JP2017142140A - Fly ash activity index prediction method, and method for producing fly ash mixed cement - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for accurately predicting an activity index that is one of indices showing pozzolanic reactivity of fly ash in a short period of time.SOLUTION: The fly ash activity index prediction method includes calculating a prediction value of an activity index of fly ash using a Blaine specific surface area of the fly ash, a SOcontent in the fly ash, a content of mullite in the fly ash and a content of an amorphous phase in the fly ash to predict the activity index. Further, the method for producing fly ash mixed cement includes determining a mixing ratio of one kind of fly ash or two or more kinds of fly ash having different activity indices to a substrate cement according to the activity index determined using the fly ash activity index prediction method, and mixing the fly ash and the base material cement according to the mixing ratio to produce fly ash mixed cement.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フライアッシュの活性度指数を予測する方法と、該方法を用いたフライアッシュ混合セメントの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for predicting an activity index of fly ash and a method for producing fly ash mixed cement using the method.

セメントの一部をフライアッシュで置換したフライアッシュ混合セメントは、フライアッシュから溶出するSiやAlがフライアッシュ粒子の近傍にあるセメント水和物の中に取り込まれ、低Ca型のC−S−H(カルシウムシリケート水和物)相を生成する。この生成反応はポゾラン反応と呼ばれ、C−S−H相がアルカリシリカ反応(ASR)を抑制するなど、コンクリートの耐久性を高める効果がある。   In the fly ash mixed cement in which a part of the cement is replaced with fly ash, Si and Al eluted from the fly ash are incorporated into the cement hydrate in the vicinity of the fly ash particles, and the low Ca type CS— An H (calcium silicate hydrate) phase is produced. This generation reaction is called a pozzolanic reaction, and the C—S—H phase has an effect of enhancing the durability of the concrete, for example, suppressing the alkali silica reaction (ASR).

ところで、一般社団法人石炭エネルギーセンターのフライアッシュ全国実態調査報告書によれば、平成25年度のフライアッシュの発生量は1289万トン(該発生量の内訳は、電気事業で993万トン、一般産業で296万トンである。)に達した。しかも、電源を火力発電に大きく依存せざるを得ない我が国では、フライアッシュが多量に発生する状況が、今後もしばらく続くと予想される。
このフライアッシュの内、セメント混合材やコンクリート混和材として有効活用された量は約18万トンであり、これはフライアッシュの発生量全体の1.4%に過ぎない。このように、フライアッシュのポゾラン反応性を積極的に活用する分野で、フライアッシュの利用率が低い理由の一つに、フライアッシュの化学組成や粉体特性に強く影響する炭種や燃焼プロセス等の因子が、石炭火力発電所のライン毎に異なるため、発生し供給されるフライアッシュの品質が安定しないことが挙げられる。
By the way, according to the fly ash nationwide survey report of the coal energy center of Japan, the amount of fly ash generated in 2013 was 12.89 million tons (the breakdown is 9.93 million tons in the electric business, 29.6 million tons.) Moreover, in Japan, where the power source must largely depend on thermal power generation, a situation where a large amount of fly ash is generated is expected to continue for a while.
Of this fly ash, the amount effectively used as cement admixture or concrete admixture is about 180,000 tons, which is only 1.4% of the total amount of fly ash generated. In this way, one of the reasons for the low utilization rate of fly ash in the field of actively utilizing fly ash's pozzolanic reactivity is the type of coal and combustion process that strongly affect the chemical composition and powder characteristics of fly ash. This is because the quality of the fly ash generated and supplied is not stable because the factors such as these differ for each line of the coal-fired power plant.

このような状況から、フライアッシュをセメント混合材等として利用する場合、ロット毎にフライアッシュが要求品質を満たすか否か確認する必要があった。通常、フライアッシュのポゾラン反応性は、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に規定されている活性度指数の試験方法を用いて評価されるが、この試験結果が得られるまでに28日間または91日間もの長期間を要するため、実用的な品質評価試験方法とは言い難かった。したがって、以前から、フライアッシュのポゾラン反応性を早期に判定できる効率的な方法が求められていた。   From this situation, when fly ash is used as a cement mixture or the like, it is necessary to check whether the fly ash satisfies the required quality for each lot. Normally, the pozzolanic reactivity of fly ash is evaluated using the activity index test method specified in JIS A 6201 “Fly Ash for Concrete”, but it takes 28 days or 91 to obtain this test result. Since a long period of time is required, it was difficult to say that it was a practical quality evaluation test method. Therefore, there has been a need for an efficient method for early determination of fly ash pozzolanic reactivity.

かかる状況を受けて、フライアッシュのポゾラン反応性の判定方法がいくつか提案されている。
例えば、非特許文献1に記載の研究は、温度80℃で12〜24時間反応させて得られる下記(1)式のAPI値と活性度指数との間の相関係数(R)が、0.78〜0.93と高いため、API値を用いてフライアッシュのポゾラン反応性を評価できるとしている。
API(%)=((Ca(C)−Ca(F+C))/Ca(C))×100・・・(1)
ここで、Ca(C)はセメント試料単独が水和した液相(基準用試料)中のCa2+濃度を表し、Ca(F+C)はフライアッシュとセメントの混合物が水和した液相(評価用試料)中のCa2+濃度を表す。
Under such circumstances, several methods for determining the pozzolanic reactivity of fly ash have been proposed.
For example, in the study described in Non-Patent Document 1, the correlation coefficient (R) between the API value of the following formula (1) obtained by reacting at a temperature of 80 ° C. for 12 to 24 hours and the activity index is 0. Since it is as high as .78 to 0.93, it is said that the pozzolanic reactivity of fly ash can be evaluated using the API value.
API (%) = ((Ca (C) −Ca (F + C)) / Ca (C)) × 100 (1)
Here, Ca (C) represents the Ca 2+ concentration in the liquid phase (reference sample) in which the cement sample alone is hydrated, and Ca (F + C) is the liquid phase in which the mixture of fly ash and cement is hydrated (for evaluation) Represents the Ca 2+ concentration in the sample.

