末、石膏および水酸化カルシウムを混合させた水硬性物質の発熱量とＪＩＳ規格対象の各種セメントの発熱量を示している。なお、ここでいう発熱量とは２０℃の養生条件でコンダクションカロリーメータにより測定した材齢５日（１２０時間）までの累積発熱量を示したものである。
【００８１】
図２（ａ）において、参考例１〜３は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が２０００（ｃｍ２／ｇ）である配合割合を示している。同様に参考例４〜６は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が３０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例７〜９は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が４０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例１０〜１２は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が５０００（ｃｍ２／ｇ）、参考例１３〜１５は高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が６０００（ｃｍ２／ｇ）である配合を示している。
【００８２】
また、ブレーン比表面積の値毎に、混合物全体に対して、水酸化カルシウムの混合量を、０．１２５質量％、０．７５質量％、２質量％の３種類の混合状態での配合割合を示している。
【００８３】
一般的には、水硬性物質としては、３０００ｃｍ２／ｇ以上のブレーン比表面積のものが用いられる。図２（ｄ）においてブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇである参考例４〜６をみると、混合量が０．１２５質量％である参考例４および０．７５質量％である参考例５の場合には、発熱量は、低熱ポルトランドセメントである参考例１８の発熱量を上回っている。しかしながら、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である参考例６の場合には、低熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。
【００８４】
一方、図２（ｂ）と（ｃ）において、水酸化カルシウムの混合量が０．７５質量％である参考例５および２質量％である参考例６の場合には、普通ポルトランドセメント（参考例１６）、中庸熱ポルトランドセメント（参考例１７）、高炉セメントＢ種（参考例１９）の圧縮強さを下回っている。材齢によっては、低熱ポルトランドセメント（参考例１８）の圧縮強さをも下回っている。
【００８５】
同様に、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇである場合にも、混合量が０．１２５質量％（参考例７）および０．７５質量％（参考例８）の場合には、発熱量が低熱ポルトランドセメント（参考例１８）の数値を上回ってしまう。一方、混合量が０．７５重量（参考例８）％および２質量％（参考例９）の場合には、普通ポルトランドセメント（参考例１６）、中庸熱ポルトランドセメント（参考例１７）、低熱ポルトランドセメント（参考例１８）、高炉セメントＢ種（参考例１９）の圧縮強さを下回ってしまうことがある。これらの傾向は、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、２０００ｃｍ２／ｇ（参考例１〜３）、５０００ｃｍ２／ｇ（参考例１０〜１２）、６０００ｃｍ２／ｇ（参考例１３〜１５）の場合でも、同様に見られる。
【００８６】
以上のように、水酸化カルシウムがアルカリ刺激剤として用いられる水硬性物質は、水酸化カルシウムの添加比率の僅かな違いによって、圧縮強さおよび発熱量において大きな違いを生じさせてしまう。
【００８７】
図３は、参考例である水酸化カルシウムを用いた水硬性物質の材齢に伴う圧縮強さを表したグラフである。図３（ａ）〜図３（ｄ）のそれぞれは、混合される水酸化カルシウムの比率ごとに、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積の変化によって生じる圧縮強さを示している。図３に示されるグラフは、図２の表から得られる。
【００８８】
図３（ａ）は、水硬性物質の材齢が１日である場合における圧縮強さを示している。圧縮強さは、折れ線で示されている。菱形を用いた折れ線は、０．１２５質量％の水酸化カルシウム（図３においては、消石灰と記載されているが、これは水酸化カルシウムのことである）が混合された水硬性物質での結果を示しており、方形を用いた折れ線は、０．７５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質での結果を示しており、三角形を用いた折れ線は、２質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質での結果を示している。
【００８９】
これらの表示は、図３（ｂ）〜図３（ｄ）のそれぞれで同様である。図３（ｂ）は、水硬性物質の材齢が３日である場合における圧縮強さを示している。図３（ｃ）は、水硬性物質の材齢が７日である場合における圧縮強さ強度を示している。図３（ｄ）は、水硬性物質の材齢が２８日である場合における圧縮強さを示している。
【００９０】
若干の相違はあるもの、図３（ａ）〜図３（ｄ）のそれぞれに示されるように、材齢が１日程度の場合では、水酸化カルシウムの混合量が０．７５質量％である場合が、最も高い圧縮強さを示す。しかし材齢が経過するにつれ、水酸化カルシウムの混合量が０．１２５質量％である場合が、最も高い圧縮強さを示すようになる。これに対して、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である場合は、圧縮強さは非常に低く、図２（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格で要求される圧縮強さに満たない。高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が変化しても同様の傾向が示される。
【００９１】
図３のそれぞれのグラフからわかる通り、水酸化カルシウムの混合量が、僅か０．３質量％程度変化しただけで、材齢に対する圧縮強さの現れ方が異なったり、僅か１質量％程度変化しただけで、十分な圧縮強さが確保できなかったりする。
【００９２】
図４は、参考例である水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、混合量の相違による圧縮強さの変化を示すグラフである。それぞれ、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積の違いに伴った変化を示している。なお、グラフ中の横軸に平行な破線は、ＪＩＳ規格における、各材齢での圧縮強さを示している。すなわち、図４（ａ）〜図４（ｃ）の各グラフ中の破線は、上の破線から順に、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの、材齢が２８日、７日、３日における圧縮強さを示している。各グラフの折れ線（水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さを示す）がこの破線と比較されることで、水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さの十分・不十分が判断できる。
