JP4056748B2

JP4056748B2 - フライアッシュの品質判定方法

Info

Publication number: JP4056748B2
Application number: JP2002011875A
Authority: JP
Inventors: 達男泉; 裕嗣市川
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003212619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセメントペースト、モルタルおよびコンクリートに用いられるフライアッシュの品質を判定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
現在、フライアッシュ、高炉スラグなどの微粉末はコンクリートの混和材料として用いられている。しかしながら、これらの微粉末は火力発電所や製鉄所で産出される副成物であるため、品質が大きく変動し、流動性や空気の安定化等のコンクリート特性に大きく影響を及ぼしている。特にフライアッシュは火力発電所で微粉炭を燃焼する際に副成されるため、微粉炭の品質、ボイラーの運転状態などによって品質が変動する。また、最近は硫黄酸化物や窒素酸化物などの排出規制の観点から火力発電所の燃焼温度は、従来よりも低く抑制されており、フライアッシュ中の未燃焼カーボン量が多くなってきている。このようなフライアッシュをコンクリートに配合すると、減水剤やＡＥ剤が未燃焼カーボン等に吸着されるため、コンクリートの流動性や空気連行性の変動をもたらす。また、燃料の石炭も国内炭から輸入炭に依存する比率が増えており、フライアッシュの品質変動の一因になっている。
【０００３】
コンクリート用フライアッシュとして市販されているものは、ＪＩＳＡ６２０１の規格に適合したものであるが、規格に適合したものであってもコンクリート特性に及ぼす影響度合いが異なる。すなわち、これまではフライアッシュの粉末度（比表面積）や未燃焼カーボン量を、品質を判断する指標としていたが、最近のフライアッシュの製造事情では、例えば、未燃焼カーボン量が同じであっても、流動性や空気の安定性に違いがでることがある。また、これらの数値はあくまでフライアッシュ物性を示しているだけで、コンクリート混和剤を併用する場合は、この物性値から間接的に混和剤への影響を推察せざるを得なかった。
【０００４】
このような状況から、種々のフライアッシュと混和剤について、適正な使用量を正確且つ簡易に把握するために有効なフライアッシュ品質の評価方法が存在すれば、当業界において有用であるといえる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンクリートの調製に用いられる混和剤水溶液と、該混和剤と共に前記コンクリートの調製に用いられるフライアッシュとを混合し、該混合物の水溶液部分の混和剤濃度とフライアッシュ混合前の混和剤水溶液濃度との差に基づきフライアッシュの品質を判定する方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、混和剤とフライアッシュを含有するコンクリートを製造する際に、上記本発明の判定方法によってフライアッシュの品質を判定し、その判定結果に基づき混和剤の添加量を決めることを行う、コンクリートの製造方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、直接的にフライアッシュが混和剤に及ぼす影響を調べることによってより精度の高い試験方法を提供するものである。本発明では、混和剤水溶液中の混和剤濃度と、前記混和剤と共にコンクリートの調製に用いられるフライアッシュに前記水溶液を混合して得られた混合物の水溶液部分における混和剤濃度との差に基づいて、フライアッシュの品質を判定する。すなわち、本発明では、混和剤水溶液とフライアッシュを、一定時間混合した後、混合物の水溶液部分の混和剤濃度を測定し、フライアッシュ混合前の水溶液中の混和剤濃度との差を比較することによって、フライアッシュの品質を判定する。混和剤の定量はフライアッシュペーストを一定時間混練した後、遠心分離して得られた上澄み液を分析して混和剤濃度を算出する。
【０００８】
上澄み液を抽出するには遠心分離するのが好ましい。遠心条件としては、例えば、円筒型遠心分離機を用いた場合の分離効率が良く混練物の温度上昇が少ないという観点から、０．９〜９０００００Ｇが好ましい。遠心条件は、２３〜９０００Ｇがさらに好ましく、９０〜２３００Ｇが最も好ましい。
【０００９】
遠心時間としては、測定誤差が小さく簡便性がよいことから、３０秒〜３０分が好ましい。
【００１０】
