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技術 セメント組成物及びその製造方法

出願人 宇部興産株式会社
発明者 三隅英俊伊藤貴康高橋俊之
出願日 2016年4月22日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-086511
公開日 2017年10月26日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-193473
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 低炭素社会 カーボン坩堝 混和剤量 銅からみ せっこう シリカ質混合材 ベースセメント 最大発熱速度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年10月26日)のものです。
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課題

高炉スラグを多量に使用したセメント混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができるセメント組成物及びその製造方法を提供すること。

解決手段

セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物であって、高炉スラグの含有量がセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上であり、高炉スラグにおけるAl2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり、JIS A6206:2013に記載の方法により算出される高炉スラグのJIS塩基度が1.65以上である、セメント組成物。

概要

背景

現在、地球温暖化防止対策として、セメント製造でのCO2発生量の低減に向けて、高炉水砕スラグフライアッシュ等の混合材を多量に使用した低炭素セメントの利用が進められている。しかし、混合材を多く含む混合セメントを使用した場合、高炉セメントB種と比べて初期発熱が抑えられ、硬化遅延が発生することがあった(非特許文献1、2)。また、混合セメントは、リグニンスルホン酸塩系のような減水剤を使用した場合、硬化遅延が発生することも報告されている(非特許文献3)。

そこで、硬化遅延及び初期強度を改善する目的で、混合材の粉末度を高める方法、セメントの配合量を増やす方法、反応促進剤を使用する方法等の検討がなされている(非特許文献3)。また、従来、低炭素セメントに使用されているスラグとして、JIS A6206:2013に記載の方法により算出されるJIS塩基度が1.85以上の比較的高いものが使用されている。

概要

高炉スラグを多量に使用したセメントに混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができるセメント組成物及びその製造方法を提供すること。セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物であって、高炉スラグの含有量がセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上であり、高炉スラグにおけるAl2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり、JIS A6206:2013に記載の方法により算出される高炉スラグのJIS塩基度が1.65以上である、セメント組成物。なし

目的

本発明は、高炉スラグを多量に使用したセメントに混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができるセメント組成物及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物であって、前記高炉スラグの含有量が当該セメント組成物の全質量を基準として60質量%以上であり、前記高炉スラグにおけるAl2O3の含有量が前記高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり、JISA6206:2013に記載の方法により算出される前記高炉スラグのJIS塩基度が1.65以上である、セメント組成物。

請求項2

前記JIS塩基度が1.85未満である、請求項1に記載のセメント組成物。

請求項3

前記高炉スラグの前記Al2O3の含有量(質量%)及び前記JIS塩基度が下記式(1)で示される条件を満たす、請求項1又は2に記載のセメント組成物。Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)

請求項4

前記高炉スラグの前記Al2O3の含有量(質量%)及び前記JIS塩基度が下記式(2)で示される条件を満たす、請求項3に記載のセメント組成物。Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)

請求項5

前記高炉スラグの前記Al2O3の含有量(質量%)及び前記JIS塩基度が下記式(3)で示される条件を満たす、請求項3に記載のセメント組成物。Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

請求項6

前記セメントクリンカーは、C3Sが25〜70質量%、C2Sが5〜50質量%、C3Aが2〜15質量%、C4AFが5〜15質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のセメント組成物。

請求項7

混和剤を更に含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のセメント組成物。

請求項8

前記混和剤が、リグニンスルホン酸塩系減水剤又はポリカルボン酸系減水剤である、請求項7に記載のセメント組成物。

請求項9

前記混和剤の含有量が、当該セメント組成物100質量部に対して、0.1〜3質量部である、請求項7又は8に記載のセメント組成物。

請求項10

セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物の製造方法であって、前記セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが下記の条件Aを満たすか否かを判定する判定工程と、前記条件Aを満たす高炉スラグの含有量が、製造すべきセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上となるように、当該高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合する混合工程と、を含む、セメント組成物の製造方法。<条件A>高炉スラグは、Al2O3の含有量が当該高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり且つJISA6206:2013に記載の方法により算出されるJIS塩基度が1.65以上である。

