JP7046563B2

JP7046563B2 - 水硬性組成物の製造方法

Info

Publication number: JP7046563B2
Application number: JP2017210151A
Authority: JP
Inventors: 豪士中崎; 寛晃森; 洋児面来
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2022-04-04
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: JP2019081311A

Description

本発明は、粒体シリカフューム（ＪＩＳＡ６２０７「コンクリート用シリカフューム」に規定するシリカフュームをいう。）や、一部または全部が凝集したシリカフューム（以下「凝集シリカフューム」という。）を用いたモルタルやコンクリート（以下「水硬性組成物」という。）の製造方法に関する。

最近、高強度モルタルや高強度コンクリート用の混和材として、粉体シリカフュームが多用されている。しかし、粉体シリカフュームは、通常、ＢＥＴ比表面積が１５～２５ｍ^２／ｇの微粒子で、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を含む凝集シリカフュームになり易い。そこで、粉体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改善を目的に、粉体シリカフュームを粒体状に加工して、粒体シリカフュームとして出荷することが多い。
しかし、凝集シリカヒュームや粒体シリカフュームを含む水硬性組成物の混練では、凝集シリカフュームや粒体シリカフュームを解砕するのに時間がかかるため、粉体シリカフュームを含む水硬性組成物と比べ混練時間が長くなり、その分、水硬性組成物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を有し凝集しにくく、前記ハンドリング性等の問題が少ないシリカフュームが容易に入手できたが、最近では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前記粒体シリカフュームや、該微粒子の一部または全部が凝集した前記凝集シリカフュームを使わざるを得ない状況にあり、前記のように、水硬性組成物の混練時間が長くなるという問題がある。

このような状況に対処する方法として、特許文献１には、セメントやポゾラン質微粉末（シリカフュームなど）を含む水硬性組成物の混練を２回に分けて、モルタルの混練時間を短縮する方法が提案されている。しかし、この方法では、後述する本願の比較例１～３に示すように、凝集シリカフューム等を含むモルタルの混練時間は、短縮できるものの未だ不十分であり、さらに短縮できる水硬性組成物の製造方法が望まれている。

特開２００３－２７６０１９号公報

そこで、本発明は、凝集シリカフュームや粒体シリカフュームを含む水硬性組成物の混練時間を短縮できる、水硬性組成物の製造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鋭意検討したところ、凝集シリカフュームおよび粒体シリカフュームから選ばれる１種以上と、セメントを少なくとも含む結合材を３分割して水硬性組成物を混練すれば、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水硬性組成物の製造方法である。

［１］少なくとも、下記の（Ａ）原結合材の分割工程、（Ｂ）第１の混練工程、（Ｃ）第２の混練工程、および（Ｄ）第３の混練工程を含む水硬性組成物の製造方法。
（Ａ）凝集シリカフュームおよび粒体シリカフュームから選ばれる１種以上と、セメントとを少なくとも含む原結合材(ただし、細骨材、およびポリカルボン酸系高性能減水剤を含む減水剤を除く。)から、原結合材の４０～６０質量％を含む第１分割結合材、原結合材の２０～３０質量％を含む第２分割結合材、および、原結合材の２０～３０質量％を含む第３分割結合材を分割する、原結合材の分割工程（だだし、第１～第３分割結合材の分割割合の合計は１００質量％である。）
（Ｂ）第１分割結合材、原結合材１００質量部に対し２０～４０質量部の細骨材、原結合材１００質量部に対し固形分換算で０．１～３質量部のポリカルボン酸系高性能減水剤、および、原結合材１００質量部に対し１０～２０質量部の水を、６０秒間混練して第１混練物を得る、第１の混練工程
（Ｃ）第１混練物に第２分割結合材を添加して、９０～２７０秒間混練し第２混練物を得る、第２の混練工程（ただし、第１混練物に第２分割結合材を添加するタイミングは、前記第１混練物のフロー値が、２５０ｍｍ以上を維持しているときである。）
（Ｄ）第２混練物に第３分割結合材を添加して、２７０～４０５秒間混練し第３混練物（水硬性組成物）を得る、第３の混練工程（ただし、第２混練物に第３分割結合材を添加するタイミングは、前記第２混練物のフロー値が、１８０ｍｍ以上を維持しているときである。）
［２］第３混練物に、さらに粗骨材を添加して４０～６０秒間混練する、前記［１］に記載の水硬性組成物の製造方法。

本発明の水硬性組成物の製造方法は、凝集シリカフュームや粒体シリカフュームを含む水硬性組成物の混練時間を短縮できる。

本発明は、前記のとおり、少なくとも（Ａ）原結合材の分割工程、（Ｂ）第１の混練工程、（Ｃ）第２の混練工程、および（Ｄ）第３の混練工程を含む水硬性組成物の製造方法である。以下、本発明について、（Ａ）原結合材の分割工程、（Ｂ）第１の混練工程、（Ｃ）第２の混練工程、および（Ｄ）第３の混練工程に分けて詳細に説明する。

