JP7560263B2 - Cement composition and method for producing the cement composition - Google Patents
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Description
本発明は、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物、並びに、このセメント組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a cement composition comprising a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder and fly ash, and a method for producing this cement composition.
セメント組成物は、一般的には、「セメントクリンカ粉末、石膏粉末及び混合材粉末」を含む混合物からなる。下記特許文献１（実施例１４）には、この混合材粉末として石灰石粉末及びフライアッシュを用いたセメント組成物が開示されている。 A cement composition generally consists of a mixture containing "cement clinker powder, gypsum powder, and admixture powder." The following Patent Document 1 (Example 14) discloses a cement composition that uses limestone powder and fly ash as the admixture powder.
ところで、近年では、セメント焼成装置からの二酸化炭素排出量を少なく抑えるため、セメント焼成装置におけるセメントクリンカ製造量を低減し、セメント組成物においてセメントクリンカ粉末の含有量を低減して石膏粉末含有量又はフライアッシュ含有量を増加させることが検討されている。しかし、このようにセメント組成物において石膏粉末含有量又はフライアッシュ含有量が増加すると、セメント組成物の組成によってはセメント組成物の強度発現性が充分に高くならないおそれがある。 In recent years, in order to reduce carbon dioxide emissions from cement calciners, it has been considered to reduce the amount of cement clinker produced in the cement calciner and to reduce the content of cement clinker powder in the cement composition and increase the gypsum powder content or fly ash content. However, if the gypsum powder content or fly ash content in the cement composition is increased in this way, depending on the composition of the cement composition, there is a risk that the strength development of the cement composition will not be sufficiently high.
そこで、セメント組成物の強度発現性を充分に高くするために、セメント焼成工程においてセメントクリンカの品質（例えば、セメントクリンカにおける複数の鉱物それぞれの組成）を調整することが考えられる。しかし、このような調整を行う場合には、セメントキルンにさらに多くの燃料を投入する必要が生じるため、セメント焼成装置におけるセメントクリンカ製造量を低減しても、セメント焼成装置からの二酸化炭素排出量が増加するおそれがある。 Therefore, in order to sufficiently increase the strength development of the cement composition, it is possible to adjust the quality of the cement clinker (for example, the composition of each of the multiple minerals in the cement clinker) in the cement firing process. However, when making such adjustments, it becomes necessary to input more fuel into the cement kiln, so even if the amount of cement clinker produced in the cement firing equipment is reduced, there is a risk that the amount of carbon dioxide emissions from the cement firing equipment will increase.
そこで、本発明は、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物であって、石膏粉末及びフライアッシュによって強度発現性が高まるセメント組成物を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a cement composition comprising a mixture of cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, in which the strength development is enhanced by the gypsum powder and fly ash.
本発明の第一項目は、次のようなセメント組成物に係るものである。このセメント組成物は、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなる。前記石灰石粉末及び前記フライアッシュは、前記混合物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれている。前記石膏粉末は、前記混合物においてSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれている。 The first aspect of the present invention relates to a cement composition as follows. This cement composition is a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash. The limestone powder and the fly ash are contained in the mixture in a total amount of 10.0 mass% or less. The gypsum powder is contained in the mixture in a ratio of 0.6 mass% to 2.4 mass% in terms of SO3 .
上記第一項目によれば、石灰石粉末及びフライアッシュが混合物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、かつ、混合物において石膏粉末がSO3換算で2.4質量％以下の割合で含まれているため、混合物において石膏粉末並びに混合材粉末（石灰石粉末及びフライアッシュ）が少量含まれていることになる。その上で、混合物において石膏粉末がSO3換算で0.6質量％以上の割合で含まれている。このため、この混合物を水と混練すると、石膏粉末に含まれるSO3によりフライアッシュの水和反応が効果的に促進され、高強度のセメント混練物を製造することができる。つまり、上記第一項目に係るセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性が高まるものである。 According to the first item, the mixture contains limestone powder and fly ash at a total ratio of 10.0 mass% or less, and the mixture contains gypsum powder at a ratio of 2.4 mass% or less in terms of SO3 , so that the mixture contains a small amount of gypsum powder and admixture powder (limestone powder and fly ash). In addition, the mixture contains gypsum powder at a ratio of 0.6 mass% or more in terms of SO3. Therefore, when this mixture is kneaded with water, the hydration reaction of the fly ash is effectively promoted by the SO3 contained in the gypsum powder, and a high-strength cement kneaded product can be produced. In other words, the cement composition according to the first item increases the strength development of the mixture due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
本発明の第二項目は、上記第一項目において次の内容を含むものである。すなわち、前記セメントクリンカ粉末のSO3含有率は0.80質量％以上（好ましくは0.94質量％以上）である。前記石膏粉末は、前記混合物においてSO3換算で1.0質量％以上の割合で含まれている。 The second aspect of the present invention includes the following in the first aspect. That is, the SO3 content of the cement clinker powder is 0.80 mass% or more (preferably 0.94 mass% or more). The gypsum powder is contained in the mixture at a rate of 1.0 mass% or more in terms of SO3 .
上記第二項目によれば、混合物を水と混練すると、石膏粉末に含まれる多くのSO3によりセメントクリンカ粉末中のアルミネートの急激な水和（瞬結）が抑制されるため、セメントクリンカ粉末に含まれるアルミネートは石灰石粉末と反応する。これにより、セメントクリンカ粉末から多くのSO3が溶出されるため、セメントクリンカ粉末から排出された多くのSO3によりフライアッシュの水和が促進し、高強度のセメント混練物が製造される。つまり、上記第二項目に係るセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性がさらに高まるものである。 According to the second item, when the mixture is kneaded with water, the large amount of SO3 contained in the gypsum powder suppresses the rapid hydration (flash setting) of the aluminate in the cement clinker powder, and the aluminate contained in the cement clinker powder reacts with the limestone powder. As a result, a large amount of SO3 is eluted from the cement clinker powder, and the large amount of SO3 emitted from the cement clinker powder promotes the hydration of the fly ash, producing a high-strength cement mixture. In other words, the cement composition according to the second item further enhances the strength development of the mixture due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
なお、第二項目は、セメントクリンカ粉末における複数の鉱物それぞれの組成範囲を特定したものではなく、セメントクリンカ粉末における単一の化学成分(SO3)の含有率を特定したものである。そして、第二項目におけるセメントクリンカ粉末（SO3含有率が0.80質量％以上のもの）は、セメント焼成装置においてSO3含有率が高い廃棄物をセメント原料として使用することにより簡便に製造可能なものであり、セメントキルンに多くの燃料を投入してセメントクリンカの品質調整を行わなくても製造可能なものである。よって、第二項目は、セメントクリンカ粉末の製造工程において多量の二酸化炭素を排出するものではない。 Note that the second item does not specify the composition range of each of the multiple minerals in the cement clinker powder, but specifies the content of a single chemical component ( SO3 ) in the cement clinker powder. The cement clinker powder in the second item (with an SO3 content of 0.80 mass% or more) can be easily produced by using waste with a high SO3 content as a cement raw material in a cement calcination device, and can be produced without inputting a large amount of fuel into the cement kiln to adjust the quality of the cement clinker. Therefore, the second item does not emit a large amount of carbon dioxide in the manufacturing process of the cement clinker powder.
本発明の第三項目は、上記第二項目において次の内容を含むものである。すなわち、第三項目の混合物においては、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末が含まれていない。 The third item of the present invention includes the following content in the above second item. That is, the mixture of the third item does not contain cement clinker powder having an SO3 content of 0.56 mass% or less.
