JP2548558B2

JP2548558B2 - 水硬性微粉末の製造方法

Info

Publication number: JP2548558B2
Application number: JP62044822A
Authority: JP
Inventors: 儀治小出; 洋一小崎
Original assignee: Nittetsu Cement Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Cement Co Ltd
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS63210048A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、水硬性微粉末材料の製造方法に関する。更
に詳しくいえば、モルタル・コンクリート用組成物、超
早強セメント及びグラウト材等に好適に使用することが
できる水硬性微粉末材料の製造方法に関する。

［従来の技術］従来のセメント工業においては、水硬性材料であるセ
メントの粉砕はボールミルによる閉回路方式が主流であ
り、実用セメントの粉末度もブレーン比表面積で3,000
〜4,000cm²/g（最大粒径100〜60μｍ）である。ボール
ミルによる粉砕は、衝撃粉砕と摩砕作用の組合せにより
行なわれるものであり、過粉砕によって粉砕媒体である
ボール及びライニング面へのコーティングが発生し、こ
のコーティングがクッション作用をして微粉砕を妨げる
という現象を生じる。

セメントを高微粉末に粉砕する１方法としてボールミ
ルによる閉回路方式で粉砕助剤を用いて連続処理する方
法があるが、ボールミル内の滞留時間が短く微粉砕に充
分な粉砕時間が取れないことや系内に設置する大型分級
機の性能が低いことから、この方法を用いてもブレーン
比表面積でたかだか6,000cm²/g程度であり、コストが高
くなることやその特性から用途が一部に限られている。
その理由は、製品の粒度が広範囲にわたること、粉砕の
熱エネルギーに石膏の形態変化を生じ品質に悪影響をお
よぼすこと等による。さらに高微粉末の製品を得るため
に給鉱量を大幅に減らすと、ボールの空打ち部分が多く
なってエネルギー損失が大きくなると同時に粉砕温度が
極端に上昇してミル本体の軸受けメタル等に悪影響を及
ぼす。

また、高炉セメントに用いられるスラグ微粉末につい
ては、竪型ローラーミルによる微粉砕が試みられている
が、被粉砕物が微粉砕されるに従い、ローラーとテーブ
ルの間隙への噛み込みが悪くなり、循環物のショートパ
スが生じるため、ボールミルと同様に粉末度はブレーン
比表面積で6,000cm²/g程度である。ボールミル及び竪型
ローラーミルによる閉回路粉砕系は、いずれもセパレー
ターを系内に具備しており、系全体を粉砕工程と称して
いるが、セメント系のような水硬性材料では、ブレーン
比表面積6,000cm²/g以上の微粉の最大粒径、粒度範囲を
積極的に制御できる閉回路粉砕系の微粉砕システムは、
いまだに出現していない。

本発明者らは、既にガラス質高炉スラグ、セメントク
リンカー及び石膏から選択される１種または２種以上の
混合物からなる水硬性原材料（以下、水硬性原材料と記
す。）をボールミルでブレーン比表面積3,000〜6,000cm
²/gに粉砕した後、気流分級機により分級点を10μｍ程
度として分級することにより、粒径が15μｍ以下の粒子
を90重量％以上含有する優れた水硬性微粉末材料が得ら
れることを確認した。