（Ａ）原結合材の分割工程
凝集シリカフュームおよび粒体シリカフュームから選ばれる１種以上と、セメントとを少なくとも含む原結合材から、原結合材の４０～６０質量％を含む第１分割結合材、原結合材の２０～３０質量％を含む第２分割結合材、および、原結合材の２０～３０質量％を含む第３分割結合材を分割する工程である。だだし、第１～３分割結合材の分割割合の合計は１００質量％である。

次に、凝集シリカフューム、粒体シリカフューム、セメント、および原結合材の組成割合、および各分割結合材の分割割合について説明する。
（１）凝集シリカフュームと粒体シリカフューム
凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、通常、１２～２５ｍ^２／ｇである。該値がこの範囲を外れる前記シリカフュームは入手が困難である。なお、該ＢＥＴ比表面積は、好ましくは１３～２０ｍ^２／ｇである。ここで凝集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含有率が２０質量％以上のシリカフュームをいう。なお、原結合材の原料に、凝集していない粉体シリカフュームを用いたとしても、製造後、半年以上経過すると、原結合材中のシリカフュームは凝集する場合がある。
また、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。粒体シリカフュームの嵩密度は、好ましくは０．４～０．８ｇ／ｃｍ^３である。嵩密度がこの範囲を外れると入手は困難になる。

（２）セメント
セメントは、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から選ばれる１種以上が挙げられる。これらのセメントの中でも、水硬性組成物の流動性や作業性が高いため、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）原結合材の組成割合
原結合材の組成割合は、セメント１００質量部に対し、凝集シリカフュームおよび粒体シリカフュームから選ばれる１種以上が、好ましくは１０～３０質量部、より好ましくは１２～２５質量部である。該値が該範囲にあれば、水硬性組成物の流動性、作業性、および強度発現性は高くなる。
原結合材は、その他に、ブレーン比表面積が２５００～１００００ｃｍ^２／ｇの石灰石粉末、石英粉末、石膏粉末、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ粉末、および膨張材等の混和材を含むことができる。これらの混和材の組成割合は、強度発現性を確保する観点から、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。

（４）各分割結合材の分割割合
該分割割合は、第１分割結合材では原結合材の４０～６０質量％であり、第２分割結合材では原結合材の２０～３０質量％であり、第３分割結合材では原結合材の２０～３０質量％である。だだし、第１～第３分割結合材の分割割合の合計は１００質量％である。
前記の各分割割合が、前記のそれぞれの範囲を外れると、水硬性組成物の混練時間の短縮が困難になる場合がある。

（Ｂ）第１の混練工程
第１の混練工程は、第１分割結合材、細骨材、ポリカルボン酸系高性能減水剤、および水を混練して第１混練物を得る工程である。
また、本発明で用いる細骨材は、川砂、山砂、海砂、珪砂、砕砂、高炉スラグ細骨材、再生細骨材、およびこれらの混合物が挙げられる。また、細骨材の配合割合は、水硬性組成物の流動性、作業性、強度発現性、および耐久性の向上の観点から、原結合材１００質量部に対して、好ましくは２０～４０質量部、より好ましくは２５～３５質量部である。
本発明で用いるポリカルボン酸系高性能減水剤は、アクリル酸、メタクリル酸、または無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸モノマーを１成分として含む重合体、共重合体、またはその塩であり、ポリアルキレングリコールアクリル酸エステル、またはポリアルキレングリコールメタクリル酸エステル等が挙げられる。ポリカルボン酸系高性能減水剤の配合割合は、水硬性組成物の流動性、作業性、および強度発現性の向上の観点から、原結合材１００質量部に対して固形分換算で、好ましくは０．１～３質量部、より好ましくは０．２～２質量部である。
さらに、本発明では、アルキルエーテルサルフェート系、ロジン系、およびアルキルホスフェート系等の空気量調整剤が使用できる。空気量調整剤の配合割合は、水硬性組成物の流動性や耐凍結融解抵抗性の向上の観点から、原結合材１００質量部に対して製品の質量で、好ましくは０．１～０．５質量部、より好ましくは０．１～０．３質量部である。
また、本発明で用いる水は、水道水、下水処理水、および生コンの上澄水等の、水硬性組成物の強度発現性や流動性等に影響を与えないものであれば用いることができる。水の配合割合は、水硬性組成物の流動性や強度発現性の向上の観点から、原結合材１００質量部に対して、好ましくは１０～２０質量部、より好ましくは１２～１７質量部である。
また、第１の混練工程では、全体の混練時間の短縮の観点から、１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１．フロー試験」に準拠して測定した第１混練物のフロー値が、好ましくは２５０ｍｍ以上、より好ましくは２７０ｍｍ以上になるまで混練する。

