JP2015514662A - 補助セメント質材料（ＳＣＭｓ）の製造方法 - Google Patents
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Abstract
コンクリート及びモルタルの製造におけるポルトランドセメントの交換用補助セメント質材料の製造方法であって、当該セメント質材料が、灰及び岩の形状の天然のポゾランを含む。本発明は、以下を特徴とする：粉砕状態の前記ポゾランを、粉砕装置中で粉砕により高エネルギー機械的処理にかけ、それによって、当該ポゾラン粒子は機械的衝撃を受け、粉砕を、所定の時間実施し、標準砂及び更に要求される水に対して１：２．７５の比率で８０％のポルトランドセメント及び２０％の天然のポゾランを含むモルタルの２インチサイドキューブの圧縮強度となり、ポルトランドセメントの重量の４８．５％に対応する更なる水及び１：２．７５のポルトランドセメント：砂の比率を含むモルタルの、前記キューブとして処理された、２８日後には２インチサイドキューブの圧縮強度の≧７５％である、封印状態で＋２０℃で硬化され及び振動下に適切に圧縮された、米国規格ＡＳＴＭ Ｃ１０９に従ったモルタルの流れを得る。
Description
本発明は、補助セメント質材料（ＳＣＭｓ）、すなわちポゾラン、の製造方法に関する。
フライアッシュは、コンクリート、モルタル、及び、セメントを含む他の混合物の製造に有用な補助セメント質材料である。フライアッシュは、石炭燃焼発電装置の副生物であり、毎年大量に世界中で製造される。
スウェーデン特許第５３２７９０には、石炭燃焼プロセスのパラメーター及びコールケミカル組成の変化に起因するフライアッシュ品質の変動を取り除く方法が記載される。ポゾラン、すなわち当該特許の方法に従ったフライアッシュの処理は、コンクリートの性能を著しく改善し、そして、著しい経済的な及び環境の利益に導く標準ポルトランドセメントのより高いレベルの交換を提供する。
フライアッシュは、セノスフェア粒子の形状の約８５％ガラス状アモルファス成分を普通は含有する。ＡＳＴＭ Ｃ ６１８によれば、フライアッシュは、クラスＣ及びクラスＦの２つのクラスに分類される。クラスＦフライアッシュは、７０重量％より多いシリカ、アルミナ、及び酸化第二鉄を典型的に含有し、一方、クラスＣは、７０％と５０％との間を典型的に含有する。クラスＦは、歴青炭の燃焼の副生物として製造される。クラスＣフライアッシュは、より高いカルシウム含有量を有し、そして、亜歴青炭の燃焼の副生物として製造される。
幅広い研究により、フライアッシュなしのポルトランドセメントコンクリートと比較して、ポルトランドセメントが５０％を超えるレベルのフライアッシュに交換された高容積フライアッシュコンクリートは、より高い長期間の強度展開、より低い水及びガス透過率、高塩化物イオン抵抗性などを示すことが、例証された。
同時に、高容積フライアッシュコンクリートは、著しい欠点を有する。１つの欠点は、０〜２８日間中の満足できない遅い強度展開及び長い硬化時間である。これらのマイナスの効果は、ポルトランドセメントの交換用に使用されるフライアッシュのレベルを米国では例えば約１５％に著しく低減する。
重大な問題は、フライアッシュ性能の安定性にも関連する。通常は、石炭の化学組成の変化及び発電装置の操作パラメーターの頻繁な変化は、とりわけ、結晶質の及び準結晶質の相、いわゆるスコリア、の形成の原因となり、それは、フライアッシュ反応性、いわゆるポゾラン活性、の低減に導く。
古代ローマ人によって２０００年前から歴史的に石灰石−ポゾラン混合物が使用されてきた。そして、多くの古代建造物が、例えばコロシアムとして、依然として良好な形状にある。同時に、ＵＳ地質調査によれば、何十億トンもの天然のポゾランが、西部ＵＳＡ及び世界中のほとんどの他の地域に発見され得るとの事実にもかかわらず、現代の建築業でのコンクリート中の天然のポゾランの使用は非常に限定されている。
天然のポゾランは、珪藻土などの火山起源及び堆積起源の材料に属する。ＡＳＴＭ Ｃ ６１８によれば、それらは、クラスＮポゾランに指定されている。天然のポゾランは、ＡＣＩ ２３２．１Ｒ−００には、「珪藻土；乳白チャート及びシェール；凝灰岩及び火山灰又は火山塵などの、ここでのクラスの適用要求を満たす生の又は焼成された天然のポゾランであり、そのいくらかは焼成処理されてもされなくてもよく；及び、クレー又はシェールなどの、満足できる特性を引き起こす焼成を要求する様々な材料」と記載されている。
天然のポゾランの使用が非常に限定される理由は、以下によって説明できる。
天然のポゾラン粒子のミクロ構造は、高気孔率によって特徴づけられ、それは、天然のポゾランを含有するコンクリート混合物の水分要求を著しく増加させ、コンクリートの要求される流動性／作業性を実現する。しかし、水分要求の増加は、満足できない圧縮強度展開に導く。
