JP2016206134A

JP2016206134A - セメント組成物の判定方法、およびセメント組成物の処理方法

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Publication number: JP2016206134A
Application number: JP2015091346A
Authority: JP
Inventors: 豪士中崎; Goshi Nakazaki; 洋二小川; Yoji Ogawa; 涼吉光; Ryo Yoshimitsu; 森　寛晃; Hiroaki Mori; 寛晃森; 前堀　伸平; Shinpei Maehori; 伸平前堀; 真悟杉山; Shingo Sugiyama; 充谷村; Mitsuru Tanimura
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】本発明は、セメント組成物中の凝集したシリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を簡易に判定できる方法と、該判定方法に基づき、凝集シリカフューム等を含むと判定されたセメント組成物を、該セメント組成物を含むモルタル等の混練時間が短縮するように、処理する方法とを提供する。【解決手段】本発明のセメント組成物の判定方法は、色差計を用いて測定したセメント組成物のＬ値に基づき、セメント組成物中の凝集したシリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を判定する方法である。また、本発明のセメント組成物の処理方法は、前記判定方法に基づき、凝集したシリカフュームおよび／または粒体シリカフュームを多く含むと判定されたセメント組成物を、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。【選択図】図２

Description

本発明は、シリカフュームを含有するセメント組成物（以下、単に「セメント組成物」という。）中の、凝集したシリカフューム（以下「凝集シリカフューム」という。）、および／または粒体シリカフューム（ＪＩＳＡ６２０７「コンクリート用シリカフューム」に記載されているシリカフューム）の多寡を判定する方法と、凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームを含むセメント組成物を処理する方法に関する。

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。
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前記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、含まれてい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、モルタルおよびコンクリート（以下「モルタル等」という。）の混練では、凝集シリカフュームを解砕するための時間を要し、凝集していないシリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタル等に比べ、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するため、混練時間が長くなる。

ところで、前記セメント組成物の判定方法に関連して、
特許文献１では、シリカフュームの品質判定方法が提案されている。具体的には、該方法は、シリカフュームに水中で外力を加え、外力を加えた前後等におけるシリカフュームの粒度分布の変化や粒度分布に関連したパラメーターの変化を測定して、シリカフュームの品質を判定する方法である。また、
特許文献２では、水性スラリー中の固形分の最大寸法の測定方法が提案されている。具体的には、該方法は、無色透明な糖蜜状の希釈液をスラリーに添加して、スラリー中の粒子の凝集分散状態を保った状態で顕微鏡観察し、単粒子および凝集粒子からなる固形分の最大寸法を測定する方法である。
しかし、特許文献１に記載の方法は、シリカフューム中の凝集状態の判定が目的ではなく、特許文献２に記載の方法は、個々の粒子を顕微鏡で観察して、最大寸法を測定するため手間がかかる。

さらに、前記セメント組成物の処理方法に関連して、
特許文献３では、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。具体的には、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が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、セメントの流動性と強度発現性が改善するとしている。しかし、該セメントであっても、やはり製造した後、半年以上が経過すると、分散していたシリカフュームが凝集して塊状の粒子を形成し、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０７−０３５６７６号公報特開２０１２−１３７４１１号公報特開平５−１４７９８４号公報

そこで、本発明は、セメント組成物中の、凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を簡易に判定できる方法と、該判定方法に基づき、凝集シリカフューム等を含むと判定されたセメント組成物を、該セメント組成物を含むモルタル等の混練時間が短縮するように、処理する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的にかなう判定方法および処理方法について検討したところ、
(i)色差計を用いて測定したセメント組成物のＬ値（白色度、なお、Ｌ値が０は完全な黒色で１００は完全な白色である。）は、凝集シリカフューム等の多寡を判定するための指標になること、
(ii)凝集シリカフューム等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したセメント組成物を用いたモルタル等は、混練時間が短縮すること
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判定方法等である。

［１］色差計を用いて測定したセメント組成物のＬ値に基づき、セメント組成物中の凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を判定する、セメント組成物の判定方法。
［２］前記［１］に記載のセメント組成物の判定方法に基づき、凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームを多く含むと判定されたセメント組成物を、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。
［３］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［２］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判定方法によれば、セメント組成物中の、凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を簡易に判定することができる。また、本発明のセメント組成物の処理方法によれば、凝集シリカフュームおよび／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等の混練時間を短縮できるため、これら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。セメント組成物のＬ値と、該セメント組成物を用いたモルタルの流動化時間の相関を示す図である。

本発明のセメント組成物の判定方法は、前記のとおり、色差計を用いて測定したセメント組成物のＬ値に基づき、セメント組成物中の凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を判定する方法である。
また、本発明のセメント組成物の処理方法は、前記セメント組成物の判定方法に基づき、凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームを多く含むと判定されたセメント組成物を、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、セメント組成物の判定方法と、セメント組成物の処理方法に分けて詳細に説明する。

１．セメント組成物の判定方法
（１）セメント組成物
本発明において判定の対象であるセメント組成物は、シリカフュームとセメントを含む組成物である。
（i）シリカフューム
前記セメント組成物に含まれる凝集シリカフューム、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、セメント組成物に含まれるシリカフュームは凝集し易い。また、保管条件によっては、製造後、数か月で、セメント組成物に含まれるシリカフュームは凝集する場合がある。

