JP2016005997A - セメント組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程における二酸化炭素排出量を可能な限り抑制し、強度発現性を維持・向上させつつ、断熱温度上昇量を抑制した、石灰石、高炉スラグ及び塩素バイパスダストを含むセメント組成物を提供する。
【解決手段】セメントクリンカーと、石膏と、石灰石と、高炉スラグと、塩素バイパスダストとを含むセメント組成物であって、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下であり、好ましくは石灰石量が１〜８質量％である、セメント組成物である。また、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％となるように、セメントクリンカー、石灰石、高炉スラグ及び塩素含有量が４〜３５質量％の塩素バイパスダストを粉砕混合する工程を含む、セメント組成物の製造方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、セメントクリンカー及び石膏に、石灰石、高炉スラグ及び塩素バイパスダストを含むセメント組成物及びその製造方法に関する。

セメント産業は、温室効果ガスである二酸化炭素を排出する産業である。二酸化炭素排出量の削減は重要な課題である。この二酸化炭素は、セメントの中間製品であるクリンカーを製造する工程で原料を焼成した際に、原料である石灰石の化学反応によって発生する。二酸化炭素は、セメントクリンカーを製造する限り排出するものである。

二酸化炭素の排出量の削減が望まれている状況下において、普通ポルトランドセメントは、セメント組成物中にクリンカーを９５質量％程度含む。普通ポルトランドセメントに対して、混合セメントは、高炉スラグや石炭灰（フライアッシュ）等の混和材を混合させるため、セメント組成物中に含まれるクリンカーの比率を引き下げることができる。したがって、混合セメントが普通ポルトランドセメントと同等の性能を維持できれば、混合セメントの製造によって二酸化炭素の削減に寄与させることができる。

普通ポルトランドセメント等のセメント組成物に求められる性能の１つは、セメント組成物を使用したコンクリート等の硬化体の強度発現性である。硬化体の強度発現性を得るために、粉末度の細かい（ブレーン比表面積の大きい）石灰石又は高炉スラグを使用したセメント組成物が提案されている。例えば、特許文献１には、軟弱地盤改良硬化剤として、普通ポルトランドセメントと、粉末度を細かくした特定のブレーン比表面積を有する高炉スラグ微粉末及び石灰石微粉末とを含む、硬化材組成物が記載されている。また、特許文献２には、特定のブレーン比表面積となるように粉砕されたセメント粉末と、粉末度を細かくした特定のブレーン比表面積を有する石灰石粉末及び／又はスラグ粉末を含む、セメント組成物が記載されている。

混合セメントの一種として、特許文献３には、高炉スラグ又はフライアッシュの一種を含むセメントと、特定量の塩素バイパスダストとを含むセメント組成物が記載されている。

強度発現性と関連して、セメント組成物の性能の１つとして水和熱が挙げられる。セメント組成物の水和熱は、セメント組成物に含まれる成分と水とが反応して水和物を生成する際の発熱である。一般的に、セメント組成物は、水和物の生成量が多くなるにつれて、モルタル又はコンクリートの強度が上昇するが、それと同時にセメント組成物と水との反応に伴う水和熱も増大する。言い換えれば、モルタル及びコンクリートの強度発現性が向上すると、セメント組成物の水和熱が増加するのが一般的な傾向である。

セメント組成物の水和発熱量が増加すると、モルタルやコンクリートを断熱状態で養生した際に測定される断熱温度上昇量も増加する。断熱温度上昇量は、モルタルやコンクリートを断熱状態（外部への熱の逸散がない状態）で養生して測定される。断熱温度上昇量が増加すると、モルタルやコンクリートは内部と外部との温度差が大きくなる。このため、モルタルやコンクリートの断熱温度上昇量の増加は、温度ひび割れを誘因する場合がある。非特許文献１の土木学会のコンクリート標準示方書では、コンクリートの断熱温度上昇特性を、下記式（Ｉ）で表すことが提案されている。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ_∞（１−ｅｘｐ（γ（ｔ−ｔ_０））） （Ｉ）
式（Ｉ）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ_∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ_０は発熱開始材齢（日）を示し、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示す。