【００９３】
図４（ａ）は、水酸化カルシウムの混合量が０．１２５質量％である場合の水硬性物質の圧縮強さを示している。また、グラフのそれぞれは、０．１２５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、材齢が３日、７日、２８日での圧縮強さを示している。ＪＩＳ規格においては、これら３種類の材齢に対応する圧縮強さのみが示されているので、図４のグラフでは、この３種類の材齢に対応した圧縮強さを折れ線で示している。
【００９４】
図４（ａ）は、混合物に対して０．１２５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積のそれぞれにおける、材齢が３日、７日、２８日での圧縮強さを示している。菱形を用いた折れ線は、材齢が３日である水硬性物質の圧縮強さを示している。方形を用いた折れ線は、材齢が７日である水硬性物質の圧縮強さを示している。三角形を用いた折れ線は、材齢が２８日である水硬性物質の圧縮強さを示している。図４（ｂ）、図４（ｃ）においても同様である。
【００９５】
図４（ａ）、（ｂ）から明らかな通り、材齢が経過するに従って、圧縮強さは増加していく。しかしながら、図４（ｃ）から明らかな通り、水酸化カルシウムの混合量が２質量％である場合には、材齢に関らず圧縮強さは非常に弱い。２質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さは、ＪＩＳ規格で要求される圧縮強さに比較して非常に弱い。また、図４（ｂ）から明らかな通り、０．７５質量％の水酸化カルシウムが混合された水硬性物質は、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が小さい状態では、弱い圧縮強さを示す。
【００９６】
このように、高炉スラグ微粉末に混合される水酸化カルシウムの量や高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が厳密に制御されなければ、十分な圧縮強度を確保できない問題がある。
【００９７】
（炭酸カルシウムの混合）
本発明の水硬性物質は、従来技術と異なり水酸化カルシウムに置き換えて炭酸カルシウムを用いる。
【００９８】
ここで、炭酸カルシウムは、従来技術である水酸化カルシウムと異なり、その混合量が厳密に制御されなくてもよい。炭酸カルシウムが混合されることによって、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性が顕在化するのは、上記で説明した通りである。炭酸カルシウムは、生成過程で二酸化炭素を排出しない上に、混合量の厳密な制御無しに、発熱量の抑制や圧縮強度の確保を実現できる。
【００９９】
図５は、本発明の実施の形態１における水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合量の違いによる水硬性物質の性能を示す表である。図５は、実施の形態１の水硬性物質の、炭酸カルシウムの混合率のそれぞれにおける圧縮強さ、発熱量および二酸化炭素排出量を一覧として示している。図６は、比較例としての水硬性物質の性能を示す表である。図６は、図５と対比させるために、ＪＩＳ規格におけるセメントの規格および従来技術における水酸化カルシウムを用いた水硬性物質での性能を示している。
【０１００】
図５（ａ）は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００（ｃｍ２／ｇ））、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（粒径１５．７μｍ）の配合割合を示している。実施例１〜７はそれぞれ、水硬性物質に対する炭酸カルシウムの混合量が、１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％、３０質量％、５０質量％である場合を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す水硬性物質の圧縮強さを示している。図５（ｃ）および（ｄ）は、図５（ａ）に示す水硬性物質の発熱量と二酸化炭素排出量を示している。ここで、発熱量とは、図２（ｄ）で示された発熱量と同一方法で測定された累積発熱量を示す。二酸化炭素排出量は、文献「コンクリートセクターにおける地球温暖化物質・廃棄物の最小化に関する研究委員会報告」日本コンクリート工学協会、２０１０．７に記載されている内容を基に、発明者が試算した結果である。
【０１０１】
図６（ａ）は、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００（ｃｍ２／ｇ））、石膏（二水石膏）および消石灰（水酸化カルシウム）を混合させた水硬性物質の配合割合を示している。比較例１および２は、消石灰の混合量がそれぞれ０．１２５質量％、０．７５質量％である場合を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す水硬性物質の圧縮強さを示している。図６（ｃ）は、ＪＩＳ規格における各種セメントの圧縮強さを示している。比較例３は普通ポルトランドセメントを、比較例４は中庸熱ポルトランドセメントを、比較例５は低熱ポルトランドセメントを、比較例６は高炉セメントＢ種をそれぞれ示す。図６（ｄ）および（ｅ）は、図６（ａ）に示す水硬性物質の発熱量と二酸化炭素排出量を示している。ここで、発熱量および二酸化炭素排出量は、図５（ｃ）および（ｄ）と同一の方法で測定および試算した結果である。
【０１０２】
（発熱量の検討）
【０１０３】
まず、図５、図６より、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質の発熱量を検討する。図６（ｄ）の表から明らかな通り、ＪＩＳ規格対象セメントの発熱量の測定値は、普通ポルトランドセメント（比較例３）の場合で２１５Ｊ／ｇ、中庸熱ポルトランドセメント（比較例４）の場合で１６７Ｊ／ｇ、低熱ポルトランドセメント（比較例５）の場合で１４８Ｊ／ｇ、高炉セメントＢ種（比較例６）の場合で１８４Ｊ／ｇである。
【０１０４】
次に、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるために消石灰（水酸化カルシウム）を混合した比較例１および２における発熱量は、消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）の場合で１７５Ｊ／ｇ、消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）の場合に１７３Ｊ／ｇである。
【０１０５】
