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WO2002022518A1 - Composition de ciment - Google Patents

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WO2002022518A1
WO2002022518A1 PCT/JP2001/007968 JP0107968W WO0222518A1 WO 2002022518 A1 WO2002022518 A1 WO 2002022518A1 JP 0107968 W JP0107968 W JP 0107968W WO 0222518 A1 WO0222518 A1 WO 0222518A1
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cement
blast furnace
cement composition
slowly cooled
parts
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PCT/JP2001/007968
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Inventor
Minoru Morioka
Yasuhiro Nakashima
Takayuki Higuchi
Mitsuo Takahashi
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a cement composition mainly used in the civil engineering and construction industries.
  • the parts and percentages used in the present invention are based on mass unless otherwise specified. Background art
  • the most effective method is to reduce the amount of sintering of cement cleansing. It is extremely important to promote However, the mixed cement had a problem that the initial strength development was poor.
  • the initial strength is closely related to the demolding cycle, it is also important for shortening the initial period.Today, the initial strength is good, especially when the admixture is used in excess of 30%. At present, there is a development of a cement composition capable of obtaining strength equivalent to that of cement.
  • blast furnace slow-cooled slag produced as a by-product from steelworks is used for roadbed materials and cement raw materials, but the amount of waste generated is very small, and there is still no scrutiny on how to effectively use it. is there. Therefore, that the present inventors have used the problems result of various efforts to solve the cement composition 3CaO * Si0 2 content comprising Portland cement and slowly cooled blast furnace slag powder 60% It was found that the cement composition using 10% to 50% blast-furnace slag powder had the same initial strength as that of ordinary Portland cement, and completed the present invention. I came to. Disclosure of the invention
  • the present invention is, 3Ca0 * Si0 a 2 content cement composition
  • the cement composition in 100 parts
  • slowly cooled blast furnace slag powder Is from 10 to 50 parts.
  • C 3CaO ⁇ Si0 2 used in the present invention (hereinafter, C 3 as S) content of 60% or more of Portola command cement A (hereinafter, also referred to as cement materials), if C 3 S content of 60% well, 3Ca0 'Al 2 0 3, 4CaO ⁇ A1 2 0 3 ⁇ Fe 2 0 3, 2Ca0 ⁇ Si0 2, and is not particularly limited to the content of such Sekkou.
  • the Portland cement Mixtures of different compositions more portland cement can also be used, in this case, C 3 S content of each of the Portland emissions Bok contained in the mixture of C 3 S content Mean weighted average. '
  • Portland cement expressed Si0 2 to the CaO S, A1 2 0 3 and A, and the Fe 2 0 3 with F, C 2 S, C 3 S, and mainly C 3 A, and C 4 AF It is composed of a clean crimper and a Secco II.
  • cement material use of an early cement or an ultra-high cement is preferred, and these are commercially available.
  • the particle size of the cement material is not particularly limited, usually, it is preferably about 3,000 to 8,000 cm7g in terms of a Blaine specific surface area value (hereinafter referred to as a Blaine value).
  • a Blaine value a Blaine specific surface area value
  • the present invention achieves the same initial strength development as ordinary Portland cement. In some cases, the effect cannot be obtained, and even if crushed to obtain 8,0 cmVg, further enhancement of the effect cannot be expected.
  • the above-mentioned Blaine value is preferably from 3,500 to 6,000 cm7g.
  • the blast furnace slow-cooled slag powder (hereinafter, referred to as slow-cooled slag) used in the present invention is a blast furnace slag that has been slowly cooled and crystallized.
  • Slowly cooled slag is usually poured into a cooling yard called a dry pit or a field, cooled by natural cooling and moderate water sprinkling, and is obtained as a crystalline massive slag.
  • the proportion of the chemical components of the slowly cooled slag but are not particularly limited, usually, a principal component, Si0 2 is 25 to 45%, CaO is 30 ⁇ 50%, A1 2 0 3 is 10 20%, MgO is in the range of 3-10%.
