JP2006298666A - コンクリート用炭酸カルシウム微粉末、その製造方法、及びフレッシュコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】 コンクリートの混和材として使用した場合に、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化を十分に小さくすることができる炭酸カルシウム微粉末およびその製造方法、並びにフレッシュコンクリートを提供すること。
【解決手段】 本発明は、湿分が０．２０質量％以上であるコンクリート用炭酸カルシウム微粉末である。このコンクリート用炭酸カルシウム微粉末によれば、コンクリートの混和材として使用した場合に、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化を十分に小さくすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コンクリート用炭酸カルシウム微粉末およびその製造方法、並びにコンクリート用炭酸カルシウム微粉末を用いたフレッシュンクリートに関する。特に、本発明は、炭酸カルシウム微粉末の使用量が多い粉体系あるいは併用系高流動コンクリートに好適なコンクリート用炭酸カルシウム微粉末、その製造方法、及びフレッシュコンクリートに関する。

近年、コンクリート構造物の大型化や複雑化に伴い、施工作業の簡素化や振動締め固めによる騒音低減のために、流動性と材料分離抵抗性に優れる高流動コンクリートの使用が増加している。高流動コンクリートは、材料分離を低減する方法によって、１）水溶性高分子を使用する増粘剤系コンクリート、２）セメント、石灰石微粉末、高炉スラグ粉末等の粉体量を多くして水結合材比を低くする粉体系コンクリート、３）１と２を組合せた併用系コンクリート、の３つの種類に分類される。

粉体系あるいは増粘剤との併用系の高流動コンクリートでは、所要の材料分離抵抗性を得るために、多量の粉体量が必要とされる。この場合、セメント量を増加すると、水和発熱量が大きくなり温度ひび割れが懸念されたり、強度が過剰となり経済的でないという問題が生じる。このため、近年では、活性の低い石灰石等の炭酸カルシウムを主成分とする微粉末の利用が検討されている。

石灰石微粉末を混和したコンクリートは、未混和のコンクリートとは異なるフレッシュ性状を示すことが知られている。石灰石微粉末の品質および混和条件とフレッシュ性状との関係については多くの研究事例があり、それらをとりまとめた内容として、社団法人日本コンクリート工学協会から、「石灰石微粉末を用いたコンクリートの施工マニュアル（案）」が提示されている（非特許文献１）。

該マニュアルによると、フレッシュコンクリートの流動性に影響を及ぼす石灰石微粉末の品質としては、比表面積、粒度分布、粒子形状、不純物（有機物あるいは粘土鉱物）量が挙げられている。また、フレッシュコンクリートの流動性を向上させる目的で、石灰石粉末のブレーン比表面積や水溶性アルカリ量を規定した技術が提案されている（特許文献１）。
石灰石微粉末の特性とコンクリートへの利用に関するシンポジウム 委員会報告書・論文集、日本コンクリート工学協会、（１９９８） 特開２００１−２５３７３６号公報

ところで、コンクリートは一般に、練混ぜ、運搬を経て打設される過程を経るが、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化が大きい場合、このことが、品質管理が困難になる、あるいはポンプ圧送が困難になるなどのトラブルの原因となっている。このため、炭酸カルシウム微粉末を混和したフレッシュコンクリートについても、練混ぜ直後の流動性が高く経時変化が小さいこと、また、それらの性能が安定的に得られることが望まれている。

しかし、粒度や不純物の量が管理された石灰石等の炭酸カルシウム微粉末を使用しても、フレッシュコンクリートの流動性は大きく変動することがあり、これら以外の炭酸カルシウム微粉末の品質とフレッシュコンクリートの流動性との関係については、定量的かつ系統的な評価が十分になされているとは言えなかった。

本発明は、コンクリートの混和材として使用した場合に、フレッシュコンクリートに流動性の経時変化が小さい性質を付与することができるコンクリート用炭酸カルシウム微粉末およびその製造方法、並びにフレッシュコンクリートを提供することを目的とする。

本発明者等は、このような目的を達成するために、炭酸カルシウム微粉末の品質がフレッシュコンクリートの流動性に及ぼす影響を鋭意検討した結果、炭酸カルシウム微粉末の湿分が上記目的の達成に重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明者らは、炭酸カルシウム微粉末の湿分をある一定の条件に制御することにより、それを混和したフレッシュコンクリートの流動性の経時変化を小さくすることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、湿分が０．２０質量％以上であるコンクリート用炭酸カルシウム微粉末である。