この方法によって得られる水硬性微粉末材料は、水硬
性が高いこと、整粒された粒度分布を生かすことによ
り、種々の特性を兼備したモルタル、コンクリートある
いはグラウト材の主要組成分として非常に有効であると
の知見に基づき、この製造方法によって得られた水硬性
微粉末材料から、昭和55年に注入硬化特性をもつグラウ
ト材「日鐵スーパーファイン」（商品名）や、スラグ微
粉末系セメント強化材「日鐵スピリッツ」（商品名）等
を開発した。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、この製造方法は、ボールミルによる粉砕工程
と気流分級機による分級工程の２つの工程を具備するこ
とから、分級工程の処理量が小さくマスバランスが合わ
ないために輸送及び貯蔵設備を必要とすること、分級前
の水硬性材料には粗粉が多く含まれるために収率が低
く、分級後の粗粉の処理にも設備が必要となる等、設備
コストが高くなるうえ、製造工程の電力原単位も高いと
いう欠点がある。また、ガラス質高炉スラグ（以下、ス
ラグと記す。）のような均質の水硬性原材料のみを分級
する場合は問題ないが、複数の水硬性化合物からなるセ
メントクリンカーや数種の水硬性原材料が混合されたも
のでは、構成化合物及び水硬性原材料の被粉砕性に差が
あるため、ボールミルで粉砕されて得た水硬性材料とそ
れを分級した後の水硬性微粉末材料の組成は異なる。そ
のため、目的の水硬性微粉末材料を得るための水硬性原
材料の調合が難かしく、管理しずらいという難点もあ
る。

［問題点を解決するための手段］そこで、本発明者らはかかる実情を踏えて従来の製造
方法とは異なる工程で所要の水硬性微粉末材料を得るこ
とを目的に微粉砕実験を重ねた結果、乾式媒体攪拌ミル
による閉回路粉砕方式により、その目的を達成すること
ができることを確認して本発明に到達した。

すなわち、本発明は従来のボールミルによる粉砕工程
と気流分級機による分級工程の２つの工程を具備した製
造方法（以下、従来の製造方法と記す。）によって製造
される水硬性微粉末材料と同質以上の水硬性微粉末材料
を、従来の製造方法とは全く異なる乾式媒体攪拌ミルに
よる閉回路粉砕方式で微粉砕して得る製造方法を提供す
るものである。

乾式媒体攪拌ミルの特徴として、粉砕媒体圧を大きくとった摩砕作用のみの粉砕作用
のため、ボールミルのようなクッション作用が起らず連
続粉砕が可能である。

ミル本体内に充填した粉砕媒体を攪拌軸で攪拌する
だけなので粉砕動力が少ない。

摩砕作用のみによる粉砕作用のため、粉砕温度の上
昇が少ない。

原料供給量やミル本体内の通過気流速度の加減によ
り粒度の調整が容易である等が挙げられる。

本発明の方法は以下の通り実施される。

貯蔵ホッパー等に貯蔵された水硬性原材料、すなわ
ち、ガラス質高炉スラグ、セメントクリンカー及び石膏
から選択される１種または２種以上の混合物は抽出機に
よって引き出され、乾式媒体攪拌ミルへ供給される。こ
の時、水硬性原材料へ粉砕助剤（ジエチレングリコー
ル、トリエタノールアミン等）を添加することが好まし
い。供給された水硬性原材料は、乾式媒体攪拌ミルの本
体内のスクリューの回転によって上下の循環運動を行な
う粉砕媒体の摩砕作用により微粉砕された後、送風機に
よりスクリューの軸内を経て乾式媒体攪拌ミルの本体内
に吸引されるエアーによってミル外へ排出された後、系
内のセパレーターで分級され、粒径が15μｍ以下の粒子
を90重量％以上含有する微粉が製品として系外へ排出さ
れ、貯蔵サイロに水硬性微粉末材料として貯蔵される。
水硬性微粉末材料の粒度は、乾式媒体攪拌ミル内へ供給
される通風エアー量や水硬性原材料の供給量を制御する
ことにより調整される。また、分級機へ入る分級風量を
制御することにより水硬性微粉末材料の分級点が調整さ
れる。

一方、セパレーターで分級され残留する粗粉は乾式媒
体攪拌ミルへ戻されて再粉砕される。このように本発明
の製造方法は、乾式媒体攪拌ミルにより閉回路粉砕方式
で微粉砕することを特徴としている。

