コンクリートとは？ セメントとは？ コンクリート工学研究室 岩城　一郎.

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1 コンクリートとは？ セメントとは？ コンクリート工学研究室 岩城　一郎

2 コンクリートとは？ コンクリート 骨格材（骨材）をマトリックス（Matrix:母体となる材料）で結合し，一体化したもの．
通常のコンクリート：マトリックスとしてセメントを用いたもの（セメントコンクリート） 他にアスファルトコンクリート，レジン（樹脂）コンクリート等 セメントコンクリート（以下，コンクリート） 全体の7割を占める骨材（細骨材，粗骨材）の隙間をセメントペーストで満たす． セメントペーストで骨材を結びつけ，コンクリート全体を一体化 用語 セメントペースト：水+セメント モルタル：水+セメント+細骨材 コンクリート：水+セメント+細骨材+粗骨材+α（混和材料） 　（全国版のニュースですら，セメントとコンクリートの違いが認識されていない．）

3 セメントの歴史 コンクリートの発達≒セメントの発達
セメントのようなもの：古代エジプト，ギリシャ・ローマ時代から存在，主として石材と石材の接着用（5000年前の中国でも発見） 1700年代中期　John Smeaton：水硬性（水と反応して硬化する性質）石灰を発見→James Parker：ローマンセメントを発明 1824年：Joseph Aspdinが，ポルトランドセメントを発明→特許（ポルトランドセメントの歴史：180年） 1875年：我が国でも製造開始→我が国のセメントの　歴史：130年（鉄筋コンクリート100年程度，プレストレストコンクリート50年程度）

4 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

5 セメント工場 実線：原料の流れ点線：気体の流れ 予熱装置 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 1450℃ 冷却機

6 セメントの製造工程 （社）セメント協会HPより

7 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

8 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

9 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
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．）

10 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

11 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）

12 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 その他特殊セメント：超速硬セメント等

13 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

14 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