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JP6055367B2 - 流動性改善型クリンカー - Google Patents

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Description

本発明は、ポルトランドセメントクリンカーおよびセメント組成物に係わる。詳しくは良好な流動性を保つ組成を有するセメントクリンカーおよびセメント組成物に係わる。
ポルトランドセメントクリンカーは主にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＦｅ３Ｏ３から構成されており、これら成分からなる鉱物比率、具体的にはＣ３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）、Ｃ２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）及びＣ４ＡＦ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ３Ｏ３）の組成比が、セメントの各種物性に大きな影響を与えることはよく知られている。
セメント製造においては設備の特徴を生かし原料や熱エネルギー源として廃棄物・副産物を有効利用あるいは処理を行い、再資源化を行なっている。廃棄物・副産物の中には都市ごみ焼却灰、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等、石炭灰等、Ａｌ２Ｏ３含有量が高いものも多い。このようなＡｌ２Ｏ３含有量が多い廃棄物、副産物の使用量を増加させた場合、ポルトランドセメントクリンカー成分のうち３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（以下、Ｃ３Ａ）含有量が増加することになる。Ｃ３Ａは初期水和に大きく寄与する鉱物であり、Ｃ３Ａが増加することによりセメントの流動性を低下させる。
廃棄物・副産物の使用量を増加させることは資源有効利用という観点から積極的に行なうことが求められるがそれに伴いセメントの物性等に影響を及ぼしては意味がない。流動性の低下は施工性能を低下させるものであり、一定の流動性を有することが求められる。
従って本発明ではＣ３Ａが増加した場合においても良好な流動性を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を進めた結果、Ｃ３Ａが増加した場合においてもポルトランドセメントクリンカー中のＭｎＯ含有量を増加させることにより流動性を改善できることがわかった。
即ち本発明は、ボーグ式によって算出されるＣ３Ｓが５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓが１０〜２０質量％、Ｃ３Ａが１０〜１５質量％、Ｃ４ＡＦが８〜１５質量％であって、さらにＭｎＯを１．０〜２．５％質量％含有することを特徴とするポルトランドセメントクリンカーである。
本発明によれば、ポルトランドセメントクリンカーのＣ３Ａが増加した場合においてもポルトランドセメントクリンカー中のＭｎＯ含有量を増加することにより流動性の良好なポルトランドセメントクリンカーが得られる。
本発明のポルトランドセメントクリンカー（以下、単に「セメントクリンカー」という）は、ボーグ式によって算出されるＣ３Ｓが５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓが１０〜２０質量％、Ｃ３Ａが１０〜１５質量％、Ｃ４ＡＦが８〜１５質量％である。
なおボーグ式は周知の通り、セメントクリンカーの化学組成を分析し、下記式により算出されるものである。
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
本発明のセメントクリンカーは上記４鉱物のなかでもＣ３Ａが１０質量％以上と多い点に第一の特徴を有する。Ｃ３Ａ量が多いため、原料としてアルミニウムの多いものを多量に使用できる、即ち、多量の廃棄物・副産物を原料とすることができる。なおＣ３Ａが１５質量％を超えると流動性の低下が激しく、後述するＭｎの含有によっても工業的に利用できるレベルの流動性とすることは困難である。Ｃ３Ａは好ましくは１０〜１２質量％である。
またＣ３Ｓは、好ましくは６０〜７０質量％、Ｃ２Ｓは、好ましくは１２〜１７質量％、Ｃ４ＡＦは、好ましくは９〜１２質量％である。
本発明のセメントクリンカーにおける第二の特徴はＭｎ（マンガン）をＭｎＯ換算で１．０〜２．５質量％含有する点にある。Ｍｎを含有させることにより流動性を向上させることができる。ＭｎＯが１．０質量％未満では、十分な流動性改善効果が得られない。一方、ＭｎＯが多いほど流動性が良くなる傾向にあるが、圧縮強度が低下する傾向にあり、２．５質量％を超えると実用上問題を生じる場合がある。ＭｎＯの含有量は好ましくは１．０〜１．５質量％である。
本発明のセメントクリンカーにおいて、上記ＭｎＯ含有量のものを得る方法は特に限定されず、例えば、各種のマンガン鉱物を原料の一部として使用したり、後述する廃棄物・副産物でマンガン含有量の多いもの（例えば、廃棄された電池など）を、従来よりも多く使用したりすることで容易に可能である。
