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JP7598966B2 - Cement composition and method for producing same - Google Patents
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Description

本開示は、セメント組成物及びその製造方法に関する。 This disclosure relates to a cement composition and a method for producing the same.

セメントの技術分野における低炭素化を推進する取り組みとして、製造に係る二酸化炭素の排出量の大きな普通ポルトランドセメントの一部を混和材によって置換したセメント組成物が使用されている。普通ポルトランドセメントを置換する混和材として、入手しやすく、安価でもあることから、石灰石が広く使用されている。しかし、現状、普通ポルトランドセメントに対して添加可能な混和材の配合量は5質量%以下であると、JIS規格によって規定されている。 As part of efforts to promote low carbonization in the field of cement technology, cement compositions are being used in which part of ordinary Portland cement, which has a large carbon dioxide emission rate during its production, is replaced with an admixture. Limestone is widely used as an admixture to replace ordinary Portland cement because it is easy to obtain and inexpensive. However, the current JIS standard stipulates that the amount of admixture that can be added to ordinary Portland cement is 5% by mass or less.

更なる地球温暖化防止及び低炭素化の観点から、セメントクリンカの使用量を減じることを目的として、セメントクリンカにおける混和材の置換割合を更に増加させることが望まれている。例えば、非特許文献1では、普通ポルトランドセメントに対して混和材を、JIS規格での規定量である5質量%を超えて配合することについて検討が行われている。しかしながら、混和材の配合量を増加させることに起因する各種物性への影響を考慮する必要がある。 From the perspective of further preventing global warming and reducing carbon dioxide emissions, it is desirable to further increase the replacement ratio of admixtures in cement clinker in order to reduce the amount of cement clinker used. For example, Non-Patent Document 1 examines the mixing of admixtures with ordinary Portland cement in excess of 5 mass%, the amount stipulated by the JIS standard. However, it is necessary to consider the effects on various physical properties caused by increasing the amount of admixture mixed.

ところで、二酸化炭素を液相に溶解させ、カルシウムと反応させて軽質炭酸カルシウムを化学的に製造する技術に注目が集まっている。軽質炭酸カルシウムは、二酸化炭素を安定な炭酸カルシウムの形態で固定化することから、二酸化炭素の排出量の削減に直接的に寄与する。 Meanwhile, attention is being focused on a technology that involves dissolving carbon dioxide in a liquid phase and reacting it with calcium to chemically produce light calcium carbonate. Light calcium carbonate fixes carbon dioxide in the form of stable calcium carbonate, and therefore directly contributes to reducing carbon dioxide emissions.

第72回セメント技術大会講演要旨2018、「3315少量混合成分を増量したセメントの品質評価」Abstract of the 72nd Cement Technology Conference 2018, "Quality evaluation of cement with increased amounts of 3315 minor mixed components"

膨大な量の二酸化炭素を軽質炭酸カルシウムとして固定化する場合、該軽質炭酸カルシウムの利用先としては製造量が多いセメントへの添加が考えられる。セメントの混和材として軽質炭酸カルシウムを使用する場合、該軽質炭酸カルシウムとして固定化された二酸化炭素の量に加えて、セメントクリンカの使用量の低減に起因した二酸化炭素の排出量を減少することができる。 When a huge amount of carbon dioxide is fixed as light calcium carbonate, one possible use for the light calcium carbonate is to add it to cement, which is produced in large quantities. When light calcium carbonate is used as a cement admixture, in addition to the amount of carbon dioxide fixed as light calcium carbonate, it is possible to reduce carbon dioxide emissions due to the reduced amount of cement clinker used.

しかしながら、前記の従来技術で製造された軽質炭酸カルシウムには、該軽質炭酸カルシウムをセメントに添加し、セメント組成物として利用した場合、硬化前における該セメント組成物の降伏応力及び粘性が増加するという課題があった。降伏応力の増加はセメント組成物に対する混和剤の使用量の増加といった問題に繋がり、粘性の増加はポンプ圧送性の低下といった問題に繋がる。 However, the light calcium carbonate produced by the above-mentioned conventional technology has a problem that when the light calcium carbonate is added to cement and used as a cement composition, the yield stress and viscosity of the cement composition before hardening increase. The increase in yield stress leads to problems such as an increase in the amount of admixture used in the cement composition, and the increase in viscosity leads to problems such as a decrease in pumpability.

したがって、本開示は、軽質炭酸カルシウムを混和材として利用し、それによって石灰石(重質炭酸カルシウム)を使用した場合よりも二酸化炭素の排出量を低減することが可能であり、且つ、降伏応力及び粘性を該石灰石を使用した場合と同等以下に低減できるセメント組成物、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a cement composition that uses light calcium carbonate as an admixture, thereby enabling a reduction in carbon dioxide emissions compared to the use of limestone (heavy calcium carbonate), and that can reduce the yield stress and viscosity to levels equal to or lower than those achieved when limestone is used, and a method for producing the same.

本開示の一側面は、軽質炭酸カルシウムと、ポルトランドセメントクリンカと、石膏と、を含むセメント組成物であって、
前記軽質炭酸カルシウムは、
その体積基準累積50%粒子径が10μm以上35μm以下であり、
1μm通過分が体積基準で3.0%以下であり、且つ、
35μm残分が体積基準で5.0%以上50.0%以下であり、
前記セメント組成物を100質量%とした場合、
前記軽質炭酸カルシウムの含有量が1質量%以上20質量%以下であり、且つ、
前記ポルトランドセメントクリンカの含有量及び前記石膏の含有量の合計量が80質量%以上99質量%以下である、セメント組成物を提供することにある。
One aspect of the present disclosure is a cement composition comprising precipitated calcium carbonate, Portland cement clinker, and gypsum,
The light calcium carbonate is
The volume-based cumulative 50% particle size is 10 μm or more and 35 μm or less,
The 1 μm passing fraction is 3.0% or less on a volume basis, and
The 35 μm residue is 5.0% or more and 50.0% or less by volume,
When the cement composition is 100% by mass,
The content of the precipitated calcium carbonate is 1% by mass or more and 20% by mass or less, and
The present invention provides a cement composition in which the total content of the Portland cement clinker and the gypsum is 80 mass % or more and 99 mass % or less.

また、本開示の別の側面は、軽質炭酸カルシウムと、ポルトランドセメントクリンカと、石膏と、を含むセメント組成物の製造方法であって、
前記軽質炭酸カルシウムは、
その体積基準累積50%粒子径が10μm以上35μm以下であり、
1μm通過分が体積基準で3%以下であり、且つ、
35μm残分が体積基準で5.0%以上50.0%以下であり、
前記セメント組成物を100質量%とした場合、
前記軽質炭酸カルシウムが前記セメント組成物中に1質量%以上20質量%以下含まれ、且つ、
前記ポルトランドセメントクリンカ及び前記石膏が前記セメント組成物中にこれらの合計で80質量%以上99質量%以下含まれるように、前記軽質炭酸カルシウムと該ポルトランドセメントクリンカと該石膏とを混合する、セメント組成物の製造方法を提供することにある。
Another aspect of the present disclosure is a method for producing a cement composition including precipitated calcium carbonate, Portland cement clinker, and gypsum, the method comprising the steps of:
The light calcium carbonate is
The volume-based cumulative 50% particle size is 10 μm or more and 35 μm or less,
The amount passing through 1 μm is 3% or less on a volume basis, and
The 35 μm residue is 5.0% or more and 50.0% or less by volume,
When the cement composition is 100% by mass,
The precipitated calcium carbonate is contained in the cement composition in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and
The object of the present invention is to provide a method for producing a cement composition, which comprises mixing the light calcium carbonate, the Portland cement clinker, and the gypsum so that the Portland cement clinker and the gypsum are contained in the cement composition in a total amount of 80 mass % or more and 99 mass % or less.

本開示によれば、特定の軽質炭酸カルシウムを混和材として利用することによって、石灰石を使用した場合よりも二酸化炭素の排出量の低減に寄与することが可能であり、且つ降伏応力及び粘性が低減されたセメント組成物、及びその製造方法を提供できる。更に、現状の普通ポルトランドセメントに比べ、混和材量を増加させた場合においても、降伏応力及び粘性がより低減されたセメント組成物を提供することができる。 According to the present disclosure, by using a specific light calcium carbonate as an admixture, it is possible to contribute to reducing carbon dioxide emissions more than when limestone is used, and it is possible to provide a cement composition with reduced yield stress and viscosity, and a manufacturing method thereof. Furthermore, compared to current ordinary Portland cement, it is possible to provide a cement composition with reduced yield stress and viscosity even when the amount of admixture is increased.

図1は、参考例1及び2で用いた軽質炭酸カルシウムの走査型電子顕微鏡像である。FIG. 1 is a scanning electron microscope image of the precipitated calcium carbonate used in Reference Examples 1 and 2. 図2は、比較例1及び2で用いた重質炭酸カルシウムの走査型電子顕微鏡像である。FIG. 2 is a scanning electron microscope image of the ground calcium carbonate used in Comparative Examples 1 and 2. 図3は、実施例1及び2で用いた軽質炭酸カルシウムの走査型電子顕微鏡像である。FIG. 3 is a scanning electron microscope image of the precipitated calcium carbonate used in Examples 1 and 2.

本開示において例示する原料は特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本開示に係るセメント組成物中の各成分の含有量は、該セメント組成物中の各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、該セメント組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 Unless otherwise specified, the raw materials exemplified in this disclosure may be used alone or in combination of two or more. When multiple substances corresponding to each component are present in the cement composition according to this disclosure, the content of each component in the cement composition means the total amount of the multiple substances present in the cement composition, unless otherwise specified.

本開示に係るセメント組成物の一実施形態は、軽質炭酸カルシウムと、ポルトランドセメントクリンカと、石膏とを含む。セメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカの一部代替として軽質炭酸カルシウムを使用しており、それによって一部代替として石灰石を使用する場合に比べて二酸化炭素の排出量を低減できるセメント組成物として有益である。 One embodiment of the cement composition according to the present disclosure includes light calcium carbonate, Portland cement clinker, and gypsum. The cement composition uses light calcium carbonate as a partial substitute for the Portland cement clinker, and is therefore useful as a cement composition that can reduce carbon dioxide emissions compared to the use of limestone as a partial substitute.

本開示に係るセメント組成物に含まれるポルトランドセメントクリンカとしては、当該技術分野においてこれまで知られているポルトランドセメントクリンカを特に制限なく用いることができる。例えば普通ポルトランドセメントクリンカ、早強ポルトランドセメントクリンカ、中庸熱ポルトランドセメントクリンカ、低熱ポルトランドセメントクリンカ、及び油井ポルトランドセメントクリンカ等を用いることができる。ポルトランドセメントクリンカは、入手のしやすさ及び初期材齢強度をより向上させる観点から、好ましくは普通ポルトランドセメントクリンカ及び早強ポルトランドセメントクリンカの少なくとも一方を含み、より好ましくは普通ポルトランドセメントクリンカを含み、普通ポルトランドセメントクリンカのみを用いてもよい。 As the portland cement clinker contained in the cement composition according to the present disclosure, any portland cement clinker known in the art can be used without any particular restrictions. For example, ordinary portland cement clinker, high-early-strength portland cement clinker, moderate-heat portland cement clinker, low-heat portland cement clinker, oil well portland cement clinker, etc. can be used. From the viewpoint of ease of availability and further improving early age strength, the portland cement clinker preferably contains at least one of ordinary portland cement clinker and high-early-strength portland cement clinker, more preferably contains ordinary portland cement clinker, and only ordinary portland cement clinker may be used.