  • a minor component contains at Na 2 0, K 2 0, Fe 2 0 3, Mn0, Ti0 2, S range of 2% or less, respectively and the like.
  • Blaine value of slowly cooled slag is 4, 000Cm preferably more than 2 / g, 4, 500 cm and more preferably over 2 / g or more, 5 or more 000cm7g is most preferred. If the Blaine value is less than 4,000 cm 2 / g, the effect of suppressing bleeding may not be obtained. On the other hand, the Blaine value is preferably 8,000 cm7 g or less, since an excessively large Blaine value may increase the amount of kneading water and deteriorate strength development and durability.
  • the vitrification rate of the slowly cooled slag is not particularly limited, but is usually 30% or less, preferably 10% or less. If the vitrification ratio exceeds 30%, the calorific value may increase.
  • S is the major crystal compound in the slowly cooled slag obtained by a powder X-ray diffraction method melilite (gehlenite 2Ca0'Al 2 0 3 'Si0 2 and Akerumanaito 2C aO'MgO' 2Si0 2 solid solution)
  • the area of the main peak of the S Represents the area of the main peak of melilite obtained by heating the slowly cooled slag at 1,000 ° C for 3 hours and then cooling it at a cooling rate of 5 // min.
  • Component of the slowly cooled slag has a composition similar to the water-granulated blast furnace slag, specifically, a Si0 2, Ca0, A1 2 0 3, and MgO, etc. major chemical components, other, Ti0 2, mn0, Na 2 0, S, Cr 2 0 3, P 2 0 5, and the like Fe 2 0 3 and the like.
  • a Si0 2, Ca0, A1 2 0 3, and MgO, etc. major chemical components, other, Ti0 2, mn0, Na 2 0, S, Cr 2 0 3, P 2 0 5, and the like Fe 2 0 3 and the like.
  • the amount of the slowly cooled slag used is not particularly limited, but usually, 10 to 50 parts of 100 parts of a cement composition comprising Portland cement having a C 3 S content of 60% or more and slowly cooled slag is used. Preferably, 30 to 40 parts is more preferable. If the amount is less than 10 parts, it is not sufficient from the viewpoint of reducing the environmental load. If the amount exceeds 50 parts, the strength development may be deteriorated.
  • the particle size of the cement composition of the present invention is not particularly be limited constant because it depends on the purpose and application to be used, typically 3 in plain value, 000-8, preferably 000cm 2 / g, 4, 000 ⁇ 6,000 cm7g is more preferred. If it is less than 3,000 cm 2 / g, sufficient strength may not be obtained, and if it exceeds 8,000 cm 2 / g, workability may be poor.
  • the respective materials may be mixed at the time of construction, or may be mixed in advance.
  • aggregates such as sand and gravel, reinforcing fiber materials, water reducing agents, high-performance water reducing agents, high-performance AE water reducing agents, thickeners, cement expansion materials, anti-freezing agents, anti-freezing agents
  • Minerals such as bentonite and montmorillonite, ion exchangers such as zeolite, hydrated talcite, and hydrated calmite, fly ash, limestone powder, granulated blast furnace slag, silica fume, and the like. Can be used in combination within a range that does not substantially inhibit.
  • a mortar was prepared by mixing 50 parts of water and 300 parts of sand with respect to 100 parts of a cement composition comprising a cement material and a slowly cooled slag shown in Table 1, and measured the compressive strength. The results are shown in Table 1.
