JP2020147452A

JP2020147452A - フライアッシュ及びセメント組成物

Info

Publication number: JP2020147452A
Application number: JP2019044485A
Authority: JP
Inventors: 貴之木村; Takayuki Kimura; 耕一郎弥栄; Koichiro Iyasaka; 一志和泉; Kazushi Izumi
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-17

Abstract

【課題】流動性が良好なコンクリートを製造でき、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することができるフライアッシュを提供する。【解決手段】強熱減量が１．５質量％以下で、かつ、下記各粒群毎の強熱減量が下記範囲であることを特徴とするフライアッシュ。３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．５質量％以下、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、７５μｍを越える粒群の強熱減量が１．０質量％以下。【選択図】なし

Description

本発明は、流動性が良好なコンクリートを製造でき、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することができるフライアッシュに関する。

セメントの一部をフライアッシュで置換してなるフライアッシュ混合セメントは、水酸化カルシウムとフライアッシュのポゾラン反応により、安定なケイ酸カルシウム水和物等の化合物を生成して緻密な組織を形成する。そのため、フライアッシュ混合セメントは、水密性、化学抵抗性、及び長期強度発現性に優れている。

上記ポゾラン反応による発熱量は、ポルトランドセメントの水和による発熱量に比べて少ないため、フライアッシュ混合セメントの水和熱は、ポルトランドセメントの水和熱よりも少なくなる。また、フライアッシュは、それ自体、球状の微粒子であるから、ボールベアリング作用により、コンクリート等の流動性を向上させることができ、それゆえ、コンクリート等の製造における単位水量を少なくすることができ、フライアッシュ混合セメントを用いた硬化体の乾燥収縮を小さくすることができる。

さらに、フライアッシュ混合セメントは、セメント製造時のＣＯ₂排出量や、原料である石灰石や化石燃料等の天然資源の使用量を少なくすることができる点や、副産物であるフライアッシュを有効活用できる点等で環境負荷の低減効果を有している。

フライアッシュ混合セメントはこのように多くの長所を有するが、一般社団法人セメント協会のホームページによると、２０１７年度のフライアッシュ混合セメントの生産高は９３千ｔ／年である。この生産高は、セメントの総生産高（５４，９００千ｔ／年）の０．１７％に過ぎない。このようにフライアッシュ混合セメントが普及しない理由として、例えば、コンクリートの品質への影響を抑制するためにフライアッシュの添加量を比較的抑えた場合でも、フライアッシュに含まれる未燃炭素が多いと、コンクリート打設時にブリーディング水に未燃炭素による黒色浮遊物が含まれるようになり、コンクリート表面や打ち継ぎ部に黒色部が生じる問題等が挙げられる。

そこで、特許文献１には、石炭灰中の未燃炭素に起因して発生するコンクリートの打ち継ぎ部の黒色層が形成され難い石炭灰混合セメントとして、セメントクリンカ及び石膏と共に石炭灰が混合粉砕されてなり、石炭灰由来の強熱減量が０.３５質量％以下である石炭灰混合セメントが提案されている。

特開２０１４−１９６２２０号公報

特許文献１に記載された発明では、混合セメント中の石炭灰由来の強熱減量が規定されるので、石炭灰の混合量が少量に限定される場合がある。また、石炭灰によっては、コンクリートの流動性が低下する場合がある。さらに、石炭灰によっては、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難な場合がある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、流動性が良好なコンクリートを製造でき、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することができるフライアッシュを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、全体の強熱減量と、各粒群毎の強熱減量が特定の範囲にあるフライアッシュによれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明に係るフライアッシュは、強熱減量が１．５質量％以下で、かつ、下記各粒群毎の強熱減量が下記範囲であることを特徴とする。
３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．５質量％以下、
３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、
４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、
７５μｍを越える粒群の強熱減量が１．０質量％以下

上記フライアッシュによれば、流動性が良好なコンクリートを製造でき、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが可能となる。

上記フライアッシュにおいて、強熱減量が１．０質量％以下で、かつ、下記各粒群毎の強熱減量が下記範囲のものが好ましい。
３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．３質量％以下、
３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．５０質量％以下、
４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．５０質量％以下、
７５μｍを越える粒群の強熱減量が０．５０質量％以下

また、本発明に係るセメント組成物であって、上記フライアッシュと、ポルトランドセメントを含むことを特徴とする。このセメント組成物によって流動性が良好なコンクリートを製造でき、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが可能となる。

