JP7429588B2

JP7429588B2 - コンクリートの製造管理方法

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Publication number: JP7429588B2
Application number: JP2020062667A
Authority: JP
Inventors: 貴浩針貝; 宏樹清水; 道博桜田; 建一下坂
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Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021160963A

Description

本発明は、コンクリートの製造を管理する方法に関するものである。

コンクリートは、結合材（セメントクリンカ粉末及び石膏粉末）、骨材、水及びAE剤が混練されることにより製造される。コンクリート1m³当たりには、所定範囲内の量（例えば、コンクリートが普通コンクリートである場合には、コンクリートの体積に対して4.5％±1.5％）の空気が含まれている必要がある。コンクリートが製造される製造ラインにおいては、基本的には結合材、骨材、水及びAE剤が一定の割合で混練されることにより、所定範囲内の量の空気を含むコンクリートが継続的に製造されている。

現在、コンクリートの材料として、セメントクリンカ粉末の一部に代えて石炭灰が積極的に使用されている。ただし、石炭灰がコンクリートに含まれると、石炭灰に含まれる未燃カーボンに起因してコンクリート1m³当たりの空気量が減少するおそれがある。そこで、石炭灰をコンクリートの材料として利用するにあたっては、下記特許文献１に記載の技術のように、石炭灰を加熱処理して石炭灰に含まれる未燃カーボンを燃焼させる（石炭灰から未燃カーボンを除去する）ことが行われる。

しかし、下記特許文献１に記載のような技術には、石炭灰の加熱処理に多くのコストを要するという問題、さらには、石炭灰の加熱処理に伴って発生する二酸化炭素により環境負荷が生じるという問題がある。このような問題を生じさせないためには、石炭灰から未燃カーボンを除去せずに石炭灰をコンクリートの材料として利用することが好ましい。

特開２０１７－２９９４２号公報

本発明の目的は、コンクリートを製造するにあたって、このコンクリートの材料として使用可能な石炭灰の量を明らかにする手段を提供することである。

本発明の第一項目に係る方法は、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第１の石炭灰、骨材及び水を混練して第１のコンクリートを製造するにあたって次のことを行うものである。前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記セメントクリンカ粉末及び前記石膏粉末の合計質量をX、当該合計質量に対する前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第１の石炭灰の質量の百分率をY、前記第１の石炭灰1kg当たりのメチレンブルー吸着量をZと定義した場合の指標式「XYZ/100≦定数A」において、前記定数Aとして、前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が所定範囲内になるような、前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を設定する。前記Xとして、予め定めておいた前記合計質量を代入する。前記Zとして、前記第１の石炭灰1kg当たりのメチレンブルー吸着量を測定して代入する。これらにより、前記Yの数値範囲を算出する。

上記第一項目によれば、第１のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が所定範囲内になるような上記Yの数値範囲を算出することができる。なお、上記Yは、第１のコンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量に対する第１の石炭灰の質量の百分率、すなわち、第１のコンクリート製造時におけるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末に対する第１の石炭灰の混練質量比率を示している。そして、上記Xの値と上記Yの数値範囲とに基づき、第１のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が所定範囲内になるように、第１のコンクリートの材料として使用するセメントクリンカ粉末、石膏粉末、第１の石炭灰、骨材及び水の量を、従来技術であるコンクリートの配合設計によって決定することができる。このように、上記第一項目によれば、第１のコンクリートを製造するにあたって、この第１のコンクリートの材料として使用可能な第１の石炭灰の量を明らかにすることができる。

本発明の第二項目に係る方法は、上記第一項目において次の内容を含むものである。セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第２の石炭灰、骨材及び水を混練して第２のコンクリートを複数製造する。各々の前記第２のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量である第１の値と、前記各々の第２のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量である第２の値とを算出する。前記各々の第２のコンクリートにおける前記第１の値と前記第２の値との相関を散布図においてプロットにより示す。複数の前記プロットに基づいて、前記第２のコンクリート1m³当たりに含まれる、前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量と空気量との相関を前記散布図において直線により示す。前記散布図において、前記第２のコンクリート1m³当たりに含まれる前記空気量が前記所定範囲内になるような、前記第２のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を前記直線によって導出する。前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を、前記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値とする。

