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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025153965
(43)【公開日】2025-10-10
(54)【発明の名称】粉末状セメント組成物
(51)【国際特許分類】
C04B 7/02 20060101AFI20251002BHJP
C04B 14/28 20060101ALI20251002BHJP
C04B 28/02 20060101ALI20251002BHJP
【ＦＩ】
C04B7/02
C04B14/28
C04B28/02
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024056709
(22)【出願日】2024-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000000240
【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100162145
【弁理士】
【氏名又は名称】村地 俊弥
(74)【代理人】
【識別番号】100103539
【弁理士】
【氏名又は名称】衡田 直行
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 周彦
(72)【発明者】
【氏名】溝渕 裕美
(72)【発明者】
【氏名】久我 龍一郎
【テーマコード（参考）】
4G112
【Ｆターム（参考）】
4G112PA10
4G112PC12
4G112PC13
(57)【要約】
【課題】石灰石微粉末を大きな含有率で含む粉末状セメント組成物であって、コンクリート等の材料として用いた場合に、大きな圧縮強さを与えることができ、かつ、優れた耐硫酸塩性を有する粉末状セメント組成物を提供する。
【解決手段】セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％である、粉末状セメント組成物。
【選択図】なし
【解決手段】セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％である、粉末状セメント組成物。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、
上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、
上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
【請求項2】
上記ビーライトは、三酸化硫黄の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リンの固溶量が０．０５質量％以上、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記五酸化二リンの固溶量の合計が０．５～４質量％、の各条件を満たすものである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項3】
上記アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすものである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項4】
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成として、フェライトの含有率が、５～１２質量％である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項5】
上記粉末状セメント組成物中の水溶性アルカリ量が、０．２質量％以上である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項6】
上記粉末状セメント組成物中の三酸化硫黄の含有率が、２．２～４．０質量％である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項7】
上記粉末状セメント組成物のブレーン比表面積が、４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項8】
上記粉末状セメント組成物が、セメントクリンカ粉砕物、石膏及び石灰石微粉末以外の無機粉末を含まない、もしくは、５質量％以下の含有率で含む請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粉末状セメント組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、セメント製造業において、カーボンニュートラルの実現を目指して、二酸化炭素の排出量を削減するための種々の取り組みが行われている。
例えば、ポルトランドセメント中の少量混合材の増量が、検討されている。少量混合材を増量させれば、その分、セメントクリンカ粉砕物を減量させることができるので、セメントクリンカの製造時に発生する二酸化炭素を減らすことができる。
少量混合材としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等が知られている。しかし、高炉スラグ微粉末やフライアッシュは、これらの産出源である製鉄所や石炭火力発電所の規模の縮小によって、今後、産出量が減少していく可能性がある。
このため、高炉スラグ微粉末やフライアッシュを用いずに、セメントクリンカの使用量を削減させることができる技術が、求められている。
例えば、ポルトランドセメント中の少量混合材の増量が、検討されている。少量混合材を増量させれば、その分、セメントクリンカ粉砕物を減量させることができるので、セメントクリンカの製造時に発生する二酸化炭素を減らすことができる。
少量混合材としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等が知られている。しかし、高炉スラグ微粉末やフライアッシュは、これらの産出源である製鉄所や石炭火力発電所の規模の縮小によって、今後、産出量が減少していく可能性がある。