このコンクリート用炭酸カルシウム微粉末によれば、コンクリートの混和材として使用した場合に、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化を十分に小さくすることができる。

また、本発明は、水、炭酸カルシウム微粉末、セメント、細骨材、粗骨材及び高性能ＡＥ減水剤を含むフレッシュコンクリートであって、炭酸カルシウム微粉末が、上記炭酸カルシウム微粉末であることを特徴とするフレッシュコンクリートである。

このフレッシュコンクリートによれば、流動性の経時変化を小さくすることができる。

上記フレッシュコンクリートは、フレッシュコンクリート１ｍ^３当り、前記水を１５０〜１８５ｋｇ、炭酸カルシウム微粉末を１００〜３５０ｋｇ、セメントを２３０〜６００ｋｇ、細骨材を７００〜１２００ｋｇ、粗骨材を７００〜１０００ｋｇ、高性能ＡＥ減水剤を２〜３０ｋｇ含むことが好ましい。この場合、水、炭酸カルシウム微粉末、セメント、細骨材、粗骨材、高性能ＡＥ減水剤が上記範囲を外れる場合に比べて、流動性の経時変化が小さく、かつ、材料分離抵抗性に優れる性能が得られやすいという利点がある。

また、本発明は、炭酸カルシウムを主成分とする無機物を、粉砕及び加水処理してコンクリート用炭酸カルシウム微粉末を得る工程を含み、無機物を、炭酸カルシウム微粉末の湿分が０．２０質量％以上となるように加水処理することを特徴とする。

この製法によれば、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化を十分に小さくできる炭酸カルシウム微粉末が得られる。

本発明の炭酸カルシウム微粉末によれば、炭酸カルシウム微粉末の湿分を適正な値に調整するという簡便な方法で、それを混和したフレッシュコンクリートの流動性の経時変化を十分に小さくすることができる。このため、フレッシュコンクリートの品質管理が容易になり、ポンプ圧送不良などのトラブルの解消に貢献することが期待される。

また本発明の炭酸カルシウム微粉末の製造方法によれば、炭酸カルシウム微粉末の湿分を適正な値に調整するという簡便な方法で、それを混和したフレッシュコンクリートに流動性の経時変化が小さい性質を付与できる炭酸カルシウム微粉末が得られる。

また本発明のフレッシュコンクリートによれば、上記炭酸カルシウム微粉末を用いることにより、流動性の経時変化を小さくできるので、品質管理が容易になり、ポンプ圧送不良などのトラブルを解消することができる。

以下に本発明を詳しく説明する。

（コンクリート用炭酸カルシウム微粉末）
本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末は、湿分が０．２０質量％以上であることが特徴である。

ここで、炭酸カルシウム微粉末とは、炭酸カルシウムを主成分とする無機質の粉末状物質であり、石灰石を粉砕した所謂重質の炭酸カルシウムのほかに、化学的に合成した軽質の炭酸カルシウム、あるいは貝殻等を粉砕したものを含む。ここで、主成分とは、無機質の粉末状物質中に炭酸カルシウムが５０質量％以上含まれることを言う。

また微粉末とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１「試験用ふるい 第１部：金属製網ふるい」に定められる公称目開き８５０μｍのふるいを通過する大きさの粉体である。

また、湿分とは、大気圧下において約１０５℃で気化する付着水の含有量であり、ＪＩＳ Ｋ ００６８「化学製品の水分測定方法」の乾燥減量法により求めることができる

炭酸カルシウム微粉末の湿分が０．２０質量％未満である場合、フレッシュコンクリートの流動性の経時変化が増大するため好ましくない。これに対し、湿分が０．２０質量％以上であれば、流動性の経時変化が小さく良好となる。

より好ましい湿分の範囲は０．２０〜０．６０質量％であり、この範囲であれば、流動性の経時変化が小さく、かつ材料分離特性に優れる性能が得られやすくなる。

さらに、本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末は、湿分が０．２０質量％以上であることに加え、ＢＥＴ比表面積が０．８ｍ^２／ｇ〜１．４ｍ^２／ｇであることが好ましい。

ＢＥＴ比表面積は、吸着ガスとして窒素を用い、定容法により測定した吸着等温線にＢＥＴ式を適用することで求められる炭酸カルシウム微粉末の表面積であり、ＪＩＳ Ｒ １６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」で求められる。ここで、試料の前処理は、窒素雰囲気下で２００℃に加熱して行う。

