JP2009215139A - Silica material, cement molded article, and method for producing cement molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、珪石粉とシリカフュームを含むシリカ材料、このシリカ材料を原料の一つとするセメント成形品及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silica material containing silica powder and silica fume, a cement molded product using the silica material as one of raw materials, and a method for producing the same.
セメント成形品は、セメントに、珪石粉、シリカフューム、骨材、補強繊維等を配合してセメント成形材料を調製し、このセメント成形材料を成形して、養生・硬化することによって製造されている。 Cement molded products are manufactured by preparing cement molding materials by blending cement powder with silica powder, silica fume, aggregates, reinforcing fibers, etc., molding the cement molding materials, and curing and curing them.
このようにセメント成形品を製造するにあたって、乾式で成形する場合、セメント成形材料は各材料成分を乾式で混合することによって調製される。すなわち、乾式混合機にセメント、珪石粉、シリカフューム、骨材、補強繊維等を投入し、これらを混合することによって乾式のセメント成形材料を得ることができるものである。 Thus, when manufacturing a cement molded article, when shape | molding by a dry type, a cement molding material is prepared by mixing each material component by a dry type. That is, a dry cement molding material can be obtained by putting cement, silica powder, silica fume, aggregate, reinforcing fiber, etc. into a dry mixer and mixing them.
ここで、シリカフュームはシリコンやフェロシリコンなどを製造する際に発生する煙霧状の排ガスを集塵して得られる副産物であり、非晶質シリカを主成分とする一次粒子径が１μｍ以下の微粒子である。シリカフュームはこのように微粒子であるため、水和活性が大であり、セメント粒子間に分散されて、セメントマトリックスが緻密になり、高い強度が発現されるものである。 Here, silica fume is a by-product obtained by collecting fumed exhaust gas generated when producing silicon, ferrosilicon, etc., and is a fine particle mainly composed of amorphous silica and having a primary particle diameter of 1 μm or less. is there. Since silica fume is such a fine particle, it has a high hydration activity, is dispersed between cement particles, the cement matrix becomes dense, and high strength is expressed.
そしてシリカフュームはこのように微粒子であるため、煙状に飛散して取り扱いが困難であり、またセメント成形材料の他の材料成分と均一に混合することが困難である。特にセメント成形材料を乾式混合して調製する場合、シリカフュームは凝集して粗大な粒子となり易く、シリカフュームを配合することによる強度向上の効果を十分に得ることができないという問題があった。 And since silica fume is such fine particles, it is difficult to handle by scattering in the form of smoke, and it is difficult to uniformly mix with other material components of the cement molding material. In particular, when the cement molding material is prepared by dry mixing, the silica fume tends to aggregate and become coarse particles, and there is a problem that the effect of improving the strength by adding the silica fume cannot be obtained sufficiently.
そこで、特許文献１では、高炉スラグを粉砕する際に、高炉スラグにシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって、高炉スラグの粉砕物にシリカフュームを凝集しない状態で分散させるようにしている。そしてこのようにシリカフュームを分散させた高炉スラグの粉砕物を他の材料成分に配合して混合することによって、シリカフュームを凝集させることなく均一に分散させたセメント成形材料を調製することができるのである。
上記の特許文献１のように、高炉スラグにシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なって、シリカフュームを凝集しない状態で高炉スラグの粉砕物に分散させることで、シリカフュームを均一に分散させたセメント成形材料を調製することが可能であるが、この方法では、セメント成形材料にシリカフュームが均一に分散して配合されることによる強度向上の効果が得られるだけであり、それ以上の効果を期待することはできない。 Cement molding material in which silica fume is uniformly dispersed by performing pulverization in a state where silica fume is mixed in blast furnace slag and dispersing the silica fume in a pulverized product of blast furnace slag without agglomerating the silica fume as in Patent Document 1 above However, in this method, only the effect of improving the strength can be obtained by uniformly dispersing and blending the silica fume in the cement molding material. Can not.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シリカフュームの配合による強度向上の効果を高く得ることができるシリカ材料を提供することを目的とするものであり、また強度を向上したセメント成形品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and aims to provide a silica material capable of obtaining a high effect of improving strength by blending silica fume, and further, cement molding with improved strength. It aims at providing goods and its manufacturing method.
