セメントとは

  セメントとは、コンクリートを作るための材料の一つで灰色の粉末です。現在セメントは、そのほとんどがコンクリートとして使われていますが、大別して「ポルトランドセメント」「混合セメント」「特殊セメント」の３つに分けられます。通常、私たちが目にすることが多いのは「ポルトランドセメント」です。

  図-1にセメントの構成比を示します。この図で、クリンカというのは、石灰石と粘土を混ぜて焼いたもののことです。現在、わが国で販売されているセメントの約７０％は「普通ポルトランドセメント」であり、次いで「高炉セメント」が約２０％、「早強ポルトランドセメント」が約５％です。「ポルトランドセメント（Portland cement）」は、その固まったものの色や硬さがイギリスのポルトランド岬から産出される建築材『ポルトランドストーン』によく似ていることから、ポルトランドセメントと呼ばれています。

  セメントの種類は、本来、適材適所を旨とし、そのほか経済性や供給体制を確認してから選定することが原則となります。しかし往々にして要求性能の一部を過大視するあまり、不適切な選定を余儀なくされることもあるようです。また、使用する対象（構造物）や施工方法、施工条件によっても使用するセメントが異なる場合もあります。

（２）「特殊なセメント」の種類

早強ポルトランドセメント　ＪＩＳ　Ｒ　５２１０

  初期強度の発現性に優れるエーライトＣ_３Ｓの含有率を高め、水と接触する面積を多くするためにセメント粒子を細かく砕いて、短期間で高い強度を発現するようにしたセメントです。

特徴

普通ポルトランドセメントが３日で発揮する強さを１日で発揮するセメントです。型枠の脱型を早めるため、早く強度が欲しい時に使用されます。

用途

緊急工事、寒冷期の工事、コンクリート製品

中庸熱ポルトランドセメント　ＪＩＳ　Ｒ　５２１０

  体積の大きな構造物（「大量」の意味をもつ「マス」をつけ、「マスコンクリート」という）の工事用に、水和熱を低くするためにエーライトＣ_３Ｓ、アルミネート相Ｃ_３Ａの含有量を少なくしたセメントです。結果として、ビーライトＣ_２Ｓの多い組成になっています。

特徴

普通ポルトランドセメントに比べ、水和熱が低いセメントですが、(1)長期強度に優れる(2)乾燥収縮が小さい(3)硫酸塩に対する抵抗性が大きいなどの特徴があります。

用途

ダム、大規模な橋脚工事

耐硫酸塩ポルトランドセメント　ＪＩＳ　Ｒ　５２１０

  セメント中のアルミネート相Ｃ_３Ａは、硫酸塩に対する抵抗性が弱いため、その含有量を極力少なくしたセメントです。

特徴

海水中や温泉地近くの土壌、下水・工場廃水中に含まれることがある、硫酸塩に対する抵抗性を高めたセメントです。

用途

護岸工事、温泉地付近の工事、化学工場の工事

混合セメント　ＪＩＳ　Ｒ　５２１１～５２１３

  ポルトランドセメントのクリンカとせっこうのほかに、各種の混合材を混合してつくったセメントです。ＪＩＳ規格で定める混合材には、(1)高炉スラグ、(2)フライアッシュ、(3)シリカ質混合材の３種類があり、これらの混合材の名称により、それぞれの混合セメントの名称がつけられています。写真はフライアッシュの顕微鏡写真（×２５００）です。

特徴

混合材の混合比率によってそれぞれＡ種，Ｂ種，Ｃ種があります。
用途に応じてそれぞれ所定量の混合材を単独で混合しています。

用途

建築・土木工事

フライアッシュセメント　ＪＩＳ　Ｒ５２１３

  フライアッシュ自体は、水和反応しませんが、含まれている二酸化けい素ＳｉＯ_２が、セメントの水和反応によって生じた水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２と反応して水和物（けい酸カルシウム水和物）を生成します（この反応を「ポゾラン反応」といいます）。この水和物は緻密で耐久性に優れています。

特徴

主に火力発電所で石炭の燃焼時に発生するフライアッシュ（微粉状の石炭灰）のなかで良質なものを混合したセメントです。良質なフライアッシュは球形なのでコンクリートのワーカビリティが向上します。

用途

ダムや港湾などの大型土木工事や水密性を要求される構造物

エコセメント　ＪＩＳ　Ｒ　５２１４

  廃棄物問題の解決を目指して開発されたセメントで、都市部で発生する廃棄物を主原料とし、主に都市ゴミ焼却灰を使用しています。エコセメントは2002年にJIS R 5214として規格化されており、その中でエコセメント１ｔの製造につき、原料として廃棄物を500ｋｇ以上用いる事が規定されています。

特徴

原料となる廃棄物の影響により、ポルトランドセメントより塩素が僅かに多く含まれていますが、性能は普通ポルトランドセメントと同等です。

用途

コンクリート製品、建築・土木工事

２成分、３成分系の低発熱セメント

  工事の条件などによって混合材の種類、混合量を指定してつくる特別なセメントで、混合材が１種類の場合を「２成分系」、２種類の場合を「３成分系」と称しています。これらのセメントは注文により生産されるので、１箇所で大量に使用する工事などに使われます。