一方、図５（ｃ）に示されるように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質の発熱量は、混合物に対する炭酸カルシウムの混合量が１質量％（実施例１）の場合に１４７Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が３質量％（実施例２）の場合に１４５Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が５質量％（実施例３）の場合に１３５Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％（実施例４）の場合に１２４Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）の場合に１１９Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％（実施例６）の場合に１０７Ｊ／ｇ、炭酸カルシウムの混合量が５０質量％（実施例７）の場合に９４Ｊ／ｇである。
【０１０６】
図５に示される実施の形態１における水硬性物質の発熱量は、図６に示されるいずれの種類のセメントおよび水硬性物質の発熱量を下回っている。すなわち、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるのに炭酸カルシウムを含有する水硬性物質（実施の形態１の水硬性物質）は、発熱量の面で、ＪＩＳに規定されるいずれのセメントよりも低い値を示しており、消石灰を混合した水硬性物質よりも低い値を示している。当然ながら、従来技術の高炉セメントよりも発熱量が小さい。
【０１０７】
水酸化カルシウムの代わりに炭酸カルシウムを用いることでアルカリ添加量が減少し高炉スラグの水和反応が抑制されるので、水和反応における発熱量が減少していると考えられる。
【０１０８】
また、図５の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜５０質量％での幅広い範囲において、発熱量は、大きく変動しない。炭酸カルシウムの混合量の大小に関らず、発熱量は各種セメントの実測値を下回っている上に、混合量の大小によって発熱量の変動が少ない。すなわち、炭酸カルシウムの高炉スラグ微粉末への混合量は、発熱量抑制の観点から、厳密な制御を必要としない。
【０１０９】
以上のように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質は、発熱量を抑えることができる。
【０１１０】
（二酸化炭素排出量の検討）
【０１１１】
次に、図５、図６を用いて実施の形態１における水硬性物質が、二酸化炭素の排出量を低減できていることについて説明する。
【０１１２】
図５（ｄ）は、炭酸カルシウムの混合量のそれぞれにおける二酸化炭素の排出量を示している。図５（ｄ）に示されるとおり、炭酸カルシウムの混合量が１質量％（実施例１）の場合の二酸化炭素排出量は２１．６ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が３質量％（実施例２）の場合の二酸化炭素排出量は２１．４ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が５質量％（実施例３）である場合の二酸化炭素排出量は２１．２ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％（実施例４）である場合の二酸化炭素排出量は２０．８ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）である場合の二酸化炭素排出量は２０．３ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％（実施例６）である場合の二酸化炭素排出量は１８．９ｋｇ／ｔであり、炭酸カルシウムの混合量が５０質量％（実施例７）である場合の二酸化炭素排出量は１７.０ｋｇ／ｔである。
【０１１３】
炭酸カルシウムの混合量が増加するにつれて、二酸化炭素排出量が減少するのは、水硬性物質の主原料の一つであるである石灰石の方が高炉スラグよりも粉砕が容易なため粉砕時のエネルギー原単位が低くなるからである。
【０１１４】
また、図５（ｄ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量に関らず、いずれの水硬性物質の二酸化炭素排出量も、図６（ｅ）の表に示されるＪＩＳ規格に規定されるセメントの二酸化炭素排出量よりも極めて少ない。ポルトランドセメントやポルトランドセメントを用いる高炉セメントよりも、実施の形態１における水硬性物質の二酸化炭素排出量は低減されている。
【０１１５】
図６（ｅ）の表は、消石灰（水酸化カルシウム）を含有する水硬性物質での二酸化炭素排出量を示している。消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）である場合には、二酸化炭素排出量は２２．４ｋｇ／ｔであり、消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）の場合には、二酸化炭素排出量は２６．０ｋｇ／ｔである。
【０１１６】
炭酸カルシウムを含有する実施の形態１の水硬性物質は、これら消石灰（水酸化カルシウム）を含有する従来技術の水硬性物質よりも、二酸化炭素排出量を低減している。実際に図５（ｄ）の表と図６（ｅ）の表とを比較すると、消石灰を含有する従来技術の水硬性物質に比較して、炭酸カルシウムを含有する水硬性物質の二酸化炭素排出量の削減率は少ないようにも見える。しかし、これは従来技術の水酸化カルシウムを含有する水硬性物質は、圧縮強度を確保するために０．１２５重雨量％〜０．５質量％程度しか混合されることができないので、水酸化カルシウムによる二酸化炭素排出量の絶対値が低くなるためである。しかしながら、従来技術の水酸化カルシウムを含有する水硬性物質は、混合される水酸化カルシウムの比率が少ない分、高炉スラグ微粉末の相対量が多くなるため、この高炉スラグ微粉末の粉砕過程での二酸化炭素排出量に起因する。
【０１１７】
実施の形態１の水硬性物質は、従来技術と異なりポルトランドセメントや水酸化カルシウムの代わりに、炭酸カルシウムを含有する。第１に、炭酸カルシウムは、その生成過程で二酸化炭素を排出しない。第２に、炭酸カルシウムは、広い幅の比率で混合されればよいので、混合物に含有される高炉スラグ微粉末の相対的な量を減らすことができる。これら２つの利点が相まって、実施の形態１の水硬性物質は、従来技術に比較して、二酸化炭素排出量を削減できる。
【０１１８】
また、発熱量の場合と同様に、炭酸カルシウムの混合量の変化によって二酸化炭素排出量が大きく変動することがない。このため、炭酸カルシウムの混合量の厳密な制御が不要である。この結果、水硬性物質の製造コストが低減でき（製造工程や品質管理工程でのコストが低減できるため）、水硬性物質を使用したセメントや地盤改良材のコストも低減できる。
【０１１９】
（圧縮強度の検討）
【０１２０】
次に、実施の形態１の炭酸カルシウムを含有する水硬性物質の圧縮強度、圧縮強度から検討される炭酸カルシウムの混合比率について説明する。
【０１２１】
実施の形態１における水硬性物質では、混合される炭酸カルシウムが高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させる。この潜在水硬性が顕在化することで、水硬性物質は、水和反応を通じて固化して硬化体となる。このとき、硬化体の圧縮強度は、潜在水硬性を顕在化させる炭酸カルシウムの混合量によって左右される。
【０１２２】
ここで、水硬性物質に要求される圧縮強度は、水硬性物質の利用用途によって、異なる。例えば、図６（ｃ）に示されるように、ＪＩＳ規格は、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種の圧縮強さをそれぞれ規定している。
【０１２３】