（Ｃ）第２の混練工程
第２の混練工程は、第１混練物に第２分割結合材を添加して混練し、第２混練物を得る工程である。
また、第２の混練工程では、全体の混練時間を短縮する観点から、１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１に準拠して測定した第２混練物のフロー値が、好ましくは１８０ｍｍ以上、より好ましくは２００ｍｍ以上になるまで混練する。

（Ｄ）第３の混練工程
第３の混練工程は、第２混練物に第３分割結合材を添加して混練し、第３混練物（水硬性組成物）を得る工程である。
また、第３の混練工程では、全体の混練時間の短縮、および水硬性組成物の流動性や作業性の向上の観点から、１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１に準拠して測定した第３混練物のフロー値が、好ましくは２５０ｍｍ以上、より好ましくは２６０ｍｍ以上になるまで混練する。

（Ｅ）粗骨材の添加・混練工程
また、本発明は、任意の工程として、第３混練物にさらに粗骨材を添加して３０秒以上混練する工程を追加することができる。この混練は、均質なコンクリートを得るためや全体の混練時間を短縮するためであり、より好ましくは４０～６０秒である。ここで用いる粗骨材は、砂利、砕石、再生粗骨材、およびこれらの混合物等が挙げられる。
なお、前記の各混練工程において用いる混練機は、ホバートミキサ、オムニミキサ、パン型ミキサ、および二軸ミキサ等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は当該実施例に限定されない。
１．使用材料
下記（１）～（６）の材料を使用した。
（１）中庸熱ポルトランドセメント
密度は３．０５ｇ／ｃｍ^３、太平洋セメント社製である。
（２）シリカフューム
（i）凝集シリカフューム１（表１中では凝集１と略す。）
金属シリコン系シリカフューム（密度は２．２５ｇ／ｃｍ^３、ＢＥＴ比表面積は１８．５ｍ^２／ｇ、１μｍ以上の粒子の含有率は１２質量％）を、倉庫内で１２月保管して凝集したシリカフュームであり、粒径が１μｍ以上の粒子の含有率は２７質量％である。
（ii）凝集シリカフューム２（表１中では凝集２と略す。）
金属シリコン系シリカフューム（密度は２．２５ｇ／ｃｍ^３、ＢＥＴ比表面積は１８．５ｍ^２／ｇ、１μｍ以上の粒子の含有率は１２質量％）を、倉庫内で６月保管して凝集したシリカフュームであり、粒径が１μｍ以上の粒子の含有率は２３質量％である。
（３）細骨材
静岡県掛川市産の山砂である。
（４）ポリカルボン酸系高性能減水剤
商品名はマスターグレニウムＳＰ８ＨＵＸ_２[登録商標]で、ＢＡＳＦジャパン社製である。固形分は３０質量％である。
（５）空気量調整剤
商品名はマスターエア４０４[登録商標]で、ＢＡＳＦジャパン社製である。
（６）水道水

２．水硬性組成物の製造
セメント１４２６ｇ（１００質量部）と、表１に示す凝集シリカフューム１（凝集１）、および凝集シリカフューム２（凝集２）のそれぞれ２１３ｇ（１５質量部）を混合して、原結合材１６３９ｇを作製した後、表１に示す第１～第３の分割割合に従い前記原結合材を分割して、第１～第３分割結合材を調製した。

（１）実施例１～３の水硬性組成物の製造
ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分換算）６．９ｇ、および空気量調節剤（製品の質量）１．６４ｇを水道水２２９ｇに溶かして得た混練水と、表１に示す実施例１～３の第１分割結合材と、細骨材５５４ｇとを、ホバートミキサに投入して、表１に示す第１の混練時間混練し、第１混練物（１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１．フロー試験」に準拠して測定したフロー値が３２０～３２５ｍｍ）を得た。ちなみに、前記各材料の配合割合は、原結合材１００質量部に対し、細骨材が３４質量部、ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分換算）が０．４質量部、空気量調節剤（製品の質量）が０．１質量部、水が１４質量部である。
次に、ホバートミキサ中の第１混練物に、第２分割結合材を加えて、表１に示す第２の混練時間混練し、第２混練物（１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１．フロー試験」に準拠して測定したフロー値が２２０～２３０ｍｍ）を得た。
さらに、ホバートミキサ中の第２混練物に、第３分割結合材を加えて、表１に示す第３の混練時間混練し、第３混練物（実施例１～３の水硬性組成物）を製造した。

