JP6620630B2 - セメント組成物の水和熱測定方法 - Google Patents
セメント組成物の水和熱測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6620630B2 JP6620630B2 JP2016060778A JP2016060778A JP6620630B2 JP 6620630 B2 JP6620630 B2 JP 6620630B2 JP 2016060778 A JP2016060778 A JP 2016060778A JP 2016060778 A JP2016060778 A JP 2016060778A JP 6620630 B2 JP6620630 B2 JP 6620630B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- hydration
- sample
- temperature
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Description
また、コンクリートの発熱特性の評価の一つとして、少量のサンプルを用いて簡易的にコンクリートの断熱温度上昇を測定する方法も提案されている(特許文献1、非特許文献1)。
しかしながら、溶解熱法は、試験に多大な労力と時間を要し、7日、あるいは28日の養生を必要とし、測定時間が長いため、セメント工場の製品管理としては問題がある。また、熟練した技術も必要である。簡易断熱法や伝導熱量計法では測定時間を短くすることができるが、精度が落ち、基準となる溶解熱法と異なる測定結果となる場合がある。
すなわち、少なくともセメント組成物及び水を含む試料(セメントペースト)あるいは少なくともセメント組成物、細骨材及び水を含む試料(モルタル)を調製後、所定量の試料を試料容器に入れて断熱容器内に設置し、試料の温度と断熱容器周囲環境の温度の差を小さくするように断熱容器周囲環境の温度を制御しながら試料の温度を測定し、測定された試料の温度上昇量から発熱量を求め、さらに前記発熱量から換算式を用いて溶解熱法による水和熱を算出することを特徴とするセメント組成物の水和熱測定方法である。
本発明で使用する断熱熱量計は、試料容器、これを収納する断熱容器及びこれらを収容する断熱容器周囲環境からなり、さらに、試料及び断熱容器周囲環境の温度をそれぞれ計測する熱電対、並びに、計測された試料及び断熱容器周囲環境の温度差に追従して断熱容器周囲環境の温度を制御するヒーターおよび冷却装置からなる温調機構を備える、完全断熱型断熱熱量計である。さらに、コンピュータープログラム等により、試料の温度上昇量の測定、発熱量の計算及び水和熱の算出を行う自動化機構を備えることが好ましい。
試料容器は、所定量のセメントペースト、モルタルあるいはコンクリート試料を収容する容器である。容器の材質は、測定中に熱や試料との反応による変質や変形を起こさないものであれば、特に限定されない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル等のプラスチックやその他の高分子材料、金属、例えばアルミニウム、セラミックス等の容器を使用することができる。
具体的な方法としては、試料の温度を測定する熱電対及び断熱容器の温度を測定する熱電対から得られた温度情報を基に、高感度直流増幅器とツェナーダイオードを備えた温度制御回路で、両者の温度差が極小になるようにヒーターおよび冷却装置を差動制御する。この場合、温度制御回路は、制御感度5×10−3Kを満足することが好ましい。
温度制御には、ヒーター及び冷却装置を使用する。
冷凍機には、2種類以上のサーマルリレーを設置し、試料に応じて使い分けることが、冷凍機に負荷をかけず、かつ、幅広い温度域での測定が可能になるため、好ましい。冷凍機にサーマルリレー回路が設置されない場合、冷凍機が常時稼動することになり、高温で長時間の運転を繰り返した場合に冷凍機に多大な負荷がかかり、故障の原因となる。また、仮に40℃で冷凍機を停止するサーマルリレーを1つ設置した場合、40℃から50℃で温度上昇が収束する試料を測定した際に、試料に追従した槽内温度の制御が困難となるため、好ましくない。
[セメント組成物の水和熱計算式]
セメント組成物の水和熱(J/g)
=[セメント組成物量(g)×セメント組成物の比熱(J/℃・g)+細骨材量(g)×細骨材の比熱(J/℃・g)
+水量(g)×水の比熱(J/℃・g)+測定容器の熱容量(J/℃)]×温度上昇量(℃)/セメント組成物量(g)
ただし、セメントペーストの場合は、細骨材量は0(g)である。
(式1) 水和熱(J/g:材齢7日) = A×断熱温度上昇量(J/g:測定結果)+B
ここで、装置における係数及び定数は、A=0.5〜1.5、B=50〜250の範囲である。係数Aは、好ましくは0.7〜1.3、より好ましくは0.8〜1.2であり、定数Bは、好ましくは60〜200、より好ましくは70〜180、更に好ましくは80〜150である。
(式2) 水和熱(J/g:材齢28日)= C×温度上昇量測定結果(J/g)+D