また、非特許文献２には、モルタルの断熱温度上昇特性を予測する方法が提案されている（非特許文献２）。

特開２００４−１３７３１８号公報 特開２００２−２６５２４１号公報 特開平１０−２１８６５７号公報

コンクリート標準示方書[施工編]（２００２）、土木学会 丸屋英二ほか、「少量サンプル用断熱熱量計によるセメント品質管理手法の開発」、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ．６１、ｐ．８６−９２（２００７）

しかしながら、特許文献１及び２に記載の硬化材組成物又はセメント組成物は、粉末度の細かい（ブレーン比表面積の大きい）石灰石、高炉スラグ又はセメント粉末を使用するため、組成物の製造工程において、粉末度を細かくするための粉砕エネルギーが発生し、エネルギーが増加する。粉砕エネルギーの増加は、二酸化炭素発生量の増加に繋がり、二酸化炭素発生量の削減に反し、環境面において好ましいことではない。

また、コンクリート等の断熱温度上昇特性の評価は多大な労力を要し、セメント組成物の各成分と断熱温度上昇特性との関係は十分に解明されていないのが実情である。例えば特許文献１又は３には、セメント組成物を用いた硬化物の断熱温度上昇特性に関しては記載されていない。強度発現性と水和熱の一般的な関係を考慮すると、硬化体の強度が増加又は維持されている場合には、水和熱も増加又は維持されていると考えるのが一般的である。特許文献２には、特定のブレーン比表面積を有する石灰石微粉末及びスラグ粉末と、特性のブレーン比表面積を有するセメント粉末とを含むセメント組成物の終局断熱温度上昇量は記載されている。

本発明は、製造工程における二酸化炭素排出量を削減し、強度発現性を維持・向上させつつ、断熱温度上昇量を抑制した、石灰石、高炉スラグ及び塩素バイパスダストを含むセメント組成物を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題を達成すべく鋭意検討した結果、モルタル、コンクリートの強度発現性を維持・向上させ、断熱温度上昇量を抑制するためには、セメント組成物中の混合材（石灰石と高炉スラグの合量）に占める石灰石と高炉スラグが適正な質量比であることが有効であり、さらに適正量の塩素バイパスダストを加えることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明１は、セメントクリンカーと、石膏と、石灰石と、高炉スラグと、塩素バイパスダストを含むセメント組成物であって、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下であることを特徴とするセメント組成物に関する。
本発明２は、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石量が１〜８質量％である、本発明１のセメント組成物に関する。
本発明３は、セメント組成物の全質量を基準として、高炉スラグ量が１〜１９質量％である、本発明１又は２のセメント組成物に関する。
本発明４は、セメント組成物の全質量を基準として、塩化物イオン量が０．０２〜０．１質量％である、本発明１〜３のセメント組成物に関する。
本発明５は、セメント組成物中に含まれる塩素バイパスダストから発生した塩化物イオン量が０．０１〜０．０９質量％である、本発明１〜４のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明６は、セメント組成物のブレーン比表面積が２８００〜４０００ｃｍ^２／ｇである、本発明１〜のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明７は、石灰石と高炉スラグの質量比（石灰石：高炉スラグ）が１：９〜６：４である、本発明１〜５のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明８は、セメントの全質量を基準として、塩素バイパスダスト量が０．０５〜５質量％である、本発明１〜７のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明９は、セメント組成物の全質量を基準として、ＳＯ_３量が１．６〜２．５質量％である、本発明１〜８のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明１０は、セメントの全質量を基準として、セメントクリンカー量が７５〜９０質量％である、本発明１〜９のいずれかに記載のセメント組成物に関する。
本発明１１は、セメントクリンカーが、ボーグ式換算で、Ｃ_３Ｓ量が４５〜７０質量％、Ｃ_２Ｓ量が５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ量が６〜１５質量％、及びＣ_４ＡＦ量が７〜１５質量％である、本発明１〜１０のいずれかに記載のセメント組成物に関する。

本発明１２は、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％となるように、セメントクリンカー、石灰石、高炉スラグ及び塩素含有量が４〜３５質量％の塩素バイパスダストを粉砕混合する工程を含む、セメント組成物の製造方法に関する。

本発明は、製造工程における二酸化炭素（ＣＯ_２）発出量を削減し、モルタル又はコンクリート等の硬化体の強度発現性を維持又は向上しつつ、断熱温度上昇量を抑制したセメント組成物を提供することを目的とする。

