JP6414873B2

JP6414873B2 - セメント組成物の製造方法

Info

Publication number: JP6414873B2
Application number: JP2014112052A
Authority: JP
Inventors: 森　寛晃; 寛晃森; 真悟杉山; 前堀　伸平; 伸平前堀; 充谷村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: JP2015224182A

Description

本発明は、粒体シリカフューム（ＪＩＳＡ６２０７に記載されているシリカフューム）、または凝集したシリカフュームを原料に用いたプレミックスタイプのセメント組成物の製造方法であって、該セメント組成物を使用したモルタルおよびコンクリートの混練時間を短縮できるセメント組成物の製造方法に関する。

最近、高強度モルタル用および高強度コンクリート用の混和材としてシリカフュームが多用されている。該シリカフュームは、通常、ＢＥＴ比表面積が１５〜２５ｍ^２／ｇの微粒子であるため、嵩高くハンドリング性に劣り、保管中に一部が凝集して不均質な凝集物が生じ易い。そこで、該シリカフュームを混和材として用いる場合、保管性や運搬時の作業性の向上を目的に、該シリカフュームを粒体状に加工して出荷することが多い。しかし、モルタル等の混練では、これらの粒体状のシリカフュームや凝集したシリカフュームを解砕するための時間を要し、元の非粒体状のシリカフュームの微粉末に比べ混練時間が長くなり、その分モルタル等の製造効率が低下する。

かつては、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ^２／ｇ程度の比較的大きな粒径であって凝集しにくく、前記ハンドリング性等の問題が少ないシリカフュームを容易に入手できたが、最近では該入手が困難になりつつある。したがって、現在、ＢＥＴ比表面積が１２〜２５ｍ^２／ｇのシリカフュームの微粒子を加工した粒体シリカフュームや該微粒子が凝集したシリカフュームを使わざるを得ない状況にある。

ところで、特許文献１では、シリカフュームの凝集を抑制する減容化技術が提案されている。該技術は、シリカフュームに対し液態アルコールを加え十分に攪拌して浸透させた後、空気が透過しない軟質プラスチック袋に入れ、減圧下で空気を吸引して除去し圧縮してシールすることにより、シリカフュームの凝集化に伴う活性度の低下を抑制しつつ減容化する技術である。また、該減容化したシリカフュームを袋から取り出し、シリカフュームを混和材として用いる母材と共に、通常の混合機等を用いて分散混合する後処理法も提案されている。しかし、該技術では、シリカフュームに液態アルコールを浸透させ、さらに、該処理後のシリカフュームを含む軟質プラスチック袋から空気を吸引する必要がありるので、その処理に手間がかかる。

また、特許文献２には、顆粒（粒体）状のシリカフューム等を用いた高強度セメントの製造方法が提案されている。該方法は、セメントクリンカを粉砕するに際し、セメントクリンカと粒径１μｍ以下のシリカフューム等の超微粒子からなる粒径２ｍｍ未満の顆粒状物質と、粉砕助剤とを添加して粉砕する方法である。そして、該方法によれば、セメント中に単一粒子となって分散した超微粒子の割合が著しく多くなり、セメントの物性（流動性と強度発現性）が改善するとしている。しかし、前記特許文献２にはモルタル等の混練時間について記載がない。また、セメントクリンカとともに顆粒状物質を粉砕することから、粉砕に比較的長時間を要し手間がかかる。