得られた上澄み液はさらにろ過するのが好ましい。ろ過条件は、ろ過効率が良く分析誤差が小さいことから、０．１〜１．０μｍのメンブランフィルターを用いるのが好ましい。
【００１１】
上澄み液の分析方法としては、高速液体クロマトグラフ法、紫外吸収スペクトル法、赤外吸収スペクトル法、ガスクロマトグラフ法および有機炭素量法（ＴＯＣ）などが挙げられる。定量精度および簡便性を考えると紫外吸収スペクトル法および有機炭素量法が好ましい。
【００１２】
本発明の判定方法において混合するフライアッシュ（ＦＡ）と混和剤水溶液（Ｓ）の重量比は、混練性が良く測定誤差が少ないことから、ＦＡ／Ｓ＝９０／１０〜５／９５が好ましい。さらにＦＡ／Ｓは、８０／２０〜３０／７０が好ましく、７０／３０〜３０／７０がより好ましく、最も好ましいのは６５／３５〜４０／６０である。
【００１３】
本発明の判定方法に使用できる混和剤としては、ＡＥ剤、減水剤、減水剤、高性能減水剤、および高性能ＡＥ減水剤から選択されるものが挙げられる。具体的には、マイテイＡＥ０３、ＡＣ剤（以上、花王株式会社製）、ヴィンソール（山宗化学株式会社製）、サンフローＡＥ−７、パリックＡＥ６００、パリックＡＥ１００（以上、株式会社サンフローパリック製）、マイクロエア７８５、マイクロエア１０１（以上、株式会社エヌエムビー製）などのＡＥ剤、マイテイ１０００、２０００、マイテイ３０００（以上、花王株式会社製）、ヤマソー９０ＳＥ、ヤマソー９８Ｓ（以上、山宗化学株式会社製）、サンフローＫ、サンフローＨＳ−１００、サンフローＨＳ−７００、パリックＳＸ（以上、株式会社サンフローパリック製）、ポゾリスＮｏ．７０、ポゾリス７８、レオビルドＳＰ８、レオビルドＳＰ９（以上、株式会社エヌエムビー製）などの減水剤が挙げられる。なお、１つのフライアッシュに対して複数の混和剤の判定を行う場合は、混和剤は１つずつ評価する。すなわち混和剤水溶液は単一混和剤の水溶液として用いる。
【００１４】
フライアッシュと混合する混和剤水溶液の混和剤濃度としては、適正な吸着量で測定誤差が少ないことから、１００〜５００００ｐｐｍ（重量基準）が好ましい。混和剤水溶液の混和剤濃度は５００〜１００００ｐｐｍが好ましく、分析精度を考えると１０００〜５０００ｐｐｍが好ましい。
【００１５】
また、本発明の判定方法に用いた混和剤以外の混和剤を使用するかどうか、更に使用する場合はその種類や添加量をどのようにするかも、本発明の判定方法により得られた判定結果に基づき適宜行うことができる。
【００１６】
本発明の判定方法によれば、減水剤の場合、フライアッシュと混和剤水溶液中の混和剤濃度が高い（吸着率が低い）ほど、スランプ保持効果は高くなる傾向がある。また、ＡＥ剤の場合、フライアッシュと混和剤水溶液中の混和剤濃度が高い（吸着率が低い）ほど、空気保持効果は高くなる傾向がある。従って、この吸着率を指標として、用途に適したフライアッシュおよび混和剤を選択することが可能になる。具体的には、フライアッシュ混合前の混和剤水溶液濃度と、フライアッシュ混合後の混合物の水溶液部分の混和剤濃度の差によって吸着率を算出し、判定を行う。本発明の判定方法により、例えば、この判定に用いたフライアッシュと混和剤の組み合わせでは、スランプ保持率が低下することが予測される場合、それを補うために当該混和剤の添加量を増加させたり、他の減水剤を追加したりすることができる。その際、他の減水剤としては、混練直後のスランプ値への影響が小さい分散効果の発現が遅い保持タイプのものが好ましい。また、追加する他の減水剤の添加量は、予測されるスランプ低下量、減水剤の種類やその標準試験の結果などから、経験的に決定できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の判定方法の結果に基づいたフライアッシュのグレード分類により、混和剤の添加量を適正に決定できる。
また、本発明の判定方法は、従来の判定指標に用いられていた強熱減量およびブレーン値と比較して、フライアッシュと混和剤との量的関係を示す指標として優れた判定方法である。この判定方法に基づき混和剤の適正な使用量を正確且つ簡易に把握でき、コンクリート製造に際して有用な方法が提供される。
品質の劣るフライアッシュにも本発明の判定方法を用いることで、グレード分類や混和剤の条件を適正に決定でき、品質の安定したコンクリートが得られる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
フライアッシュとして、表１に示す種々のものを用意した。それらは、何れもＪＩＳＡ６２０１に適合したもの（規格：強熱減量５％以下、比表面積２４００ｃｍ²／ｇ以上）であり、比重は２．３０である。
【００１９】
【表１】