非特許文献2に記載の研究は、フライアッシュの鉱物組成とポゾラン反応性の関係に関するものである。そして、ポゾラン反応性に関係するガラス相量と粉末度がほぼ同等なフライアッシュでは、ガラス相中の修飾酸化物を考慮した下記(2)式のM値が、ポゾラン反応性の評価の指標になるとしている。
M=(CaO+MgO+RO)/SiO ・・・(2)
The research described in Non-Patent Document 2 relates to the relationship between the mineral composition of fly ash and the pozzolanic reactivity. In fly ash, which has almost the same degree of fineness as the glass phase related to pozzolanic reactivity, the M value of the following formula (2) considering the modified oxide in the glass phase is an index for evaluating pozzolanic reactivity. It is going to be.
M = (CaO + MgO + R 2 O) / SiO 2 (2)

さらに、特許文献1に記載のコンクリート用フライアッシュの活性度指数の予測方法は、フライアッシュのポゾラン反応により得られたフライアッシュ硬化体の材齢7日以内の電気抵抗値を計測し、予め求めておいた活性度指数と電気抵抗値との相関関係に基づいてフライアッシュの活性度指数を予測する方法である。しかし、前記予測方法は、試験方法が特殊であるほか、予測結果を得るまでに最長で7日間程度を要するため、実用的とは言い難い。   Furthermore, the method for predicting the activity index of concrete fly ash described in Patent Document 1 measures the electrical resistance value within 7 days of age of the cured fly ash obtained by the pozzolanic reaction of fly ash, and obtains it in advance. This is a method for predicting the activity index of fly ash based on the correlation between the activity index and the electrical resistance value. However, the prediction method is not practical because the test method is special and it takes about 7 days at the longest to obtain the prediction result.

ところで、近年、粉末X線回折を用いて複数の混合相中の構成相を定量分析する、新たな方法が開発された。例えば、PONKCS(Partial Or No Known Crystal Structure)法は、内部標準物質を用いることなく、フライアッシュのような非晶質相を含む複数の混合相について構成相の定量分析ができるデータ解析方法である。そして、非特許文献3は、これをさらに発展させて、PONKCS法とリートベルト解析法を組み合わせれば、複数の混合相における構成相の定量分析が短時間でできると報告している。さらに、非特許文献4は、この組み合わせによる方法は、高炉セメント中の高炉スラグ量の定量分析にも有用であると報告している。   Incidentally, in recent years, a new method has been developed that quantitatively analyzes constituent phases in a plurality of mixed phases using powder X-ray diffraction. For example, the PONKCS (Partial Or No Known Crystal Structure) method is a data analysis method capable of quantitatively analyzing constituent phases of a plurality of mixed phases including an amorphous phase such as fly ash without using an internal standard substance. . Further, Non-Patent Document 3 reports that if this is further developed and the PONKCS method and the Rietveld analysis method are combined, quantitative analysis of constituent phases in a plurality of mixed phases can be performed in a short time. Furthermore, Non-Patent Document 4 reports that the method based on this combination is also useful for quantitative analysis of the amount of blast furnace slag in blast furnace cement.

山本武志ほか、「フライアッシュのポゾラン反応に関する研究 −ポゾラン反応機構の解明と促進化学試験法(API法)の最適化−」、電力中央研究所報告、N04008(2004)Takeshi Yamamoto et al., “Study on pozzolanic reaction of fly ash-elucidation of pozzolanic reaction mechanism and optimization of accelerated chemical test method (API method)-”, Central Research Institute of Electric Power, N04008 (2004) 大塚拓ほか、「フライアッシュの鉱物組成とポゾラン反応性」、セメント・コンクリート論文集、No.63、pp.16−21(2009)Taku Otsuka et al., “Mineral composition of fly ash and pozzolanic reactivity”, Cement and concrete papers, No. 63, pp. 16-21 (2009) N.V.Y.Scarlett et al.;Quantification of phases with partial or no known crystal structures,Powder Diffraction,Vol.21,No.4,pp.278-284(2006)N.V.Y.Scarlett et al .; Quantification of phases with partial or no known crystal structures, Powder Diffraction, Vol. 21, No. 4, pp. 278-284 (2006) BRUKER社ホームページ;QPA with Partial or No Known Crystal Structures(PONKCS),BRUKER Advanced XRD Workshop(2011)BRUKER website; QPA with Partial or No Known Crystal Structures (PONKCS), BRUKER Advanced XRD Workshop (2011)

特開2012−47587号公報JP 2012-47587 A

したがって、本発明は、フライアッシュの活性度指数を、短時間で精度よく予測できる方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of accurately predicting the activity index of fly ash in a short time.

そこで、本発明者はフライアッシュの活性度指数の予測方法について鋭意検討した結果、下記の(3)式および(4)式を用いれば、フライアッシュの活性度指数を、迅速かつ定量的に評価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フライアッシュの活性度指数の予測方法等である。
Therefore, as a result of intensive studies on the method for predicting the activity index of fly ash, the present inventor has rapidly and quantitatively evaluated the activity index of fly ash by using the following formulas (3) and (4). We found what we could do and completed the present invention.
That is, the present invention is a method for predicting the activity index of fly ash having the following configuration.