特開平１１−０４９５１２号公報特開平５−１４７９８４号公報

そこで、本発明は、シリカフューム、特に、粒体シリカフュームまたは凝集したシリカフュームを原料に用いたプレミックスタイプのセメント組成物であって、該セメント組成物を用いたモルタルやコンクリートの混練時間を短縮できるセメント組成物を容易に製造できる方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的にかなう製造方法について検討したところ、シリカフュームとセメント等を特定の混合機を用いて混合してセメント組成物を製造する方法は、前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するセメント組成物の製造方法である。
［１］解砕処理していない凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、セメントのみを、ブレード状の撹拌羽根を有するプロシェアミキサを用いて、チョッパーの回転速度が３０００〜６０００ｒｐｍで混合するセメント組成物の製造方法であって、
前記セメント組成物が、セメント１００質量部に対しシリカフュームを１０〜３０質量部含み、
前記製造方法を用いて製造したセメント組成物を含む下記の配合のモルタルの流動化時間（Ｔ_１）が２１５〜８７０秒、および、強制練り二軸ミキサ（型式：ＰＶ−ＩＩＤ２０００、秩父エンジニアリング社製）を用いて回転速度が１７ｒｐｍで２分間混合して製造したセメント組成物を含む下記配合のモルタルの流動化時間（Ｔ_２）との比（Ｔ_１／Ｔ_２）が０．１〜０．４であることを特徴とする、セメント組成物の製造方法。
[モルタルの配合]
（Ａ）水／セメント組成物の質量比が１４％
（Ｂ）細骨材／セメント組成物の質量比が３３％
（Ｃ）高性能減水剤（マスターグレニウムＳＰ８ＨＵＸ_２）の添加量が、セメント組成物の質量×１．５％
（Ｄ）空気量調整剤（マスターエア４０４）を用いて調整したモルタルの空気量が３％以下

本発明のセメント組成物の製造方法によれば、モルタルやコンクリートの混練時間を短縮できる、シリカフュームを含むプレミックスタイプのセメント組成物を簡易に製造することができる。

プロシェアミキサの一例を示す概略図である。モルタルのフロー値と流動化時間を示す図であって、（Ａ）は粒体シリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルに関し、（Ｂ）は非粒体状のシリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルに関する。モルタルの圧縮強度を示す図であって、（Ａ）は粒体シリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルに関し、（Ｂ）は非粒体状のシリカフュームを含むセメント組成物を用いたモルタルに関する。

本発明のセメント組成物の製造方法は、少なくともシリカフュームおよびセメントを、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて混合してプレミックスタイプのセメント組成物を製造する方法である。以下、本発明について詳細に説明する。

１．セメント組成物
（１）シリカフューム
本発明で用いるシリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１２〜２５ｍ^２／ｇである。該値がこの範囲を外れると、シリカフュームの入手が困難になる。なお、前記ＢＥＴ比表面積は、より好ましくは１３〜２０ｍ^２／ｇである。
前記シリカフュームの中でも、特に好ましくは粒体シリカフュームまたは凝集したシリカフュームである。前記粒体シリカフュームまたは凝集したシリカフュームを用いて本発明のセメント組成物の製造方法により製造されたプレミックスタイプのセメント組成物は、モルタルやコンクリートの混練時間を大幅に短縮することができる。
なお、粒体シリカフュームとは、ＪＩＳＡ６２０７に記載されているシリカフュームをいう。また、凝集したシリカフュームとは、例えば、レーザー回折・散乱型粒度分布測定装置で測定した１μｍ以上の粒径の粒子の割合が２０質量％以上のシリカフュームをいう。
また、本発明で用いる粒体シリカフュームは、好ましくは嵩密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ^３である。該値がこの範囲を外れると入手が困難になる。

（２）セメント
該セメントは、特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメント等からなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。
なお、本発明において用いるセメントは、モルタルやコンクリートの流動性や作業性等が高いことから、好ましくは中庸熱ポルトランドセメントまたは低熱ポルトランドセメントである。

（３）セメント組成物の組成
セメント組成物の組成は、セメント１００質量部に対し、シリカフュームは好ましくは５〜４０質量部である。該値が該範囲にあれば、セメント組成物は流動性と強度発現性が高い。なお、セメント組成物の組成は、セメント１００質量部に対し、シリカフュームは、より好ましくは８〜３５質量部、さらに好ましくは１０〜３０質量部である。
前記セメント組成物は、他に、石膏、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグおよび膨張材等の混和材を含むことができる。該混和材の配合量は、セメント１００質量部に対し、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４０質量部以下である。