【００２０】
これらのフライアッシュと、混和剤水溶液とを混練し、混合物の水溶液部分の混和剤濃度を以下の方法により測定し、混和剤吸着率を算出した。ここで、混和剤として（１）減水剤（花王株式会社製、マイティ１０００）、（２）ＡＥ剤（山宗化学株式会社製、ヴィンソール）を用いた。結果を表２に示す。
【００２１】
（減水剤の吸着量測定）
減水剤水溶液（濃度：３０００ｐｐｍ）２０ｇとフライアッシュ２０ｇを室温で２分混練した後、遠心分離（ＨＳＩＡＮＧＴＡＩＭＡＣＨＩＮＥＲＹＩＮＤＵＳＴＲＹＣＯ．ＬＴＤ、ＣＮ−１０、遠沈管として内径１３ｍｍ、長さ１２５ｍｍのものを採用、４０００ｒｐｍ、５分）して上澄み液を抽出する。上澄み液をさらにマイクロフィルター（０．４５μｍ）でろ過する。ろ液を５倍希釈した後、ＴＯＣにて減水剤濃度（Ｎ）を測定し、フライアッシュ混合前の減水剤濃度（Ｎ₀）との差分からフライアッシュへの吸着量を求め、吸着率（％）〔（Ｎ₀−Ｎ）／Ｎ₀×１００〕を算出する。
【００２２】
（ＡＥ剤の吸着量測定）
ＡＥ剤水溶液（濃度：１２０００ｐｐｍ）３０ｇとフライアッシュ３０ｇを室温で２分混練した後、遠心分離（ＨＳＩＡＮＧＴＡＩＭＡＣＨＩＮＥＲＹＩＮＤＵＳＴＲＹＣＯ．ＬＴＤ、ＣＮ−１０、遠沈管として内径１３ｍｍ、長さ１２５ｍｍのものを採用、４０００ｒｐｍ、５分）して上澄み液を抽出する。上澄み液をさらにマイクロフィルター（０．４５μｍ）でろ過する。ろ液を５倍希釈した後、ＴＯＣにてＡＥ剤濃度を測定し、フライアッシュ混合前のＡＥ剤濃度との差分からフライアッシュへの吸着量を求め、減水剤の場合と同様に、吸着率を算出する。
【００２３】
【表２】

