JPH03208851A - 球状化セメント硬化物及びその製造方法並びにその製造用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、球状化セメント硬化物及びその製造方法並び
にその製造用組成物に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来よ
り各種セメントを用いて種々のコンクリートが製造され
ている。

例えば、下記例のセメントコンクリートがあるが、それ
らには以下のごとき問題点がある。

■　超流動化コンクリート： これは、通常のレディーミクストコンクリートの製造時
あるいは現場施工時に流動化剤を添加して製造されるも
ので、コンクリートの施工性の改善と、品質改善の目的
に使用される。

しかし、セメントペーストの粘度が異常に低下するため
、骨材とセメントペーストとが分離してしまい、均質な
硬化物が得られない。

増粘剤によって粘度を維持する試みがなされているが、
安定性に乏しく、配合、練り混ぜ等の品質管理も難しい
。

■　高性能減水剤を用いたコンクリート：これは、通常
のレディーミクストコンクリートに高性能減水剤を添加
して製造されるもので、水結合剤比を下げ、高強度コン
クリート、高耐久性コンクリートを得る目的に使用され
る。

しかし、極端に水量を抑えるため、未水和のセメントが
偏在し、均一な硬化物が得にくい、また、スランプロス
が大きいことも欠点である。

■　超遅延コンクリート： これは、通常のレディーミクストコンクリートに超遅延
剤を添加して製造されるもので、凝結の超遅延性を利用
して、コールドジヨイントの発生抑制、スランプロスの
低減、水和熱の抑制、連続打設に伴う夜間作業の廃止な
どの目的に使用される。しかし、環境条件の変化によっ
て強度発現期間が変化し制御が難しい。

■　超高強度コンクリート： これは、氷結合材比を低くおさえ、また流動化剤や高性
能減水剤を添加して製造され、超高層建築物、原子力設
備などに使用される。

シリカヒユームが混和材として検討されているが、強度
、スランプ、スランプフローなどの変動が大きいため生
コンクリートとしての実用化域まで達していない。

■　マスコンクリート： これは、大型建築土木構造物（超高層建築物、ダム、原
子力設備など）に使用される。

セメントの水和反応に伴い発熱が生じるが、この温度制
御ができず、強度低下、ひび割れなどの問題を生ずるこ
とがある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明者らは以
上に記載のセメントコンクリートの問題点を解決すべく
鋭意研究の結果、流動性に優れ、高強度でかつ高耐久性
のセメント硬化物を提供することに成功した。

すなわち本発明は、セメントクリンカ−微小粒子の外周
面が研磨及び／又は熔融により球状化されてなり、かつ
少なくともその６０重量％以上が直径３．９〜９μｍで
ある球状化セメントと骨材と水との混練物を養生硬化し
て得られたことを特徴とする球状化セメント硬化物及び
その混練物を養生硬化することを特徴とする球状化セメ
ント硬化物の製造方法並びにその混練物よりなる球状化
セメント硬化物製造用組成物である。

本発明で用いられる球状化セメントは、その直径は３．
９〜３０、Ｏμｍのものが、セメントモルタルあるいは
生コンクリートに良好な流動性を与えるため好ましいも
のであり、また、該数値範囲の直径の球状化セメントが
全セメントのうち、６０重量％以上占めていることが好
ましい。

また、球状化セメントの表面が混和材料、例えば微細セ
メント、シリカヒユーム、流動化剤等で被覆されてなる
カプセル型の球状化セメントは、活発な反応性を備えた
り、異なった表面反応性を備えたりするため、種々の効
果が発揮される。

該カプセル型セメントは、表面に混和材料が均質に付着
されているので、セメントと混和材料との反応（例えば
ポゾラン反応）を均一に行うことができ、コンクリート
の品質（強度、スランプ等）の安定化を図ることができ
る。

本発明に用いられる球状化セメントは、公知の高速気流
中衝撃法あるいは機械化学的表面融合法等の各種微小球
体製造法を採用して製造することができる。

球状化セメントは、母粒子としての球状化セメント粒子
の表面に子粒子としてのセメント微細粉末、シリカヒユ
ーム等の粉末状混和材料（例えば、高炉スラグ、フライ
アッシュ、カルシウムスルホアルミネート、その他粉末
状減水剤、粉末状遅延剤など）を付着せしめてなるカプ
セル型球状化セメントであってもよい。

