JP2873384B2 - 高強度セメント硬化物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高強度セメント硬化物の製造方法に関し、
特に外周面が球状化されてなる特定粒径範囲の球状化セ
メントを配合してなる高強度セメント硬化物の製造方法
に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 従来より各種セメントを用いて種々のコンクリートが
製造されている。

例えば、下記例のセメントコンクリートがあるが、そ
れらには以下のごとき問題点がある。

超流動化コンクリート： これは、通常のレディーミクストコンクリートの製造
時あるいは現場施工時に流動化剤を添加して製造される
もので、コンクリートの施工性の改善と、品質改善の目
的に使用される。

しかし、セメントペーストの粘度が異常に低下するた
め、骨材とセメントペーストとが分離していまい、均質
な硬化物が得られない。

増粘剤によって粘度を維持する試みがなされている
が、安定性に乏しく、配合、練り混ぜ等の品質管理も難
しい。

高性能減水剤を用いたコンクリート： これは、通常のレディーミクストコンクリートに高性
能減水剤を添加して製造されるもので、水結合剤比を下
げ、高強度コンクリート、高耐久性コンクリートを得る
目的に使用される。

しかし、極端に水量を抑えるため、未水和のセメント
が偏在し、均一な硬化物が得にくい。また、スランプロ
スが大きいことも欠点である。

超遅延コンクリート： これは、通常のレディーミクストコンクリートに超遅
延剤を添加して製造されるもので、凝結の超遅延性を利
用して、コールドジョイントの発生抑制、スランプロス
の低減、水和熱の抑制、連続打設に伴う夜間作業の廃止
などの目的に使用される。しかし、環境条件の変化によ
って強度発現期間が変化し制御が難しい。

超高強度コンクリート： これは、水結合材比を低くおさえ、また流動化剤や高
性能減水剤を添加して製造され、超高層建築物、原子力
設備などに使用される。

シリカヒュームが混和材として検討されているが、強
度、スランプ、スランプフローなどの変動が大きいため
生コンクリートとしての実用化域まで達していない。

マスコンクリート： これは、大型建築土木構造物（超高層建築物、ダム、
原子力設備など）に使用される。

セメントの水和反応に伴い発熱が生じるが、この温度
抑制ができず、強度低下、ひび割れなどの問題を生ずる
ことがある。

そこで本発明者らは、前に特願平１−243078号におい
て、セメントクリンカー微小粒子の外周面が研磨及び／
又は熔融により球状化されてなる球状化セメントを提案
し、その有用性として外形が球状であるため、ベアリン
グ作用を奏し、その配合物は流動性に富むことから特に
セルフレベリングコンリートに好適に用いられること、
また流し込み充填が密に行えるため、高強度のセメント
硬化物を製造できることなどを開示した。

しかしながら、常に安定的に高強度のセメント硬化物
を得ることは困難であった。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明者らはさらに鋭意研究の結果、常に高強度のセ
メント硬化物を得る方法を開発した。

本発明によれば、セメントと骨材と水の混練物が流動
性に優れ、流し込み充填が密に行え、そして必要最小量
のセメントを使用して、常に安定的に高強度のセメント
硬化物を得ることができる。

すなわち本発明は、セメントクリンカー微小粒子の外
周面が研磨及び／又は熔融により球状化されてなり、か
つ少なくともその80％以上が直径3.9〜９μｍである球
状化セメントと骨材と水との混練物を養生硬化すること
を特徴とする高強度セメント硬化物の製造方法である。

該本発明においては、球状化セメントの直径は80％以
上が3.9〜９μｍであることが好ましいが、特に直径が
５〜７μｍのものが80％以上を占めることが特に好まし
い。

また、球状化セメントと骨材と水との配合比（重量
比）は、1:2.5〜8.0:0.17〜0.75であることが好まし
い。

そして球状化セメントの製造は、セメントクリンカー
微小粒子を高速気流中衝撃法によって粉砕球状化させて
得られたものであってもよく、またセメントクリンカー
微小粒子を機械化学的表面融合法によって粉砕球状化さ
せて得られたものであってもよい。

さらに、球状化セメントが、母粒子としての球状化セ
メント粒子の表面に子粒子としてのシリカヒューム等の
粉末状混和材料（例えば、高炉スラグ、フライアッシ
ュ、カルシウムスルホアルミネート、その他粉末状減水
剤、粉末状遅延剤など）を付着せしめてなるカプセル型
球状化セメントであってもよい。