請求項11

前記条件Aにおいて、JIS塩基度が1.85未満である、請求項10に記載のセメント組成物の製造方法。

請求項12

前記判定工程において、前記セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(1)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、前記混合工程において、下記式(1)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、前記セメントクリンカーとを混合する、請求項10又は11に記載のセメント組成物の製造方法。Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)

請求項13

前記判定工程において、前記セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(2)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、前記混合工程において、下記式(2)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、前記セメントクリンカーとを混合する、請求項12に記載のセメント組成物の製造方法。Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)

請求項14

前記判定工程において、前記セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(3)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、前記混合工程において、下記式(3)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、前記セメントクリンカーとを混合する、請求項12に記載のセメント組成物の製造方法。Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

請求項15

前記セメントクリンカーは、C3Sが25〜70質量%、C2Sが5〜50質量%、C3Aが2〜15質量%、C4AFが5〜15質量%である、請求項10〜14のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。

請求項16

前記混合工程は、前記セメントクリンカー、前記高炉スラグ又はこれらの混合物と、混和剤とを混合することを含む、請求項10〜15のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。

請求項17

前記混和剤が、リグニンスルホン酸塩系減水剤又はポリカルボン酸系減水剤である、請求項16に記載のセメント組成物の製造方法。

請求項18

前記混合工程において、前記混和剤の含有量が当該セメント組成物100質量部に対して0.1〜3質量部となるように、前記セメントクリンカー、前記高炉スラグ又はこれらの混合物と、前記混和剤とを混合する、請求項16又は17に記載のセメント組成物の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、セメント組成物及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

現在、地球温暖化防止対策として、セメント製造でのCO2発生量の低減に向けて、高炉水砕スラグフライアッシュ等の混合材を多量に使用した低炭素セメントの利用が進められている。しかし、混合材を多く含む混合セメントを使用した場合、高炉セメントB種と比べて初期発熱が抑えられ、硬化遅延が発生することがあった(非特許文献1、2)。また、混合セメントは、リグニンスルホン酸塩系のような減水剤を使用した場合、硬化遅延が発生することも報告されている(非特許文献3)。

0003

そこで、硬化遅延及び初期強度を改善する目的で、混合材の粉末度を高める方法、セメントの配合量を増やす方法、反応促進剤を使用する方法等の検討がなされている(非特許文献3)。また、従来、低炭素セメントに使用されているスラグとして、JIS A6206:2013に記載の方法により算出されるJIS塩基度が1.85以上の比較的高いものが使用されている。

先行技術

0004

安齋剛史、西川真、池尾楊作、井悦郎、高炉スラグ含有セメント水和反応解析、セメント・コンクリート論文集、vol.63、pp.22−27、(2009)
安齋剛史、西川真、池尾陽作、坂井悦郎、高炉スラグ高含有セメントの長期水和、セメント・コンクリート論文集、vol.64、pp.48−53、(2010)
智光、亀嶋範昭、山田収三、岡田幸三、セメント中せっこうの溶解量におよぼす減水剤の影響、セメント技術年報、vol.28、pp.87−90、(1974)

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、混合材の粉末度を高める方法、セメントの配合量を増やす方法、反応促進剤を使用する方法等といった従来の方法では、粉砕に要するエネルギーの増加、セメント配合量の増加に伴うCO2排出量の増加又はコストの増加に繋がる。そのため、混合セメントにおいて、CO2削減効果を損なうことなく安価に実施可能な硬化遅延対策が求められている。

0006

更に、混合セメントをコンクリート組成物等に適用する場合には、混和剤の影響によって硬化が更に遅延する恐れがある。したがって、混和剤使用時にも硬化遅延を抑制可能な技術が求められている。また、将来は低炭素社会の実現に向けて高炉セメントの利用が進む可能性があり、JIS塩基度が低いスラグを使いこなす技術が要望されている。しかしながら、JIS塩基度の低いスラグを使用した混合セメントでは、その反応性が低くなる場合があり、硬化がより一層遅延する恐れがある。そのため、硬化遅延を抑制しながらJIS塩基度の低いスラグを利用できる技術が必要とされている。

