JP5199782B2 - フライアッシュの品質評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セメントペースト、モルタル、あるいはコンクリートに、所定割合で混合添加されるフライアッシュの品質評価方法に関する。
一般に、フライアッシュは、コンクリート用混和材としてコンクリートに混合することで、コンクリートの流動性の向上や水和熱の低減を目的としてコンクリート混和材として用いられている。フライアッシュは、その多くが火力発電所等における燃焼灰を捕集して得られたものであるため、燃焼条件や捕集方法等により、品質に変動があることが知られている。
コンクリートの性能に悪影響を与えるフライアッシュの品質変動としては、未燃カーボン量の高含有、強熱減量、比表面積の変動等が挙げられる。例えば、フライアッシュの未燃カーボンは、ＡＥ剤や減水剤等の混和剤を吸着し、混和剤の働きを妨げる。また、フライアッシュの強熱減量や比表面積の変動は、コンクリートの空気量やワーカビリティーに大きな変動をきたす。
そのため、従来、フライアッシュの品質を確認したり、あるいはフライアッシュの置換率を変更したりする度に、コンクリートの試し練りを行いフレッシュコンクリートの性能を確認しており、多大な労力を要してきた。このような状況から、フライアッシュの品質を確認することで、コンクリートの配合等の製造条件に反映することができる、フライアッシュの品質評価方法が求められてきた。
特許文献１には、コンクリートの調製に用いられる混和剤水溶液と、フライアッシュとを混練した後、混和剤濃度を測定することで、フライアッシュの品質を判定できるとする発明が開示されている。
特開２００３−２１２６１９号公報
しかしながら、特許文献１で提案されたフライアッシュの品質判定方法は、混和剤濃度を測定するため専用の測定機器を必要とする。また、従来のフライアッシュ評価指標である強熱減量や比表面積が判定結果に反映されないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡便な試験方法でフライアッシュの品質を確認でき、得られたフライアッシュの品質をコンクリートの配合等の製造条件に反映することができる、フライアッシュの品質評価方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るフライアッシュの品質評価方法は、フライアッシュとセメントと減水剤と練混ぜ水とを混合、撹拌して懸濁液を作製し、該懸濁液を所定時間静置して懸濁粒子を沈降させる前置工程と、前記懸濁粒子からなる沈殿物の体積を測定する沈殿物体積測定工程と、前記沈殿物の体積の変動から前記フライアッシュの品質を評価する評価工程とからなることを特徴とする。
前記評価工程として、所定の濃度のメチレンブルー溶液と所定量のフライアッシュとを混合、撹拌して混合物を作製する混合物作製工程と、前記混合物を濾過して前記フライアッシュを除去した濾液の吸光度を測定する吸光度測定工程と、前記吸光度測定工程で得られた吸光度を、別途求めたメチレンブルー濃度と吸光度との関係に適用して、メチレンブルー溶液の濃度を算出する濃度算出工程とを経て、前記フライアッシュと撹拌する前のメチレンブルー溶液の前記所定の濃度と、前記濃度算出工程で得たメチレンブルー溶液の濃度との差からフライアッシュの品質を評価するようにしてもよい。