ＢＥＴ比表面積が０．８ｍ^２／ｇ〜１．４ｍ^２／ｇの範囲であれば、この炭酸カルシウム微粉末をフレッシュコンクリートの混和材として使用した場合に、流動性の経時変化がより一層小さく、また、練混ぜ直後の流動性にも優れ、材料分離も生じないフレッシュコンクリートを得ることができる。

また、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」で規定されるブレーン比表面積は、２５００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇが好ましい。この場合、ブレーン比表面積が上記範囲を外れた場合と比較して、流動性の経時変化が小さく、かつ材料分離特性に優れる性能が得られやすいという利点がある。なお、ブレーン比表面積を測定する際のポロシティーは、０．４００から０．７００の範囲において、ポロシティーを０．０１０変化させた場合のブレーン比表面積の変化が２％以内となる値に設定する必要がある。

なお、炭酸カルシウム微粉末の湿分が多いほど、ＢＥＴ比表面積やブレーン比表面積が大きい場合でも好ましい流動性を得ることができる。しかし、粉体としてのハンドリングが悪化することを考慮すると、湿分は２．０質量％以下とすることが望ましい。

（コンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法）
本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法は、炭酸カルシウムを主成分とする無機物を、粉砕及び加水処理してコンクリート用炭酸カルシウム微粉末を得る工程を含み、無機物を、炭酸カルシウム微粉末の湿分が０．２０質量％以上となるように加水処理することを特徴とする。

ここで、無機物の粉砕には、竪型ローラーミル、ボールミル、振動ミル等の粉砕機が用いられる。また無機物の加水処理、即ち無機物への水分の添加は、粉砕前に行っても、粉砕後に行っても構わない。粉砕前の炭酸カルシウムに水分を添加する場合は、粉砕時の乾燥に伴う湿分変化を把握し、粉砕後の湿分が０．２０質量％となるように、添加条件を定める必要がある。

本発明における湿分は、炭酸カルシウム微粉末に均一に付着水が存在することで効果をもたらすものである。このため、単にフレッシュコンクリートの製造時において、炭酸カルシウム微粉末の湿分に相当する量の水をコンクリートに加えても、本発明と同等の効果は得られない。また、粉砕後の炭酸カルシウム微粉末に水分を添加する場合には、水蒸気を吹き付ける、あるいは混合機内で十分にかくはんする等、水分の均一化を図ることが望ましい。

本発明における炭酸カルシウム微粉末は、湿分が０．２０質量％以上であれば、その製造方法は制限されない。例えば、当該条件を満足する単一種類の炭酸カルシウムを含む無機物を粉砕製造しても良いし、二種以上の炭酸カルシウムを含む無機物を混合して調製することも可能である。

いずれも、製造からコンクリートの練混ぜまでの期間中に、炭酸カルシウム微粉末が絶乾状態とならないようにすることが重要である。

本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法を、図１〜３に基づいて詳細に説明する。

図１は、一般的な石灰石微粉末の製造工程を示すものである。

原料である石灰石は、クラッシャー１で破砕され、ウォッシャー２で水洗処理され、ドライヤー３で乾燥処理された後、ミル４で粉砕される。ミル４を出た粉砕物は、セパレーター５で分級され、所定の粒度のものは製品となり、粗粒分はミル４へと返送される。なお、原料によっては、水洗処理や乾燥処理が不要である場合もある。

これに対し、本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法の例を、図２および図３に示す。

図２において、原料である石灰石や貝殻等は、ドライヤー３で乾燥処理されるまでの工程は図１と同じであるが、その後、本発明の製造方法では加水装置６による加水処理工程を経る。

また、図３においては、セパレーター５で分級されるまでの工程は図１と同じであるが、その後、本発明の製造方法では加水装置６による加水処理工程を経る。ここで、加水装置６としては、ベルトコンベヤやフィーダ上の原料に水あるいは水蒸気を吹き付ける連続式の設備、あるいは、原料と水をミキサで混合したり、水槽内へ原料を入れる等のバッチ式の設備が挙げられる。この方法を使用する場合は、上記したように、水蒸気を吹き付ける、あるいは混合機内で十分に攪拌する等の方法により、石灰石微粉末の水分の均一性を保つことが好ましい。