実施例以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明
する。

実施例１、２、３及び４で使用したスラグ、石膏及び
ポルトランドセメントクリンカーは、同一ロッドのもの
であり、その化学成分は第１表に示す通りのものであ
る。

実施例１乾式媒体攪拌ミルの１種であり、セパレーター、サイ
クロン及びバグフィルターで構成された閉回路方式のタ
ワーミル（機名:KD−100型，日本タワーミル（株）製）
に、乾燥したスラグを400Kg/Hr供給し、スラグ供給量に
対して粉砕助剤（ジエチレングリコール）を0.1重量％
添加して粉砕し（エアー量75m³/min）、セパレーターを
経て（分級風量5m³/min）、本発明によるスラグ微粉末
を得た。

一方、比較のため同一スラグを、セメント用ボールミ
ルで粉砕助剤（ジエチレングリコール）をスラグ供給量
に対して0.1重量％添加してブレーン比表面積4,200cm²/
gに粉砕し、気流分級機により分級点をおよそ10μｍと
して比較用スラグ微粉末を得た。

本発明によるスラグ微粉末と比較用スラグ微粉末及び
ブレーン比表面積4,200cm²/gの汎用スラグ粉末の各粒度
をレーザー回析法（（株）セイシン企業 SK LASER M
ICRON SIZERを使用）により測定した結果（累積残分と
粒径との関係）を第１図に示す。本発明のスラグ微粉末
と比較用スラグ微粉末の粒度は、15μｍ以下の粒子の含
有量が97重量％以上でほぼ同じであった。

本発明のスラグ微粉末のセメント混和材としての効果
を探るため、ブレーン比表面積3,120cm²/gの普通ポルト
ランドセメント（以下、OPと記す。）の50重量％を本発
明のスラグで置換した材料（以下、NTと記す。）、OPの
50重量％を比較用スラグ微粉末で置換した材料（以下、
NSと記す。）、及びOPの50重量％を汎用スラグ粉末で置
換した材料（以下NBと記す。）を用いてJIS R5201に基
づきモルタル強さ試験を行なった。それぞれのフロー値
及び３日、７日及び28日後の圧縮強度（kgf/cm²）の結
果をOP（普通ポルトランドセメント）についての結果と
共に第２表に示す。

第２表より、OPの50重量％を本発明のスラグで置換し
たNTモルタルとOPの50重量％を比較用スラグ微粉末で置
換したNSモルタルは、材令３日でNBモルタルとOPモルタ
ルの圧縮強度を上回り、材令28日では約1.4〜1.5倍の強
度になることが確認された。また、NTモルタルは材令３
日及び７日の強度はNSモルタルに比べて高い。これは、
摩砕作用のみによる微粉砕のため、メカノケミカル効果
により表面の活性度が向上することによると考えられ
る。以上の実施例１から、本発明のスラグ微粉末は比較
用スラグ微粉末と同等以上の高品質であることがわかっ
た。

なお、本発明の製造方法によって得られたスラグ微粉
末の製造工程の電力原単位は、従来の製造方法によって
製造された比較用スラグ微粉末の製造工程の電力原単位
に比べて、およそ30％低減され、本発明の効果が顕著で
あることが確認された。

実施例２実施例１で用いたタワーミルに、ロッドミルにて最大
粒径5mm以下に粉砕したポルトランドセメントクリンカ
ー、スラグ及び石膏を第３表に示す配合で供給し、供給
量に対して粉砕助剤（ジエチレングリコール）を0.1重
量％添加して微粉砕し、粒径が15μｍ以下の粒子を95重
量％以上を含有する本発明の水硬性微粉末材料Ｔ−１、
Ｔ−２、Ｔ−３、Ｔ−４を得た。

比較用として、セメント用ボールミルでポルトランド
セメントクリンカーとスラグ及び石膏を第３表に示す配
合で、供給量に対して粉砕助剤（ジエチレングリコー
ル）を0.1重量％添加して微粉砕し、ブレーン比表面積
6,000cm²/g程度の比較用水硬性微粉末材料Ｂ−１、Ｂ−
２、Ｂ−３、Ｂ−４を得た。

