特許 6874883 セメントクリンカ及びセメント組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6874883

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】セメントクリンカ及びセメント組成物

(51)【国際特許分類】

   C04B 7/02 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   C04B7/02

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2020-58520(P2020-58520)

(22)【出願日】2020年3月27日

【審査請求日】2020年7月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002620

【氏名又は名称】特許業務法人大谷特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 準

(72)【発明者】

【氏名】山田 曜

(72)【発明者】

【氏名】山縣 亨介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友樹

(72)【発明者】

【氏名】那須 英由希

【審査官】 手島 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１９０７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１９０７５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２／００− ３２／０２

Ｃ０４Ｂ ４０／００− ４０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯを含み、前記Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が２．００質量％以上１０．００質量％以下であり、前記Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が１．００質量％以上１０．００質量％以下であり、前記ＭｇＯの含有量が０．０５質量％以上５．０質量％以下であり、前記ＭｎＯの含有量が０．０１質量％以上０．８０質量％以下であり、前記ＺｎＯの含有量が０．０１質量％以上０．０６８５質量％以下であり、
下記式（１）を満たすセメントクリンカ。

【数1】

式中、Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}はセメントクリンカ全量に対するＡｌ_２Ｏ_３の含有量（質量％）を表し、Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}はセメントクリンカ全量に対するＦｅ_２Ｏ_３の含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＭｇＯはセメントクリンカ全量に対するＭｇＯの含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＭｎＯはセメントクリンカ全量に対するＭｎＯの含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＺｎＯはセメントクリンカ全量に対するＺｎＯの含有量（質量％）を表す。

【請求項2】

ボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５０．０質量％以上、７５．０質量％以下であり、
ボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５．０質量％以上、２５．０質量％以下であり、
ボーグ式で算出された３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３及び４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３の合計の割合が１５．０質量％以上、２２．０質量％以下である請求項１に記載のセメントクリンカ。

【請求項3】

前記３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３＿Ｃ_３Ｓ）が１．０００質量％以上である請求項２に記載のセメントクリンカ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメントクリンカと、石膏とを含むセメント組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セメントクリンカ及びセメント組成物に関し、特に普通ポルトランドセメントに関する。

【背景技術】

【0002】

セメント組成物の色調は、それを用いたモルタルやコンクリート製品の色調に影響を与え、セメント組成物のＬａｂ色空間のｂ値が大きくなるほどそれを用いたモルタルやコンクリート製品のｂ値も大きくなり、黄味をおびる。
従来、ｂ値はセメント組成物のもととなるセメントクリンカの主要成分であるＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３やＭｇＯの含有量の影響を受け大きくなり、また微量成分である、Ｎａ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２及びＣｒ_２Ｏ_３の影響も受けることが知られていた（非特許文献１）。

【0003】

一方で、近年セメント業界においては、セメントクリンカの原料として建設発生土といったＡｌ_２Ｏ_３を多く含有する各種廃棄物及び副産物を受け入れているため、セメントクリンカ中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が増加する傾向にある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】「Ｃ＆Ｃエンサイクロペディア−セメント・コンクリート化学の基礎解説」、社団法人セメント協会発行、１９９６年７月、Ｐ．１５−１６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１のように、セメント組成物のＬａｂ色空間のｂ値はセメントクリンカのＡｌ_２Ｏ_３の含有量の増加により大きくなることが懸念される。このため、セメントクリンカの原料として廃棄物及び副産物の使用量を増加させるとセメント組成物のｂ値が増加する傾向にある。このため、廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、セメント組成物のｂ値の増加を抑制することが求められている。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、ｂ値の増加を抑制したセメントクリンカ及びセメント組成物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】

【0007】

セメントクリンカ製造及びセメント製造では、Ｌａｂ色空間のｂ値やセメントの物性は、Ａｌ_２Ｏ_３等の主要成分だけでなく、種々の微量成分や、製造条件などの影響を受ける。
非特許文献１では、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２及びＣｒ_２Ｏ_３のｂ値への影響に関し報告がなされているが、これら成分の含有量を調整するだけでは、セメント原料として廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、ｂ値の増加を抑制することが困難であった。

