JP2755700B2 - コンクリート混和材の製造方法 - Google Patents

コンクリート混和材の製造方法

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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度やアルカリ骨材反応抑制や水密性が要
求される高品質コンクリート製造時に必要な混和材の製
造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のコンクリートは平均粒径(以下、d50と記す)2
0〜30μmのセメントと粗骨材(砕石)と細骨材(砂)
と混和剤及び水とを混合して作られているが、圧縮強度
が300kgf/cm2程度しかない。しかし最近は超高層ビルの
増加などに伴い、高強度コンクリートの需要が増加して
おり、1970年代からノルウェーやデンマーク等でSiO2
有量が多くて、d50が1μm以下の超微粒シリカを数10
重量%の割合でセメントに混合使用することにより圧縮
強度が1000kgf/cm2以上の高強度コンクリートが製造可
能であることが確認されている。
しかしながら、超微粒シリカは非常に高価格であるた
めに、セメントに対して20重量%混入したとしてセメン
ト単価をかなり上げることになり、経済性の面から未だ
実用化されていないのが実状である。
そのため、超微粒シリカの一部を比較的粒子の大きい
シリカ含有物の微粉で代替させる方法も提案されている
が、サブミクロンの超微粒シリカは凝集性が非常に強い
ために、ハンドリング、特にセメントとの均一混合分散
が難しく、従来のコンクリート製造プロセスがそのまま
適用できないという問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記技術水準に鑑み、高価な超微粒シリカの
使用量を減じても十分高強度のコンクリートが得られ、
しかも超微粒シリカを含みながらセメントとの均一混合
が容易なコンクリート混和材の製造方法を提供しようと
するものである。
本発明のコンクリート混和材の製造方法は、機械的粉
砕によって得られるシリカ含有物の粉砕微粒と、シリカ
含有物の高温気化法あるいは加水分解法等によって得ら
れる超微粒シリカを混合した2つの粒度分布もつコンク
リート混和材の製造方法であって、シリカ含有物の粉砕
微粒を湿式攪拌ミルで製造し、かつ超微粒シリカと混和
剤を該ミル入口で添加し、該ミル内でシリカ含有物の粉
砕と水、超微粒シリカ、混和剤の混合を同時に行うコン
クリート混和材の製造方法である。そし、上記コンクリ
ート混和材の製造方法において、シリカ含有物が石炭火
力発電所で発生する石炭灰や珪石、シラスであり、かつ
シリカ含有物の粉砕微粒と超微粒シリカの平均粒径がそ
れぞれ1〜5μmと0.05〜0.5μmであること及び湿式
攪拌ミルによる粉砕と混合を固形分濃度50〜90重量%で
行うようにすることを特に好ましい態様とするものであ
る。
すなわち、本発明の製造方法によって得られるコンク
リート混和材は、セメントと超微粒シリカの中間の粒径
を有する安価で大量製造可能なシリカ含有物の粉砕微粒
(以下、これを単に粉砕シリカと記す)をコンクリート
混和材原料として使用することによって高価な超微粒シ
リカの使用量を減らして、コンクリート混和材のコスト
を下げると共に、最密充填理論に基いてセメントに混合
した場合に最も強度と施工性(流動性)が向上する粒度
分布を有するコンクリート混和材としたものであり、ま
た、本発明のコンクリート混和材の製造方法は、超微粒
シリカのハンドリング性と分散性を向上するために、湿
式攪拌ミルでシリカ含有物の粉砕と超微粒シリカと水と
混和材の混合分散を同時に行い、該4成分が十分混和分
散したスラリー状混和材を製造する方法である。
〔作用〕
超微粒シリカをセメントに混入するとコンクリートの
強度と流動性が向上する理由を第3図によって説明す
る。第3図は粒子充填モデルを示す模式図であり、第3
図(a)は従来のセメント粒子だけの充填モデル、第3
図(b)はセメント粒子と超微粒シリカの充填モデル、
第3図(c)は最密充填時の粒子直径を求める真球のモ
デル、第3図(d)は本発明のセメント粒子と粉砕シリ
カと超微粒シリカの充填モデルを表わし、第3図中、1
はセメント粒子、2は間隙水、3は超微粒シリカ、4は
粉砕シリカを示す。
超微粒シリカをセメントに混入すると、 (1)第3図(a)のセメント粒子の1の間の間隙水2
を、第3図(b)の超微粒シリカ3が追い出し、粒子の