0007

本発明は、高炉スラグを多量に使用したセメントに混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができるセメント組成物及びその製造方法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

0008

本発明者らは、上記課題に関し鋭意検討した結果、高炉スラグを多量に使用した高炉セメントに混和剤を使用した場合であっても、Al2O3の含有量及びJIS塩基度が所定の値である高炉スラグを使用することで、セメント組成物の硬化遅延が抑制されることを見出した。本発明は、これらの知見に基づくものである。

0009

本発明は、セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物であって、高炉スラグの含有量がセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上であり、高炉スラグにおけるAl2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり、JIS A 6206:2013に記載の方法により算出される高炉スラグのJIS塩基度が1.65以上である。

0010

本発明のセメント組成物によれば、高炉スラグを多量に使用したセメントに混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができる。

0011

本発明のセメント組成物において、高炉スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が下記式(1)で示される条件を満たすことが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)

0012

本発明のセメント組成物において、高炉スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が下記式(1)に加えて下記式(2)で示される条件を満たすことが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)

0013

本発明のセメント組成物において、高炉スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が下記式(1)に加えて下記式(3)で示される条件を満たすことが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

0014

高炉スラグが、上記式(1)に加えて(2)又は(3)で示される条件を満たす場合、セメント組成物の硬化遅延をより抑制できる傾向がある。

0015

本発明のセメント組成物において、セメントクリンカーは、C3Sが25〜70質量%、C2Sが5〜50質量%、C3Aが2〜15質量%、C4AFが5〜15質量%であることが好ましい。この場合、セメント組成物の硬化遅延をより抑制できる傾向がある。

0016

本発明のセメント組成物は混和剤を更に含有することが好ましい。混和剤は、リグニンスルホン酸塩系減水剤又はポリカルボン酸系減水剤であることが好ましい。混和剤の含有量は、セメント組成物100質量部に対して、0.1〜3質量部であることが好ましい。この場合、本発明のセメント組成物は減水効果を十分に得ながらも、硬化遅延を抑制できる傾向がある。

0017

本発明のセメント組成物の製造方法は、セメントクリンカーと、高炉スラグとを含むセメント組成物の製造方法に関する。当該方法は、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが下記の条件Aを満たすか否かを判定する判定工程と、条件Aを満たす高炉スラグの含有量が、製造すべきセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上となるように、高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合する混合工程とを含む。
<条件A>
高炉スラグは、Al2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり且つJIS A6206:2013に記載の方法により算出されるJIS塩基度が1.65以上である。

0018

本発明のセメント組成物の製造方法によれば、条件Aを満たす高炉スラグを用いることで、硬化遅延が抑制されたセメント組成物を製造することができる。

0019

上記判定工程において、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(1)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、混合工程において、下記式(1)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合することが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)

0020

上記判定工程において、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(1)に加えて下記式(2)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、混合工程において、下記式(2)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合することが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)

0021

上記判定工程において、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(1)に加えて下記式(3)で示される条件を更に満たすか否かを判定するとともに、混合工程において、下記式(3)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合することが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

0022

すなわち、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグは、以下のいずれかの条件を満たすことが好ましい。このような高炉スラグを用いることで、より一層硬化遅延が抑制されたセメント組成物を製造することができる。
・条件A及び式(1)で示される条件の両方を満たす。
・条件A、式(1)で示される条件及び式(2)で示される条件の全てを満たす。
・条件A、式(1)で示される条件及び式(3)で示される条件の全てを満たす。