【0008】

このため、本発明者らは、セメント組成物中の成分を詳細に検討した結果、セメントクリンカ全量に対するＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}）、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量（Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}）、ＭｇＯの含有量（Ｗ_ＭｇＯ）、ＭｎＯの含有量（Ｗ_ＭｎＯ）及びＺｎＯの含有量（Ｗ_ＺｎＯ）を詳細に検討した結果、セメントクリンカ全量に対する各化合物の含有量を検討することにより、廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、ｂ値の増加を抑制したセメント組成物が得られることを見出した。
すなわち、本発明は以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯを含み、
下記式（１）を満たすセメントクリンカ。

【数1】

式中、Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}はセメントクリンカ全量に対するＡｌ_２Ｏ_３の含有量（質量％）を表し、Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}はセメントクリンカ全量に対するＦｅ_２Ｏ_３の含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＭｇＯはセメントクリンカ全量に対するＭｇＯの含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＭｎＯはセメントクリンカ全量に対するＭｎＯの含有量（質量％）を表し、Ｗ_ＺｎＯはセメントクリンカ全量に対するＺｎＯの含有量（質量％）を表す。
［２］ ボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５０．０質量％以上、７５．０質量％以下であり、
ボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５．０質量％以上、２５．０質量％以下であり、
ボーグ式で算出された３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３及び４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３の合計の割合が１５．０質量％以上、２２．０質量％以下である［１］に記載のセメントクリンカ。
［３］ 前記３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３＿Ｃ_３Ｓ）が１．０００質量％以上である請求項１に記載のセメントクリンカ。
［４］ 請求項１又は２に記載のセメントクリンカと、石膏とを含むセメント組成物。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、Ｌａｂ色空間のｂ値の増加を抑制し、セメントクリンカ及びセメント組成物を得ることができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明のセメントクリンカ及びセメント組成物について、詳細に説明する。

【0011】

［セメントクリンカ］
本発明のセメントクリンカは、好適には普通ポルトランドセメントに使用される。

【0012】

本発明のセメントクリンカは、セメント組成物を構成する主要成分であり、石灰石（ＣａＯ成分）、粘土（Ａｌ_２Ｏ_３成分、ＳｉＯ_２成分）、ケイ石（ＳｉＯ_２成分）及び酸化鉄原料（Ｆｅ_２Ｏ_３成分）などを配合し、焼成して製造される。本発明のセメントクリンカは、原料として石炭灰、建設発生土、製鋼スラグ、高炉スラグ、転炉スラグ、副産石膏、都市ごみ焼却灰等の産業廃棄物及び生産過程で生じる副産物等を含んでいても良い。
ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＣａＯの含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２０１９「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定される。

【0013】

＜主要成分＞
本発明のセメントクリンカのＳｉＯ_２の含有量は１５．００質量％以上であることが好ましく、１７．００質量％以上であることがより好ましく、１８．００質量％以上であることが更に好ましく、３０．００質量％以下であることが好ましく、２５．００質量％以下であることがより好ましく、２３．００質量％以下であることが更に好ましい。

【0014】

本発明のセメントクリンカのＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}質量％）
２．００質量％以上であることが好ましく、４．００質量％以上であることがより好ましく、４．５０質量％以上であることが更に好ましく、１０．００質量％以下であることが好ましく、８．００質量％以下であることがより好ましく、７．００質量％以下であることが更に好ましい。

【0015】

本発明のセメントクリンカのＦｅ_２Ｏ_３の含有量（Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}質量％）は１．００質量％以上であることが好ましく、１．５０質量％以上であることがより好ましく、２．００質量％以上であることが更に好ましく、１０．００質量％以下であることが好ましく、７．００質量％以下であることがより好ましく、５．００質量％以下であることが更に好ましい。

【0016】

本発明のセメントクリンカのＣａＯの含有量は５０．００質量％以上であることが好ましく、５５．００質量％以上であることがより好ましく、６０．００質量％以上であることが更に好ましく、８０．００質量％以下であることが好ましく、７５．００質量％以下であることがより好ましく、７０．００質量％以下であることが更に好ましい。

【0017】

＜微量成分＞
本発明のセメントクリンカは、微量成分としてＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯを含む。ＭｇＯ、ＭｎＯ各含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２０１９「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定される。ＺｎＯの含有量はＪＣＡＳ Ｉ−５３：２０１８「セメント中の微量成分の定量方法」に準拠して測定される。
ＭｇＯは、例えば、ＭｇＯを多く含むスラグをセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。
ＭｎＯは、例えば、高炉スラグ、転炉スラグをセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。
ＺｎＯは、例えば、都市ごみ焼却灰をセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。