本発明のセメントクリンカーを製造する方法は特に限定されるものではなく、上述の如く焼成後のセメントクリンカーのボーグ式によって算出されるＣ３Ｓが５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓが１０〜２０質量％、Ｃ３Ａが１０〜１５質量％、Ｃ４ＡＦが８〜１５質量％であって、さらに含有するＭｎＯ量が１．０〜２．５質量％となるように公知の各原料の配合比率を調整し、これを従来公知のポルトランドセメントクリンカーの焼成方法を適宜選択して焼成すればよい。例えば事前に廃棄物・副産物およびその他の原料（石灰石、珪石等）の組成を測定し、これら原料中の各成分の割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で調合すればよい。
使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。
なお、原料中に含まれるＭｎ成分は全量がセメントクリンカー中に移行するとして配合比率を決定するための計算を行えばよい。むろん原料粉砕工程や焼成工程で揮発してセメントクリンカー中に取り込まれないＭｎ成分があることがわかっている場合には、その分を考慮に入れて計算する必要がある。
製造スケールや秤量精度にもよるが、セメントクリンカー製造時の組成制御における定法に従って計算を行えば、通常は計算値±０．０５質量％の範囲で焼成後のセメントクリンカーの各成分の組成を制御できる。
このようにして配合比率を調整した原料を焼成してセメントクリンカーとする。前述のとおり、焼成方法は特に制限されず公知の方法を適宜選択して行えばよく、例えばＮＳＰキルンやＳＰキルンに代表されるセメントキルン等の高温加熱が可能な装置を用いて概ね１４５０℃を超える高温で焼成するのが一般的である。
得られたセメントクリンカー中に含まれる各成分の定量は、例えばＪＩＳ Ｒ ５２０２に規定される化学分析方法や、ＪＩＳ Ｒ ５２０４に規定される蛍光Ｘ線分析法に従い行えばよい。
上記のようにして製造したセメントクリンカーは、次いで公知の方法に従いセメントとすればよい。例えばＪＩＳ規格セメントとするのであれば、石膏及び必要に応じて粉砕助剤、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ、炭酸カルシウム、石灰石等を混合、粉砕すればよい。粉砕によりブレーン比表面積をＪＩＳ規格で定める値以上、好ましくは２８００〜５０００ｃｍ２／ｇ程度とする。
さらに必要に応じ、粉砕後に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合し、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等にすることも可能である。
むろん本発明のセメントクリンカーは、ＪＩＳ規格外のセメントの製造原料や、セメント系固化材等の原料としてもよい。
以下、実施例により本発明の構成及び効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
ＭｎＯの含有量を変化させてセメント用原料を調整し、１４５０℃で焼成してセメントクリンカーを得た。このセメントクリンカーにＳＯ３含有量１．８〜１．９質量％となるように石膏を添加し、ブレーン比表面積３２００〜３３００cm２/ｇとなるように粉砕し、セメントを作製した。
また各測定方法は以下の方法による。
（１）セメントクリンカーの化学組成の測定：ＪＩＳ Ｒ ５２０４に準拠する蛍光Ｘ線分析法により測定した。
（２）セメントペーストフローの測定：ＪＡＳ １５ Ｍ−１０３に準拠して測定し、練り混ぜ時間を３分、水／セメント比０．５０、混和剤添加なし、試験温度を２０℃とし、練り上がり直後のフローを測定した。
実施例１
セメントクリンカー中のＭｎがＭｎＯ換算で１．０質量％、ボーグ式によって算出される鉱物組成が所定の値となるように原料の配合比を調整し、これを焼成してセメントクリンカーを得た。得られたセメントクリンカーの化学組成およびボーグ式による鉱物組成を表１に示す。
さらにこのセメントクリンカーに石膏を添加、粉砕してセメントとし、セメントペーストフローの測定を行なった。この結果も併せて図１に示す。
実施例２、比較例１、２および参考例
焼成後のセメントクリンカーの組成が表１に示す値になるようにＭｎＯ含有量および原料組成を変化させた以外は実施例１と同様にしてセメントを製造し、セメントペーストフローの測定を行なった。
得られたセメントクリンカーおよび該セメントクリンカーを用いて製造したセメントについて測定した結果を表１に示す。
実施例１、２はＭｎＯ含有量を１．０質量％または１．５質量％含有した場合の結果であるが、Ｃ３Ａが多い場合においても良好な流動性を有していることを示している。
比較例１、２はＭｎＯ含有量が１．０質量％以下の場合の結果を示しているが、参考例と比較してペーストフローの値が著しく低い結果となっており、流動性が悪化していることは明らかである。
Figure 0006055367

Claims (3)

  1. ボーグ式によって算出されるＣ３Ｓが５０〜７０質量％、Ｃ２Ｓが１０〜２０質量％、Ｃ３Ａが１０〜１５質量％、Ｃ４ＡＦが８〜１５質量％であって、さらにＭｎＯを１．０〜２．５質量％含有するポルトランドセメントクリンカー。
  2. 請求項１記載のポルトランドセメントクリンカーと、石膏とを含むセメント組成物。
  3. 高炉スラグ、石灰石、フライアッシュ及びシリカフュームから選ばれる少なくともいずれか１種をさらに含有する請求項２記載のセメント組成物。
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