ところで、常法によるセメントの製造は、原料として
の、石灰石、粘土、ケイ石及び酸化鉄を適当割合に配合
し、微粉砕し、プレヒータを経てロータリーキルンに送
り約1450℃の高温で焼成して、セメントクリンカーを得
た後、クーラーで急冷し、その後これを仕上げミル（チ
ューブミル）で微粉砕して、粒径１〜90μｍのセメント
微粒子となす方法によって行われる。

なお、ポルトランドセメントの製造では、前記仕上げ
ミルで微粉砕する段階において、３〜５％の石膏が添加
される。

すなわち、微粉砕されたセメントクリンカーは粒径９
μｍ以下のものであるが、その微小粒子の外形は若干角
はとれているものの角形である。

本発明では、このセメントクリンカー粉末（微小粒
子）を例えば、市販の高速気流中衝撃装置（奈良ハイブ
リダイゼーションシステム）に数分間通過させることに
よって、外周面の角が更にとれて球状となった球状化セ
メント（球状のセメント微小粒子）を調製し、これを配
合セメントとして使用するものである。ただし、その粒
径範囲は直径3.9〜９μｍが80％以上を占めることが好
ましい。

なお、該高速気流中衝撃装置によりセメントクリンカ
ー粉末を球状化処理すると、当初セメントクリンカーの
角部が削られて生じる微小な粉体は、未だ完全に球状化
されていないが角部がとれて略球形のセメントクリンカ
ーの凹部に充填するごとくして吸着し、球状化セメント
となる。その結果、該処理により得られるセメントは微
小なセメント粉が存在しない（微小セメント粉は球状化
セメントの主に凹部に吸着充填されているため）、一定
粒径範囲の球状化セメントとなる。

一般に微小セメントは、比表面積が大きいため水との
接触反応が急激なものとなり、凝結が早いが、流動性の
低下を招く。

通常のセメント、例えば普通ポルトランドセメント等
は、前記のとおり外形が角形であり、かつ微小粉体も混
在しているため、比表面積はかなり大きなものとなって
いて、水との接触面積が大きく、急激に凝結反応が生じ
るため、流動性が悪く、また急激な水和反応熱の発生が
ある。

その結果、マスコンクリート等の打設においては、外
気温とコンクリートとに大きな温度差が生じて、コンク
リートに亀裂が発生する問題がある。

これに対して本発明の球状化セメントを使用すれば、
そうした問題が解消され、急激な水和熱発生がなくな
り、よってマスコンクリートの打設における亀裂発生の
危険を防止することができる。

また、例えば水セメント比を低くすることができ、同
一水量のセメントモルタルにおいては、球状化セメント
のモルタルは普通ポルトランドセメントのモルタルに比
して、フロー値が非常に大きくなり、同じフロー値のも
のとするならば10％以上減水させることが可能となる。

実験によれば、セメントの主成分である3CaO・SiO
₂（C₃S）粒子は、材令６カ月においても、その表面から
約3.5μｍの深さまでしか水和反応に関与しない。

すなわち、直径35μｍのセメント粒子は約７割が未反
応のまま芯となって残存することとなり、粗大粒子は強
度発現に有効でない。

そこで、本発明では球状化セメントを使用し、しかも
その直径を3.9〜9.0μｍ、特に好ましくは５〜７μｍに
特定している。

こうしたことにより、セメントの水和が深部まで完遂
されるため高強度の製品が得られることになる。加え
て、水セメント比を低くして流動性を高く維持できるた
め、更に高強度のセメント硬化物の製造が可能となる。

さらに、本発明で使用される球状化セメントは、機械
化学的表面融合法によってセメント微小粒子を球状化す
ることによっても得られる。

そしてさらに、得られたセメントを母粒子とし、その
表面に混和剤あるいは混和材からなる子粒子（例えばシ
リカヒューム）を全面に付着せしめて複合化し、カプセ
ル化した球状セメントとすることもできる。

該カプセル化球状セメントは、表面に混和剤あるいは
混和材が均質に付着されているので、セメントと混和剤
あるいは混和材との反応（例えばポゾラン反応）を均一
に行うことができ、コンクリートの品質（強度、スラン
プ等）の安定化を図ることができる。

