JP2008230864A

JP2008230864A - セメント添加材

Info

Publication number: JP2008230864A
Application number: JP2007068490A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kawaguchi; 哲生川口; Hiroyuki Obata; 浩之小幡; Makoto Katagiri; 誠片桐
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP4999504B2

Abstract

【課題】使用時に飛散や凝集等が起きない点で取扱いが容易であり、かつ、セメント組成物の流動性を大幅に向上させることができるセメント添加材を提供する。
【解決手段】本発明のセメント添加材は、平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子からなるセメント添加材であって、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が、５０個数％以上のものである。本願発明のセメント添加材は、粒径が３０μｍ以下の粒子の含有率が１０質量％以下であり、かつ、粒径が２００μｍ以上の粒子の含有率が１０質量％以下であるものが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメントに加えるセメント添加材に関し、より詳しくは、セメント組成物（具体的には、セメントペースト、モルタルまたはコンクリート）の流動性を向上させるためのセメント添加材に関する。

従来、セメント組成物（セメントペースト、モルタルまたはコンクリート）を製造する際に、セメント、水、骨材以外の材料で、必要に応じて加えるセメント添加材（混和材）として、フライアッシュやシリカフューム等のシリカ質微粉末が利用されている。
セメント添加材（混和材）のうち、フライアッシュは、火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから出る排ガス中に含まれている灰の微粉粒子を捕集したものである。フライアッシュは、表面が滑らかな球形粒子（ブレーン比表面積；１５００ｃｍ^２／ｇ以上）であり、セメントの平均粒径よりも大きい平均粒径（平均粒径；概ね１００μｍ以下）を有し、セメント組成物の流動性を向上することが知られている。
また、シリカフュームは、金属シリコンやフェロシリコンの製造時に、排ガス中に浮遊する超微粉末を集塵機で捕集したものである。シリカフュームは、非晶質の球形微粒子（比表面積；２０ｍ^２／ｇ程度、平均粒径；０．１μｍ程度）であり、高性能ＡＥ減水剤と共に使用することによって、そのマイクロフィラー効果とセメント分散効果により、セメント組成物を緻密化し、圧縮強度を大きくすることが知られている。

しかし、シリカフュームは、平均粒径が０．１μｍ程度の超微粉末であるため、嵩高であり、飛散しやすく、セメント組成物の混練時に凝集を生じやすい等の問題があり、作業性が悪く、取扱いが困難であるという問題がある。
そこで、作業性等の問題を改善するために、シリカフュームを造粒したコンクリート混和材用シリカ質微粉末造粒品が提案されている（特許文献１）。このシリカ質微粉末造粒品は、回転ドラム型造粒機等を用いて、シリカ質微粉末を、嵩比重が０．２５〜０．５、かつ、平均粒径が１００〜５００μｍとなるように造粒したものである。

また、セメントの平均粒径（１０μｍ程度）よりも大きな平均粒径を有するセメント添加材として、鋳物砂製造工程で発生する鋳物廃砂のうち、特定の粒状特性を有する鋳物砂を使用することが提案されている（特許文献２）。この鋳物砂は、粒径が１５０μｍ以下の粒子の含有量が９５〜１００重量％であり、粒子の５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下であり、ＳｉＯ_２換算で珪酸質分の割合が６０重量％以上であり、かつ、強熱減量が５．５重量％以下のものである。
特公平６−３９３４３号公報特開２００５−３０６６８６号公報

しかし、特許文献１のシリカ質微粉末造粒品は、平均粒径が１００〜５００μｍとなるように造粒されているので、飛散せず、取扱いは容易であるものの、セメント組成物の混練時に、シリカ質微粉末造粒品が解砕し分散して、凝集が生じることがあり、この場合は、流動性及び作業性が低下するという問題がある。
また、特許文献２の鋳物砂は、５０％体積累積粒子径が５０μｍ以下のものであるので、その平均粒径は３０〜５０μｍであり、飛散や凝集等が起こらないために取扱いは容易であるものの、セメント組成物の流動性が低下するという問題がある。
このように、従来のセメント添加材は、使用時に飛散や凝集等を起こさないような取扱いの容易性と、流動性及び作業性の向上とが両立し難いという問題がある。
そこで、本発明は、使用時に飛散や凝集等が起きない点で取扱いが容易であり、かつ、セメント組成物の流動性を大幅に向上させることができるセメント添加材を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント添加材を構成する粒子の平均粒径がセメントの平均粒径よりも大きく、かつ、球形度が高い粒子の含有率が大きいセメント添加材であれば、取扱いの容易性と、セメント組成物の流動性及び作業性の向上を共に達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。