【0018】

本発明のセメントクリンカのＭｇＯの含有量（Ｗ_ＭｇＯ質量％）は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましく、０．５質量％以上であることが更に好ましく、５．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましく、２．５質量％以下であることが更に好ましい。

【0019】

本発明のセメントクリンカのＭｎＯの含有量（Ｗ_ＭｎＯ質量％）は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることが更に好ましく、０．８０質量％以下であることが好ましく、０．５０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることが更に好ましい。

【0020】

本発明のセメントクリンカのＺｎＯの含有量（Ｗ_ＺｎＯ質量％）は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、１．５０質量％以下であることが好ましく、１．００質量％以下であることがより好ましく、０．９０質量％以下であることが更に好ましい。

【0021】

＜式（１）＞
本発明のセメントクリンカは、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯを含み、式（１）の関係を満たす。

【0022】

【数2】

【0023】

セメントクリンカの原料として産業廃棄物等の量を増加させる（Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}が大きくなる）と、Ｌａｂ色空間のｂ値も大きくなってしまい、セメント組成物が黄色味を帯びてくる。このため、式（１）を満たすようにＷ_{Ｆｅ２Ｏ３}、Ｗ_ＭｇＯ、Ｗ_ＭｎＯ及びＷ_ＺｎＯを調整することにより、セメント組成物のｂ値を維持することができる。特許文献１では、ｂ値はＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２及びＣｒ_２Ｏ_３の影響を受けると開示しているが、本発明では、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯの含有量の関係を最適化することにより、より効果的にセメント組成物のｂ値の増加を抑制することができる。
また、Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}、Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}、Ｗ_ＭｇＯ、Ｗ_ＭｎＯ及びＷ_ＺｎＯは、使用原料及びそれらの組み合わせにより適宜調整することができる。

【0024】

式（１）の左辺は−２．５４００未満であるが、ｂ値の増加を抑制する観点からは−２．６０００以下であることがより好ましく、−２．７０００以下であることが更に好ましく、−２．８０００以下であることがより更に好ましい。
式（１）の左辺の下限値としては、特に限定はないが原料の調達やモルタルとした際に実用的な圧縮強度を得られる観点から−３．８０００以上であることがより好ましく、−３．６０００以上であることが更に好ましく、−３．５０００以上であることがより更に好ましい。

【0025】

＜セメントクリンカ組成＞
本発明のセメントクリンカは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_３Ｓ）、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_２Ｓ）、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（略号：Ｃ_３Ａ）、及び４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３（略号：Ｃ_４ＡＦ）を含む。セメントクリンカは、エーライト（Ｃ_３Ｓ）及びビーライト（Ｃ_２Ｓ）の主要鉱物と、その主要鉱物の結晶間に存在するアルミネート相（Ｃ_３Ａ）及びフェライト相（Ｃ_４ＡＦ）の間隙相などとから構成される。

【0026】

セメントクリンカにおけるＣ_３Ｓ、Ｃ_２Ｓ、Ｃ_３Ａ及びＣ_４ＡＦの割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２０１９「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定したセメントクリンカにおけるＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の割合から、セメント化学の分野でボーグ式と呼ばれる計算式により求められる（例えば、大門正機編訳「セメントの科学」、内田老鶴圃（１９８９）、ｐ．１１を参照）。

【0027】

＜３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_３Ｓ）の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合は、セメントクリンカを用いて製造されるコンクリートやモルタルの強度を実用レベルとできるため５０．０質量％以上であることが好ましく、５２．０質量％以上であることがより好ましく、５４．０質量％以上であることが更に好ましく、セメント組成物の水和熱を抑えることができるため７５．０質量％以下であることがより好ましく、７０．０質量％以下であることがより好ましく、６５．０質量％以下であることが更に好ましい。

【0028】

＜２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_２Ｓ）の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合は、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が高くなり、セメント組成物の水和熱が高くなりすぎることを抑えられるため５．０質量％以上であることが好ましく、１０．０質量％以上であることがより好ましく、１５．０質量％以上であることが更に好ましく、セメントクリンカによって製造されるコンクリートやモルタルの短期強度を実用レベル以上とできるため２５．０質量％以下であることが好ましく、２４．０質量％以下であることがより好ましい。