ポルトランドセメントクリンカは、CS、CS、CA、及びCAFを含む。CS、CS、CA、及びCAFのそれぞれの含有量はBogue式によって算出することができる。Bogue式とは、化学組成の含有比率からセメントクリンカ中の主要鉱物の含有率を算定する式として広く用いられる式である。以下に示すBogue式を用いることによって、ポルトランドセメントクリンカ中のケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO、CSで示す。)、ケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO、CSで示す。)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al、CAで示す。)、及び鉄アルミン酸四カルシウム(4CaO・Al・Fe、CAFで示す。)の含有量を算出することができる。化学式は、JIS R 5204:2019「セメントの蛍光X線分析方法」による化学分析値が示す各化合物の含有比率(質量%)を表す。 Portland cement clinker contains C3S , C2S , C3A , and C4AF . The contents of C3S , C2S , C3A , and C4AF can be calculated by the Bogue formula. The Bogue formula is a widely used formula for calculating the contents of major minerals in cement clinker from the content ratios of their chemical compositions. The Bogue formula shown below can be used to calculate the contents of tricalcium silicate (3CaO.SiO 2 , denoted by C 3 S), dicalcium silicate (2CaO.SiO 2 , denoted by C 2 S), tricalcium aluminate (3CaO.Al 2 O 3 , denoted by C 3 A), and tetracalcium aluminate ferroferrate (4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 , denoted by C 4 AF) in Portland cement clinker. The chemical formulas represent the content ratios (mass%) of each compound indicated by chemical analysis values according to JIS R 5204:2019 "Fluorescent X-ray analysis method for cement".

<Bogue式>
S[質量%]=(4.07×CaO[質量%])-(7.60×SiO[質量%])-(6.72×Al[質量%])-(1.43×Fe[質量%])-(2.85×SO[質量%])
S[質量%]=(2.87×SiO[質量%])-(0.754×CS[質量%])
A[質量%]=(2.65×Al[質量%])-(1.69×Fe[質量%])
AF[質量%]=3.04×Fe[質量%]
<Bogue Style>
C 3 S [mass %] = (4.07 x CaO [mass %]) - (7.60 x SiO 2 [mass %]) - (6.72 x Al 2 O 3 [mass %]) - (1.43 x Fe 2 O 3 [mass %]) - (2.85 x SO 3 [mass %])
C 2 S [mass %] = (2.87 x SiO 2 [mass %]) - (0.754 x C 3 S [mass %])
C 3 A [mass %] = (2.65 x Al 2 O 3 [mass %]) - (1.69 x Fe 2 O 3 [mass %])
C 4 AF [mass%] = 3.04×Fe 2 O 3 [mass%]

ポルトランドセメントクリンカ中のCS量は、好ましくは30.0質量%以上であり、より好ましくは40.0質量%以上であり、更に好ましくは50.0質量%以上であり、更により好ましくは54.0質量%以上であり、特に好ましくは56.0質量%以上である。CS量の値を前記の値以上とすることによって、セメント組成物の硬化における初期強度をより向上させることができる。
ポルトランドセメントクリンカ中のCS量は、好ましくは70.0質量%以下であり、より好ましくは66.0質量%以下であり、更に好ましくは63.0質量%以下であり、更により好ましくは59.0質量%以下であり、特に好ましくは57.0質量%以下である。CS量の値を前記の値以下とすることによって、セメント組成物の硬化時における発熱を抑制することができる。
The amount of C3S in the Portland cement clinker is preferably 30.0 mass% or more, more preferably 40.0 mass% or more, even more preferably 50.0 mass% or more, even more preferably 54.0 mass% or more, and particularly preferably 56.0 mass% or more. By making the value of the C3S amount equal to or more than the above value, the early strength of the cement composition during hardening can be further improved.
The amount of C3S in the Portland cement clinker is preferably 70.0 mass% or less, more preferably 66.0 mass% or less, even more preferably 63.0 mass% or less, even more preferably 59.0 mass% or less, and particularly preferably 57.0 mass% or less. By making the amount of C3S equal to or less than the above value, heat generation during hardening of the cement composition can be suppressed.

ポルトランドセメントクリンカ中のCS量は、好ましくは5.0質量%以上であり、より好ましくは10.0質量%以上であり、更に好ましくは12.0質量%以上であり、更により好ましくは15.0質量%以上であり、特に好ましくは18.0質量%以上である。CS量の値を前記の値以上とすることによって、セメント組成物の硬化における長期強度をより向上させることができる。
ポルトランドセメントクリンカ中のCS量は、好ましくは50.0質量%以下であり、より好ましくは40.0質量%以下であり、更に好ましくは35.0質量%以下であり、更により好ましくは30.0質量%以下であり、特に好ましくは22.0質量%以下である。CS量の値を前記の値以下とすることによって、セメント組成物の硬化における初期強度をより向上させることができる。
The amount of C2S in the Portland cement clinker is preferably 5.0 mass% or more, more preferably 10.0 mass% or more, even more preferably 12.0 mass% or more, even more preferably 15.0 mass% or more, and particularly preferably 18.0 mass% or more. By making the value of the C2S amount equal to or more than the above value, the long-term strength of the hardened cement composition can be further improved.
The amount of C2S in the Portland cement clinker is preferably 50.0 mass% or less, more preferably 40.0 mass% or less, even more preferably 35.0 mass% or less, even more preferably 30.0 mass% or less, and particularly preferably 22.0 mass% or less. By making the value of the amount of C2S less than the above value, the early strength of the cement composition when hardened can be further improved.

ポルトランドセメントクリンカ中のCA量は、好ましくは7.0質量%以上であり、より好ましくは8.0質量%以上であり、更に好ましくは8.5質量%以上であり、更により好ましくは9.0質量%以上であり、特に好ましくは9.5質量%以上である。CA量の値を前記の値以上とすることによって、セメントクリンカ原料となる石炭灰等の廃棄物・副産物利用量を増加させたセメント組成物を製造することができる。
ポルトランドセメントクリンカ中のCA量は、好ましくは13.0質量%以下であり、より好ましくは12.0質量%以下であり、更に好ましくは11.0質量%以下であり、更により好ましくは10.0質量%以下であり、特に好ましくは9.8質量%以下である。CA量の値を前記の値以下とすることによって、セメント組成物の降伏応力及び粘性をより低減することができる。
The amount of C3A in the Portland cement clinker is preferably 7.0 mass% or more, more preferably 8.0 mass% or more, even more preferably 8.5 mass% or more, even more preferably 9.0 mass% or more, and particularly preferably 9.5 mass% or more. By making the amount of C3A equal to or more than the above value, it is possible to produce a cement composition that increases the amount of waste and by-products such as coal ash that are used as a raw material for cement clinker.
The amount of C3A in the Portland cement clinker is preferably 13.0 mass% or less, more preferably 12.0 mass% or less, even more preferably 11.0 mass% or less, even more preferably 10.0 mass% or less, and particularly preferably 9.8 mass% or less. By making the value of the amount of C3A less than the above value, the yield stress and viscosity of the cement composition can be further reduced.

ポルトランドセメントクリンカ中のCAF量は、好ましくは7.0質量%以上であり、より好ましくは8.0質量%以上であり、更に好ましくは9.0質量%以上であり、更により好ましくは9.5質量%以上であり、特に好ましくは10.0質量%以上である。CAF量の値を前記の値以上とすることによって、セメントクリンカ原料となる石炭灰等の廃棄物・副産物利用量を増加させたセメント組成物を製造することができる。
ポルトランドセメントクリンカ中のCAF量は、好ましくは14.0質量%以下であり、より好ましくは13.0質量%以下であり、更に好ましくは12.0質量%以下であり、更により好ましくは11.0質量%以下であり、特に好ましくは10.5質量%以下である。CAF量の値を前記の値以下とすることによって、セメント組成物の降伏応力及び粘性をより低減することができる。
The amount of C4AF in Portland cement clinker is preferably 7.0% by mass or more, more preferably 8.0% by mass or more, even more preferably 9.0% by mass or more, even more preferably 9.5% by mass or more, and particularly preferably 10.0% by mass or more. By making the amount of C4AF equal to or more than the above value, it is possible to produce a cement composition in which the amount of waste and by-products such as coal ash used as a raw material for cement clinker is increased.
The amount of C4AF in the Portland cement clinker is preferably 14.0 mass% or less, more preferably 13.0 mass% or less, even more preferably 12.0 mass% or less, even more preferably 11.0 mass% or less, and particularly preferably 10.5 mass% or less. By making the value of the amount of C4AF less than the above value, the yield stress and viscosity of the cement composition can be further reduced.

ポルトランドセメントクリンカの含有量は、セメント組成物全量を100質量%とした場合、好ましくは70質量%以上95質量%以下であり、更に好ましくは75質量%以上93質量%以下であり、一層好ましくは85質量%以上90質量%以下である。 The Portland cement clinker content is preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 75% by mass or more and 93% by mass or less, and even more preferably 85% by mass or more and 90% by mass or less, when the total amount of the cement composition is 100% by mass.

本開示に係るセメント組成物に含まれる石膏としては、当該技術分野においてこれまで知られている石膏を特に制限なく用いることができる。例えば二水石膏、半水石膏、及び無水石膏等を用いることができる。石膏は、1種を単独で使用してもよく、また複数を組み合わせて使用してもよい。セメント組成物における石膏の含有量は、一般的なポルトランドセメントにおける石膏の含有量と同等であってよい。具体的には、セメント組成物における石膏の含有量は、SO換算で、セメント組成物全量を100質量%として、好ましくは0.5質量%以上3.5質量%以下であり、更に好ましくは0.7質量%以上3.0質量%以下であり、一層好ましくは1.0質量%以上2.5質量%以下である。 As the gypsum contained in the cement composition according to the present disclosure, any gypsum known in the art can be used without any particular limitation. For example, gypsum dihydrate, gypsum hemihydrate, anhydrous gypsum, etc. can be used. The gypsum may be used alone or in combination. The content of gypsum in the cement composition may be equivalent to the content of gypsum in general Portland cement. Specifically, the content of gypsum in the cement composition is preferably 0.5% by mass or more and 3.5% by mass or less, more preferably 0.7% by mass or more and 3.0% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or more and 2.5% by mass or less, based on the total amount of the cement composition being 100% by mass, in terms of SO 3.

本開示に係るセメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカの含有量及び石膏の含有量の合計量が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、セメント組成物を100質量%とした場合、ポルトランドセメントクリンカの含有量及び石膏の含有量の合計量は、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは85質量%以上であり、更に好ましくは88質量%以上であり、更により好ましくは90質量%以上である。ポルトランドセメントクリンカの含有量及び石膏の含有量の合計量が80質量%以上であることは、強度発現の観点から好ましい。
セメント組成物を100質量%とした場合、ポルトランドセメントクリンカの含有量及び石膏の含有量の合計量は、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは97質量%以下であり、更に好ましくは95質量%未満であり、更により好ましくは93質量%以下である。ポルトランドセメントクリンカの含有量及び石膏の含有量の合計量が99質量%以下であることで、二酸化炭素の排出量の低減に十分量の軽質炭酸カルシウムを用いることができる。
In the cement composition according to the present disclosure, the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is preferably within a predetermined range. Specifically, when the cement composition is taken as 100 mass%, the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is preferably 80 mass% or more, more preferably 85 mass% or more, even more preferably 88 mass% or more, and even more preferably 90 mass% or more. It is preferable that the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is 80 mass% or more from the viewpoint of strength development.
When the cement composition is taken as 100 mass%, the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is preferably 99 mass% or less, more preferably 97 mass% or less, even more preferably less than 95 mass%, and even more preferably 93 mass% or less. When the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is 99 mass% or less, a sufficient amount of light calcium carbonate can be used to reduce carbon dioxide emissions.