ここで、装置における係数及び定数は、C=0.5〜1.5、D=100〜300である。係数Cは、好ましくは0.7〜1.3、より好ましくは0.8〜1.2であり、定数Dは、好ましくは120〜250、より好ましくは150〜200である。
セメントペーストは、セメント組成物と水を水セメント比(W/C)が25〜35%(25〜35/100)となるように手練りで調製する。調製は、20℃に設定した実験室内で行い、混練時間は1分とする。
モルタルはセメント組成物と水と細骨材を水セメント比(W/C)が55%(55/100)となるように手練りで調製した。モルタルの練上がり量を50mLとして所定量の水およびセメント組成物を2分間練り混ぜた後、細骨材(海砂/佐賀県唐津産60%+砕砂/福岡県門司産40%)を加えて3分間練り混ぜた。調製は、20℃に設定した実験室内で行った。
[溶解熱法]
溶解熱法の材齢7日、28日の水和熱の試験方法は、JIS R 5203あるいはISO29582-1に記載の方法に準拠した。
未水和セメント組成物を計量後、断熱材で囲まれた真空瓶に入った弗化アンモニウムを含む硝酸水溶液(以下、酸液)に投入し、撹拌しながら酸液の温度を測定し、酸液の温度上昇から未水和セメント組成物の溶解熱を求めた。次に、材齢7日又は28日の水和セメント組成物について、同様の操作により水和セメント組成物の溶解熱を求めた。未水和セメント組成物と水和セメント組成物の酸液への溶解熱の差から、水和セメント組成物の水和熱を求めた。
[伝導熱量計法]
伝導熱量計CHC−OM6(東京理工製)を用いてセメント組成物の水和熱を測定した。
調製直後の試料(セメントペースト)を計量後、伝導熱量計内部の設けられた、熱電対を備えた試料容器に密封し、断熱材で囲まれた真空瓶に入れて密栓した。試料温度及び雰囲気温度の測定を継続して行い、温度上昇量から熱量計の熱量積算と雰囲気への熱損失の合量を、測定時間24時間、41時間及び7日間について求めた。
表中の「近似式からの水和熱(2)」は、各時間における伝導熱量計での水和熱測定値とJIS R 5203 (溶解熱法)での水和熱測定値の関係から求めた近似式に、水和熱測定値を代入して、溶解熱法の値を計算したものである。また、「近似式との差(1)−(2)」は、「JIS R 5203溶解熱法材齢7日(1)」から「近似式からの水和熱(2)」を引いたものである。表の下のσは、「(1)と(2)の差」の標準偏差を計算したものである。
y = 1.4969×122 + 65.969 ゆえ、
y = 248.6(J/g)
溶解熱法(材齢7日(1))−近似式からの水和熱(2) = 298−248.6 = 49.4(J/g)
[簡易断熱法]
表4および図2にフランスのセメント協会の試験機関であるATILHで実施されている国際的な共同試験(日本のセメント協会が実施している共同試験(OC)に相当)の2012〜15年に実施された結果に記載されているISO29582-1(溶解熱法)での水和熱測定値とISO29582-2 (簡易断熱法)での水和熱の測定値との関係を示す。測定時間は41時間後であるが、相関係数がR2=0.1926と悪く、ばらつきの大きさを示す標準偏差σも21.49〜44.77と大きい。
以上のことから、JIS R 5203あるいはISO29582-1(溶解熱法)の水和熱を短時間で正確に、精度良く推定しようとすることは困難である。
[完全断熱型断熱熱量計法]
完全断熱型断熱熱量計(株式会社東京理工製、商品名:ACM−120HA)を用い、以下の手順に基づいて、完全断熱状態で断熱温度上昇量を測定した。完全断熱型断熱熱量計は、試料容器、これを収納可能な断熱容器及びこれらを収容する恒温槽からなり、さらに、試料容器及び断熱容器周囲環境の温度を計測する熱電対、並びに、計測された温度変化に追従して断熱容器周囲環境の温度を制御するヒーターおよび冷却装置からなる温調機構を備える。
続いて、試料の温度(断熱温度上昇量)を経時的に計測した。この間、試料と断熱容器周囲環境の温度差を検知し、ヒーターおよび冷凍機に接続した冷却水パイプで構成される冷却装置からなり2種類以上のサーマルリレー回路を備える温調機構を使用して試料と断熱容器周囲環境の温度差の変化に追従して断熱容器周囲環境の温度を制御し、試料と断熱容器周囲環境の温度差を小さくした。
本発明の完全断熱型断熱熱量計を使用した水和熱の算出は、以下の一次式による。
セメント組成物の水和熱(J/g)=[セメント組成物量(g)×セメント組成物の比熱(J/℃・g)+細骨材量(g)×細骨材の比熱(J/℃・g)+水量(g)×水の比熱(J/℃・g)+測定容器の熱容量(J/℃)]×断熱温度上昇量(℃)/セメント組成物量(g)
ここで、本発明で使用した測定容器の熱容量は、38.87J/℃である。
例えば、試験No.34であれば、
セメント組成物の水和熱(J/g)= [ 14.65 × 0.75 + 32.32 × 0.81 + 8.06 × 4.18 + 38.87] × 21.86092 / 14.65=164 (J/g)
となる。
水和熱J/g(溶解熱法:材齢7日)=0.88×水和熱J/g(完全断熱型断熱熱量計)+94.469・・・(式1)