実施の形態１における水硬性物質は、これらＪＩＳ規格で規定される種々のセメントと同様の使用目的を有する場合には、それぞれのセメントとの比較によって、必要な圧縮強さを定義できる。ここで、一般的には、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種が用いられるので、これらそれぞれの対比するセメントに要求される圧縮強さに見合う炭酸カルシウムの混合比率を検討する。
【０１２４】
（混合比率の範囲その１）
【０１２５】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合されるのが好ましい。
【０１２６】
図５（ｂ）の表から明らかな通り、１質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例１）には、材齢が３日での圧縮強さは、１４．２０（単位は省略。以下同じ）、材齢が７日での圧縮強さは、３５．７０、材齢が２８日での圧縮強さは、５３．３０である。
【０１２７】
これらの値は、いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。また、１質量％の炭酸カルシウムが混合された実施の形態１の水硬性物質は、発熱量でも普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１２８】
同様に、３質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例２）には、材齢が３日での圧縮強さは１３．８０、材齢が７日での圧縮強さは３４．７０、材齢が２８日での圧縮強さは５２．６０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１２９】
同様に、５質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例３）には、材齢が３日での圧縮強さは１３．９０、材齢が７日での圧縮強さは３５．５０、材齢が２８日での圧縮強さは５４．４０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１３０】
同様に、１０質量％の炭酸カルシウムが混合されている場合（実施例４）には、材齢が３日での圧縮強さは１４．６０、材齢が７日での圧縮強さは３４．３０、材齢が２８日での圧縮強さは５０．９０である。いずれも図６（ｃ）の表に示されるＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。発熱量は、普通ポルトランドセメントを下回っている。
【０１３１】
また、１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％のいずれの混合量の場合においても、二酸化炭素排出量は、普通ポルトランドセメントよりも少ない。
【０１３２】
一方、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％となる場合（実施例５）には、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１の水硬性物質の材齢３日の圧縮強さは、１１．７０であり、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの３日の圧縮強さの１２．５より小さい。このため、炭酸カルシウムの混合量が１０質量％を越えると、実施の形態１の水硬性物質が普通ポルトランドセメントと同様の用途に使用することに困難が生じる可能性がある。
【０１３３】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜１０質量％である場合には、圧縮強さは普通ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は普通ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、普通ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜１０質量％であることが好ましい。
【０１３４】
このように、実施の形態１の水硬性物質が１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムを含有することで、この水硬性物質が、普通ポルトランドセメントを上回る性能（発熱量、二酸化炭素排出量、圧縮強度）を有することができる。
【０１３５】
なお、水硬性物質が不可避混合物を含む場合に、炭酸カルシウムの混合量の比率が１質量％〜１０質量％から変動する可能性もあるが、本発明の趣旨として、本発明はこのような場合も含むものである。
【０１３６】
（混合比率の範囲その２）
【０１３７】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１３８】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％および１０質量％においては、材齢が、３日、７日、２８日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における高炉セメントＢ種よりも大きい。高炉セメントＢ種の材齢が３日での圧縮強さは１０．０、７日での圧縮強さは１７．５、材齢が２８日での圧縮強さは４２．５である。
【０１３９】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して１５質量％である場合（実施例５）には、材齢が３日での圧縮強さは１１．７０、材齢が７日での圧縮強さは３３．５０、材齢が２８日での圧縮強さは５３．５０である。
【０１４０】
この炭酸カルシウムの混合量が、１５質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される高炉セメントＢ種の圧縮強さを上回っている。
【０１４１】
一方で、図５（ｂ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して３０質量％である場合（実施例６）には、材齢が３日での圧縮強さは７．８５、材齢が７日での圧縮強さは２６．６０、材齢が２８日での圧縮強さは４４．４０である。このため、実施の形態１の水硬性物質は、材齢が３日における圧縮強さが、ＪＩＳ規格における高炉セメントＢ種の圧縮強さを下回っている。このため、実施の形態１の水硬性物質は、高炉セメントＢ種と同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、１５質量％程度までが適当である。
【０１４２】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜１５質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が高炉セメントＢ種の発熱量を下回っている。
【０１４３】
また、１質量％〜１５質量％のいずれの混合量の場合においても、二酸化炭素排出量は、高炉セメントＢ種よりも少ない。
【０１４４】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜１５質量％である場合には、圧縮強さは高炉セメントＢ種よりも高く、発熱量は高炉セメントＢ種よりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、高炉セメントＢ種と同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜１５質量％であることが好ましい。