【0029】

＜３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（Ｃ_３Ａ）及び４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３（Ｃ_４ＡＦ）の合計の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３及び４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３の合計の割合は、セメントクリンカの焼成時に生成する液相の量が少ないと、液相介在による固相−液相反応が速やかに進まなくなり、セメントクリンカの焼成が不十分になる場合があり、また、セメントキルン中にダストが飛散し、バーナーからの輻射熱が遮断されるため、セメントクリンカの焼成を効率よく実施できない場合があるため、１５．０質量％以上であることが好ましく、１６．０質量％以上であることがより好ましく、１７．０質量％以上であることが更に好ましく、セメントクリンカによって製造されるコンクリートやモルタルの短期強度を実用レベル以上とできるため２２．０質量％以下であることが好ましく、２１．０質量％以下であることがより好ましい。

【0030】

＜３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（Ｃ_３Ａ）の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３の割合は、セメントクリンカの焼成中に生成する液相の粘性低下を抑制し、セメントクリンカの造粒を適切に進行させ、セメントクリンカの粒径が小さくなることによってクリンカークーラー中の層圧が一定しなくなることを抑制するとともに、水和熱を低くすることができるため、３．０質量％以上であることが好ましく、５．０質量％以上であることがより好ましく、７．０質量％以上であることが更に好ましく、クリンカークーラー中の層圧が一定となり、セメントクリンカが急冷できるため１５．０質量％以下であることが好ましく、１２．０質量％以下であることがより好ましい。

【0031】

＜４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３（Ｃ_４ＡＦ）の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３の割合は、セメント組成物の水和熱を抑えることができるため、５．０質量％以上であることが好ましく、７．０質量％以上であることがより好ましく、８．５質量％以上であることが更に好ましく、セメントクリンカによって製造されるコンクリートやモルタルの短期強度を実用レベル以上とできるため１３．０質量％以下であることが好ましく、１１．０質量％以下であることがより好ましい。

【0032】

＜Ａｌ_２Ｏ_３＿Ｃ_３Ｓ＞
本発明のセメントクリンカにおける３ＣａＯ・ＳｉＯ_２に含まれるＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３＿Ｃ_３Ｓ）は、後記するＥＰＭＡ測定により決定される。
セメントクリンカを用いて製造されるコンクリートやモルタルの強度を実用レベルとできるため１．０００質量％以上であることが好ましいが、より高い強度が要求される場合には１．１００質量％以上であることがより好ましく、１．２００質量％以上であることが更に好ましく、１．２０５質量％以上であることが更に好ましく、上限値は特に制限はないが、セメント組成物の水和熱を抑えることができるため１．８００質量％以下であることがより好ましく、１．６００質量％以下であることがより好ましく、１．５００質量％以下であることが更に好ましい。

【0033】

［セメントクリンカの製造方法］
本発明のセメントクリンカは、例えば、以下のようにして製造することができる。
セメントクリンカ原料としては、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅの他、少なくともＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎを含むものを用いる。上記元素を含むのであれば、元素単体物、酸化物、炭酸化物などの形態を問わず用いることができ、また、それらの混合物を用いることができる。例えば、天然原料として、石灰石、粘土、珪石、酸化鉄原料が挙げられ、工業的な原料の例として、上記元素を含む廃棄物原料、高炉スラグ、フライアッシュなどが挙げられる。クリンカ原料の混合割合に関しては、目的とするボーグ式値に対応した成分組成となり、かつ、前記の式（１）を満たすように、原料を配合することが好ましい。

【0034】

そして、目的とするセメントクリンカが得られるような組成で混合されたセメントクリンカ原料を、通常の焼成条件で焼成し、冷却する。焼成は、通常、電気炉やロータリーキルンなどを用いて行われる。焼成方法としては、例えば、セメントクリンカ原料を、所定の第１焼成温度及び第１焼成時間で加熱して焼成を行う第１焼成工程と、該第１焼成工程後、第１焼成温度から所定の第２焼成温度まで所定の昇温時間をかけて昇温させる昇温工程と、該昇温工程後、第２焼成温度及び所定の第２焼成時間で加熱して焼成を行う第２焼成工程と、を含む方法が挙げられる。各工程の温度及び時間は、通常実施される条件でよく、焼成物を急冷することにより、セメントクリンカを製造することができる。
急冷とはセメントクリンカを用いたモルタル等の強度の観点から１００℃／ｍｉｎ以上が好ましく、２００℃／ｍｉｎ以上がより好ましく、５００℃／ｍｉｎ以上が更に好ましい。