［実施例］ 次に、本発明に使用する球状化セメントの具体的製造
例、それを配合した高強度セメント硬化物の製造方法に
ついて具体的に説明する。

まず、球状化セメントの製造について説明する。

常法によるセメントの製造工程の仕上げミル（チュー
ブミル）から導出された粒径１〜90μｍのセメントクリ
ンカー微小粒子を、市販の高速気流中衝撃装置である
「ナラ−ハイブリダイザー」（商品名：株式会社 奈良
機械製作所製）に供給し、３〜20分間運転させる。

該高速気流中衝撃装置は、第１図、第２図にその主要
部構造を示すごときもので、リング状空間からなる衝撃
室中で微小粒子材料に回転衝撃を与えることにより、微
小粒子材料を球状化するものである。

第１図は、その断面図、第２図は側断面図であり、図
中、１はケーシング、２は前部カバー、３は後部カバ
ー、４は回転盤、５はブレード、６は回転軸、７はリン
グ状衝突室、８はリング状ステーター、９はジャケッ
ト、10は球状化セメントの排出弁、11は球状化セメント
排出シュート、12は循環回路管、13は原料微小粒子セメ
ントの供給シュート、14は原料微小粒子セメントのホッ
パーである。

まず、ホッパー14内の原料のセメントが、セメントシ
ュート13から、リング状衝突室７へ供給される。

すると、回転盤４とそれに取着されたブレード５の回
転により、リング状衝突室７内の原料セメント微小粒子
は、高速で該室７内を回転しながら飛散し、その間リン
グ状ステーター８の表面に設けられた多数の三角溝８′
表面とブレード５とに回転しながら衝突する。

衝突したセメント微小粒子は衝突室７に開口している
循環回路管12の一端口からその管内に入り循環した後、
他端口から再び衝突室７内に導入される。

このようにして、回転衝突は回転盤４の回転にしたが
って多数回続けられ、所望球状となるまで続行される。

通常、回転盤４の回転数は4000〜16000rpmで、作動時
間は３〜20分間である。

作動終了後、排出弁10を降下して開くことによって、
球状化されたセメントがシュート11から取り出される。

なお、ジャケット９内には冷却媒体、あるいは加熱媒
体を導入することによって、球状化セメントの表面処
理、例えば混和剤の被覆処理を均質、確実に行うことが
できる。

以上のようにして、外周面の角が更にとれて球状とな
ったセメント微小粒子が得られる。

この粉砕から球状化に至る模式図を第５図に示す。す
なわち、第５図（ａ）において装置内に投入された角形
のセメントクリンカーが、（ｂ）においてその角部が削
られ微粉が発生する。

次いで（ｃ）において、角部が削られたセメントクリ
ンカーは装置内で回転しながらリング状ステータ表面に
摺接し、そのときその表面に吸着し、特に凹部に微粉が
充填吸着される。その継続により、（ｄ）に示すごと
く、微粉が角部の削られた球状化セメント微小粒子本体
20′の表面、特に凹部に多くの微小セメントクリンカー
粉23が吸着充填された球状化セメント20が形成される。

このような球状化法は、その他公知の各種装置によっ
て行うことができ、例えばオングミル（商品名：ホソカ
ワミクロン株式会社製の機械的乾式粉砕機の改良型）を
使用する機械化学的表面融合法によっても行うことがで
きる。

また、クリプトロンシステム（商品名：川崎重工
（株）製の機械式微粉砕機の改良型）等によっても行う
ことができる。

以上の球状化処理によって得られる球状化セメント
は、粒径が１〜30μｍであって、表面が均質化された球
状であるため、ベアリング効果を生じ、著しい流動性を
得ることができ、よってワーカビィリティのよいものと
なる。その結果、該球状化セメントを配合したセメント
ペーストは流動性に富むものとなり、流し込み成形性に
優れる。

また、セルフレベリングコンクリートに用いることは
優れた流動性が付与されるために、非常に有効なもので
ある。

さらに、球状化セメントの表面には混和剤（材）を均
一に付着させることができる。

その方法としては、高速気流中衝撃法によって球状化
する際に、例えばシリカヒュームを５〜30％添加する。
すると、第３図に断面を示すこどく、球状化セメント20
の全球面上にシリカヒューム超微粒子21層が一面に付着
した状態のカプセル型セメントとなる。

このカプセル型球状化セメントは、シリカヒューム
（SiO₂）とセメントとの反応（ポゾラン反応）を均一に
行うことができ、従来問題となっていた高強度シリカヒ
ューム混入コンクリートの品質（強度、スランプ値等）
の安定化を図ることができる。