上記第三項目によれば、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末が混合物に含まれていないため、SO3含有率が0.80質量％以上であるセメントクリンカ粉末の割合（混合物における含有率）が相対的に高まる。ここで、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末は、水と混練されてもフライアッシュの水和を促進させるだけの量のSO3を溶出させることができない。よって、上記第三項目に係るセメント組成物は、セメントクリンカ粉末全量に対する「フライアッシュの水和を促進させるセメントクリンカ粉末」の割合が高いものであり、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性がさらに高まるものである。 According to the third item, the mixture does not contain any cement clinker powder with an SO3 content of 0.56% by mass or less, so the proportion of cement clinker powder with an SO3 content of 0.80% by mass or more (content in the mixture) is relatively high. Here, even if the cement clinker powder with an SO3 content of 0.56% by mass or less is mixed with water, it cannot elute an amount of SO3 sufficient to promote the hydration of fly ash. Therefore, the cement composition according to the third item has a high proportion of "cement clinker powder that promotes the hydration of fly ash" relative to the total amount of cement clinker powder, and the strength development of the mixture is further enhanced by the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
本発明の第四項目は、上記第一項目～上記第三項目のいずれか一つにおいて次の内容を含むものである。すなわち、前記セメントクリンカ粉末に含まれるSO3をクリンカSO3と定義し、前記石膏粉末に含まれるSO3を石膏SO3と定義し、前記混合物に対する前記クリンカSO3の割合をＳ１質量％と定義し、前記混合物に対する前記石膏SO3の割合をＳ２質量％と定義した場合において、前記Ｓ１質量％と前記Ｓ２質量％との合計値が1.90質量％以上（好ましくは2.05質量％以上）であり、かつ、前記Ｓ１質量％に対する前記Ｓ２質量％の割合が0.90以上3.00以下（好ましくは0.998以上2.837以下）である。 The fourth aspect of the present invention relates to any one of the first to third aspects, including the following: In other words, when the SO 3 contained in the cement clinker powder is defined as clinker SO 3 , the SO 3 contained in the gypsum powder is defined as gypsum SO 3 , the ratio of the clinker SO 3 to the mixture is defined as S1 mass%, and the ratio of the gypsum SO 3 to the mixture is defined as S2 mass%, the total value of the S1 mass% and the S2 mass% is 1.90 mass% or more (preferably 2.05 mass% or more), and the ratio of the S2 mass% to the S1 mass% is 0.90 or more and 3.00 or less (preferably 0.998 or more and 2.837 or less).
上記第四項目によれば、混合物において、多くのクリンカSO3と多くの石膏SO3とが互いに均衡して含まれている。このため、この混合物を水と混練すると、混練初期段階においては石膏粉末から石膏SO3が溶出し、混練初期段階経過後においてはセメントクリンカ粉末からクリンカSO3が溶出する。これにより、混練段階において、石膏粉末及びセメントクリンカ粉末から途切れることなく連続的にSO3が溶出し、このSO3により途切れることなく連続的にフライアッシュの水和が促進する。つまり、上記第四項目に係るセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性がさらに高まるものである。 According to the fourth item, the mixture contains a large amount of clinker SO 3 and a large amount of gypsum SO 3 in a balanced manner. Therefore, when this mixture is mixed with water, gypsum SO 3 is dissolved from the gypsum powder in the initial mixing stage, and clinker SO 3 is dissolved from the cement clinker powder after the initial mixing stage has passed. As a result, SO 3 is dissolved continuously without interruption from the gypsum powder and cement clinker powder in the mixing stage, and this SO 3 promotes the hydration of the fly ash continuously without interruption. In other words, the cement composition according to the fourth item further enhances the strength development of the mixture due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
本発明の第五項目は、上記第一項目～上記第四項目のいずれか一つにおいて次の内容を含むものである。前記セメントクリンカ粉末のTiO2含有率、MnO含有率、P2O5含有率、Na2O含有率及びK2O含有率をそれぞれＴ質量％、Ｍ質量％、Ｐ質量％、Ｎ質量％及びＫ質量％と定義した場合における前記セメントクリンカ粉末の物性値「（Ｔ＋Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋0.658×Ｋ）」が0.80以上1.40以下である。 The fifth aspect of the present invention is any one of the first to fourth aspects, including the following: When the TiO2 content, MnO content, P2O5 content, Na2O content and K2O content of the cement clinker powder are defined as T mass%, M mass%, P mass%, N mass% and K mass%, respectively, the physical property value of the cement clinker powder, "(T+ M +P)/(N+0.658×K)", is 0.80 or more and 1.40 or less.
上記第五項目によれば、セメントクリンカ粉末の水和時にセメントクリンカ粉末に含まれるSO3をセメントクリンカ粉末の外部に溶出することを促進する促進要素（Na2O及びK2O）と阻害する阻害要素（TiO2、MnO及びP2O5）とがセメントクリンカ粉末において均等に含まれることになる。このため、上記セメント組成物を水と混練すると（このセメント組成物に含まれるセメントクリンカ粉末が水和すると）、上記促進要素によって多くのSO3がセメントクリンカ粉末から溶出され、かつ、セメントクリンカ粉末からのSO3の溶出速度が過剰に速くなることが上記阻害要素により抑制されるため、セメントクリンカ粉末に含まれる多くのSO3が長時間にわたって徐々にセメントクリンカ粉末から溶出される。つまり、上記セメント組成物を水と混練すると、セメントクリンカ粉末から溶出される多くのSO3と石灰石粉末及びフライアッシュとを徐々に反応させることができるため、高い強度及び長時間にわたる高い流動性を発揮するセメント混練物を製造することができる。 According to the fifth item, the cement clinker powder contains evenly the promoting elements (Na 2 O and K 2 O) that promote the dissolution of SO 3 contained in the cement clinker powder to the outside of the cement clinker powder during hydration of the cement clinker powder, and the inhibiting elements (TiO 2 , MnO, and P 2 O 5 ) that inhibit the dissolution. Therefore, when the cement composition is kneaded with water (when the cement clinker powder contained in this cement composition is hydrated), a large amount of SO 3 is dissolved from the cement clinker powder by the promoting elements, and the inhibiting elements prevent the dissolution rate of SO 3 from the cement clinker powder from becoming excessively fast, so that a large amount of SO 3 contained in the cement clinker powder is gradually dissolved from the cement clinker powder over a long period of time. In other words, when the cement composition is kneaded with water, a large amount of SO 3 dissolved from the cement clinker powder can be gradually reacted with the limestone powder and fly ash, so that a cement kneaded product that exhibits high strength and high fluidity for a long period of time can be produced.
本発明の第六項目は、次のようなセメント組成物の製造方法に係るものである。この製造方法は、仕上工程及び混合工程を備えている。前記仕上工程において、セメントクリンカを石膏と共に粉砕して混合粉末を製造する。前記混合工程において、前記混合粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを混合してセメント組成物を製造する。前記石灰石粉末及び前記フライアッシュは、前記セメント組成物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれている。前記石膏の粉末は、前記セメント組成物においてSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれている。 The sixth aspect of the present invention relates to a method for producing a cement composition as follows. The method includes a finishing step and a mixing step. In the finishing step, cement clinker is ground together with gypsum to produce a mixed powder. In the mixing step, the mixed powder, limestone powder, and fly ash are mixed to produce a cement composition. The limestone powder and the fly ash are contained in the cement composition in a total amount of 10.0 mass% or less. The gypsum powder is contained in the cement composition in a proportion of 0.6 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 .