本開示に係るセメント組成物は、後述する軽質炭酸カルシウムの含有量が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、セメント組成物を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量は、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは3質量%以上であり、更に好ましくは5質量%超であり、更により好ましくは7質量%以上である。軽質炭酸カルシウムの含有量が1質量%以上であることで、該軽質炭酸カルシウムに代えて石灰石を使用した場合に比べて二酸化炭素の排出量の低減に寄与することが可能であり、且つ該セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。
セメント組成物を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量は、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、更に好ましくは12質量%以下であり、更により好ましくは10質量%以下である。軽質炭酸カルシウムの含有量が20質量%以下であることは、強度発現の観点から好ましい。
The cement composition according to the present disclosure preferably has a light calcium carbonate content, which will be described later, in a predetermined range. Specifically, when the cement composition is taken as 100% by mass, the light calcium carbonate content is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, even more preferably more than 5% by mass, and even more preferably 7% by mass or more. By having a light calcium carbonate content of 1% by mass or more, it is possible to contribute to a reduction in carbon dioxide emissions compared to the case where limestone is used instead of the light calcium carbonate, and it is also possible to reduce the yield stress and viscosity of the cement composition.
When the cement composition is taken as 100% by mass, the content of the light calcium carbonate is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, even more preferably 12% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. A light calcium carbonate content of 20% by mass or less is preferable from the viewpoint of strength development.

炭酸カルシウムは、一般に軽質炭酸カルシウムと重質炭酸カルシウムとに分類されるところ、本開示に係るセメント組成物は軽質炭酸カルシウムを含む。重質炭酸カルシウムは、石灰石を物理的に粉砕し、得られた粉砕物を分級することによって得られるものである。これに対し、軽質炭酸カルシウムは、工業的には水酸化カルシウムの水スラリー中に二酸化炭素を吹き込み化学的に合成することによって得られることが多く、主として炭酸カルシウムを含む。なお、その原理として、液相のカルシウム源は水酸化カルシウムに限らず、カルシウムを溶解した水溶液中に二酸化炭素を吹き込むことによっても軽質炭酸カルシウムを化学的に生成できる。
軽質炭酸カルシウムと重質炭酸カルシウムとは、その製造方法に起因して両者の形状が異なっている。具体的には、軽質炭酸カルシウムの形状は比較的均一であるのに対し、重質炭酸カルシウムの形状は不定形である。
Calcium carbonate is generally classified into light calcium carbonate and heavy calcium carbonate, and the cement composition according to the present disclosure contains light calcium carbonate. Heavy calcium carbonate is obtained by physically crushing limestone and classifying the resulting crushed material. In contrast, light calcium carbonate is often obtained industrially by chemically synthesizing it by injecting carbon dioxide into an aqueous slurry of calcium hydroxide, and contains mainly calcium carbonate. In principle, the liquid calcium source is not limited to calcium hydroxide, and light calcium carbonate can also be chemically produced by injecting carbon dioxide into an aqueous solution in which calcium is dissolved.
Light calcium carbonate and heavy calcium carbonate have different shapes due to their manufacturing methods. Specifically, the shape of light calcium carbonate is relatively uniform, whereas the shape of heavy calcium carbonate is irregular.

本開示に係るセメント組成物が軽質炭酸カルシウムを含むことによって、特に二酸化炭素を原料として合成された軽質炭酸カルシウムを含むことによって、該軽質炭酸カルシウムに代えて石灰石を使用した場合に比べて二酸化炭素の排出量の低減に寄与することが可能であり、且つ該セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。 By including light calcium carbonate in the cement composition according to the present disclosure, particularly light calcium carbonate synthesized using carbon dioxide as a raw material, it is possible to contribute to reducing carbon dioxide emissions compared to using limestone instead of the light calcium carbonate, and it is also possible to reduce the yield stress and viscosity of the cement composition.

軽質炭酸カルシウムは、その体積基準累積50%粒子径D50(以下、単に「粒子径D50」ともいう。)が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、軽質炭酸カルシウムの粒子径D50は、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは15μm以上であり、更に好ましくは20μm以上であり、更により好ましくは25μm以上である。軽質炭酸カルシウムの粒子径D50が10μm以上であることで、セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。
軽質炭酸カルシウムの粒子径D50は、好ましくは35μm以下であり、より好ましくは32μm以下であり、更に好ましくは30μm以下であり、更により好ましくは28μm以下である。軽質炭酸カルシウムの粒子径D50が35μm以下であることは、セメントの強度発現及び該軽質炭酸カルシウムの生産性の観点から好ましい。
The light calcium carbonate preferably has a volume-based cumulative 50% particle diameter D 50 (hereinafter also simply referred to as "particle diameter D 50 ") within a predetermined range. Specifically, the particle diameter D 50 of the light calcium carbonate is preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, even more preferably 20 μm or more, and even more preferably 25 μm or more. When the particle diameter D 50 of the light calcium carbonate is 10 μm or more, the yield stress and viscosity of the cement composition can be reduced.
The particle size D50 of the light calcium carbonate is preferably 35 μm or less, more preferably 32 μm or less, even more preferably 30 μm or less, and even more preferably 28 μm or less. The particle size D50 of the light calcium carbonate is preferably 35 μm or less from the viewpoints of the strength expression of the cement and the productivity of the light calcium carbonate.

軽質炭酸カルシウムの粒子径D50は、例えば以下の方法で測定することができる。具体的には、まず、循環経路内をエタノール(屈折率1.36、25℃)で満たしたレーザー回折散乱式粒度分布測定装置(マルバーン社製、マスターサイザー3000E)に測定対象のサンプルを投入し、装置内蔵の超音波分散装置で該サンプルを分散させ、分散液を得て粒度分布を測定する。得られた体積基準粒度分布のチャートから、体積基準累積50%粒子径D50を得る。このようにして得られたD50を、本明細書における粒子径D50とする。上述した測定装置において、粒子情報の設定は、屈折率:1.57(25℃)、形状:非球形、透過/非透過の別:透過、とする。 The particle diameter D 50 of precipitated calcium carbonate can be measured, for example, by the following method. Specifically, first, a sample to be measured is put into a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (Malvern Instruments, Mastersizer 3000E) whose circulation path is filled with ethanol (refractive index 1.36, 25°C), and the sample is dispersed by an ultrasonic dispersing device built into the device to obtain a dispersion liquid and measure the particle size distribution. From the obtained chart of the volume-based particle size distribution, the volume-based cumulative 50% particle diameter D 50 is obtained. The D 50 thus obtained is defined as the particle diameter D 50 in this specification. In the above-mentioned measuring device, the particle information is set as follows: refractive index: 1.57 (25°C), shape: aspheric, and transmission/non-transmission: transmission.

軽質炭酸カルシウムは、所定の粒度分布を満たすものであることが好ましい。軽質炭酸カルシウムの粒度分布は、例えばレーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用い、所定の粒子径D50未満又は所定の粒子径D50以上である軽質炭酸カルシウムの割合によって決定することができる。本開示における軽質炭酸カルシウムの粒度は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって求められる値を意味する。 The light calcium carbonate preferably satisfies a predetermined particle size distribution. The particle size distribution of the light calcium carbonate can be determined, for example, by using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device and based on the ratio of light calcium carbonate having a particle size less than a predetermined particle size D 50 or a particle size equal to or greater than a predetermined particle size D 50. The particle size of the light calcium carbonate in the present disclosure means a value determined by the laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device.

軽質炭酸カルシウムは、1μm通過分が体積基準で、好ましくは3.0%以下であり、より好ましくは1.5%以下であり、更に好ましくは0%である。軽質炭酸カルシウムの1μm通過分が体積基準で3%以下であることで、セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。
「1μm通過分」とは、軽質炭酸カルシウム全体の体積に対する粒子径D50が1μm未満である軽質炭酸カルシウムの体積比率(%)をいう。
The light calcium carbonate has a volumetric content of 3.0% or less, more preferably 1.5% or less, and even more preferably 0%. By having the volumetric content of the light calcium carbonate passing through 1 μm of 3% or less, the yield stress and viscosity of the cement composition can be reduced.
The "1 μm passing fraction" refers to the volume ratio (%) of precipitated calcium carbonate having a particle diameter D50 of less than 1 μm to the total volume of precipitated calcium carbonate.

1μm通過分は、以下の式(1)に基づき算出することができる。
(粒子径D50が1μm未満である軽質炭酸カルシウムの体積)/(軽質炭酸カルシウム全体の体積)×100 (1)
The 1 μm passing portion can be calculated based on the following formula (1).
(Volume of light calcium carbonate having a particle diameter D50 of less than 1 μm) / (Total volume of light calcium carbonate) × 100 (1)

軽質炭酸カルシウムは、35μm残分が体積基準で、好ましくは5.0%以上であり、より好ましくは8.0%以上であり、更に好ましくは9.0%以上であり、更により好ましくは10.0%以上である。軽質炭酸カルシウムの35μm残分が体積基準で5.0%以上であることで、セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。
軽質炭酸カルシウムは、35μm残分が体積基準で、好ましくは50.0%以下であり、より好ましくは40.0%以下であり、更に好ましくは25.0%以下であり、更により好ましくは15.0%以下である。軽質炭酸カルシウムの35μm残分が体積基準で50.0%以下であることは、セメントの強度発現及び該軽質炭酸カルシウムの生産性の観点から好ましい。
「35μm残分」とは、軽質炭酸カルシウム全体の体積に対する粒子径D50が35μm以上である軽質炭酸カルシウムの体積比率(%)をいう。
The light calcium carbonate has a 35 μm residue of preferably 5.0% or more, more preferably 8.0% or more, even more preferably 9.0% or more, and even more preferably 10.0% or more, on a volume basis. When the light calcium carbonate has a 35 μm residue of 5.0% or more on a volume basis, the yield stress and viscosity of the cement composition can be reduced.
The light calcium carbonate has a 35 μm residue of preferably 50.0% or less, more preferably 40.0% or less, even more preferably 25.0% or less, and even more preferably 15.0% or less, on a volume basis. It is preferable that the light calcium carbonate has a 35 μm residue of 50.0% or less, on a volume basis, from the viewpoints of strength expression of cement and productivity of the light calcium carbonate.
The "35 μm residue" refers to the volume ratio (%) of precipitated calcium carbonate having a particle diameter D50 of 35 μm or more to the total volume of precipitated calcium carbonate.

35μm残分は、以下の式(2)に基づき算出することができる。
(粒子径D50が35μm以上である軽質炭酸カルシウムの体積)/(軽質炭酸カルシウム全体の体積)×100 (2)
The 35 μm residue can be calculated based on the following formula (2).
(Volume of light calcium carbonate having a particle diameter D50 of 35 μm or more) / (Total volume of light calcium carbonate) × 100 (2)

軽質炭酸カルシウムは、1μm通過分及び35μm残分が上述の範囲内にあることに加えて、15μm通過分が所定の割合であることも好ましい。具体的には、軽質炭酸カルシウムは、15μm通過分が体積基準で、好ましくは60%以下であり、より好ましくは40%以下であり、更に好ましくは20%以下である。軽質炭酸カルシウムの15μm通過分が体積基準で60%以下であることで、セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができる。
軽質炭酸カルシウムは、15μm通過分が体積基準で、好ましくは5%以上であり、より好ましくは7%以上であり、更に好ましくは10%以上である。軽質炭酸カルシウムの15μm通過分が体積基準で5%以上であることで、セメント組成物の強度が増進し、且つ軽質炭酸カルシウムの生産性が向上する。
「15μm通過分」とは、軽質炭酸カルシウム全体の体積に対する粒子径D50が15μm未満である軽質炭酸カルシウムの体積比率(%)をいう。
In addition to the 1 μm passing fraction and 35 μm remaining fraction being within the above-mentioned ranges, the light calcium carbonate also preferably has a predetermined ratio of the 15 μm passing fraction. Specifically, the light calcium carbonate has a 15 μm passing fraction of preferably 60% or less, more preferably 40% or less, and even more preferably 20% or less, on a volume basis. By having the 15 μm passing fraction of the light calcium carbonate of 60% or less on a volume basis, the yield stress and viscosity of the cement composition can be reduced.
The light calcium carbonate has a volumetric content of 5% or more, more preferably 7% or more, and even more preferably 10% or more. When the volumetric content of the light calcium carbonate is 5% or more, the strength of the cement composition is increased and the productivity of the light calcium carbonate is improved.
The "15 μm passing fraction" refers to the volume ratio (%) of precipitated calcium carbonate having a particle diameter D50 of less than 15 μm to the total volume of precipitated calcium carbonate.