上記第二項目によれば、上記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を、コンクリート製造業者の経験のみに基づいて決定するのではなく、第２のコンクリート1m³当たりに含まれる第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量と空気量との関係に基づいて決定することができる。これにより、上記第一項目における指標式をより正確に利用することができ、第１のコンクリートの材料として使用可能な第１の石炭灰の量をより正確に導出することができる。

なお、第２の石炭灰としては、製造する第２のコンクリートごとに組成や比表面積が異なるものを使用してもよく、全ての第２のコンクリートの製造に組成や比表面積が同一のものを使用してもよい。また、第１及び第２のコンクリートの組成が互いに同一（あるいは略々同一）になるように第２のコンクリートを製造すれば、上記第二項目に係る方法によって上記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値をさらに正確に決定することができる。

以上のように、本発明によれば、コンクリートを製造するにあたって、このコンクリートの材料として使用可能な石炭灰の量を明らかにすることができる。

本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法における実施例を示す散布図である。本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法における実施例を示すグラフである。

次に、本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法を示すフローチャートである。図１に示すように、この製造管理方法は、試験工程Ｓ１、算出工程Ｓ２及び製造工程Ｓ３を有するものである。

試験工程Ｓ１においては、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第２のフライアッシュ（第２の石炭灰）、細骨材、粗骨材、水及びAE剤を混練して第２のコンクリートを複数製造する。各々の第２のコンクリートの製造については、各々の第２のコンクリート1m³当たりに含まれる第２のフライアッシュのメチレンブルー吸着量が互いに異なるように行い、かつ、製造工程Ｓ３において製造する予定の第１のコンクリートと各々の第２のコンクリートとの組成（コンクリート1m³当たりに含まれる、セメントクリンカ粉末、石膏粉末及びフライアッシュの合計質量、細骨材及び粗骨材の合計質量、水の質量、並びに、AE剤の質量）が互いに同一（あるいは略々同一）になるように行う。なお、各々の第２のコンクリートの製造においては、互いに異なる組成及び比表面積を有する第２のフライアッシュを使用しても、互いに同一の組成及び比表面積を有する第２のフライアッシュを使用してもよい。

続けて、試験工程Ｓ１において、各々の第２のコンクリート1m³当たりに含まれる第２のフライアッシュのメチレンブルー吸着量である第１の値と、各々の第２のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量である第２の値とを算出する。この第２の値は、例えば、フライアッシュを含まずにセメントクリンカ粉末及び石膏粉末を含むコンクリート1m³当たりに含まれる空気の体積をα、各々の第２のコンクリート1m³当たりに含まれる空気の体積をβとした場合における「β－α」を示すものである。

さらに続けて、試験工程Ｓ１において、各々の第２のコンクリートにおける前記第１の値と前記第２の値との相関を散布図(後述する図２に示すもの)においてプロットにより示す。複数の前記プロットに基づいて、第２のコンクリート1m³当たりに含まれる、第２のフライアッシュのメチレンブルー吸着量と空気量との相関を前記散布図において直線により示す。前記散布図において、第２のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が所定範囲内（第１のコンクリート1m³当たりに最低限含まれている必要がある空気量の範囲内）になるような、第２のコンクリート1m³当たりに含まれる第２のフライアッシュのメチレンブルー吸着量の最大値を前記直線によって導出する。

算出工程Ｓ２においては、製造工程Ｓ３においてセメントクリンカ粉末、石膏粉末、第１のフライアッシュ（第１の石炭灰）、細骨材、粗骨材、水及びAE剤を混練して第１のコンクリートを製造するにあたって次のことを行う。第１のコンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量をX、この合計質量に対する第１のコンクリート1m³当たりに含まれる第１のフライアッシュの質量の百分率をY、この第１のフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量をZと定義した場合の指標式「XYZ/100≦定数A」において、前記定数Aとして、第１のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が上記所定範囲内になるような、第１のコンクリート1m³当たりに含まれる第１のフライアッシュのメチレンブルー吸着量の最大値を設定する。この最大値を、試験工程Ｓ１において算出した上記最大値とする。

さらに、前記Xとして、予め定めておいた上記合計質量を代入する。前記Zとして、製造工程Ｓ３において第１のコンクリートの材料として使用する予定の第１のフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量を測定して代入する。これにより、上記Yの数値範囲を算出する。