本発明によれば、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制し、流動性が良好なコンクリートを製造することができるフライアッシュを提供することができる。

次に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。

本発明のフライアッシュは、強熱減量が１．５質量％以下、好ましくは１．３質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。強熱減量が１．５質量％を越えると、コンクリートの流動性が低下し、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる。尚、本明細書において、コンクリートはモルタルを含むものとする。

本発明のフライアッシュは、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．５質量％以下、好ましくは１．４質量％以下、より好ましくは１．３質量％以下である。強熱減量が１．５質量％を越えると、コンクリートの流動性が低下し、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる。

本発明のフライアッシュは、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、好ましくは０．７５質量％以下、より好ましくは０．５０質量％以下である。強熱減量が０．９０質量％を越えると、コンクリートの流動性が低下し、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる。

本発明のフライアッシュは、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、好ましくは０．７５質量％以下、より好ましくは０．５０質量％以下である。強熱減量が０．９０質量％を越えると、コンクリートの流動性が低下し、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる。

本発明のフライアッシュは、７５μｍを越える粒群の強熱減量が１．０質量％以下、好ましくは０．９０質量％以下、より好ましくは０．８０質量％以下、さらに好ましくは０．６５質量％以下、特に好ましくは０．５０質量％以下である。強熱減量が１．０質量％を越えると、コンクリートの流動性が低下し、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる。

フライアッシュのブレーン比表面積は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、２５００〜６０００ｃｍ²／ｇが好ましく、７００〜５０００ｃｍ²／ｇがより好ましく、２９００〜４５００ｃｍ²／ｇがさらに好ましく、３０００〜４３００ｃｍ²／ｇが特に好ましい。

フライアッシュのＳｉＯ₂の含有率は、コンクリートの強度発現性等から、５０質量％以上が好ましく、５１〜７０質量％がより好ましく、５２〜６５質量％が特に好ましい。

フライアッシュの４５μｍふるい残分は、コンクリートの流動性や強度発現性等から、４０質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましく、２０質量％以下がさらに好ましく、１５質量％以下が特に好ましい。

フライアッシュのメチレンブルー吸着量は、コンクリートのワーカビリティや凍結融解抵抗性等から、１．０ｍｇ／ｇ以下が好ましく、０．７ｍｇ／ｇ以下がより好ましく、０．５ｍｇ／ｇ以下がさらに好ましく、０．３ｍｇ／ｇ以下が特に好ましい。

上記フライアッシュは、例えば、石炭焚きボイラの煙道等から捕集したフライアッシュを分級し、粒群別に加熱して強熱減量を調整した後、混合して製造することができ、これ以外の方法で製造したものも含む。

本発明のセメント組成物は、上記フライアッシュとポルトランドセメントを含み、フライアッシュの含有率は、フライアッシュとポルトランドセメントの合計を１００質量％として１〜３５質量％である。フライアッシュの含有率が１質量％未満では、コンクリートの流動性が低下する。また、フライアッシュの有効活用が困難となる。フライアッシュの含有率が３５質量％を越えると、コンクリートの強度発現性が低下する。さらに、コンクリートの表面や打ち継ぎ部の黒色部の形成を抑制することが困難となる虞がある。尚、フライアッシュの含有率は、好ましくは１．５〜３０質量％、より好ましくは２．０〜２５質量％である。

上記ポルトランドセメントは、ＪＩＳＲ５２１０（ポルトランドセメント）に規定される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、及び低熱ポルトランドセメントから選ばれる１種以上である。

尚、本発明のセメント組成物は、任意の構成成分として、高炉スラグ粉末、石灰石粉末、シリカフュームから選ばれる１種以上の粉末を５質量％以下含むことができる。

本発明のセメント組成物は、水、及び、必要に応じて配合される他の材料（例えば、細骨材、粗骨材、セメント分散剤等）と混合されることによって、ペースト、モルタル、又はコンクリートとして使用される。

セメント分散剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、又はポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。

本発明のセメント組成物を、モルタル又はコンクリートとして使用する場合には、骨材として、モルタルやコンクリートの製造に使用される通常の細骨材（例えば、川砂、陸砂、砕砂等）や粗骨材（例えば、川砂利、山砂利、砕石等）を使用することができる。また、骨材の一部または全部として、溶融スラグ（例えば、都市ゴミ、都市ゴミ焼却灰、及び下水汚泥焼却灰から選ばれる一種以上を溶融して製造されたもの）、高炉スラグ、製鋼スラグ、銅スラグ、碍子屑、ガラスカレット、陶磁器廃材、クリンカアッシュ、廃レンガ、コンクリート廃材等の廃棄物を使用することもできる。