このため、高炉スラグ微粉末やフライアッシュを用いずに、セメントクリンカの使用量を削減させることができる技術が、求められている。
【0003】
一方、石灰石微粉末を含む種々のセメント組成物が、知られている。
その一例として、特許文献１に、付加製造装置用水硬性組成物を用いた、造形物の造形方法であって、ボーグの式で算出される値としてフェライト相の割合が４．０質量％以上であるセメントと、セメント１００質量部に対して２～１５０質量部となる量の無機粉末（例えば、石灰石微粉末）と、水を混合して、セメント組成物を得るセメント組成物調製工程等を含むこと特徴とする造形物の造形方法が、記載されている。
その一例として、特許文献１に、付加製造装置用水硬性組成物を用いた、造形物の造形方法であって、ボーグの式で算出される値としてフェライト相の割合が４．０質量％以上であるセメントと、セメント１００質量部に対して２～１５０質量部となる量の無機粉末（例えば、石灰石微粉末）と、水を混合して、セメント組成物を得るセメント組成物調製工程等を含むこと特徴とする造形物の造形方法が、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２３－１３６８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のとおり、石灰石微粉末を含む種々のセメント組成物が、知られている。
石灰石微粉末の量を増やした場合、その分、セメント組成物中のセメントの割合が減少するので、セメント組成物の硬化体の圧縮強さが低下するおそれがある。
一方、セメント組成物を、硫酸塩を含む環境下（例えば、土壌、地下水、工場排水等であって、硫酸塩の含有率が高いものに接しうる場所）で用いる場合、セメント組成物が、耐硫酸塩性に劣るものであると、セメント組成物の硬化体（例えば、コンクリート構造物）の表面部分に、大きな膨張が生じ、その結果、コンクリート構造物に、ひび割れが生じるおそれがある。
本発明の目的は、石灰石微粉末を大きな含有率で含む粉末状セメント組成物であって、コンクリート等の材料として用いた場合に、大きな圧縮強さを与えることができ、かつ、優れた耐硫酸塩性を有する粉末状セメント組成物を提供することである。
石灰石微粉末の量を増やした場合、その分、セメント組成物中のセメントの割合が減少するので、セメント組成物の硬化体の圧縮強さが低下するおそれがある。
一方、セメント組成物を、硫酸塩を含む環境下（例えば、土壌、地下水、工場排水等であって、硫酸塩の含有率が高いものに接しうる場所）で用いる場合、セメント組成物が、耐硫酸塩性に劣るものであると、セメント組成物の硬化体（例えば、コンクリート構造物）の表面部分に、大きな膨張が生じ、その結果、コンクリート構造物に、ひび割れが生じるおそれがある。
本発明の目的は、石灰石微粉末を大きな含有率で含む粉末状セメント組成物であって、コンクリート等の材料として用いた場合に、大きな圧縮強さを与えることができ、かつ、優れた耐硫酸塩性を有する粉末状セメント組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、セメントが、特定の鉱物組成を有し、かつ、粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、特定の範囲内である粉末状セメント組成物によれば、石灰石微粉末を大きな含有率で含むにもかかわらず、大きな圧縮強さ（例えば、モルタル圧縮強さ）を与えることができ、しかも、優れた耐硫酸塩性を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
【0007】
本発明は、以下の［１］～［８］を提供するものである。
［１］ セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
［２］ 上記ビーライトは、三酸化硫黄の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リンの固溶量が０．０５質量％以上、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記五酸化二リンの固溶量の合計が０．５～４質量％、の各条件を満たすものである、上記［１］に記載の粉末状セメント組成物。
［３］ 上記アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすものである、上記［１］または［２］に記載の粉末状セメント組成物。
［４］ 上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成として、フェライトの含有率が、５～１２質量％である、上記［１］～［３］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［５］ 上記粉末状セメント組成物中の水溶性アルカリ量が、０．２質量％以上である、上記［１］～［４］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［６］ 上記粉末状セメント組成物中の三酸化硫黄の含有率が、２．２～４．０質量％である、上記［１］～［５］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［７］ 上記粉末状セメント組成物のブレーン比表面積が、４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇである、上記［１］～［６］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［８］ 上記粉末状セメント組成物が、セメントクリンカ粉砕物、石膏及び石灰石微粉末以外の無機粉末を含まない、もしくは、５質量％以下の含有率で含む、上記［１］～［７］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［１］ セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、５～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