緻密性が増し、かつ無駄な間隙水2が減り、流動媒体と
しての水が増える(最密充填効果) (2)真球に近い細い多数の超微粒シリカ粒子によるベ
アリング効果が生ずる ことである。
従って、コンクリートの強度や流動性を向上(以下、
単に、高品質化と記す)させるためには、最密充填を如
何に経済的に効率的に行わせるかヾ大きな課題になる。
粒子が完全に真球の場合には、大きな粒径d0のセメン
ト粒子1の間隙を埋める小さな粒径の粒子4の最大径d1
は、第3図(c)に示すように、(d1/2+d0/2)cos30
=d0/2となるのでd1=d0/6.5である。
そこで本発明者らは、最密充填には1/6.5の等比級数
となる粒径分布の粒子群を混合するのが理論的に最適で
あることに着目した。具体的にはセメント粒子のd50は2
0〜30μmであり、また実際の粒子は真球ではなく、か
つ粒度分布をもっているので、d50が1〜5μmの微粒
とd50が0.05〜0.5μmの超微粒を混合するのが最適であ
ることを数多くの実験により確認した。そして、前者の
微粒として安価な粉砕シリカと後者の超微粒として超微
粒シリカを使用することにより、高価な超微粒シリカの
使用量を従来の約1/10に低減しても超微粒シリカ単独の
場合と比較して同等以上の品質のコンクリートが製造で
きることを確認した。
また前記のベアリング効果を発揮するためには、超微
粒シリカが十分に分散している必要があるが、超微粒シ
リカは比表面積が非常に大きく、凝集性が非常に強い。
そこで本発明者らは湿式攪拌ミル入口に超微粒シリカと
水と分散用混和剤を添加し、湿式攪拌ミルでシリカ含有
物の粉砕と混合分散を同時に行うことによりこれを解決
した。
更に本発明ではコンクリート混和材を十分に混合分散
したスラリー状混和材としてコンクリート製造者に提供
することができるために従来のコンクリート製造工程を
何ら変えることなく容易に高品質コンクリートの製造が
可能である。
前述の適正粒径をもった粉砕シリカと超微粒シリカと
をセメントに混合することにより、第3図(d)に示す
ように、セメント粒子1間隙を粉砕シリカ4が埋め、こ
の粉砕シリカ4の間隙を超微粒シリカ3が埋めるので非
常に効率のよい最密充填が可能となる。
本発明者らが先に提案した湿式攪拌ミルである粉砕装
置、すなわち、相対的に回転される外筒と内筒とを備
え、これら外筒と内筒との間を粉砕室とした粉砕装置、
及び該粉砕装置の外筒及び/又は内筒る翼を取付けた粉
砕装置(特願昭61〜38811号)を使用すると、湿式攪拌
ミル内では非常に強い剪断力が働くために、凝集超微粒
シリカは解離し、粒子表面は剪断力で活性化しているの
で、同時に添加している混和剤が粒子表面に均一に吸着
するために非常に安定した分散超微粒シリカが得られ
る。
更に湿式攪拌ミル出口では粉砕シリカとの混合も終了
したスラリー状混和材となっているのでセメント、水、
骨材とこの混和材との混合分散が非常にスムーズに行わ
れる。
なお、前記湿式攪拌ミル内での粉砕は粒子同士が互い
に接触し、いわゆる粒子相互摩砕作用が大きい程粉砕性
が向上する。この摩砕作用を行わせるためには、湿式攪
拌ミル内の固形分濃度が50wt%より低過ぎると粒子の接
触確率が低くなり、また濃度が90wt%より高過ぎるとミ
ル内の攪拌メディア(ボール)と固形分との共廻り現象
が生じ剪断力が低下する。このため、摩砕作用を効果的
に行わせる固形分濃度は50〜90重量%が適正である。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図によって説明する。
第1図は本発明の方法による混和材製造システムの実
施例であり、粉砕シリカ及び超微粒シリカの原料として
石炭焚き火力発電所で発生する石炭灰を使用し、高温気
化法によって得られた超微粒シリカを使用した例であ
る。なお、石炭灰以外にも日本各地で採れる珪石やシラ
スも本発明の原料となる。
以下具体的に説明する。
原料ホッパー1内の石炭灰は、フィーダ2によって供
給管3を通ってチューブミル5に送られる。チューブミ
ル5内には粉砕用ボールが充填されており、給水管4に
より送られた水と一緒にd50が10μm程度に湿式1次粉
砕される。なお、必要に応じてチューブミル入口には薬
注管18から減水剤としての界面活性剤である混和剤(レ
オビルドSP−9HS:日曹マスタービルダーズ社製)が供給
される。粉砕された石炭灰スラリーは排出管6よりクレ
クトタンク7へ送られ、ポンプ9により輸送管8,10を通
って湿式攪拌ミル11に送られて、d50が1〜5μmに微