［１］平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子からなるセメント添加材であって、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が、５０個数％以上であることを特徴とするセメント添加材。
［２］粒径が３０μｍ以下の粒子の含有率が１０質量％以下であり、かつ、粒径が２００μｍ以上の粒子の含有率が１０質量％以下である上記［１］に記載のセメント添加材。
［３］上記粒子中のＳｉＯ_２の含有率が９０質量％以上である上記［１］又は［２］に記載のセメント添加材。
［４］上記粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率が９０％以上である上記［３］に記載のセメント添加材。

本発明のセメント添加材は、粒子の平均粒径がセメントの平均粒径よりも大きい粒子からなり、かつ、球形度の大きい粒子の含有率が高いものであるので、飛散や凝集等が起こりにくく、取扱いが容易であり、しかも、セメント組成物（具体的には、セメントペースト、モルタルまたはコンクリート）の流動性を大幅に向上させることができる。
また、本発明のセメント添加材を構成する粒子中のＳｉＯ_２の含有率が９０質量％以上のものである場合は、セメントとのポゾラン反応により、得られる硬化体の強度発現性を向上させることができる。また、上記粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率が９０％以上のものである場合は、セメントとのポゾラン反応によって、得られる硬化体の強度発現性をより向上させることができる。

本発明のセメント添加材は、平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子からなるセメント添加材であって、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が、５０個数％以上のものである。
本発明のセメント添加材を構成する粒子の平均粒径は６０〜１５０μｍであり、好ましくは６５〜１１０μｍであり、より好ましくは７０〜１００μｍである。
セメント添加材を構成する粒子の平均粒径が６０μｍ未満であると、微細な粒子の含有率が大きくなるので、混練時にセメント組成物中に凝集等が起こる場合があり、その結果、セメント組成物の流動性と作業性が低下する場合があるので、好ましくない。粒子の平均粒径が１５０μｍを超えると、粒子の球形度が小さくなる場合があり、混練時にセメント組成物の流動性が低下する場合があるので、好ましくない。また、粒子の平均粒径が１５０μｍを超えると、セメントとのポゾラン反応が小さくなる傾向にあり、得られる硬化体の強度発現性が低下するので好ましくない。

本発明において、粒子の粒径は、レーザー回折光散乱法による粒度測定によって測定される。測定に際しては、水を溶媒として用いる。
また、本発明において、平均粒径とは、レーザー回折散乱粒度分布測定装置（例えば、ベックマンコールター社製、「モデルＬＳ−２３０」）を用いて粒子の粒径を測定し、その測定された粒子の粒径に基づいて得られた体積累積分布５０％における粒径（メジアン径；ｄ５０）をいう。
なお、体積累積分布とは、全粒子を体積順に小さい側から積算して累積していった分布をいい、体積累積分布５０％における粒径（メジアン径；ｄ５０）とは、体積累積分布値において５０％の累積比率に対する粒子の直径をいう。

本発明のセメント添加材は、平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子からなるセメント添加材であって、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が、５０個数％以上のものである。上記割合は、好ましくは６０個数％以上、より好ましくは７０個数％以上である。
セメント添加材を構成する平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子のうち、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が５０個数％以上であると、混練時にセメント組成物の流動性を向上することができる。
なお、平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子のうち、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が５０個数％以上である場合とは、平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子のうち、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子が２００個である場合に、この粒子２００個のうち、球形度が０．８以上である粒子の数が１００個以上であることをいう。
セメント添加材を構成する平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子のうち、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子の含有率は、好ましくは６０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上であり、特に好ましくは８０質量％以上である。

