JP6617777B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
石炭灰の大部分を占めるフライアッシュはコンクリートの混和材として用いられるが、JISによってその品質が細かく規定されており、一定の品質を維持するために分級等の処理が必要となる。分級によって除外された粗粉等は埋め立て処理される等、有効に利用されているとは言い難い。
しかし、処理対象が粘性土のような土壌であると、既述のとおり、固化材との混合・攪拌が容易でないため、現状知られている固化材では、コストの上昇や低効率等の問題がある。石炭灰の有効利用の観点からは、これを全て利用できることが好ましい。また、未燃炭素の除去といった処理を必要とせず、簡易な処理で粘性土地盤改良における混合時の均一性改善が図れれば、非常に有意であるが、現状でそのような技術は知られていない。
[2] 前記粉砕前の石炭灰の明度(Lp値)に対する粉砕後の石炭灰の明度(Lg値)の比(Lg/Lp)が0.6以上となるように粉砕する、[1]に記載の石炭灰の製造方法。
[3] 粉砕前の石炭灰のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vp)に対する粉砕後の石炭灰の前記測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vg)の比(Vg/Vp)が0.85以下となるように粉砕する、[1]又は[2]に記載の石炭灰の製造方法。
[5] 強熱減量が8.0質量%以下である、[4]に記載の石炭灰。
[7] 前記セメントが、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、及び低熱ポルトランドセメントからなる群より選ばれる少なくとも1種のセメントである、[6]に記載のセメント組成物。
[8] セメント組成物全量に対して、前記石炭灰の含有量が5質量%を超え40質量%以下である、[6]又は[7]に記載のセメント組成物。
(1)石炭灰の製造方法:
本発明の実施形態の石炭灰の製造方法は、強熱減量が3.5質量%以上である石炭灰を、粉砕前の石炭灰の明度(Lp値)に対する粉砕後の石炭灰の明度(Lg値)の比(Lg/Lp)が0.9以下となるように粉砕することを含む。
ここで、強熱減量は、石炭灰中の未燃炭素の量に比例し、「強熱減量が3.5質量%以上大きい」とは、いわゆる未燃炭素が多いことを示す。そして、強熱減量が大きい石炭灰に所定の粉砕を施すことで、石炭灰の粒子中に内包されている未燃炭素の少なくとも一部を粒子の表面側に露出させることによって、この石炭灰を用いて、セメント粒子と粘土粒子との混合性を改善することができる。粉砕によって石炭灰の粒子の表面に露出された未燃炭素は粉砕前から存在する粉体粒子中の未燃炭素と同一の性状を示し、その性状は疎水性である。つまり、所定の粉砕により、粉砕前に比べて石炭灰の粒子の表面に露出されている未燃炭素が多くなるため、疎水性がより強くなる。例えば、セメントとこの石炭灰とを混合して固化材として用いる場合には、粒子の表面に露出された疎水性の未燃炭素によって、セメント混練時に過剰な吸水性が示されず、含水比の高い粘性土の地盤改良において粘土粒子とセメント粒子との分散性を効率よく向上させることができる。
粉砕装置としては、ボールミル、振動ミル(容器に振動を与えて、容器内部の媒体(ボールやロッド)に振動を伝えて粉体を細粒化させる)等を用いることができる。
ここで、石炭灰の明度は黒色度と関連し、主に表面に露出させた未燃炭素の存在量の指標となり、粉砕前後の比であるLg/Lpが0.9を超えると、内包される未燃炭素が十分に表面に存在していないことになり、このような状態でセメントと混合した固化材とした場合には、粘土粒子とセメント粒子との分散性を効率よく向上させることができない。
Lg/Lpは0.6以上0.9以下となるようにすることが好ましく、0.6以上0.85以下となるようにすることがより好ましい。0.6以上とすることで球形粒子の粉砕をできるだけ抑制して流動性低下を抑制することができる。
石炭灰の明度は後述の実施例に記載の方法により測定して求めることができる。
本発明の実施形態の石炭灰は、強熱減量が3.5質量%以上であり、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量が20体積%以上45体積%以下であり、ブレーン比表面積が3200〜4200cm2/gであり、明度(Lg値)が25.0〜50.0である粉砕された石炭灰であり、粉砕前の石炭灰の明度(Lp値)に対する粉砕後の石炭灰の明度(Lg値)の比(Lg/Lp)が0.9以下となっている。
粒径45μm以上の粒子の含有量は、20体積%以上45体積%以下であることが好ましく、23体積%以上43体積%以下であることがより好ましい。
ブレーン比表面積は、3200〜4200cm2/gであることが好ましく、3300〜4000cm2/gであることがより好ましい。
石炭灰の明度は、30.0〜50.0であることが好ましく、35.0〜45.0であることがより好ましい。