尚、必要に応じて、本発明の目的に支障のない範囲内で、空気連行剤、消泡剤等の混和剤を使用してもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）フライアッシュ１（ＦＡ１：実施例１）；総強熱減量が０．８４質量％、ブレーン比表面積３５９０ｃｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂の含有率６６質量％、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．１５質量％、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．２８質量％、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．２０質量％、７５μｍを越える粒群の強熱減量が０．２３質量％、４５μｍふるい残分が１３．８質量％、メチレンブルー吸着量が０．２６ｍｇ／ｇ
（３）フライアッシュ２（ＦＡ２：実施例２）；総強熱減量が１．２３質量％、ブレーン比表面積３４９０ｃｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂の含有率６５質量％、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．３５質量％、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．６８質量％、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．６３質量％、７５μｍを越える粒群の強熱減量が０．８４質量％、４５μｍふるい残分が１６．１質量％、メチレンブルー吸着量が０．３９ｍｇ／ｇ
（４）フライアッシュ３（ＦＡ３：実施例３）；総強熱減量が０．６０質量％、ブレーン比表面積３５００ｃｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂の含有率６５質量％、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が０．２０質量％、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．３８質量％、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．５５質量％、７５μｍを越える粒群の強熱減量が１．１３質量％、４５μｍふるい残分が２６．４質量％、メチレンブルー吸着量が０．２４ｍｇ／ｇ
（５）フライアッシュ４（ＦＡ４：比較例１）；総強熱減量が３．４０質量％、ブレーン比表面積３７００ｃｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂の含有率６１質量％、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が３．１６質量％、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が３．７６質量％、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が５．４５質量％、７５μｍを越える粒群の強熱減量が２．９０質量％、４５μｍふるい残分が１８．３質量％、メチレンブルー吸着量が０．９１ｍｇ／ｇ
（６）フライアッシュ５（ＦＡ５：比較例２）；総強熱減量が４．４０質量％、ブレーン比表面積３６００ｃｍ²／ｇ、ＳｉＯ₂の含有率６０質量％、３２μｍ以下の粒群の強熱減量が３．７８質量％、３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が４．９９質量％、４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が６．８３質量％、７５μｍを越える粒群の強熱減量が８．２０質量％、４５μｍふるい残分が２５．８質量％、メチレンブルー吸着量が１．１６ｍｇ／ｇ
（７）細骨材；「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）」に定める標準砂
（８）水；水道水

［評価１］
ＪＩＳＡ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）に準じて、ＦＡ１〜５の活性度指数（材齢２８日）とフロー値比を測定した。その結果を表１に示す。

［評価２］
普通ポルトランドセメントと各ＦＡを混合して、ＦＡ含有率が２．５質量％のセメント組成物を調製した。ＪＩＳＲ５２０１に準じて、モルタルを調製し、６時間後に、３本の供試体の表面（１本：１６ｃｍ×４ｃｍ）における黒色部（１ｍｍ×１ｍｍ以上）の有無を目視で観察し、２個以上認められた場合を×、１個以下を○とした。その結果を表２に示す。

評価１−２から、本発明のフライアッシュ（実施例１〜３）は、コンクリートの流動性が良好であり、コンクリートの表面の黒色部の形成を抑制できることが分かる。一方、比較例１、２では、コンクリートの流動性が悪く、コンクリート表面の黒色部の形成を抑制することもできなかった。

Claims

強熱減量が１．５質量％以下で、かつ、下記各粒群毎の強熱減量が下記範囲であることを特徴とするフライアッシュ。
３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．５質量％以下、
３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、
４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．９０質量％以下、
７５μｍを越える粒群の強熱減量が１．０質量％以下
強熱減量が１．０質量％以下で、かつ、下記各粒群毎の強熱減量が下記範囲であることを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュ。
３２μｍ以下の粒群の強熱減量が１．３質量％以下、
３２μｍを越え４５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．５０質量％以下、
４５μｍを越え７５μｍ以下の粒群の強熱減量が０．５０質量％以下、
７５μｍを越える粒群の強熱減量が０．５０質量％以下
請求項１又は２に記載のフライアッシュと、ポルトランドセメントを含むことを特徴とするセメント組成物。