［２］ 上記ビーライトは、三酸化硫黄の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リンの固溶量が０．０５質量％以上、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記五酸化二リンの固溶量の合計が０．５～４質量％、の各条件を満たすものである、上記［１］に記載の粉末状セメント組成物。
［３］ 上記アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすものである、上記［１］または［２］に記載の粉末状セメント組成物。
［４］ 上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成として、フェライトの含有率が、５～１２質量％である、上記［１］～［３］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［５］ 上記粉末状セメント組成物中の水溶性アルカリ量が、０．２質量％以上である、上記［１］～［４］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［６］ 上記粉末状セメント組成物中の三酸化硫黄の含有率が、２．２～４．０質量％である、上記［１］～［５］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［７］ 上記粉末状セメント組成物のブレーン比表面積が、４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇである、上記［１］～［６］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
［８］ 上記粉末状セメント組成物が、セメントクリンカ粉砕物、石膏及び石灰石微粉末以外の無機粉末を含まない、もしくは、５質量％以下の含有率で含む、上記［１］～［７］のいずれかに記載の粉末状セメント組成物。
【発明の効果】
【0008】
本発明の粉末状セメント組成物は、石灰石微粉末を５～１５質量％という大きな含有率で含むにもかかわらず、水、骨材等と混合して、モルタル、コンクリート等を調製したときに、大きな圧縮強さ（例えば、モルタル圧縮強さ）を与えることができる。
また、本発明の粉末状セメント組成物は、水、骨材等と混合して、モルタル、コンクリート等を調製したときに、優れた耐硫酸塩性を与えることができる。
また、本発明の粉末状セメント組成物は、水、骨材等と混合して、モルタル、コンクリート等を調製したときに、優れた耐硫酸塩性を与えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の粉末状セメント組成物（以下、「本発明の組成物」と略すことがある。）は、セメント及び石灰石微粉末を含む。
セメントは、セメントクリンカ粉砕物及び石膏を含む。
本発明において、粉末状セメント組成物（１００質量％）の鉱物組成は、ボーグ式による算出値として、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものである。
セメントは、セメントクリンカ粉砕物及び石膏を含む。
本発明において、粉末状セメント組成物（１００質量％）の鉱物組成は、ボーグ式による算出値として、エーライトの含有率が５０～７０質量％、ビーライトの含有率が５～１５質量％、アルミネート相の含有率が２～１０質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６０～８０質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものである。
【0010】
エーライト（化学式：３ＣａＯ・ＳｉＯ２；Ｃ３Ｓと略すことがある。）の含有率は、５０～７０質量％、好ましくは５３～６８質量％、より好ましくは５６～６６質量％、特に好ましくは５９～６４質量％である。
該含有率が５０質量％未満であると、早期強度発現性（例えば、材齢７～１４日の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。該含有率が７０質量％を超えると、アルミネート相の割合が小さくなり、初期強度発現性（例えば、材齢１～３日の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。
該含有率が５０質量％未満であると、早期強度発現性（例えば、材齢７～１４日の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。該含有率が７０質量％を超えると、アルミネート相の割合が小さくなり、初期強度発現性（例えば、材齢１～３日の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。
【0011】
ビーライト（化学式：２ＣａＯ・ＳｉＯ２；Ｃ２Ｓと略すことがある。）の含有率は、５～１５質量％、好ましくは６～１４質量％、より好ましくは６．５～１３質量％、特に好ましくは７～１２質量％である。
該含有率が５質量％未満であると、長期強度発現性（例えば、材齢２８日以降の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。該含有率が１５質量％を超えると、アルミネート相やエーライトの割合が小さくなり、初期強度発現性や早期強度発現性が低下することがある。
本発明において、ビーライトは、三酸化硫黄（ＳＯ３）の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）の固溶量が０．０５質量％以上、及び、三酸化硫黄（ＳＯ３）の固溶量と五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）の固溶量の合計が０．６～４％、の各条件を満たすことが好ましい。
これらの条件を満たすことによって、耐硫酸塩性をより高めることができる。
該含有率が５質量％未満であると、長期強度発現性（例えば、材齢２８日以降の圧縮強さが大きいこと）が低下することがある。該含有率が１５質量％を超えると、アルミネート相やエーライトの割合が小さくなり、初期強度発現性や早期強度発現性が低下することがある。