粉砕される。攪拌ミル11の入口には混和剤タンク15、薬
注管14、17、ポンプ16により混和剤と超微粒ホッパ19か
らフィーダ20、供給管21を通って超微粒シリカが供給さ
れる。
攪拌ミル11内には直径が数mmから十数mmのボールが充
満されており、攪拌翼(図示せず)により激しく運転し
ており、このボールの運動により石炭灰が微粉砕される
と同時に、超微粒シリカと混和剤が混合分散されて、均
一で安定した粉砕シリカと超微粒シリカと混和剤と水と
からなるコンクリート混和材が製造されて、輸送管12を
通って製品タンク13に貯蔵される。
第2図は第1図の実施例に従い、攪拌ミル11内の固形
分濃度を変化した時の試験結果例である。なお、超微粒
シリカは石炭灰に対して10重量%、混和剤は合計固形分
量に対して0.25重量%添加した。
固形分濃度が50wt%より低過ぎると粒子相互の摩砕作
用が低下し粉砕製が悪くなり、かつ粉砕動力原単位も高
い。逆に90重量%以上の高濃度になると動力原単位は低
いが、スラリー粘度が高くなり過ぎてボールとスラリー
の共廻り現象が始まり粉砕性が低下する。
以上、粉砕性と動力原単位から攪拌ミル内の固形分濃
度は50〜90重量%が適正であることが明らかになった。
第1表は第1図及び第2図の実施例に従い製造した混
和材を実際にセメントに混合し、コンクリートの強度評
価試験を実施した例である。なお、スランプ値(施工
性)が一定の条件でテストを実施した。第1表より本発
明の方法によって製造した混和材を20%使用した場合、
混和材なしに比較して3倍以上強度が増加し、また高価
な超微粒シリカ独特の混和材を20%使用時と比較して強
度は若干上廻り、セメントコスト(混和材コストを含
む)が半分以下と安価である。
〔発明の効果〕 本発明の方法によれば、従来の方法では製造が難しか
った超微粒シリカが均一に分散しており、セメントとの
均一混合が容易な、シリカ含有物の粉砕微粒と超微粒シ
リカを含むコンクリート混和材を容易に製造することが
できる。また、本発明の方法により製造したコンクリー
ト混和材を使用することにより、次のような効果があ
る。
(1)従来のセメントコストと殆んど同じでコンクリー
ト強度を3倍以上向上可能となる。
(2)同じ施工性(スランプ価)でも水/(セメント+
混和材)比が小さい、即ち余分な水が少いためにひび割
れがまったくなく、かつ水和反応熱も低く押えられる。
(3)微粒子のベアリング効果により水/(セメント+
混和材)が同じ場合には流動性が大巾に向上し、コンク
リートの長距離ポンプ輸送が可能となる。
(4)スラリー状混和材であるため品質が安定してお
り、かつ従来のコンクリート製造工程がそのまま使え
る。
(5)最近石炭焚き火力発電所の増加に伴い急増してい
る石炭灰の大量有効利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の混和材製造の工程図、第2
図は本発明の一実施例の湿式攪拌ミルの石炭灰粉砕試験
結果例を示す図表、第3図は粒子充填モデルを示す模式
図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−178462(JP,A) 特開 昭59−88355(JP,A) 特開 昭62−7654(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機械的粉砕によって得られるシリカ含有物
    の粉砕微粒と、シリカ含有物の高温気化法あるいは加水
    分解法等によって得られる超微粒シリカを混合した2つ
    の粒度分布もつコンクリート混和材の製造方法であっ
    て、シリカ含有物の粉砕微粒を湿式攪拌ミルで製造し、
    かつ超微粒シリカと混和剤を該ミル入口で添加し、該ミ
    ル内でシリカ含有物の粉砕と水、超微粒シリカ、混和剤
    の混合を同時に行うことを特徴とするコンクリート混和
    材の製造方法。
  2. 【請求項2】シリカ含有物が石炭火力発電所で発生する
    石炭灰や珪石、シラスであり、かつシリカ含有物の粉砕
    微粒と超微粒シリカの平均粒径がそれぞれ1〜5μmと
    0.05〜0.5μmであることを特徴とする請求項(1)に
    記載のコンクリート混和材の製造方法。
  3. 【請求項3】湿式攪拌ミルによる粉砕と混合を固形分濃
    度50〜90重量%で行うことを特徴とする請求項(1)又
    は(2)に記載のコンクリート混和材の製造方法。
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