当該比は0.6以上0.9以下であることが好ましく、0.6以上0.85以下であることがより好ましい。
本発明の実施形態のセメント組成物は、本発明の実施形態の石炭灰と、セメントとを含む。
セメントの種類は特に限定されず、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、低熱ポルトランドセメントからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
粘性土の地盤改良用のセメント系固化材とする場合、また、混練する際に使用される水(混練水)は、セメント組成物100質量部に対して、80〜120質量部とすることが好ましく、85〜110質量部とすることがより好ましい。
国内の火力発電所にて発生した石炭灰A〜Fのそれぞれを、試験用ボールミル(内容積100L)により、粉砕した。なお、粉砕の度合は、レーザー回折粒度分布計、ブレーン比表面積測定装置、色彩色差計により紛体物性を確認することで調整した。
粉砕前後の石炭灰A〜Fの石炭灰性状(強熱減量、炭素量、MT−45μR及び粉砕前後のMT−45μRの比、ブレーン比表面積、L値及び粉砕前後のL値の比)を下記表1に示す。
(1)強熱減量:
JISA6201:コンクリート用フライアッシュ(975℃15分強熱)に準拠して求めた。
(2)カーボン量(炭素量):
(株)堀場製作所製固体中炭素・硫黄分析装置(EMIA−320V)により測定して求めた。
(3)MT−45μR(粒径45μm以上の粒子の含有量):
レーザー回折式粒度分布計(日機装株式会社製マイクロトラックMT−3300EX)により測定して求めた。粉砕前の石炭灰のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vp)(体積%)と、粉砕後の石炭灰のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vg)(体積%)とから、粉砕前の石炭灰のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vp)(体積%)に対する粉砕後の石炭灰のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量(Vg)(体積%)の比(Vg/Vp:MT−45R比)を求めた。
JISR5201:セメントの物理試験方法に準拠して求めた。
(5)色差(L値):
コニカミノルタジャパン(株)製の色彩色差計(CR−300)を用いて、CIE(国際照明委員会)で規定された明度(L値)を測定し求めた。粉砕前の石炭灰の明度(Lp値)と粉砕後の石炭灰の明度(Lg値)とから、粉砕前の石炭灰の明度(Lp値)に対する粉砕後の石炭灰の明度(Lg値)の比(Lg/Lp:L値比)を求めた。
粉砕後の石炭灰A〜Fそれぞれ30gと、セメント(住友大阪セメント(株)製普通ポルトランドセメント)70gと、混練水100gとをハンドミキサーを用いて十分に均一化してセメントミルクを作製した。これを自転・公転式のミキサーに、粘性土としてのカオリン(キシダ化学(株)製)1L(湿潤密度1.846g/cm3)と共に入れて混練して、JGS0821−2009「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」に準拠して供試体を作製した。
下記表2に配合(含水比35質量%)について示す。
○:ベーンせん断抵抗値<10.0kN/m2
△:10.0kN/m2≦ベーンせん断抵抗値≦12.0kN/m2
×:ベーンせん断抵抗値>12.0kN/m2
Claims (4)
- 石炭灰と、セメントとを含むセメント組成物であって、
前記セメント組成物全量に対して、前記石炭灰の含有量が25質量%以上35質量%以下であり、
前記石炭灰が、強熱減量が3.5質量%以上であり、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径45μm以上の粒子の含有量が20体積%以上26.6体積%以下であり、ブレーン比表面積が3200〜4200cm2/gであり、CIEで規定された明度(Lg値)が25.0〜50.0である粉砕された石炭灰である、セメント組成物。 - 前記粉砕された石炭灰のCIEで規定された明度(Lg値)が25.0〜45.0である、請求項1に記載のセメント組成物。
- 前記粉砕された石炭灰の強熱減量が8.0質量%以下である、請求項1又は2に記載のセメント組成物。
- 前記セメントが、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、及び低熱ポルトランドセメントからなる群より選ばれる少なくとも1種のセメントである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のセメント組成物。
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