本発明に係るシリカ材料は、珪石粉とシリカフュームを含むシリカ材料であって、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって得られたものであることを特徴とするものである。 The silica material according to the present invention is a silica material containing silica powder and silica fume, and is obtained by pulverization in a state where silica fume is mixed with silica stone.
また本発明は、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕するにあたって、シリカフュームと珪石の混合比率が、シリカフューム１に対して珪石２以上の質量比率であることを特徴とするものである。 In the present invention, when the silica fume is mixed with silica fume, the mixing ratio of the silica fume and the silica is a mass ratio of 2 or more to the silica fume 1.
本発明に係るセメント成形品は、セメントとシリカ材料を主成分とするセメント成形材料を成形・硬化してなるセメント成形品であって、シリカ材料の少なくとも一部が、上記のシリカ材料であることを特徴とするものである。 The cement molded article according to the present invention is a cement molded article obtained by molding and curing a cement molding material mainly composed of cement and silica material, and at least a part of the silica material is the silica material described above. It is characterized by.
また本発明に係るセメント成形品の製造方法は、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕する工程、この工程で得られた珪石粉とシリカフュームの混合物を含むシリカ材料をセメントに配合してセメント成形材料を調製する工程、このセメント成形材料を成形・硬化する工程、を有することを特徴とするものである。 The method for producing a cement molded product according to the present invention includes a step of pulverization in a state where silica fume is mixed with silica stone, and a cement molding material obtained by blending a silica material containing a mixture of silica powder and silica fume obtained in this step with cement. And a step of molding and curing the cement molding material.
本発明によれば、安価な窯業系材料の中で最も硬質な珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって、シリカフュームを凝集することなく均一に分散した状態で、また珪石が粉砕された珪石粉の表面にシリカフュームを付着させた状態で混合したシリカ材料を得ることができるものである。 According to the present invention, a silica stone in which silica fume is uniformly dispersed without agglomeration of silica fume by pulverizing in a state where silica fume is mixed with the hardest silica stone among inexpensive ceramic materials. A silica material mixed with silica fume attached to the surface of the powder can be obtained.
そしてこのシリカフュームが珪石粉の表面に付着して均一に分散されたシリカ材料を、セメントなどの他の材料成分と混合することによって、シリカフュームが均一に分散されたセメント成形材料を調製することができるものであり、シリカフュームの配合によって強度を向上したセメント成形品を得ることができるものである。しかも、珪石粉の表面に同材質のシリカフュームが付着していることによって、シリカフュームがポゾラン反応を誘発して、珪石粉の反応性を高めることができ、セメント成形品の強度向上の効果をより高く得ることができるものである。 And the silica molding material in which the silica fume is uniformly dispersed can be prepared by mixing the silica material in which the silica fume adheres to the surface of the silica powder and uniformly dispersed with other material components such as cement. Therefore, a cement molded product with improved strength can be obtained by blending silica fume. In addition, the silica fume of the same material adheres to the surface of the silica powder, so the silica fume can induce a pozzolanic reaction and increase the reactivity of the silica powder, which increases the strength improvement effect of the cement molded product. It can be obtained.
また、シリカフュームの一次粒子径は数十ｎｍであって、空気中では煙の状態となって取り扱いが極めて困難であり、たとえ高分散ミキサーや粉砕機で分散できても、その分散した煙状の粉体を計量、搬送、貯蔵するのは非常に難しいが、シリカフュームより粗い粒子の珪石粉に付着させることによって、空気中でも安定で取り扱いが容易になるものである。 Silica fume has a primary particle size of several tens of nanometers and is very difficult to handle in the form of smoke in the air. Even if it can be dispersed with a high dispersion mixer or pulverizer, It is very difficult to weigh, transport and store the powder, but it is stable and easy to handle even in the air by adhering it to the silica powder which is coarser than silica fume.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
セメント成形材料に配合される珪石粉は、珪石を粉砕することによって得られる。そこで本発明では珪石を珪石粉に粉砕する際に、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって、珪石粉とシリカフュームが混合されたシリカ材料調製し、このシリカ材料を用いるものである。この粉砕は乾式粉砕で行なうものであり、例えばボールミルを用いて行なうことができる。 The silica powder blended in the cement molding material is obtained by pulverizing the silica. Therefore, in the present invention, when pulverizing the silica into the silica powder, the silica material in which the silica fume and the silica fume are mixed is prepared by pulverization in a state where the silica fume is mixed with the silica, and this silica material is used. This pulverization is performed by dry pulverization, and can be performed using, for example, a ball mill.