このようなカプセル型球状化セメントを使用すれば、
水和反応の制御等が確実かつ容易に行える。

第４図に示すものは、母粒子がシリカヒューム21で、
子粒子がセメントクリンカー超微粒子22であるセメント
複合体である。

これは、超微粒子のセメント複合体であって、シリカ
ヒュームとセメントとの反応を均一にすることができる
ため、これを使用すれば超高強度コンクリートを製造す
ることができる。なお、ここで使用される超微粒子のセ
メントクリンカーは、前記の高速気流中衝撃装置によっ
て得られる球状化微小粒子セメントクリンカーの副産物
として、残部微細分を更に分級して得ることができる。

次に、本発明の球状化セメントを使用して高強度セメ
ント硬化物を製造する例を説明する。

直径５〜７μｍのものが80％を占める球状化セメント
１重量部に対して、砂２重量部と水0.55重量部を混合し
て、混練物を調製した。該混練物のフロー値は260mmで
あった。

該混練物を型枠に流し込み、養生硬化させたところ、
材令７日で、圧縮強度300kg/cm²、材令28日で圧縮強度5
58kg/cm²であった。

この結果は、普通ポルトランドセメント使用の場合に
比較し、27％増強したものであった。

また、普通ポルトランドセメントを使用したコンクリ
ートの圧縮強度と同一強度を得るには、球状化セメント
を使用すれば、普通ポルトランドセメント使用量の約50
〜86％量で十分であった。

［発明の効果］ 以上に説明したとおり本発明によれば、セメントの水
和反応が余すことなく完全に遂行されるため、必要最小
量のセメント配合組成物により、常に安定的に高強度の
セメント硬化物を製造することができる。

そして、硬化時に急激な水和熱発生がなくなり、よっ
てマスコンクリートの打設における亀裂発生の危険を防
止することができる。

また、例えば水セメント比を低くして、フロー値を大
きくすることができるので、良好な流動性が確保でき流
込成形性も良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で用いられる高速気流中衝撃装置の断
面図、第２図はその側断面図である。 第３図は、表面にシリカヒュームが被着された球状化セ
メント微小粒子の断面図、第４図は表面にセメント超微
粒子が被着されたシリカヒュームの断面図、第５図
（ａ）〜（ｄ）はセメントクリンカーの粉砕から球状化
に至る模式図を示す。 1:ケーシング、2:前部カバー、3:後部カバー、4:回転
盤、5:ブレード、6:回転軸、7:リング状衝突室、8:リン
グ状ステーター、9:ジャケット、10:球状化セメントと
排出弁、11:球状化セメント排出シュート、12:循環回路
管、13:原料微小粒子セメントの供給シュート、14:原料
微小粒子セメントのホッパー、20:球状化セメントの微
小粒子、20′：球状化セメント微小粒子本体、21:シリ
カヒューム 22:超微粒子セメントクリンカー 23:微小セメントクリンカー粉

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０２Ｃ 19/06 Ｂ０２Ｃ 19/06 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 28/02 C04B 7/48

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメントクリンカー微小粒子の外周面が研
   磨及び／又は熔融により球状化されてなり、かつ少なく
   ともその80％以上が直径3.9〜９μｍである球状化セメ
   ントと骨材と水との混練物を養生硬化することを特徴と
   する高強度セメント硬化物の製造方法。
2. 【請求項２】球状化セメントと骨材と水との配合比（重
   量比）が、1:2.5〜8.0:0.17〜0.75であることを特徴と
   する請求項１記載の高強度セメント硬化物の製造方法。
3. 【請求項３】球状化セメントの直径が５〜７μｍである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の高強度セメント
   硬化物の製造方法。
4. 【請求項４】球状化セメントが、セメントクリンカー微
   小粒子を高速気流中衝撃法によって粉砕球状化させて得
   られたものであることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載の高強度セメント硬化物の製造方法。
5. 【請求項５】球状化セメントが、セメントクリンカー微
   小粒子を機械化学的表面融合法によって粉砕球状化させ
   て得られたものであることを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれかに記載の高強度セメント硬化物の製造方
   法。
6. 【請求項６】球状化セメントが、母粒子としての球状化
   セメント粒子の表面に子粒子としての粉末状混和材料を
   付着せしめてなるカプセル型球状化セメントであること
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高強
   度セメント硬化物の製造方法。