本発明において、ビーライトは、三酸化硫黄（ＳＯ３）の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）の固溶量が０．０５質量％以上、及び、三酸化硫黄（ＳＯ３）の固溶量と五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）の固溶量の合計が０．６～４％、の各条件を満たすことが好ましい。
これらの条件を満たすことによって、耐硫酸塩性をより高めることができる。
【0012】
アルミネート相（化学式：３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３；Ｃ３Ａと略すことがある。）の含有率は、２～１０質量％、好ましくは２～７質量％、より好ましくは３～６質量％、特に好ましくは４～５質量％である。該含有率が２質量％未満であると、初期強度発現性が低下することがある。該含有率が１０質量％を超えると、耐硫酸塩性が低下する。
本発明において、アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、三酸化硫黄の固溶量と酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすことが好ましい。
これらの条件を満たすことによって、耐硫酸塩性をより高めることができる。
本発明において、アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、三酸化硫黄の固溶量と酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすことが好ましい。
これらの条件を満たすことによって、耐硫酸塩性をより高めることができる。
【0013】
エーライトとビーライトの合計の含有率は、６０～８０質量％、好ましくは６３～７８質量％、より好ましくは６６～７６質量％、特に好ましくは６８～７４質量％である。
該含有率が６０質量％未満であると、長期に亘る強度発現性が低下することがある。該含有率が８０質量％を超えると、本発明の粉末状セメント組成物中のセメントクリンカ粉砕物の割合が大きくなり、セメント製造時における二酸化炭素の排出量の削減の程度が小さくなることがある。
エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）は、５～１０、好ましくは５．５～９．５、特に好ましくは６～９である。
該質量比が５未満であると、初期材齢の強度発現性が低下する。該質量比が１０を超えると、耐硫酸塩性が低下し、また、長期材齢の強度発現性が低下することがある。
該含有率が６０質量％未満であると、長期に亘る強度発現性が低下することがある。該含有率が８０質量％を超えると、本発明の粉末状セメント組成物中のセメントクリンカ粉砕物の割合が大きくなり、セメント製造時における二酸化炭素の排出量の削減の程度が小さくなることがある。
エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）は、５～１０、好ましくは５．５～９．５、特に好ましくは６～９である。
該質量比が５未満であると、初期材齢の強度発現性が低下する。該質量比が１０を超えると、耐硫酸塩性が低下し、また、長期材齢の強度発現性が低下することがある。
【0014】
フェライト相（化学式：４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３；Ｃ４ＡＦと略すことがある。）の含有率は、特に限定されないが、好ましくは５～１２質量％、より好ましくは６～１１質量％、特に好ましくは７～１０質量％である。
該含有率が５質量％以上であると、耐硫酸塩性をより高めることができる。該含有率が１２質量％以下であると、他の鉱物（例えば、アルミネート相）の含有率を大きくすることができ、初期強度発現性等をより高めることができる。
該含有率が５質量％以上であると、耐硫酸塩性をより高めることができる。該含有率が１２質量％以下であると、他の鉱物（例えば、アルミネート相）の含有率を大きくすることができ、初期強度発現性等をより高めることができる。
【0015】
本発明の粉末状セメント組成物の鉱物組成であるエーライト（Ｃ3Ｓ）、ビーライト（Ｃ2Ｓ）、アルミネート相（Ｃ3Ａ）、及びフェライト相（Ｃ4ＡＦ）の各含有率は、以下のボーグ式（１）～（４）を用い、かつ、石灰石微粉末の含有率によって補正したうえで、算出される。
（１） Ｃ3Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））－（７．６０×ＳｉＯ2（質量％））－（６．７２×Ａｌ2Ｏ3（質量％））－（１．４３×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））－（２．８５×ＳＯ３（質量％））
（ただし、式（１）中、「ＣａＯ（質量％）」の値は、遊離石灰を含まない値である。）
（２） Ｃ2Ｓ（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ2（質量％））－（０．７５４×Ｃ3Ｓ（質量％））
（３） Ｃ3Ａ（質量％）＝（２．６５×Ａｌ2Ｏ3（質量％））－（１．６９×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））
（４） Ｃ4ＡＦ（質量％）＝３．０４×Ｆｅ2Ｏ3（質量％）
（１） Ｃ3Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））－（７．６０×ＳｉＯ2（質量％））－（６．７２×Ａｌ2Ｏ3（質量％））－（１．４３×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））－（２．８５×ＳＯ３（質量％））
（ただし、式（１）中、「ＣａＯ（質量％）」の値は、遊離石灰を含まない値である。）
（２） Ｃ2Ｓ（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ2（質量％））－（０．７５４×Ｃ3Ｓ（質量％））
（３） Ｃ3Ａ（質量％）＝（２．６５×Ａｌ2Ｏ3（質量％））－（１．６９×Ｆｅ2Ｏ3（質量％））
（４） Ｃ4ＡＦ（質量％）＝３．０４×Ｆｅ2Ｏ3（質量％）
【0016】
