JP2006298667A

JP2006298667A - 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

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Publication number: JP2006298667A
Application number: JP2005118825A
Authority: JP
Inventors: Eiji Maruya; 英二丸屋; Masafumi Osaki; 雅史大崎; Hideaki Igarashi; 秀明五十嵐; Akira Sasaki; 彰佐々木; Isao Kurosawa; 功黒澤; Toshikatsu Onishi; 利勝大西; Shunichi Yoneda; 俊一米田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-11-02

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材料分離抵抗性を十分に向上させ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％未満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材料分離抵抗性を十分に向上させることができる。
【選択図】なし

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コ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）セメントや石灰石微粉末、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。

フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性に影響を及ぼす石灰石微粉末の品質としては、比表面積や粒度分布が知られており、石灰石粉末のブレーン比表面積を規定した技術が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。
特開平０５−２８６７４６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材料分離抵抗性が小さい場合、粗骨材が分離してジャンカ等の欠陥部を生じる、あるいはブリーディングが増大す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、材料分離抵抗性が大きいことが望まれている。

しかし、比表面積や粒度分布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材料分離抵抗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材料分離抵抗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の材料分離抵抗性を十分に向上させ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材料分離抵抗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値未満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材料分離抵抗性を十分に大きいものと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％未満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材料分離抵抗性を十分に向上させることができる。

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、材料分離抵抗性を十分に向上させることができる。

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、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、流動性が良好で、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、粉砕及び乾燥させ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、湿分が０．２０質量％未満となるように乾燥させ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である。

この製法によれば、フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性を十分に向上させることができる炭酸カルシウム微粉末が得られる。

本発明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材料分離抵抗性を十分に向上させることができる。このため、ジャンカなどの欠陥部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の材料分離抵抗性を十分に向上させることが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、フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性を十分に向上させることができるので、ジャンカなどの欠陥部を解消できる。

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）
本発明の炭酸カルシウム微粉末は、湿分が０．２０質量％未満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、ＪＩＳＺ８８０１−１「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、ＪＩＳＫ００６８「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％以上である場合、フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性が低下するため好ましくない。これに対し、湿分が０．２０質量％未満であれば、フレッシュコンクリートの粘性は高く、材料分離抵抗性が十分に向上する。

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％未満であることに加え、ＢＥＴ比表面積が０．８ｍ^２/ｇ〜３．０ｍ^２/ｇ、より好ましくは１．３ｍ^２／ｇ〜２．０ｍ^２／ｇであることが好適である。

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、ＪＩＳＲ１６２６「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〜３．０ｍ^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、材料分離抵抗性が向上することに加え、練混ぜ直後の流動性にも優れるフレッシュコンクリートを得ることができる。

また、ＪＩＳＲ５２０１「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、４０００ｃｍ^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、流動性が良好で、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。

（コンクリート用炭酸カルシウム微粉末の製造方法）
また、本発明は、炭酸カルシウムを主成分とする無機物を、粉砕及び乾燥させ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、湿分が０．２０質量％未満となるように乾燥させ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である。

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。また無機物の乾燥は、粉砕中に行っても、粉砕後に行っても構わない。乾燥方法に制限はないが、乾燥方法としては、例えば粉砕装置内や貯蔵タンク内に乾燥空気あるいは熱風を吹き込む方法が挙げられる。湿分を制御しない場合、粉砕前の石灰石等の原石の乾湿状態により、粉砕後の炭酸カルシウム微粉末の湿分が変動し、それを混和したフレッシュコンクリートの材料分離抵抗性も変動するため好ましくない。

本発明における湿分の制御は、炭酸カルシウム微粉末に均一に付着した水を除去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単位水量から減じても、本発明と同等の効果は得られない。

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％未満であれば、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。

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及び図２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、まず、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に示す。

図２において、原料である石灰石や貝殻等は、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湿分測定装置６により湿分測定を行い、所定の湿分のものは製品となり、それ以外のものは再びドライヤー３へ戻される。なお、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、ＪＩＳＡ０２０３「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について、炭酸カルシウム微粉末の湿分により材料分離抵抗性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材料分離抵抗性を発現する。特に、フレッシュコンクリートの落下高さや運搬距離が大きく、材料分離抵抗性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７種の石灰石微粉末試料Ａ〜Ｇを使用した。これら７種の石灰石微粉末試料Ａ〜Ｇ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、空気取り入れダクトの入口に熱風乾燥機を取り付けた竪型ローラーミルで、熱風を吹き付けながら粉砕することにより得た。これに対し、石灰石粉末試料Ｅ〜Ｇは、熱風を吹き付けなかったこと以外は、石灰石粉末試料Ａ〜Ｄと同様の方法で調製した。

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の調製はＪＩＳＡ１１３８「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、単位粗骨材容積も併記した。

[フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性評価]
上記方法で調製したフレッシュコンクリートを、ＪＩＳＡ１１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠して５０ｃｍフロー到達時間を測定し、材料分離抵抗性評価を行った。評価結果を表３に示す。なお、表３において、フロー到達時間は、材料分離抵抗性を評価するパラメータであり、フロー到達時間が長いほど、材料分離抵抗性が高く、短いほど材料分離抵抗性が低いことを意味する。

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％未満とした実施例１〜４は、湿分を０．８〜１．０％と多量に含む比較例１〜３よりも５０ｃｍフロー到達時間が長く、材料分離抵抗性が高くなることが分かった。

以上のことから、炭酸カルシウム微粉末の品質に関しては、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…湿分測定装置。

Claims

湿分が０．２０質量％未満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。
ＢＥＴ比表面積が０．８ｍ^２/ｇ〜３．０ｍ^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。
ブレーン比表面積が４０００ｃｍ^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。
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。
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。
炭酸カルシウムを主成分とする無機物を、粉砕及び乾燥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、湿分が０．２０質量％未満となるように乾燥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。