こうした球状化セメントは公知の高速気流中衝撃法（リ
ング状空間からなる衝撃室中で微小粒子材料に高速気流
による回転衝撃を与えることにより、微小粒子材料を球
状化する方法）で製造することが好ましい。

こうして得られるカプセル型球状化セメントにおいても
、その直径が３．９〜３０．０μｍのものが６０重量％
以上を占めてなる球状化セメントが、モルタル、生コン
クリート製造用として好ましいものである。

直径が３０．０Ｉ１ｍを越えると、充填性が小さくなり
、また水和反応時において球状化セメント内部に未反応
部分が残存し、強度発現等に有効でない。

また３、９μｍより小さいと、微粉部分が多くなって凝
集性が大きくなり、モルタル、生コンクリートの流動性
の向上があまり期待できない。

前記粒径範囲の球状化セメントは、セメント全体の６０
重量％より少ないと、モルタルペースト、生コンクリー
ト等に対する十分な流動性が付与されない。

流動性が良好であることは、水セメント比が少なく、即
ち水量が少なくても打設がし易く、がっ水量が余分でな
いため、高強度のモルタル、コンクリートが製造できる
ことに帰する。

よって、本発明によれば高強度のセメント硬化物が生産
されることになる。

ところで、常法によるセメントの製造は、原料としての
、石灰石、粘土、ケイ石及び酸化鉄を適当割合に配合し
、微粉砕し、ブレヒータを経てロータリーキルンに送り
約１４５０’Ｃの高温で焼成して、セメントクリンカー
を得た後、クーラーで急冷し、その後これを仕上げミル
（チューブミル）で微粉砕して、粒径１〜９０１ｍのセ
メント微粒子となす方法によって行われる。

なお、ポルトランドセメントの製造では、前記仕上げミ
ルで微粉砕する段階において、３〜５％の石膏が添加さ
れる。

すなわち、微粉砕されたセメントクリンカ−は粒径９０
−ｍ以下のものであるが、その微小粒子の外形は若干角
はとれているものの角形である。

本発明では、このセメントクリンカ−粉末（微小粒子）
を例えば、市販の高速気流中衝撃装置（奈良ハイブリダ
イゼーションシステム）に数分間通遇させることによっ
て、外周面の角が更にとれて球状となった球状化セメン
ト（球状のセメント微小粒子）を調製し、これを配合セ
メントとして使用するものである。ただし、その粒径範
囲は直径３．９〜３０，０μｍが６０重量％以上を占め
ることが好ましい。

なお、該高速気流中衝撃装置によりセメントクリンカ−
粉末を球状化処理すると、当初七メントクリン力−の角
部が削られて生じる微小な粉体は、未だ完全に球状化さ
れていないが角部がとれて略球形のセメントクリンカ−
の凹部に充填することくして吸着し、球状化セメントと
なる。その結果、該処理により得られるセメントは微小
なセメント粉が存在しない（微小セメント粉は球状化セ
メントの主に凹部に吸着充填されているため）、一定粒
径範囲の球状化セメントとなる。

一般に微小セメントは、比表面積が大きいため水との接
触反応が急激なものとなり、凝結が早いが、流動性の低
下を招く。

通常のセメント、例えば普通ポルトランドセメント等は
、前記のとおり外形が角形であり、かつ微小粉体も混在
しているため、比表面積はかなり大きなものとなってい
て、水との接触面積が大きく、急激に凝結反応が生じる
ため、流動性が悪く、また急激な水和反応熱の発生があ
る。

その結果、マスコンクリート等の打設においては、外気
温とコンクリートとに大きな温度差が生じて、コンクリ
ートに亀裂が発生する問題がある。

これに対して本発明の球状化セメントを使用すれば、そ
うした問題が解消され、急激な水和熱発生がなくなり、
よってマスコンクリートの打設における亀裂発生の危陳
を防止することができる。