0023

上記セメントクリンカーは、C3Sが25〜70質量%、C2Sが5〜50質量%、C3Aが2〜15質量%、C4AFが5〜15質量%であることが好ましい。

0024

上記混合工程は、セメントクリンカー、高炉スラグ又はこれらの混合物と、混和剤とを混合することを含むことが好ましい。混和剤は、リグニンスルホン酸塩系減水剤又はポリカルボン酸系減水剤であることが好ましい。上記混合工程において、混和剤の含有量がセメント組成物100質量部に対して0.1〜3質量部となるように、セメントクリンカー、高炉スラグ又はこれらの混合物と、混和剤とを混合することが好ましい。

発明の効果

0025

本発明によれば、高炉スラグを多量に使用したセメントに混和剤を使用する場合であっても硬化遅延を比較的安価に抑制でき、更にJIS塩基度の低い高炉スラグも有効利用することができるセメント組成物及びその製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0026

本発明の一実施形態のセメント組成物の水和発熱速度を示す。
本発明の一実施形態のセメント組成物の水和発熱速度を示す。
条件1〜6のセメント組成物における、スラグのAl2O3の含有量とJIS塩基度の関係を示す。図中の数字は、各セメント組成物の第2ピーク最大発熱速度到達時間を示す。
条件7〜10のセメント組成物における、スラグのAl2O3の含有量とJIS塩基度の関係を示す。図中の数字は、各セメント組成物の第2ピーク最大発熱速度到達時間を示す。
条件11〜13のセメント組成物における、スラグのAl2O3の含有量とJIS塩基度の関係を示す。図中の数字は、各セメント組成物の第2ピーク最大発熱速度到達時間を示す。
条件14〜21のセメント組成物における、スラグのAl2O3の含有量とJIS塩基度の関係を示す。図中の数字は、各セメント組成物の第2ピーク最大発熱速度到達時間を示す。

0027

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

0028

<セメント組成物>
本実施形態のセメント組成物は、セメントクリンカーと、高炉スラグとを含み、高炉スラグの含有量がセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上であり、高炉スラグにおけるAl2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり、JIS A6206:2013に記載の方法により算出される高炉スラグのJIS塩基度が1.65以上である。

0029

セメントクリンカーは、特に限定されるものではない。セメントクリンカーの鉱物組成は、C3S量が25〜70質量%、好ましくは27〜66質量%、より好ましくは29〜65質量%、更に好ましくは30〜65質量%、特に好ましくは45〜64質量%、C2S量が5〜50質量%、好ましくは7〜48質量%、より好ましくは9〜46質量%、更に好ましくは10〜45質量%、C3A量が2〜15質量%、好ましくは4〜14質量%、より好ましくは6〜13質量%、更に好ましくは8〜12質量%、C4AF量が5〜15質量%、好ましくは6〜14質量%、より好ましくは7〜13質量%、更に好ましくは8〜12質量%である。このような鉱物組成であれば、高炉セメントの硬化遅延を抑制しやすい。

0030

セメントクリンカーは、C3S、C2S、C3A、及びC4AFを含有するものであり、その組成は、ボーグ式により算出することができる。ボーグ式は、セメントクリンカー中の主要な4鉱物の含有量を求める計算式である。セメントクリンカーの場合のボーグ式は、下記のように表される。
C3S量=(4.07×CaO)−(7.60×SiO2)−(6.72×Al2O3)−(1.43×Fe2O3)
C2S量=(2.87×SiO2)−(0.754×C3S)
C3A量=(2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3)
C4AF量=3.04×Fe2O3

0031

式中の「CaO」、「SiO2」、「Al2O3」及び「Fe2O3」は、それぞれ、セメントクリンカーにおけるCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3のセメントクリンカー全体質量に対する含有割合(質量%)である。これらの含有割合は、JIS R5202:2010「ポルトランドセメント化学分析方法」あるいはJIS R5204:2002「セメントの蛍光X線分析方法」により測定することができる。