15μm通過分は、以下の式(3)に基づき算出することができる。
(粒子径D50が15μm未満である軽質炭酸カルシウムの体積)/(軽質炭酸カルシウム全体の体積)×100 (3)
The 15 μm passing portion can be calculated based on the following formula (3).
(Volume of light calcium carbonate having a particle diameter D50 of less than 15 μm) / (Total volume of light calcium carbonate) × 100 (3)

軽質炭酸カルシウムの粒度分布は、例えばロジンラムラー式に基づき算出される値であり、粒度の均一性を表すn値によっても決定することができる。ロジンラムラー式は、軽質炭酸カルシウムのふるい上の積算分布を表す式であり、以下の式(4)で示される。 The particle size distribution of light calcium carbonate is a value calculated, for example, based on the Rosin-Rammler formula, and can also be determined by the n value, which indicates the uniformity of particle size. The Rosin-Rammler formula is an equation that represents the cumulative distribution of light calcium carbonate on a sieve, and is shown by the following equation (4).

Figure 0007598966000001
Figure 0007598966000001

式(4)中のb及びnは定数である。xは軽質炭酸カルシウムの代表粒子径D50である。式(4)に基づき算出されるn値が大きいほど、粒度分布が狭く、且つ粒度が揃っていることを意味する。なお、通常は、ロジンラムラー式は質量基準の式であるとされているが、本明細書では、同質の粒子どうしを比較する目的で、体積基準においてもロジンラムラー式が成立するとみなして、それぞれの粒子径D50に対する体積基準の積算値を使用してn値を算出する。 In formula (4), b and n are constants. x is the representative particle diameter D50 of precipitated calcium carbonate. The larger the n value calculated based on formula (4), the narrower the particle size distribution and the more uniform the particle sizes. Although the Rosin-Rammler equation is usually considered to be an equation based on mass, in this specification, for the purpose of comparing particles of the same quality, the Rosin-Rammler equation is also considered to be valid based on volume, and the n value is calculated using the integrated value based on volume for each particle diameter D50 .

軽質炭酸カルシウムの粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、好ましくは2.2以上であり、より好ましくは2.8以上であり、更に好ましくは3.0以上である。n値が2.2以上であることは、軽質炭酸カルシウム中の微粒子が少なく、それによってセメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができるので好ましい。
軽質炭酸カルシウムの粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、好ましくは4.0以下であり、より好ましくは3.8以下であり、更に好ましくは3.5以下である。n値が4.0以下であることは、軽質炭酸カルシウムの生産性の観点から好ましい。
The n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the light calcium carbonate is preferably 2.2 or more, more preferably 2.8 or more, and further preferably 3.0 or more. The n value of 2.2 or more is preferable because the light calcium carbonate contains fewer fine particles, which can reduce the yield stress and viscosity of the cement composition.
The n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the precipitated calcium carbonate is preferably 4.0 or less, more preferably 3.8 or less, and further preferably 3.5 or less. The n value of 4.0 or less is preferable from the viewpoint of productivity of the precipitated calcium carbonate.

軽質炭酸カルシウムの粒度分布を上述の範囲内にするためには、本開示の趣旨を損なわない範囲で、軽質炭酸カルシウムに対して粉砕、分級、ふるい分け等をすることによって調整できる。あるいは、粒度分布が異なる複数種類の軽質炭酸カルシウムを混合等をすることによって調整してもよい。あるいは、後述する製造方法によって軽質炭酸カルシウムを得てもよい。 In order to set the particle size distribution of the light calcium carbonate within the above-mentioned range, the light calcium carbonate can be subjected to grinding, classification, sieving, etc., within the scope of the present disclosure. Alternatively, the light calcium carbonate may be adjusted by mixing multiple types of light calcium carbonate having different particle size distributions. Alternatively, the light calcium carbonate may be obtained by the manufacturing method described below.

軽質炭酸カルシウムは、上述のとおり主として炭酸カルシウムを含むところ、本開示の効果を損なわない範囲で、炭酸カルシウムの他に、各種成分を含んでいてもよい。各種成分としては、例えば水酸化カルシウム、生石灰、原料由来の砂、硬化セメントペースト等が挙げられる。各種成分は、1種を単独で含んでいてもよく、また複数を組み合わせて含んでいてもよい。各種成分は、セメント組成物に要求される性質に基づき必要に応じて含ませることができ、含ませる場合の量としては、該セメント組成物中にそれぞれ好ましくは0.1質量%以上40質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以上20質量%以下、更により好ましくは1質量%以上10質量%以下、特に好ましくは2質量%以上5質量%以下の量とすることができる。
軽質炭酸カルシウム中の炭酸カルシウムの含有量は、好ましくは60.0質量%以上、より好ましくは80.0質量%以上、更に好ましくは90.0質量%以上、特に好ましくは95.0質量%以上、一層好ましくは97.0質量%以上である。
As described above, the light calcium carbonate mainly contains calcium carbonate, but may contain various components in addition to calcium carbonate, as long as the effects of the present disclosure are not impaired. Examples of the various components include calcium hydroxide, quicklime, sand derived from raw materials, hardened cement paste, and the like. The various components may be contained alone or in combination. The various components may be contained as necessary based on the properties required for the cement composition, and the amount of each component contained in the cement composition is preferably 0.1% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, even more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or more and 5% by mass or less.
The content of calcium carbonate in the precipitated calcium carbonate is preferably 60.0 mass% or more, more preferably 80.0 mass% or more, even more preferably 90.0 mass% or more, particularly preferably 95.0 mass% or more, and even more preferably 97.0 mass% or more.

軽質炭酸カルシウム中の炭酸カルシウムの含有量は、例えばTG-DTAによって測定される。この測定において、500℃以上800℃以下の温度範囲での重量減少を、炭酸カルシウムからのCOの脱炭酸と仮定することで、当該重量減少の値に基づき炭酸カルシウムの量を算出することができる。以下の式(5)より炭酸カルシウム量を計算する。
炭酸カルシウム量(質量%)=(500℃~800℃の重量減少)(質量%)×100/44 (5)
The content of calcium carbonate in precipitated calcium carbonate is measured, for example, by TG-DTA. In this measurement, the weight loss in the temperature range of 500°C to 800°C is assumed to be the decarbonation of CO2 from calcium carbonate, and the amount of calcium carbonate can be calculated based on the weight loss value. The amount of calcium carbonate is calculated by the following formula (5).
Amount of calcium carbonate (mass%) = (weight loss from 500 ° C to 800 ° C) (mass%) × 100/44 (5)

軽質炭酸カルシウムが生石灰を含む場合、該軽質炭酸カルシウム中の該生石灰の含有量は、好ましくは5.0質量%以下であり、より好ましくは3.0質量%以下であり、更に好ましくは1.0質量%以下であり、一層好ましくは0.1質量%以下である。軽質炭酸カルシウム中の生石灰の含有量が5.0質量%以下であることは、セメント組成物における流動性及び凝結を制御する観点から好ましい。この理由から、軽質炭酸カルシウム中の生石灰の含有量は少ないほど好ましいが、0.01質量%程度に少なければ前述の効果は十分に発現する。
軽質炭酸カルシウム中の生石灰の含有量は、例えばX線回折(XRD)パターンをリートベルト解析することによって定量することができる。
When the light calcium carbonate contains quicklime, the content of the quicklime in the light calcium carbonate is preferably 5.0 mass% or less, more preferably 3.0 mass% or less, even more preferably 1.0 mass% or less, and even more preferably 0.1 mass% or less. The content of quicklime in the light calcium carbonate of 5.0 mass% or less is preferable from the viewpoint of controlling fluidity and setting in the cement composition. For this reason, the lower the content of quicklime in the light calcium carbonate, the more preferable it is, but if the content is as low as about 0.01 mass%, the above-mentioned effect is sufficiently exhibited.
The content of quicklime in the precipitated calcium carbonate can be quantified, for example, by Rietveld analysis of an X-ray diffraction (XRD) pattern.

軽質炭酸カルシウムが水酸化カルシウムを含む場合、該軽質炭酸カルシウム中の該水酸化カルシウムの含有量は、好ましくは5.0質量%以下であり、より好ましくは3.0質量%以下であり、更に好ましくは1.7質量%以下である。軽質炭酸カルシウム中の水酸化カルシウムの含有量が5.0質量%以下であることは、軽質炭酸カルシウムに対する二酸化炭素の固定化量を増加させる観点から好ましい。
軽質炭酸カルシウムが水酸化カルシウムを含む場合、該軽質炭酸カルシウム中の該水酸化カルシウムの含有量は、好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上であり、更に好ましくは1.0質量%以上である。軽質炭酸カルシウム中の水酸化カルシウムの含有量が0.1質量%以上であることは、軽質炭酸カルシウムの生産性の観点から好ましい。
When the light calcium carbonate contains calcium hydroxide, the content of the calcium hydroxide in the light calcium carbonate is preferably 5.0 mass% or less, more preferably 3.0 mass% or less, and further preferably 1.7 mass% or less. The content of calcium hydroxide in the light calcium carbonate being 5.0 mass% or less is preferable from the viewpoint of increasing the amount of carbon dioxide fixed in the light calcium carbonate.
When the light calcium carbonate contains calcium hydroxide, the content of the calcium hydroxide in the light calcium carbonate is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more, and further preferably 1.0 mass% or more. It is preferable that the content of calcium hydroxide in the light calcium carbonate is 0.1 mass% or more from the viewpoint of productivity of the light calcium carbonate.

軽質炭酸カルシウムは、消石灰と二酸化炭素とを反応させて化学的に合成することによって得られるものであるところ、その合成方法に特に制限はない。例えば従来技術のように、水酸化カルシウムと二酸化炭素とを液相中で反応させて軽質炭酸カルシウムを得てもよい。上述の粒度分布を有する軽質炭酸カルシウムを効率よく且つ十分に合成し得る方法としては、以下(a)-(e)の工程を備えた方法を採用することが好ましい。その理由として、従来技術では、溶解度の低いカルシウム源である水酸化カルシウムと二酸化炭素とを反応させて軽質炭酸カルシウムを析出させるので、該軽質炭酸カルシウムの粒子径D50は比較的小さいものとなってしまい、セメント組成物の降伏応力及び粘性が増加してしまうからである。これに対して、以下の方法によれば、粒子径D50が大きく、1μm通過分が少なく、且つ35μm残分が多い軽質炭酸カルシウムを得ることができ、セメント組成物の降伏応力及び粘性を低減することができるので好ましい。これに加えて、15μm通過分も少ない軽質炭酸カルシウムを得ることができるので、セメント組成物の降伏応力及び粘性を一層低減することができる。
(a)カルシウムを含む廃棄物又は副産物を準備する工程。
(b)二酸化炭素の分圧を0.1MPa超5.0MPa以下に設定し、該分圧の状態下に、前記廃棄物又は前記副産物を水に分散又は溶解させて抽出対象液を調製する工程。
(c)前記抽出対象液から液体成分を回収する工程。
(d)前記液体成分と炭酸カルシウムの種結晶とを混合する工程。
(e)二酸化炭素の分圧を36Pa以上1.0MPa以下に設定し、該分圧の状態下に、前記液体成分から軽質炭酸カルシウムを析出させる工程。
Light calcium carbonate is obtained by chemical synthesis by reacting slaked lime with carbon dioxide, and there is no particular restriction on the synthesis method. For example, light calcium carbonate may be obtained by reacting calcium hydroxide with carbon dioxide in a liquid phase, as in the conventional technology. As a method for efficiently and sufficiently synthesizing light calcium carbonate having the above particle size distribution, it is preferable to adopt a method including the following steps (a)-(e). The reason is that in the conventional technology, light calcium carbonate is precipitated by reacting calcium hydroxide, which is a calcium source with low solubility, with carbon dioxide, so that the particle diameter D 50 of the light calcium carbonate becomes relatively small, and the yield stress and viscosity of the cement composition increase. In contrast, according to the following method, light calcium carbonate with a large particle diameter D 50 , a small amount of 1 μm passing, and a large amount of 35 μm residue can be obtained, which is preferable because it can reduce the yield stress and viscosity of the cement composition. In addition, light calcium carbonate with a small amount of 15 μm passing can be obtained, so that the yield stress and viscosity of the cement composition can be further reduced.
(a) providing a calcium containing waste or by-product;
(b) A step of setting the partial pressure of carbon dioxide to more than 0.1 MPa and not more than 5.0 MPa, and dispersing or dissolving the waste or by-product in water under said partial pressure to prepare a liquid to be extracted.
(c) A step of recovering liquid components from the liquid to be extracted.
(d) mixing the liquid component with calcium carbonate seed crystals.
(e) A step of setting a partial pressure of carbon dioxide to 36 Pa or more and 1.0 MPa or less, and precipitating precipitated calcium carbonate from the liquid component under the partial pressure condition.