  • Cement material A Ordinary portland cement (CaO: 65. 29%, Si0 2: 22. 14%, A 0 3: 4. 91%, Fe 2 0 3: 2. 96%, S0 3: 1. 86%) , C 3 S content of 55%,
  • Cement materials B early-strength Portland cement (CaO: 66. 87%, Si0 2: 22. 34%, A 1 2 0 3: 4. 11%, Fe 2 0 3: 2. 30%, S0 3: 2. 33%), C 3 S content of 65%, Cement-based material C: A mixture of 50 parts cement material A and 50 parts cement material B, C 3 S content 60%
  • Slowly cooled slag slowly cooled blast furnace slag pulverized product (CaO: 39.50%, Si0 2 : 31.70%, A1 2 0 3: 14.80%, MgO: 7.20%), Blaine 4, 500 cm 2 / g, specific gravity 3.00, glass 2%, sand: Standard sand used in JIS R 5201
  • Compressive strength Measured according to JIS R5201.
  • the cement composition of the present invention has the same initial strength development as ordinary Portland cement and can reduce the amount of sintering required for sintering Portland cement. It has the effect that it can be made into an object.

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Description

明細 ^ セメント組成物 技術分野
本発明は、 主に、 土木 ·建築業界で使用されるセメント組成物に関する。 なお、 本発明で使用する部や％は特に規定のないかぎり質量基準である。 背景技術
最近では、 環境問題が顕在化しており、 各業界で環境負荷の低減が求められて いる。
全産業から排出される二酸化炭素量に対する土木 ·建設業界の占める割合が極 めて大きいことから、 特に、 土木 ·建設業界では、 環境負荷の低減が切望されて いる。
セメント産業から排出される二酸化炭素はそのほとんどが原料の石灰石の焼成 や、 その際に使用する燃料の燃焼に由来している。
したがって、 二酸化炭素排出量を軽減するためには、 セメントクリン力の焼成 量を低減することが最も有効な方法であり、セメント使用量を低減して各種混合 材を混合した各種混合セメン卜の利用を推進することは極めて重要である。 しかしながら、 混合セメントは初期の強度発現性が劣るという課題を有するも のであった。
初期強度は脱型サイクルと深く関連するのでェ期を短縮する上でも重要であり、 今日では、 初期強度発現性が良好で、 特に混和材を 30%を超えて使用しても普通 ポル卜ランドセメントと同等の強度発現性が得られるセメント組成物の開発が たれているのが実状である。
一方、 製鉄所から副生する高炉徐冷スラグは、 路盤材ゃセメント原料に利用さ れているが、 発生量に対する処理量はごくわずかであり、 その有効利用方法につ いては未だに模索状態にある。 そこで、 本発明者は前記課題を解決すべく種々努力を重ねた結果、 3CaO * Si02 含有量が 60%以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末を含有してなる セメント組成物を使用することにより、 初期強度発現性が良好で、 特に、 高炉徐 冷スラグ粉末を 10〜50%使用したセメン卜組成物が、 普通ポルトランドセメント と同等の強度発現性が得られることを知見し本発明を完成するに至った。 発明の開示
即ち、 本発明は、 3Ca0 * Si02含有量が 60%以上のポルトランドセメントと高炉 徐冷スラグ粉末とを含有してなるセメント組成物であり、 該セメント組成物 100 部中、 高炉徐冷スラグ粉末の含有量が 10〜50部である該セメント組成物である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明をさらに詳しく説明する。