セメント組成物中の石灰石及び高炉スラグの添加率と、モルタル圧縮強さとの関係を示す図である。 セメント組成物中の混合材（石灰石及び高炉スラグの合量）の添加率と、モルタル圧縮強さとの関係を示す図である。 セメント組成物中の石灰石及び高炉スラグ添加率と断熱温度上昇量（終局の断熱温度上昇量（Ｑ_∞））との関係を示す図である。 材齢２８日のモルタル圧縮強さと断熱温度上昇量（終局の断熱温度上昇量（Ｑ_∞））との関係を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

本実施形態に係るセメント組成物は、セメントクリンカーと、石膏と、石灰石と、高炉スラグと、塩素バイパスダストを含むセメント組成物であって、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下である。本実施形態に係るセメント組成物は、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石量が１〜８質量％である。

セメント組成物は、セメントクリンカーと、石灰石と、高炉スラグと、石膏と、塩素バイパスダストを混合して粉砕することによって製造することができる。

セメントクリンカーの製造は、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て製造することができる。

セメントクリンカーの鉱物組成は、ボーグ式算定のＣ_３Ｓ量が４５〜７０質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が６〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が７〜１５質量％であることが好ましい。セメントクリンカーの鉱物組成は、より好ましくはＣ_３Ｓ含有量が４８〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が８〜１３質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１２質量％であり、更に好ましくはＣ_３Ｓ含有量が５０〜６４質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１１〜２０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が９〜１２質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１１質量％であり、特に好ましくはＣ_３Ｓ含有量が５３〜６０質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１１〜１９質量％、Ｃ_３Ａ含有量が９〜１１質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１０質量％である。

ここでボーグ式算定のＣ_３Ｓ量、Ｃ_２Ｓ量、Ｃ_３Ａ量およびＣ_４ＡＦ量は、下記の式［１］、［２］、［３］、［４］によって算出する値である。
Ｃ_３Ｓ量(質量％)＝４．０７×ＣａＯ(％)−７．６０×ＳｉＯ_２(％)−６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３(％)−１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３(％)−２．８５×ＳＯ_３(％)・・・［１］
Ｃ_２Ｓ量（質量％）＝２．８７×ＳｉＯ_２（％）−０．７５４×Ｃ_３Ｓ（％）・・・［２］
Ｃ_３Ａ量（質量％）＝２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３（％）−１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３（％）・・・［３］
Ｃ_４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３（％）・・・［４］

セメント組成物中に含まれるセメントクリンカー量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは７５〜９０質量％、より好ましくは８０〜９０質量％、更に好ましくは８３〜９０質量％、特に好ましくは８５〜８８質量％である。
セメント組成物中に含まれるセメントクリンカー量が、７５〜９０質量％であると、セメント組成物中に石灰石、高炉スラグ及び塩素バイパスダストを含む場合であっても、これらの混合材を含まないセメント組成物と同等又はそれ以上の硬化体の強度発現性を発揮することができる。

石膏は、ＪＩＳ Ｒ ９１５１「セメント用天然せっこう」に規定される品質を満足するものを用いることが望ましく、具体的には、二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。

セメント組成物は、セメント組成物の全質量を基準として、ＳＯ_３量が、好ましくは１．６〜２．５質量％、より好ましくは１．７〜２．３質量％、更に好ましくは１．８〜２．１質量％である。セメント組成物中のＳＯ_３量が、上記範囲内であると、セメント組成物の断熱温度上昇量を増大させることなく、モルタルやコンクリート等の硬化体の強度発現性を維持・向上させることができる。セメント組成物中のＳＯ_３含有量は、セメント組成物の全体質量に対する含有割合（％）であり、この含有割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定することができる。

石灰石は、ＪＩＳ Ｒ ５２１０：２００９「ポルトランドセメント」で規定されるＣａＣＯ_３量を９０％以上含有している石灰石を使用する。石灰石は、粒度が、好ましくは５０ｍｍ以下であり、より好ましくは３０ｍｍ以下であり、更に好ましくは２０ｍｍ以下である。石灰石の粒度は特に限定されず、特に粒度の小さい、粉末度の細かい石灰石を使用する必要はなく、上記範囲外の粒度の石灰石であっても使用することができる。

セメント組成物中の石灰石量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは１〜８質量％、より好ましくは２〜８質量％、更に好ましくは２〜６質量％である。セメント組成物の全質量を基準として、セメント組成物中の石灰石量が１〜８質量％であると、一般的に強度発現性（圧縮強度）の増大とともに増大すると推測される断熱温度上昇量を抑制し、モルタルやコンクリート等の硬化体の強度発現性（圧縮強度）を維持・向上させることができる。

高炉スラグは、ＪＩＳ Ｒ ５２１１：２００３「高炉セメント」で規定される高炉スラグを使用する。高炉スラグは、粒度が、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以下であり、更に好ましくは２ｍｍ以下である。高炉スラグの粒度は特に限定されず、特に粒度の小さい、粉末度の細かい高炉スラグを使用する必要はなく、上記範囲外の粒度の高炉スラグであっても使用することができる。

セメント組成物中の高炉スラグ量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは１〜１９質量％であり、より好ましくは４〜１９質量％、更に好ましくは４〜１８質量％、特に好ましくは４〜１０質量％である。セメント組成物の全質量を基準として、セメント組成物中の高炉スラグ量が１〜１９質量％であると、断熱温度上昇量を抑制し、モルタルやコンクリート等の硬化体の強度発現性（圧縮強度）を維持・向上させることができる。

セメント組成物中の石灰石と高炉スラグの合量は、セメント組成物の全質量を基準として、５質量％を超え２０質量％以下である。セメント組成物中の石灰石と高炉スラグの合量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは７〜２０質量％であり、より好ましくは７〜１５質量％であり、更に好ましくは７〜１０質量％である。セメント組成物中の石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下であると、一般的に強度発現性（圧縮強度）の増大とともに増大すると推測される断熱温度上昇量を抑制し、モルタルやコンクリート等の硬化体の強度発現性（圧縮強度）を維持・向上させることができる。本明細書において、石灰石と高炉スラグとを混合材と称する場合がある。

石灰石と高炉スラグの質量比（石灰石：高炉スラグ）は、好ましくは１：９〜６：４、より好ましくは２：８〜５：５、更に好ましくは３：７〜４：６である。セメント組成物中の石灰石と高炉スラグの合量のうち、石灰石と高炉スラグの質量比が１：９〜６：４の範囲であると、一般的に強度発現性（圧縮強度）の増大とともに増大すると推測される断熱温度上昇量を抑制し、モルタルやコンクリート等の硬化体の強度発現性（圧縮強度）を維持・向上させることができる。

塩素バイパスダストはセメントキルンのＮＳＰタワーより抽気される塩素バイパスより発生するダストであり、その塩素含有量は４〜３５質量％、より好ましくは５〜３３質量％、更に好ましくは６〜３１質量％である。

セメント組成物中の塩素バイパスダスト量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは０．０５〜５質量％であり、より好ましくは０．１〜３質量％であり、更に好ましくは０．１〜２質量％であり、特に好ましくは０．１〜１質量％である。セメント組成物の全質量を基準として、セメント組成物中の塩素バイパスダスト量が０．０５〜５質量％であると、セメント組成物中の塩素バイパスダスト量の増加に反して、セメント組成物中のセメントクリンカーの量を大幅に減少させる必要がなく、モルタル、コンクリート等の硬化体の強度発現性を維持・増大させることができる。セメント組成物中に塩素バイパスダストを加えることによって、石灰石及び高炉スラグを含むセメント組成物を用いた硬化体の強度発現性は増大する傾向がある。このような傾向が生じる機構は明らかではないが、石灰石及び高炉スラグを含むセメント組成物を用いた硬化体の強度発現性が増大するのは、塩素バイパスダスト中に含まれるフリーライム（ｆ．ＣａＯ）がセメント又は高炉スラグの刺激剤となって、徐々に水和反応が進行し、強度発現性が増大することが考えられる。

セメント組成物中の塩化物イオン量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは０．０２〜０．１質量％であり、より好ましくは０．０２５〜０．０９質量％であり、更に好ましくは０．０３〜０．０８質量％であり、特に好ましくは０．０３〜０．０７質量％である。セメント組成物中の塩化物イオン量が、０．０２〜０．１質量％の範囲であると、セメント組成物中の塩素バイパスダストの量を大幅に増やすことなく、クリンカーの量を大幅に減らすことなく、モルタル・コンクリート等の硬化体の強度発現性を維持・増大することができる。

セメント組成物中の塩素バイパスダストから発生した塩化物イオン量は、セメント組成物の全質量を基準として、好ましくは０．０１〜０．０９質量％であり、より好ましくは０．０２〜０．０８質量％であり、更に好ましくは０．０２〜０．０７質量％であり、特に好ましくは０．０２〜０．０６質量％である。セメント組成物中の塩化物イオン量が、０．０１〜０．０９質量％の範囲であると、セメント組成物中の塩素バイパスダストの量を大幅に増やすことなく、クリンカーの量を大幅に減らすことなく、モルタル・コンクリート等の硬化体の強度発現性を維持・増大することができる。
また、セメント組成物中の塩素バイパスダストから発生した塩化物イオン量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「セメントの化学分析方法」の方法によって測定することができる。

セメント組成物のブレーン比表面積は、好ましくは２８００〜４０００ｃｍ^２／ｇである。ブレーン比表面積が上記範囲内であると、更に優れた強度発現性を有するモルタルやコンクリートの製造が可能となる。セメント組成物のブレーン比表面積は、より好ましくは３０００〜３８００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは３０００〜３５００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは３１００〜３２５０ｃｍ^２／ｇである。

セメント組成物の製造方法としては、まずセメントクリンカーを直径５ｍｍ以下となるようにジョークラッシャーにて粉砕し、粉砕したセメントクリンカー、石灰石、高炉スラグ及び塩素バイパスダストを試験ボールミルに投入し、試験ボールミルによって所望のブレーン比表面積となるように粉砕混合する。粉砕機に投入する順序は、限定されない。また、所望のブレーン比表面積となるように粉砕ができれば、粉砕機の種類は限定されない。

以下、実施例及び比較例を挙げて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。

［セメント組成物の調整］
直径５ｍｍ以下に粗砕したセメントクリンカー、排脱二水石膏（排煙脱硫二水石膏）、石灰石、高炉スラグ、塩素バイパスダストを合計で３ｋｇ配合した。石灰石及び高炉スラグの粒度は直径５ｍｍ以下である。
セメントクリンカー、石膏、石灰石、高炉スラグ、塩素バイパスダストを試験ボールミルでブレーン比表面積が３２００±１００ｃｍ^２／ｇになるように粉砕してセメント組成物を得た。ブレーン比表面積３２００±１００ｃｍ^２／ｇは、普通ポルトランドセメントのブレーン比表面積に相当する。使用したクリンカー、排脱二水石膏、石灰石、高炉スラグ、塩素バイパスダストの成分を表１〜５に示す。

使用したクリンカーの諸率、鉱物組成、少量微量成分は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて化学成分を定量し、諸率、鉱物組成はボーグ式により求めた。
Ｃ_３Ｓ量（質量％）＝４．０７×ＣａＯ（％）−７．６０×ＳｉＯ_２（％）−６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３（％）−１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３（％）−２．８５×ＳＯ_３（％）・・・［１］
Ｃ_２Ｓ量（％）＝２．８７×ＳｉＯ_２（％）−０．７５４×Ｃ_３Ｓ（％）・・・［２］
Ｃ_３Ａ量（質量％）＝２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３（％）−１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３（％）・・・［３］
Ｃ_４ＡＦ量（％）＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３含有量（％） ・・・［４］

使用した排脱二水石膏の化学成分は、ＪＩＳ Ｒ ９１０１：１９９５「石膏の分析方法」に準じて測定した。

使用した石灰石の化学成分は、ＪＩＳ Ｍ ８８５０：「石灰石分析方法」に準じて測定した。

使用した高炉スラグは、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて化学成分を定量し、塩基度は計算式により求めた。
塩基度(ＪＩＳ)＝(ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３)／ＳｉＯ_２
塩基度(ＴｉＯ_２換算)＝(ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３)／ＳｉＯ_２−(０．１３×ＴｉＯ_２)
塩基度(Ｂｍ)＝(ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３)／ＳｉＯ_２−(０．１３×ＴｉＯ_２)−ＭｎＯ
活性度指数は、ＪＩＳ Ａ ６２０２：１９９７「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準じて測定した。高炉スラグは、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて、高炉スラグを破砕機によって約５ｍｍ以下に破砕したものを用いた。

使用した塩素バイパスダストの塩化物イオン（Ｃｌ）は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「セメントの化学分析方法」準じて測定した。塩化物イオン（Ｃｌ）は、塩素バイパスダスト中の塩素含有量を示す。ｆ．ＣａＯは、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミック用アルミノけい酸塩質原料」に準じて測定した。

セメント組成物の配合を表６に示す。
＜セメント組成物の粉末特性＞
セメント組成物の粉末特性（ブレーン比表面積）は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。セメント組成物の塩化物イオン量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した。塩素バイパスダスト由来の塩化物イオン量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「セメントの化学分析方法」に準じて測定した。
＜セメント組成物のＳＯ_３量＞
セメント組成物のＳＯ_３量は、セメント組成物の全質量を基準として、セメント組成物の二水石膏（質量％）から下記式（ａ）により算出した。
ＳＯ_３量＝（ＳＯ_３の分子量／二水石膏の分子量）×二水石膏の添加率（％）＋クリンカーのＳＯ_３ （％） ・・・（ａ）
例えば、下記表６に示される実施例１のセメント組成物のＳＯ_３量は、表６に示す二水石膏の添加率と、表１に示すセメント組成物に用いたクリンカーのＳＯ_３とからは、以下のように算出できる。
実施例１のＳＯ_３量＝（８０／１７２）×３．０（％）＋０．５（％）＝１．９０％

＜標準軟度水量＞
標準軟度水量は、セメントペーストの柔らかさ（軟度）を一定にするために必要な水量のことであり、これが多いほどセメントの流動性が悪いこととなる。測定方法は、セメント組成物５００ｇを練り鉢に入れ水を加えて練り混ぜた後、セメントペーストを容器に投入し、表面を平滑にした後、標準棒を降下させて、３０秒後に標準棒の先端と底板との間隔を測定し、これが６±１ｍｍ（標準軟度）となる水量を測定し、標準軟度水量とする。
＜凝結（始発、終結）、モルタル圧縮強さ＞
凝結時間（始発時間、終結時間）、モルタル圧縮強さは、得られたセメント組成物を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表７に示す。表７中、実施例１の結果に示すように「凝結（始発）２：１３」は、凝結の始発時間が２時間１３分であることを表す。表７中、実施例１の結果に示すように「凝結（終結）３：０２」は、凝結の終結時間が３時間２分であることを表す。表７中、他の実施例、比較例及び参考例についても同様に、凝結の始発時間及び終結時間を表す。

＜断熱温度上昇試験＞
特開２００８−２４１５２０号公報に記載された断熱熱量計と同様の装置（株式会社東京理工製、商品名：ＡＣＭ−１２０ＨＡ）を用い、上述の非特許文献１に記載された方法に基づいて、終局の断熱温度上昇量を測定した。

測定は、モルタル試料を試料容器に入れて、予め２０℃に保持した断熱容器の内部に当該試料容器を配置して行った。測定時間は、温度上昇がなくなるまでの期間（２日間以上）とし、断熱温度上昇曲線から、下記式（ＩＩ）における終局の断熱温度上昇量（Ｑ∞）を求めた。ここで求めた終局の断熱温度上昇量（Ｑ∞）を表７に示す。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ_∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ_０））） （ＩＩ）
式（ＩＩ）中、Ｑ（ｔ）は材齢ｔにおける断熱温度上昇量（℃）、Ｑ_∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を、ｔは材齢（日）を、ｔ_０は発熱開始材齢（日）を、γは断熱温度上昇速度に関する定数を、それぞれ示す。

図１は、セメント組成物中の混合材量（石灰石と高炉スラグの合量）を１０質量％とした場合のセメント組成物の石灰石添加率及び高炉スラグ添加率とモルタル圧縮強さとの関係を示す。図１において、石灰石添加率（％）及び高炉スラグ添加率（％）は、それぞれ、セメント組成物の全質量を基準とした、石灰石量（質量％）及び高炉スラグ量（質量％）を意味する。図１に示すように、塩素バイパスダストを含むセメント組成物は、実施例１〜５に示すように、石灰石量が１〜８質量％で、塩素バイパスダストを含まないセメント組成物の比較例１〜６に比べ、圧縮強さは良好な結果を示す。参考例１は普通ポルトランドセメントの配合（クリンカー９５質量％、混合材の割合が５質量％（石灰石：スラグ＝４：１））であり、この参考例１と比較して、いずれの材齢でも、比較例１〜６の圧縮強さは低い。しかしながら、塩素バイパスダストを添加した実施例１〜３では、いずれの材齢も参考例１と圧縮強さがほぼ同じであるか、より圧縮強さが高くなった。また、混合材の割合（石灰石：スラグ＝８：２）が同じである比較例２、実施例４及び実施例５では、塩素バイパスダストを添加した実施例４、５は、いずれの材齢も比較例２と比較して圧縮強さがより高くなった。塩素バイパスダストの添加による圧縮強さの向上は、塩素バイパスダスト中のｆ．ＣａＯがセメントあるいは高炉スラグの刺激剤になり徐々に水和反応が進行したか、あるいは塩化物イオンの作用により圧縮強さが向上したと推察される。

図２は、セメント組成物中の混合材量（石灰石と高炉スラグの合量）を１０質量％又は２０質量％とし、混合材中の石灰石量を２質量％（高炉スラグ量は８質量％又は１８質量％）に固定した場合のセメント組成物とモルタル圧縮強さとの関係を示す。図２中、混合材添加率（％）は、セメント組成物の全質量を基準とした、石灰石と高炉スラグの合量（質量％）を意味する。塩素バイパスダストを添加していない比較例５（混合材１０質量％）、比較例７（混合材２０質量％）は、混合材中の高炉スラグ量の増加に伴い材齢３日では比較例３よりも比較例７のモルタル圧縮強さが低くなり、材齢７日では比較例３と比較例７のモルタル圧縮強さがほぼ同等であり、混合材中の高炉スラグ量の増加に伴い２８日では比較例３よりも比較例７のモルタル圧縮強さが若干高くなった。この結果から、混合材中の高炉スラグ量が増加すると、材齢が長くなるほど、モルタル圧縮強さが高くなる傾向が確認できた。比較例５、比較例７と、参考例１とを比較すると材齢３日では、参考例１よりも、比較例５及び比較例７のモルタル圧縮強さが低くなった。比較例５、７に塩素バイパスダストを加えた実施例１、２、６では、材齢３日、材齢７日、材齢２８日のいずれの材齢でも比較例５に比べて実施例１、２のモルタル圧縮強さが高くなり、比較例７に比べて実施例６のモルタル圧縮強さは高くなった。この結果から、石灰石と高炉スラグの質量比が特定の割合の混合材を添加し、さらに塩素バイパスダストを特定量添加したセメント組成物は、普通ポルトランドセメントの配合を有するセメント組成物（参考例１）よりもモルタル圧縮強さが向上した。

図３は、セメント組成物中の混合材量（石灰石と高炉スラグの合量）を１０質量％とした場合のセメント組成物の石灰石及び高炉スラグ添加率と断熱温度上昇量（Ｑ∞）との関係を示す。図３において、石灰石添加率（％）及び高炉スラグ添加率（％）は、それぞれ、セメント組成物の全質量を基準とした、石灰石量（質量％）及び高炉スラグ量（質量％）を意味する。また、図４は、モルタル圧縮強さと断熱温度上昇量の関係を示す。

図３の比較例１〜６では、石灰石量の増加に伴い断熱温度上昇量は低下している。図３に示すように、混合材（石灰石：高炉スラグ＝６：４）を含む比較例３及び実施例３を比較すると、実施例３は大幅に断熱温度上昇量が低下した。

図４の比較例１〜７に示すように、断熱温度上昇量は、モルタル圧縮強さと関係する。図４の比較例１〜７に示すように、断熱温度上昇量は、モルタル圧縮強さの増大と共に増大した。ここで実施例１は、比較例５と同じ混合材（石灰石：高炉スラグ＝２：８）を用い、塩素バイパスダスト０．１質量％を添加したセメント組成物を用いた。実施例３は、比較例３と同じ混合材（石灰石：高炉スラグ＝６：４）を用い塩素バイパスダスト０．５質量％を添加したセメント組成物を用いた。実施例６は、比較例７と同じ混合材（石灰石：高炉スラグ＝２：１８）を用い、塩素バイパスダスト０．５質量％を添加したセメント組成物を用いた。実施例１と比較例５、実施例３と比較例３、実施例６と比較例７を比較すると、いずれも実施例１、３、６はモルタル圧縮強さが高くなっているにもかかわらず、断熱温度上昇量は低下した。したがって、混合材（石灰石と高炉スラグ）を含むセメント組成物に塩素バイパスダストを添加すると、断熱温度上昇量の増大を抑制し、圧縮強さを向上させる効果があることが分かる。言い換えれば、セメントの断熱温度上昇量はセメントの水和熱に相当するものであり、塩素バイパスダストはセメントの水和熱を上昇させることなく、圧縮強さを向上させる効果を有することが判明した。

以上の結果から、セメントクリンカーと、石膏と、石灰石と、高炉スラグと、塩素バイパスダストとを含むセメント組成物であって、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下であり、このうち好ましくは石灰石量が１〜８質量％であるセメント組成物は、モルタル、コンクリートの強度発現性を維持・向上させ、断熱温度上昇量を抑制することができる。

本発明は、一般的なセメント組成物に、石灰石及び高炉スラグを含む混合材を添加し、セメントクリンカー量を低減させることによって、製造工程における二酸化炭素発生量を削減することができる。また、本発明は、セメントクリンカー、石灰石及び高炉スラグの粉末度を細かくする必要がなく、粉末度を細かくするための粉砕エネルギーを必要としないので、粉砕エネルギーの増加に伴う二酸化炭素発生量を削減することができる。本発明のセメント組成物は、適正な質量比の石灰石と高炉スラグとを含み、さらに適正量の塩素バイパスダストを含むことによって、断熱温度上昇量を抑制し、硬化体の圧縮強さを維持・向上させることができ、産業上有用である。

Claims (12)

1. セメントクリンカーと、石膏と、石灰石と、高炉スラグと、塩素バイパスダストとを含むセメント組成物であって、セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％以下であることを特徴とするセメント組成物。
2. セメント組成物の全質量を基準として、石灰石量が１〜８質量％である、請求項１記載のセメント組成物。
3. セメント組成物の全質量を基準として、高炉スラグ量が１〜１９質量％である、請求項１又は２記載のセメント組成物。
4. セメント組成物の全質量を基準として、塩化物イオン量が０．０２〜０．１質量％である請求項１〜３記載のセメント組成物。
5. セメント組成物中に含まれる塩素バイパスダストから発生した塩化物イオン量が０．０１〜０．０９質量％である、請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント組成物。
6. セメント組成物のブレーン比表面積が２８００〜４０００ｃｍ^２／ｇである、請求項１〜５のいずれか１項記載のセメント組成物。
7. 石灰石と高炉スラグの質量比が１：９〜６：４である、請求項１〜５のいずれか１項記載のセメント組成物。
8. セメントの全質量を基準として、塩素バイパスダスト量が０．０５〜５質量％である、請求項１〜７のいずれか１項記載のセメント組成物。
9. セメント組成物の全質量を基準として、ＳＯ_３量が１．６〜２．５質量％である、請求項１〜８のいずれか１項記載のセメント組成物。
10. セメントの全質量を基準として、セメントクリンカー量が７５〜９０質量％である、請求項１〜９のいずれか１項記載のセメント組成物。
11. セメントクリンカーが、ボーグ式換算で、Ｃ_３Ｓ量が４５〜７０質量％、Ｃ_２Ｓ量が５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ量が６〜１５質量％、及びＣ_４ＡＦ量が７〜１５質量％である、請求項１〜１０のいずれか１項記載のセメント組成物。
12. セメント組成物の全質量を基準として、石灰石と高炉スラグの合量が５質量％を超え２０質量％となるように、セメントクリンカー、石灰石、高炉スラグ及び塩素含有量が４〜３５質量％の塩素バイパスダストを粉砕混合する工程を含む、セメント組成物の製造方法。