(a)工程で準備する廃棄物又は副産物としては、カルシウムを含んでいればよく、その種類に特に制限はない。ここでいう廃棄物又は副産物とは、例えばセメントの製造によって副次的に発生する廃棄物又は副産物をいう。このような廃棄物又は副産物として、例えば石灰石、生石灰、水酸化カルシウム等の天然原料を含ませた廃棄物又は副産物が挙げられる。あるいは、廃コンクリート、廃モルタル、廃セメントペースト、生コンスラッジ、ペーパースラッジ、高炉スラグ、電炉スラグ、徐冷スラグ、転炉スラグ、塩素パイパスダスト、石炭灰、バイオマス灰、焼却灰等のカルシウムを多く含有する廃棄物又は副産物そのものが挙げられる。地球環境に対する負荷を低減する観点から、廃棄物又は副産物としては後者を用いることが好ましく、廃コンクリート、廃モルタル又は廃セメントペーストを用いることが特に好ましい。 The waste or by-products prepared in step (a) may contain calcium, and there is no particular restriction on the type. The waste or by-products referred to here are waste or by-products generated secondarily, for example, during the manufacture of cement. Examples of such waste or by-products include waste or by-products containing natural raw materials such as limestone, quicklime, and calcium hydroxide. Alternatively, examples include waste or by-products that contain a large amount of calcium, such as waste concrete, waste mortar, waste cement paste, ready-mix concrete sludge, paper sludge, blast furnace slag, electric furnace slag, slowly cooled slag, converter slag, chlorine bypass dust, coal ash, biomass ash, and incineration ash. From the viewpoint of reducing the burden on the global environment, it is preferable to use the latter waste or by-products, and it is particularly preferable to use waste concrete, waste mortar, or waste cement paste.

(a)工程では、必要に応じて廃棄物又は副産物を粉末化してもよい。粉末化は、従来公知の種々の技術を用いて行うことができる。粉末化された廃棄物又は副産物の粒子径D50は、該廃棄物又は該副産物からカルシウムを効率よく抽出できる程度に広い比表面積を有する程度であればよく、例えば10枚栗μm以上5mm以下に設定することができる。 In step (a), the waste or by-product may be powdered as necessary. Powdering can be performed using various conventionally known techniques. The particle size D50 of the powdered waste or by-product may be set to a value that has a specific surface area large enough to efficiently extract calcium from the waste or by-product, for example, 10 μm or more and 5 mm or less.

(b)工程においては、前記抽出対象液と接する気相における二酸化炭素の分圧を前記範囲内に設定することで、液相に抽出されるカルシウムイオン濃度を高めることができ、カルシウムを含む廃棄物又は副産物からのカルシウムのリサイクル効率を高めることができる。この観点から、二酸化炭素の分圧は0.1MPa超3MPa以下であることが更に好ましい。 In step (b), by setting the partial pressure of carbon dioxide in the gas phase in contact with the liquid to be extracted within the above range, the calcium ion concentration extracted into the liquid phase can be increased, and the efficiency of recycling calcium from calcium-containing waste or by-products can be improved. From this perspective, it is even more preferable that the partial pressure of carbon dioxide is more than 0.1 MPa and not more than 3 MPa.

前記気相における二酸化炭素以外の成分は、一般に大気に含まれる成分とすることができる。すなわち、前記気相における二酸化炭素以外の成分としては、例えば窒素及び酸素が挙げられる。前記気相は、大気に二酸化炭素を供給して、二酸化炭素の分圧を高めたガスであることが簡便である。 The components other than carbon dioxide in the gas phase can be components generally contained in the atmosphere. That is, examples of components other than carbon dioxide in the gas phase include nitrogen and oxygen. The gas phase is conveniently a gas in which carbon dioxide has been supplied to the atmosphere to increase the partial pressure of carbon dioxide.

(b)工程は、上述の二酸化炭素分圧下、廃棄物又は副産物を水に添加し、所定の時間、例えば1分間以上90分間以下にわたって撹拌することにより行うことが、カルシウムの効率的な抽出の観点から好ましい。
同様の観点から、前記抽出対象液を20℃以上80℃以下に保つことが好ましく、更に好ましくは20℃以上50℃以下、一層好ましくは20℃以上30℃に保つ。
From the viewpoint of efficient extraction of calcium, it is preferable to carry out the (b) step by adding the waste or by-product to water under the above-mentioned carbon dioxide partial pressure and stirring for a predetermined period of time, for example, from 1 minute to 90 minutes.
From the same viewpoint, the liquid to be extracted is preferably kept at 20°C or higher and 80°C or lower, more preferably 20°C or higher and 50°C or lower, and even more preferably 20°C or higher and 30°C or lower.

(c)工程では、気相の二酸化炭素分圧を上述の範囲内で保ち、且つ、前記抽出対象液の温度を上述の範囲内で保った状態下に、固液分離の操作を行い液体成分を回収することが好ましい。固液分離は従来公知の濾過技術を用いて行うことができる。回収した液体成分には、廃棄物又は副産物由来のカルシウムが含まれる。 In step (c), it is preferable to perform a solid-liquid separation operation while maintaining the partial pressure of carbon dioxide in the gas phase within the above-mentioned range and the temperature of the liquid to be extracted within the above-mentioned range to recover the liquid component. The solid-liquid separation can be performed using a conventionally known filtration technique. The recovered liquid component contains calcium derived from waste or by-products.

(d)工程では、前記液体成分中のカルシウムから軽質炭酸カルシウムを効率よく且つ十分に析出させ得る観点から、前記液体成分100mLに対して炭酸カルシウム種結晶を0.5g混合することが好ましく、より好ましくは2g以上、更に好ましくは5g以上である。
同様の観点から、炭酸カルシウム種結晶の純度が、好ましくは98質量%以上であり、より好ましくは99.5質量%であり、更に好ましくは99.9質量%である。
同様の観点から、炭酸カルシウム種結晶の粒子径D50が、好ましくは0.1μm以上50μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上10μm以下であり、更に好ましくは0.1μm以上5μm以下である。
同様の観点から、炭酸カルシウム種結晶の比表面積が、好ましくは6×10/m以上3×1012/m以下であり、より好ましくは3×10/m以上3×1012/m以下であり、更に好ましくは6×10/m以上3×1012/m以下である。
In the step (d), from the viewpoint of efficiently and sufficiently precipitating light calcium carbonate from calcium in the liquid component, it is preferable to mix 0.5 g of calcium carbonate seed crystals with respect to 100 mL of the liquid component, more preferably 2 g or more, and further preferably 5 g or more.
From the same viewpoint, the purity of the calcium carbonate seed crystals is preferably 98% by mass or more, more preferably 99.5% by mass, and further preferably 99.9% by mass.
From the same viewpoint, the particle size D50 of the calcium carbonate seed crystals is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less.
From the same viewpoint, the specific surface area of the calcium carbonate seed crystals is preferably 6×10 4 m 2 /m 3 or more and 3×10 12 m 2 /m 3 or less, more preferably 3×10 5 m 2 /m 3 or more and 3×10 12 m 2 /m 3 or less, and even more preferably 6×10 5 m 2 /m 3 or more and 3×10 12 m 2 /m 3 or less.

(e)工程においては、前記液体成分及び前記炭酸カルシウム種結晶の混合液と接する気相における二酸化炭素の分圧を前記範囲内に設定することで、前記液体成分中のカルシウムから軽質炭酸カルシウムを効率よく且つ十分に析出することができる。この観点から、二酸化炭素の分圧は36Pa以上0.3MPa以下であることがより好ましく、36Pa以上0.2MPa以下であることが更に好ましい。
前記気相における二酸化炭素以外の成分は、(b)工程と同様に、一般に大気に含まれる成分とすることができる。
In the step (e), by setting the partial pressure of carbon dioxide in the gas phase in contact with the mixed solution of the liquid component and the calcium carbonate seed crystals within the above range, light calcium carbonate can be efficiently and sufficiently precipitated from calcium in the liquid component. From this viewpoint, the partial pressure of carbon dioxide is more preferably 36 Pa or more and 0.3 MPa or less, and further preferably 36 Pa or more and 0.2 MPa or less.
The components in the gas phase other than carbon dioxide may be components generally contained in the atmosphere, similar to step (b).

(e)工程は、上述の二酸化炭素分圧下、混合液を所定の時間、例えば1分間以上90分間以下にわたって撹拌することにより行うことが、軽質炭酸カルシウムの効率的な析出の観点から好ましい。
また、(e)工程は、上述の二酸化炭素分圧下、前記混合液を好ましくは20℃以上80℃以下、更に好ましくは20℃以上50℃以下に保つことが、軽質炭酸カルシウムを素早く析出させる観点から好ましい。
The step (e) is preferably performed by stirring the mixed liquid under the above-mentioned carbon dioxide partial pressure for a predetermined time, for example, from 1 minute to 90 minutes, from the viewpoint of efficient precipitation of precipitated calcium carbonate.
In addition, in the step (e), it is preferable to keep the mixed liquid at a temperature of preferably 20° C. or more and 80° C. or less, more preferably 20° C. or more and 50° C. or less, under the above-mentioned carbon dioxide partial pressure, from the viewpoint of quickly precipitating precipitated calcium carbonate.

このようにして、上述の粒度分布を有する軽質炭酸カルシウムを得ることができる。その後、必要に応じて前記混合液に対して固液分離の操作を行い、軽質炭酸カルシウムを回収することが好ましい。固液分離は従来公知の濾過技術を用いて行うことができる。回収した軽質炭酸カルシウムに対して、乾燥処理を行ってもよい。乾燥処理後、必要に応じて分級処理を行ってもよい。 In this way, light calcium carbonate having the above-mentioned particle size distribution can be obtained. Thereafter, if necessary, it is preferable to perform a solid-liquid separation operation on the mixed liquid to recover the light calcium carbonate. The solid-liquid separation can be performed using a conventionally known filtration technique. The recovered light calcium carbonate may be subjected to a drying treatment. After the drying treatment, if necessary, a classification treatment may be performed.

セメント組成物は、上述したポルトランドセメントクリンカ、石膏及び軽質炭酸カルシウムに加えて、本開示の趣旨を損なわない範囲で、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば重質炭酸カルシウム、水酸化カルシウム(ただし軽質炭酸カルシウムに含まれる水酸化カルシウムを除く。)、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、硅石粉、その他カルシウムを含む粉末(石膏、石灰石、及びアロフェンを除く)、コンクリート用減水剤、促進剤、及び遅延剤等が挙げられる。他の成分は、1種を単独で含んでいてもよく、また複数を組み合わせて含んでいてもよい。他の成分は、セメント組成物に要求される性質に基づき必要に応じて含ませることができ、含ませる場合の量としては、該セメント組成物中にそれぞれ好ましくは0.1質量%以上20質量%以下の量とすることができる。 In addition to the Portland cement clinker, gypsum, and light calcium carbonate described above, the cement composition may contain other components within the scope of the present disclosure. Examples of other components include heavy calcium carbonate, calcium hydroxide (excluding calcium hydroxide contained in light calcium carbonate), ground granulated blast furnace slag, fly ash, silica powder, other calcium-containing powders (excluding gypsum, limestone, and allophane), water reducers for concrete, accelerators, and retarders. The other components may be contained alone or in combination. The other components may be contained as necessary based on the properties required for the cement composition, and the amount of each component contained in the cement composition may be preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less.