また、例えば水セメント比を低くすることができ、同一
水量のセメントモルタルにおいては、球状化セメントの
モルタルは普通ポルトランドセメントのモルタルに比し
て、フロー値が非常に大きくなり、同じフロー値のもの
とするならば１０％以上減水させることが可能となる。

［実施例］ 次に、本発明の球状化セメント硬化物及びその製造、さ
らに本発明で使用する球状化セメントの具体的製造例等
について具体的に説明する。

まず、球状化セメントの製造について説明する。

常法によるセメントの製造工程の仕上げミル（チューブ
ミル）から導出された粒径１〜９０μｍのセメントクリ
ンカ−微小粒子を、市販の高速気流中衝撃装置である［
ナラ〜ハイブリタイザー］　（商品名二株式会社　奈良
機械製作新製）に供給し、３〜２０分間運転させる。

該高速気流中衝撃装置は、第１図、第２図にその主要部
構造を示すごときもので、リング状空間からなる衝撃室
中で微小粒子材料に回転衝撃を与えることにより、微小
粒子材料を球状化するものである。

第１図は、その断面図、第２図は側断面図であり、図中
、１はケーシング、２は前部カバー、３は後部カバー、
４は回転盤、５はブレード、６は回転軸、７はリング状
衝突室、８はリング状ステーター、９はジャケット、１
０は球状化セメントの排出弁、１１は球状化セメント排
出シュート、１２は循環回路管、１３は原料微小粒子セ
メントの供給シュート、１４は原料微小粒子セメントの
ホッパーである。

まず、ホッパー１４内の原料のセメントが、セメントシ
ュート１３から、リング状衝突室７へ供給される。

すると、回転盤４とそれに取着されたブレード５の回転
により、リング状衝突室７内の原料セメント微小粒子は
、高速で該室７内を回転しながら飛散し、その間リング
状ステーター８の表面に設けられた多数の三角溝８゛表
面とブレード５とに回転しながら衝突する。

衝突したセメント微小粒子は衝突室７に開口している循
環回路管１２の一端口からその管内に入り循環した後、
他端口から再び衝突室７内に導入される。

このようにして、回転衝突は回転盤４の回転にしたがっ
て多数回続けられ、所望球状となるまで続行される。

通常、回転！１４の回転数は４０００〜１６００Ｏｒμ
ｍで、作動時間は３〜２０分間である。

作動終了後、排出弁１０を降下して開くことによって、
球状化されたセメントがシュート１１から取り出される
。

なお、ジャケット９内には冷却媒体、あるいは加熱媒体
を導入することによって、球状化セメントの表面処理、
例えば混和剤の被覆処理を均質、確実に行うことができ
る。

以上のようにして、外周面の角が更にとれて球状となっ
たセメント微小粒子が得られる。

この粉砕から球状化に至る模式図を第５図に示す、すな
わち、第５図（ａ）において装置内に投入された角形の
セメントクリンカ−が、（ｂ）においてその角部が削ら
れ微粉が発生する。

次いで（Ｃ）において、角部が削られたセメントクリン
カ−は装置内で回転しながらリング状ステータ表面に摺
接し、そのときその表面に吸着し、特に凹部に微粉が充
填吸着される。その継続により、（ｄ）に示すごとく、
微粉が角部の削られた球状化セメント微小粒子本体２０
′の表面、特に凹部に多くの微小セメントクリンカ−粉
２３が吸着充填された球状化セメント２ｏが形成される
。

このような球状化法は、その他公知の各種装置によって
行うことができ、例えばオングミル（商品名：ホソカワ
ミクロン株式会社製の機械的乾式粉砕機の改良型）を使
用する機械化学的表面融合法によっても行うことができ
る。

また、クリアトロンシステム（商品名：川崎重工（株）
製の機械式微粉砕機の改良型）等によっても行うことが
できる。

以上の球状化処理によって得られる球状化セメントは、
粒径が１〜３０μｍであって、表面が均質化された球状
であるため、ベアリング効果を生じ、著しい流動性を得
ることができ、よってワーカビイリティのよいものとな
る。その結果、該球状化セメントを配合したセメントペ
ーストは流動性に富むものとなり、流し込み成形性に優
れる。