すなわち、ボールミルに珪石とシリカフュームを投入し、珪石とシリカフュームが混合された状態で珪石を粉砕する。シリカフュームは粒径１μｍ以下の微粒子であるが、メーカーから提供されるシリカフュームは凝集して二次粒子や三次粒子になっており、このように珪石とシリカフュームが混合された状態で珪石を粉砕することによって、珪石を珪石粉に粉砕すると同時に、シリカフュームが凝集した二次粒子や三次粒子を粉砕して粒径１μｍ以下の一次粒子に粉砕することができるものであり、シリカフュームを凝集することなく珪石粉に均一に分散させた状態で混合することができるものである。しかも、珪石とシリカフュームが混合された状態で粉砕を行なうことによって、粉砕の際のボール等によって加わる圧力で、珪石が粉砕された珪石粉の表面にシリカフュームの微粉末が付着することになり、シリカフュームは多くが珪石粉の表面に付着した状態で珪石粉と均一に分散混合されることになる。 That is, silica stone and silica fume are introduced into a ball mill, and the silica stone is pulverized in a state where the silica stone and silica fume are mixed. Silica fume is a fine particle with a particle size of 1 μm or less, but the silica fume provided by the manufacturer is agglomerated into secondary particles and tertiary particles. In this way, pulverize silica in a mixed state of silica and silica fume. Can pulverize the silica particles into the silica powder, and simultaneously pulverize the secondary particles and the tertiary particles in which the silica fume is aggregated into primary particles having a particle size of 1 μm or less, without agglomerating the silica fume. Can be mixed in a uniformly dispersed state. In addition, by performing the pulverization in a state where the silica stone and the silica fume are mixed, the silica fume fine powder adheres to the surface of the silica powder in which the silica is pulverized by the pressure applied by the ball during the pulverization. Is uniformly dispersed and mixed with the silica powder in a state where it adheres to the surface of the silica powder.
ここで、上記のように珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうにあたって、シリカフュームと珪石の混合比率は、シリカフューム１に対して珪石２以上の質量比率に設定するのが好ましい。シリカフューム１に対して珪石の質量比率が２未満であると、珪石に対するシリカフュームの量が多すぎて、シリカフュームを十分に分散させることが難しくなり、またシリカフュームの断面積の総和に対する珪石粉の表面積が不足することになって、珪石粉の表面に付着できなくなるシリカフュームの量が多くなる。また、シリカフュームに対する珪石の比率の上限は特に設定されないが、通常はシリカフューム１に対して珪石５以下の質量比率に設定するのが好ましい。また上記の粉砕は、珪石を粉砕して得られる珪石粉の粉末度が、ブレーン値で３０００〜１２０００ｃｍ２／ｇの範囲になるまで行なうのが好ましい。 Here, when pulverization is performed in a state where silica fume is mixed with silica as described above, the mixing ratio of silica fume and silica is preferably set to a mass ratio of 2 or more with respect to silica fume 1. If the mass ratio of the silica stone to the silica fume 1 is less than 2, the amount of the silica fume relative to the silica stone is too large, making it difficult to sufficiently disperse the silica fume, and the surface area of the silica powder relative to the sum of the cross-sectional areas of the silica fume. The amount of silica fume that becomes insufficient and cannot adhere to the surface of the silica powder increases. Moreover, although the upper limit of the ratio of the silica stone with respect to a silica fume is not set in particular, Usually, it is preferable to set to the mass ratio of the silica fume 1 below 5 silica. Moreover, it is preferable to perform said grinding | pulverization until the fineness of the silica powder obtained by grind | pulverizing a silica falls in the range of 3000-12000cm < 2 > / g in a brane value.