更に、例えば風化に起因する活性ミネラル、すなわちアモルファス材料、の不均等分布は、天然のポゾラン含有量を持つコンクリートのマイナスの強度展開に更なる及び容認できないマイナスの影響を与える。
高ポゾラン含有コンクリートの一貫した性能を実現するために、最適の天然ポゾラン粒子径分布が要求される。最適の粒子分布は、細かい及び粗いフラクションが存在するようなものである。
アメリカ・コンクリート協会の報告ＡＣＩ ２３２．１Ｒ−００「コンクリート中の生の又は加工された天然のポゾランの使用」によれば、天然のポゾランの特性は、それらの起源に依存して及び従って化学的に活性なミネラルの変化する比率に依存して、かなり変化し得る。化学的に活性なミネラルは、普通は、アモルファス材料（例えばアモルファス二酸化ケイ素）を含有し、それは、ポルトランドセメント水和（ポゾラン反応）中に放出される水酸化カルシウムと反応し、そして、カルシウム−シリケート−水和物ゲル［Ｃ−Ｈ−Ｓゲル］、−ポルトランドセメント水和の得られた生成物と同様の生成物、を形成する。
本発明は、コンクリート中に天然のポゾランを使用する問題を解決する。
したがって、本発明は、コンクリート及びモルタルの製造におけるポルトランドセメントの交換用補助セメント質材料の製造方法に関し、当該セメント質材料が、珪藻土などの、堆積起源及び灰及び岩の形状の天然のポゾランを含む。
本発明は、以下を特徴とする：粉砕状態の前記ポゾランを、粉砕装置中で粉砕により高エネルギー機械的処理にかけ、それによって、当該ポゾラン粒子は機械的衝撃を受け、粉砕を、所定の時間実施し、標準砂及び更に要求される水に対して１：２．７５の比率で８０％のポルトランドセメント及び２０％の天然のポゾランを含むモルタルの２インチサイドキューブの圧縮強度となり、ポルトランドセメントの重量の４８．５％に対応する更なる水及び１：２．７５のポルトランドセメント：砂の比率を含むモルタルの、前記キューブとして処理された、２８日後には２インチサイドキューブの圧縮強度の≧７５％である、封印状態で＋２０℃で硬化され及び振動下に適切に圧縮された、米国規格ＡＳＴＭ Ｃ１０９に従ったモルタルの流れを得る。
この試験は、米国規格ＡＳＴＭ Ｃ１０９に対応する。
本発明を、以下により詳細に記載する。
本発明は、コンクリート及びモルタルの製造におけるポルトランドセメントの交換用補助セメント質材料の製造方法に関し、当該セメント質材料が、珪藻土などの、堆積起源及び火山起源の灰及び岩の形状の天然のポゾランを含む。
本発明によれば、粉砕状態の前記ポゾランを、粉砕装置中で粉砕により高エネルギー機械的処理にかけ、それによって、当該ポゾラン粒子は機械的衝撃を受ける。
当該粉砕は、表面気孔率の低減の形のその表面特性の変性、及び、水和セメントによって製造されるアルカリ性媒体とのその化学的反応性の改善に導く。ポゾラン粒子の処理は、当該粒子の表面の局部的な溶解を起こし、それによって、高程度のアモルファス化を持つ区域が形成されることが、観察された。この処理によって、そのように処理された天然のポゾランが、ポルトランドセメント、ポゾラン、砂及び水を含むセメントペースト、モルタル及びコンクリート中でのポルトランドセメントのいくらかの量を交換する時、天然のポゾランが驚いたことに良好な影響を示すことが、示された。
更に本発明によれば、当該粉砕を、所定の時間実施し、標準砂及び更に要求される水に対して１：２．７５の比率で８０％のポルトランドセメント及び２０％の天然のポゾランを含むモルタルの２インチサイドキューブの圧縮強度となり、ポルトランドセメントの重量の４８．５％に対応する更なる水及び１：２．７５のポルトランドセメント：砂の比率を含むモルタルの、前記キューブとして処理された、２８日後には２インチサイドキューブの圧縮強度の≧７５％である、封印状態で＋２０℃で硬化され及び振動下に適切に圧縮された、米国規格ＡＳＴＭ Ｃ１０９に従ったモルタルの流れを得る。
ＡＳＴＭ Ｃ１０９に従ったモルタルの流れを得るのに要求される水の量は、変化することもあるが、ポルトランドセメント及びポゾランの重量の約４０％〜５０％である。
天然のポゾランを使用した時の圧縮強度は、フライアッシュをポルトランドセメントと一緒に使用した時に得られる当該強度に対応する。
本発明は、空気分級と組合せ及び処理にかけた粒子に適用したせん断機械的衝撃を支配する例えば噴出、衝撃、ローラーなどの非メディアミリング装置、又は例えば撹拌、遠心、タンブリングボールなどのメディアミリング装置などの異なるタイプの粉砕装置の使用で、実現可能である。