【０１４５】
（混合比率の範囲その３）
【０１４６】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１４７】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％および１５質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１、その２で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％および１５質量％においては、材齢が、３日、７日、２８日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における中庸熱ポルトランドセメントよりも大きい。中庸熱ポルトランドセメントの材齢が３日での圧縮強さは７．５、材齢が７日での圧縮強さは１５．０、材齢が２８日での圧縮強さは３２．５である。
【０１４８】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して３０質量％である場合（実施例６）には、材齢が３日での圧縮強さは７．８５、材齢が７日での圧縮強さは２６．６０、材齢が２８日での圧縮強さは４４．４０である。
【０１４９】
この炭酸カルシウムの混合量が、３０質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される中庸熱ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。
【０１５０】
一方で、図５（ｂ）の表から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合（実施例７）には、材齢が３日での圧縮強さは４．０９、材齢が７日での圧縮強さは１７．３０、材齢が２８日での圧縮強さは３３．００である。このため、実施の形態１の水硬性物質は、材齢が３日における圧縮強さが、ＪＩＳ規格における中庸熱ポルトランドセメントの圧縮強さを下回っている。このため、実施の形態１の水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、３０質量％程度までが適当である。
【０１５１】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜３０質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が中庸熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。当然ながら、二酸化炭素排出量はポルトランドセメントよりも少ない。
【０１５２】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜３０質量％である場合には、圧縮強さは中庸熱ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は中庸熱ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、中庸熱ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜３０質量％であることが好ましい。
【０１５３】
（混合比率の範囲その４）
【０１５４】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムの混合物に対して、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合されることが好ましい。
【０１５５】
炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％および３０質量％である場合の、水硬性物質の圧縮強さは、図５（ｂ）および混合比率の範囲その１、その２、その３で記載した通りである。これらのように、炭酸カルシウムの混合量が１質量％、３質量％、５質量％、１０質量％、１５質量％および３０質量％においては、材齢が７日、２８日、９１日のいずれにおいても、水硬性物質の圧縮強さが、図６（ｃ）の表における低熱ポルトランドセメントよりも大きい。低熱ポルトランドセメントの材齢が７日での圧縮強さは７．５、材齢が２８日での圧縮強さは２２．５、材齢が９１日での圧縮強さは４２．５である。
【０１５６】
また、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合には、材齢が７日での圧縮強さは１７．３、材齢が２８日での圧縮強さは３３．００、材齢が９１日での圧縮強さは４３．６０である。
【０１５７】
この炭酸カルシウムの混合量が、５０質量％である水硬性物質の圧縮強さは、材齢のいずれにおいても図６（ｃ）の表に示される低熱ポルトランドセメントの圧縮強さを上回っている。
【０１５８】
一方で、低熱ポルトランドセメントの材齢が９１日での圧縮強さは４２．５である。これに対して、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％である場合での、材齢が９１日での圧縮強さは４３．６０であって、圧縮強さの余裕量が少ない。すなわち、炭酸カルシウムの混合量が、混合物に対して５０質量％を超えると、圧縮強さが低熱ポルトランドセメントのＪＩＳ規格値を満足できない可能性がある。このため、実施の形態１の水硬性物質は、低熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、５０質量％程度までが適当である。
【０１５９】
また、炭酸カルシウムの混合量が１質量％〜５０質量％である場合には、いずれの場合でも発熱量が低熱ポルトランドセメントの発熱量を下回っている。当然ながら、二酸化炭素排出量はポルトランドセメントよりも少ない。
【０１６０】
以上のように、混合される炭酸カルシウムの混合量が、１質量％〜５０質量％である場合には、圧縮強さは低熱ポルトランドセメントよりも高く、発熱量は低熱ポルトランドセメントよりも小さい。すなわち、実施の形態１における水硬性物質が、低熱ポルトランドセメントと同一用途に使用される場合には、炭酸カルシウムの混合量は、混合物に対して１質量％〜５０質量％であることが好ましい。
【０１６１】
以上のように、実施の形態１における水硬性物質は、混合物に対して種々の範囲の割合で混合されることで、得られる水硬性物質の用途を決定できる。まとめると、混合物に対して１質量％〜１０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、普通ポルトランドセメントと同様の用途に使用でき、１質量％〜１５質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、高炉セメントＢ種と同様の用途に使用でき、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用でき、１質量％〜５０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、低熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用できる。