0032

セメントクリンカーは、その一部、又は代替として一般的なポルトランドセメントを使用してもよい。使用可能なポルトランドセメントは特に限定されず、普通ポルトランドセメント早強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等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。硬化遅延を十分に抑制するという観点から、ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント又は中庸熱ポルトランドセメントが好ましい。ポルトランドセメントの鉱物組成はC3S量が25〜70質量%、好ましくは27〜66質量%、より好ましくは29〜65質量%、更に好ましくは30〜65質量%、特に好ましくは30〜64質量%、C2S量が5〜50質量%、好ましくは7〜48質量%、より好ましくは9〜46質量%、更に好ましくは10〜45質量%、C3A量が2〜15質量%、好ましくは2〜14質量%、より好ましくは2〜13質量%、更に好ましくは3〜12質量%、C4AF量が5〜15質量%、好ましくは6〜14質量%、より好ましくは7〜13質量%、更に好ましくは8〜12質量%である。このような鉱物組成であれば、高炉セメントの硬化遅延を抑制しやすい。ポルトランドセメントの鉱物組成は、下記のボーグ式で表される。
C3S量=(4.07×CaO)−(7.60×SiO2)−(6.72×Al2O3)−(1.43×Fe2O3)−(2.85×SO3)
C2S量=(2.87×SiO2)−(0.754×C3S)
C3A量=(2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3)
C4AF量=3.04×Fe2O3

0033

式中の「CaO」、「SiO2」、「Al2O3」、「Fe2O3」および「SO3」は、それぞれ、ポルトランドセメントにおけるCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3およびSO3のポルトランドセメント全体質量に対する含有割合(質量%)である。これらの含有割合は、JIS R5202:2010「ポルトランドセメントの化学分析方法」あるいはJIS R5204:2002「セメントの蛍光X線分析方法」により測定することができる。

0034

高炉スラグは、鉄鋼製造過程で生成する副産物である。高炉スラグは、硬化遅延の抑制及び強度発現の観点から、高炉水砕スラグが好ましい。

0035

高炉スラグにおけるAl2O3の含有量は、高炉スラグの全質量を基準として、13.75質量%以上であり、好ましくは14.0質量%以上であり、より好ましくは14.5質量%以上であり、更に好ましくは15質量%以上である。また、高炉スラグにおけるAl2O3の含有量の上限は、好ましくは18質量%以下であり、より好ましくは17質量%以下であり、更に好ましくは16質量%以下であり、特に好ましくは15.5質量%以下である。高炉スラグにおけるAl2O3の含有量は、JIS R5202:2010「ポルトランドセメントの化学分析方法」に記載の方法で算出することができる。

0036

高炉スラグのJIS塩基度は1.65以上であり、好ましくは1.70以上であり、より好ましくは1.71以上であり、更に好ましくは1.72以上であり、特に好ましくは1.73以上である。また、高炉スラグのJIS塩基度の上限は、好ましくは1.85未満であり、より好ましくは1.80以下であり、更に好ましくは1.77以下であり、特に好ましくは1.75以下である。高炉スラグのJIS塩基度は、JIS A6206:2013「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に記載の下記式に基づいて算出されたものである。このようなJIS塩基度であれば、混和剤使用時の硬化遅延が抑制できるだけでなく、JIS塩基度の低いスラグも有効利用することができる。
JIS塩基度b=(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2
CaO:スラグ中酸化カルシウムの含有量(質量%)
MgO:スラグ中の酸化マグネシウムの含有量(質量%)
Al2O3:スラグ中の酸化アルミニウムの含有量(質量%)
SiO2:スラグ中の二酸化珪素の含有量(質量%)

0037

このようなAl2O3量及びJIS塩基度を有する高炉スラグであれば、高炉セメントの硬化遅延を抑制しやすい。

0038

高炉スラグは、高炉スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が下記式(I)で示される条件を満たすことが好ましい。
Al2O3の含有量≧A×JIS塩基度+B・・・(I)
式(I)において、A及びBはそれぞれ−1.8及び17.1であり、好ましくは−5.0及び23.1であり、より好ましくは−6.4及び25.8であり、更に好ましくは−11.7及び35.7である。
すなわち、式(I)の具体例としては下記式(1)が挙げられる。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)