２．混合機
本発明のセメント組成物の製造方法において用いる混合機は、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機であり、例えば、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサ等が挙げられる。これらの混合機はいずれも、強力な分散力（せん断作用）を有するブレード状の高速攪拌羽根（チョッパーまたはローター）を備えており、その回転速度は概ね１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍの範囲で調整可能である。
そして、プロシェアミキサは、図１に一例を示すように、主にショベル羽根１とチョッパー２とからなり、材料投入口３から投入された粉体材料はショベル羽根１の混合作用による浮遊拡散混合と、チョッパー２の分散作用による高速せん断分散により分散混合を行った後、材料排出口から粉体を排出するミキサである。プロシェアミキサを混合機として用いる場合、チョッパーの回転速度が、好ましくは２０００ｒｐｍ以上、より好ましくは３０００ｒｐｍ以上の攪拌能力を有するプロシェアミキサが望ましい。該プロシェアミキサとして、例えば、太平洋機工社製のプロシェアミキサがあり、その型式はＷＢ−２０（傾斜型）やＷＢ−２４００が挙げられる。
また、アイリッヒミキサは、例えば、日本アイリッヒ社製のアイリッヒミキサがあり、その型式はＲ０２が挙げられる。また、ヘンシェルミキサは、例えば日本コークス工業社製のヘンシェルミキサがあり、その型式はＦＭ２０Ｃが挙げられる。

以下、本発明を実施例により説明するが本発明は該実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）中庸熱ポルトランドセメント
密度３．０５ｇ／ｃｍ^３（太平洋セメント社製）
（２）シリカフュームＡ（粒体シリカフューム）
金属シリコン系シリカフューム、ＢＥＴ比表面積１７．８ｍ^２／ｇ、密度２．２５ｇ／ｃｍ^３（洛陽済禾社製）
（３）シリカフュームＢ（非粒体シリカフューム）
金属シリコン系シリカフューム、ＢＥＴ比表面積１８．５ｍ^２／ｇ、１μｍ以上の粒径の粒子の割合が１０質量％、密度２．２５ｇ／ｃｍ^３（エムケムジャパン社製）
（４）細骨材
山砂(静岡県掛川市産)
（５）高性能減水剤
マスターグレニウムＳＰ８ＨＵＸ_２[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）
（６）空気量調整剤
マスターエア４０４[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）
（７）水：水道水

２．セメント組成物の製造
（１）プロシェアミキサを用いたセメント組成物Ａ、Ｂ（実施例）の製造
中庸熱ポルトランドセメント１００質量部に対し、シリカフュームＡ（粒体品）を１３質量部添加して、容積が２０リットルのプロシェアミキサ（型式：ＷＢ−２０（傾斜型）、太平洋機工社製）に投入した。次に、該プロシェアミキサのショベル羽根の周速は３．５ｍ／ｓに固定して、チョッパーの回転速度は３６００ｒｐｍ（周速は１８．８ｍ／ｓ）、および６０００ｒｐｍ（周速は３１．４ｍ／ｓ）の２種類に設定し、それぞれの回転条件の下で１５分間混合してセメント組成物Ａ（３６００ｒｐｍ）およびセメント組成物Ａ（６０００ｒｐｍ）を製造した。
また、前記シリカフュームＡに代えてシリカフュームＢ（非粒体品）を用い、また、チョッパーの回転速度は３６００ｒｐｍ、４８００ｒｐｍ（周速は２５．１ｍ／ｓ）、および６０００ｒｐｍの３種類に設定した以外は、前記セメント組成物Ａの製造と同様の条件でセメント組成物Ｂ（３６００ｒｐｍ）、セメント組成物Ｂ（４８００ｒｐｍ）およびセメント組成物Ｂ（６０００ｒｐｍ）を製造した。

（２）強制練り二軸ミキサを用いたセメント組成物ａ、ｂ（比較例）の製造
前記プロシェアミキサに代えて、容積が２ｍ^３の強制練り二軸ミキサ（型式：ＰＶ−ＩＩＤ２０００、ブレード状の撹拌羽根のない、一般に用いられている混合機、秩父エンジニアリング社製）を用い、回転速度が１７ｒｐｍで２分間混合した以外は、前記セメント組成物Ａの製造と同様の条件でセメント組成物ａを製造した。
また、前記シリカフュームＡに代えてシリカフュームＢ（非粒体品）を用いた以外は、前記セメント組成物ａの製造と同様の条件でセメント組成物ｂを製造した。