上記のように珪石とシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって得られる、珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を用いて、セメント成形材料を調製することができる。すなわち、セメント成形材料を例えば、セメント、珪石粉、シリカフューム、骨材、パルプやポリプロピレン繊維などの補強繊維を配合して調製する場合、セメントに上記の珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を配合し、さらに骨材や補強繊維を配合し、これを混合することによって行なうことができる。この混合には周知のミキサを用いることができる。しかもシリカフュームは珪石粉の表面に付着しているので、シリカフュームが飛散したり、シリカフュームが凝集したりすることなく、アイリッヒミキサなどの乾式のミキサを用いてシリカフュームをセメント成形材料中に均一に分散させることができるものである。 A cement molding material can be prepared using a silica material made of a mixture of silica stone powder and silica fume, which is obtained by pulverization in a state where silica stone and silica fume are mixed as described above. That is, when a cement molding material is prepared by blending reinforcing fibers such as cement, silica powder, silica fume, aggregate, pulp and polypropylene fiber, a silica material composed of a mixture of the above silica powder and silica fume is blended with the cement. Furthermore, it can be carried out by blending aggregates and reinforcing fibers and mixing them. A known mixer can be used for this mixing. In addition, since silica fume adheres to the surface of the silica powder, the silica fume is uniformly dispersed in the cement molding material using a dry mixer such as an Eirich mixer without the silica fume scattering or agglomerating. It can be made to.
セメント成形材料の各材料成分の配合量は特に限定されるものではないが、例えば、セメント２０〜４０質量％、珪石粉２０〜４０質量％、シリカフューム３〜１３質量％、パルプ３〜７質量％、骨材１０〜４０質量％、ポリプロピレン繊維０〜０．５質量％程度の範囲が好ましく、また必要に応じて湿り気を与える程度の適量の水を配合するものである。このとき、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕して得られるシリカ材料において、珪石粉とシリカフュームの混合比率が、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率と異なる場合、シリカ材料を配合するだけでは、珪石粉とシリカフュームのうち一方が不足することになるが、この場合には不足する分を追加して、配合比率を調整するようにすればよい。ここで、シリカ材料におけるシリカフュームの混合比率が、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率以上になるようにしておけば、取り扱いが容易で、また均一に混合し易い珪石粉を追加して、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率を調整するようにすればよくなるので、混合の作業性や均一なセメント成形材料を得る上で、好ましいものである。 Although the compounding quantity of each material component of cement molding material is not specifically limited, For example, cement 20-40 mass%, silica stone powder 20-40 mass%, silica fume 3-13 mass%, and pulp 3-7 mass% A range of about 10 to 40% by mass of aggregate and about 0 to 0.5% by mass of polypropylene fiber is preferable, and an appropriate amount of water is added as needed to give moisture. At this time, in the silica material obtained by pulverization in a state where silica fume is mixed with silica stone, if the mixing ratio of the silica powder and silica fume is different from the mixing ratio of the silica powder and silica fume in the cement molding material, the silica material is mixed. In this case, one of the silica powder and the silica fume will be insufficient, but in this case, the insufficient amount may be added to adjust the blending ratio. Here, if the mixing ratio of the silica fume in the silica material is equal to or greater than the mixing ratio of the siliceous powder and the silica fume in the cement molding material, it is easy to handle and add a siliceous powder that is easy to mix uniformly. It is preferable to adjust the blending ratio of the silica powder and the silica fume in the cement molding material, which is preferable in terms of mixing workability and obtaining a uniform cement molding material.
このように調製したセメント成形材料を用いてセメント成形品を製造するにあたっては、任意の方法を採用することができる。例えば、ハチェック製法等の湿式製法、押出製法、または乾式法等によって成形した後、オートクレーブなどで養生して硬化させることによって、セメント成形品を製造することができるものである。 In producing a cement molded article using the cement molding material thus prepared, any method can be adopted. For example, a cement molded article can be produced by molding by a wet production method such as the Hatschek production method, an extrusion production method, or a dry method, and then curing and curing in an autoclave or the like.
このようにしてセメント成形品を製造するにあたって、シリカフュームは珪石が粉砕された珪石粉の表面に付着した状態で均一に混合されているため、セメント成形材料中に凝集することなく均一に分散されており、シリカフュームを配合することによる効果を高く得ることができるものであり、セメント成形品の強度を向上する効果を高く得ることができるものである。特に、珪石粉の表面に同材質のシリカフュームが付着していることによって、シリカフュームがポゾラン反応を誘発して、珪石粉の反応性を高めることができるものであり、セメント成形品の強度向上の効果をより高く得ることができるものである。この結果、シリカフュームの使用量を低減しても高い強度を有するセメント成形品を得ることができるものであり、シリカフュームの使用量を低減して材料コストを低減することが可能になるものである。 In producing cement moldings in this way, silica fume is uniformly mixed in a state where it adheres to the surface of the crushed silica stone powder, so that it is uniformly dispersed in the cement molding material without agglomeration. Thus, it is possible to obtain a high effect by blending silica fume and to obtain a high effect of improving the strength of the cement molded product. In particular, the silica fume of the same material adheres to the surface of the silica powder, which can increase the reactivity of the silica powder by inducing a pozzolanic reaction and improving the strength of the cement molded product. Can be obtained higher. As a result, a cement molded product having high strength can be obtained even if the amount of silica fume used is reduced, and the material cost can be reduced by reducing the amount of silica fume used.