【０１６２】
図６（ｂ）の表に示される、水酸化カルシウム（消石灰）を混合する従来技術の水硬性物質においては、消石灰の混合量が０．１２５質量％（比較例１）である場合は、材齢が３日での圧縮強さは１２．２、材齢が７日での圧縮強さは２１．９、材齢が２８日での圧縮強さは３５．６である。これは、図６（ｃ）の表に示される、圧縮強さのＪＩＳ規格値のうち、普通ポルトランドセメントおよび高炉セメントＢ種の値をすべて満足するものではないが、中庸熱ポルトランドセメントの規格値をすべての材齢で上回っている。消石灰の混合量が０．７５質量％（比較例２）である場合は、すべての材齢で圧縮強さが低い。
【０１６３】
一方で、中庸熱ポルトランドセメントと同様の用途に使用できる、１質量％〜３０質量％の炭酸カルシウムが混合される水硬性物質は、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％（実施例５）および３０質量％（実施例６）の場合に、材齢３日での圧縮強さで比較例１の圧縮強さを下回るものの、材齢７日、材齢２８日では比較例１の圧縮強さを上回っている。炭酸カルシウムの混合量を１０質量％以下（実施例１〜４）にすることで、すべての材齢で比較例１の圧縮強さを上回る。
【０１６４】
このように、水酸化カルシウムを含有する従来技術の水硬性物質においては、各々の用途によって要求される圧縮強度を満足させるためには、水酸化カルシウムの混合量が非常に狭い範囲に限定されることに対し、炭酸カルシウムを混合する水硬性物質においては、混合量を広い範囲で選択することができる。
【０１６５】
また、水酸化カルシウムを混合する従来技術の水硬性物質と炭酸カルシウムを混合する水硬性物質を同様の用途で使用する場合、炭酸カルシウムを混合する水硬性物質の方が、発熱量および二酸化炭素排出量が少なくなる。
【０１６６】
（圧縮強度の面からの炭酸カルシウム比率の広さ）
【０１６７】
また、実施の形態１の水硬性物質は、圧縮強度の観点からも、幅広い炭酸カルシウムの混合量を許容できる。炭酸カルシウムの混合量は、上述の通り用途によってその範囲が異なるが、いずれの場合でも、幅広い混合範囲が許容される。
【０１６８】
図７は、本発明の実施の形態１における炭酸カルシウムの混合量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。図７は、横軸に炭酸カルシウムの混合量を示し、縦軸に得られる水硬性物質の圧縮強さを示している。グラフ中の菱形の付された折れ線は材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は材齢が２８日での圧縮強さを示しており、丸の付された折れ線は材齢が９１日での圧縮強さを示している。また、図７のグラフの破線は、上の破線から順に、ＪＩＳ規格における普通ポルトランドセメントの、材齢が２８日、７日、３日における圧縮強さを示している。各グラフの折れ線（炭酸カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さを示す）がこの破線と比較されることで、炭酸カルシウムが混合された水硬性物質の圧縮強さの十分・不十分が容易に判断できる。
【０１６９】
材齢の異なるそれぞれの折れ線から明らかな通り、炭酸カルシウムの混合量が３０質量％くらいまでは、圧縮強さが極端に低下することはない。特に、炭酸カルシウムの混合量が１５質量％くらいまでは、圧縮強さはほとんど同程度の値を示している。一方で、図４に示されるように、水酸化カルシウムを含有する従来技術の水硬性物質は、その混合量が僅かに変動するだけで圧縮強さが極端に低下するなどの問題を有している。
【０１７０】
図４と図７との比較からわかる通り、圧縮強度の観点からも、炭酸カルシウムを含有する実施の形態１における水硬性物質は、炭酸カルシウムの混合量の幅を広くできる。幅が広いことに加えて、混合物に対する混合される炭酸カルシウムの絶対量も十分に大きい。これらが相まって、実施の形態１における水硬性物質の製造は容易になり、製造工程でのコストも低減できる。結果として水硬性物質がセメントや地盤改良材に使用される場合のコストも低減できる。これらは、上述の通り、発熱量や二酸化炭素排出量の観点からも同様である。
【０１７１】
以上のように、実施の形態１における水硬性物質は、従来技術が有していた問題である、（１）発熱量の削減、（２）強度の確保、（３）二酸化炭素排出量の削減、の全てをバランスよく実現できる。加えて、製造コストも低減できるので、従来の各種セメントのそれぞれに対応する用途に幅広く使用される。結果として、実施の形態１の水硬性物質の流通量が増加することになって、水硬性物質のコストも低減できる。
【０１７２】
（実施の形態２）
【０１７３】
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で説明した以外の各種特性や工夫について説明する。なお、実施の形態１で説明された、水硬性物質、水硬性物質の含む物質（高炉スラグ微粉末、石膏、炭酸カルシウム）の特性や制御内容は、実施の形態２でも同様である。
【０１７４】
（高炉スラグ微粉末）
高炉スラグ微粉末は、そのブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、構造用コンクリートや地盤改良材などで実用上の十分な強度が得られなくなるからである。これは、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、水硬性物質の水和反応が遅延するからである。図２より明らかな通り、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を顕在化させるのに水酸化カルシウムが用いられる場合でも、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが、圧縮強度の面から好ましい。潜在水硬性を顕在化させるのに、炭酸カルシウムが用いられる水硬性物質であっても同様である。
【０１７５】
特に、一般的な高炉セメントに含有される高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は３０００ｃｍ２／ｇ以上が適当であるので、この点からも高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。
【０１７６】
（石膏）
【０１７７】
石膏としては、例えば、二水石膏、半水石膏、無水石膏等があげられ、これらが単独で使用されても良いし、２種以上の石膏が適宜混合されて使用されても良い。石膏においては、産業副産物として生成する排煙脱硫石膏、廃石膏ボード等が使用されても良いし、天然に産出される石膏が使用されても良い
【０１７８】
水硬性物質に混合される石膏は、そのブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。これは、高炉スラグ微粉末に要求されるブレーン比表面積の場合と同じである。石膏のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満であると、水硬性物質の水和反応において未反応の石膏が残ってしまい、この残留した石膏が硬化後に異常膨張を生じさせる恐れがあるからである。
【０１７９】
また、高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合されることが好ましい。