[1]フライアッシュのブレーン比表面積(cm/g)、フライアッシュ中のSOの含有率(質量%)、フライアッシュ中のムライトの含有率(質量%)、およびフライアッシュ中の非晶質相の含有率(質量%)を用いて、フライアッシュの活性度指数の予測値を算出して予測する、フライアッシュの活性度指数予測方法。
[2]前記のフライアッシュの活性度指数の予測値を、下記(3)式および(4)式を用いて算出して予測する、前記[1]に記載のフライアッシュの活性度指数予測方法。
28日材齢の活性度指数=12.95
+0.005×(フライアッシュのブレーン比表面積)
+4.51×(フライアッシュ中のSOの含有率)
+0.60×(フライアッシュ中のムライトの含有率)
+0.57×(フライアッシュ中の非晶質相の含有率)…(3)
91日材齢の活性度指数=1.88
+0.008×(フライアッシュのブレーン比表面積)
+13.53×(フライアッシュ中のSOの含有率)
+0.78×(フライアッシュ中のムライトの含有率)
+0.70×(フライアッシュ中の非晶質相の含有率)…(4)
ただし、前記式中の変数の単位は、ブレーン比表面積がcm/g、SOの含有率、ムライトの含有率、および非晶質相の含有率が質量%である。
[3]前記フライアッシュの非晶質相の含有率を、PONKCS法を組み合わせた粉末X線回折−リートベルト解析法を用いて求める、前記[1]または[2]に記載のフライアッシュの活性度指数予測方法。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかに記載のフライアッシュの活性度指数予測方法を用いて求めた活性度指数に基づき、1種のフライアッシュ、または活性度指数が異なる2種以上のフライアッシュの、基材セメントに対する混合率を決め、該混合率に従いフライアッシュと基材セメントを混合して、フライアッシュ混合セメントを製造する、フライアッシュ混合セメントの製造方法。
ここで、前記の混合率とは、1種のフライアッシュ、または活性度指数が異なる2種以上のフライアッシュと基材セメントの合計量を100とした場合の、フライアッシュの含有率(質量%)を意味する。
[1] Fly ash brain specific surface area (cm 2 / g), SO 3 content (mass%) in fly ash, mullite content (mass%) in fly ash, and amorphous in fly ash A fly ash activity index prediction method that calculates and predicts a predicted value of fly ash activity index using the mass phase content (% by mass).
[2] The fly ash activity index prediction method according to [1], wherein the predicted value of the fly ash activity index is calculated and predicted using the following formulas (3) and (4): .
28-day age activity index = 12.95
+0.005 x (Brain specific surface area of fly ash)
+ 4.51 × (SO 3 content in fly ash)
+ 0.60 × (Mullite content in fly ash)
+ 0.57 × (content ratio of amorphous phase in fly ash) (3)
91-day age activity index = 1.88
+ 0.008x (Brain specific surface area of fly ash)
+ 13.53 × (SO 3 content in fly ash)
+ 0.78x (content of mullite in fly ash)
+ 0.70 × (content ratio of amorphous phase in fly ash) (4)
However, the unit of the variable in the above formula is that the specific surface area of branes is cm 2 / g, the content of SO 3 , the content of mullite, and the content of amorphous phase is mass%.
[3] The fly ash activity according to [1] or [2], wherein the content of the amorphous phase of the fly ash is determined using a powder X-ray diffraction-Riet belt analysis method combined with a PONKCS method. Degree index prediction method.
[4] One type of fly ash or two types having different activity indexes based on the activity index calculated using the fly ash activity index prediction method according to any one of [1] to [3] A method for producing fly ash mixed cement, wherein the fly ash is mixed with base cement, and fly ash and base cement are mixed according to the mixing ratio to produce fly ash mixed cement.
Here, the mixing ratio is a fly ash content (mass%) when the total amount of one kind of fly ash or two or more kinds of fly ash having different activity indexes and the base cement is 100. ).

本発明のフライアッシュの活性度指数予測方法は、フライアッシュの活性度指数を、短時間で精度よく予測することができる。また、該活性度指数予測方法を用いた本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法は、粉末X線回折計、蛍光X線分析装置、およびブレーン比表面積自動測定装置を備えたオンライン分析システムを有するセメント製造現場で用いれば、フライアッシュ混合セメントの製造工程における品質管理の要員を最小化することができる。   The fly ash activity index predicting method of the present invention can accurately predict the fly ash activity index in a short time. Moreover, the manufacturing method of the fly ash mixed cement of this invention using this activity index prediction method has an on-line analysis system provided with the powder X-ray diffractometer, the fluorescent X-ray analyzer, and the Blaine specific surface area automatic measuring device. If used at the cement manufacturing site, quality control personnel in the manufacturing process of fly ash mixed cement can be minimized.

フライアッシュの活性度指数の予測値と実測値の相関を示す図であり、(a)は28日材齢における相関を示し、(b)は91日材齢における相関を示す。It is a figure which shows the correlation of the predicted value of fly ash activity index | exponent, and a measured value, (a) shows the correlation in 28-day material age, (b) shows the correlation in 91-day material age.

本発明のフライアッシュの活性度指数予測方法は、前記のとおり、フライアッシュのブレーン比表面積、SOの含有率、非晶質相の含有率、およびムライトの含有率を用いてフライアッシュの活性度指数の予測値を算出して予測する方法である。
以下、本発明について、フライアッシュの活性度指数予測方法と、フライアッシュ混合セメントの製造方法に分けて具体的に説明する。
As described above, the fly ash activity index predicting method of the present invention uses the fly ash specific surface area, SO 3 content, amorphous phase content, and mullite content to determine the activity of fly ash. This is a method of predicting by calculating the predicted value of the degree index.
Hereinafter, the present invention will be specifically described by dividing it into a fly ash activity index prediction method and a fly ash mixed cement production method.

1.フライアッシュの活性度指数予測方法
(1)フライアッシュとそのブレーン比表面積の測定
本発明の評価の対象であるフライアッシュは、特に限定されず、石炭火力発電所、石油精製工場、その他の化学工場等で微粉炭を燃焼したときに発生する燃焼ガスから、集塵器により捕集された微粉末である。
フライアッシュのブレーン比表面積の測定は、通常、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して行う。
1. Activity index prediction method of fly ash (1) Measurement of fly ash and its specific surface area of fly ash The fly ash which is the object of the evaluation of the present invention is not particularly limited, and is a coal-fired power plant, an oil refinery, and other chemical plants. It is the fine powder collected by the dust collector from the combustion gas generated when pulverized coal is burned by the above method.
The measurement of the specific surface area of fly ash is usually performed in accordance with JIS A 6201 “Fly Ash for Concrete”.