本発明によれば、簡便な方法でフライアッシュの品質を評価、確認でき、得られた評価から使用するフライアッシュの品質を、コンクリートの配合等の製造条件に適正に反映することができる、フライアッシュの品質評価方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係るフライアッシュの品質評価方法について、図１乃至図７に示した試験手順のフローチャートを参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るフライアッシュの品質評価方法の一部であるシリンダ沈降試験の手順を示したフローチャートである。シリンダ沈降試験は、セメント等の粉体と、減水剤等を含んだ混練水とを混合した後、静置して、底部に沈殿した沈殿物のかさ高を読み取る試験である。以下、本明細書では、容積目盛のついた円筒形透明容器を「シリンダ」と称する。具体的には実験器具としてのメスシリンダのうち、適正な容量のものを使用して試験を行うことができる。
まず、粉体であるセメント及びフライアッシュ（以下、ＦＡと記す。）と、水に減水剤を添加した混練水とを計量する（Ｓ１１０）。
セメントは、費用あるいは入手性を考慮して、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に適合した普通ポルトランドセメントの使用が好ましい。ＦＡは、シリンダ沈降試験（Ｓ１００）でその品質が求められる被検査対象物である。シリンダ試験に用いるＦＡは、例えば、実際に現場で使用している（あるいは使用を予定している）品種（銘柄、グレード）を使用する。なお、「減水剤」は、本明細書では、セメント粒子に対する分散作用を持つ混和剤の総称を指している。シリンダ試験に用いる減水剤は、例えば、実際に現場で使用している（あるいは使用を予定している）品種（銘柄、グレード）を使用する。
セメントは、費用あるいは入手性を考慮して、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に適合した普通ポルトランドセメントの使用が好ましい。ＦＡは、シリンダ沈降試験（Ｓ１００）でその品質が求められる被検査対象物である。シリンダ試験に用いるＦＡは、例えば、実際に現場で使用している（あるいは使用を予定している）品種（銘柄、グレード）を使用する。なお、「減水剤」は、本明細書では、セメント粒子に対する分散作用を持つ混和剤の総称を指している。シリンダ試験に用いる減水剤は、例えば、実際に現場で使用している（あるいは使用を予定している）品種（銘柄、グレード）を使用する。
Ｓ１１０で計量する各材料の配合を表１に示す。ここで、Ｗは減水剤を含有した混練水、ＰはセメントとＦＡとをあわせた粉体を示している。なお、混練水に含有する減水剤の添加量は、使用する減水剤に応じて適宜決定する。
[表１]
次に、Ｓ１１０で計量したセメント、ＦＡ、及び減水剤を含んだ混練水をガラス製の２００ml有栓形メスシリンダ（例えば、ＪＩＳ Ｒ ３５０５規格品）に投入した後、メスシリンダ開口部に栓をして１分間撹拌する（Ｓ１２０）。
続いて、メスシリンダを水平な場所に２０時間静置する（Ｓ１３０）。
次に、メスシリンダを２０時間静置した後、メスシリンダの下部に堆積した沈殿物の体積を１ml単位で読み取る（Ｓ１４０）。
図２左側はＳ１３０で静置した直後のメスシリンダの様子、図２右側は２０時間静置後のメスシリンダの様子を示している。図中左側の撹拌直後のメスシリンダ１０の内部は、セメントとＦＡとが混練水に浮遊した懸濁液１１で満たされる。この状態でメスシリンダ１０を２０時間静置すると、図中右側に示したように、懸濁液１１はメスシリンダ下部に堆積する沈殿物１３と、その上部の液相１２とに分離する。そして、作業者は、図中矢印で示した沈殿物１３と液相との境界位置を、メスシリンダに刻まれた目盛りで読み取り、沈殿物１３の体積を記録する。
このようにして得られた沈殿物１３の体積は、後述するように、コンクリートの流動性を予測する指標となり、この指標をコンクリートの配合条件に反映させることで所望のコンクリートの品質を確保することができる。さらに、本実施形態に係るフライアッシュの品質評価方法は、フライアッシュの品質評価精度を高めるため、以下に説明するメチレンブルー（3,7-ビス（ジメチルアミノ）フェノチアジニウムクロリド。以下、ＭＢと記す。）吸着試験を併用して、フライアッシュの品質を評価することができる。