【０１８０】
石膏は、水硬性物質が硬化体になる際の硬化を促進させる。このため、石膏のブレーン比表面積および混合量は、上述のような範囲にあることが好ましい。
【０１８１】
図８は、本発明の実施の形態２における石膏の混合量と圧縮強さの関係を示す表とグラフである。図８（ａ）の表は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（粒径１５．７μｍ）の配合割合を示している。図８（ｂ）の表は、図８（ａ）に示された水硬性物質の材齢毎の圧縮強さを示している。図８（ｃ）のグラフは、図８（ｂ）の表に対応し、石膏の混合量の変化によって、得られる水硬性物質の圧縮強さの変化を示している。図８（ｃ）のグラフでは、横軸が石膏の混合量（質量％）を示しており、縦軸は圧縮強さを示している。菱形の付された折れ線は、材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は、材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は、材齢が２８日での圧縮強さを示しており、丸の付された折れ線は、材齢が９１日での圧縮強さを示している。
【０１８２】
図８（ｃ）のグラフにおいては、横軸に石膏の混合量（質量％）を示している。図８（ｃ）のグラフから明らかな通り、材齢の違いによらず、１０質量％〜２０質量％の石膏が混合されている場合の水硬性物質は、その圧縮強さに大きな変動を有さない。一方で、石膏の混合量が５質量％もしくは２５質量％である場合は、材齢７日での圧縮強さが大きく低下している。すなわち、石膏は、１０質量％〜２０質量％の範囲で、混合物に混合されるのが好ましい。石膏は、水硬性物質の硬化を促進させる役割を有するが、混合率が１０質量％〜２０質量％の範囲であれば、図８（ｃ）のグラフの通り、圧縮強さの低下などをもたらさないからである。
【０１８３】
以上のように、炭酸カルシウムを含有する実施の形態２における水硬性物質は、１０質量％〜２０質量％の範囲での石膏を含有することが適当である。
【０１８４】
（炭酸カルシウムの平均粒径）
【０１８５】
実施の形態２における水硬性物質に含有される炭酸カルシウムは、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有することが好ましい。平均粒径が５０μｍを越えてしまうと、水硬性物質の水和反応において、エトリンガイトが高炉スラグ微粉末の表面を覆ってしまい水和反応が遅延するからである。水和反応が遅延すると、水硬性物質が硬化した硬化体の圧縮強度が低下する問題が生じてしまう。
【０１８６】
このため、水硬性物質は、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムを含有することが好ましい。水硬性物質の製造においては、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムが混合される。
【０１８７】
図９は、本発明の実施の形態２における炭酸カルシウムの平均粒径と圧縮強さとの関係を示す表とグラフである。図９（ａ）の表は、水硬性物質を構成する、高炉スラグ微粉末（ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）、石膏（二水石膏）および炭酸カルシウム（平均粒径２．０μｍ〜１５．７μｍ）の配合割合を示している。図９（ｂ）の表は、図８（ａ）に示された水硬性物質の材齢毎の圧縮強さを示している。図９（ｃ）のグラフの横軸は、炭酸カルシウムの平均粒径を示しており、縦軸は、得られる水硬性物質の圧縮強さを示している。図９（ｃ）のグラフ中の菱形の付された折れ線は、材齢が３日での圧縮強さを示しており、方形の付された折れ線は、材齢が７日での圧縮強さを示しており、三角形の付された折れ線は、材齢が２８日での圧縮強さを示している。
【０１８８】
これら３つの折れ線からわかる通り、材齢の違いに関らず、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ〜５０μｍの範囲であれば、圧縮強さに悪影響を与えない。炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ未満となる範囲では、圧縮強さが低下している。特に、材齢が２８日での圧縮強さは、炭酸カルシウムの平均粒径が１５μｍ程度の場合に比較して、炭酸カルシウムの平均粒径が５μｍの場合では、かなり低下している（図９（ｃ）では、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ辺りから、材齢が２８日の折れ線グラフは、圧縮強さの弱いほうに向けて下がっていっている）。
【０１８９】
水硬性物質が水和反応を生じて硬化体となる場合には、一般的には、材齢が進むにつれて水和反応が進み、圧縮強度は増加する傾向にある。このような一般的な状況下で、材齢が２８日となる場合に、圧縮強度が低下することは好ましくない。
【０１９０】
発明者の実験では、炭酸カルシウムの平均粒径が１５．７μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは５２．４であって十分であるが、炭酸カルシウムの平均粒径が５．８μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、４９．１であり、炭酸カルシウムの平均粒径が２．０μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、４６．０であり、次第に低下している。炭酸カルシウムの平均粒径が１５．７μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さに対して、炭酸カルシウムの平均粒径が２．０μｍの水硬性物質の材齢２８日の圧縮強さは、８７.８％であり、１２％以上も低下している。これだけの低下が見られることは、炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍ以下では好ましくないといえる。
【０１９１】
このように、水硬性物質に含有される炭酸カルシウムは、１０μｍ〜５０μｍの平均粒径を有することが好ましい。
【０１９２】
以上のように、実施の形態２における（実施の形態１における水硬性物質においても同様である）水硬性物質は、石膏の混合率、高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積、石膏のブレーン比表面積、炭酸カルシウムの平均粒径を所定の範囲に特定することで、安定するとともに高い圧縮強度を得ることができる。
【０１９３】
なお、実施の形態２で列挙した各物質の特定は一例であって、同様の効果を生じさせる他の例を排除するものではない。
【０１９４】
（実施の形態３）
【０１９５】
次に実施の形態３について説明する。
【０１９６】
実施の形態１、２で説明される水硬性物質は、水和反応によって硬化する特徴を利用する様々な用途に使用される。例えば、水硬性物質は、建築物や土木構造物に用いられるセメントとして使用される。あるいは、水硬性物質は、地盤を固めるのに用いられる地盤改良材として使用される。
【０１９７】
セメントとして使用される場合には、建設現場に水硬性物質（粉体である）が輸送され、現場で水等と混合されて水和反応によって硬化する。あるいは、生コン工場で水等と混合されて、建設現場等に輸送される。建設現場では、これら水硬性物質の硬化を利用して、構造体を形成する。すなわち、水硬性物質は、建設用コンクリートやモルタルとして使用される。