本発明で使用する 3CaO · Si02 (以下、 C3Sという）含有量が 60%以上のポルトラ ンドセメント（以下、 セメント物質ともいう）とは、 C3S含有量が 60%以上であれ ばよく、 3Ca0 ' Al 203、 4CaO · A1203 · Fe203、 2Ca0 · Si02、 及びセッコゥなどの 含有量には特に限定されるものではない。なお、ポルトランドセメントとしては、 . 組成が異なる 2種以上のポルトランドセメントの混合物も使用でき、 この場合、 C3S含有量は、混合物に含有されるそれぞれのポルトランドセメン卜の C3S含有量 の加重平均値を意味する。 '
通常、 ポルトランドセメントは、 CaOを Si02を S、 A1203を A、 及び Fe203を F で表すと、 C2S、 C3S、 C3A、 及び C4AFを主体とするクリン力とセッコゥから構成 されている。
セメン卜物質としては、早強セメン卜や超早強セメントなどの使用が好ましく、 これらは市販品として入手可能である。
セメント物質の粒度は特に限定されるものではないが、 通常、 ブレーン比表面 積値（以下、 ブレーン値という）で 3, 000〜8, 000cm7g程度が好ましい。 3， 000cm2/ g未満では普通ポルトランドセメント並の初期強度発現性を得るという本発明の 効果が得られない場合があり、 8， OOOcmVgを得るように粉砕してもさらなる効果 の増進が期待できない。 なかでも、 上記ブレーン値は、 3, 500 〜6， 000cm7g が 好ましい。
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末（以下、 徐冷スラグという）とは、 徐冷さ れて結晶化した高炉スラグである。 徐冷スラグは、 通常、 ドライピット、 あるい は畑と呼ばれる冷却ヤードに溶融スラグを流し込み、 自然放冷と適度の散水によ り冷却され、 結晶質の塊状スラグとして得られる。
徐冷スラグの化学成分の割合については、 特に限定されるものではないが、 通 常、 主成分である、 Si02は 25〜45%、 CaOは 30〜50%、 A1203は 10〜20 %、 MgOは 3 〜10 %程度の範囲にある。 そのほか、 微量成分である、 Na20、 K20、 Fe203、 Mn0、 Ti02、 Sなどをそれぞれ 2 %以下の範囲で含んでいる。
徐冷スラグのブレーン値は 4, 000cm2/gを超えることが好ましく、 4， 500cm2/g以 上がより好ましく、 5, 000cm7g以上が最も好ましい。 ブレーン値が 4, 000cm2/g以 下では、 ブリーデイングの抑制効果が得られない場合がある。 一方、 該ブレーン 値は、 過度に大きくなると混練水量が多くなり、 強度発現性や耐久性が悪くなる 場合があるので、 8, 000cm7g以下の範囲が好ましい。
また、 徐冷スラグのガラス化率は特に限定されるものではないが、 通常、 30% 以下であり、 10 %以下が好ましい。 ガラス化率が 30%を超えると発熱量が大きく なる場合がある。
本発明でいうガラス化率（X)は X ( % ) = ( 1 - S / S o) X 100として求め られる。 ここで、 Sは粉末 X線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結 晶性化合物であるメリライト（ゲーレナイト 2Ca0'Al 203 ' Si02とァケルマナイト 2C aO'MgO' 2Si02の固溶体）のメインピークの面積であり、 S。は徐冷スラグを 1， 000°C で 3時間加熱し、 その後、 5 //分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメ インピークの面積を表す。
徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、 具体的には、 Si02、 Ca0、 A1203、 及び MgOなどを主要な化学成分とし、 その他、 Ti02、 Mn0、 Na 20、 S、 Cr203、 P205、 及び Fe203などが挙げられる。 また、 徐冷スラグを調製する場合、 セメント物質のクリン力を粉砕する際に同 時粉碎しても良いし、 別々に粉砕しても差し支えない。
徐冷スラグの使用量は、 特に限定されるものではないが、 通常、 C3S含有量が 6 0%以上のポルトランドセメントと徐冷スラグからなるセメント組成物 100部中、 10〜50部が好ましく、 30〜40部がより好ましい。 10部未満では環境負荷低減の観 点から充分でなく、 50部を超えると、 強度発現性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的や用途に依存するため特に限 定されるものではないが、通常、 プレーン値で 3， 000〜8, 000cm2/gが好ましく、 4, 000〜6， 000cm7gがより好ましい。 3， 000cm2/g未満では強度発現性が充分に得ら れない場合があり、 8, 000cm2/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、 あら かじめ混合しておいても差し支えない。