図２及び３のいずれの場合も、分級後の微粉末の一部をサンプラー等により採取し、湿分測定装置７により湿分を確認し、製品の湿分が０．２０質量％以上であるように管理することが必要である。ここで、湿分測定装置は、１０５℃以上に加熱できる乾燥機などが挙げられる。

（フレッシュコンクリート）
本発明のフレッシュコンクリートは、水、炭酸カルシウム微粉末、セメント、細骨材、粗骨材及び高性能ＡＥ減水剤を含むフレッシュコンクリートであって、炭酸カルシウム微粉末が、上記炭酸カルシウム微粉末であることを特徴とする。

本発明のフレッシュコンクリートに含まれるセメントとしては、普通セメント、早強セメント、低熱セメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなど、従来公知のセメントを使用することができる。

また骨材は、ＪＩＳ Ａ０２０３「コンクリート用語」で定義される細骨材及び粗骨材で構成されており、これら細骨材および粗骨材としては通常のフレッシュコンクリートに用いる細骨材及び粗骨材を使用することができる。具体的に、細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、高炉スラグ細骨材等が挙げられる。また、粗骨材としては、砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材等が挙げられる。

また、本発明のフレッシュコンクリートに混和剤として含まれる高性能ＡＥ減水剤としては、例えばナフタレン系、メラミン系、ポリカルボン酸系、アミノスルホン酸系の高性能ＡＥ減水剤がある。

本発明のフレッシュコンクリートは、混和剤として分離低減剤を含むことが好ましい。この場合、フレッシュコンクリートにおける材料分離抵抗性をより高めることができる。

このような分離低減剤としては、セルロース系水溶性高分子、アクリル系水溶性高分子、エマルジョン系、β-1,3-グルカンやウェランガムなどのバイオポリマー等がある。

フレッシュコンクリート中の水、セメント、細骨剤、粗骨剤、高性能ＡＥ低減剤の配合は、通常のフレッシュコンクリートで使用する範囲であれば、公知の配合を利用することができる。好ましくは、フレッシュコンクリート１ｍ^３当り、水量が１５０〜１８５ｋｇ、セメント量が２３０〜６００ｋｇ、炭酸カルシウム微粉末量が１００〜３５０ｋｇ、細骨材量が７００〜１２００ｋｇ、粗骨材量が７００〜１０００ｋｇ、高性能ＡＥ減水剤が２〜３０ｋｇの範囲である。この場合、流動性の経時変化がより小さい高流動のフレッシュコンクリートを得ることができる。

なお、本発明のフレッシュコンクリートは、混和剤として分離低減剤、高性能ＡＥ減水剤のほか、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、凝結・硬化調節剤、防錆剤、収縮低減剤、水和熱低減剤等を含んでいてもよい。ここで、例えばＡＥ減水剤としては、リグニンスルホン酸塩およびその誘導体、オキシカルボン酸塩がある。

このように、炭酸カルシウム微粉末を混和したフレッシュコンクリートの流動性、特に従来、検討が不十分であった流動性の経時変化について、炭酸カルシウム微粉末の湿分により流動性の経時変化を制御出来ることを見出したことが、本発明の新規かつ重要なポイントであり、それを最適化することで、本発明の目的を達成できる。

本発明の炭酸カルシウム微粉末は、特に、粉体量の多い高流動コンクリートにおいて優れた流動性を発現する。特に、フレッシュコンクリートの運搬時間、打設時間が長く、流動性の保持性能が要求される施工に好適である。また、該高流動コンクリートの用途としては、一般構造物やマスコンクリート構造物、二次製品の製造などが挙げられる。これ以外に、本発明の炭酸カルシウム微粉末は、石灰石フィラーセメント、セメント系固化材、セルフレベリング材等の混和材としても好適に使用することができる。

以下に，実施例および比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

[使用材料]
炭酸カルシウム微粉末（ＬＳ）としては、表１に示す湿分および粒度の異なる８種の石灰石微粉末試料Ａ〜Ｈを使用した。これら８種の石灰石微粉末試料Ａ〜Ｈのうち石灰石粉末試料Ａ〜Ｄは、炭酸カルシウムを含有する無機物として石灰石原石を用意し、これをドラム缶内で水に浸して加水した後、竪型ローラーミルで粉砕することにより得た。