上記第六項目によれば、石灰石粉末及びフライアッシュがセメント組成物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、かつ、セメント組成物において石膏粉末がSO3換算で2.4質量％以下の割合で含まれているため、セメント組成物において石膏粉末並びに混合材粉末（石灰石粉末及びフライアッシュ）が少量含まれていることになる。その上で、セメント組成物において石膏粉末がSO3換算で0.6質量％以上の割合で含まれている。このため、このセメント組成物を水と混練すると、石膏粉末に含まれるSO3によりフライアッシュの水和反応が効果的に促進され、高強度のセメント混練物を製造することができる。つまり、上記第六項目によれば、石膏粉末及びフライアッシュにより強度発現性が高まるセメント組成物を製造することができる。 According to the sixth item, the limestone powder and fly ash are contained in the cement composition in a total amount of 10.0% by mass or less, and the gypsum powder is contained in the cement composition in a proportion of 2.4% by mass or less in terms of SO 3 , so that the cement composition contains a small amount of gypsum powder and admixture powder (limestone powder and fly ash). In addition, the gypsum powder is contained in the cement composition in a proportion of 0.6% by mass or more in terms of SO 3. Therefore, when this cement composition is mixed with water, the hydration reaction of the fly ash is effectively promoted by the SO 3 contained in the gypsum powder, and a high-strength cement mixture can be produced. In other words, according to the sixth item, a cement composition in which strength development is enhanced by the gypsum powder and fly ash can be produced.
本発明の第七項目は、上記第六項目において焼成工程をさらに備えるものである。当該焼成工程において、廃石膏ボードをセメント原料として前記セメントクリンカを製造する。 The seventh aspect of the present invention is the method according to the sixth aspect, further comprising a firing step. In the firing step, the cement clinker is produced using waste gypsum board as a cement raw material.
上記第七項目によれば、廃石膏ボードに含まれるSO3を利用してセメント組成物の強度発現性を高めることができ、廃石膏ボードをセメント組成物の原料として有効に利用することができる。 According to the seventh item above, the strength development of the cement composition can be improved by utilizing the SO3 contained in the waste gypsum board, and the waste gypsum board can be effectively used as a raw material for the cement composition.
以上のように、本発明によれば、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物であって、石膏粉末及びフライアッシュによって強度発現性が高まるセメント組成物を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cement composition comprising a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, in which the strength development is enhanced by the gypsum powder and fly ash.
図１は、本発明の一実施形態に係るセメント組成物を製造するためのセメント製造装置１を示す全体構成図である。図１に示すように、セメント製造装置１は、クリンカサイロ２、仕上ミル３、分級装置４、混合装置５及びセメントサイロ６を備える。クリンカサイロ２は、セメント焼成装置（不図示）から排出されるクリンカ（不図示）を貯蔵する。仕上ミル３は、クリンカサイロ２から排出されるクリンカＣを石膏Ｇと共に粉砕して粉砕物Ｄ（混合粉末）を製造する。分級装置４は、仕上ミル３から排出される粉砕物Ｄを分級して粗粉Ｒと微粉Ｆとに分離する。混合装置５は、分級装置４から排出される微粉Ｆを石灰石粉末Ｌ及びフライアッシュＡと共に混合し、混合物Ｍ（セメント組成物）を製造する。セメントサイロ６は、混合装置５から排出される混合物Ｍを貯蔵する。また、分級装置４は、粗粉Ｒを仕上ミル３に戻す。仕上ミル３は、分級装置４から粗粉Ｒを戻された場合には、クリンカＣを石膏Ｇ及び粗粉Ｒと共に粉砕して粉砕物Ｄを製造する。
1 is an overall configuration diagram showing a cement manufacturing apparatus 1 for manufacturing a cement composition according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the cement manufacturing apparatus 1 includes a
本発明の一実施形態に係るセメント組成物は、クリンカＣの粉末、石膏Ｇの粉末、石灰石粉末Ｌ及びフライアッシュＡを含む混合物Ｍからなる。石灰石粉末Ｌ及びフライアッシュＡは、混合物Ｍにおいて合計で10.0質量％以下の割合で含まれている。石膏Ｇの粉末は、混合物ＭにおいてSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれている。好ましくは、クリンカＣの粉末のSO3含有率が0.80質量％以上（好ましくは0.94質量％以上）であり、石膏Ｇの粉末が混合物ＭにおいてSO3換算で1.0質量％以上の割合で含まれている。さらに好ましくは、混合物Ｍにおいて、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末が含まれていない。 The cement composition according to one embodiment of the present invention is composed of a mixture M containing a powder of clinker C, a powder of gypsum G, a powder of limestone L, and a fly ash A. The powder of limestone L and the fly ash A are contained in the mixture M in a total amount of 10.0 mass% or less. The powder of gypsum G is contained in the mixture M in a ratio of 0.6 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 . Preferably, the SO3 content of the powder of clinker C is 0.80 mass% or more (preferably 0.94 mass% or more), and the powder of gypsum G is contained in the mixture M in a ratio of 1.0 mass% or more in terms of SO3 . More preferably, the mixture M does not contain a cement clinker powder having a SO3 content of 0.56 mass% or less.
クリンカＣの粉末に含まれるSO3をクリンカSO3と定義し、石膏Ｇの粉末に含まれるSO3を石膏SO3と定義し、混合物Ｍに対するクリンカSO3の割合をＳ１質量％と定義し、混合物Ｍに対する石膏SO3の割合をＳ２質量％と定義した場合、本発明の一実施形態に係るセメント組成物において、Ｓ１質量％とＳ２質量％との合計値が1.90質量％以上（好ましくは2.05質量％以上）であり、かつ、Ｓ１質量％に対するＳ２質量％の比（割合）が0.90以上3.00以下（好ましくは0.998以上2.837以下）であることが好ましい。 If the SO3 contained in the powder of clinker C is defined as clinker SO3 , the SO3 contained in the powder of gypsum G is defined as gypsum SO3 , the ratio of clinker SO3 to mixture M is defined as S1 mass%, and the ratio of gypsum SO3 to mixture M is defined as S2 mass%, then in a cement composition according to one embodiment of the present invention, it is preferable that the total value of S1 mass% and S2 mass% is 1.90 mass% or more (preferably 2.05 mass% or more) and the ratio (proportion) of S2 mass% to S1 mass% is 0.90 or more and 3.00 or less (preferably 0.998 or more and 2.837 or less).
好ましくは、クリンカＣの粉末（粉砕物Ｄに含まれるもの）のTiO2含有率、MnO含有率、P2O5含有率、Na2O含有率及びK2O含有率をそれぞれＴ質量％、Ｍ質量％、Ｐ質量％、Ｎ質量％及びＫ質量％と定義した場合におけるクリンカＣの粉末の物性値「（Ｔ＋Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋0.658×Ｋ）」が0.80以上1.40以下である。 Preferably, when the TiO2 content, MnO content, P2O5 content, Na2O content and K2O content of the powder of clinker C (contained in the pulverized material D) are defined as T mass%, M mass%, P mass%, N mass% and K mass%, respectively, the physical property value of the powder of clinker C, "(T + M + P) / (N + 0.658 x K)", is 0.80 or more and 1.40 or less.