【０１９８】
あるいは、水硬性物質が地盤改良材として使用される場合には、固化させたい土壌に粉体である水硬性物質が混合される。この混合によって土壌と水硬性物質とが混ぜ合わされる。この混ぜ合わされた土壌に対して水が添加されて水和反応が生じる。あるいは、粉体である水硬性物質に水を添加しスラリー化した状態で固化させたい土壌に混合させる。この水和反応によって、土壌を巻き込んで水硬性物質が硬化する。結果として、土壌が固化される。
【０１９９】
このように、実施の形態１、２で説明された水硬性物質は、セメント、コンクリート、モルタル、地盤改良材などに使用される。
【０２００】
また、実施の形態１、２の水硬性物質は、図１に示される製造方法で製造される。
【０２０１】
すなわち、高炉スラグ微粉末に、石膏および炭酸カルシウムが混合される混合工程を備える製造方法によって、水硬性物質が製造される。この製造方法は、石膏および炭酸カルシウムのいずれか一方が、高炉スラグ微粉末に先に混合されてから、他方が後から混合される混合工程を含んでも良いし、石膏および炭酸カルシウムの両方が、高炉スラグ微粉末に同時に混合される混合工程を含んでも良い。
【０２０２】
また、混合工程においては、高炉スラグ微粉末に、石膏および炭酸カルシウムの少なくとも一方が、少量ずつ混合されても良いし、石膏および炭酸カルシウムの全ての所定量が、同時に混合されて攪拌されても良い。混合および攪拌の際には、混合状態が一様かつ均一になるように、十分に攪拌される。
【０２０３】
炭酸カルシウムを含有する実施の形態１、２の水硬性物質は、このような製造方法によって製造される。
【０２０４】
以上、実施の形態１〜３で説明された水硬性物質は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。また、実施の形態１〜３で説明された水硬性物質は、製造、流通などにおいて混合する可能性のある不可避混合物質を含むことを排除するものではない。
【符号の説明】
【０２０５】
１ 高炉水砕スラグ
２ 石膏
３ 石灰石
４ 乾燥工程
５ 粉砕工程
６ 分級工程
７ 高炉スラグ微粉末
８ 石膏（粉末）
９ 炭酸カルシウム粉末
１０ 計量工程
１１ 混合工程 １２ 水硬性物質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する水硬性物質。
【請求項２】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項３】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１５質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項４】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜３０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項５】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜５０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項６】
前記混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の前記石膏が混合される、請求項２から５のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項７】
前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上であり、前記石膏のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上である、請求項１から６のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項８】
前記炭酸カルシウムの平均粒径は、１０μｍ〜５０μｍである、請求項１から７のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の水硬性物質を有効成分とする、セメント。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の水硬性物質を有効成分とする、地盤改良材。
【請求項１】
高炉スラグ微粉末、石膏および炭酸カルシウムを含有する水硬性物質。
【請求項２】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項３】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜１５質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項４】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜３０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項５】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏および前記炭酸カルシウムが混合された混合物に対して、１質量％〜５０質量％の前記炭酸カルシウムが混合される、請求項１記載の水硬性物質。
【請求項６】
前記混合物に対して、１０質量％〜２０質量％の前記石膏が混合される、請求項２から５のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項７】
前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上であり、前記石膏のブレーン比表面積が、３０００ｃｍ２／ｇ以上である、請求項１から６のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項８】
前記炭酸カルシウムの平均粒径は、１０μｍ〜５０μｍである、請求項１から７のいずれか記載の水硬性物質。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の水硬性物質を有効成分とする、セメント。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の水硬性物質を有効成分とする、地盤改良材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−９１９４９（Ｐ２０１２−９１９４９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９１２５（Ｐ２０１０−２３９１２５）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（５００４７７４２５）新日鐵高炉セメント株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（５００４７７４２５）新日鐵高炉セメント株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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