また、セルフレベリングコンクリートに用いることは優
れた流動性が付与されるために、非常に有効なものであ
る。

さらに、球状化セメントの表面には混和剤（材）を均一
に付着させることができる。

その方法としては、高速気流中衝撃法によって球状化す
る際に、例えばシリカヒユームを５〜３０％添加する。

すると、第３図に断面を示すことく、球状化セメント２
０の全球面上にシリカヒユーム超微粒子２１層が一面に
付着した状態のカプセル型セメントとなる。

このカプセル型球状化セメントは、シリカヒユーム（Ｓ
ｉＯ２）とセメントとの反応（ポゾラン反応）を均一に
行うことができ、従来問題となっていた高強度シリカヒ
ユーム混入コンクリートの品質（強度、スランプ値等）
の安定化を図ることができる。

このようなカプセル型球状化セメントを使用すれば、水
和反応の制御等が確実かつ容易に行える。

第４図に示すものは、母粒子がシリカヒユーム２１で、
子粒子がセメントクリンカ−超微粒子２２であるセメン
ト複合体である。

これは、超微粒子のセメント複合体であって、シリカヒ
ユームとセメントとの反応を均一にすることができるた
め、これを使用すれば超高強度コンクリートを製造する
ことができる。なお、ここで使用される超微粒子のセメ
ントクリンカ−は、前記の高速気流中衝撃装置によって
得られる球状化微小粒子セメントクリンカ−の副産物と
して、残部微細分を更に分級して得ることができる。

次に、本発明の球状化セメントを配合したモルタルと、
これを配合しない従来のポルトランドセメント配合のモ
ルタルの流動性（フロー値）について比較試験した結果
を第６図に示す。

本試験で使用した球状化セメントは高速気流中衝撃法に
よって製造されたもので、３．９〜３０．０１ｍ直径の
球状化セメント（平均粒径１１，３４１ｍ）が７７．１
重量％を占める球状化セメントであり、これをＪＩＳＲ
５２０１に定める試験法にしたがって供試体調製を行い
、かつ水セメント比を変えて調製して供試体を造り、フ
ロー値試験を行ったものである。

第６図に示す結果からみて、本発明の球状化セメントを
用いた場合は、モルタルの流動性はポルトランドセメン
ト使用のものに比べて、大いに向上し、すなわち同一水
量で大きなフロー値（流動性）を示し、同じフロー値で
は配合水を１０％以上減水させることができることが解
る。

その結果、水量が少なくても流動性に優れるモルタル、
生コンクリート等の打設が可能となり、高強度のセメン
ト硬化製品を提供できる。

次に、本発明の球状化セメントを使用して高強度セメン
ト硬化物を製造する例を説明する。

直径５〜７μｍのものが８０％を占める球状化セメント
１重量部に対して、砂２重量部と水０．５５重量部を混
合して、混練物を調製した。該混練物のフロー値は２６
０ｍｍであった。

該混練物を型枠に流し込み、養生硬化させたところ、材
令７日で、圧縮強度３００ｋｇ／ｃｍ２材令２８日で圧
縮強度５５８ｋｇ／ｃｍ”であった。

この結果は、普通ポルトランドセメント使用の場合に比
較し、２７％増強したものであった。

また、普通ポルトランドセメントを使用したコンクリー
トの圧縮強度と同一強度を得るには、球状化セメントを
使用すれば、普通ポルトランドセメント使用量の約５０
〜８６％量で十分であった。

［発明の効果］ 以上に説明したとおり本発明によれば、球状化セメント
が球状の微小粒子であって、表面が均質化された球状で
あるため、ベアリング作用を発揮し、該球状化セメント
配合物に著しい流動性を付与することができ、よってワ
ーカビイリテイのよい混練物となる。

したがって、該球状化セメントを配合したセメント硬化
物製造用組成物は、流動性にとむため流し込み成形が容
易となり、特にセルフレベリングコンクリートに用いる
ことが非常に有利である。

また、流し込み充填が密に行われるため、高強度のセメ
ント硬化物を製造することができる。

さらに、本発明の球状化セメントはその表面に混和材料
を均一に付着させたものとすることができ、これは混和
材料との反応を均一かつ完全に進行させることができる
ので、均一組織で優れた特性のセメント硬化物を提供で
きる。