上述したように、本発明の一実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、仕上工程（図１に示す仕上ミル３による粉砕工程）及び混合工程（図１に示す混合装置５による混合工程）を備えている。上記仕上工程においては、セメントクリンカ（図１に示すクリンカＣ）を石膏（図１に示す石膏Ｇ）と共に粉砕して混合粉末（図１に示すクリンカＣ及び石膏Ｇの混合粉末であって粉砕物Ｄに含まれるもの）を製造する。上記混合工程においては、混合粉末（図１に示すクリンカＣ及び石膏Ｇの混合粉末であって微粉Ｆに含まれるもの）、石灰石粉末（図１に示す石灰石粉末Ｌ）及びフライアッシュ（図１に示すフライアッシュＡ）を混合してセメント組成物（図１に示す混合物Ｍ）を製造する。なお、本発明に係るセメント組成物の製造方法は、図１に示すセメント製造装置１を使用する方法に限定されるものではない。
As described above, the method for producing a cement composition according to one embodiment of the present invention includes a finishing process (a grinding process using the
また、本発明の一実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、焼成工程（図１に示す製造装置１の前段において図１に示すクリンカＣを製造する工程）をさらに備えることもできる。この場合、この焼成工程において、廃石膏ボード（不図示）をセメント原料としてセメントクリンカ（図１に示すクリンカＣ）を製造する。 The method for producing a cement composition according to one embodiment of the present invention may further include a firing step (a step of producing clinker C shown in FIG. 1 in the upstream stage of the production apparatus 1 shown in FIG. 1). In this case, in this firing step, cement clinker (clinker C shown in FIG. 1) is produced using waste gypsum board (not shown) as a cement raw material.
次に、本発明に係るセメント組成物の実験例について説明する。この実験例は、セメントクリンカ粉末(Cli1～Cli6)、石膏粉末及び混合材粉末（石灰石粉末、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末）を様々な割合で混合して様々なセメント組成物を製造し、これらセメント組成物それぞれから製造したセメント混練物の「材齢２８日の圧縮強さ」を測定したものである。表１～表４は、この実験例において使用したセメント組成物の原料の組成又は物性を原料ごとに示している。表５～表１１は、この実験例において製造したセメント組成物の組成と強度発現性との関係を実験例ごとに示している。表１２は、この実験例において製造したセメント組成物の物性値を実験例ごとに示している。 Next, an experimental example of the cement composition according to the present invention will be described. In this experimental example, various cement compositions were produced by mixing cement clinker powder (Cli1 to Cli6), gypsum powder, and admixture powder (limestone powder, fly ash, and blast furnace slag powder) in various ratios, and the "28-day compressive strength" of the cement mixture produced from each of these cement compositions was measured. Tables 1 to 4 show the composition or physical properties of the raw materials of the cement compositions used in this experimental example for each raw material. Tables 5 to 11 show the relationship between the composition of the cement composition produced in this experimental example and the strength development for each experimental example. Table 12 shows the physical properties of the cement composition produced in this experimental example for each experimental example.
なお、表１～表１２において、「クリンカ」とはセメントクリンカ粉末を意味しており、「石膏」とは石膏粉末を意味しており、「混合材」とは混合材粉末を意味しており、「石灰石」とは石灰石粉末を意味しており、かつ、「高炉スラグ」とは高炉スラグ粉末を意味している。 In addition, in Tables 1 to 12, "clinker" means cement clinker powder, "gypsum" means gypsum powder, "admixture" means admixture powder, "limestone" means limestone powder, and "blast furnace slag" means blast furnace slag powder.
表１は、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末（図１に示すクリンカＣの粉末に相当）における各化合物の含有率（質量％）を示している。表１において、ig.loss(Ignition Loss)は、強熱原料（揮発性物質）を意味している。Na2Oeqは、全アルカリを意味している。全アルカリは、式「Na2O＋0.658×K2O」により算出される値である。f.CaOは、遊離酸化カルシウムを意味している。遊離酸化カルシウムとは、セメント原料を焼成した時に二酸化ケイ素や酸化アルミニウムと反応せずに残った酸化カルシウムをいう。 Table 1 shows the content (mass%) of each compound in the cement clinker powder (corresponding to the powder of clinker C shown in Figure 1) used in the above experimental example. In Table 1, ig.loss (Ignition Loss) means ignition raw material (volatile substance). Na2Oeq means total alkali. Total alkali is a value calculated by the formula " Na2O + 0.658 x K2O ". f.CaO means free calcium oxide. Free calcium oxide refers to calcium oxide that remains without reacting with silicon dioxide or aluminum oxide when cement raw materials are burned.
表２は、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末のモジュラスを示している。表２において、HM(Hydraulic Modulus)は水硬率を示しており、SM(Silica Modulus)はケイ酸率を示しており、IM(Iron Modulus)は鉄率を示しており、AI(Activity Index)は活動係数を示している。HMは、(SiO2+Al2O3+Fe2O3)に対するCaOの割合である。SMは、(Al2O3+Fe2O3)に対するSiO2の割合である。IMは、Fe2O3に対するAl2O3の割合である。AIは、Al2O3に対するSiO2の割合である。表２に示すように、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末のモジュラスは次の通りである。すなわち、HMが2.15以上2.21以下であり、SMが2.18以上2.42以下であり、IMが1.87以上2.18以下であり、AIが3.19以上3.70以下である。 Table 2 shows the modulus of the cement clinker powder used in the above experimental example. In Table 2, HM (Hydraulic Modulus) indicates the hydraulic modulus, SM (Silica Modulus) indicates the silica modulus, IM (Iron Modulus) indicates the iron modulus, and AI (Activity Index) indicates the activity index. HM is the ratio of CaO to ( SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ). SM is the ratio of SiO2 to ( Al2O3 + Fe2O3 ) . IM is the ratio of Al2O3 to Fe2O3 . AI is the ratio of SiO2 to Al2O3 . As shown in Table 2 , the modulus of the cement clinker powder used in the above experimental example is as follows. That is, HM is 2.15 or more and 2.21 or less, SM is 2.18 or more and 2.42 or less, IM is 1.87 or more and 2.18 or less, and AI is 3.19 or more and 3.70 or less.
また、表２は、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末の鉱物組成も示している。表２に示す鉱物組成は、ボーグ式(Bogue式)により算出したものである。表２において、C3Sはケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO2)であり、C2Sはケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO2)であり、C3Aはアルミン酸三カルシウム（3CaO・Al2O3）であり、C4AFは鉄アルミン酸四カルシウム(4CaO・Al2O3・Fe2O3)である。表２に示すように、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末の鉱物組成は次の通りである。すなわち、C3Sが55.2質量％以上62.0質量％以下であり、C2Sが12.7質量％以上18.6質量％以下であり、C3Aが10.1質量％以上12.2質量％以下であり、C4AFが9.1質量％以上9.6質量％以下である。 Table 2 also shows the mineral composition of the cement clinker powder used in the above experimental examples. The mineral composition shown in Table 2 was calculated using the Bogue formula. In Table 2, C3S is tricalcium silicate ( 3CaO.SiO2 ), C2S is dicalcium silicate ( 2CaO.SiO2 ), C3A is tricalcium aluminate ( 3CaO.Al2O3 ) , and C4AF is tetracalcium aluminoferrate ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ). As shown in Table 2 , the mineral composition of the cement clinker powder used in the above experimental examples is as follows: That is, C 3 S is from 55.2 to 62.0% by mass, C 2 S is from 12.7 to 18.6% by mass, C 3 A is from 10.1 to 12.2% by mass, and C 4 AF is from 9.1 to 9.6% by mass.
