JP2015226985A

JP2015226985A - セメント組成物の処理方法

Info

Publication number: JP2015226985A
Application number: JP2014112608A
Authority: JP
Inventors: 森　寛晃; Hiroaki Mori; 寛晃森; 真悟杉山; Shingo Sugiyama; 前堀　伸平; Shinpei Maehori; 伸平前堀; 充谷村; Mitsuru Tanimura
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: JP6385143B2

Abstract

【課題】本発明は、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの混練時間を短縮でき、モルタルやコンクリートの製造効率が向上するセメント組成物の処理方法を提供する。
【解決手段】本発明のセメント組成物の処理方法は、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌処理する方法である。そして、前記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機は、好ましくはプロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサである。
【選択図】なし

Description

本発明は、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフューム（ＪＩＳＡ６２０７に記載されているシリカフューム）を含むセメント組成物の処理方法に関する。

最近、高強度モルタル用および高強度コンクリート用の混和材としてシリカフュームが多用されている。かつては、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ^２／ｇ程度の比較的大きな粒径のシリカフュームが容易に入手できたが、最近では、さまざまな要因によりその入手が困難になりつつある。そのため、現在、ＢＥＴ比表面積が１２〜２５ｍ^２／ｇのシリカフュームの微粒子を使わざるを得ない状況にある。

しかし、ＢＥＴ比表面積が１５ｍ^２／ｇ以上の微小なシリカフュームは、保管中に一部が凝集して不均質な凝集物が生じ易く、このようなシリカフュームとポルトランドセメントを混合したプレミックスタイプのセメント組成物は、往々にして凝集したシリカフュームを含むという問題がある。また、凝集していないシリカフュームを用いた場合でも、ＢＥＴ比表面積が１５〜２５ｍ^２／ｇのシリカフュームを含むプレミックスタイプのセメント組成物では、製造後、半年以上経過すると、含まれるシリカフュームが凝集するという問題がある。かかるセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの混練では、凝集したシリカフュームを解砕するための時間を要し、製造時の凝集していないシリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートに比べ混練時間が長くなり、その分モルタル等の製造効率が低下する。

また、ＢＥＴ比表面積が１２〜２５ｍ^２／ｇのシリカフュームを混和材として用いる場合、保管性や運搬時の作業性の向上を目的に、該シリカフュームを粒体状に加工して出荷することも多い。しかし、該粒体シリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタル等の混練も、粒体シリカフュームを解砕するための時間を要し混練時間が長くなる。

ところで、特許文献１には、顆粒（粒体）状のシリカフューム等を用いた高強度セメントの製造方法が提案されている。該方法は、セメントクリンカを粉砕するに際し、セメントクリンカと粒径１μｍ以下のシリカフューム等の超微粒子からなる粒径２ｍｍ未満の顆粒状物質と、粉砕助剤とを添加して粉砕する方法である。そして、該方法によれば、セメント中に単一粒子となって分散した超微粒子の割合が著しく多くなり、セメントの物性（流動性と強度発現性）が改善するという。しかし、該セメントであっても、やはり製造後半年以上が経過すると、単一粒子となって分散していたシリカフュームが凝集し、該シリカフュームを含むセメントを用いたモルタル等は混練時間が長くなるという問題がある。

特開平５−１４７９８４号公報

そこで、本発明は、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルおよびコンクリートの混練時間を短縮できる、セメント組成物の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的にかなう処理方法について検討したところ、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームを含むセメント組成物を、特定の混合機を用いて撹拌処理する方法は、前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するセメント組成物の処理方法である。
［１］凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌処理する、セメント組成物の処理方法。
［２］前記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機が、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサである、前記［１］に記載のセメント組成物の処理方法。

本発明のセメント組成物の処理方法によれば、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの混練時間を短縮できるため、モルタルやコンクリートの製造効率が向上する。

プロシェアミキサの一例を示す概略図である。後記のプロシェアミキサａを用いて処理したセメント組成物Ａを含むモルタルのフローと流動化時間を示す図であって、（１）は撹拌時間の効果を示し、（２）はチョッパーの回転速度の効果を示し、（３）はショベル羽根の周速の効果を示す。後記のプロシェアミキサａを用いて処理したセメント組成物Ｃを含むモルタルのフローと流動化時間を示す図であって、撹拌時間の効果を示す。後記のプロシェアミキサｂを用いて処理したセメント組成物Ａを含むモルタルのフローと流動化時間を示す図であって、撹拌時間の効果を示す。

本発明のセメント組成物の製造方法は、前記のとおり、凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌処理する方法である。以下、本発明について詳細に説明する。