本発明のセメント添加材を構成する粒子は、球形度が大きいものであることが好ましい。粒子の球形度が大きくなる程、粒子の形状が真球に近づいて、滑らかな球形状となることから、球形度の大きい粒子をセメント添加材としてセメント組成物に添加した場合に、セメント組成物の流動性を向上させることができる。
本発明において、セメント添加材を構成する粒子の球形度は、次のように求める。
まず、透過型顕微鏡や走査型電子顕微鏡（例えば、日本電子社製、「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）を用いて試料となる粒子を撮影する。次に、撮影された粒子像について、画像解析装置（例えば、日本アビオニクス社製）を用いて解析を行い、粒子の投影面積（Ａ）と、粒子の周囲長（ＰＭ）を測定する。得られた測定値に基づいて、次の（１）〜（４）式にしたがい、球形度を算出する。
すなわち、周囲長（ＰＭ）を有する粒子の真円の面積を（Ｂ）とした場合、周囲長（ＰＭ）を有する粒子の真円度（球形度）は、粒子の投影面積／粒子の真円の面積（Ａ／Ｂ）で表される。粒子の半径（ｒ）とすると、粒子の周囲長（ＰＭ）は、次の（１）式で表され、粒子の真円の面積は、次の（２）式で表される。
（１）粒子の周囲長（ＰＭ）＝２πｒ
（２）粒子の真円の面積（Ｂ）＝πｒ^２
上記（２）式に（１）式を代入すると、粒子の真円の面積は、次の（３）式で表すことができる。
（３）粒子の真円の面積（Ｂ）＝π×（ＰＭ／２π）^２
上記（３）式を、粒子の投影面積／粒子の真円の面積（Ａ／Ｂ）に当てはめて、次の（４）式にしたがい、粒子の球形度を算出する。
（４）粒子の球形度（真円度）＝Ａ／Ｂ＝Ａ／（π×（ＰＭ／２π）^２）

本発明のセメント添加材は、粒径が３０μｍ以下の粒子の含有率が、好ましくは１０質量％以下のものであり、より好ましくは５質量％以下のものである。
また、本発明のセメント添加材は、粒径が２００μｍ以上の粒子の含有率が、好ましくは１０質量％以下のものであり、より好ましくは５質量％以下のものである。
粒径が小さい粒子は、飛散や凝集等を起こしやすく、取扱いが困難になるため、セメント添加材中の、粒径が３０μｍ以下の粒子の含有率は１０質量％以下であることが好ましい。
粒径が大きい粒子は、セメント組成物の流動性を低下させる場合があり、セメントとのポゾラン反応も低くなる傾向もあり、得られる硬化体の強度発現性を低下させる場合があるので、セメント添加材中の、粒径が２００μｍ以上の粒子の含有率は１０質量％以下であることが好ましい。

本発明のセメント添加材を構成する粒子中のＳｉＯ_２の含有率は、好ましくは９０質量％以上であり、より好ましくは９５質量％以上であり、特に好ましくは９８質量％以上である。粒子中のＳｉＯ_２の含有率が９０質量％以上であると、セメントとのポゾラン反応により、得られる硬化体の強度発現性を向上させることができるので、好ましい。

本発明のセメント添加材を構成する粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率は、好ましくは９０％以上であり、より好ましくは９５％以上であり、特に好ましくは９８％以上である。上記粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率が９０％以上であると、セメントとのポゾラン反応により、得られる硬化体の強度発現性をより向上することできるので、好ましい。
本発明において、粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率は、次のように求める。
まず、粉末Ｘ線回折装置（例えば、ＲＩＧＡＫＵ社製、「モデルＭｉｎｉＦｌｅｘ」）を用いて、ＣｕＫα線で、回折角（２θ）が２６°〜２７．５°の範囲において、試料となる粒子の回折Ｘ線分析を行い、特定回折ピークのＸ線回折強度を測定する。
次に、試料となる粒子中の結晶質シリカの混在比を求める。
すなわち、結晶質シリカは、回折角（２θ）が２６．７°に主なピークが存在する。一方、非晶質シリカはピークが存在しない。結晶質シリカと非晶質シリカが混在していると、それらの割合に応じた高さのピークが２６．７°の位置に表れる。そこで、試料となる粒子のＸ線回折強度（Ｓ_１）の測定値と、標準試料（結晶質）シリカのＸ線回折強度（Ｓ_０）の測定値の比から、結晶質シリカの混在比（Ｓ_１／Ｓ_０）を求めることができる。
その後、結晶質シリカの混在比（Ｓ_１／Ｓ_０）から、次の（５）式にしたがい、粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率を算出する。
（５）非晶質率（％）＝（１−結晶質シリカの混在比（Ｓ_１／Ｓ_０））×１００