さらに、表２は、上記実験例において使用したセメントクリンカ粉末の物性値も示している。この物性値は、セメントクリンカ粉末における強度発現促進指標値に対する強度発現阻害指標値の割合を示している。この強度発現促進指標値は、セメントクリンカ粉末における全アルカリの含有率である。この強度発現阻害指標値は、セメントクリンカ粉末におけるTiO2、MnO及びP2O5の合計含有率（質量％）である。表２に示すように、この実験例において使用したセメントクリンカ粉末の上記物性値は、0.853以上1.326以下である。 Furthermore, Table 2 shows the physical property values of the cement clinker powder used in the above experimental example. These physical property values indicate the ratio of the strength development inhibition index value to the strength development promotion index value of the cement clinker powder. This strength development promotion index value is the total alkali content in the cement clinker powder. This strength development inhibition index value is the total content (mass% ) of TiO2 , MnO, and P2O5 in the cement clinker powder. As shown in Table 2, the above physical property values of the cement clinker powder used in this experimental example are 0.853 or more and 1.326 or less.
表３は、上記実験例において使用した石灰石粉末、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末の化学組成を示している。 Table 3 shows the chemical compositions of the limestone powder, fly ash, and blast furnace slag powder used in the above experimental examples.
表４は、上記実験例において使用した石灰石粉末、高炉スラグ粉末及びフライアッシュの比表面積（ブレーン比表面積）及び活性度指数を示している。ここで、活性度指数は、材齢28日の時点におけるものである。 Table 4 shows the specific surface area (Blaine specific surface area) and activity index of the limestone powder, blast furnace slag powder, and fly ash used in the above experimental example. Here, the activity index is at the time when the material is 28 days old.
表５～表１１は、セメント組成物において使用したセメントクリンカ粉末の種類、セメント組成物のSO3換算石膏粉末含有率（質量％）、石灰石粉末含有率（質量％）、フライアッシュ含有率（質量％）、混合材粉末合計含有率（石灰石粉末、フライアッシュ及び高炉スラグ粉末の合計含有率：質量％）、並びに、得られたセメント組成物から製造したセメント混練物の「材齢28日における圧縮強さ(N/mm2)」の関係を示している。 Tables 5 to 11 show the relationship between the type of cement clinker powder used in the cement composition, the SO3- equivalent gypsum powder content (mass %), limestone powder content (mass %), fly ash content (mass %), and total mixed powder content (total content of limestone powder, fly ash, and blast furnace slag powder: mass %) of the cement composition, and the "compressive strength (N/ mm2 ) at 28 days of age" of the cement mixture produced from the obtained cement composition.
表５において、実験例Ａ１～Ａ４の組は次のことを示している。セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石膏粉末含有率がSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下であれば、セメント組成物の石膏粉末含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する。実験例Ａ５～Ａ８の組は次のことを示している。すなわち、実験例Ａ１～Ａ４の組において石灰石粉末及びフライアッシュの合計含有率（混合材粉末合計含有率）を7.5質量％から10.0質量％にした場合であっても、セメント組成物の石膏粉末含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する。 In Table 5, the set of Experimental Examples A1 to A4 shows the following. In a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, if the gypsum powder content is 0.6 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 , the compressive strength of the cement mixture increases as the gypsum powder content of the cement composition increases. The set of Experimental Examples A5 to A8 shows the following. That is, even if the total content of limestone powder and fly ash (total content of admixture powders) is changed from 7.5 mass% to 10.0 mass% in the set of Experimental Examples A1 to A4, the compressive strength of the cement mixture increases as the gypsum powder content of the cement composition increases.
表５において、実験例Ａ９～Ａ１２の組、実験例Ａ１３～Ａ１６の組、実験例Ａ１７～Ａ２０の組、実験例Ａ２１～Ａ２４の組は、次のことを示している。すなわち、実験例Ａ１～Ａ４の組、実験例Ａ５～Ａ８の組においてクリンカの種類を変えた場合であっても、セメント組成物の石膏粉末含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する（あるいは、セメント組成物の石膏粉末含有率が増加してもセメント混練物の圧縮強さが低下せずに維持される）。 In Table 5, the set of Experimental Examples A9-A12, the set of Experimental Examples A13-A16, the set of Experimental Examples A17-A20, and the set of Experimental Examples A21-A24 show the following. That is, even when the type of clinker is changed in the set of Experimental Examples A1-A4 and the set of Experimental Examples A5-A8, the compressive strength of the cement mixture increases as the gypsum powder content of the cement composition increases (or, even when the gypsum powder content of the cement composition increases, the compressive strength of the cement mixture is maintained without decreasing).
表６において、実験例ａ１～ａ２４の組は次のことを示している。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末及び石灰石粉末を含む混合物からなるセメント組成物において、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量％以上2.4質量％以下であっても、フライアッシュが含まれていなければ、セメント組成物の石膏粉末含有率または石灰石粉末含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが低下する。 In Table 6, the set of experimental examples a1 to a24 shows the following: In a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, and limestone powder, even if the gypsum powder content is 1.2% by mass or more and 2.4% by mass or less in terms of SO3 , if fly ash is not contained, the compressive strength of the cement mixture decreases as the gypsum powder content or limestone powder content of the cement composition increases.
以上により、表５及び表６に示す実験例から次の結論を導出することができる。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石灰石粉末及びフライアッシュが合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、かつ、石膏粉末がSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれていれば、このセメント組成物を水と混練すると、石膏粉末に含まれるSO3によりフライアッシュの水和反応が効果的に促進され、高強度のセメント混練物を製造することができる。つまり、このようなセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性が高まるものである。 From the above, the following conclusions can be derived from the experimental examples shown in Tables 5 and 6. In other words, in a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, if the limestone powder and fly ash are contained in a total amount of 10.0 mass% or less, and the gypsum powder is contained in a ratio of 0.6 mass% to 2.4 mass% in terms of SO3 , when this cement composition is kneaded with water, the hydration reaction of the fly ash is effectively promoted by the SO3 contained in the gypsum powder, and a high-strength cement mixture can be produced. In other words, such a cement composition has a high strength development due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
表７は、表５に示す実験例Ａ１～Ａ２４を並び替えたものである。実験例Ａ１及びＡ５の組は次のことを示している。セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石膏粉末含有率がSO3換算で0.6質量％であれば、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが減少する。 Table 7 rearranges the experimental examples A1 to A24 shown in Table 5. The set of experimental examples A1 and A5 shows the following: In a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, if the gypsum powder content is 0.6 mass% in terms of SO3 , the compressive strength of the cement mixture decreases as the fly ash content of the cement composition increases.
一方、表７において、実験例Ａ２及びＡ６の組、実験例Ａ３及びＡ７の組、実験例Ａ４及びＡ８の組は、次のことを示している。すなわち、実験例Ａ１及びＡ５の組において石膏粉末含有率をSO3換算で1.2質量％、1.8質量％又は2.4質量％とした場合、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する。 On the other hand, in Table 7, the set of Experimental Examples A2 and A6, the set of Experimental Examples A3 and A7, and the set of Experimental Examples A4 and A8 show the following: That is, in the sets of Experimental Examples A1 and A5, when the gypsum powder content was 1.2 mass%, 1.8 mass%, or 2.4 mass% converted to SO3 , the compressive strength of the cement mixture increased as the fly ash content of the cement composition increased.