本発明において、セメントに含まれる石膏としては、ポルトランドセメントの材料として用いられる一般的な石膏（特に、二水石膏、及び、セメントの製造時に生じることがある半水石膏）を用いることができる。
石膏の量は、アルミネート相の水和による瞬結の防止等の観点から、本発明の組成物中の三酸化硫黄（ＳＯ３）の含有率が、２．２～４．０質量％（好ましくは２．４～３．５質量％、より好ましくは２．５～３．０質量％）となるような量であることが好ましい。
石膏の量は、アルミネート相の水和による瞬結の防止等の観点から、本発明の組成物中の三酸化硫黄（ＳＯ３）の含有率が、２．２～４．０質量％（好ましくは２．４～３．５質量％、より好ましくは２．５～３．０質量％）となるような量であることが好ましい。
【0017】
本発明の組成物の材料の一つである石灰石微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは３，０００～８，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，０００～７，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４，５００～６，０００ｃｍ２／ｇである。
該値が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であると、強度発現性をより高めることができる。該値が８，０００ｃｍ２／ｇ以下であると、流動性をより高めることができる。
本発明において、石灰石微粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上である。
該値が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であると、強度発現性をより高めることができる。該値が８，０００ｃｍ２／ｇ以下であると、流動性をより高めることができる。
本発明において、石灰石微粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上である。
【0018】
本発明の組成物中の石灰石微粉末の含有率は、５～１５質量％である。
該含有率が５質量％未満であると、石灰石微粉末の使用量を大きくすることによって、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を削減するという本発明の目的を十分に達成することができない。該含有率が１５質量％を超えると、本発明の組成物の圧縮強さが低下する。
本発明の組成物中の石灰石微粉末の含有率は、石灰石微粉末の使用量を大きくすることによって、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を削減する観点からは、好ましくは６質量％以上、より好ましくは７質量％以上、さらに好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは９質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上、特に好ましくは１１質量％以上である。
該含有率は、本発明の組成物の圧縮強さを大きくする観点からは、好ましくは１４質量％以下、より好ましくは１３質量％以下である。
該含有率が５質量％未満であると、石灰石微粉末の使用量を大きくすることによって、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を削減するという本発明の目的を十分に達成することができない。該含有率が１５質量％を超えると、本発明の組成物の圧縮強さが低下する。
本発明の組成物中の石灰石微粉末の含有率は、石灰石微粉末の使用量を大きくすることによって、セメント製造時の二酸化炭素の排出量を削減する観点からは、好ましくは６質量％以上、より好ましくは７質量％以上、さらに好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは９質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上、特に好ましくは１１質量％以上である。
該含有率は、本発明の組成物の圧縮強さを大きくする観点からは、好ましくは１４質量％以下、より好ましくは１３質量％以下である。
【0019】
本発明のセメント組成物は、好ましくは、セメントクリンカ粉砕物、石膏及び石灰石微粉末以外の無機粉末（以下、「他の無機粉末」ともいう。）を含まない、もしくは、５質量％以下（好ましくは３質量％以下、より好ましくは１質量％以下）の含有率で含むものである。
他の無機粉末の例としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等が挙げられる。
他の無機粉末の例としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等が挙げられる。
【0020】
本発明の組成物中の水溶性アルカリ量は、好ましくは０．２質量％以上である。該量が０．２質量％以上であると、初期強度発現性をより高めることができる。
本発明において、「水溶性アルカリ量」とは、「ＪＣＡＳ－１－０４：２００４」（セメントの水溶性成分の分析方法）の方法に準拠して算出される値をいう。
本発明の組成物のブレーン比表面積は、好ましくは４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，２００～５，６００ｃｍ２／ｇである。該値が４，０００ｃｍ２／ｇ以上であると、強度発現性をより高めることができる。該値が５，８００ｃｍ２／ｇ以下であると、流動性をより高めることができる。
本発明において、「水溶性アルカリ量」とは、「ＪＣＡＳ－１－０４：２００４」（セメントの水溶性成分の分析方法）の方法に準拠して算出される値をいう。
本発明の組成物のブレーン比表面積は、好ましくは４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，２００～５，６００ｃｍ２／ｇである。該値が４，０００ｃｍ２／ｇ以上であると、強度発現性をより高めることができる。該値が５，８００ｃｍ２／ｇ以下であると、流動性をより高めることができる。
【0021】
本発明の組成物（粉砕後のもの）の原料（粉砕前のもの）の一例として、セメントクリンカ、未粉砕の石膏、及び、石灰石粒体の組み合わせが挙げられる。
セメントクリンカは、上述のクリンカ鉱物組成が得られるように、セメントの原料として用いられる各種の原料の種類（特に、水溶性アルカリ量が上述の好ましい範囲内になるように、建設発生土や都市ごみ焼却灰等の廃棄物が含まれていることが、好ましい。）及び量を定めた後、これら各種の原料を混合して焼成することによって得ることができる。
未粉砕の石膏としては、セメントの原料として一般的な粒度のもの（換言すると、セメントクリンカと共に粉砕する前のもの）を用いることができる。
石灰石粒体としては、例えば、最大粒径が５ｍｍ以下であり、かつ、２０μｍを超える粒度を有する粉体の割合が９５質量％以上のものを用いることができる。
セメントクリンカは、上述のクリンカ鉱物組成が得られるように、セメントの原料として用いられる各種の原料の種類（特に、水溶性アルカリ量が上述の好ましい範囲内になるように、建設発生土や都市ごみ焼却灰等の廃棄物が含まれていることが、好ましい。）及び量を定めた後、これら各種の原料を混合して焼成することによって得ることができる。
未粉砕の石膏としては、セメントの原料として一般的な粒度のもの（換言すると、セメントクリンカと共に粉砕する前のもの）を用いることができる。
石灰石粒体としては、例えば、最大粒径が５ｍｍ以下であり、かつ、２０μｍを超える粒度を有する粉体の割合が９５質量％以上のものを用いることができる。
【0022】
本発明の組成物の製造方法の好ましい一例は、セメントクリンカと、未粉砕の石膏と、石灰石粒体を同時に粉砕して、本発明の組成物（粉末状のもの）を得る粉砕工程を含む。
このような同時粉砕を行うことによって、本発明の組成物の耐硫酸塩性をより高めることができる。
本発明の組成物は、通常、プレミックス品として製造される。この場合、本発明の組成物は、コンクリート等の調製時に、骨材、水、並びに、必要に応じて用いられる他の材料（例えば、混和剤）と混合される。
このような同時粉砕を行うことによって、本発明の組成物の耐硫酸塩性をより高めることができる。
本発明の組成物は、通常、プレミックス品として製造される。この場合、本発明の組成物は、コンクリート等の調製時に、骨材、水、並びに、必要に応じて用いられる他の材料（例えば、混和剤）と混合される。
【実施例0023】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［材料］
材料として、以下のセメントクリンカ、未粉砕の石膏、及び石灰石粒体を用いた。
（１）セメントクリンカ
セメントクリンカとして、表１～表４に示す鉱物組成等を与えるクリンカ１～７（７種）を用いた。
なお、表１中、「Ｃ２Ｓ」は、ビーライトを示す。「Ｃ３Ａ」は、アルミネート相を示す。
表２中、「石灰石微粉末の含有率」及び「水溶性アルカリ量」は、いずれも、粉末状セメント組成物の全量（１００質量％）中の質量基準の値（％）を示す。「ブレーン比表面積」は、粉末状セメント組成物の値を示す。
表３中、「Ｃ３Ｓ」は、エーライトを示す。「Ｃ２Ｓ」は、ビーライトを示す。「Ｃ３Ａ」は、アルミネート相を示す。「Ｃ４ＡＦ」は、フェライト相を示す。
表３～表４中、「セメント組成物」は、粉末状セメント組成物を示す。
（２）未粉砕の石膏
未粉砕の石膏として、二水石膏を用いた。
（３）石灰石粒体
石灰石粒体として、最大粒度が５ｍｍ以下であるものを用いた。石灰石粒体中の炭酸カルシウムの含有率は、７０質量％以上である。
［材料］
材料として、以下のセメントクリンカ、未粉砕の石膏、及び石灰石粒体を用いた。
（１）セメントクリンカ
セメントクリンカとして、表１～表４に示す鉱物組成等を与えるクリンカ１～７（７種）を用いた。
なお、表１中、「Ｃ２Ｓ」は、ビーライトを示す。「Ｃ３Ａ」は、アルミネート相を示す。
表２中、「石灰石微粉末の含有率」及び「水溶性アルカリ量」は、いずれも、粉末状セメント組成物の全量（１００質量％）中の質量基準の値（％）を示す。「ブレーン比表面積」は、粉末状セメント組成物の値を示す。
表３中、「Ｃ３Ｓ」は、エーライトを示す。「Ｃ２Ｓ」は、ビーライトを示す。「Ｃ３Ａ」は、アルミネート相を示す。「Ｃ４ＡＦ」は、フェライト相を示す。
表３～表４中、「セメント組成物」は、粉末状セメント組成物を示す。
（２）未粉砕の石膏
未粉砕の石膏として、二水石膏を用いた。
（３）石灰石粒体
石灰石粒体として、最大粒度が５ｍｍ以下であるものを用いた。石灰石粒体中の炭酸カルシウムの含有率は、７０質量％以上である。
【0024】
表１～表４中の各値の測定方法は、以下のとおりである。
（ａ）粉末状セメント組成物の化学組成、及び、セメントクリンカの鉱物組成
ASTM C150-22 “Standard Specification for Portland Cement”における”ANNEXES A1. CALCULATION OF POTENTIAL CEMENT PHASE COMPOSITION”に準拠して、セメントクリンカの鉱物組成を求めた。
具体的には、ASTM C114”Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement”に準拠して蛍光Ｘ線法により測定した粉末状セメント組成物におけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３及びＳＯ３の各含有率を用い、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基材セメントの鉱物組成を求めた後、同じくASTM C114の内、「X2.2.2 Thermogravimetric Analysis (TGA)」に規定される熱重量分析によるＣａＣＯ３の脱炭酸により生じた重量減少率によって求めた石灰石の量より、以下の式（１）に従い鉱物組成を補正し、石灰石混合セメントの鉱物組成を求めた。
Ｘｆ=Ｘｂ×（１００－Ｌ）／１００ （１）
（式中、Ｘｆは仕上セメントにおける、Ｘｂは基材セメントにおける、各々のＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦの含有量（質量％）を、Ｌは石灰石含有量（質量％）である。）