本発明のセメント添加材の添加量は、セメントとセメント添加材との合計体積中、好ましくは３０体積％以下、より好ましくは５〜２０体積％である。セメント添加材の添加量が、セメントとセメント添加材との合計体積中、３０体積％以下、特に５〜２０体積％であると、セメント組成物の流動性を向上させることができ、また、得られる硬化体の強度発現性を向上させることができるため、好ましい。セメント添加材の添加量が、セメントとセメント添加材との合計体積中、３０体積％を超えても、セメント組成物の流動性はそれほど向上しないばかりか、得られる硬化体の強度発現性が低下する場合があるので好ましくない。

以下、実施例によって本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
（１）セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、比重３．１５）
（２）細骨材；小笠原産陸砂
（３）粗骨材；岩瀬産５号砕石と岩瀬産６号砕石の混合物
（４）高性能減水剤；レオビルトＳＰ８Ｓ(ポゾリス物産社製)
（５）ＡＥ剤；マイクロエア４０４（ポゾリス物産社製）
（６）水；水道水
（７）添加材Ａ；平均粒径が８５μｍの粒子からなり、該粒子中の粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子のうち、球形度が０．８以上である粒子の割合が、７０個数％以上のものである。上記粒子は、粒子中のＳｉＯ_２の含有率が９９．０質量％以上であり、上記粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率が９９．５％以上のものである（比重２．２３５）。
（８）添加材Ｂ；フライアッシュ（ブレーン比表面積３４２０ｃｍ^２／ｇ、比重２．２３）。

上記材料を表１に示す各配合割合で、パン型ミキサに投入し混練して、セメント添加材Ａを加えたセメント組成物（実施例１〜５）と、セメント添加材を加えないセメント組成物（比較例１）及びセメント添加材Ｂを加えたセメント組成物（比較例２〜４）を得た。

上記セメント組成物（実施例１〜５及び比較例１〜４）のスランプを「ＪＩＳＡ１１０１（コンクリートのスランプ測定方法）」に準じて測定した。結果を表２に示す。
また、上記セメント組成物を養生し、硬化させて得られたコンクリート（実施例１〜５及び比較例１〜４）の圧縮強度（２０℃水中、材齢２８日）を「ＪＩＳＡ１１０８（コンクリートの圧縮強度測定方法）」に準じて測定した。結果を表２に示す。

表２に示す結果から、本発明のセメント添加材を添加したセメント組成物（実施例１〜５）は、セメント添加材を添加していないセメント組成物（比較例１；スランプ値８．０ｃｍ）と比べて、スランプの値が１４．０ｃｍ以上と大きく、セメント組成物の流動性が向上していることが確認できた。また、本発明のセメント添加材は、保存時やセメント組成物の混練時に飛散や凝集等を生じることがなく、取扱いが容易であった。
また、本発明のセメント添加材を加えたセメント組成物（実施例１〜５）と、従来、使用されていたセメント添加材（フライアッシュ）を加えたセメント組成物（比較例２〜４）を比較すると、セメント添加材の添加量が同じであっても、本発明のセメント添加材を加えた方が、セメント組成物のスランプの値が大きく、流動性が向上していた。また、本発明のセメント添加材は、添加量が３０体積％以下であれば、コンクリート（硬化体）の圧縮強度の低下も小さいことが分かった。

Claims

平均粒径が６０〜１５０μｍの粒子からなるセメント添加材であって、粒径が５０〜１５０μｍの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が０．８以上である粒子の割合が、５０個数％以上であることを特徴とするセメント添加材。
粒径が３０μｍ以下の粒子の含有率が１０質量％以下であり、かつ、粒径が２００μｍ以上の粒子の含有率が１０質量％以下である請求項１に記載のセメント添加材。
上記粒子中のＳｉＯ_２の含有率が９０質量％以上である請求項１又は２に記載のセメント添加材。
上記粒子中に含まれるＳｉＯ_２の非晶質率が９０％以上である請求項３に記載のセメント添加材。