【００２４】
上記において、混和剤吸着率が低いものほど添加した混和剤が有効に利用されるといえるので、表２の結果に基づき、当該フライアッシュを用いたコンクリート調製時に添加すべき混和剤の量が容易に設計できる。しかし、従来の評価指針である強熱減量や比表面積と混和剤吸着率には相関がなく、これらからは直ちに混和剤の有用添加量を設計することはできない。
【００２５】
実施例２
（Ｉ）使用材料
セメント：普通ポルトランドセメント比重：３．１６
フライアッシュ：実施例１の表１のもの
細骨材：山砂（密度２．６２ｇ／ｃｍ³）／砕砂（密度２．５８ｇ／ｃｍ³）
粗骨材：砕石（密度２．７２ｇ／ｃｍ³）
【００２６】
（II）コンクリート配合
＜配合（１）＞
Ｗ／Ｃ＝５３％（重量比）、細骨材率＝４２％（体積比）、セメント／フライアッシュ＝８５／１５（重量比）、セメント量＝３６０ｋｇ／ｍ³、フライアッシュ量＝６４ｋｇ／ｍ³
＜配合（２）＞
Ｗ／Ｃ＝４５％（重量比）、細骨材率＝４８％（体積比）、セメント／フライアッシュ＝８５／１５（重量比）、セメント量＝３８９ｋｇ／ｍ³、フライアッシュ量＝６９ｋｇ／ｍ³
【００２７】
（III）混和剤
＜配合（１）に対して＞
減水剤：マイテイ１０００、ＡＥ剤：ヴィンソール
セメント重量に対する各添加量は表３の通り。
＜配合（２）に対して＞
減水剤：マイテイ３０００、ＡＥ剤：ヴィンソール
セメント重量に対する各添加量は表４の通り。
【００２８】
（IV）評価方法
上記材料を用いて、配合（１）、（２）でコンクリート試験を行った。スランプ、空気量の試験は、それぞれＪＩＳＡ１１０１、ＪＩＳＡ１１２８に準拠して行なった。得られた結果をもとに、下式によりスランプ保持率および空気量保持率を算出した。配合（１）に対する結果を表３に、配合（２）に対する結果を表４に示す。
【００２９】
スランプ保持率（％）＝（６０分後のスランプ）×１００／（混練直後のスランプ）
空気量保持率（％）＝（６０分後の空気量）×１００／（混練直後の空気量）
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
表３、４の結果を図１、２にグラフ化した。
図１中、（１ａ−１）、（１ａ−２）、（１ａ−３）は、表３の添加量で減水剤を添加した時のスランプ保持率と、フライアッシュの吸着率又は強熱減量又は比表面積との関係を示すものであり、（１ｂ−１）、（１ｂ−２）、（１ｂ−３）は、表３の添加量でＡＥ剤を添加した時の茎保持率と、フライアッシュの吸着率又は強熱減量又は比表面積との関係を示すものである。
また、図２中、（２ａ−１）、（２ａ−２）、（２ａ−３）は、表４の添加量で減水剤を添加した時のスランプ保持率と、フライアッシュの吸着率又は強熱減量又は比表面積との関係を示すものであり、（２ｂ−１）、（２ｂ−２）、（２ｂ−３）は、表４の添加量でＡＥ剤を添加した時の茎保持率と、フライアッシュの吸着率又は強熱減量又は比表面積との関係を示すものである。
【００３３】
表３、４および図１、２から明らかなように、本発明の判定方法で採用する混和剤吸着率は、従来からのフライアッシュ特性を表現する指標である強熱減量や比表面積に比べて、フライアッシュが混入されたコンクリート特性との相関が高く、フライアッシュの品質を判断する上で重要な評価方法になり得る。
また、品質のバラツキの大きいフライアッシュを用いる場合でも、混和剤の吸着率を測定して混和剤の量や種類を調整することで流動性や空気量の安定したコンクリートの製造が可能となる。
【００３４】
実施例３
実施例２のコンクリート配合（組み合わせは表５に記載）に対して、減水剤（Ｉ）（マイティ１０００又はマイティ３０００）と減水剤（II）（ポリカルボン酸系減水剤：花王株式会社、ＣＡＤ９０ＳＣ＋ＫＳＰ−Ｂ）を、表５の添加量で添加してコンクリートを調製し、ＪＩＳＡ１１０１に準拠してスランプの経時的に測定した。結果を表５に示す。
【００３５】
【表５】

【図面の簡単な説明】
【図１】表３の結果に基づき、スランプ保持率又は空気保持率と吸着率等との関係をグラフ化したものである。
【図２】表４の結果に基づき、スランプ保持率又は空気保持率と吸着率等との関係をグラフ化したものである。

Claims

コンクリートの調製に用いられる混和剤の水溶液と、該混和剤と共に前記コンクリートの調製に用いられるフライアッシュとを、フライアッシュ／混和剤水溶液＝９０／１０〜５／９５の重量比で混合し、該混合物の水溶液部分の混和剤濃度とフライアッシュ混合前の混和剤水溶液濃度との差に基づきフライアッシュの品質を判定する方法であって、
前記混和剤が、ＡＥ剤、減水剤、高性能減水剤、および高性能ＡＥ減水剤から選択され、
前記混和剤水溶液の混和剤濃度が１００〜５００００ｐｐｍ（重量基準）であり、
前記混合物の水溶液部分は、円筒型遠心分離機を用いて、０．９〜９０００００Ｇ、３０秒〜３０分の遠心条件で前記混合物を遠心分離して得られた上澄み液を０．１〜１．０μｍのメンブランフィルターでろ過して得られたものであり、
前記混合物の水溶液部分の混和剤濃度を有機炭素量法（ＴＯＣ）により分析する、
フライアッシュの品質判定方法。
混和剤とフライアッシュを含有するコンクリートを製造する際に、請求項１記載の判定方法によってフライアッシュの品質を判定し、その判定結果に基づき前記混和剤の添加量を決めることを行う、コンクリートの製造方法。
混和剤とフライアッシュを含有するコンクリートを製造する際に、請求項１記載の判定方法によってフライアッシュの品質を判定し、その判定結果に基づき、判定に用いた混和剤を含む全ての混和剤の添加量を決めることを行う、コンクリートの製造方法。