ポルトランドセメントの種類
日本の食料自給率は40％に満たないのに対して、日本のセメント自給率は99％を超えている。石灰石（セメント原料）に富む日本は、実はセメント大国であり、輸出もしているほどなのだ。
そんなセメントには以下の4種類がある。
- ポルトランドセメント
- 混合セメント
- エコセメント
- 特殊セメント
今回勉強するのは、セメントの中のシェア7.5割を占める「ポルトランドセメント」についてだ。
「ポルトランドセメント」もさらに12種類の分類されるが、これを全て覚えてほしい、とは言わない。
覚えるのは6種類でいい。なぜなら同じ名称のものが「通常形」と「低アルカリ形」に分類されるからだ。しかも名称は性質を表しているので、そんなに暗記が難しいものでもない。以下に表を示す。
ポルトランドセメントの規格値
左から順に、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩の6種類（それぞれ「標準型」と「低アルカリ形」 で12種類）。
ポルトランドセメントが使われる用途と、簡単な解説を加えると、こうなる。
- 普通セメントは、ごく一般的に使われるセメント。
- 早強セメントは、早く強度を出したい時、冬の工事などで使う。
- 超早強セメントは、超っ早で強度が欲しい時。緊急工事など（現在は使われていない）。
- 中庸熱セメントは、 ダムなど水和熱を抑えたいマスコンクリートなどに使われる。「中庸」とは偏りが少ないという意味で、グラフでも真ん中付近に位置している。
- 低熱セメントも、マスコン・高流動・高強度など発熱を低く抑えたい時に使う。
- 耐硫酸塩セメントは、下水や防波堤など、硫酸塩の浸食が懸念される所で使う。
ポルトランドセメントの比表面積
ここでセメントを知るために外せない2項目がある。それが「比表面積・粉末度」と「組成化合物」の2つだ。
なぜ、これらが重要か？
それはこの2項目がコンクリートの「強度発現」「水和熱」に大きく寄与しているからである。
まずは「比表面積」。
聞きなじみのない言葉だろうが、文字通り、セメントの表面積を表す。セメント粒子が大きいか小さいかを意味していて、数字が大きいほど細かい（小さい）。セメントの粉末度合いを表す単位が、比表面積である。
では「粉末度」とは何か？
粉末度とは、粒子が細かいセメント（比表面積が大きい）ほど、水に触れる面積が大きいことを指す。すなわち、反応する面積が多いため、早期に強度が発現するということになる。
つまり、「比表面積 大」＝「強度発現 早い」ということだ。
ここで「ポルトランドセメント」の比表面積の数値も覚えてほしい。
大して難しくはない。覚えるのは以下の3つだけ。
「2500・3300・4000」
3300は、2500と4000の約半分（3250）なので、実質は2つでOKだ。
ポルトランドセメントの規格値
「組成化合物」の覚え方
次に「組成化合物」について。
前回解説したカルシウム（Ca）、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）、鉄（F）。セメントはこれらを組み合わせた、以下の4つの組成から成り立っている。
- C3S けい酸三カルシウム
- C2S けい酸二カルシウム
- C3A アルミン酸三カルシウム
- C4AF 鉄アルミン四カルシウム
この4種類の組成化合物の割合によって、セメントの個性が決定付けられる。
聞きなれない言葉の羅列だからといって委縮しないでほしい。すべての化合物に「カルシウム」が入っていることは共通だし、記号と読み方にも法則性がある。
後ろから順に組成物を呼んでいるだけだ。
例えば、C3S
→C（カルシウム）＋3（数字）＋S（ケイ素）
→けい酸＋三＋カルシウム
もうひとつ、C4AF
→C（カルシウム）＋4（数字）＋A（アルミニウム）＋F（鉄）
→鉄＋アルミン＋四＋カルシウム
では、それぞれの組成化合物の役割を説明しよう。
まずは対になる2つの、C3SとC2S
- C3S：けい酸三カルシウム（エーライトとも呼ぶ）
- C2S：けい酸二カルシウム（ビーライトとも呼ぶ）
C3Sの量が多いと、早強性が高まる。
C2Sの量が多いと、ゆっくりと強くなる。
先ほど、比表面積が大きいほど、強度発現が早くなると説明した。しかし、比表面積で早強性は確保できるが、ゆっくり強くすることはできない。
具体的にいうと、早強・超早強は、比表面積とC3Sで早期強度を確保している。
それに対して、中庸熱・低熱は、C3Sを減らしつつ、C2Sを増やして水和熱の上昇を抑えている。
- C3A：アルミン酸三カルシウム（アルミネートとも呼ぶ）
初期の水和反応速度が非常に早いので、その抑制のためにせっこうが入れられる。
まず水和初期にせっこうと反応して、エトリンガイトを生成。その後、コンクリート中のせっこうが減ってくると、生成されたエトリンガイトとC3Aが反応をしはじめ、モノサルフェートを生成する。
エトリンガイト：膨張性の析出物
モノサルフェート：粘性をもたせる作用をする水和生成物
- C4AF：鉄アルミン酸四カルシウム（フェライトとも呼ぶ）
強度発現には寄与する特徴はない。
では、なぜこの組成化合物が入っているのかというと、セメントを生成する際に、焼成温度を下げられる効果があるからである。この成分のお陰で、焼成温度は1450℃に抑えられている。
以下に、各特性をまとめた表を示す。しっかりと理解してほしい。
組成化合物とその特性
以上、「比表面積」「組成化合物」の項目は理解できただろうか？
ここが理解できていると、今後のセメントに対する知識を深堀りする助けになる。
逆にこれを知らないと、これから出てくる項目に対してアレルギー反応が出るかも知れない。出てきた数値を丸暗記、なんてことにならないためにも、ぜひここは丁寧に進めてほしい！