表７において、実験例Ａ９及びＡ１３の組、実験例Ａ１０及びＡ１４の組、実験例Ａ１１及びＡ１５の組、実験例Ａ１２及びＡ１６の組、実験例Ａ１７及びＡ２１の組、実験例Ａ１８及びＡ２２の組、実験例Ａ１９及びＡ２３の組、実験例Ａ２０及びＡ２４の組は、次のことを示している。すなわち、実験例Ａ１及びＡ５の組においてセメントクリンカ粉末の種類を変えた場合であっても、石膏粉末含有率がSO3換算で0.6質量％であれば、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが減少するし、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量％以上2.4質量％以下であれば、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する。 In Table 7, the set of Experimental Examples A9 and A13, the set of Experimental Examples A10 and A14, the set of Experimental Examples A11 and A15, the set of Experimental Examples A12 and A16, the set of Experimental Examples A17 and A21, the set of Experimental Examples A18 and A22, the set of Experimental Examples A19 and A23, and the set of Experimental Examples A20 and A24 show the following: Even when the type of cement clinker powder is changed in the sets of Experimental Examples A1 and A5, if the gypsum powder content is 0.6 mass% in terms of SO3 , the compressive strength of the cement mixture decreases as the fly ash content of the cement composition increases, and if the gypsum powder content is 1.2 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 , the compressive strength of the cement mixture increases as the fly ash content of the cement composition increases.
表８において、実験例Ｂ１及びＢ２の組は次のことを示している。すなわち、表７に示す実験例Ａ１及びＡ５の組においてセメント組成物中の石膏粉末含有率をSO3換算で1.0質量％にした場合であっても、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加する。 In Table 8, the set of Experimental Examples B1 and B2 shows the following: That is, even when the content of gypsum powder in the cement composition in the set of Experimental Examples A1 and A5 shown in Table 7 is set to 1.0 mass% in terms of SO3 , the compressive strength of the cement mixture increases as the fly ash content of the cement composition increases.
表９は、表６に示す実験例ａ１～ａ２４を並び替えたものである。表９において、実験例ａ１～ａ２４の組は次のことを示している。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末及び石灰石粉末を含む混合物からなるセメント組成物において、混合材粉末合計含有率が10.0質量％以下であり、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量％以上2.4質量％以下であっても、フライアッシュが含まれていなければ、セメント組成物の混合材粉末含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが低下する。 Table 9 is a rearrangement of the experimental examples a1 to a24 shown in Table 6. In Table 9, the set of experimental examples a1 to a24 shows the following. That is, in a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, and limestone powder, even if the total content of the admixture powder is 10.0 mass% or less and the content of the gypsum powder is 1.2 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 , if fly ash is not contained, the compressive strength of the cement mixture decreases as the content of the admixture powder in the cement composition increases.
表１０において、実験例Ｃ１及びＣ２の組は次のことを示している。すなわち、表７に示す実験例Ａ２及びＡ６の組においてCli1に代えてCli5を使用する場合、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量％であり、かつ、石灰石粉末及びフライアッシュの合計含有率（混合材粉末合計含有率）が10.0質量％以下であっても、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが減少する。なお、表１に示すように、Cli1～Cli4（実験例Ａ１～Ａ２４及び実験例Ｂ１、Ｂ２において使用したセメントクリンカ粉末）のSO3含有率は0.94質量％以上であるのに対し、実験例Ｃ１及びＣ２において使用したCli5のSO3含有率は0.56質量％である。 In Table 10, the set of Experimental Examples C1 and C2 shows the following. That is, when Cli5 is used instead of Cli1 in the set of Experimental Examples A2 and A6 shown in Table 7, even if the gypsum powder content is 1.2 mass% in terms of SO3 and the total content of limestone powder and fly ash (total content of admixture powder) is 10.0 mass% or less, the compressive strength of the cement mixture decreases as the fly ash content of the cement composition increases. As shown in Table 1, the SO3 content of Cli1 to Cli4 (cement clinker powder used in Experimental Examples A1 to A24 and Experimental Examples B1 and B2) is 0.94 mass% or more, while the SO3 content of Cli5 used in Experimental Examples C1 and C2 is 0.56 mass%.
以上により、表７～表１０に示す実験例から次の結論を導出することができる。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石灰石粉末及びフライアッシュが合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、石膏粉末がSO3換算で1.0質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれており、セメントクリンカ粉末のSO3含有率が0.80質量％以上（厳格には0.94質量％以上）であれば、このセメント組成物を水と混練すると、石膏粉末に含まれる多くのSO3によりセメントクリンカ粉末中のアルミネートの急激な水和（瞬結）が抑制され、セメントクリンカ粉末に含まれるアルミネートは石灰石粉末と反応する。これにより、セメントクリンカ粉末から多くのSO3が溶出されるため、セメントクリンカ粉末から溶出された多くのSO3によりフライアッシュの水和が促進し、高強度のセメント混練物が製造される。つまり、このようなセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性がさらに高まるものである。 From the above, the following conclusions can be derived from the experimental examples shown in Tables 7 to 10. That is, in a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder and fly ash, if the limestone powder and fly ash are contained in a total amount of 10.0 mass% or less, the gypsum powder is contained in a ratio of 1.0 mass% to 2.4 mass% in terms of SO 3 , and the SO 3 content of the cement clinker powder is 0.80 mass% or more (strictly 0.94 mass% or more), when this cement composition is kneaded with water, the rapid hydration (flash setting) of the aluminate in the cement clinker powder is suppressed by the large amount of SO 3 contained in the gypsum powder, and the aluminate contained in the cement clinker powder reacts with the limestone powder. As a result, a large amount of SO 3 is eluted from the cement clinker powder, and the hydration of the fly ash is promoted by the large amount of SO 3 eluted from the cement clinker powder, and a high-strength cement mixture is produced. In other words, such a cement composition further enhances the strength development of the mixture due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
さらに、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末は、水と混練されてもフライアッシュの水和を促進させるだけの量のSO3を溶出させることができない。このため、SO3含有率が0.56質量％以下であるセメントクリンカ粉末がセメント組成物に含まれていないと、このセメント組成物においてセメントクリンカ粉末全量に対する「フライアッシュの水和を促進させるセメントクリンカ粉末」の割合が高くなり、セメント組成物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュによりセメント組成物の強度発現性がさらに高まることになる。 Furthermore, cement clinker powder with an SO3 content of 0.56 mass% or less cannot elute an amount of SO3 sufficient to promote the hydration of fly ash even when mixed with water. Therefore, if the cement composition does not contain cement clinker powder with an SO3 content of 0.56 mass% or less, the ratio of "cement clinker powder that promotes the hydration of fly ash" to the total amount of cement clinker powder in the cement composition will be high, and the strength development of the cement composition will be further enhanced by the gypsum powder and fly ash contained in the cement composition.
表１１において、実験例Ｄ１及びＤ２の組、実験例Ｄ３及びＤ４の組は、次のことを示している。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石灰石粉末及びフライアッシュが合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、石膏粉末がSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれていれば、さらに高炉スラグ粉末が含まれている場合であっても、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するにつれてセメント混練物の圧縮強さが増加すると考えられる。 In Table 11, the set of Experimental Examples D1 and D2 and the set of Experimental Examples D3 and D4 show the following: In other words, in a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, if the limestone powder and fly ash are contained in a total amount of 10.0 mass% or less, and the gypsum powder is contained in an amount of 0.6 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 , it is considered that the compressive strength of the cement mixture increases as the fly ash content of the cement composition increases, even if blast furnace slag powder is further contained.