【0035】

［セメント組成物］
本発明のセメント組成物は、上記セメントクリンカと、石膏とを含む。本発明に用いるセメントのブレーン比表面積は３０００ｃｍ^２／ｇ以上３４００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましく、３１００ｃｍ^２／ｇ以上３３００ｃｍ^２／ｇ以下がさらに好ましい
〔石膏〕
本発明のセメント組成物における石膏の割合は、ＳＯ_３換算量で好ましくは０．５〜２．５質量％、より好ましくは１．０〜１．８質量％である。石膏の割合が上記範囲とすることにより、セメント組成物の乾燥収縮を適切にすることができるとともに、セメント組成物が発現する強度を高くすることができる。石膏中のＳＯ_３の割合は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：２０１０「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。セメント組成物中の石膏のＳＯ_３に換算した質量の割合は、石膏の配合量と石膏に含まれるＳＯ_３の割合から求めることができる。
石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏のいずれも使用することができる。

【0036】

＜その他の成分＞
本発明のセメント組成物には、流動性、水和速度または強度発現の調節用として、フライアッシュ、高炉スラグあるいはシリカフュームなどをさらに添加することができる。また、本発明のセメント組成物に、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤、特にポリカル系高性能ＡＥ減水剤を添加することができる。

【0037】

［モルタル及びコンクリート］
本発明のセメント組成物を、水と混合することにより、セメントミルクを作製することができ、水及び砂と混合することにより、モルタルを作製することができ、砂及び砂利と混合することにより、コンクリートを製造することができる。また、上記セメント組成物からモルタルやコンクリートを作製する際、高炉スラグやフライアッシュなどを添加することもできる。

【実施例】

【0038】

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
１．測定及び評価
１−１．クリンカ組成
実施例及び比較例のセメントクリンカ中の化学組成（各成分の含有率）を、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２０１９「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」および、ＪＣＡＳ Ｉ−５３：２０１８「セメント中の微量成分の定量方法」に準拠して測定した。結果を表１に示す。
鉱物組成は、得られたＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の質量割合から、下記のボーグ式を用いて算出した。結果を表２に示す。
Ｃ_３Ｓ＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ_２）−（６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３）−（１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３）
Ｃ_２Ｓ＝（２．８７×ＳｉＯ_２）−（０．７５４×Ｃ_３Ｓ）
Ｃ_３Ａ＝（２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３）−（１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３）
Ｃ_４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３
更に、得られた各成分の含有率を用い、式（１）の左辺の値を算出した。結果を表２に示す。

【0039】

１−２．ＥＰＭＡ測定
実施例及び比較例のセメントクリンカを、粒径１〜２ｍｍ程度に粉砕し、粒度調整を行った。得られた粒子をエポキシ樹脂に包埋し、その後樹脂表面を鏡面研磨した。鏡面研磨後、樹脂表面に炭素蒸着を行い、ＥＰＭＡ測定用試料を作製した。
測定装置として日本電子社製、ＥＰＭＡ ＪＸＡ−８２００を用い、下記条件で上記試料の鏡面におけるセメントクリンカ粒子の組織像を観察した。組織像において、前記（ａ）〜（ｄ）の特徴に基づき各鉱物を特定した。
（ａ） Ｃ_３Ｓ：多角形粒子、明灰色、数十μm
（ｂ） Ｃ_２Ｓ：楕円形粒子、暗灰色、数十μm
（ｃ） Ｃ_３Ａ：シリケート相間に観察される不定形組織、暗灰色、数μm〜十数μm
（ｄ） Ｃ_４ＡＦ：シリケート相間に観察される不定形組織、白色、数μm〜十数μm
上記４鉱物について鉱物毎に２０点、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：３．０×１０^-８Ａ、ビーム径：約１ μｍ、補正計算法：Ｏｘｉｄｅ−ＺＡＦ法にて特性Ｘ線を分析した。
このうちＣ_３Ｓは分析値が２．７＜ＣａＯ含有率（％）／ＳｉＯ_２含有率（％）＜３．３の範囲内の分析点を採用し、
得られた平均値をＣ_３Ｓにおける化学組成（質量％）として採用した。

【0040】

１−３．ｂ値
実施例及び比較例のセメント組成物を、色調計（ＺＥ−２０００型 日本電色工業（株））を用いて、ｂ値の測定を実施した。

【0041】

１−４．２８日モルタル強度（２８ｄ強度）
実施例および比較例のセメント組成物を用いた２８日モルタル強度は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法：１０．４供試体の作り方」に準拠して、セメント組成物から作製したモルタルをそれぞれ、４０×４０×１６０ｍｍの金属型枠３個に打設し、２４時間後に脱型してモルタル供試体を３個ずつ作製した。２０℃水中で材齢２８日まで養生し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法：１０．５測定」に準拠して、圧縮強さを測定した。