１．混合機
本発明のセメント組成物の処理方法において用いる混合機は、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機であり、例えば、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサ等が挙げられる。これらの混合機はいずれも、強力な分散力（せん断作用）を有するブレード状の高速攪拌羽根（チョッパーまたはローター）を備えており、その回転速度は概ね１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍの範囲で調整可能である。
そして、プロシェアミキサは、図１に一例を示すように、主にショベル羽根１とチョッパー２とからなり、材料投入口３から投入された粉体材料はショベル羽根１の混合作用による浮遊拡散混合と、チョッパー２の分散作用による高速せん断分散により分散混合を行った後、材料排出口から粉体を排出するミキサである。プロシェアミキサを混合機として用いる場合、チョッパーの回転速度が、好ましくは２０００ｒｐｍ以上、より好ましくは３０００ｒｐｍ以上の攪拌能力を有するプロシェアミキサが望ましい。プロシェアミキサは、例えば、太平洋機工社製のプロシェアミキサがあり、その型式はＷＢ−２０（傾斜型）やＷＢ−２４００が挙げられる。
また、アイリッヒミキサは、例えば、日本アイリッヒ社製のアイリッヒミキサがあり、その型式はＲ０２が挙げられる。また、ヘンシェルミキサは、例えば日本コークス工業社製のヘンシェルミキサがあり、その型式はＦＭ２０Ｃが挙げられる。
本発明においては、上記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌することにより、セメント組成物中の凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームが解砕されて、モルタルやコンクリートの混練時間が短縮されると推察する。

２．セメント組成物
（１）シリカフューム
本発明の処理対象であるセメント組成物に含まれる凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、通常、１２〜２５ｍ^２／ｇである。該値がこの範囲を外れるシリカフュームは入手が困難である。なお、該ＢＥＴ比表面積は、好ましくは１３〜２０ｍ^２／ｇである。
ここで凝集したシリカフュームとは、例えば、レーザー回折・散乱型粒度分布測定装置で測定した１μｍ以上の粒径の粒子の割合が２０質量％以上のシリカフュームをいう。なお、セメント組成物の製造に凝集していないシリカフュームを用いたとしても、製造後、半年以上経過すると、含まれるシリカフュームは凝集し易い。
また、粒体シリカフュームとは、ＪＩＳＡ６２０７に記載されているシリカフュームをいう。

（２）セメント
本発明の処理対象であるセメント組成物に含まれるセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメント等からなる群より選ばれる１種以上のポルトランドセメントが挙げられる。
これらのセメントの中でも、セメントモルタルやコンクリートの流動性や作業性等の観点から、セメントは好ましくは中庸熱ポルトランドセメント、または低熱ポルトランドセメントである。

（３）セメント組成物の組成
本発明の処理対象であるセメント組成物の組成は、セメント１００質量部に対し、シリカフュームは好ましくは５〜４０質量部である。該値が該範囲にあれば、セメント組成物は流動性と強度発現性が高い。なお、セメント組成物の組成は、セメント１００質量部に対し、シリカフュームは、より好ましくは８〜３５質量部、さらに好ましくは１０〜３０質量部である。
前記セメント組成物は、他に石灰石粉末、石英粉末、石膏、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ、および膨張材等の混和材を含むことができる。該混和材の配合量は、セメント１００質量部に対し、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４０質量部以下である。

以下、本発明を実施例により説明するが本発明は該実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント組成物Ａ
中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント製）１００質量部に対し、ＢＥＴ比表面積１８．５ｍ^２／ｇの凝集したシリカフューム（金属シリコン系、１μｍ以上の粒径の粒子の割合が３０質量％、密度２．２５ｇ／ｃｍ^３（エムケムジャパン社製））を１３質量部含むセメント組成物
（２）セメント組成物Ｂ
中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント製）１００質量部に対し、ＢＥＴ比表面積１８．５ｍ^２／ｇの凝集していないシリカフューム（金属シリコン系、１μｍ以上の粒径の粒子の割合が１０質量％、密度２．２５ｇ／ｃｍ^３（エムケムジャパン社製））を１３質量部含むセメント組成物
（３）セメント組成物Ｃ
製造後１２月経過したセメント組成物Ｂ（凝集したシリカフュームを含む）
（４）細骨材
山砂(静岡県掛川市産)
（５）高性能減水剤
マスターグレニウムＳＰ８ＨＵＸ_２[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）
（６）空気量調整剤
マスターエア４０４[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）
（７）水：水道水

２．使用した混合機
（１）プロシェアミキサａ
型式：ＷＢ−２０（傾斜型）、チョッパーの回転速度：３６００〜６０００ｒｐｍ、チョッパーの周速：１８ｍ／ｓ以上、容積：２０リットル、太平洋機工社製
（２）プロシェアミキサｂ
型式：ＷＢ−２４００、チョッパーの回転速度：３６００ｒｐｍ、チョッパーの周速：
２８ｍ／ｓ、容積：２．３ｍ^３、太平洋機工社製
なお、前記セメント組成物のプロシェアミキサへの投入量は、プロシェアミキサａで８．４ｋｇ、プロシェアミキサｂで８００ｋｇである。