0039

高炉スラグは、高炉スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が、下記式(II)又は(3)で示される条件を満たすことが好ましく、下記式(1)に加えて下記式(II)又は(3)で示される条件を満たすことがより好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≧C×JIS塩基度+D・・・(II)
式(II)において、C及びDはそれぞれ22.1及び−24.1であり、好ましくは26.0及び−30.6である。
すなわち、式(II)の具体例としては下記式(2)が挙げられる。
Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)
Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)
上記式(I)(例えば式(1))を満たす高炉スラグであれば、硬化遅延をより抑制できる。更に式(II)(例えば式(2))又は式(3)で示される条件を満たす高炉スラグであれば、より一層硬化遅延を抑制することができる。

0040

高炉スラグのブレーン比表面積は、一般的なコンクリート用高炉スラグ微粉末(JIS A6206)相当であれば特に限定されるものではない。ブレーン比表面積は、好ましくは3000〜6000cm2/g、より好ましくは3100〜5500cm2/g、更に好ましくは3200〜5000cm2/g、特に好ましくは3300〜4500cm2/gである。高炉スラグのブレーン比表面積をこのような範囲にすることで、スラグの粉砕に要するエネルギーを増大することなく硬化遅延をより一層抑制することができる。

0041

高炉スラグの含有量は、セメント組成物の全質量を基準として、60質量%以上であり、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは75質量%以上、更に好ましくは80%以上である。一方、高炉スラグの含有量の上限については、100質量%未満であり、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは95質量%以下であり、更に好ましくは91質量%以下である。高炉スラグの含有量をこのような範囲とすることで、CO2排出量を十分に削減しながら、硬化遅延の抑制効果が得られやすい。

0042

本実施形態のセメント組成物は混和剤を含むことができる。使用される混和剤は特に限定されるものではないが、JIS A6204:2011に規定されている減水剤、高性能減水剤流動化剤であり、より詳しくはリグニンスルホン酸塩系減水剤、オキシカルボン酸塩系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤、メラミンスルホン酸塩系減水剤等を使用することができる。本実施形態のセメント組成物は、リグニンスルホン酸塩系減水剤又はポリカルボン酸系減水剤を使用した場合の硬化遅延をより効果的に抑制することができ、ポリカルボン酸系減水剤を使用した場合の硬化遅延を特に効果的に抑制できる傾向にある。ポリカルボン酸系減水剤の中でも、特定の構造を有するものが好ましい。混和剤は2種類以上を組み合わせて使用してもよく、添加するタイミングも特に限定されない。混和剤は、例えば、水と混合してからセメント組成物に添加することができる他、予め練り混ぜられたモルタル又はコンクリートに添加してもよく、粉体としてセメント組成物にプレミックスしてもよい。混和剤の含有量は、セメント組成物100質量部に対して、好ましくは0.1〜3質量部であり、より好ましくは0.1〜2.7質量部、更に好ましくは0.12〜2.5質量部、特に好ましくは0.15〜2.3質量部である。混和剤の含有量がこのような範囲であれば、減水効果を十分に得ながらも硬化時間を抑制できる傾向がある。

0043

本実施形態のセメント組成物は、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲で少量の混合材を添加してもよい。混合材は、JIS R 5211:2009「高炉セメント」に規定される高炉スラグ、JIS R5212:2009「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、JIS A6201:2008「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、JIS R5210:2009「ポルトランドセメント」に規定される石灰石等を利用することができる。

0044

本実施形態のセメント組成物のブレーン比表面積は、好ましくは3000〜6000cm2/gであり、より好ましくは3100〜5500cm2/gであり、更に好ましくは3200〜5000cm2/gであり、特に好ましくは3300〜4500cm2/gである。セメント組成物のブレーン比表面積は強度発現性に影響する。そのため、セメント組成物のブレーン比表面積が上記範囲であれば、強度発現性が良好となる傾向がある。