特徴

低発熱を目的に、普通ポルトランドや中庸熱ポルトランドセメントをベースに高炉スラグ、フライアッシュなどの混合材をそれぞれ指定された量を混合したセメントです。

用途

ダムや大型橋脚など大量のコンクリートを打つ工事

セメント系固化材

  セメント系固化材は、「土あるいはこれに類するもの」を固めることを目的に、ポルトランドセメントの成分、粒度の構成を変更し、土質に応じてさらに有効成分を添加したもので「ジオセメント」ともいわれています。写真のように高層ビルの基礎地盤改良にも使用されています。

特徴

軟弱地盤を改良するため土を固めたり、ヘドロや建設発生土を良質な土に変えるために土に混合して使用するセメントです。対象となる土に応じて成分調整されています。粉体またはスラリー状で使用されています。

用途

水を多量に含む軟弱地盤の改良、有機質土壌の安定化、川や池の底にたまるヘドロの固化処理、下水汚泥の固化など

高ビーライト系セメント

  低発熱用セメントとして、セメント成分のうち発熱の大きいアルミネート相Ｃ_３Ａをできる限り抑え、水和熱の小さなビーライトＣ_２Ｓが主成分となるよう調整したセメントです。

特徴

低発熱用セメントとして、流動性の良いコンクリートをつくりやすい特性があります。工事の合理化と水和熱抑制を目的とした工事に使用されます。

用途

大型構造物

アルミナセメント

  アルミニウムの原料である「ボーキサイト」と石灰石からつくられたセメントです。

特徴

練混ぜ後６～１２時間でおおむね普通ポルトランドセメントの材齢２８日の強さを発揮します。また、耐火性、耐酸性にも優れています。

用途

緊急工事、寒冷地での工事や耐火物、化学工場での建設工事

気硬性セメント

  消石灰、せっこう、マグネシアセメント（焼成した酸化マグネシウムに「にがり」を加えて硬化させる。急硬性で、水や熱に弱い）も「気硬性セメント」としてセメントの一種とされることがあります。

特徴

ポルトランドセメントのように水中で硬化する水硬性セメントに対して、気硬性セメントは空気中で硬化します。気硬性セメントは耐水性がなく、適用場所が限定されます。

用途

建築工事など

  クリンカの焼成は、セメント製造の中心的な工程です。日本のセメント工場では、焼成効率を向上させるために、粉体原料を直接「ロータリーキルン」（回転窯）に送り込むのではなく、プレヒータを通過させてから送り込む方式を採用しています。こうしてロータリーキルンに送り込まれた原料は、1,450℃以上の高温で焼成されます。この過程で原料は徐々に化学変化し、水硬性をもった化合物の集まりであるクリンカとなります。

  焼成用熱エネルギー源として使われた石炭や廃棄物等の灰分もクリンカに取り込むので、二次廃棄物はまったく生じません。その後、クリンカは冷却機（クーラ）に入り急冷されます。クリンカを冷却して熱くなった空気は、キルンや仮焼炉の燃焼用空気として利用します。また、プレヒータの排ガスも原料の乾燥や排熱発電に無駄なく利用します。

  セメントの原料（石灰石、粘土、けい石）や燃料の大半は地殻に存在する天然資源です。表から推測できるように、セメントには主構成元素のほかに微量元素も含まれており、これを避けることは不可能です。セメントと水を練り混ぜた場合、これらの微量成分の中で六価クロム（Ｃｒ^６＋）を除く成分は、アルカリ性の水溶液中で水酸化物として沈殿したり、溶解度のきわめて小さい化合物になったり、セメント水和物中に固定されるため、ほとんど溶出しません。六価クロムはアルカリ領域で陰イオン（ＣｒＯ_４^２－）として挙動します。

  そのため、セメントを利用する設備の洗浄水などには、六価クロムイオンが検出される可能性があります。その濃度は、水質汚濁防止法で規制されている排水施設からの排出基準である０．５ｍｇ／l  に達していることも起こり得ます。万一、規準を上回る場合は還元剤を添加するなどの処理をして排出する必要があります。

  硬化コンクリートを２０ｍｍ以下に砕き、ｐＨを調整した水に入れて６時間連続振とうさせる方法で六価クロムを溶出させた試験結果の一例を図に示します。図からわかるように、溶出がきわめて生じやすい条件下でも、硬化したコンクリートやモルタルからの六価クロム溶出量は、上水道の水質基準と同一規制値である環境基準値以下なので、環境への影響はないといえます。なお、セメント中の六価クロムに過敏な体質の人が直接触れると、皮膚にアレルギーを発生させることもあるといわれています。

  セメント業界ではセメント生産時の自主規制値（水溶性六価クロム量で２０ｍｇ／ｋｇを上限値とする）を定めるとともに、引き続きその低減対策に取り組んでいます。セメントやコンクリートは、常識的な取扱いと管理をしていれば、人体にも地球環境にも安全な製品です。セメント産業はこれからも広範な分野から排出される多種多様の廃棄物を、工夫をこらして無害化処理しながら、さらにすばらしい性能の製品を製造していきます。