(2)フライアッシュのSO量の定量
フライアッシュは、好ましくは事前に乾燥するとよい。フライアッシュの乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して、フライアッシュが恒量になるまで105℃で加熱する方法が挙げられる。
フライアッシュのSO量の定量方法は、特に限定されないが、短時間で定量できるため、好ましくは、蛍光X線分析法(検量線法、またはファンダメンタルパラメーター法)により行う。
なお、フライアッシュのSOは、フライアッシュが集塵器によって捕集された際に、その表面に凝集した燃焼ガス中のSO成分に由来すると推定する。また、フライアッシュのSO成分がフライアッシュのポゾラン反応性を高める作用機構は、ポゾラン活性の刺激材である石膏の作用機構と同じと考える。しかし、外部から添加した石膏と比べ、明らかに少量のSO量で同じポゾラン反応性が得られることから、SO成分がフライアッシュの粒子表面に効果的に存在していると予想する。
(2) Determination of SO 3 content of fly ash The fly ash is preferably dried in advance. Although the drying method of fly ash is not specifically limited, For example, according to JIS A6201 "Fly ash for concrete", the method of heating at 105 degreeC until fly ash becomes constant weight is mentioned.
The method for quantifying the amount of SO 3 in fly ash is not particularly limited, but since it can be quantified in a short time, it is preferably carried out by fluorescent X-ray analysis (calibration curve method or fundamental parameter method).
Note that the SO 3 of fly ash is estimated to be derived from the SO X component in the combustion gas aggregated on the surface of the fly ash when it is collected by the dust collector. In addition, the mechanism of action by which the SO 3 component of fly ash increases the pozzolanic reactivity of fly ash is considered to be the same as the mechanism of action of gypsum, which is a stimulant of pozzolanic activity. However, since the same pozzolanic reactivity can be obtained with a small amount of SO 3 in comparison with gypsum added from the outside, it is expected that the SO 3 component is effectively present on the surface of the fly ash particles.

(3)フライアッシュ中のムライトおよび非晶質相の定量
フライアッシュ中のムライト等の鉱物組成(含有率)の定量方法は、特に限定されないが、短時間で定量できるため、好ましくは、下記文献Aに記載の粉末X線回折−リートベルト解析法により行なう。この定量方法により、予測式におけるフライアッシュ中のムライトの含有率、および非晶質相の含有率が得られる。
文献A:星野清一ほか「非晶質混和材を含むセメントの鉱物の定量におけるX線回折/リートベルト法の適用」、セメント・コンクリート論文集、第59号、pp.14−21(2005)
また、粉末X線回折装置は、例えば、D8 ADVANCE(ブルカー・エイエックスエス社製)が挙げられ、解析ソフトウェアは、例えば、DIFFRACplusTOPAS(Ver.3)(ブルカー・エイエックスエス社製)が挙げられる。
(3) Quantification of mullite and amorphous phase in fly ash The method for quantifying the mineral composition (content) of mullite in fly ash is not particularly limited, but can be quantified in a short time. Performed by powder X-ray diffraction-Riet belt analysis method described in A. By this quantitative method, the mullite content in fly ash and the amorphous phase content in the prediction formula are obtained.
Reference A: Kiyoichi Hoshino et al. “Application of X-ray diffraction / Rietbelt method in the determination of minerals of cement containing amorphous admixtures”, Cement and Concrete Papers, No. 59, pp. 14-21 (2005)
Examples of the powder X-ray diffractometer include D8 ADVANCE (manufactured by Bruker AXS), and examples of the analysis software include DIFFRAC plus TOPAS (Ver. 3) (manufactured by Bruker AXS). Can be mentioned.

さらに、非晶質相の含有率の定量精度を向上させるために、前記リートベルト解析にPONKCS法を組み合わせた方法(以下「リートベルト解析−PONKCS法」という。)を用いることがより好ましい。
リートベルト解析−PONKCS法を用いた非晶質相の定量は、具体的には下記(i)〜(iii)の手順に従い行う。
(i)フライアッシュの粉末X線回折を測定し、得られたハローパターンと同じX線回折プロファイルを示す、仮想的な結晶構造モデルを計算し、その仮想結晶の単位格子体積Vを求める。
(ii)内部標準法、外部標準、またはダミーピーク法等を用いて予め定量した、非晶質相の含有率が既知のフライアッシュを準備して、そのフライアッシュのX線回折パターンを取得する。そして、前記(i)で求めたVと、非晶質相の含有率から、下記(5)式で表されるリートベルト解析法の定量式における非晶質相の定数Z×Mを求める。この(ii)で用いるフライアッシュは、(i)で単位格子体積Vを求めたフライアッシュと同じあることが好ましいが、フライアッシュの銘柄間で、X線回折プロファイルのハローパターンの相違は無視できる程度に小さいので、(i)で使用したフライアッシュと異なるフライアッシュを使用することも可能である。

