JP4999504B2 - セメント添加材 - Google Patents
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Description
セメント添加材(混和材)のうち、フライアッシュは、火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから出る排ガス中に含まれている灰の微粉粒子を捕集したものである。フライアッシュは、表面が滑らかな球形粒子(ブレーン比表面積;1500cm2/g以上)であり、セメントの平均粒径よりも大きい平均粒径を有し、セメント組成物の流動性を向上させることが知られている。
また、シリカフュームは、金属シリコンやフェロシリコンの製造時に、排ガス中に浮遊する超微粉末を集塵機で捕集したものである。シリカフュームは、非晶質の球形微粒子(比表面積;20m2/g程度、平均粒径;0.1μm程度)であり、高性能AE減水剤と共に使用することによって、そのマイクロフィラー効果とセメント分散効果により、セメント組成物を緻密化し、圧縮強度を大きくすることが知られている。
そこで、作業性等の問題を改善するために、シリカフュームを造粒したコンクリート混和材用シリカ質微粉末造粒品が提案されている(特許文献1)。このシリカ質微粉末造粒品は、回転ドラム型造粒機等を用いて、シリカ質微粉末を、嵩比重が0.25〜0.5、かつ、平均粒径が100〜500μmとなるように造粒したものである。
また、特許文献2の鋳物砂は、50%体積累積粒子径が50μm以下のものであるので、その平均粒径は30〜50μmであり、飛散や凝集等が起こらないために取扱いは容易であるものの、セメント組成物の流動性が低下するという問題がある。
このように、従来のセメント添加材は、使用時に飛散や凝集等を起こさないような取扱いの容易性と、流動性及び作業性の向上とが両立し難いという問題がある。
そこで、本発明は、使用時に飛散や凝集等が起きない点で取扱いが容易であり、かつ、セメント組成物の流動性を大幅に向上させることができるセメント添加材を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[2]を提供するものである。
[2] セメントと、請求項1に記載のセメント添加材を含むセメント組成物であって、上記セメント添加材の添加量が、セメントと上記セメント添加材との合計体積中、30体積%以下であることを特徴とするセメント組成物。
また、セメントとのポゾラン反応により、得られる硬化体の強度発現性を向上させることができる。また、セメントとのポゾラン反応によって、得られる硬化体の強度発現性を向上させることができる。
本発明のセメント添加材を構成する粒子の平均粒径は60〜150μmであり、好ましくは65〜110μmであり、より好ましくは70〜100μmである。
セメント添加材を構成する粒子の平均粒径が60μm未満であると、微細な粒子の含有率が大きくなるので、混練時にセメント組成物中に凝集等が起こる場合があり、その結果、セメント組成物の流動性と作業性が低下する場合があるので、好ましくない。粒子の平均粒径が150μmを超えると、粒子の球形度が小さくなる場合があり、混練時にセメント組成物の流動性が低下する場合があるので、好ましくない。また、粒子の平均粒径が150μmを超えると、セメントとのポゾラン反応が小さくなる傾向にあり、得られる硬化体の強度発現性が低下するので好ましくない。
また、本発明において、平均粒径とは、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、ベックマンコールター社製、「モデルLS−230」)を用いて粒子の粒径を測定し、その測定された粒子の粒径に基づいて得られた体積累積分布50%における粒径(メジアン径;d50)をいう。
なお、体積累積分布とは、全粒子を体積順に小さい側から積算して累積していった分布をいい、体積累積分布50%における粒径(メジアン径;d50)とは、体積累積分布値において50%の累積比率に対する粒子の直径をいう。
セメント添加材を構成する平均粒径が60〜150μmの粒子のうち、粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が0.8以上である粒子の割合が50個数%以上であると、混練時にセメント組成物の流動性を向上することができる。
なお、平均粒径が60〜150μmの粒子のうち、粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子に含まれる、球形度が0.8以上である粒子の割合が50個数%以上である場合とは、平均粒径が60〜150μmの粒子のうち、粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子が200個である場合に、この粒子200個のうち、球形度が0.8以上である粒子の数が100個以上であることをいう。
セメント添加材を構成する平均粒径が60〜150μmの粒子のうち、粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子の含有率は、好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、特に好ましくは80質量%以上である。
本発明において、セメント添加材を構成する粒子の球形度は、次のように求める。