２．試験に用いたモルタル
モルタルのフローおよび流動化時間の測定に用いたモルタル配合は、水／セメント組成物の質量比が１４％、細骨材／セメント組成物の質量比が３３％、高性能減水剤の添加量がセメント組成物の質量×１．５％である。また、モルタルの空気量は空気量調整剤を用いて３％以下に調整した。
前記配合に従い、セメント組成物等のモルタルの原料を一括してホバートミキサーに投入し低速で混練して、流動化時間（秒）を測定した。本発明の処理対象であるセメント組成物を用いたモルタルの性状は、初めは粉状から徐々に大きな塊状に変化し、さらに混ぜると、流動化した状態に変化するという特異な変化を示す。そして、前記流動化時間とは、混練開始時からモルタルが流動化する状態に至るまでに要した時間をいう。なお、モルタルの混練時間は、前記流動化時間＋１８０秒とした。
次に、前記混練したモルタルを用いてＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１.フロー試験」に準拠してモルタルのフローを測定した。ただし、１５回の落下運動は実施しなかった。

３．プロシェアミキサａを用いたセメント組成物Ａの処理
（１）撹拌時間の効果
前記プロシェアミキサａのショベル羽根の周速が４．２ｍ／ｓ、およびチョッパーの回転速度が６０００ｒｐｍの条件で、前記セメント組成物Ａを、１５分、１０分、５分、および３分撹拌した。撹拌した後のセメント組成物Ａを用いて前記モルタルを作製し、該モルタルのフローおよび流動化時間を測定した。その結果は図２の（１）に示す。
図２の（１）に示すように、撹拌時間が長くなるほどモルタルの流動化時間は短縮する。

（２）チョッパーの回転速度の効果
前記プロシェアミキサａのショベル羽根の周速が４．２ｍ／ｓ、および撹拌時間が１０分の条件で、前記セメント組成物Ａを、チョッパーの回転速度が６０００ｒｐｍ、４８００ｒｐｍ、および３６００ｒｐｍで撹拌した。撹拌した後のセメント組成物Ａを用いてモルタルを作製し、該モルタルのフローおよび流動化時間を測定した。その結果は図２の（２）に示す。
図２の（２）に示すように、チョッパーの回転速度が大きくなるほどモルタルの流動化時間は短縮する。

（３）ショベル羽根の周速の効果
前記プロシェアミキサａのチョッパーの回転速度が３６００ｒｐｍ、および撹拌時間が１０分の条件で、前記セメント組成物Ａを、ショベル羽根の周速が４．２ｍ／ｓ、および３．５ｍ／ｓで撹拌した。撹拌した後のセメント組成物Ａを用いてモルタルを作製し、該モルタルのフローおよび流動化時間を測定した。その結果は図２の（３）に示す。
図２の（３）に示すように、ショベル羽根の周速は大きい方がモルタルの流動化時間は短縮する傾向にある。

３．プロシェアミキサａを用いたセメント組成物Ｃの処理
前記プロシェアミキサａのショベル羽根の周速が３．５ｍ／ｓ、およびチョッパーの回転速度が３６００ｒｐｍの条件で、前記セメント組成物Ｃを、１０分、および１５分撹拌した。撹拌した後のセメント組成物Ｃを用いて前記モルタルを作製し、該モルタルのフローおよび流動化時間を測定した。その結果は図３に示す。また、参考のため、セメント組成物Ｂを用いて作製した前記モルタルＢのフローおよび流動化時間を図３に併せて示す。
図３に示すように、撹拌する前のセメント組成物Ｃ（未処理）では流動化時間が長いことから、シリカフュームは凝集していると考える。
また、撹拌時間が長いほどモルタルのフロー値は大きくなり、流動化時間は短縮し、凝集していないシリカフュームを含むセメント組成物Ｂを用いたモルタルＢのフロー値および流動化時間とほぼ同じ値になった。

４．プロシェアミキサｂを用いたセメント組成物Ａの処理
前記プロシェアミキサｂ（工場向けの実機）のショベル羽根の周速が３．５ｍ／ｓ、およびチョッパーの回転速度が３６００ｒｐｍの条件で、前記セメント組成物Ａを、５分、１０分、１５分、２０分、３０分、４５分、および６０分撹拌した。撹拌する前（未処理）と撹拌した後のセメント組成物Ａを用いて前記モルタルを作製し、該モルタルのフローおよび流動化時間を測定した。その結果は図４に示す。
図４に示すように、撹拌時間が長くなるほどモルタルの流動化時間は短縮する。
以上の結果から、本発明のセメント組成物の処理方法は、凝集したシリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの混練時間を短縮でき、モルタルやコンクリートの製造効率が向上する。

１ショベル羽根
２チョッパー
３材料投入口
４材料排出口

Claims

凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌処理することを特徴とする、セメント組成物の処理方法。
前記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機が、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサである、請求項１に記載のセメント組成物の処理方法。