また、表１中の炭酸カルシウム微粉末中の化学成分はＪＩＳ Ｍ ８８５０「石灰石分析方法」に準拠して測定した。

その他の使用材料を以下に示す。
（１）セメント（Ｃ）：
・低熱ポルトランドセメント（ブレーン比表面積 3700cm²/g、宇部三菱セメント株式会社製）
（２）骨 材：
（i）細骨材（Ｓ）
・山砂（表乾密度 2.60g/cm³）
（ii）粗骨材（Ｇ）
・石灰砕石（表乾密度 2.70g/cm³、実積率 61.0％）
（３）混和 剤：
（i）分離低減剤（ＳＩ）
・多糖類ポリマー系増粘剤
（ii）高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）
・ポリカルボン酸エーテル系化合物および分子内架橋ポリマーの複合体
（iii）ＡＥ剤（ＡＥ）
・変性アルキルカルボン酸化合物系陰イオン界面活性剤
（４）練混ぜ水：
・上水道水（Ｗ）

[フレッシュコンクリートの調製]
フレッシュコンクリートはＪＩＳ Ａ １１３８「試験室におけるコンクリートの作り方」に準拠して調製した。即ちフレッシュコンクリートは、表２に示す配合でセメント、石灰石微粉末および骨材をミキサへ一括投入し、３０秒間空練りした後、予め混和剤を溶かした水を加え１８０秒間練混ぜることにより調製した。

ここで、フレッシュコンクリートの練混ぜには容量５０リットルの水平二軸強制練りミキサを使用し、フレッシュコンクリートの配合は、コンクリート標準示方書[施工編]「高流動コンクリート」に準拠した。なお、表２には、目標スランプフロー、粗骨材最大寸法、水結合材比、水粉体容積比、目標空気量、単位粗骨材容積を示した。

[フレッシュコンクリートの流動性評価]
上記方法で調製したフレッシュコンクリートを、ＪＩＳ Ａ １１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠して、練混ぜ後５分、６０分および１２０分のスランプフローを測定し、流動性の評価を行った。評価結果を表３に示す。

表３に示す結果より、炭酸カルシウム微粉末の湿分を０．２０質量％以上とした実施例１〜４は、湿分を０．２０質量％未満とした比較例１〜４よりもスランプフローが極めて小さくなることが分かった。このことから、実施例１〜４の炭酸カルシウム微粉末は、比較例１〜４の炭酸カルシウム微粉末よりも、フレッシュコンクリートの流動性を十分に小さくできることが分かった。

特に、実施例４は比較例２と同じＢＥＴ比表面積であり、湿分が多い例であるが、比較例２と比べ、明らかに流動性が小さいことが分かる。

このように、炭酸カルシウム微粉末の流動性の経時変化に関しては、従来あまり検討がなされていなかった湿分の制御が重要であることがわかる。

従来の石灰石微粉末の製造工程を示す図である。 本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造工程（粉砕前に加水処理）を示す図である。 本発明のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造工程（粉砕後に加水処理）を示す図である。

符号の説明

１…クラッシャー、２…ウォッシャー、３…ドライヤー、４…ミル、５…セパレーター、６…加水装置、７…湿分測定装置。

Claims (6)

1. 湿分が０．２０質量％以上であることを特徴とするコンクリート用炭酸カルシウム微粉末。
2. ＢＥＴ比表面積が０．８ｍ^２／ｇ〜１．４ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末。
3. ブレーン比表面積が２５００ｃｍ^２/ｇ〜６０００ｃｍ^２/ｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末。
4. 水、炭酸カルシウム微粉末、セメント、細骨材、粗骨材及び高性能ＡＥ減水剤を含むフレッシュコンクリートであって、
   前記炭酸カルシウム微粉末が、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンクリート用炭酸カルシウム微粉末であることを特徴とするフレッシュコンクリート。
5. 前記フレッシュコンクリート１ｍ^３当り、前記水を１５０〜１８５ｋｇ、前記炭酸カルシウム微粉末を１００〜３５０ｋｇ、前記セメントを２３０〜６００ｋｇ、前記細骨材を７００〜１２００ｋｇ、前記粗骨材を７００〜１０００ｋｇ、前記高性能ＡＥ減水剤を２〜３０ｋｇ含むことを特徴とする請求項４に記載のフレッシュコンクリート。
6. 炭酸カルシウムを主成分とする無機物を、粉砕及び加水処理してコンクリート用炭酸カルシウム微粉末を得る工程を含み、前記無機物を、前記炭酸カルシウム微粉末の湿分が０．２０質量％以上となるように加水処理することを特徴とするコンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法。
   

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