まず、透過型顕微鏡や走査型電子顕微鏡(例えば、日本電子社製、「JSM−T200型」)を用いて試料となる粒子を撮影する。次に、撮影された粒子像について、画像解析装置(例えば、日本アビオニクス社製)を用いて解析を行い、粒子の投影面積(A)と、粒子の周囲長(PM)を測定する。得られた測定値に基づいて、次の(1)〜(4)式にしたがい、球形度を算出する。
すなわち、周囲長(PM)を有する粒子の真円の面積を(B)とした場合、周囲長(PM)を有する粒子の真円度(球形度)は、粒子の投影面積/粒子の真円の面積(A/B)で表される。粒子の半径(r)とすると、粒子の周囲長(PM)は、次の(1)式で表され、粒子の真円の面積は、次の(2)式で表される。
(1) 粒子の周囲長(PM)=2πr
(2) 粒子の真円の面積(B)=πr2
上記(2)式に(1)式を代入すると、粒子の真円の面積は、次の(3)式で表すことができる。
(3) 粒子の真円の面積(B)=π×(PM/2π)2
上記(3)式を、粒子の投影面積/粒子の真円の面積(A/B)に当てはめて、次の(4)式にしたがい、粒子の球形度を算出する。
(4) 粒子の球形度(真円度)=A/B=A/(π×(PM/2π)2)
また、本発明のセメント添加材は、粒径が200μm以上の粒子の含有率が、10質量%以下のものであり、好ましくは5質量%以下のものである。
粒径が小さい粒子は、飛散や凝集等を起こしやすく、取扱いが困難になるため、セメント添加材中の、粒径が30μm以下の粒子の含有率は10質量%以下である。
粒径が大きい粒子は、セメント組成物の流動性を低下させる場合があり、セメントとのポゾラン反応も低くなる傾向もあり、得られる硬化体の強度発現性を低下させる場合があるので、セメント添加材中の、粒径が200μm以上の粒子の含有率は10質量%以下である。
本発明において、粒子中に含まれるSiO2の非晶質率は、次のように求める。
まず、粉末X線回折装置(例えば、RIGAKU社製、「モデルMini Flex」)を用いて、CuKα線で、回折角(2θ)が26°〜27.5°の範囲において、試料となる粒子の回折X線分析を行い、特定回折ピークのX線回折強度を測定する。
次に、試料となる粒子中の結晶質シリカの混在比を求める。
すなわち、結晶質シリカは、回折角(2θ)が26.7°に主なピークが存在する。一方、非晶質シリカはピークが存在しない。結晶質シリカと非晶質シリカが混在していると、それらの割合に応じた高さのピークが26.7°の位置に表れる。そこで、試料となる粒子のX線回折強度(S1)の測定値と、標準試料(結晶質)シリカのX線回折強度(S0)の測定値の比から、結晶質シリカの混在比(S1/S0)を求めることができる。
その後、結晶質シリカの混在比(S1/S0)から、次の(5)式にしたがい、粒子中に含まれるSiO2の非晶質率を算出する。
(5)非晶質率(%)=(1−結晶質シリカの混在比(S1/S0))×100
1.使用材料
以下に示す材料を使用した。
(1)セメント;普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、比重3.15)
(2)細骨材;小笠原産陸砂
(3)粗骨材;岩瀬産5号砕石と岩瀬産6号砕石の混合物
(4)高性能減水剤;レオビルトSP8S(ポゾリス物産社製)
(5)AE剤;マイクロエア404(ポゾリス物産社製)
(6)水;水道水
(7)添加材A;平均粒径が85μmの粒子からなり、該粒子中の粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子のうち、球形度が0.8以上である粒子の割合が、70個数%以上のものである。上記粒子は、粒子中のSiO2の含有率が99.0質量%以上であり、上記粒子中に含まれるSiO2の非晶質率が99.5%以上のものである(比重2.235)。
(8)添加材B;フライアッシュ(ブレーン比表面積3420cm2/g、比重2.23)。
また、上記セメント組成物を養生し、硬化させて得られたコンクリート(実施例1〜4、参考例1及び比較例1〜4)の圧縮強度(20℃水中、材齢28日)を「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度測定方法)」に準じて測定した。結果を表2に示す。
また、本発明のセメント添加材を加えたセメント組成物(実施例1〜4、参考例1)と、従来、使用されていたセメント添加材(フライアッシュ)を加えたセメント組成物(比較例2〜4)を比較すると、セメント添加材の添加量が同じであっても、本発明のセメント添加材を加えた方が、セメント組成物のスランプの値が大きく、流動性が向上していた。また、実施例1〜4と参考例1を比較すると、本発明のセメント添加材は、添加量が30体積%以下であれば、コンクリート(硬化体)の圧縮強度の低下も小さいことが分かった。
Claims (2)
- 平均粒径が60〜150μmの粒子からなるセメント添加材であって、
粒径が50〜150μmの範囲内にある粒子中に含まれる、球形度が0.8以上である粒子の割合が、50個数%以上であり、
粒径が30μm以下の粒子の含有率が10質量%以下であり、かつ、粒径が200μm以上の粒子の含有率が10質量%以下であり、
上記セメント添加材を構成する粒子中のSiO 2 の含有率が90質量%以上であり、
上記セメント添加材を構成する粒子中に含まれるSiO 2 の非晶質率が90%以上であることを特徴とするセメント添加材。 - セメントと、請求項1に記載のセメント添加材を含むセメント組成物であって、上記セメント添加材の添加量が、セメントと上記セメント添加材との合計体積中、30体積%以下であることを特徴とするセメント組成物。
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