また、Ｂ−１材料の粉砕電力原単位を100％とした粉
砕電力原単位指数も第３表で示した。

第３表の水硬性微粉末材料を用いて、JIS R5201に基
づいてモルタル強さ試験を行なった。その結果（フロー
値、曲げ強度（kgf/cm²）及び圧縮強度（kgf/cm²））を
第４表に示す。

現在、ブレーン比表面積が6,000cm²/g、材令１日の圧
縮強度で220kgf/cm²程度の超早強ポルトランドセメント
が、工期の短縮や一時的補修工事に使用されているが、
セメント用ボールミルでは限界に近いブレーン比表面積
まで微粉砕するため効率が悪く、コストが高くなるなど
問題が多い。

しかし、本発明の製造方法によれば、スラグの配合が
30％でも十分に初期強度の高い水硬性微粉末材料が、低
コストで得られることが確認された。

以上の実施例２の結果より、本発明の製造方法におい
ては、単一の工程で数種の水硬性原材料を混合微粉砕す
ることが可能であり、得られた水硬性微粉末材料は高い
水硬性を発揮することがわかった。また、実施例１で得
られた本発明のスラグ微粉末と、実施例２で得られた本
発明のＴ−１を混合することによっても所要品質の水硬
性微粉末材料が得られるという知見を得た。

実施例３実施例１で用いたタワーミルに、ロッドミルにて最大
粒径5mm以下に粉砕したポルトランドセメントクリンカ
ーを43重量％、スラグを53重量％、石膏を４重量％配合
した水硬性原材料を供給し、供給量に対して粉砕助剤
（ジエチレングリコール）を0.1重量％添加して、粒径
が15μｍ以下の粒子を100重量％含有する本発明の水硬
性微粉末材料（以下、TS−１と記す。）を得た。比較用
として、本発明の製造方法と同一配合の水硬性微粉末材
料を、実機ボールミルで供給量に対して粉砕助剤（ジエ
チレングリコール）を0.1重量％添加してブレーン比表
面積5,820cm²/gに微粉砕して得た水硬性微粉末材料（以
下、BS−１と記す。）、さらにBS−１を気流分級機で分
級点をおよそ10μｍとして分級して、比較用水硬性微粉
末材料（以下、BS−２と記す。）を得た。

これらの水硬性微粉末材料の粒度分布（累積残分と粒
径との関係）を第２図に示す。

本実施例で得た各水硬性微粉末材料の注入特性を比較
するため、直径が55mm、長さが300mmの透明アクリル樹
脂管の下部に高さ100mmの注入砂層（豊浦標準砂0.1〜0.
3mm、空隙率＝42％）を作り、上部の漏斗より注入ミル
クを自然流下させ（浸透長）を測定した。その結果は第
５表のとおりである。

第５表より、本発明品のTS−１では比較品（BS−２）
と同等の注入性が得られ、細砂地盤への注入が可能であ
ることが確認された。

また、実施例１で得た本発明品のスラグ微粉末につい
て同様の注入試験を行なったところ、浸透長が100mmと
いう結果が得られ、その水和活性から凝集速度も遅く、
優れた注入特性をもつことがわかった。なお、本実施例
から本発明によって得られたTS−１の製造工程の電力原
単位は、比較品BS−２の製造工程の電力原単位に比べ
て、おそよ15％低減され、本発明の効果が確認された。