（ａ）粉末状セメント組成物の化学組成、及び、セメントクリンカの鉱物組成
ASTM C150-22 “Standard Specification for Portland Cement”における”ANNEXES A1. CALCULATION OF POTENTIAL CEMENT PHASE COMPOSITION”に準拠して、セメントクリンカの鉱物組成を求めた。
具体的には、ASTM C114”Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement”に準拠して蛍光Ｘ線法により測定した粉末状セメント組成物におけるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３及びＳＯ３の各含有率を用い、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基材セメントの鉱物組成を求めた後、同じくASTM C114の内、「X2.2.2 Thermogravimetric Analysis (TGA)」に規定される熱重量分析によるＣａＣＯ３の脱炭酸により生じた重量減少率によって求めた石灰石の量より、以下の式（１）に従い鉱物組成を補正し、石灰石混合セメントの鉱物組成を求めた。
Ｘｆ=Ｘｂ×（１００－Ｌ）／１００ （１）
（式中、Ｘｆは仕上セメントにおける、Ｘｂは基材セメントにおける、各々のＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦの含有量（質量％）を、Ｌは石灰石含有量（質量％）である。）
【0025】
（ｂ）石灰石微粉末の含有率
石灰石微粉末中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の含有率は、高温示差走査熱量計（ＮＥＴＺＳＣＨ社製ＴＧ－ＤＴＡ２０００ＳＲ）を使用して、窒素雰囲気中で試料約３０ｍｇを１，０００℃まで昇温速度２０℃／分にて昇温したときの６００℃～７００℃付近の質量減少量を求めた後、この質量減少量と、標準試薬の質量減少量との比率により求めた。
石灰石微粉末中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の含有率は、高温示差走査熱量計（ＮＥＴＺＳＣＨ社製ＴＧ－ＤＴＡ２０００ＳＲ）を使用して、窒素雰囲気中で試料約３０ｍｇを１，０００℃まで昇温速度２０℃／分にて昇温したときの６００℃～７００℃付近の質量減少量を求めた後、この質量減少量と、標準試薬の質量減少量との比率により求めた。
【0026】
（ｃ）セメントクリンカ鉱物の化学組成
走査型電子顕微鏡におけるエネルギー分散Ｘ線分光法（以下、「ＳＥＭ－ＥＤＳ」という。）によって測定した。粉末状セメント組成物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、ＳＥＭ 測定用試料を作製した。
測定装置として、日本電子社製の「ＦＥ－ＳＥＭ ＪＳＭ－７００１Ｆ」を用い、下記条件で上記試料の鏡面におけるセメント粒子の組織像を観察した。組織像において、下記前記（イ）～（ニ）の特徴に基づき各鉱物を特定した。
（イ）Ｃ３Ｓ： 多角形粒子、明灰色、数十μｍ
（ロ）Ｃ２Ｓ： 楕円形粒子、暗灰色、数十μｍ
（ハ）Ｃ３Ａ： 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
（ニ）Ｃ４ＡＦ： 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つの鉱物について、５個以上の異なるセメントクリンカ粒内の各鉱物について１５点以上、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：２．０～２．１×１０－９Ａにて、特性Ｘ線を分析した。ＥＤＳはオックスフォード・インストゥルメンツ社製の「ＡＺｔｅｃ Ｖｅｒｓｉｏｎ３．４」を用い、得られた平均値をＣ２ＳおよびＣ３Ａにおける化学組成（質量％）として採用した。
走査型電子顕微鏡におけるエネルギー分散Ｘ線分光法（以下、「ＳＥＭ－ＥＤＳ」という。）によって測定した。粉末状セメント組成物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、ＳＥＭ 測定用試料を作製した。
測定装置として、日本電子社製の「ＦＥ－ＳＥＭ ＪＳＭ－７００１Ｆ」を用い、下記条件で上記試料の鏡面におけるセメント粒子の組織像を観察した。組織像において、下記前記（イ）～（ニ）の特徴に基づき各鉱物を特定した。
（イ）Ｃ３Ｓ： 多角形粒子、明灰色、数十μｍ
（ロ）Ｃ２Ｓ： 楕円形粒子、暗灰色、数十μｍ
（ハ）Ｃ３Ａ： 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
（ニ）Ｃ４ＡＦ： 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つの鉱物について、５個以上の異なるセメントクリンカ粒内の各鉱物について１５点以上、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：２．０～２．１×１０－９Ａにて、特性Ｘ線を分析した。ＥＤＳはオックスフォード・インストゥルメンツ社製の「ＡＺｔｅｃ Ｖｅｒｓｉｏｎ３．４」を用い、得られた平均値をＣ２ＳおよびＣ３Ａにおける化学組成（質量％）として採用した。
【0027】
［実施例１］
表１～表２に示すクリンカ１と、石膏と、石灰石粒体を、ボールミル内に投入して、同時に粉砕し、粉末状セメント組成物（本発明の組成物）を得た。
この際、石膏の量は、粉末状セメント組成物中のＳＯ３の割合が、クリンカ１に由来するＳＯ３との合計で３．８質量％になる量（表４の実施例１の「ＳＯ３」の欄を参照）に定めた。
石灰石粒体の量は、粉末状セメント組成物中の含有率で１４．２質量％となる量（表２の実施例１の「石灰石微粉末の含有率」の欄を参照）であった。
得られた粉末状セメント組成物について、水溶性アルカリ量、ブレーン比表面積（以上、表２を参照）、鉱物組成（表３を参照）、化学組成（表４を参照）、モルタル圧縮強さ（３日、７日、２８日）、及び、材齢１８０日の膨張率（以上、表５を参照）を求めた。