次に、表１２について説明するが、その前に表５及び表１０について再度触れておく。表５において、実験例Ａ１～Ａ４の組、実験例Ａ５～Ａ８の組、実験例Ａ９～Ａ１２の組、実験例Ａ１３～Ａ１６の組、実験例Ａ１７～Ａ２０の組、実験例Ａ２１～Ａ２４の組をそれぞれ参照すると、石膏粉末含有率がSO3換算で0.6質量％から1.2質量％に増加するとセメント混練物の圧縮強さが急激に上昇するが、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量％から1.8質量％、2.4質量％へと増加しても、セメント混練物の圧縮強さはわずかにしか上昇しない。 Next, Table 12 will be explained, but before that, Tables 5 and 10 will be mentioned again. Referring to the set of Experimental Examples A1 to A4, the set of Experimental Examples A5 to A8, the set of Experimental Examples A9 to A12, the set of Experimental Examples A13 to A16, the set of Experimental Examples A17 to A20, and the set of Experimental Examples A21 to A24 in Table 5 , the compressive strength of the cement mixture increases sharply when the gypsum powder content increases from 0.6% by mass to 1.2% by mass, calculated as SO3, but even if the gypsum powder content increases from 1.2% by mass to 1.8% by mass and to 2.4% by mass, calculated as SO3 , the compressive strength of the cement mixture increases only slightly.
つまり、これらの実験例のうち、「石膏粉末含有率をSO3換算で1.2質量％、1.8質量％又は2.4質量％とする実験例」（以下「実験例Ｘ群」とする。）は、セメント組成物に含まれる石膏粉末によってセメント組成物の強度発現性を最大限発揮させているものである。また、これらの実験例のうち、「石膏粉末含有率をSO3換算で0.6質量％とする実験例」（以下「実験例Ｙ１群」とする。）は、セメント組成物に含まれる石膏粉末によってセメント組成物の強度発現性を高めているものの最大限発揮させてはいないものである。 That is, among these experimental examples, "experimental examples in which the gypsum powder content is 1.2 mass%, 1.8 mass%, or 2.4 mass% converted into SO3 " (hereinafter referred to as "Experimental Example X Group") maximizes the strength development of the cement composition by the gypsum powder contained in the cement composition. Also, among these experimental examples, "experimental example in which the gypsum powder content is 0.6 mass% converted into SO3 " (hereinafter referred to as "Experimental Example Y1 Group") increases the strength development of the cement composition by the gypsum powder contained in the cement composition, but does not maximize it.
なお、表７の説明において上述したように、これらの実験例のうち、「石膏粉末含有率をSO3換算で1.2質量％、1.8質量％又は2.4質量％とする実験例」（実験例Ｘ群）においては、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するとセメント混練物の圧縮強さが増加する。また、これらの実験例のうち、「石膏粉末含有率をSO3換算で0.6質量％とする実験例」（実験例Ｙ１群）においては、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するとセメント混練物の圧縮強さが減少する。一方、表１０に示す実験例Ｃ１及びＣ２の組（以下「実験例Ｙ２群」とする。）においては、石膏粉末含有率がSO3換算で1.2質量であってもセメントクリンカ粉末のSO3含有率が低いために、セメント組成物のフライアッシュ含有率が増加するとセメント混練物の圧縮強さが減少する。 As described above in the explanation of Table 7, in the "experimental examples in which the gypsum powder content is 1.2 mass%, 1.8 mass%, or 2.4 mass% in terms of SO3 " (experimental example X group), the compressive strength of the cement mixture increases as the fly ash content of the cement composition increases. In the "experimental example in which the gypsum powder content is 0.6 mass% in terms of SO3 " (experimental example Y1 group), the compressive strength of the cement mixture decreases as the fly ash content of the cement composition increases. On the other hand, in the set of experimental examples C1 and C2 shown in Table 10 (hereinafter referred to as "experimental example Y2 group"), even if the gypsum powder content is 1.2 mass in terms of SO3 , the SO3 content of the cement clinker powder is low, so that the compressive strength of the cement mixture decreases as the fly ash content of the cement composition increases.
表１２は、実験例Ｘ群、Ｙ１群及びＹ２群ごとに「S1＋S2」、「S2/S1」を示している。なお、セメントクリンカ粉末に含まれるSO3をクリンカSO3と定義し、石膏粉末に含まれるSO3を石膏SO3と定義し、セメント組成物に対するクリンカSO3の割合をＳ１質量％と定義し、セメント組成物に対する石膏SO3の割合をＳ２質量％と定義した場合において、「S1＋S2」はＳ１質量％とＳ２質量％との合計値であり、「S2/S1」はＳ１質量％に対するＳ２質量％の比（割合）である。 Table 12 shows "S1+S2" and "S2/S1" for each of the experimental examples, group X, group Y1, and group Y2. In the case where the SO3 contained in the cement clinker powder is defined as clinker SO3 , the SO3 contained in the gypsum powder is defined as gypsum SO3 , the ratio of the clinker SO3 to the cement composition is defined as S1 mass%, and the ratio of the gypsum SO3 to the cement composition is defined as S2 mass%, "S1+S2" is the total value of S1 mass% and S2 mass%, and "S2/S1" is the ratio (proportion) of S2 mass% to S1 mass%.
実験例Ｘ群において、「S1＋S2」は2.05以上3.60以下であり、「S2/S1」は0.998以上2.837以下である。また、実験例Ｙ１、Ｙ２群においては、「S1＋S2」が1.80以下であり、「S2/S1」が0.499以上2.381以下である。つまり、セメント組成物において、「S1＋S2」が2.05以上3.60以下であって「S2/S1」が0.998以上2.837以下であることにより、セメント組成物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュによってセメント組成物の強度発現性が最大限発揮される。 In the experimental example X group, "S1 + S2" is 2.05 or more and 3.60 or less, and "S2/S1" is 0.998 or more and 2.837 or less. In the experimental examples Y1 and Y2 groups, "S1 + S2" is 1.80 or less, and "S2/S1" is 0.499 or more and 2.381 or less. In other words, by having "S1 + S2" be 2.05 or more and 3.60 or less, and "S2/S1" be 0.998 or more and 2.837 or less in the cement composition, the strength expression of the cement composition is maximized by the gypsum powder and fly ash contained in the cement composition.
なお、実験例Ｙ１、Ｙ２群の「S1＋S2」が実験例Ｘ群の「S1＋S2」よりも低いことを考慮すると、セメント組成物において、「S1＋S2」が3.60を超えていても、「S2/S1」が0.998以上2.837以下であれば、セメント組成物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュによってセメント組成物の強度発現性が最大限発揮される、と考えられる。 Considering that "S1 + S2" in experimental examples Y1 and Y2 is lower than "S1 + S2" in experimental example X, even if "S1 + S2" exceeds 3.60 in a cement composition, as long as "S2/S1" is 0.998 or more and 2.837 or less, the strength expression of the cement composition is considered to be maximized by the gypsum powder and fly ash contained in the cement composition.
以上により、表１２に示す実験例から次の結論を導出することができる。すなわち、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを含む混合物からなるセメント組成物において、石灰石粉末及びフライアッシュが合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、石膏粉末がSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれており、「S1＋S2」が1.90以上（厳格には2.05以上）であり、かつ、「S2/S1」が0.90以上3.00以下（厳格には0.998以上2.837以下）であれば、セメント組成物において多くのクリンカSO3と多くの石膏SO3とが互いに均衡して含まれていることになる。 From the above, the following conclusion can be derived from the experimental examples shown in Table 12. In other words, in a cement composition consisting of a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder, and fly ash, if the limestone powder and fly ash are contained in a total amount of 10.0 mass% or less, the gypsum powder is contained in an amount of 0.6 mass% or more and 2.4 mass% or less in terms of SO3 , "S1 + S2" is 1.90 or more (strictly 2.05 or more), and "S2 / S1" is 0.90 or more and 3.00 or less (strictly 0.998 or more and 2.837 or less), then a large amount of clinker SO3 and a large amount of gypsum SO3 are contained in the cement composition in a balanced manner.