図３は、本発明の実施形態に係るＦＡの品質評価方法の一部であるＭＢ吸着量試験の手順を示したフローチャートである。ＭＢ吸着量試験は、ＦＡをＭＢ水溶液に投入して撹拌し、撹拌後のＭＢ濃度を測定する試験で、ＦＡ投入前のＭＢ濃度とＦＡ投入後のＭＢ濃度とを比較することで、ＦＡの品質を評価することを目的とする。
ＭＢ吸着量試験は、まず、ＭＢ試薬２５グラムが溶解したＭＢ水溶液を１０００ml作製する（Ｓ２１０）。
次に、ＦＡ０．５gを例えば共栓付試験管に投入し、さらにＳ２１０で作製したＭＢ水溶液を、５０mlを示した標線まで共栓付試験管に注ぐ（Ｓ２２０）。
続いて、共栓付試験管の開口部に栓をして、ＦＡとＭＢ水溶液とを１分間撹拌する（Ｓ２３０）。
次に、Ｓ２３０においてＦＡとＭＢ水溶液とを混合、撹拌した懸濁液を濾過する（Ｓ２４０）。図５は懸濁液の濾過方法を示した概要図である。図５に示すように、懸濁液２５を投入する簡易式の注射器２０の先端に濾過器２１の一端が取付けられている。また、濾過器の他端には、濾過器を通過した濾液を受けるためのビーカ２２が備えられている。
濾過器２１は、図示しないパッキンを備え、加圧濾過する際に濾過器２１からの漏水が防止される。このような濾過器２１として、例えば、型式ＫＳ２５（アドバンテック東洋株式会社製）の濾過器が挙げられる。また、濾過器２１の内部には、図示しない濾紙が介装されている。使用される濾紙としては、ＦＡ粒子を通過させず、加圧時の圧力に耐え得る程度の強度を有する、例えば、ＧＣ−５０（東洋濾紙株式会社製）の、一般的な理化学実験用の濾紙を使用することができる。注射器２０としては、ディスポーザルタイプの簡易式シリンジ（注射器）を用いている。これら注射器２０と濾過器２１との構成において、注射器２０にＳ２３０で得た懸濁液２５を投入し、注射器２０のピストン２７を押圧して懸濁液２５を加圧濾過することで、従来、遠心分離器等の機器を用いて行っていた煩雑な濾過作業に比べ、きわめて簡易に濾液２６を得ることができる。
次に、Ｓ２４０で得た濾液２６を５mlメスフラスコ等に投入し、さらに精製水を５mlを示す標線までメスフラスコ等に注ぎ、これらを軽く撹拌して検体とする（Ｓ２５０）。
Ｓ２５０で得た検体をＪＩＳ Ｋ ０１１５に適合する吸光光度計にセットし、ＭＢの青色が最も高く出る６６５nmの吸光度を測定する（Ｓ２６０）。
次に、異なる複数の濃度のＭＢ水溶液を吸光光度計にセットし、６６５nmの吸光度を測定する。得られた測定結果から、図６に示すようにＭＢ水溶液の濃度０〜５mg/Lと波長６６５nmにおける吸光度との関係線を作成し、検量線とする（Ｓ２７０）。なお、Ｓ２７０については後述する。
続いて、Ｓ２６０で得られた検体の吸光度を、Ｓ２７０で得られた検量線を参照して、検体のＭＢ濃度mg/Lを算出する（Ｓ２８０）。
次に、Ｓ２８０で得たＭＢ濃度mg/Lから、ＦＡ１gあたりのＭＢ吸着量を算出する（Ｓ２９０）。なお、ＦＡ１gあたりのＭＢ吸着量は、次式より算出する（Ｓ２９０）。
ｄ＝２（２５−５ｘ）／４０ （１）
ここで、ｄはＦＡ１gあたりのＭＢ吸着量mg／g、ｘは検体のＭＢ濃度mg/Lを示す。
ｄ＝２（２５−５ｘ）／４０ （１）
ここで、ｄはＦＡ１gあたりのＭＢ吸着量mg／g、ｘは検体のＭＢ濃度mg/Lを示す。
ここで、前述したＳ２７０において作成した検量線の作成方法について、図４に示したフローチャートを参照して説明する。
まず、６つのメスフラスコ等の容器を用意し、Ｓ２１０で作製したＭＢ水溶液を異なる分量ずつ、各メスフラスコに注ぐ（Ｓ２７１）。ここで、異なる分量とは、０〜５mlの範囲で１ml毎に設定した分量である。
次に、精製水を、２５mlを示す標線まで各メスフラスコに注ぎ、検体を作製する（Ｓ２７２）。