そして、硬化時に急激な水和熱発生がなくなり、よって
マスコンクリートの打設における亀裂発生の危険を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で用いられる高速気流中衝撃装置の断
面図、第２図はその側断面図である。 第３図は、表面にシリカヒユームが被着された球状化セ
メント微小粒子の断面図、第４図は表面にセメント超微
粒子が被着されたシリカヒユームの断面図、第５図（ａ
）〜（ｄ）はセメントクリンカ−の粉砕から球状化に至
る模式図を示す。 第６図は実施例球状化セメントを配合したモルタルとポ
ルトランドセメントを配合したモルタルのフロー値試験
結果のグラフ図である。 ５ニゲレード、　６：回転軸、 ７：リング状衝突室、８：リング状ステーター９：ジャ
ケット、１０：球状化セメントの排出弁、１に球状化セ
メント排出シュート、 １２：循環回路管、 １３：原料微小粒子セメントの供給シュート、１４　：
ＪＪｉ’［料微小粒子セメントのホッパー２０：球状化
セメントの微小粒子、 ２０′　二線状化セメント微小粒子本体、２１ニジリカ
ヒユーム ２２：超微粒子セメントクリンカ− ２３：微小セメントクリンカ−粉

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）セメントクリンカー微小粒子の外周面が研磨及び
   ／又は熔融により球状化されてなり、かつ少なくともそ
   の６０重量％以上が直径３．９〜３０．０μｍである球
   状化セメントと骨材と水との混練物を養生硬化して得ら
   れたことを特徴とする球状化セメント硬化物。
2. （２）球状化セメントが、セメントクリンカー微小粒子
   の外周面が研磨及び／又は熔融により球状化されてなる
   球状化セメント粒子の表面に混和材料が付着形成されて
   なるものであることを特徴とする請求項１記載の球状化
   セメント硬化物。
3. （３）球状化セメントと骨材と水との配合比（重量比）
   が、１：２．５〜８．０：０．１７〜０．７５であるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の球状化セメント硬
   化物。
4. （４）球状化セメントが、セメントクリンカー微小粒子
   を高速気流中衝撃法によって粉砕球状化させて得られた
   ものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の球状化セメント硬化物。
5. （５）セメントクリンカー微小粒子の外周面が研磨及び
   ／又は熔融により球状化されてなり、かつ少なくともそ
   の６０重量％以上が直径３．９〜３０．０μｍである球
   状化セメントと骨材と水との混練物を養生硬化すること
   を特徴とする球状化セメント硬化物の製造方法。
6. （６）球状化セメントが、セメントクリンカー微小粒子
   の外周面が研磨及び／又は熔融により球状化されてなる
   球状化セメント粒子の表面に混和材料が付着形成されて
   なるものであることを特徴とする請求項５記載の球状化
   セメント硬化物の製造方法。
7. （７）球状化セメントと骨材と水との配合比（重量比）
   が、１：２．５〜８．０：０．１７〜０．７５であるこ
   とを特徴とする請求項５又は６記載の球状化セメント硬
   化物の製造方法。
8. （８）球状化セメントが、セメントクリンカー微小粒子
   を高速気流中衝撃法によって粉砕球状化させて得られた
   ものであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれ
   かに記載の球状化セメント硬化物の製造方法。
9. （９）球状化セメントが、セメントクリンカー微小粒子
   を機械化学的表面融合法によって粉砕球状化させて得ら
   れたものであることを特徴とする請求項５ないし８のい
   ずれかに記載の球状化セメント硬化物の製造方法。
10. （１０）球状化セメントが、母粒子としての球状化セメ
    ント粒子の表面に子粒子としての粉末状混和材料を付着
    せしめてなるカプセル型球状化セメントであることを特
    徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の球状化セ
    メント硬化物の製造方法。
11. （１１）セメントクリンカー微小粒子の外周面が研磨及
    び／又は熔融により球状化されてなり、かつ少なくとも
    その６０重量％以上が直径３．９〜３０．０μｍである
    球状化セメントと骨材と水との混練物からなることを特
    徴とする球状化セメント硬化物製造用組成物。