Figure 2017142140
(iii)前記(ii)で求めたZ×Mは、フライアッシュにほぼ固有の値であって、フライアッシュの銘柄間の相違は、非晶質相の定量精度に影響しないため、一度求めたZ×Mは銘柄の異なるフライアッシュにも使用できるから、前記(ii)で求めたZ×Mを、前記(5)式に代入して、非晶質相の含有率が未知であるフライアッシュのWの計算に使用する。
なお、フライアッシュ中のα-石英やムライト等の非晶質相以外の鉱物は、公知の結晶構造データを用いることにより前記(5)式中のZ、M、およびVの各定数を算出できる。
リートベルト解析−PONKCS法による解析は、市販のX線回折解析ソフトウェアを用いることができ、例えば、前記DIFFRACplusTOPAS(Ver.3)(ブルカー・エイエックスエス社製)が挙げられる。 Furthermore, in order to improve the quantitative accuracy of the content ratio of the amorphous phase, it is more preferable to use a method in which the Rietveld analysis is combined with the PONKCS method (hereinafter referred to as “Rietveld analysis—PONKCS method”).
The quantification of the amorphous phase using the Rietveld analysis-PONKCS method is specifically performed according to the following procedures (i) to (iii).
(I) A powder X-ray diffraction of fly ash is measured, a virtual crystal structure model showing the same X-ray diffraction profile as the obtained halo pattern is calculated, and a unit cell volume V m of the virtual crystal is obtained.
(Ii) Prepare fly ash with a known amorphous phase content determined in advance using an internal standard method, external standard, dummy peak method or the like, and obtain an X-ray diffraction pattern of the fly ash . Then, from the V m obtained in the above (i) and the content of the amorphous phase, the amorphous phase constant Z m × M m in the quantitative equation of the Rietveld analysis method represented by the following formula (5) Ask for. The fly ash used in (ii) is preferably the same as the fly ash obtained by determining the unit cell volume V m in (i), but the difference in the halo pattern of the X-ray diffraction profile between the brands of fly ash is ignored. Since it is as small as possible, it is possible to use a fly ash different from the fly ash used in (i).
Figure 2017142140
(Iii) Z m × M m obtained in the above (ii) is a value inherent to fly ash, and the difference between brands of fly ash does not affect the quantitative accuracy of the amorphous phase. Since the obtained Z m × M m can be used for fly ash with different brands, the Z m × M m obtained in the above (ii) is substituted into the equation (5) to obtain the content of the amorphous phase. Is used to calculate W m of fly ash for which is unknown.
For minerals other than the amorphous phase such as α-quartz and mullite in fly ash, the constants Z, M, and V in the formula (5) can be calculated by using known crystal structure data. .
For the analysis by Rietveld analysis-PONKCS method, commercially available X-ray diffraction analysis software can be used, and examples thereof include DIFFRAC plus TOPAS (Ver. 3) (manufactured by Bruker AXS).

(4)活性度指数の予測式の導出
本発明で用いる活性度指数の予測式(前記(3)式および(4)式)は、後掲の表1に記載の活性度指数を目的変数に用い、ブレーン比表面積、SOの含有率、非晶質相の含有率、およびムライトの含有率を説明変数に用いて、重回帰分析により得られた重回帰式である。なお、表1に記載のフライアッシュ以外のフライアッシュ(群)に対しても同様の重回帰式が得られるから、フライアッシュ(群)の違いによる重回帰式中の定数や係数の変動は小さい。
(4) Derivation of activity index prediction formula The activity index prediction formula used in the present invention (formulas (3) and (4)) is based on the activity index shown in Table 1 below as an objective variable. It is a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using the Blaine specific surface area, SO 3 content, amorphous phase content, and mullite content as explanatory variables. In addition, since the same multiple regression equation is obtained also for fly ash (group) other than the fly ash of Table 1, the fluctuation | variation of the constant and coefficient in the multiple regression equation by the difference in fly ash (group) is small. .

2.フライアッシュ混合セメントの製造方法
本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法は、前記のとおり、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のフライアッシュの活性度指数予測方法を用いて求めた活性度指数に基づき、1種のフライアッシュ、または、活性度指数が異なる2種以上のフライアッシュの、基材セメントに対する混合率を決め、該混合率に従いフライアッシュと基材セメントを混合して、フライアッシュ混合セメントを製造する方法であり、以下の(a)の方法と(b)の方法が挙げられる。
すなわち、前記フライアッシュの活性度指数予測方法を用いて求めたフライアッシュの活性度指数の予測値を基にして、
(a)フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率が固定されている場合は、活性度指数予測値が異なる複数のフライアッシュを、フライアッシュ混合セメントに要求される強度発現性を満たす活性度指数を有するフライアッシュとなるように、各フライアッシュの混合比率を設定した後に、該混合比率と混合率に従い、各フライアッシュと基材セメントを混合する製造方法と、
(b)フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率が任意の場合は、フライアッシュ混合セメントの強度発現性を満たすように、フライアッシュの混合比率を設定した後に、該混合比率と混合率に従い、フライアッシュと基材セメントを混合する製造方法である。
ここで、前記(a)フライアッシュ混合セメントのフライアッシュの混合率が固定されている場合において、1種類で、フライアッシュ混合セメントの強度発現性を満たす活性度指数を有するフライアッシュがある場合は、当該1種類のフライアッシュを基材セメントと混合すれば足りる。
なお、本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法で用いる基材セメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、エコセメント、および高炉セメントから選ばれる1種以上が挙げられる。
2. Manufacturing method of fly ash mixed cement The manufacturing method of the fly ash mixed cement of this invention was calculated | required using the activity index prediction method of the fly ash in any one of said [1]-[3] as above-mentioned. Based on the activity index, the mixing ratio of one type of fly ash or two or more types of fly ash having different activity indexes to the base cement is determined, and the fly ash and the base cement are mixed according to the mixing ratio. The method for producing fly ash mixed cement includes the following methods (a) and (b).
That is, based on the predicted value of the fly ash activity index determined using the fly ash activity index prediction method,
(A) When the mixing ratio of fly ash in the fly ash mixed cement is fixed, a plurality of fly ash having different activity index prediction values are used to satisfy the strength expression required for the fly ash mixed cement. After setting the mixing ratio of each fly ash so as to be a fly ash having an index, the manufacturing method of mixing each fly ash and the base cement according to the mixing ratio and the mixing ratio,
(B) When the mixing ratio of fly ash in the fly ash mixed cement is arbitrary, after setting the mixing ratio of fly ash so as to satisfy the strength development of the fly ash mixed cement, the mixing ratio and the mixing ratio are determined. This is a manufacturing method in which fly ash and base cement are mixed.
Here, when the mixing ratio of the fly ash of the fly ash mixed cement (a) is fixed, if there is a fly ash having an activity index that satisfies the strength development of the fly ash mixed cement, by one type It is sufficient to mix the one type of fly ash with the base cement.
The base cement used in the method for producing the fly ash mixed cement of the present invention is not particularly limited, and is usually Portland cement, early-strength Portland cement, ultra-early-strength Portland cement, moderately hot Portland cement, low heat Portland cement, sulfuric acid resistant 1 or more types chosen from salt Portland cement, eco-cement, and blast furnace cement are mentioned.