製造工程Ｓ３においては、セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第１のフライアッシュ、細骨材、粗骨材、水及びAE剤を混練して第１のコンクリートを製造する。第１のコンクリートの製造においては、予め定めてある上記Xの値と算出工程Ｓ２において算出した上記Yの数値範囲とに基づいてコンクリートの配合設計を行い、この配合設計によりセメントクリンカ粉末、石膏粉末、フライアッシュ、細骨材、粗骨材、水及びAE剤の具体的な混練量を決定する。

なお、上記指標式は、次の知見を定式化したものである。コンクリート1m³当たりに含まれる空気量は、コンクリート1m³当たりに含まれる石炭灰のメチレンブルー吸着量の増加に伴って減少するものであり、かつ、コンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量の増加に伴って減少するものである。

上記実施の形態においては、第１のコンクリート及び第２のコンクリートの材料としてフライアッシュを使用したが、第１のコンクリート及び第２のコンクリートの材料としてはフライアッシュ以外の石炭灰（例えば、ボトムアッシュ）を使用することもできる。

次に、本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法における実施例について説明する。

［試験工程Ｓ１］
まず、結合材、骨材（細骨材、第１の粗骨材及び第２の粗骨材）、水及びAE減水剤(AE剤の一種)を混練してコンクリートＡ、Ｂ１～Ｂ１３(Ｂ群）及びＣ１～Ｃ１３（Ｃ群）を製造した。結合材としては、コンクリートＡの製造においてはセメント（セメントクリンカ粉末及び石膏粉末）のみを使用し、コンクリートＢ１～Ｂ１３及びＣ１～Ｃ１３の製造においてはセメント及びフライアッシュを使用した。なお、これらコンクリートＡ、Ｂ１～Ｂ１３及びＣ１～Ｃ１３は、製品用コンクリートではなく試験用コンクリートである。

表１は、コンクリートＡ、Ｂ１～Ｂ１３及びＣ１～Ｃ１３における1m³当たりの、結合材の質量(kg)、セメント(セメントクリンカ粉末及び石膏粉末の混合物)の質量(kg)、フライアッシュの質量(kg)、細骨材の質量(kg)、第１の粗骨材の質量(kg)、第２の粗骨材の質量(kg)、水の質量(kg)、AE剤の質量(kg)、結合材に対するAE剤の割合(質量％)、第１の粗骨材及び第２の粗骨材の合計かさ容積(m³)、結合材に対する水の割合(質量％)を示している。

表１に示すように、各々のコンクリートの製造については、結合材の質量(セメントの質量とフライアッシュの質量との合計値)、細骨材の質量、第１の粗骨材の質量、第２の粗骨材の質量、水の質量、AE剤の質量、結合材に対するAE剤の割合、第１の粗骨材及び第２の粗骨材の合計かさ容積、結合材に対する水の割合が、各々のコンクリート同士において互いに同一（結合材の質量については略々同一）になり、かつ、製品として製造する予定の製品用コンクリートとも互いに同一になるように行った。

なお、第１の粗骨材及び第２の粗骨材の合計かさ容積(m³)は、次のように算出したものである。まず、容器の内部に第１の粗骨材及び第２の粗骨材を自然落下させ、この容器の内部において第１の粗骨材及び第２の粗骨材が充填されている部分の容積を、この容器に付された目盛りを使用して測定した。そして、「この容積／コンクリートの体積」の値を上記合計かさ容積の値とした。コンクリートの体積は、「コンクリートの質量／コンクリートの比重(2.3t/m³)」の値を算出したものである。

表２は、コンクリートの種類、コンクリートの材料として使用したフライアッシュ(FA)の種類、このフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量(MB吸着率)、コンクリートにおけるセメントに対するフライアッシュの質量比(FA比)を示している。また、表２は、コンクリートＢ１～Ｂ１３及びＣ１～Ｃ１３における1m³当たりの、フライアッシュのメチレンブルー吸着量（第１の値）と空気変動量（第２の値）を示している。

この空気変動量は、コンクリートＢ１～Ｂ１３及びＣ１～Ｃ１３における1m³当たりに含まれる空気の体積（空気量）からコンクリートＡにおける1m³当たりに含まれる空気の体積（空気量）を差し引いた値である。なお、これら「空気の体積」は、コンクリートの体積に対するコンクリートに含まれる空気の体積の百分率（％）を示すものである。

図２は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法における実施例を示す散布図である。この散布図は、コンクリート1m³当たりに含まれるフライアッシュのメチレンブルー吸着量を横軸において示し、コンクリート1m³当たりにおける空気変動量を縦軸において示すものである。この散布図において、コンクリートＢ群及びＣ群の各コンクリートにおける上記第１の値及び上記第２の値をプロットで示した。なお、図２において、「Ｎ単味」とはコンクリートＡを意味している。