続いて、異なる濃度のＭＢ水溶液をＪＩＳ Ｋ ０１１５に適合する吸光光度計にセットし、ＭＢの青色が最も高く出る６６５nmの吸光度を測定する（Ｓ２７３）。
次に、Ｓ２７３で得られたそれぞれのＭＢ水溶液の吸光度と、得られた吸光度に対応するＭＢ水溶液のＭＢ濃度との関係線を作成し、検量線とする（Ｓ２７４）。作成した検量線の一例を図６に示す。図６の横軸はＭＢ水溶液のＭＢ濃度mg/L、縦軸は吸光光度計で得られる６６５nmの吸光度Ａｂｓである。図６に記された６点は、Ｓ２７３で吸光度を測定した６つの検体のＭＢ濃度と６６５nm吸光度との関係をプロットしたものである。図に示すように、ＭＢ水溶液のＭＢ濃度と６６５nm吸光度とは線形関係にあるため、回帰直線を求めて検量線を算出する。
図７は、シリンダ沈降試験において得られた沈殿物の容積mlと、コンクリートスランプとの関係を示したグラフである。図７は、表２に示す５種類のＦＡを容積置換率２０％混合し、減水剤の添加量を変えて求めている。
［表２］
図７より、コンクリートスランプと沈殿物容積の間には、相関性が認められる。これは、コンクリート等の配合条件や材料が同じであれば、シリンダ沈降試験を行うことで簡易に流動性を把握できることを示している。この原因の１つとして、ＦＡに含まれる未燃カーボンが、減水剤を吸着することが挙げられる。例えば、ＦＡに含まれた未燃カーボンの減水剤吸着能が高い場合、ＦＡに吸着される減水剤は多くなり、セメントやＦＡ等の粒子分は集塊状態のままシリンダ底部に沈殿することとなる。つまり、沈殿物容積が多いということは、吸着された減水剤が多いということを示しており、その結果、コンクリートスランプは小さくなる。反対に、ＦＡの減水剤吸着能が低い場合は、添加された減水剤が十分に働いてセメントやＦＡ等の粒子分を分散させるため、沈殿物容量が少なくなる。
ＦＡの物理的性質である、粒子分布、密度、粒子形はコンクリートの流動性に大きな影響を与えるものである。一方、沈降容積においても、連続粒度と不連続粒度とでは、連続粒度の法が最密充填になることからも、粒度分布が広い方が沈降容積が小さくなる。また、粒子形においても、粒子径が同じ場合には球状粒子の方が空孔内の充填率が高まり、沈降容積は小さくなる。
このようにシリンダ沈降試験で得られる沈殿物容積は、ＦＡの粒子分布、密度、粒子形等の物理的性質や、ＦＡの減水剤吸着能等の化学的性質が複雑に影響する。すなわち、シリンダ沈降試験を実施することでこれらすべての要素を含有した測定結果を求めることができる。そして、得られた測定結果をもとに所望のコンクリートを得るための配合等を決定することができる。また、上述したように、シリンダ沈降試験は複雑な試験装置が手順が必要なく、極めて簡便な方法でＦＡの品質を評価することができる。なお、シリンダ沈降試験はコンクリート空気量を加味した試験ではないため、別途、空気量の管理を行うことが必要となるが、その場合、コンクリートの配合（調合）にもよるが、評価の際、一般的な空気量（％）の変動によるスランプ値（cm）の変動の割合（２．５cm／％）を考慮する。実際にスランプ値の変動を管理する上では空気量の管理も重要であるため、沈降試験およびＭＢ吸着量試験を行うことで、より高精度の品質管理を行うことができる。
また上述したＭＢ吸着量試験は、ＦＡの化学的性質のみを評価することができる試験である。例えば、被検査対象物のＦＡが減水剤を全く吸着しないものであれば、図３に示したＳ２８０で得られるＭＢ濃度は５mg/Lとなる。Ｓ２８０でＭＢ濃度が５mg/Lよりも小さい値が得られれば、その差がＦＡの減水剤吸着能、すなわちＦＡの化学的性質を示している。このように、ＭＢ吸着量試験によりＦＡの化学的性質のみが求められると、シリンダ沈降試験で得られたＦＡの化学的性質と物理的性質とを包含した性質から、ＭＢ吸着量試験で得られた化学的性質を差し引くことで、ＦＡの物理的性質のみを評価することが可能となる。