（ii）セメント
前記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や、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントが挙げられる。
これらのセメントの中でも、モルタル等の流動性や作業性等の観点から、好ましくは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である。

（２）セメント組成物の組成
前記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５〜１００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８〜９０質量部、さらに好ましくは１０〜８０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、および膨張材等から選ばれる１種以上の混和材を含むことができる。

（３）色差計を用いたセメント組成物のＬ値の測定
色差計を用いたセメント組成物のＬ値（白色度）は、ＪＩＳＺ８７２２「色の測定方法−反射及び透過物体色」に準拠して測定する。用いる色差計は特に限定されず、分光色差計等が挙げられる。

（４）セメント組成物の判定
セメント組成物中の凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を判定する基準は相対的であり、例えば、セメント組成物を用いたモルタルの流動化時間によりセメント組成物を評価する場合、モルタルの流動化時間とＬ値は高い相関があり、Ｌ値が大きくなるとモルタルの流動化時間は短くなるので、要求性能を満たす流動化時間の値を定め、さらに該値からＬ値を定める。そして、該Ｌ値を満たす場合、セメント組成物中の凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの含有量は少ないと判定する。例えば、図２では、要求性能を満たす流動化時間の値を４５０秒以下と定めるとＬ値は５２．０以上と定まる。図２の例では、Ｌ値が５２．０以上では凝集シリカフューム等が少なく、５２．０未満では凝集シリカフューム等は多いと判定する。

２．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は、前記セメント組成物の判定方法に基づき、凝集シリカフューム等を含むと判定されたセメント組成物を、該セメント組成物を含むモルタル等の混練時間が短縮するように、特定の混合機を用いて処理する方法である。
（１）混合機
前記特定の混合機は、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材料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シリカフュームおよび／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。

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
中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）１００質量部に対し、ＢＥＴ比表面積１６ｍ^２／ｇの凝集シリカフューム（金属シリコン系、粒径が１μｍ以上の粒子の割合は３０質量％、密度２．２５ｇ／ｃｍ^３（エルケムジャパン社製））を１３質量部含むセメント組成物
（２）細骨材
山砂(静岡県掛川市産)
（３）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）
（４）空気量調整剤
マスターエア４０４[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）
（５）水
水道水

２．セメント組成物の処理
（１）セメント組成物の撹拌とＬ値の測定
前記セメント組成物２．３ｍ^３を、図１に示すプロシェアミキサ（型式：ＷＢ−２４００、太平洋機工社製）に投入し、表１に示すショベル羽根の周速、チョッパーの回転速度、および撹拌時間の各条件で撹拌した。
前記撹拌の前および後で、ＪＩＳＺ８７２２「色の測定方法−反射及び透過物体色」に準拠して、分光色差計（型番：ＳＥ−６０００、日本電色工業社製）を用いて、セメント組成物のＬ値を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中の実施例は表１に示す各時間撹拌した後のセメント組成物であり、比較例は撹拌前のセメント組成物である。

（２）セメント組成物を含むモルタルの流動化時間およびフローの測定
用いたモルタルの配合は、水／セメント組成物の質量比が０．１４、細骨材／セメント組成物の質量比が０．３３、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、セメントおよび細骨材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た後、低速で混練して流動化時間（秒）を測定した。なお、モルタルの混練量は１リットルとした。その結果を表１および図２に示す。
本発明の処理対象であるセメント組成物を含むモルタルの混練時の性状は、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。本発明において流動化時間とは、混練開始時から前記流動化した状態に至るまでの時間をいう。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。その結果を表１に示す。

（３）モルタルの流動化時間とＬ値の相関性、およびセメント組成物の処理について
表１および図２に示すように、モルタルの流動化時間はＬ値と高い相関があるため、簡易に測定できるＬ値に基づき、セメント組成物中の凝集シリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を容易に判定することができる。
また、表１から、プロシェアミキサの運転条件と流動化時間の関係について、以下のことが云える。
(i）実施例２と実施例３から、ショベル羽根の周速が大きい方が、流動化時間を短縮できる。
(ii）実施例３〜５から、チョッパーの回転速度が大きい程、流動化時間を短縮できる。
(iii）実施例１と実施例２から、撹拌時間が長い方が、流動化時間を短縮できる。
なお、実施例５の流動化時間の１３０秒は、凝集していない粉体のシリカフュームを含むセメント組成物の流動化時間と同等である。
したがって、本発明のセメント組成物の処理方法は、前記(i）〜(iii）の運転条件を適宜選択することにより、凝集シリカフュームおよび／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等の混練時間を短縮でき、モルタル等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

色差計を用いて測定したセメント組成物のＬ値に基づき、セメント組成物中の凝集したシリカフュームおよび／または粒体シリカフュームの多寡を判定する、セメント組成物の判定方法。
請求項１に記載のセメント組成物の判定方法に基づき、凝集したシリカフュームおよび／または粒体シリカフュームを多く含むと判定されたセメント組成物を、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。
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２に記載のセメント組成物の処理方法。