図２に示すように、この散布図に示されている全てのプロットを全体的に観察すると、コンクリート1m³当たりに含まれるフライアッシュのメチレンブルー吸着量が増加するにつれて、コンクリート1m³当たりの空気変動量が一定の割合で減少している。

そこで、図２に示すように、この散布図において、コンクリート1m³当たりにおけるフライアッシュのメチレンブルー吸着量と空気変動量との相関を示す直線を引いた。この直線によれば、コンクリート1m³当たりの空気変動量が-0.5％（製品としてのコンクリートの品質に実際上影響を与えないような空気変動量の範囲における下限値）である場合においては、コンクリート1m³当たりに含まれるフライアッシュのメチレンブルー吸着量が3.3gである。

［算出工程Ｓ２］
製品用コンクリートの材料として使用するフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量を測定する。ここで、製品用コンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量をX(kg)、当該合計質量に対する製品用コンクリート1m³当たりに含まれるフライアッシュの質量の百分率をY(％)、このフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量をZ(g)と定義した場合、
指標式「XYZ/100≦3.3」、すなわち指標式「Y≦（330/Z）/X」が成立する。

このような指標式に基づいて、予め定めてある製品用コンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量の値を上記Xに代入し、製品用コンクリートの材料として使用するフライアッシュ1kg当たりのメチレンブルー吸着量の測定値を上記Zに代入することにより、上記Yの数値範囲を算出する。

［製造工程Ｓ３］
上記Xの値と上記Yの数値範囲とに基づいて製品用コンクリートの配合設計を行うことにより、製品用コンクリートの材料として使用するセメントクリンカ粉末、石膏粉末、フライアッシュ、細骨材、粗骨材、水及びAE剤の量を決定する。この量に基づいて製品用コンクリートを製造する。

［その他］
図３は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造管理方法における実施例を示すグラフである。上記指標式「XYZ/100≦3.3」において、このXに予め定めてある製品用コンクリート1m³当たりに含まれるセメントクリンカ粉末及び石膏粉末の合計質量の値を代入し、上記指標式を図３に示すような上記Yと上記Zとの関数として示すことにより、1kg当たりのメチレンブルー吸着量が異なる様々なフライアッシュについて、製品用コンクリートの材料として使用することができる量を容易に把握することができる。なお、本実施例においては、上記Yと上記Zとが図３に示す領域Ａに位置するように製品用コンクリートを製造する。

Claims

セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第１の石炭灰、骨材及び水を混練して第１のコンクリートを製造するにあたり、
前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記セメントクリンカ粉末及び前記石膏粉末の合計質量をX、当該合計質量に対する前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第１の石炭灰の質量の百分率をY、前記第１の石炭灰1kg当たりのメチレンブルー吸着量をZと定義した場合の指標式「XYZ/100≦定数A」において、
前記定数Aとして、前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる空気量が所定範囲内になるような、前記第１のコンクリート1m³当たりに含まれる前記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を設定し、
前記Xとして、予め定めておいた前記合計質量を代入し、
前記Zとして、前記第１の石炭灰1kg当たりのメチレンブルー吸着量を測定して代入することにより、
前記Yの数値範囲を算出するコンクリートの製造管理方法であって、
セメントクリンカ粉末、石膏粉末、第２の石炭灰、骨材及び水を混練して第２のコンクリートを複数製造し、
各々の前記第２のコンクリート1m ³ 当たりに含まれる前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量である第１の値と、前記各々の第２のコンクリート1m ³ 当たりに含まれる空気量である第２の値とを算出し、
前記各々の第２のコンクリートにおける前記第１の値と前記第２の値との相関を散布図においてプロットにより示し、
複数の前記プロットに基づいて、前記第２のコンクリート1m ³ 当たりに含まれる前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量と空気量との相関を、前記散布図において、前記相関を示す直線により示し、
前記散布図において、前記第２のコンクリート1m ³ 当たりに含まれる前記空気量が前記所定範囲内になるような、前記第２のコンクリート1m ³ 当たりに含まれる前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を前記直線によって導出し、
前記第２の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値を、前記第１の石炭灰のメチレンブルー吸着量の最大値とすることを特徴とするコンクリートの製造管理方法。