粉砕される材料用に開又は閉回路に採用される、粉砕装置中でポゾランを粉砕にかけることができる。
好ましい粒子径分布は以下である：
≦ ５ミクロン １５−５０％、
≦ １０ミクロン ３０−６５％、
≦ ３０ミクロン ９０−９５％。
≦ ５ミクロン １５−５０％、
≦ １０ミクロン ３０−６５％、
≦ ３０ミクロン ９０−９５％。
好ましい形態によれば、当該ポゾランの前記処理中又は処理後に、前記ポゾランに、ポルトランドセメント、フライアッシュクラスＦ又はＣ、微粉石英、花崗岩採石場の微粉、リサイクルコンクリート又は高炉スラグの微粉フラクション又はそのブレンドを添加する。
別の好ましい形態によれば、ポルトランドセメント、フライアッシュクラスＦ又はＣ、微粉石英、花崗岩採石場の微粉、リサイクルコンクリート又は高炉スラグの微粉フラクション又はそのブレンドを、予備粉砕にかけ、５％未満の４５ミクロン篩上の保持を持つ細かさを実現する。
更に別の好ましい形態によれば、当該ポゾランの前記粉砕中又は粉砕後に、前記ポゾランに、水低減剤、硬化時間調整剤、及び粉末形状の強度促進混合物を添加する。
コンクリート又はモルタル中の前記ポゾランによるポルトランドセメントの交換が１５〜約７０％であることが好ましい。
当該ポゾランを前記粉砕装置中で粉砕にかけ、５％未満の３０ミクロン篩上の保持を持つ最終生成物の細かさにすることも、好ましい。
本発明のいくつかの形態を上に記載した。しかし、本発明は、上に記載の例示形態に限定されないが、特許請求の範囲の範囲内で変更できる。
更に、例えば風化に起因する活性ミネラル、すなわちアモルファス材料、の不均等分布は、天然のポゾラン含有量を持つコンクリートの強度展開に更なる及び容認できないマイナスの影響を与える。
Claims (7)
- コンクリート及びモルタルの製造におけるポルトランドセメントの交換用補助セメント質材料の製造方法であって、
当該セメント質材料が、灰及び岩の形状の天然のポゾランを含み、
粉砕状態の前記ポゾランを、粉砕装置中で粉砕により高エネルギー機械的処理にかけ、それによって、当該ポゾラン粒子は機械的衝撃を受け、
粉砕を、所定の時間実施し、
粉砕後の当該ポゾランの最終生成物が、以下の粒子径分布を有し：
≦ ５ミクロン １５−５０％、
≦ １０ミクロン ３０−６５％、
≦ ３０ミクロン ９０−９５％、
粉砕ポゾラン、ポルトランドセメント及び水の混合物が、標準砂及び更に要求される水に対して１：２．７５の比率で８０％のポルトランドセメント及び２０％の天然のポゾランを含むモルタルの２インチサイドキューブの圧縮強度となり、
ポルトランドセメントの重量の４８．５％に対応する更なる水及び１：２．７５のポルトランドセメント：砂の比率を含むモルタルの、前記キューブとして処理された、２８日後には２インチサイドキューブの圧縮強度の≧７５％である、封印状態で＋２０℃で硬化され及び振動下に適切に圧縮された、米国規格ＡＳＴＭ Ｃ１０９に従ったモルタルの流れを得ることを特徴とする、前記の製造方法。 - 当該ポゾランの前記処理中又は処理後に、前記ポゾランに、ポルトランドセメント、フライアッシュクラスＦ又はＣ、微粉石英、花崗岩採石場の微粉、リサイクルコンクリート又は高炉スラグの微粉フラクション又はそのブレンドを添加することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- ポルトランドセメント、フライアッシュクラスＦ又はＣ、微粉石英、花崗岩採石場の微粉、リサイクルコンクリート又は高炉スラグの微粉フラクション又はそのブレンドを、予備粉砕にかけ、５％未満の４５ミクロン篩上の保持を持つ細かさを実現することを特徴とする、請求項１又は３に記載の方法。
- 当該ポゾランの前記粉砕中又は粉砕後に、前記ポゾランに、水低減剤、硬化時間調整剤、及び粉末形状の強度促進混合物を添加することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- コンクリート又はモルタル中の前記ポゾランによるポルトランドセメントの交換が１５〜約７０％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 当該ポゾランを前記粉砕装置中で粉砕にかけ、５％未満の３０ミクロン篩上の保持を持つ最終生成物の細かさにすることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 粉砕される材料用に開又は閉回路に採用される、粉砕装置中でポゾランを粉砕にかけることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
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