【0042】

２．セメント組成物の作製
２−１．セメントクリンカ
セメントクリンカの原料として、炭酸カルシウム（キシダ化学（株）製、試薬１級、ＣａＣＯ_３）、二酸化珪素（関東化学（株）製、試薬１級、ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（関東化学（株）製、試薬１級、Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（III）（関東化学（株）製、試薬特級、Ｆｅ_２Ｏ_３）、塩基性炭酸マグネシウム（キシダ化学（株）製、試薬特級、４ＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・５Ｈ_２Ｏ）、炭酸ナトリウム（キシダ化学（株）製、特級、Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（関東化学（株）製、試薬１級、Ｋ_２ＣＯ_３）、硫酸カルシウム２水和物（キシダ化学（株）製、試薬１級、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、二酸化チタン（関東化学（株）製、試薬特急、ＴｉＯ_２）、リン酸三カルシウム（キシダ化学（株）製、試薬１級、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、酸化マンガン（関東化学（株）製、鹿１級、ＭｎＯ_２）、及び、酸化亜鉛（関東化学（株）製、試薬特級、ＺｎＯ）を用いた。

【0043】

配合量を変えて配合した原料を、電気炉に投入して１０００℃で３０分間の焼成を行った．その後、１０００℃から１４５０℃まで４５分間かけて昇温させ、更に１４５０℃で３０分間の焼成を行った。その後、焼成物を大気中に取り出すことによって急冷して、実施例１〜６及び比較例１のセメントクリンカを作製した。

【0044】

２−２．セメント組成物の調製
上記作製したセメントクリンカに、内割でＳＯ_３換算量１．５質量％の半水石膏（関東化学（株）製、半水石膏、型番：０７１０８−０１（焼石膏 鹿１級））を配合した。配合物を、ブレーン比表面積値が約３２００±２００ｃｍ^２／ｇの範囲となるようにボールミルで粉砕して、実施例１〜６及び比較例１〜２のセメント組成物を作製した。

【0045】

２−３．モルタルの作製
実施例及び比較例のセメント組成物から、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」に準拠してモルタルを調整した。得られたモルタルを、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの金属型枠３個に打設し、２４時間後に脱型して供試体を３個ずつ作製した。

【0046】

【表1】

【0047】

【表2】

【0048】

実施例１〜６はいずれも、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を保ちつつ、式（１）の左辺の値を−２．４５００未満とし、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３＿Ｃ_３Ｓ）を１．０００質量％以上としたセメントクリンカである。
セメントクリンカから作製したセメント組成物のｂ値はいずれも７．３以下と小さな値となり、黄色味を抑えることができた。これに対し比較例１は式（１）の左辺の値を−２．４０８１としたセメントクリンカであるが、ｂ値は８．４となり、黄色味が目立つ結果となった。

【0049】

実施例２のセメントクリンカはＡｌ_２Ｏ_３の含有量を５．２６としたもので、式（１）の左辺の値を−２．８４８１に調整したものであるが、ｂ値を７．２に抑えることができた。
実施例５のセメントクリンカはＡｌ_２Ｏ_３の含有量をさらに増加させつつ、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯの含有量を増やし、式（１）の左辺の値を−２．９４９６に調整したものであるが、ｂ値は７．０とその増加を抑えることができた。
以上のように式（１）の左辺の値を−２．４５００未満に調整することにより、ｂ値の上昇を抑えられることが分かった。

【要約】

【課題】廃棄物及び副産物の使用量を低下させることなく、ｂ値の増加を抑制したセメントクリンカ及びセメント組成物を提供する。
【解決手段】Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ及びＺｎＯを含み、式（１）を満たすセメントクリンカ。
Ｗ_{Ａｌ２Ｏ３}×０．２２７３＋Ｗ_{Ｆｅ２Ｏ３}×（−０．９２６２）＋Ｗ_ＭｇＯ×（−０．４９９１）＋Ｗ_ＭｎＯ×（−１．６３８７）＋Ｗ_ＺｎＯ×（−５．０６８７） ＜ −２．４５００
・・・式（１）
【選択図】なし