本発明に係るフライアッシュの品質評価方法は、このようにして得られたＦＡの化学的性質及び物理的性質を把握した上で、コンクリートの配合（調合）を決定することが可能となる。すなわち、シリンダ沈降試験によって使用減水剤量を決定するとともに、メチレンブルー吸着量試験で空気量を決定し、これらのデータをもとにコンクリートの流動性を、より具体的に制御することができる。例えば、ＦＡの減水剤の吸着能が高く化学的性質が良好でない場合には、減水剤やＡＥ剤等の混和剤の効果を発揮することができない。その場合には、減水剤等の混和剤の添加量を増やしたり、細骨材率や粗骨材の最大寸法等を補正したりすることで、所望のフレッシュコンクリートの品質を確保することができる。また、例えば、ＦＡの粒子濃度、粒子分布、密度、粒子形等の物理的性質が良好でない場合には、セメントの粉末度、粗骨材や細骨材の粒径等を補正し対応することができる。その結果、従来の現場における試し練り等の品質確認工程を省略することができる。
上述したように、本実施形態に係るフライアッシュの品質評価方法は、シリンダ沈降試験、ＭＢ吸着量試験といった簡便な試験でフライアッシュの化学的性質、及び物理的性質を評価することができる。そのため、従来のように、コンクリートの試し練りによりフレッシュコンクリートの品質を評価するという手間が省け、作業効率を高めることができる。
また、上述したようにシリンダ試験及びＭＢ吸着量試験を実施することで、ＦＡの化学的性質及び物理的性質といった個別の性質ごとに評価することができる。そのため、得られたＦＡの品質を、コンクリートの配合や製造等に細かく反映させることでコンクリート等の品質を確保することができる。
本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態では、シリンダ沈降試験及びＭＢ吸着量試験の両試験を実施する場合について説明したが、作業の簡略化のため、シリンダ沈降試験、またはＭＢ吸着量試験のいずれかを実施してもよい。例えば、ＦＡの物理的性質及び化学的な性質を包含した評価を得たい場合にはシリンダ沈降試験のみを実施するとよいし、ＦＡの化学的性質のみを得たい場合には、ＭＢ吸着試験のみを実施するとよい。
また、上述の実施形態では、主にコンクリートの品質について述べてきたが、当然のことながら、セメントペースト、モルタルの製造にも利用することができる。
１０ メスシリンダ
１１ 懸濁液
１２ 液相
１３ 沈殿物
２０ 注射器
２１ 濾過器
２２ ビーカ
２５ 懸濁液
２６ 濾水
１１ 懸濁液
１２ 液相
１３ 沈殿物
２０ 注射器
２１ 濾過器
２２ ビーカ
２５ 懸濁液
２６ 濾水
Claims (2)
- フライアッシュとセメントと減水剤と練混ぜ水とを混合、撹拌して懸濁液を作製し、該懸濁液を所定時間静置して懸濁粒子を沈降させる前置工程と、
前記懸濁粒子からなる沈殿物の体積を測定する沈殿物体積測定工程と、
前記沈殿物の体積の変動から前記フライアッシュの品質を評価する評価工程とからなることを特徴とするフライアッシュの品質評価方法。 - 前記評価工程は、
所定の濃度のメチレンブルー溶液と所定量のフライアッシュとを混合、撹拌して混合物を作製する混合物作製工程と、
前記混合物を濾過して前記フライアッシュを除去した濾液の吸光度を測定する吸光度測定工程と、
前記吸光度測定工程で得られた吸光度を、別途求めたメチレンブルー濃度と吸光度との関係に適用して、メチレンブルー溶液の濃度を算出する濃度算出工程とを経て、
前記フライアッシュと撹拌する前のメチレンブルー溶液の前記所定の濃度と、前記濃度算出工程で得たメチレンブルー溶液の濃度との差からフライアッシュの品質を評価することを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュの品質評価方法。
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