このため、このセメント組成物を水と混練すると、混練初期段階においては石膏粉末から石膏SO3が溶出し、混練初期段階経過後においてはセメントクリンカ粉末からクリンカSO3が溶出する。これにより、混練段階において、石膏粉末及びセメントクリンカ粉末から途切れることなく連続的にSO3が溶出し、このSO3により途切れることなく連続的にフライアッシュの水和が促進する。したがって、このようなセメント組成物は、混合物に含まれる石膏粉末及びフライアッシュにより混合物の強度発現性がさらに高まると考えられる。 Therefore, when this cement composition is mixed with water, gypsum SO 3 is dissolved from the gypsum powder in the initial mixing stage, and clinker SO 3 is dissolved from the cement clinker powder after the initial mixing stage has passed. As a result, SO 3 is dissolved continuously without interruption from the gypsum powder and cement clinker powder in the mixing stage, and this SO 3 promotes the hydration of the fly ash continuously without interruption. Therefore, it is considered that such a cement composition further enhances the strength development of the mixture due to the gypsum powder and fly ash contained in the mixture.
１ セメント製造装置
２ クリンカサイロ
３ 仕上ミル
４ 分級装置
５ 混合装置
６ セメントサイロ
Ａ フライアッシュ
Ｃ クリンカ
Ｄ 粉砕物
Ｆ 微粉
Ｇ 石膏
Ｌ 石灰石粉末
Ｍ 混合物
Ｒ 粗粉
Reference Signs List 1
Claims (5)
前記石灰石粉末及び前記フライアッシュは、前記混合物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、
ここで前記石灰石粉末は、前記混合物において5.0質量％以上の割合で含まれており、
前記石膏粉末は、前記混合物においてSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれており、
前記セメントクリンカ粉末のTiO2含有率、MnO含有率、P2O5含有率、Na2O含有率及びK2O含有率をそれぞれＴ質量％、Ｍ質量％、Ｐ質量％、Ｎ質量％及びＫ質量％と定義した場合における前記セメントクリンカ粉末の物性値「（Ｔ＋Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋0.658×Ｋ）」が0.80以上1.40以下であり、
前記セメントクリンカ粉末に含まれるSO 3 をクリンカSO 3 と定義し、前記石膏粉末に含まれるSO 3 を石膏SO 3 と定義し、前記混合物に対する前記クリンカSO 3 の割合をＳ１質量％と定義し、前記混合物に対する前記石膏SO 3 の割合をＳ２質量％と定義した場合において、
前記Ｓ１質量％と前記Ｓ２質量％との合計値が1.90質量％以上であり、かつ、前記Ｓ１質量％に対する前記Ｓ２質量％の割合が0.90以上3.00以下である
ことを特徴とするセメント組成物。 A cement composition comprising a mixture containing cement clinker powder, gypsum powder, limestone powder and fly ash,
The limestone powder and the fly ash are contained in the mixture in a total amount of 10.0% by mass or less,
The limestone powder is contained in the mixture at a ratio of 5.0% by mass or more,
The gypsum powder is contained in the mixture at a ratio of 0.6% by mass to 2.4% by mass in terms of SO3 ,
The physical property value of the cement clinker powder "(T+M+ P )/(N+0.658×K)" is 0.80 or more and 1.40 or less when the TiO2 content, MnO content, P2O5 content, Na2O content and K2O content of the cement clinker powder are defined as T mass%, M mass%, P mass%, N mass% and K mass% , respectively;
In the case where the SO 3 contained in the cement clinker powder is defined as clinker SO 3 , the SO 3 contained in the gypsum powder is defined as gypsum SO 3 , the ratio of the clinker SO 3 to the mixture is defined as S1 mass%, and the ratio of the gypsum SO 3 to the mixture is defined as S2 mass%,
A cement composition characterized in that the total value of the S1 mass% and the S2 mass% is 1.90 mass% or more, and the ratio of the S2 mass% to the S1 mass% is 0.90 or more and 3.00 or less .
前記石膏粉末は、前記混合物においてSO3換算で1.0質量％以上の割合で含まれていることを特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。 The SO3 content of the cement clinker powder is 0.80% by mass or more,
The cement composition according to claim 1, characterized in that the gypsum powder is contained in the mixture at a rate of 1.0 mass% or more in terms of SO3 .
仕上工程及び混合工程を備えており、
前記仕上工程において、セメントクリンカを石膏と共に粉砕して、セメントクリンカ粉末及び石膏粉末を含む混合粉末を製造し、
前記混合工程において、前記混合粉末、石灰石粉末及びフライアッシュを混合してセメント組成物を製造し、
前記石灰石粉末及び前記フライアッシュは、前記セメント組成物において合計で10.0質量％以下の割合で含まれており、
ここで前記石灰石粉末は、前記セメント組成物において5.0質量％以上の割合で含まれており、
前記石膏粉末は、前記セメント組成物においてSO3換算で0.6質量％以上2.4質量％以下の割合で含まれており、
前記セメントクリンカ粉末のTiO2含有率、MnO含有率、P2O5含有率、Na2O含有率及びK2O含有率をそれぞれＴ質量％、Ｍ質量％、Ｐ質量％、Ｎ質量％及びＫ質量％と定義した場合における前記セメントクリンカ粉末の物性値「（Ｔ＋Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋0.658×Ｋ）」が0.80以上1.40以下であり、
前記セメントクリンカ粉末に含まれるSO 3 をクリンカSO 3 と定義し、前記石膏粉末に含まれるSO 3 を石膏SO 3 と定義し、前記セメント組成物に対する前記クリンカSO 3 の割合をＳ１質量％と定義し、前記セメント組成物に対する前記石膏SO 3 の割合をＳ２質量％と定義した場合において、
前記Ｓ１質量％と前記Ｓ２質量％との合計値が1.90質量％以上であり、かつ、前記Ｓ１質量％に対する前記Ｓ２質量％の割合が0.90以上3.00以下であることを特徴とするセメント組成物の製造方法。 A method for producing a cement composition, comprising:
It is equipped with a finishing process and a mixing process,
In the finishing step, cement clinker is pulverized together with gypsum to produce a mixed powder containing cement clinker powder and gypsum powder,
In the mixing step, the mixed powder, limestone powder and fly ash are mixed to produce a cement composition,
The limestone powder and the fly ash are contained in the cement composition in a total amount of 10.0 mass% or less,
The limestone powder is contained in the cement composition in an amount of 5.0% by mass or more,
The gypsum powder is contained in the cement composition in an amount of 0.6% by mass or more and 2.4% by mass or less in terms of SO3 ,
The physical property value of the cement clinker powder "(T+M+ P )/(N+0.658×K)" is 0.80 or more and 1.40 or less when the TiO2 content, MnO content, P2O5 content, Na2O content and K2O content of the cement clinker powder are defined as T mass%, M mass%, P mass%, N mass% and K mass% , respectively;
When the SO 3 contained in the cement clinker powder is defined as clinker SO 3 , the SO 3 contained in the gypsum powder is defined as gypsum SO 3 , the ratio of the clinker SO 3 to the cement composition is defined as S1 mass%, and the ratio of the gypsum SO 3 to the cement composition is defined as S2 mass%,
A method for producing a cement composition, characterized in that the total value of the S1 mass% and the S2 mass% is 1.90 mass% or more, and the ratio of the S2 mass% to the S1 mass% is 0.90 to 3.00 .
当該焼成工程において、廃石膏ボードをセメント原料として前記セメントクリンカを製造することを特徴とする請求項４に記載のセメント組成物の製造方法。 Further comprising a baking step;
5. The method for producing a cement composition according to claim 4 , wherein in the burning step, the cement clinker is produced using waste gypsum board as a cement raw material.
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