Transcript セメントの製造方法
セメントについて コンクリート工学研究室 岩城 一郎 ポルトランドセメントとは？ ポルトランドセメント：石灰石，粘土，その他を焼 成し，粉砕したもの． 石灰石（主成分：CaCO3）と粘土（主としてSi：シ リカ，Al，H2O），若干の酸化鉄（セメントの鉄分 Feの補給，溶融点を下げる）を混合：1450℃前 後に焼成（半溶融状態）→クリンカー（石ころ状） を粉砕→粒度を調整→（このままでは急結性を 示すため，）緩結材として3-4%の石こう（CaSO4） 添加 セメント工場 実線：原料の流れ 点線：気体の流れ 冷却機 予 熱 装 置 1450℃ 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 セメントの製造工程 （社）セメント協会HPより 生成化合物の種類 4種類 C3S（３CaO・SiO2：エーライトまたはアリット） C2S（2CaO・SiO2：ビーライトまたはベリット） C3A（３CaO・Al2O3：アルミネート相） C4AF（4CaO・Al2O3・Fe2O3：フェライト相） 表2.1参照 強度発現 水和熱，化学抵抗性，乾燥収縮→耐久性 ポルトランドセメントの種類 普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 超早強ポルトランドセメント 中庸熱ポルトランドセメント 低熱ポルトランドセメント 耐硫酸塩ポルトランドセメント （白色ポルトランドセメント） 表2.2，表2.3参照 ポルトランドセメントの種類 早強性← →低水和熱 超早強←早強←普通→中庸熱→低熱 ↓耐硫酸塩性 耐硫酸塩 普通ポルトランドセメント：最も汎用性の高いセメント （一般的な構造物，全体の約7割） 早強ポルトランドセメント：普通よりも早く強度が出るセメント （工場製品，寒冷地） 超早強ポルトランドセメント：早強よりもさらに早く強度が出るセメント （緊急工事用） 中庸熱ポルトランドセメント：普通に比べ，水和熱の発生を小さくしたセメント （ダム等マスコン） 低熱ポルトランドセメント：中庸熱よりもさらに発熱を抑制したセメント（マスコン） 耐硫酸塩ポルトランドセメント：硫酸塩に対する抵抗性を高めたセメント （硫酸塩を多く含む環境：海水，温泉，下水，工場廃水，化学工場等） （白色ポルトランドセメント：色が白いため，これに顔料を加えることにより種々の色 のコンクリートを作ることができる．） 混合セメント（1） 混合セメント ポルトランドセメントに他の材料を混合したセメント 高炉セメント 鉄鉱石から鉄を採取する際に発生する廃棄物（高炉スラグ）を急 冷し，微粉砕したもの（高炉スラグ微粉末）を混合．置換率によっ てA種からC種まで．主としてB種を使用（表2.4参照） 潜在水硬性：それ自身では水硬性をもたないが，セメントと水との 反応によって生じたCa(OH)2による刺激によって水和反応を起こし， 硬化する性質． 高炉セメントコンクリートの性質：初期強度は小さい（特に低温下 で顕著），長期強度は大きい（ただし，十分に水分を供給した場 合）．海水（塩化物，硫酸塩）に対する抵抗性が大きい．水密性が 高い．緻密な細孔組織． シリカセメント 反応しやすいシリカ（SiO2）を含むポゾランをポルトランドセメントに 混合したセメント 混合セメント（2） フライアッシュセメント 石炭火力発電所から発生する灰のうち，微細な粒子を集塵機で 集めたもの（フライアッシュ：ポゾランの一種）を混合． ポゾラン反応：それ自身では水硬性を持たないが，セメントの水和 反応で生じたCa(OH)2と水があるとこれらと反応し，硬化する．（一 般に，潜在水硬性とは区別される） フライアッシュセメントの性質：初期強度は小さい，長期強度は大 きい．水密性，化学抵抗性が高い．フライアッシュの粒形は球状な ため，一般にコンクリートの流動性がよくなる．（→悪い場合もある． 未燃炭素の影響） セメントに関する最近のトピックス セメント製造に伴う環境負荷：天然資源の消費，焼成に伴う 燃料の消費・CO2の排出 グリーン購入法の施行に伴う，混合セメント（高炉セメント，フ ライアッシュセメント）の需要拡大 エコセメント：都市ゴミ焼却灰，下水汚泥を主原料にしたセメ ント．廃棄物問題を解決する一手段として，最近注目．原料 となる廃棄物の影響でセメントには約１％の塩素が含まれる ので，用途は鉄筋を使わないコンクリート分野が主流→速硬 エコセメント．最近では脱塩素技術が進歩し、より通常のセメ ントに近いものも開発→普通エコセメント http://www.taiheiyo-cement.co.jp/zero-hai/ecoc/index.html その他特殊セメント：超速硬セメント等 セメントの水和反応 三浦尚著：土木材料学 （改訂版），コロナ社 水和反応：セメント化合物（C3S，C2S，C3A，C4AF）が水（H2O）と反 応し，水和物（C-S-H，Ca(OH)2，エトリンガイト等）を生成 C-S-H：結晶質の低い水和物（ゲル）， Ca(OH)2：結晶質 セメントの水和反応（概念図） セメント 水 水和直後 数日後～数年後 数時間後 残った セメント セメントが 固まったもの コンクリート橋 砂利 気泡 砂 コンクリート 空隙 セメントペースト C&Cエンサイクロペディア （セメント協会）より引用 セメントの物理的性質 密度：普通ポルトランドセメント（OPC）で約3.15g/cm3 比表面積（粉末度）：OPCで約3000cm2/g 凝結：セメントペーストのこわばりの状態（流動性が 失われていく状態），始発と終結，始発前：まだ固ま らない状態，終結後：硬化 強さ：決められた砂（標準砂），配合（W/C＝0.5）， 方法により得られたモルタルの圧縮強度で評価