３．モルタルの調製と圧縮強度の測定
試験に用いたモルタル配合は、水／セメント組成物の質量比が１４％、細骨材／セメント組成物の質量比が３３％、高性能減水剤の添加量がセメント組成物の質量×１．５％である。また、モルタルの空気量は空気量調整剤を用いて３％以下に調整した。
前記配合に従い、セメント組成物等のモルタルの原料を一括してホバートミキサーに投入し低速で混練し、流動化時間（秒）を測定した。本発明の製造方法により製造したセメント組成物を用いたモルタルの性状は、初めは粉状から徐々に大きな塊状に変化し、さらに混ぜると、流動化した状態に変化するという特異な性状の変化を示す。そして、前記流動化時間とは、混練開始時からモルタルが流動化する状態に至るまでに要した時間をいう。なお、モルタルの混練時間は、前記流動化時間＋１８０秒とした。
次に、混練後の流動化したモルタルを用いてＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１.フロー試験」に準拠してモルタルのフローを測定した。ただし、１５回の落下運動は実施しなかった。
さらに、前記モルタルを直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で２４時間、前置きした後、８５℃で１２時間蒸気養生して試験体を３本製造し、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１０.強さ試験」に準拠してモルタルの圧縮強度を測定した。
前記モルタルのフローと流動化時間を図２に、圧縮強度（平均値）を図３に示す。
なお、図２（Ａ）および図３（Ａ）における横軸の３６００ｒｐｍおよび６０００ｒｐｍは、それぞれ、セメント組成物Ａ（３６００ｒｐｍ）を用いたモルタル、およびセメント組成物Ａ（６０００ｒｐｍ）を用いたモルタルを表す。また、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）における横軸の３６００ｒｐｍ、４８００ｒｐｍ、および６０００ｒｐｍは、それぞれ、セメント組成物Ｂ（３６００ｒｐｍ）を用いたモルタル、セメント組成物Ｂ（４８００ｒｐｍ）を用いたモルタル、およびセメント組成物Ｂ（６０００ｒｐｍ）を用いたモルタルを表す。また、図２および図３における横軸のモルタルａはセメント組成物ａを用いたモルタルを表し、モルタルｂはセメント組成物ｂを用いたモルタルを表す。

（１）流動化時間およびフロー値について
図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、強制練り二軸ミキサを用いて製造したセメント組成物ａ、ｂをそれぞれ用いたモルタルａ、ｂと比べ、プロシェアミキサにより製造したセメント組成物Ａ、Ｂを用いたモルタルはすべて、流動化時間が短縮している。特に、図２の（Ａ）に示すように、粒体シリカフュームＡを用いて製造したセメント組成物Ａを用いたモルタルは、チョッパーの回転速度の増加に伴い流動化時間の短縮が顕著である。また、これと同様のことが、フロー値についてもいえモルタルの流動性が向上している。

（２）圧縮強度について
図３の（Ａ）に示すように、シリカフュームとして粒体シリカフュームＡを用いた場合、強制練り二軸ミキサにより製造したセメント組成物ａを用いたモルタルａと比べ、プロシェアミキサにより製造したセメント組成物Ａを用いたモルタルは、圧縮強度が向上している。これは、本発明のセメント組成物の製造方法によれば、粒体シリカフュームの解砕が十分に進み、非粒体状のシリカフュームと同等以上のポゾラン活性が発現することを示している。

１ショベル羽根
２チョッパー
３材料投入口
４材料排出口

Claims

解砕処理していない凝集したシリカフュームまたは粒体シリカフュームと、セメントのみを、ブレード状の撹拌羽根を有するプロシェアミキサを用いて、チョッパーの回転速度が３０００〜６０００ｒｐｍで混合するセメント組成物の製造方法であって、
前記セメント組成物が、セメント１００質量部に対しシリカフュームを１０〜３０質量部含み、
前記製造方法を用いて製造したセメント組成物を含む下記の配合のモルタルの流動化時間（Ｔ_１）が２１５〜８７０秒、および、強制練り二軸ミキサ（型式：ＰＶ−ＩＩＤ２０００、秩父エンジニアリング社製）を用いて回転速度が１７ｒｐｍで２分間混合して製造したセメント組成物を含む下記配合のモルタルの流動化時間（Ｔ_２）との比（Ｔ_１／Ｔ_２）が０．１〜０．４であることを特徴とする、セメント組成物の製造方法。
[モルタルの配合]
（Ａ）水／セメント組成物の質量比が１４％
（Ｂ）細骨材／セメント組成物の質量比が３３％
（Ｃ）高性能減水剤（マスターグレニウムＳＰ８ＨＵＸ_２）の添加量が、セメント組
成物の質量×１．５％
（Ｄ）空気量調整剤（マスターエア４０４）を用いて調整したモルタルの空気量が３％
以下