以下、フライアッシュ混合セメントの前記2つの製造方法について、さらに具体的に説明する。
(a)フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率が固定されている場合
アルカリシリカ反応の抑制効果を確保する等の目的から、フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率が既に固定(設定)されている場合は、例えば、以下の(i)〜(iv)に記載した手順に従って、フライアッシュ混合セメントを製造する。
(i)フライアッシュ混合セメントの製造現場に受入れたフライアッシュを、受入ロット等の適当な区分毎に、別々の保管設備に保管しておき、前記フライアッシュの活性度指数予測方法を用いて、それぞれの保管設備毎に、フライアッシュの活性度指数の予測値を求める。
(ii)次いで、フライアッシュ混合セメントに固定(設定)されているフライアッシュの混合率の下で、フライアッシュ混合セメントに要求される強度発現性を満たすように、フライアッシュの活性度指数の目標値を、実績値等に基づき設定する。
(iii)前記(ii)で設定したフライアッシュの活性度指数の目標値を満たすように、前記(i)で求めた保管設備毎に各フライアッシュの混合比率を設定する。具体的には、例えば、前記(i)で求めた保管設備毎の各フライアッシュの活性度指数の予測値を、各フライアッシュの混合比率に基づいて加重平均した値が、前記(ii)で設定したフライアッシュの活性度指数の目標値を満たすようにすればよい。
(iv)次いで、フライアッシュと基材セメントを混合して、フライアッシュ混合セメントとする。この工程では、前記(iii)で設定した各フライアッシュの混合比率に従って、各保管設備から抜き取ったフライアッシュを混合してフライアッシュの混合物を調製した後に、該混合物と基材セメントを混合するか、または、基材セメントと複数のフライアッシュを同時に混合してもよい。なお、後述する(b)の場合も含め、フライアッシュ同士あるいはフライアッシュと基材セメントの混合に用いる装置は、セメント工場において混合セメントの製造に通常用いる装置、すなわち、連続式またはバッチ式を問わず、容器回転型、容器固定型、粒体運動型等の各種混合装置を使用することができる。
Hereinafter, the two production methods of fly ash mixed cement will be described more specifically.
(A) When the fly ash mixing ratio in the fly ash mixing cement is fixed For the purpose of ensuring the suppression effect of the alkali silica reaction, the mixing ratio of the fly ash in the fly ash mixing cement is already fixed (set ), For example, a fly ash mixed cement is produced according to the procedures described in the following (i) to (iv).
(I) Fly ash received at the manufacturing site of fly ash mixed cement is stored in separate storage facilities for each appropriate category such as the receiving lot, and using the fly ash activity index prediction method, For each storage facility, determine the predicted value of the fly ash activity index.
(Ii) Next, the fly ash activity index target is set so as to satisfy the strength development required for the fly ash mixed cement under the fly ash mixing rate fixed (set) to the fly ash mixed cement. The value is set based on the actual value.
(Iii) The mixing ratio of each fly ash is set for each storage facility obtained in (i) so as to satisfy the target value of the activity index of fly ash set in (ii). Specifically, for example, the predicted value of the activity index of each fly ash for each storage facility obtained in (i) above is a weighted average value based on the mixing ratio of each fly ash, in (ii) above. What is necessary is just to satisfy the target value of the activity index of the set fly ash.
(Iv) Next, fly ash and base cement are mixed to obtain fly ash mixed cement. In this step, according to the mixing ratio of each fly ash set in (iii) above, the fly ash extracted from each storage facility is mixed to prepare a fly ash mixture, and then the mixture and the base cement are mixed. Alternatively, the base cement and a plurality of fly ash may be mixed at the same time. In addition, including the case of (b) described later, the apparatus used for mixing fly ash with each other or fly ash and base cement is an apparatus usually used for manufacturing mixed cement in a cement factory, that is, a continuous type or a batch type. In addition, various mixing devices such as a container rotating type, a container fixing type, and a particle motion type can be used.

(b)フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率が任意の場合
性能規定型の品質規格を準用した場合等の、フライアッシュ混合セメント中のフライアッシュの混合率の変動が許容される場合は、以下の(v)〜(viii)に記載した手順に従って、フライアッシュ混合セメントを製造する。なお、(b)の場合でも、前記(a)の場合と同様に、複数のフライアッシュを混合して使用することも可能であるが、説明を明瞭にするために、フライアッシュは1種類として以下に説明する。
(v)前記(i)と同様にして、フライアッシュの活性度指数の予測値を求める。
(vi)次いで、フライアッシュ混合セメントに要求される強度発現性を実績上満たすフライアッシュ混合セメント(以下「基準フライアッシュ混合セメント」という。)を選定し、該セメントに使用されたフライアッシュの活性度指数(P)とフライアッシュの混合率(F)を確認し、製造するフライアッシュ混合セメントの目標値として設定する。
(vii)下記(6)式を用いて、製造するフライアッシュ混合セメントのフライアッシュの混合率(F)を算出する。なお、下記(6)式では、基準フライアッシュ混合セメントおよび製造するフライアッシュ混合セメント中の基材セメントの強度発現性は同じであることを前提にする。
=(P−100)/(P−100)×F ・・・(6)
ただし、前記(6)式中、Fは製造するフライアッシュ混合セメントのフライアッシュの混合率(質量%)、Pは基準フライアッシュ混合セメントに使用されたフライアッシュの活性度指数の実測値(%)、Pは製造するフライアッシュ混合セメントのフライアッシュの予測値(%)、Fは基準フライアッシュ混合セメントのフライアッシュの混合率の実測値(質量%)を表す。また、前記(6)式中の100は、基材セメントの強度発現性に関連する値で、フライアッシュの活性度指数に相当するものであり、便宜上、100とする。
(viii)前記(vii)で得られたフライアッシュの混合率(F)に従い、基材セメントと当該フライアッシュを混合する。
(B) When the mixing rate of fly ash in the fly ash mixing cement is arbitrary When the variation of the mixing rate of fly ash in the fly ash mixing cement is acceptable, such as when the performance specification type quality standard is applied mutatis mutandis. According to the procedure described in the following (v) to (viii), a fly ash mixed cement is produced. In the case of (b), it is possible to use a mixture of a plurality of fly ash as in the case of (a), but for the sake of clarity, one type of fly ash is used. This will be described below.
(V) The predicted value of the activity index of fly ash is obtained in the same manner as in (i) above.
(Vi) Next, a fly ash mixed cement (hereinafter referred to as “reference fly ash mixed cement”) that satisfies the actual strength development required for the fly ash mixed cement is selected and the activity of the fly ash used in the cement is selected. The degree index (P A ) and the fly ash mixing ratio (F A ) are confirmed and set as the target value of the fly ash mixed cement to be manufactured.
(Vii) The fly ash mixing ratio (F B ) of the fly ash mixed cement to be manufactured is calculated using the following formula (6). In the following formula (6), it is assumed that the strength development of the base cement in the reference fly ash mixed cement and the fly ash mixed cement to be manufactured is the same.
F B = (P A −100) / (P B −100) × F A (6)
However, the in (6), the mixing ratio of the fly ash of the fly ash mixed cement F B is the manufacture (mass%), P A is the measured value of the activity index of the fly ash used in the reference fly ash mixed cement (%), P B represents a predicted value (%) of fly ash of the fly ash mixed cement to be manufactured, and F A represents an actually measured value (mass%) of the mixing ratio of the fly ash of the reference fly ash mixed cement. Further, 100 in the formula (6) is a value related to the strength development of the base cement and corresponds to the activity index of fly ash, and is set to 100 for convenience.
(Viii) The base cement and the fly ash are mixed in accordance with the fly ash mixing ratio (F B ) obtained in (vii).