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
（実施例１）
質量比率で３：１の珪石とシリカフューム（かさ比重０．５）をそれぞれボールミルに投入し、珪石がブレーン値４０００ｃｍ２／ｇの珪石粉になるまで粉砕を行ない、珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を得た。
Example 1
Silica stone and silica fume (bulk specific gravity 0.5) in a mass ratio of 3: 1 are respectively charged into a ball mill and pulverized until the silica becomes a silica powder having a brane value of 4000 cm 2 / g, and consists of a mixture of silica powder and silica fume. A silica material was obtained.
そして、セメント３０．０質量部に、パルプを５．０質量部、砕石を１５．０質量部、無機質板の廃材の粉砕物を１５質量部、ポリプロピレン繊維を０．２質量部配合し、また上記のシリカ材料を２０．０質量部、さらに珪石粉を１５．０質量部配合し、アイリッヒミキサで均一に混合することによって、セメント成形材料を調製した。尚、このセメント成形材料には珪石粉が３０．０質量部、シリカフュームが５．０質量部含有されている。 And, 30.0 parts by mass of cement, 5.0 parts by mass of pulp, 15.0 parts by mass of crushed stone, 15 parts by mass of pulverized inorganic board waste, 0.2 parts by mass of polypropylene fiber, A cement molding material was prepared by blending 20.0 parts by mass of the above silica material and further 15.0 parts by mass of silica powder and uniformly mixing the mixture with an Eirich mixer. The cement molding material contains 30.0 parts by mass of silica powder and 5.0 parts by mass of silica fume.
そして成形ベルトの上にセメント成形材料を層状に供給し、セメント成形材料に水を散布して供給しつつ、ロールで圧縮成形することによってグリーンシートに成形した。次いでこのグリーンシートを１８０℃でオートクレーブ養生して硬化させることによって、セメント板としてセメント成形品を得た。 Then, the cement molding material was supplied in layers on the molding belt, and was formed into a green sheet by compression molding with a roll while spraying and supplying water to the cement molding material. Next, the green sheet was cured by autoclave at 180 ° C. to obtain a cement molded product as a cement board.
（比較例１）
セメント３０．０質量部に、珪石粉を３０．０質量部、シリカフュームを５．０質量部、パルプを５．０質量部、砕石を１５．０質量部、無機質板の廃材の粉砕物を１５質量部、ポリプロピレン繊維を０．２質量部配合し、アイリッヒミキサで均一に混合することによって、セメント成形材料を調製した。そして、このセメント成形材料を用いて、実施例１と同様にしてセメント成形品を得た。
(Comparative Example 1)
30.0 parts by mass of cement; 30.0 parts by mass of silica powder; 5.0 parts by mass of silica fume; 5.0 parts by mass of pulp; 15.0 parts by mass of crushed stone; A cement molding material was prepared by blending 0.2 parts by mass of polypropylene and fiber and mixing uniformly with an Eirich mixer. And using this cement molding material, it carried out similarly to Example 1, and obtained the cement molded product.
上記のように実施例１及び比較例１で得たセメント成形品について、ＪＩＳ Ａ１４０８に準拠して曲げ強度を測定し、さらに乾燥比重を測定した。結果を表１に示す。 As described above, the cement molded products obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were measured for bending strength in accordance with JIS A1408, and further measured for dry specific gravity. The results are shown in Table 1.
表１にみられるように、珪石とシリカフュームを混合して粉砕することによって得たシリカ材料を用いるようにした実施例１のものは、曲げ強度が１．０６倍向上しており、強度向上の効果が高いことが確認される。 As can be seen from Table 1, the bending strength of the material of Example 1 using a silica material obtained by mixing and pulverizing silica stone and silica fume is improved 1.06 times. It is confirmed that the effect is high.
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