実施例４従来、スラグ粉末によりゲルタイムを調節することが
でき、強度低下のない水ガラス系グラウトを使用する工
法としてMS工法が知られているが、粒度が粗いため注入
対象地盤の制約があり、水注入対比を上げて注入性を高
めようとすると、材料分離が生じ、さらに強度低下を招
く結果となる。そこで本実施例では、本発明による実施
例１の方法で得たスラグ微粉末のゲルタイムの調節効果
を調べるため、実施例３の本発明によるTS−１の１部
を、比率を変えてスラグ微粉末で置換した水硬性微粉末
材料GS−１、GS−２、GS−３、GS−４を調製して、ゲル
タイムの測定及びホモゲル圧縮強度を測定した。その結
果を第６表に示す。

第６表より、本発明品のスラグ微粉末は、高粉末度に
もかかわらず、ゲルタイムの調節が可能で高強度が維持
できることが確認された。

なお、ポルトランドセメントクリンカーを含むグラウ
ト材は、電解質を含む水に出会うと急速に反応して凝集
沈殿現象を起こすことが知られている。このことは、実
施例３で用いた注入試験器具の注入砂層を海水で満たし
てから、第５表と同一条件で実施例３で得た本発明によ
るTS−１のミルクを注入すると15mmの浸透長しか得られ
ないことからもわかる。しかし、実施例１で得られた本
発明品のスラグ微粉末材料は、同様の注入試験で100mm
の浸透長が得られた。

従って、電解質を含む海水及び温泉水に満たされた地
層へのグラウト材として、本発明の方法による実施例１
で得られたスラグ微粉末は有用であり、さらには強度・
耐久性の点で石膏を添加した方がより好ましいという知
見を得た。

本実施例の結果から、実施例１で得られた本発明によ
るスラグ微粉末は、従来のグラウト材の適用範囲を大き
く広げるすぐれた特性を持つことがわかった。

［発明の効果］本発明によれば以下のような効果が得られる。

本発明によって得られたスラグ微粉末は、従来の製
造方法で得られたスラグ微粉末と比べて、同等以上の高
い水和硬化特性をもつと同時に、グラウト材としても適
用範囲の広い優れた特性をもつ。

本発明の方法によれば、スラグのみ微粉末化のみな
らず、数種の水硬性原材料を配合した材料の混合微粉末
化も可能であり、得られた水硬性微粉末材料は優れた早
期水和性、注入性をもつ。

閉回路方式により水硬性原材料の100重量％を水硬
性微粉末材料として得ることができるため、従来の製造
方法と比較して、製造工程の電力原単位がスラグ微粉末
の場合にはおよそ30％、数種の水硬性原材料から成る水
硬性微粉末材料においてはおよそ15％低減され、コスト
低減効果がある。

摩砕による粉砕工程のみであるため、粉砕温度が低
いので石膏の形態変化がない。

微粉砕前の水硬性原材料と微粉砕後の水硬性微粉末
材料の組成が同一であるため、水硬性原材料の調合が容
易である。

所要の水硬性微粉末材料の粒度の範囲を原材料の供
給量やミル体内の通過気流速度を加減することにより、
容易に調節することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、実施例１で得られた汎用スラグ粉末（Ａ）と
比較用スラグ微粉末（Ｂ）及び本発明のスラグ微粉末
（Ｃ）の粒度分布（累積残分と粒径との関係）を示すグ
ラフであり、第２図は実施例３で得られた比較用水硬性
微粉末材料（BS−１）（Ｄ）と比較用水硬性微粉末材料
（BS−２）（Ｅ）、及び本発明の水硬性微粉末材料（TS
−１）（Ｆ）の粒度分布（累積残分と粒径との関係）を
示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス質高炉スラグ、セメントクリンカー
及び石膏から選択される１種または２種以上の混合物を
乾式媒体攪拌ミルを用いた閉回路粉砕方式により微粉砕
化し分級することを特徴とする粒径が15μｍ以下の粒子
を90重量％以上含有する微粉末からなる水硬性微粉末材
料の製造方法。
【請求項２】粉砕助剤を添加し微粉砕化する特許請求の
範囲第１項記載の水硬性微粉末材料の製造方法。