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
1.フライアッシュの物理化学的特性値
(1)フライアッシュのブレーン比表面積および活性度指数の測定
使用したフライアッシュは、異なる火力発電所から採取した14銘柄のフライアッシュA〜Nであり、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に記載のフライアッシュII種〜IV種に相当する。そして、該フライアッシュのブレーン比表面積および活性度指数は、前記JISに準拠して測定した。その結果を表1に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
1. Physicochemical property values of fly ash (1) Measurement of fly ash brain specific surface area and activity index The fly ash used was 14 brands of fly ash A to N collected from different thermal power plants, JIS A 6201 It corresponds to fly ash type II to type IV described in “Fly ash for concrete”. And the brane specific surface area and activity index of this fly ash were measured based on the said JIS. The results are shown in Table 1.

(2)フライアッシュのSOの含有率の定量
前記JISに準拠して、フライアッシュA〜Nを105℃で恒量になるまで加熱して湿分を除去した後、該フライアッシュ(以下「乾燥フライアッシュ」という。)のSOの含有率を蛍光X線分析法(検量線法)を用いて定量した。その結果を表1に示す。
(2) Determination of SO 3 content of fly ash In accordance with the above JIS, fly ash A to N was heated to a constant weight at 105 ° C. to remove moisture, and then the fly ash (hereinafter “dry” The content of SO 3 in “fly ash”) was quantified using a fluorescent X-ray analysis method (calibration curve method). The results are shown in Table 1.

(3)フライアッシュのムライトおよび非晶質相の含有率の定量
該乾燥フライアッシュの鉱物組成を、PONKCS法を組み合わせた粉末X線回折−リートベルト解析法を用いて求めた。用いたX線回折装置は、D8 ADVANCE(ブルカー・エイエックスエス社製)であり、解析ソフトウェアは、DIFFRACplusTOPAS(Ver.3)(ブルカー・エイエックスエス社製)である。その結果を表1に示す。
(3) Determination of fly ash mullite and amorphous phase content The mineral composition of the dry fly ash was determined using a powder X-ray diffraction-Riet belt analysis method combined with the PONKCS method. The X-ray diffractometer used was D8 ADVANCE (manufactured by Bruker AXS), and the analysis software was DIFFRAC plus TOPAS (Ver. 3) (manufactured by Bruker AXS). The results are shown in Table 1.

Figure 2017142140
Figure 2017142140

2.セメントの特性
使用した普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)のブレーン比表面積と化学組成を表2に示し、その鉱物組成を表3に示す。
なお、ブレーン比表面積はJIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠して、LOI(強熱減量)はJIS R 5202「セメントの化学分析方法」に準拠して、また化学組成はJIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠して測定した。また、鉱物組成は前記文献Aに記載の粉末X線回折−リートベルト解析法を用いて求めた。用いたX線回折装置は、D8 ADVANCE(ブルカー・エイエックスエス社製)であり、解析ソフトウェアは、DIFFRACplusTOPAS(Ver.3)(ブルカー・エイエックスエス社製)である。
2. Properties of cement Table 2 shows the Blaine specific surface area and chemical composition of ordinary Portland cement (manufactured by Taiheiyo Cement), and Table 3 shows the mineral composition.
The Blaine specific surface area conforms to JIS R 5201 “Cement physical test method”, LOI (ignition loss) conforms to JIS R 5202 “Cement chemical analysis method”, and the chemical composition conforms to JIS R 5204. The measurement was performed in accordance with “Method for X-ray fluorescence analysis of cement”. Further, the mineral composition was determined using the powder X-ray diffraction-Riet belt analysis method described in Document A. The X-ray diffractometer used was D8 ADVANCE (manufactured by Bruker AXS), and the analysis software was DIFFRAC plus TOPAS (Ver. 3) (manufactured by Bruker AXS).

Figure 2017142140
Figure 2017142140

Figure 2017142140
Figure 2017142140

3.予測式の導出
活性度指数の予測式(前記(3)式および(4)式)は、表1に記載の活性度指数を目的変数に用い、ブレーン比表面積、SOの含有率、非晶質相の含有率、およびムライトの含有率を説明変数に用いて、重回帰分析を行なって求めた。
3. Derivation of prediction formula The activity index prediction formula (formulas (3) and (4) above) uses the activity index shown in Table 1 as the objective variable, and uses the brain specific surface area, SO 3 content, amorphous Using the content rate of the mass phase and the content rate of mullite as explanatory variables, it was determined by performing multiple regression analysis.