ここで、水溶性アルカリ量は、「ＪＣＡＳ－１－０４：２００４」（セメントの水溶性成分の分析方法）に準拠して求めた。ブレーン比表面積、モルタル圧縮強さ、及び、材齢１８０日の膨張率は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５」（セメントの物理試験方法）に準拠して求めた。
なお、材齢１８０日の膨張率は、「０．０５％以下」であれば、「耐硫酸塩性」が「高」（非常に良好）とされ、「０．０５％を超え、０．１０％以下」であれば、「耐硫酸塩性」が「中」（良好）であるとされる。
表１～表２に示すクリンカ１と、石膏と、石灰石粒体を、ボールミル内に投入して、同時に粉砕し、粉末状セメント組成物（本発明の組成物）を得た。
この際、石膏の量は、粉末状セメント組成物中のＳＯ３の割合が、クリンカ１に由来するＳＯ３との合計で３．８質量％になる量（表４の実施例１の「ＳＯ３」の欄を参照）に定めた。
石灰石粒体の量は、粉末状セメント組成物中の含有率で１４．２質量％となる量（表２の実施例１の「石灰石微粉末の含有率」の欄を参照）であった。
得られた粉末状セメント組成物について、水溶性アルカリ量、ブレーン比表面積（以上、表２を参照）、鉱物組成（表３を参照）、化学組成（表４を参照）、モルタル圧縮強さ（３日、７日、２８日）、及び、材齢１８０日の膨張率（以上、表５を参照）を求めた。
ここで、水溶性アルカリ量は、「ＪＣＡＳ－１－０４：２００４」（セメントの水溶性成分の分析方法）に準拠して求めた。ブレーン比表面積、モルタル圧縮強さ、及び、材齢１８０日の膨張率は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５」（セメントの物理試験方法）に準拠して求めた。
なお、材齢１８０日の膨張率は、「０．０５％以下」であれば、「耐硫酸塩性」が「高」（非常に良好）とされ、「０．０５％を超え、０．１０％以下」であれば、「耐硫酸塩性」が「中」（良好）であるとされる。
【0028】
［実施例２～５、比較例１～２］
クリンカの種類及び石灰石微粉末の量を表３に示すように変えた以外は実施例１と同様にして、実験を行った。
クリンカ１～７の鉱物組成等、及び、実施例１～５及び比較例１～２のセメント組成物の化学組成、物性等を、表１～表５に示す。表５中、「１．４＜」は、１．４％を超えたことを示す。
クリンカの種類及び石灰石微粉末の量を表３に示すように変えた以外は実施例１と同様にして、実験を行った。
クリンカ１～７の鉱物組成等、及び、実施例１～５及び比較例１～２のセメント組成物の化学組成、物性等を、表１～表５に示す。表５中、「１．４＜」は、１．４％を超えたことを示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
表５から、実施例１～５では、圧縮強さが大きく、かつ、膨張率が小さい（耐硫酸塩性に優れている）ことがわかる。一方、比較例１～２では、膨張率が大きく、耐硫酸塩性に劣ることがわかる。
【手続補正書】
【提出日】2025-08-28
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント及び石灰石微粉末を含む粉末状セメント組成物であって、
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５６～６６質量％、ビーライトの含有率が６～１２質量％、アルミネート相の含有率が２～５質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６６～７４質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、
上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、８～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成は、エーライトの含有率が５６～６６質量％、ビーライトの含有率が６～１２質量％、アルミネート相の含有率が２～５質量％、エーライトとビーライトの合計の含有率が６６～７４質量％、及び、エーライトとビーライトの質量比（エーライト／ビーライト）が５～１０、の各条件を満たすものであり、
上記粉末状セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率が、８～１５質量％であることを特徴とする粉末状セメント組成物。
【請求項2】
上記ビーライトは、三酸化硫黄の固溶量が０．３質量％以上、五酸化二リンの固溶量が０．０５質量％以上、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記五酸化二リンの固溶量の合計が０．５～４質量％、の各条件を満たすものである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項3】
上記アルミネート相は、三酸化硫黄の固溶量が０．０３質量％以上、酸化マグネシウムの固溶量が０．８～４．０質量％、及び、上記三酸化硫黄の固溶量と上記酸化マグネシウムの固溶量の合計が１．５～５．５質量％、の各条件を満たすものである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項4】
上記粉末状セメント組成物のボーグ式による鉱物組成として、フェライトの含有率が、５～１２質量％である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項5】
上記粉末状セメント組成物中の水溶性アルカリ量が、０．２質量％以上である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項6】
上記粉末状セメント組成物中の三酸化硫黄の含有率が、２．２～４．０質量％である請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項7】
上記粉末状セメント組成物のブレーン比表面積が、４，０００～５，８００ｃｍ２／ｇである請求項１に記載の粉末状セメント組成物。
【請求項8】
上記粉末状セメント組成物が、セメントクリンカ粉砕物、石膏及び石灰石微粉末以外の無機粉末を含まない、もしくは、５質量％以下の含有率で含む請求項１に記載の粉末状セメント組成物。