（２）比較例１～４の水硬性組成物の製造
ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分換算）６．９ｇ、および空気量調節剤（製品の質量）１．６４ｇを前記水２２９ｇに溶かして得た混練水と、表１に示す比較例１～４の第１分割結合材と、細骨材５５４ｇとを、ホバートミキサに投入して、表１に示す第１の混練時間混練し、第１混練物（１５回の落下運動を省いた以外はＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１．フロー試験」に準拠して測定したフロー値が３２０～３３０ｍｍ）を得た。ちなみに、前記各材料の配合割合は、実施例１と同じである。
次に、ホバートミキサ中の第１混練物に、第２分割結合材を加えて、表１に示す第２の混練時間混練し、第２混練物（比較例１～４の水硬性組成物）を製造した。なお、この比較例の方法は、特許文献１に記載の水硬性組成物の調製方法と同じである。

（３）参考例の水硬性組成物の製造
ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分換算）６．９ｇ、および空気量調節剤（製品の質量）１．６４ｇを前記水２２９ｇに溶かして得た混練水と、原結合材１６３９ｇと、細骨材５５４ｇとを、ホバートミキサに投入して、表１に示す第１の混練時間混練し、参考例の水硬性組成物を製造した。ちなみに、前記各材料の配合割合は、実施例１と同じである。なお、参考例の方法は、水硬性組成物の従来の製造方法（一括混練）である。

３．モルタルの流動性の測定
モルタルの１５回の落下運動を略した以外はＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法１１．フロー試験」に準拠して、実施例１～３、比較例１～４、および参考例の水硬性組成物の流動性（２００ｍｍフロー到達時間、およびフロー値）を測定した。これらの結果を表２に示す。

４．測定結果
（１）全混練時間について
表１に示すように、凝集シリカフューム１を含む水硬性組成物の全混練時間は、比較例１～３では９００～１３６０秒であるのに対し、実施例１、２ではそれぞれ６６０秒、６００秒であり、比較例の約１／２～２／３に短縮している。また、凝集シリカフューム２を含む水硬性組成物の全混練時間は、比較例４では６００秒であるのに対し、実施例３では４２０秒であり、比較例の約２／３に短縮している。
（２）フロー到達時間について
また、表２に示すように、凝集シリカフューム１を含む水硬性組成物のフロー到達時間は、比較例１～３では３．０～６．６秒であるのに対し、実施例１、２ではそれぞれ３．２秒、３．１秒と比較例より短い傾向がある。また、凝集シリカフューム２を含む水硬性組成物のフロー到達時間は、比較例４では６．１秒であるのに対し、実施例３では５．４秒に短縮している。
（３）フロー値について
また、表２に示すように、凝集シリカフューム１を含む水硬性組成物のフロー値は、比較例１～３では２７５～３２５ｍｍであるのに対し、実施例１、２ではそれぞれ３２３ｍｍ、３１８ｍｍと、比較例より流動性が高い傾向にある。また、また、凝集シリカフューム２を含む水硬性組成物のフロー値は、比較例４では２８１ｍｍあるのに対し、実施例３では３１０ｍｍと流動性が向上している。
以上のことから、本発明の水硬性組成物の製造方法は、凝集シリカフューム等を含む水硬性組成物の混練時間を短縮することができる。

Claims

少なくとも、下記の（Ａ）原結合材の分割工程、（Ｂ）第１の混練工程、（Ｃ）第２の混練工程、および（Ｄ）第３の混練工程を含む水硬性組成物の製造方法。
（Ａ）凝集シリカフュームおよび粒体シリカフュームから選ばれる１種以上と、セメントとを少なくとも含む原結合材(ただし、細骨材、およびポリカルボン酸系高性能減水剤を含む減水剤を除く。)から、原結合材の４０～６０質量％を含む第１分割結合材、原結合材の２０～３０質量％を含む第２分割結合材、および、原結合材の２０～３０質量％を含む第３分割結合材を分割する、原結合材の分割工程（だだし、第１～第３分割結合材の分割割合の合計は１００質量％である。）
（Ｂ）第１分割結合材、原結合材１００質量部に対し２０～４０質量部の細骨材、原結合材１００質量部に対し固形分換算で０．１～３質量部のポリカルボン酸系高性能減水剤、および、原結合材１００質量部に対し１０～２０質量部の水を、６０秒間混練して第１混練物を得る、第１の混練工程
（Ｃ）第１混練物に第２分割結合材を添加して、９０～２７０秒間混練し第２混練物を得る、第２の混練工程（ただし、第１混練物に第２分割結合材を添加するタイミングは、前記第１混練物のフロー値が、２５０ｍｍ以上を維持しているときである。）
（Ｄ）第２混練物に第３分割結合材を添加して、２７０～４０５秒間混練し第３混練物（水硬性組成物）を得る、第３の混練工程（ただし、第２混練物に第３分割結合材を添加するタイミングは、前記第２混練物のフロー値が、１８０ｍｍ以上を維持しているときである。）
第３混練物に、さらに粗骨材を添加して４０～６０秒間混練する、請求項１に記載の水硬性組成物の製造方法。