本発明では、セメント組成物の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、 高性能減水剤、 高性能 A E減水剤、 増粘剤、 セメント膨張材、 防鲭剤、 防凍剤、 ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、 ゼォライト、 ハイド口タルサ イト、 及びハイド口カルマイトなどのイオン交換体、 フライアッシュ、 石灰石粉 末、 高炉水砕スラグ微粉末、 並びに、 シリカフュームなどを本発明の目的を実質 的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
以下、 実験例により本発明を詳細に説明する。
実験例 1
表 1に示すセメント物質と徐冷スラグとからなるセメント組成物 100部に対し て、 水 50部と砂 300部を混合してモルタルを調製して圧縮強度を測定した。 結果 を表 1に併記する。
ぐ使用材料〉
セメント物質 A：普通ポルトランドセメント （CaO： 65. 29%、 Si02： 22. 14%、 A 03： 4. 91 %、 Fe203： 2. 96 %、 S03： 1. 86%) 、 C3S含有量 55%、
セメント物質 B ：早強ポルトランドセメント （CaO： 66. 87%、 Si02： 22. 34%、 A 1203： 4. 11 %、 Fe 203： 2. 30%、 S03： 2. 33 % ) 、 C3S含有量 65 %、 セメン寸ト物質 C：セメント物質 A50部とセメント物質 B50部の混合物、 C3S含有 量 60%
徐冷スラグ：高炉徐冷スラグの粉砕品 （CaO： 39.50%、 Si02： 31.70%, A1203： 14.80%、 MgO： 7.20%) 、 ブレーン値 4， 500cm2/g、 比重 3.00、 ガラス化率 2 %、 砂 ： JIS R 5201で用いる標準砂
水 ：水道水
<測定方法〉
圧縮強度 ： JIS R5201に準じて測定。
Figure imgf000006_0001
実験例 2
表 2に示すセメント物質 Bと徐冷スラグを使用した と以外は実験例 1と同様 に行った。 結果を表 2に併記する。
表 2 実 ¾ セメン卜物質 徐冷スラグ 圧縮強 度 （N/mm2 ) 備考 NO. 種類 含有 量 含有量 1 曰 3 曰 7曰
(部） (部）
2-1 Β 100 0 21.9 40.3 53.2 比較例
2-2 Β 90 10 19.5 39.2 54.1 実施例
2-3 Β 80 20 18.3 36.2 51.3 実施例
Β 70 30 15.3 31.8 47.1 実施例
1-3 Β 65 35 13.3 26.4 44.9 実施例
2-5 Β 60 40 12.6 25.7 44.3 実施例
2-6 Β 50 50 11.6 24.9 43.2 実施例 産業上の利用可能性
本発明のセメント組成物を使用することによって、 普通ポルトランドセメン卜 と同等の初期強度発現性を有し、 ポルトランドセメントを焼成するためのクリン 力焼成量を低減できるので、環境負荷低減型のセメント組成物とすることができ るなどの効果を奏する。

Claims

請求の範囲
1 . 3CaO · Si02含有量が 60%以上のポルトランドセメントと高炉徐冷スラグ粉末 とを含有してなることを特徴とするセメント組成物。
2 . 前記高炉徐冷スラグ粉末が、 該高炉徐冷スラグ粉末と前記ポル卜ランドセメ ントとの合計 100部中に 10〜50部含まれるセメント組成物。
3 . 前記ポルトランドセメントの粒度が、 ブレーン比表面積値として 3, 000〜8, 000cm2/gである請求項 1または 2に記載のセメント組成物。
4 .前記高炉徐冷スラグは、 Si02 は 25〜45 %、 CaOは 30〜50%、 A1203は 10〜20%、 および MgOは 3〜10%を主成分とする請求項 1、 2または 3に記載のセメント組成 物。
5 . 前記高炉徐冷スラグの粒度が、 ブレーン比表面積値として 4, 000cm2/g以上で ある請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のセメント組成物。
6 . 前記高炉徐冷スラグの粒度が、 ガラス化率 3 0 %以上を有する請求項 1〜5 のいずれか 1項に記載のセメント組成物。
PCT/JP2001/007968 2000-09-13 2001-09-13 Composition de ciment WO2002022518A1 (fr)

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