0045

本実施形態のセメント組成物を混練する際の水量は、水とセメント組成物との質量比(W/C)で、好ましくは30〜75質量%であり、より好ましくは35〜72質量%であり、更に好ましくは40〜70質量%であり、特に好ましくは45〜55質量%である。水とセメント組成物との質量比がこのような範囲であれば、硬化時間を抑制できる傾向がある。

0046

<セメント組成物の製造方法>
次に、本実施形態のセメント組成物の製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態のセメント組成物においては、セメント組成物の製造に、セメントクリンカーと、高炉スラグとを使用する。

0047

セメントクリンカーは、石灰石、硅石、石炭灰粘土、高炉スラグ、建設発生土下水汚泥銅からみ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料を混合し、焼成して製造することができる。焼成には、SP方式(多段サイクロン予熱方式)又はNSP方式(仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式)等の既存のセメント製造設備を用いることができる。セメントクリンカーの鉱物組成は、上述したものが好ましい。高炉スラグについては上述したものを用いることができる。

0048

本実施形態の製造方法は、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが下記の条件Aを満たすか否かを判定する判定工程と、条件Aを満たす高炉スラグの含有量が、製造すべきセメント組成物の全質量を基準として60質量%以上となるように、高炉スラグと、セメントクリンカーとを混合する混合工程とを含む。
<条件A>
高炉スラグは、Al2O3の含有量が高炉スラグの全質量を基準として13.75質量%以上であり且つJIS A6206:2013に記載の方法により算出されるJIS塩基度が1.65以上である。

0049

本実施形態のセメント組成物の製造方法において、条件Aを満たす高炉スラグを用いることで、硬化遅延が抑制されたセメント組成物を製造することができる。

0050

本実施形態のセメント組成物の製造方法は、上記判定工程において、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグが、下記式(1)を更に満たすか否かを判定するとともに、混合工程において、下記式(1)で示される条件を更に満たす高炉スラグと、前記セメントクリンカーとを混合することが好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
更に下記式(1)に加えて下記式(2)又は(3)を満たすことがより好ましい。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≧22.1.0×JIS塩基度−24.1・・・(2)
Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

0051

すなわち、セメント組成物の製造に使用する高炉スラグは、以下のいずれかの条件を満たすことが好ましい。このような高炉スラグを用いることで、より一層硬化遅延が抑制されたセメント組成物を製造することができる。
・条件A及び式(1)で示される条件の両方を満たす。
・条件A、式(1)で示される条件及び式(2)で示される条件の全てを満たす。
・条件A、式(1)で示される条件及び式(3)で示される条件の全てを満たす。

0052

上記混合工程における混合方法は、特に制限されるものではなく、セメントクリンカーと高炉スラグを混合粉砕する方法、セメントクリンカーを混合粉砕後、別に粉砕した高炉スラグを混合する方法等が挙げられる。

0053

混合工程は、セメントクリンカー、高炉スラグ又はこれらの混合物と、混和剤とを混合することを含む。混和剤は、上述したものを用いることができる。また、混和剤は、混和剤の含有量がセメント組成物100質量部に対して0.1〜3質量部となるように、セメントクリンカー、高炉スラグ、又はこれらの混合物と混合される。混和剤の混合方法は、セメント組成物と水、骨材等を練混ぜるときに添加する方法、予めセメント組成物に添加する方法等が挙げられる。

0054

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、以下において特に断りがない場合、%は質量%を示す。

0055

1.セメント組成物の調製
表1に、試験に供したスラグの化学成分及びJIS塩基度を示す。No.1〜5のスラグは電気炉試製したスラグである。スラグは、純薬の混合原料カーボン坩堝に入れて、電気炉内において1500℃で30分間加熱して溶融させた後、電気炉から取り出し、直ちに溶融物を水中に投入して急冷させて得たものである。得られたスラグは、ブレーン比表面積4300±100cm2/gとなるように試験ミルで粉砕した。
一方、No.6〜12のスラグは、実製造の高炉スラグである。具体的には、No.6〜8のスラグは試験ミルを用いて粉砕したものであり、No.9〜12のスラグは実機のミルで粉砕されたものである。いずれもブレーン比表面積4200〜4500cm2/gの範囲となるように粉砕したものである。