4.フライアッシュの活性度指数の予測
(1)本発明のフライアッシュの活性度指数予測方法により求めた活性度指数の予測精度の評価
表1に記載のフライアッシュのブレーン比表面積、フライアッシュ中のSOの含有率、ムライトの含有率、および非晶質相の含有率を前記(3)式および(4)式に代入して、フライアッシュの活性度指数の予測値を算出した。その結果を表4に示す。また、表1に記載のフライアッシュの活性度指数の実測値と、表4に記載の前記予測値との相関を図1に示す。
4). Prediction of activity index of fly ash (1) Evaluation of prediction accuracy of activity index obtained by the method of predicting activity index of fly ash according to the present invention The specific surface area of fly ash shown in Table 1, SO in fly ash The predicted value of the activity index of fly ash was calculated by substituting the content rate of 3, the content rate of mullite, and the content rate of the amorphous phase into the formulas (3) and (4). The results are shown in Table 4. FIG. 1 shows the correlation between the actually measured fly ash activity index shown in Table 1 and the predicted value shown in Table 4.

Figure 2017142140
Figure 2017142140

図1に示すように、フライアッシュの活性度指数の実測値と、本発明の予測方法で得られた予測値の間の相関は、28日材齢の決定係数が0.86、91日材齢の決定係数が0.89と、いずれも高い。したがって、試験終了まで数ヶ月を要していた従来の試験に比べ、算出時間が1時間で済む本発明のフライアッシュの活性度指数の予測方法は、有用性が高く、従来の試験に代えて用いることができる。そして、X線回折装置等を備えたセメント工場において、本発明のフライアッシュの活性度指数の予測方法を用いて、目標とする強度発現性を有するフライアッシュ混合セメントを容易に製造することができる。

As shown in FIG. 1, the correlation between the actual measurement value of the fly ash activity index and the predicted value obtained by the prediction method of the present invention is as follows. The coefficient of determination of age is 0.89, both of which are high. Therefore, the method for predicting the activity index of fly ash according to the present invention, which requires only 1 hour of calculation time, is more useful than the conventional test that required several months to complete the test. Can be used. Then, in a cement factory equipped with an X-ray diffractometer or the like, a fly ash mixed cement having a target strength development property can be easily manufactured using the fly ash activity index prediction method of the present invention. .

Claims (4)

フライアッシュのブレーン比表面積(cm/g)、フライアッシュ中のSOの含有率(質量%)、フライアッシュ中のムライトの含有率(質量%)、およびフライアッシュ中の非晶質相の含有率(質量%)を用いて、フライアッシュの活性度指数の予測値を算出して予測する、フライアッシュの活性度指数予測方法。 The specific surface area of fly ash (cm 2 / g), the content of SO 3 in the fly ash (% by mass), the content of mullite in the fly ash (% by mass), and the amorphous phase in the fly ash A fly ash activity index prediction method that calculates and predicts a predicted value of fly ash activity index using content (mass%). 前記のフライアッシュの活性度指数の予測値を、下記(3)式および(4)式を用いて算出して予測する、請求項1に記載のフライアッシュの活性度指数予測方法。
28日材齢の活性度指数=12.95
+0.005×(フライアッシュのブレーン比表面積)
+4.51×(フライアッシュ中のSOの含有率)
+0.60×(フライアッシュ中のムライトの含有率)
+0.57×(フライアッシュ中の非晶質相の含有率)…(3)
91日材齢の活性度指数=1.88
+0.008×(フライアッシュのブレーン比表面積)
+13.53×(フライアッシュ中のSOの含有率)
+0.78×(フライアッシュ中のムライトの含有率)
+0.70×(フライアッシュ中の非晶質相の含有率)…(4)
ただし、前記式中の変数の単位は、ブレーン比表面積がcm/g、SOの含有率、ムライトの含有率、および非晶質相の含有率が質量%である。
The fly ash activity index prediction method according to claim 1, wherein the predicted value of the fly ash activity index is calculated and predicted using the following formulas (3) and (4).
28-day age activity index = 12.95
+0.005 x (Brain specific surface area of fly ash)
+ 4.51 × (SO 3 content in fly ash)
+ 0.60 × (Mullite content in fly ash)
+ 0.57 × (content ratio of amorphous phase in fly ash) (3)
91-day age activity index = 1.88
+ 0.008x (Brain specific surface area of fly ash)
+ 13.53 × (SO 3 content in fly ash)
+ 0.78x (content of mullite in fly ash)
+ 0.70 × (content ratio of amorphous phase in fly ash) (4)
However, the unit of the variable in the above formula is that the specific surface area of branes is cm 2 / g, the content of SO 3 , the content of mullite, and the content of amorphous phase is mass%.
前記フライアッシュの非晶質相量を、PONKCS法を組み合わせた粉末X線回折−リートベルト解析法を用いて求める、請求項1または2に記載のフライアッシュの活性度指数予測方法。   The fly ash activity index prediction method according to claim 1 or 2, wherein the amount of amorphous phase of the fly ash is determined using a powder X-ray diffraction-Riet belt analysis method combined with a PONKCS method. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のフライアッシュの活性度指数予測方法を用いて求めた活性度指数に基づき、1種のフライアッシュ、または活性度指数が異なる2種以上のフライアッシュの、基材セメントに対する混合率を決め、該混合率に従いフライアッシュと基材セメントを混合して、フライアッシュ混合セメントを製造する、フライアッシュ混合セメントの製造方法。

One type of fly ash or two or more types of fly ash having different activity indexes based on the activity index determined using the fly ash activity index prediction method according to any one of claims 1 to 3. The fly ash mixed cement is manufactured by determining the mixing ratio of the base cement and mixing the fly ash and the base cement according to the mixing ratio to manufacture the fly ash mixed cement.

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