水和熱J/g(溶解熱法:材齢28日)=0.7906×水和熱J/g(完全断熱型断熱熱量計)+170.61・・・(式2)
Claims (7)
- 少なくともセメント組成物及び水を含む試料を調製後、所定量の試料を試料容器に入れて断熱容器内に設置し、試料の温度と断熱容器周囲環境の温度の差を小さくするように断熱容器周囲環境の温度を制御しながら試料の温度を測定し、測定された試料の温度上昇量から発熱量を求め、さらに前記発熱量から換算式を用いて溶解熱法による水和熱を算出することを特徴とするセメント組成物の水和熱測定方法。
- 断熱容器周囲環境の温度の制御を、ヒーターおよび冷却装置からなる温調機構を用いて行う、請求項1記載の水和熱測定方法。
- JIS R5203の水和熱に相当する水和熱を測定する、請求項1又は2記載の水和熱測定方法。
- 前記試料の温度の測定時間が、試料の断熱容器内への設置後12〜24時間である、請求項1〜3の何れか1項記載の水和熱測定方法。
- 前記換算式が、一次式である請求項1〜4の何れか1項記載の水和熱測定方法。
- 下記の式1を換算式として用いて、溶解熱法による材齢7日の水和熱を求める、請求項1〜5の何れか1項記載の水和熱測定方法。
(式1) 水和熱(J/g:材齢7日)=A×温度上昇量(J/g)+B
〔但し、係数A=0.5〜1.5、定数B=50〜250である。〕 - 下記の式2を換算式として用いて、溶解熱法による材齢28日の水和熱を求める、請求項1〜5の何れか1項記載の水和熱測定方法。
(式2) 水和熱(J/g:材齢28日)= C×温度上昇量(J/g)+D
〔但し、係数C=0.5〜1.5、定数D=100〜300である。〕
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016060778A JP6620630B2 (ja) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | セメント組成物の水和熱測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016060778A JP6620630B2 (ja) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | セメント組成物の水和熱測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017173182A JP2017173182A (ja) | 2017-09-28 |
JP6620630B2 true JP6620630B2 (ja) | 2019-12-18 |
Family
ID=59971875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016060778A Active JP6620630B2 (ja) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | セメント組成物の水和熱測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6620630B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102083259B1 (ko) * | 2018-05-24 | 2020-04-23 | 강원대학교산학협력단 | 석회석 미분말이 첨가된 콘크리트 수화 모델에 기반한 콘크리트 수화열, 단열온도상승 및 온도 발현 평가 방법 및 이의 컴퓨터 프로그램 |
CN109254032B (zh) * | 2018-11-29 | 2020-10-02 | 兰州交通大学 | 一种用于恒定温度下测试水泥水化热的装置 |
JP7300982B2 (ja) | 2019-12-26 | 2023-06-30 | 三井住友建設株式会社 | コンクリートの発熱特性試験装置及び発熱特性試験方法 |
CN113092743B (zh) * | 2021-04-02 | 2023-10-20 | 中国建材检验认证集团北京天誉有限公司 | 一种水泥制品泛碱试验设备及泛碱度检测方法 |
CN115855287B (zh) * | 2023-02-07 | 2023-05-23 | 中国铁路济南局集团有限公司 | 一种用于大体积混凝土温度场的测温方法 |
-
2016
- 2016-03-24 JP JP2016060778A patent/JP6620630B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017173182A (ja) | 2017-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6620630B2 (ja) | セメント組成物の水和熱測定方法 | |
Huang et al. | Examining the “time-zero” of autogenous shrinkage in high/ultra-high performance cement pastes | |