0056

表2に、使用したベースセメントの鉱物組成を示す。ベースセメント10質量部に対して、粉砕した高炉スラグを90質量部混合してセメント組成物を作製した。スラグの混合条件は表3に示す。

0057

0058

0059

作製したセメント組成物に対して水とセメント組成物との比(W/C)が67質量%又は50質量%となるように水道水を加えて2分間練混ぜた。このとき、セメント組成物100質量部に対してリグニンスルホン(以降、LSと記載)酸塩系減水剤が0.21質量部、又は構造が異なる2種のポリカルボン酸系高性能減水剤A若しくはB(以降、それぞれをPC(A)、PC(B)と記載)が1質量部となるように添加して練混ぜた。混和剤量並びに水量の条件は表3に示す。

0060

0061

2.測定
練混ぜた試料は、直ちにセメント水和熱熱量計(CHC−OM6:株式会社東京理工製)を用いて水和発熱速度を測定し、硬化に要する時間を調査した。具体的には、高炉スラグの水和反応に起因する第二の水和発熱ピークに着目し、測定開始から最大発熱速度に到達するまでに要した時間を硬化時間の目安とし、使用したセメント及び混和剤の組み合わせ毎の基準で判定した。最大発熱速度に到達するまでの時間が、条件1〜6では39時間以内、条件7〜10では50時間以内、条件11〜13では90時間以内、条件14〜21では35時間以内であれば、硬化遅延を抑制できたと判定した。

0062

表4に各実施例及び比較例の水和発熱第2ピークの最大発熱速度到達時間を示す。表4の「判定」における「○」は最大発熱速度に到達するまでの時間が上記の時間内であったもの意味し、「×」は最大発熱速度に到達するまでの時間が上記の時間を超えたものを意味する。なお、水和発熱の第二ピークとは、注水開始からおよそ40時間までのシャープな発熱の後に生じる発熱であり、図1及び図2測定結果の一例を示すように第一ピークと比べてなだらかな発熱である。図2のように複数のピークが重なった状態となる場合もあるが、発熱速度が最大となった位置を最大発熱速度とした。図3〜6に、各条件のセメント組成物におけるスラグのAl2O3の含有量とJIS塩基度の関係を示す。

0063

0064

3.結果
この結果、Al2O3量が13.75質量%以上であり、JIS塩基度が1.65以上であるスラグを用いることで、水和発熱第2ピークの最大発熱速度到達時間を十分に短くすることができた。更に、スラグのAl2O3の含有量(質量%)及びJIS塩基度が下記式(1)で示される条件を満たす場合、水和発熱第2ピークの最大発熱速度到達時間が短くなる傾向にあり、更に下記式(2)又は(3)で示される条件を満たす場合、水和発熱第2ピークの最大発熱速度到達時間がより短くなる傾向にあった。また、ポリカルボン酸系減水剤では、特にPC(A)よりもPC(B)を使用した場合に硬化時間が短くなった。
Al2O3の含有量≧−1.8×JIS塩基度+17.1・・・(1)
Al2O3の含有量≧22.1×JIS塩基度−24.1・・・(2)
Al2O3の含有量≦15.0×JIS塩基度−12.5・・・(3)

実施例

0065

以上の結果より、Al2O3の含有量及びJIS塩基度が所定の値をとるスラグを用いることで、混和剤を使用した場合であっても硬化遅延を抑制できることが示された。また、用いたスラグはJIS塩基度が1.75付近と比較的低いものであっても、硬化遅延が抑制された。したがって、従来では混和剤使用時に硬化遅延を起こす恐れのあったJIS塩基度の低い高炉スラグも、硬化遅延を生じることなく利用することが可能となった。更に、特定の構造を有する混和剤を使用する場合に、硬化遅延をより一層抑制することができた。

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