重質炭酸カルシウムとしては、当該技術分野においてこれまで知られている重質炭酸カルシウムを特に制限なく用いることができる。例えば、一般に販売されている、石灰石、石灰石粉、及び寒水石粉等の炭酸カルシウムを主成分とする粉末を使用することができる。石灰石は、好ましくは、JIS R 5210:2019「ポルトランドセメント」に記載の少量混合成分に適合するものを含む。 As the heavy calcium carbonate, any heavy calcium carbonate known in the art can be used without any particular restrictions. For example, powders containing calcium carbonate as the main component, such as limestone, limestone powder, and limestone powder, which are generally available on the market, can be used. The limestone preferably includes limestone that conforms to the minor mixing components described in JIS R 5210:2019 "Portland cement".

重質炭酸カルシウムを軽質炭酸カルシウムと混合して、セメント組成物に使用してもよい。セメント組成物全量を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウムの含有量の合計量は、例えば、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは2質量%以上であり、更に好ましくは5質量%超であり、一層好ましくは7.5質量%以上である。軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウムの含有量の合計量が1質量%以上であることは、二酸化炭素の排出量の削減、並びにセメント組成物の強度発現の観点から好ましい。
セメント組成物全量を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウムの含有量の合計量は、例えば、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、更に好ましくは12質量%以下であり、一層好ましくは10質量%以下である。軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウムの含有量の合計量が20質量%以下であることは、セメント組成物の強度発現の観点から好ましい。
Heavy calcium carbonate may be mixed with light calcium carbonate and used in the cement composition. When the total amount of the cement composition is taken as 100 mass%, the total amount of the light calcium carbonate content and the light calcium carbonate content is, for example, preferably 1 mass% or more, more preferably 2 mass% or more, even more preferably more than 5 mass%, and even more preferably 7.5 mass% or more. It is preferable that the total amount of the light calcium carbonate content and the light calcium carbonate content is 1 mass% or more from the viewpoints of reducing carbon dioxide emissions and developing strength of the cement composition.
When the total amount of the cement composition is taken as 100 mass%, the total amount of the light calcium carbonate content and the heavy calcium carbonate content is, for example, preferably 20 mass% or less, more preferably 15 mass% or less, even more preferably 12 mass% or less, and even more preferably 10 mass% or less. A total amount of the light calcium carbonate content and the heavy calcium carbonate content of 20 mass% or less is preferable from the viewpoint of strength development of the cement composition.

軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウム含有量の合計量を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量は、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、更に好ましくは30質量%以上であり、一層好ましくは40質量%以上である。軽質炭酸カルシウムの含有量が10質量%以上であることは、二酸化炭素の排出量の削減、並びにセメント組成物の強度発現の観点から好ましい。
軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウム含有量の合計量を100質量%とした場合、軽質炭酸カルシウムの含有量は、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下であり、一層好ましくは60質量%以下である。軽質炭酸カルシウムの含有量が90質量%以下であることは、セメント組成物の強度発現の観点から好ましい。
When the total amount of the light calcium carbonate content and the heavy calcium carbonate content is taken as 100 mass%, the light calcium carbonate content is preferably 10 mass% or more, more preferably 20 mass% or more, even more preferably 30 mass% or more, and still more preferably 40 mass% or more. A light calcium carbonate content of 10 mass% or more is preferable from the viewpoints of reducing carbon dioxide emissions and strength development of the cement composition.
When the total amount of the light calcium carbonate content and the heavy calcium carbonate content is taken as 100 mass%, the light calcium carbonate content is preferably 90 mass% or less, more preferably 80 mass% or less, even more preferably 70 mass% or less, and even more preferably 60 mass% or less. A light calcium carbonate content of 90 mass% or less is preferable from the viewpoint of strength development of the cement composition.

セメント組成物は、ロジンラムラー式に基づき算出されるn値が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、セメント組成物の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、好ましくは1.14以上であり、より好ましくは1.15以上であり、更に好ましくは1.17以上である。n値が1.14以上であることは、セメント組成物の製造が容易になるので好ましい。
セメント組成物の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、好ましくは1.50以下であり、より好ましくは1.30以下であり、更に好ましくは1.20以下である。n値が1.50以下であることは、セメント組成物の降伏応力及び粘性の低減の観点から好ましい。
セメント組成物の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、上述の式(4)に基づき算出される。なお、式(4)中のb及びnは定数である。xはセメント組成物の代表粒子径D50である。
The cement composition preferably has an n value calculated based on the Rosin-Rammler formula within a predetermined range. Specifically, the n value of the Rosin-Rammler formula in the particle size distribution of the cement composition is preferably 1.14 or more, more preferably 1.15 or more, and even more preferably 1.17 or more. The n value of 1.14 or more is preferable because it makes the cement composition easier to manufacture.
The n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the cement composition is preferably 1.50 or less, more preferably 1.30 or less, and even more preferably 1.20 or less. The n value of 1.50 or less is preferable from the viewpoint of reducing the yield stress and viscosity of the cement composition.
The n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the cement composition is calculated based on the above formula (4). In the formula (4), b and n are constants, and x is the representative particle diameter D50 of the cement composition.

セメント組成物の粒度分布を上述の範囲内にするためには、本開示の趣旨を損なわない範囲で、該組成物中の原料に対して粉砕、分級、ふるい分け等したりすることによって調整できる。あるいは、粒度分布が異なる複数種類の原料を混合等したりすることによって調整してもよい。 In order to bring the particle size distribution of the cement composition into the above-mentioned range, it can be adjusted by crushing, classifying, sieving, etc., of the raw materials in the composition, within the scope of the present disclosure. Alternatively, it may be adjusted by mixing multiple types of raw materials with different particle size distributions.

セメント組成物は、そのブレーン比表面積が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、セメント組成物は、そのブレーン比表面積が、好ましくは2000cm/g以上であり、より好ましくは2500cm/g以上であり、更に好ましくは2800cm/g以上である。セメント組成物のブレーン比表面積が2000cm/g以上であることは、セメント組成物の強度発現の観点から好ましい。
セメント組成物は、そのブレーン比表面積が、好ましくは4000cm/g以下であり、より好ましくは3800cm/g以下であり、更に好ましくは3500cm/g以下であり、一層好ましくは3200cm/g以下であり、最も好ましくは2950cm/g以下である。セメント組成物のブレーン比表面積が4000cm/g以下であることは、セメント組成物の製造コストを低減する観点から好ましい。
ブレーン比表面積は、例えばJIS R5201:2015「セメントの物理測定方法」の記載に準拠して測定することができる。
The cement composition preferably has a Blaine specific surface area within a predetermined range. Specifically, the cement composition preferably has a Blaine specific surface area of 2000 cm 2 /g or more, more preferably 2500 cm 2 /g or more, and even more preferably 2800 cm 2 /g or more. From the viewpoint of strength development of the cement composition, it is preferable that the cement composition has a Blaine specific surface area of 2000 cm 2 /g or more.
The Blaine specific surface area of the cement composition is preferably 4000 cm2 /g or less, more preferably 3800 cm2 /g or less, even more preferably 3500 cm2 /g or less, still more preferably 3200 cm2 /g or less, and most preferably 2950 cm2 /g or less. A Blaine specific surface area of 4000 cm2 /g or less is preferred from the viewpoint of reducing the production cost of the cement composition.
The Blaine specific surface area can be measured, for example, in accordance with the description of JIS R5201:2015 "Physical measurement method of cement".

セメント組成物のブレーン比表面積を上述の範囲内にするためには、本開示の趣旨を損なわない範囲で、粉砕、分級、ふるい分け等をすることによって調整できる。あるいは、複数のセメント組成物を混合することによって調整できる。 In order to set the Blaine specific surface area of the cement composition within the above-mentioned range, it can be adjusted by crushing, classifying, sieving, etc., within the scope of the present disclosure. Alternatively, it can be adjusted by mixing multiple cement compositions.

本開示に係るセメント組成物が上述の構成を有することによって、該セメント組成物は、20℃における0.1s-1での見かけ粘度として、好ましくは100Pa・s以下を示すことができる。セメント組成物の20℃における0.1s-1での見かけ粘度は、より好ましくは80Pa・s以下であり、更に好ましくは75Pa・s以下、一層好ましくは70Pa・s以下である。20℃における0.1s-1での見かけ粘度は、セメントの硬化前における降伏応力の指標であり、この値が低いほど所定のスランプにするためにセメント組成物添加する混和材量を少なくすることができる。
20℃における0.1s-1での見かけ粘度の測定方法は、後述する実施例において説明する。
By having the above-mentioned configuration, the cement composition according to the present disclosure can exhibit an apparent viscosity at 0.1 s -1 at 20°C of preferably 100 Pa·s or less. The apparent viscosity at 0.1 s -1 of the cement composition at 20°C is more preferably 80 Pa·s or less, even more preferably 75 Pa·s or less, and even more preferably 70 Pa·s or less. The apparent viscosity at 0.1 s-1 at 20°C is an index of the yield stress of the cement before hardening, and the lower this value, the less the amount of admixture can be added to the cement composition to achieve a predetermined slump.
The method for measuring the apparent viscosity at 20° C. and 0.1 s −1 will be explained in the examples below.

本開示に係るセメント組成物が上述の構成を有することによって、該セメント組成物は、20℃における100s-1での見かけ粘度として、好ましくは0.55Pa・s以下を示すことができる。セメント組成物の20℃における100s-1での見かけ粘度は、より好ましくは0.53Pa・s以下であり、更に好ましくは0.50Pa・s以下であり、一層好ましくは0.45Pa・s以下である。20℃における0.1s-1での見かけ粘度は、セメントの硬化前における粘性の指標であり、この値が低いほど高速流動時の抵抗を小さくすることができ、ポンプ圧送性が向上する。
20℃における100s-1での見かけ粘度の測定方法は、後述する実施例において説明する。
By having the above-mentioned configuration of the cement composition according to the present disclosure, the cement composition can preferably exhibit an apparent viscosity at 100 s - 1 at 20°C of 0.55 Pa·s or less. The apparent viscosity of the cement composition at 100 s-1 at 20°C is more preferably 0.53 Pa·s or less, even more preferably 0.50 Pa·s or less, and even more preferably 0.45 Pa·s or less. The apparent viscosity at 0.1 s -1 at 20°C is an index of the viscosity of the cement before hardening, and the lower this value, the smaller the resistance during high-speed flow can be, and the better the pumpability.
The method for measuring the apparent viscosity at 20° C. and 100 s −1 will be explained in the Examples below.

本開示に係るセメント組成物は、これを高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等と混合し、混合セメントとして使用してもよい。また、ポゾランセメント、LC(Lime Calcined Clay Cement)など、JIS外のセメントに使用してもよい。 The cement composition according to the present disclosure may be mixed with ground granulated blast furnace slag, fly ash, silica fume, etc., and used as a mixed cement. It may also be used with cements other than those specified by JIS, such as pozzolan cement and LC 3 (Lime Calcinated Clay Cement).

本開示に係るセメント組成物は、上述のポルトランドセメントクリンカと、石膏と、軽質炭酸カルシウムとを混合することによって製造することができる。軽質炭酸カルシウムは、粉末状で混合してもよく、あるいはスラリー状で混合してもよい。また、セメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカ、石膏及び軽質炭酸カルシウムを別々に粉砕し、その後混合して製造してもよい。あるいは、ポルトランドセメントクリンカ、石膏及び軽質炭酸カルシウムのうち2つ以上の原料を同時に粉砕し、その後混合して製造してもよい。あるいは、セメントの仕上げ工程において、軽質炭酸カルシウムとポルトランドセメントとを混合して製造してもよい。セメント組成物には、必要に応じて、ポルトランドセメントクリンカ、石膏及び軽質炭酸カルシウムに加えて、他の成分を混合させてもよい。この場合、セメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカ、石膏、並びに石灰石、高炉スラグ、フライアッシュ等の他の成分とともに、軽質炭酸カルシウムの粉末又はスラリーを仕上げミルに投入し、混合粉砕して製造してもよい。あるいは、上述の原料のうち2つ以上の原料を混合粉砕し、その後残りの原料を混合して製造してもよい。いずれか1つ以上の原料と、材料と混合粉砕後に混合して製造しても良い。 The cement composition according to the present disclosure can be produced by mixing the above-mentioned Portland cement clinker, gypsum, and light calcium carbonate. The light calcium carbonate may be mixed in powder form or in slurry form. The cement composition may also be produced by separately grinding the Portland cement clinker, gypsum, and light calcium carbonate and then mixing them. Alternatively, the cement composition may be produced by simultaneously grinding two or more raw materials among the Portland cement clinker, gypsum, and light calcium carbonate and then mixing them. Alternatively, the cement composition may be produced by mixing light calcium carbonate and Portland cement in the cement finishing process. If necessary, other components may be mixed in the cement composition in addition to the Portland cement clinker, gypsum, and light calcium carbonate. In this case, the cement composition may be produced by feeding the light calcium carbonate powder or slurry into a finishing mill together with the Portland cement clinker, gypsum, and other components such as limestone, blast furnace slag, and fly ash, and mixing and grinding them. Alternatively, two or more of the above-mentioned raw materials may be mixed and ground, and then the remaining raw materials may be mixed to produce the product. One or more of the raw materials may be mixed and ground with the material, and then mixed to produce the product.

以下、実施例、比較例、及び参考例を参照して本開示の内容をより詳細に説明する。ただし、本開示は、下記の実施例に限定されるものではない。 The contents of this disclosure will be described in more detail below with reference to examples, comparative examples, and reference examples. However, this disclosure is not limited to the following examples.

[セメント組成物の原料]
セメント組成物の原料として以下の物を用いた。
[Raw materials for cement composition]
The following materials were used as raw materials for the cement composition.

(1)ポルトランドセメントクリンカの準備
ポルトランドセメントクリンカとして、Bogue式による鉱物組成が下記表1の記載である普通ポルトランドセメントクリンカを用いた。Bogue式の計算に用いたセメントの化学組成は、JIS R 5204:2019「セメントの蛍光X線分析方法」に記載の方法に準拠して測定した。
(1) Preparation of Portland cement clinker As the Portland cement clinker, ordinary Portland cement clinker was used, whose mineral composition according to the Bogue formula is shown in Table 1 below. The chemical composition of the cement used in the calculation according to the Bogue formula was measured in accordance with the method described in JIS R 5204:2019 "Method for fluorescent X-ray analysis of cement."

Figure 0007598966000002
Figure 0007598966000002

(2)石膏の準備
石膏として、JIS R 9151:2009「セメント用天然せっこう」に記載の要件を満たす石膏を用いた。
(2) Preparation of Gypsum As the gypsum, gypsum satisfying the requirements described in JIS R 9151:2009 “Natural gypsum for cement” was used.

(3)炭酸カルシウムの準備
炭酸カルシウムとして、以下の炭酸カルシウムA、炭酸カルシウムB及び炭酸カルシウムCを用いた。
(3) Preparation of Calcium Carbonate As calcium carbonate, the following calcium carbonate A, calcium carbonate B, and calcium carbonate C were used.

(3-1)炭酸カルシウムA
炭酸カルシウムAとして、石灰石を粉砕して製造された重質炭酸カルシウムを用いた。炭酸カルシウムAは、炭酸カルシウム含有量が90質量%以上であり、酸化アルミニウム含有量が1.0質量%以下であり、JIS R 5210:2019「ポルトランドセメント」に記載の少量混合成分の要件を満たす石灰石微粉末であった。
(3-1) Calcium carbonate A
Heavy calcium carbonate produced by pulverizing limestone was used as calcium carbonate A. Calcium carbonate A was a limestone fine powder having a calcium carbonate content of 90% by mass or more and an aluminum oxide content of 1.0% by mass or less, and satisfying the requirements for minor mixed components described in JIS R 5210:2019 "Portland cement".

(3-2)炭酸カルシウムB
炭酸カルシウムBとして、市販の軽質炭酸カルシウムを用いた。
(3-2) Calcium carbonate B
As calcium carbonate B, commercially available light calcium carbonate was used.

(3-3)炭酸カルシウムC
炭酸カルシウムCとして、上述の(a)-(e)の工程を備えた方法によって製造した軽質炭酸カルシウムを用いた。
具体的には、廃コンクリートを破砕し、目開き2mmアンダーの粉末を篩い分けして得て、この粉末を純水に投入して分散液を得た。
この分散液を、耐圧撹拌槽型抽出装置内に気密に充填し、撹拌を行いながら装置内に二酸化炭素を供給し、その分圧を1.0MPaに高めて液相へのカルシウムの抽出を行った。その間、気相の圧力をモニターし、二酸化炭素の分圧を保持した。
その後、装置内から液相と抽出残渣とを固液分離して、液体成分を回収した。この液体成分に炭酸カルシウムの種結晶を添加し、該液体成分と接する気相における二酸化炭素の分圧を減圧して炭酸カルシウムを得た。炭酸カルシウムを105℃で乾燥して水分を除去し、炭酸カルシウムCを製造した。
(3-3) Calcium carbonate C
As calcium carbonate C, precipitated calcium carbonate produced by the method including the above-mentioned steps (a) to (e) was used.
Specifically, waste concrete was crushed and sieved to obtain powder with mesh sizes of 2 mm or less. This powder was then added to pure water to obtain a dispersion.
The dispersion was airtightly packed in a pressure-resistant stirring tank type extraction device, and carbon dioxide was supplied into the device while stirring, and the partial pressure was increased to 1.0 MPa to extract calcium into the liquid phase. During this time, the pressure of the gas phase was monitored and the partial pressure of carbon dioxide was maintained.
Thereafter, the liquid phase and the extraction residue were separated from the apparatus by solid-liquid separation to recover the liquid component. Calcium carbonate seed crystals were added to the liquid component, and the partial pressure of carbon dioxide in the gas phase in contact with the liquid component was reduced to obtain calcium carbonate. The calcium carbonate was dried at 105° C. to remove moisture, thereby producing calcium carbonate C.

使用した炭酸カルシウムを走査型電子顕微鏡(SEM)で倍率500倍にて観察した。SEM像を図1ないし図3に示す。
また、使用した炭酸カルシウムの物性を下記表2に示す。
炭酸カルシウムの含有量は、式(5)に基づき算出した。水酸化カルシウムの含有量は、TG-DTA測定(窒素ガスフロー環境)における400℃~500℃の減量を水酸化カルシウムの脱水による水の減量と仮定し、算出した。
炭酸カルシウムの粒子径D50は、上述の方法に従い測定した。
炭酸カルシウムの1μm通過分は、式(1)に基づき算出した。炭酸カルシウムの35μm残分は、式(2)に基づき算出した。炭酸カルシウムの15μm通過分は、式(3)に基づき算出した。
炭酸カルシウムの粒度分布におけるロジンラムラー式のn値は、式(4)に基づき算出した。
炭酸カルシウム中の生石灰の含有量は、上述の方法に従い測定した。得られたXRDのピークプロファイルでは、炭酸カルシウムA、B及びCのいずれにおいても生石灰のピークが観察されず、生石灰を含有しないことを確認した。
The calcium carbonate used was observed under a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 500. SEM images are shown in Figures 1 to 3.
The physical properties of the calcium carbonate used are shown in Table 2 below.
The calcium carbonate content was calculated based on formula (5). The calcium hydroxide content was calculated by assuming that the weight loss at 400°C to 500°C in the TG-DTA measurement (in a nitrogen gas flow environment) was the weight loss due to the dehydration of calcium hydroxide.
The particle size D50 of calcium carbonate was measured according to the method described above.
The 1 μm passing fraction of calcium carbonate was calculated based on formula (1). The 35 μm remaining fraction of calcium carbonate was calculated based on formula (2). The 15 μm passing fraction of calcium carbonate was calculated based on formula (3).
The n value of the Rosin-Rammler equation for the particle size distribution of calcium carbonate was calculated based on formula (4).
The content of quicklime in calcium carbonate was measured according to the above-mentioned method. In the obtained XRD peak profile, no quicklime peak was observed in any of calcium carbonates A, B, and C, confirming that no quicklime was contained.

Figure 0007598966000003
Figure 0007598966000003

[セメント組成物の製造]
表1に示すポルトランドセメントクリンカと石膏とを粉砕してベースセメントを得た。ベースセメントと炭酸カルシウムとを表3に示す配合で混合し、セメント組成物を得た。
得られたセメント組成物の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値、及びブレーン比表面積値を表5に示す。n値は式(4)に基づき算出した。ブレーン比表面積は、JIS R 5201:2015「セメントの物理測定方法」の記載に準拠して測定した。
[Production of cement composition]
Base cement was obtained by grinding the Portland cement clinker and gypsum shown in Table 1. The base cement and calcium carbonate were mixed in the proportions shown in Table 3 to obtain cement compositions.
The n value of the Rosin-Rammler equation and the Blaine specific surface area value of the particle size distribution of the obtained cement composition are shown in Table 5. The n value was calculated based on the formula (4). The Blaine specific surface area was measured in accordance with the description of JIS R 5201:2015 "Physical measurement method of cement".

[セメント組成物の評価]
得られたセメント組成物について、その見かけ粘度を評価した。具体的には、まず、セメント組成物100gに対して水50g及び珪砂100g(商品名:豊浦珪砂、メーカー:豊浦珪石工業株式会社、粒度:表3に示す)を加えて練り混ぜることによって、流動性を有するセメントペーストを調製した。練混ぜは、20℃の恒温室内にて、撹拌容器に水を量り取った後、セメント組成物及び珪砂を投入し、ケミカルミキサ(新東科学株式会社製、型番:BL1200)で500rpm、3分間練り混ぜた。
見かけ粘度の測定は、共軸二重円筒型レオメータ(Anton Paar社製、製品名:MCR101、治具:CC27/T200/SS及びCC27/P6)を用い、20℃の恒温室内にてせん断速度を10-5~10-1まで段階的に変更して行った。より具体的には、上記せん断速度の変化幅を対数軸で36点に分割し、上記36点の各点において、その時点でのせん断速度で5秒間ずつせん断をかけ見かけ粘度を測定し、合計180秒間で10-5から10-1まで上昇させ(上昇曲線)た。その後、せん断速度を同様に段階的に下げていきながら(下降曲線)、その際の見かけ粘度を測定した。流動性の測定中は測定容器内を20℃に保持した。下降曲線の0.1s-1で5秒間せん断を加えた後の見かけ粘度(0.1s-1での見かけ粘度)を降伏応力の指標とし、下降曲線の100s-1で5秒間せん断を加えた後の見かけ粘度(100s-1での見かけ粘度)を粘性の指標として、いずれも見かけ粘度が低いほど優れていると評価した。
なお、降伏応力は流動するために必要な応力であり、コンクリートスランプ等に影響し、降伏応力が低いほど所定のスランプにするためにセメント組成物に添加する混和材量を少なくすることができる。また、粘性(塑性粘度)が小さいほど高速流動時の抵抗を小さくすることができ、ポンプ圧送性が向上する。
[Evaluation of cement compositions]
The apparent viscosity of the obtained cement composition was evaluated. Specifically, 50 g of water and 100 g of silica sand (product name: Toyoura silica sand, manufacturer: Toyoura Silica Industry Co., Ltd., particle size: shown in Table 3) were added to 100 g of cement composition and mixed to prepare a cement paste having fluidity. Mixing was performed in a thermostatic chamber at 20°C, after measuring water into a stirring vessel, the cement composition and silica sand were added, and the mixture was mixed at 500 rpm for 3 minutes with a chemical mixer (manufactured by Shinto Scientific Co., Ltd., model number: BL1200).
The apparent viscosity was measured using a coaxial double cylinder rheometer (Anton Paar, product name: MCR101, fixture: CC27/T200/SS and CC27/P6) in a thermostatic room at 20 ° C., with the shear rate gradually changed from 10 -5 to 10 3 s -1 . More specifically, the change in the shear rate was divided into 36 points on a logarithmic axis, and at each of the 36 points, the apparent viscosity was measured by applying shear at the shear rate at that point for 5 seconds each, and the viscosity was increased from 10 -5 to 10 3 s -1 for a total of 180 seconds (rising curve). Thereafter, the shear rate was similarly lowered in stages (falling curve), and the apparent viscosity at that time was measured. The temperature inside the measurement container was kept at 20 ° C. during the measurement of fluidity. The apparent viscosity after applying shear at 0.1 s -1 for 5 seconds on the descending curve (apparent viscosity at 0.1 s -1 ) was used as an index of yield stress, and the apparent viscosity after applying shear at 100 s -1 for 5 seconds on the descending curve (apparent viscosity at 100 s -1 ) was used as an index of viscosity, and in both cases the lower the apparent viscosity, the better the evaluation.
The yield stress is the stress necessary for flow, and affects the concrete slump, etc. The lower the yield stress, the less the amount of admixture that can be added to the cement composition to achieve a specified slump. Also, the smaller the viscosity (plastic viscosity), the smaller the resistance during high-speed flow, improving pumpability.

Figure 0007598966000004
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Figure 0007598966000005
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表4に示すとおり、従来の方法で製造された軽質炭酸カルシウム(炭酸カルシウムB)を使用したセメント組成物は、普通ポルトランドセメント相当の参考例1(石灰石微粉末を5%添加したセメント)と比べて、5%の添加量及び10%の添加量のいずれにおいても粘性が高くなることがわかった。
一方で、炭酸カルシウムCを使用したセメントでは、炭酸カルシウムAを使用したセメントと比較して、同一添加量で比較した場合に、0.1s-1での見かけ粘度はいずれも低減し、100s-1での見かけ粘度は同等もしくは低減するという結果であり、セメント組成物として良好な降伏応力及び粘性が得られることがわかった。
更に、比較例1及び2並びに参考例1及び2の炭酸カルシウムA又はBを使用したセメントでは、該炭酸カルシウムA又はBの添加量を5%から10%へ増加させた場合、降伏応力及び粘性に相当する見かけ粘度はいずれも増加した。これに対して、実施例1及び2の炭酸カルシウムCを使用したセメントでは、該炭酸カルシウムCの添加量を5%から10%へ増加することで、むしろ降伏応力及び粘性が改善するという効果が得られた。
一般的には粒度分布を広げて、セメント組成物全体の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値を下げる方向とすることによって、セメントの硬化前における粘性を低下できると考えられてきた。しかし、本開示においては、セメント組成物全体のn値が高いほうが良好な粘性を示した。したがって、軽質炭酸カルシウムの添加に起因するセメントの硬化前における粘性に及ぼす影響としては、単なるフィラーとしての効果だけでなく、セメントの反応性による効果も影響している可能性が示唆された。
図1ないし図3に示す結果からわかるとおり、上述の(a)-(e)の工程を備えた方法によって製造した軽質炭酸カルシウム(炭酸カルシウムC)は、その粒子径D50が、従来技術で得られた軽質炭酸カルシウム(炭酸カルシウムA)に比べて大きかった。また、炭酸カルシウムAは、その粒子径D50が1μm以下である紡錘形の粒子が多くみられ、重質炭酸カルシウム(炭酸カルシウムB)は、角ばっており長辺の長い形状をしていた。これに対して、炭酸カルシウムCは、その形状が比較的均一で立方体に近く、長辺が短いものであった。これらの形状の違いにも、流動性が影響したものと推察される。
As shown in Table 4, it was found that the cement composition using the light calcium carbonate (calcium carbonate B) produced by the conventional method had a higher viscosity at both the 5% and 10% addition amounts, compared to Reference Example 1 (cement containing 5% added limestone fine powder) which is equivalent to ordinary Portland cement.
On the other hand, when compared with the cement using calcium carbonate A at the same addition amount, the cement using calcium carbonate C had a lower apparent viscosity at 0.1 s -1 and the apparent viscosity at 100 s -1 was the same or lower, indicating that the cement composition had good yield stress and viscosity.
Furthermore, in the cements using calcium carbonate A or B in Comparative Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2, when the amount of calcium carbonate A or B added was increased from 5% to 10%, both the yield stress and the apparent viscosity corresponding to viscosity increased. In contrast, in the cements using calcium carbonate C in Examples 1 and 2, increasing the amount of calcium carbonate C added from 5% to 10% rather improved the yield stress and viscosity.
It has generally been thought that the viscosity of cement before hardening can be reduced by broadening the particle size distribution and lowering the n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the entire cement composition. However, in the present disclosure, a higher n value of the entire cement composition showed better viscosity. Therefore, it was suggested that the effect of adding light calcium carbonate on the viscosity of cement before hardening may be due not only to its effect as a filler, but also to the effect of the reactivity of the cement.
As can be seen from the results shown in Figures 1 to 3, the light calcium carbonate (calcium carbonate C) produced by the method comprising the above-mentioned steps (a) to (e) had a larger particle diameter D50 than the light calcium carbonate (calcium carbonate A) obtained by the conventional technology. Furthermore, calcium carbonate A contained many spindle-shaped particles with a particle diameter D50 of 1 µm or less, while heavy calcium carbonate (calcium carbonate B) had an angular shape with long sides. In contrast, calcium carbonate C had a relatively uniform shape that was close to a cube with short long sides. It is presumed that the fluidity also influenced these differences in shape.

Claims (11)

軽質炭酸カルシウムと、ポルトランドセメントクリンカと、石膏と、を含むセメント組成物であって、
前記軽質炭酸カルシウムは、
その体積基準累積50%粒子径が10μm以上35μm以下であり、
1μm通過分が体積基準で3.0%以下であり、且つ、
35μm残分が体積基準で5.0%以上50.0%以下であり、
前記セメント組成物を100質量%とした場合、
前記軽質炭酸カルシウムの含有量が1質量%以上20質量%以下であり、且つ、
前記ポルトランドセメントクリンカの含有量及び前記石膏の含有量の合計量が80質量%以上99質量%以下である、セメント組成物。
A cement composition comprising light calcium carbonate, Portland cement clinker, and gypsum,
The light calcium carbonate is
The volume-based cumulative 50% particle size is 10 μm or more and 35 μm or less,
The 1 μm passing fraction is 3.0% or less on a volume basis, and
The 35 μm residue is 5.0% or more and 50.0% or less by volume,
When the cement composition is 100% by mass,
The content of the precipitated calcium carbonate is 1% by mass or more and 20% by mass or less, and
The cement composition, wherein the total amount of the Portland cement clinker content and the gypsum content is 80 mass% or more and 99 mass% or less.
前記軽質炭酸カルシウムは、15μm通過分が体積基準で5.0%以上60.0%以下である、請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein the light calcium carbonate has a volumetric content of 5.0% to 60.0% passing through a 15 μm filter. 前記軽質炭酸カルシウムの粒度分布におけるロジンラムラー式のn値が2.2以上4.0以下である、請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein the n value of the Rosin-Rammler formula in the particle size distribution of the light calcium carbonate is 2.2 or more and 4.0 or less. 前記軽質炭酸カルシウム中の水酸化カルシウムの含有量が5質量%以下である、請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein the calcium hydroxide content in the light calcium carbonate is 5% by mass or less. 更に重質炭酸カルシウムを含み、
前記セメント組成物を100質量%とした場合、前記軽質炭酸カルシウムの含有量及び重質炭酸カルシウムの含有量の合計量が1質量%以上20質量%以下である、請求項1に記載のセメント組成物。
It also contains heavy calcium carbonate,
2. The cement composition according to claim 1, wherein the total content of the light calcium carbonate and the heavy calcium carbonate is 1% by mass or more and 20% by mass or less, when the cement composition is taken as 100% by mass.
前記セメント組成物の粒度分布におけるロジンラムラー式のn値が1.14以上1.50以下である、請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein the n value of the Rosin-Rammler equation in the particle size distribution of the cement composition is 1.14 or more and 1.50 or less. 前記セメント組成物はそのブレーン比表面積値が2000cm/g以上4000cm/g以下である、請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein the cement composition has a Blaine specific surface area value of 2000 cm 2 /g or more and 4000 cm 2 /g or less. 軽質炭酸カルシウムと、ポルトランドセメントクリンカと、石膏と、を含むセメント組成物の製造方法であって、
前記軽質炭酸カルシウムは、
その体積基準累積50%粒子径が10μm以上35μm以下であり、
1μm通過分が体積基準で3.0%以下であり、且つ、
35μm残分が体積基準で5.0%以上50.0%以下であり、
前記セメント組成物を100質量%とした場合、
前記軽質炭酸カルシウムが前記セメント組成物中に1質量%以上20質量%以下含まれ、且つ、
前記ポルトランドセメントクリンカ及び前記石膏が前記セメント組成物中にこれらの合計で80質量%以上99質量%以下含まれるように、前記軽質炭酸カルシウムと該ポルトランドセメントクリンカと該石膏とを混合する、セメント組成物の製造方法。
A method for producing a cement composition containing light calcium carbonate, Portland cement clinker, and gypsum, comprising the steps of:
The light calcium carbonate is
The volume-based cumulative 50% particle size is 10 μm or more and 35 μm or less,
The 1 μm passing fraction is 3.0% or less on a volume basis, and
The 35 μm residue is 5.0% or more and 50.0% or less by volume,
When the cement composition is 100% by mass,
The precipitated calcium carbonate is contained in the cement composition in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and
A method for producing a cement composition, comprising mixing the light calcium carbonate, the Portland cement clinker, and the gypsum so that the Portland cement clinker and the gypsum are contained in the cement composition in a total amount of 80 mass% or more and 99 mass% or less.
前記軽質炭酸カルシウムは、15μm通過分が体積基準で5.0%以上60.0%以下である、請求項8に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 8, wherein the light calcium carbonate has a volumetric content of 5.0% to 60.0% passing through a 15 μm filter. カルシウムを含む廃棄物又は副産物を準備し、
二酸化炭素の分圧を0.1MPa超5.0MPa以下に設定し、該分圧の状態下に、前記廃棄物又は前記副産物を水に分散又は溶解させて抽出対象液を調製し、
前記抽出対象液から液体成分を回収し、
前記液体成分と炭酸カルシウム種結晶とを混合し、
二酸化炭素の分圧を36Pa以上1.0MPa以下に設定し、該分圧の状態下に、前記
液体成分から前記軽質炭酸カルシウムを析出させる、請求項に記載の製造方法。
Providing a waste or by-product containing calcium;
A partial pressure of carbon dioxide is set to more than 0.1 MPa and not more than 5.0 MPa, and the waste or by-product is dispersed or dissolved in water under the partial pressure to prepare a liquid to be extracted;
Recovering liquid components from the liquid to be extracted;
Mixing the liquid component with calcium carbonate seed crystals;
The method according to claim 8 , wherein a partial pressure of carbon dioxide is set to 36 Pa or more and 1.0 MPa or less, and the precipitated calcium carbonate is precipitated from the liquid component under the partial pressure state.
前記廃棄物及び前記副産物が、廃コンクリート、廃モルタル又は廃セメントペーストである、請求項10に記載のセメント組成物の製造方法。 The method for producing a cement composition according to claim 10, wherein the waste material and the by-product are waste concrete, waste mortar, or waste cement paste.
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