US7398131B2 (en) | Method and system for concrete quality control based on the concrete's maturity | |
Poole et al. | Methods for calculating activation energy for Portland cement | |
JP2008241520A (ja) | 断熱熱量計およびそれを利用したセメント、コンクリートの品質管理方法 | |
US10067115B2 (en) | Systems, apparatus and methods for obtaining measurements concerning the strength and performance of concrete mixtures | |
US20060058904A1 (en) | Method and system for concrete quality control based on the concrete's maturity | |
Vinkler et al. | Drying shrinkage of concrete elements | |
CN115392082B (zh) | 一种现场大体积混凝土水化热温度预测系统及方法 | |
JP2006118996A (ja) | コンクリート試験装置およびそれを用いたコンクリート試験方法 | |
Boulay et al. | Quasi-adiabatic calorimetry for concretes: Influential factors | |
LI et al. | Rapid Assessment Method for Water Resistance of Magnesium Oxychloride Cement Based on Measurement of Hightemperature Erosion Thickness | |
JP6198059B2 (ja) | モルタル圧縮強さの推定方法および推定装置 | |
Taylor et al. | Heat capacity and specific heat | |
Korchagina et al. | A comparative analysis of the technical and metrological characteristics of bomb calorimeters used in Russia | |
Vejmelková et al. | Thermophysical and mechanical properties of fiber‐reinforced composite material subjected to high temperatures | |
Carlson et al. | Correlation of methods for measuring heat of hydration of cement | |
JP6914039B2 (ja) | 混合セメントの強度推定方法、強度推定装置およびコンクリートの製造方法 | |
Waseda et al. | Density comparison measurement of silicon by pressure of flotation method | |
Brendler et al. | Isopiestic measurements at high temperatures: I. Aqueous solutions of LiCl, CsCl, and CaCl 2 at 155° C | |
JP7093297B2 (ja) | コンクリートの発熱特性試験方法 | |
Archer | New NIST-traceable standards for calibration and validation of DSC | |
Hay et al. | Assessment of uncertainties in calibration of langavant calorimeters | |
Popa et al. | Another method for measuring the density of the liquid in the volume comparator VC1005 | |
Akitaya | A calorimeter for measuring free water content of wet snow |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190123 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191007 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6620630 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |