JP6780798B1 - セメントクリンカ及びセメント組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷の増大を抑えつつ、モルタルの強度発現性を向上させることができるセメントクリンカ及びセメント組成物を提供する。【解決手段】ボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ２の割合が５０．０質量％以上、７５．０質量％以下であり、ボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ２の割合が５．０質量％以上、２５．０質量％以下であり、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ及びＭｎＯを含み、式（１）を満たすセメントクリンカ。ＭｇＯ＿Ｃ３Ｓ×（−０．６）＋Ｎａ２Ｏ＿Ｃ３Ｓ×（１５．３）＋ＭｇＯ＿Ｃ２Ｓ×（−６．９）＋Ｎａ２Ｏ＿Ｃ２Ｓ×（５．２）＋ＭｎＯ＿Ｃ２Ｓ×（１４５．７） ≧ ５．７００ ・・・（１）【選択図】なし

Description

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

モルタルの強度発現性を向上させる方法として、セメント組成物の粉末度（ブレーン比表面積）を高くする方法及びセメント組成物の３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量を高くする方法が知られている（非特許文献１）。
また、セメントクリンカ中の微量成分であるＴｉＯ_２及びＭｇＯが鉱物組成及びセメントの物性に与え、例えばＭｇＯ含有量が増加するとエーライトの反応性が低下し、強度発現性が低下することが報告されている（非特許文献２）。

社団法人セメント協会，「セメントの常識」、「４．セメントの種類と用途」、２００４年、ｐ．１１〜１７ 茶林敬司ら、「ＴｉＯ２及びＭｇＯがクリンカ鉱物組成及びセメントの物性に及ぼす影響」、セメント・コンクリート論文集、第６６巻、２０１２年、Ｐ．２１１−２１６

しかしながら、非特許文献１のように粉末度を高くしたり、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量を高くするなどのセメント組成物の粉末度や鉱物組成を変える手段によって、モルタルの強度発現性を向上させると、凝結時間が短縮し、流動性が低下するという問題が生じる。
また、粉末度を高くするためには、セメントクリンカの粉砕に要するエネルギーが増加する問題が生じ、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有量を高くしようとすると、石灰石原単位を増やさなければならないという問題が生じる。
これらはいずれも、二酸化炭素の排出の増加及びクリンカ焼成用のエネルギーの増加につながり、環境負荷が増大するため好ましくない。

また、非特許文献２のようにＴｉＯ_２及びＭｇＯの含有量の検討のみでは、十分なモルタルの強度発現性の向上が得られていない。
そこで、本発明は、セメントクリンカ中の各化合物の含有量を検討することにより、環境負荷の増大を抑えつつ、モルタルの強度発現性を向上させることができるセメントクリンカ組成物を提供することを目的とする。

セメントクリンカ製造及びセメント製造では、セメントの物性は、Ａｌ_２Ｏ_３等の主要成分だけでなく、種々の微量成分や、製造条件などの影響を受ける。
非特許文献２では、ＴｉＯ_２及びＭｇＯのクリンカ鉱物組成及びセメントの物性に及ぼす影響に関し報告がなされているが、これら成分の含有量を調整するだけでは、十分なモルタルの強度発現性の向上が得られなかった。

このため、本発明者らは、セメント組成物中の成分を詳細に検討した結果、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_３Ｓ）及び２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_２Ｓ）中の各化合物の含有量を検討することにより、環境負荷の増大を抑えつつ、モルタルの強度発現性を向上させることができるセメントクリンカ組成物が得られることを見出した。
すなわち、本発明は以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］ ボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５０．０質量％以上、７５．０質量％以下であり、
ボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５．０質量％以上、２５．０質量％以下であり、
ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＭｎＯを含み、
下記式（１）を満たすセメントクリンカ。

式中、
ＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％）を表し、
Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％）を表し、
ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％）を表し、
Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％）を表し、
ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｎＯの含有量（質量％）を表す。
［２］ 更に下記式（２）を満たす［１］に記載のセメントクリンカ。

［３］ ［１］又は［２］に記載のセメントクリンカと、石膏とを含むセメント組成物。

本発明によれば、環境負荷の増大を抑えつつ、モルタルの強度発現性を向上させることができるセメントクリンカ及びセメント組成物を得ることができる。

以下、本発明のセメントクリンカ及びセメント組成物について、詳細に説明する。

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

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

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

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

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

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

＜微量成分＞
本発明のセメントクリンカは、微量成分としてＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＭｎＯを含む。ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＭｎＯの各含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２０１９「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定される。
ＭｇＯは、例えば、ＭｇＯを多く含むスラグをセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。
Ｎａ_２Ｏは、例えば、建設発生土をセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。
ＭｎＯは、例えば、高炉スラグ、転炉スラグをセメントクリンカの原料として用いることにより、セメントクリンカへ導入される。

本発明のセメントクリンカのＭｇＯの含有量（Ｗ_ＭｇＯ質量％）は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましく、０．５質量％以上であることが更に好ましく、５．００質量％以下であることが好ましく、３．００質量％以下であることがより好ましく、２．５質量％以下であることが更に好ましい。

本発明のセメントクリンカのＮａ_２Ｏの含有量（Ｗ_Ｎａ２Ｏ質量％）は０．１０質量％以上であることが好ましく、０．１５質量％以上であることがより好ましく、１．００質量％以下であることが好ましく、０．８０質量％以下であることがより好ましく、０．５０質量％以下であることが更に好ましい。

本発明のセメントクリンカのＭｎＯの含有量（Ｗ_ＭｎＯ質量％）は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．５０質量％以下であることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましく、０．２０質量％以下であることが更に好ましい。

＜式（１）＞
本発明のセメントクリンカ中の３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_３Ｓ）及び２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（略号：Ｃ_２Ｓ）においては、ＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％））、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％））、ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％））、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％））、ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｎＯの含有量（質量％））が、式（１）の関係を満たす。
なおこれら含有量は、後記するＥＰＭＡ測定により決定される。

非特許文献２では前記のようにセメントクリンカ中のＴｉＯ_２及びＭｇＯの組成によるＣ_３Ｓ及びＣ_２Ｓの鉱物組成を検討しているが、本発明ではＣ_３Ｓ及びＣ_２Ｓにおける化学組成を検討することにより、当該セメントクリンカから製造したモルタルの強度発現性が改善する。
このＣ_３Ｓ及びＣ_２Ｓにおける化学組成は、使用原料及びそれらの組み合わせにより適宜調整することができる。

式（１）の左辺は５．７００以上であるが、モルタルの強度発現性の観点からは５．９００以上であることが好ましく、６．０００以上であることがより好ましく、６．１００以上であることが更に好ましい。
式（１）の左辺の上限値としては、特に限定はないが原料の調達や製造の容易さ観点から１２．０００以下であることがより好ましく、１１．０００以下であることが更に好ましく、１０．０００以下であることがより更に好ましい。

＜ＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓ、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓ、ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓ及びＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓ＞
ＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓは、式（１）の左辺の値に合わせ他の成分とともに調整されるが、０．１００以上であることが好ましく、０．３００以上であることがより好ましく、０．４００以上であることが更に好ましく、２．０００以下であることがより好ましく、１．５００以下であることが更に好ましく、１．０００以下であることがより更に好ましい。

Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓは、式（１）の左辺の値に合わせ他の成分とともに調整されるが、０．０５０以上であることが好ましく、０．０７０以上であることがより好ましく、０．０８０以上であることが更に好ましく、１．０００以下であることがより好ましく、０．５００以下であることが更に好ましく、０．３００以下であることがより更に好ましい。
ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓは、式（１）の左辺の値に合わせ他の成分とともに調整されるが、０．０１０以上であることが好ましく、０．１００以上であることがより好ましく、０．２００以上であることが更に好ましく、２．０００以下であることがより好ましく、１．０００以下であることが更に好ましく、０．７００以下であることがより更に好ましい。

Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓは、式（１）の左辺の値に合わせ他の成分とともに調整されるが、０．０５０以上であることが好ましく、０．１００以上であることがより好ましく、０．２００以上であることが更に好ましく、２．０００以下であることがより好ましく、１．２００以下であることが更に好ましく、０．８００以下であることがより更に好ましい。
ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓは、式（１）の左辺の値に合わせ他の成分とともに調整されるが、０．００１以上であることが好ましく、０．０１０以上であることがより好ましく、０．０２０以上であることが更に好ましく、０．２００以下であることがより好ましく、０．１００以下であることが更に好ましく、０．０７０以下であることがより更に好ましい。

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

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

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

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

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

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

＜４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３（Ｃ_４ＡＦ）の割合＞
本発明のセメントクリンカにおけるボーグ式で算出された４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＦｅＯ_３の割合は、セメント組成物の水和熱を抑えることができるため、５．０質量％以上であることが好ましく、７．０質量％以上であることがより好ましく、８．３質量％以上であることが更に好ましく、セメントクリンカによって製造されるコンクリートやモルタルの短期強度を実用レベル以上とできるため１３．０質量％以下であることが好ましく、１１．０質量％以下であることがより好ましい。

＜式（２）＞
本発明のセメントクリンカのＣ_２Ｓにおける、ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓ及びＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓが、式（２）の関係を満たすことも好ましい。

式（２）の左辺はモルタルの強度発現性の観点からは４．６００以上であることが好ましく、４．７００以上であることがより好ましく、４．８００以上であることが更に好ましい。
式（２）の左辺の上限値としては、特に限定はないが原料の調達や製造の容易さ観点から１０．０００以下であることがより好ましく、９．０００以下であることが更に好ましく、８．５００以下であることがより更に好ましい。

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

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

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

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

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

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

１−２．ＥＰＭＡ測定
実施例及び比較例のセメントクリンカを、粒径１〜２ｍｍ程度に粉砕し、粒度調整を行った。得られた粒子をエポキシ樹脂に包埋し、その後樹脂表面を鏡面研磨した。鏡面研磨後、樹脂表面に炭素蒸着を行い、ＥＰＭＡ測定用試料を作製した。
測定装置として日本電子社製、ＥＰＭＡ ＪＸＡ−８２００を用い、下記条件で上記試料の鏡面におけるセメントクリンカ粒子の組織像を観察した。組織像において、前記（ａ）〜（ｄ）の特徴に基づき各鉱物を特定した。
（ａ）〜（ｄ）の特徴に基づき各鉱物を特定した。
（ａ） Ｃ_３Ｓ：多角形粒子、明灰色、数十μm
（ｂ） Ｃ_２Ｓ：楕円形粒子、暗灰色、数十μm
（ｃ） Ｃ_３Ａ：シリケート相間に観察される不定形組織、暗灰色、数μm〜十数μm
（ｄ） Ｃ_４ＡＦ：シリケート相間に観察される不定形組織、白色、数μm〜十数μm
上記４鉱物について鉱物毎に２０点、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：３．０×１０^-８Ａ、ビーム径：約１ μｍ、補正計算法：Ｏｘｉｄｅ−ＺＡＦ法にて特性Ｘ線を分析した。
このうちＣ_３Ｓは分析値が２．７＜ＣａＯ含有率（％）／ＳｉＯ_２含有率（％）＜３．３の範囲内の分析点を採用し、得られた平均値をＣ_３Ｓにおける化学組成（質量％）として採用した。
Ｃ_２Ｓは分析値が１．８＜ＣａＯ含有率（％）／ＳｉＯ_２含有率（％）＜２．５の範囲内の分析点を採用し、得られた平均値をＣ_２Ｓにおける化学組成（質量％）として採用した。

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

１−４．凝結測定方法
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」に準拠してセメントペーストを調整し、標準軟度水量を求めたのちに、標準軟度のペーストにて始発時間および終結時間を測定した。

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

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

２−２．セメント組成物の調製
上記作製したセメントクリンカに、内割でＳＯ_３換算量１．５質量％の半水石膏（関東化学（株）製、半水石膏、型番：０７１０８−０１（焼石膏 鹿１級））を配合した。配合物を、ブレーン比表面積値が約３２００±２００ｃｍ^２／ｇの範囲となるようにボールミルで粉砕して、実施例１〜５及び比較例１〜３のセメント組成物を作製した。

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

実施例１〜５及び比較例１〜３では非特許文献２で着目したＴｉＯ_２を０．３０質量％程度にそろえ、式（１）の左辺の値を振ったセメントクリンカ及びそれを用いたモルタルの評価結果となっている。
実施例１〜５はいずれも比較例１〜３と比べて２８ｄ強度が優れることが分かった。
また、非特許文献１記載の発明では粉末度や鉱物組成を変えることにより凝縮時間の短縮が生じたが、本発明では表３に示すように凝縮時間の短縮は見られないことが確認できた。

実施例２は実施例１からＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓ及びＮａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓを減少させ、ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓを増加させ式（１）を満たすように調整したセメントクリンカであり、実施例４はＮａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓ及びＮａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓを減少させ、ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓを増加させ式（１）を満たすように調整したセメントクリンカであるが、ともに２８ｄ強度が大きな値となった。
実施例３は実施例１からＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓを減少させたが、式（１）を満たすように調整することにより２８ｄ強度が大きな値となった。

以上のように、式（１）を満たすようにＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓ、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓ、ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓ及びＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓを調整することにより、優れた特性を有するセメントクリンカが得られることが分かった。

Claims (3)

1. ボーグ式で算出された３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５０．０質量％以上、７５．０質量％以下であり、
   ボーグ式で算出された２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が５．０質量％以上、２５．０質量％以下であり、
   ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＭｎＯを含み、
   下記式（１）を満たすセメントクリンカ。
   
   式中、
   ＭｇＯ＿Ｃ_３Ｓは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％）を表し、
   Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_３Ｓは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％）を表し、
   ＭｇＯ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｇＯの含有量（質量％）を表し、
   Ｎａ_２Ｏ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＮａ_２Ｏの含有量（質量％）を表し、
   ＭｎＯ＿Ｃ_２Ｓは、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２におけるＭｎＯの含有量（質量％）を表す。
2. 更に下記式（２）を満たす請求項１に記載のセメントクリンカ。
   
3. 請求項１又は２に記載のセメントクリンカと、石膏とを含むセメント組成物。