JPH0532437A

JPH0532437A - 球状化セメントの製造方法

Info

Publication number: JPH0532437A
Application number: JP14403691A
Authority: JP
Inventors: Isao Tanaka; 勲田中; Nobuo Suzuki; 信雄鈴木; Takao Take; 高男武
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】球状化セメント製造時間を大幅に短縮し、そ
の製造コストを大いに低減して、工業規模で球状化セメ
ント使用コンクリートの提供を可能とする。また、従来
の球状化セメント製造の球状化処理時間に比較して大幅
に低減された短時間の球状化処理により、フロー値の高
いモルタルを提供し得る球状化セメントの製造方法を提
供する。【構成】セメントクリンカーを、例えば機械式粉砕法
により予備粉砕して、少なくとも最大直径が６０μｍ以
下であり、かつ直径６０〜３．９μｍのものが全体の６
０重量％以上を占めるようになした後、それを球状化微
粉砕処理して、全体の少なくともその６０重量％以上を
直径３．９〜３０μｍの球状化セメントとなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改良された球状化セメ
ントの製造方法に関する。

【０００２】

【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
ているが、それらには種々の問題点があった。すなわ
ち、超流動化コンクリートにおいては、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く、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。
また、高性能減水剤を用いたコンクリートにおいては、
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ことと、スランプロスが大きい
欠点である。

【０００３】超遅延コンクリートにおいては、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く、ま
た超高強度コンクリートにおいては、シリカヒュームが
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。

【０００４】さらに、マスコンクリートにおいては、セ
メントの水和反応に伴い発熱が生じるが、特に大型建築
土木構造物、例えば超高層建築物、ダム原子力設備など
のごとき大塊状に施工されるものとしての「マスコンク
リート」においては、水和熱によるコンクリートの内部
最高温度と外気温との差が２５℃以上になるものとされ
ており、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。

【０００５】そこで、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、
本発明者ら発明に係る先願において、流動性に優れ、高
強度でかつ高耐久性のセメント硬化物の製造を可能とす
る球状化セメントの提供を提案した。しかしながら、そ
の製造においては製造時間の短縮等未だ解決すべき諸点
が残存していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記球状化セメントの製造課題を解決すべく鋭意研究の結
果、本発明をなすに至った。すなわち本発明は、セメン
トクリンカーを予備粉砕して、少なくとも最大直径が６
０μｍ以下であり、かつ直径６０〜３．９μｍのものが
全体の６０重量％以上を占めるようになした後、それを
球状化微粉砕処理して、全体の少なくともその６０重量
％以上を直径３．９〜３０μｍの球状化セメントとなす
ことを特徴とする球状化セメントの製造方法である。

【０００７】上記本発明において、まずセメントクリン
カーを、例えば機械式微粉砕処理法によって、少なくと
も最大直径が６０μｍ以下であり、かつ直径６０〜３．
９μｍのものが全体の６０重量％以上を占めるようにな
す方法は、本方法の予備粉砕工程であって、どのような
手段を採用して行ってもよいが、簡単な機械的微粉砕
機、例えば、高速回転ミル（衝撃粉砕機）、ボールミ
ル、振動ボールミル、ジェットミル、撹拌ミル、遊星粉
砕機等を用いて行うことができる。なお、この際予備粉
砕されたセメントクリンカーに、直径の過大なものが残
存する場合は、それらを分級により除去することが好ま
しい。

【０００８】該予備粉砕工程においてセメントクリンカ
ーの直径を６０μｍを越える大粒径のものにすると、球
状化処理中に微粉砕に要する時間が多くなり過ぎ、製造
時間が短縮されなくなるので球状化処理効率の上昇が余
り期待できない。そして、３．９μｍ未満の微粉は付着
・凝集性が大きく球状化微粉砕処理装置内での分散性が
悪く、また３．９μｍ未満の微粉がそのままの大きさで
球状化されたとしても、凝集性が大きく、また比表面積
も大きいため、それを配合してモルタルや生コンクリー
トを調製してもその流動性向上に余り寄与しない。この
ため、セメントクリンカーの予備粉砕工程における粉砕
粒径範囲は、少なくとも最大直径が６０μｍ以下であ
り、かつ直径６０〜３．９μｍのものが全体の６０重量
％以上を占めるようになすことが好ましい。

【０００９】次ぎに、上記本発明における球状化微粉砕
処理法としては、高速気流中衝撃法、機械化学的表面融
合法あるいは「クリプトロンシステム」（商品名：（川
崎重工（株）製の球形化機能を有する機械式微粉砕機の
改良型）等が採用される。なお、「クリプトロンシステ
ム」は、高速回転式粉砕機の一種で、吸気口から空気と
共に吸引された被粉砕物原料が、高速回転しているロー
タによってその円周に均等に分散され、排気口から外へ
排出されて球形のものとなる。すなわち、被粉砕物が、
ロータとステータの間の狭間隙を自転しなから螺旋状に
移動することにより、球形の微粒となる方式のものであ
る。

【００１０】最終的に得られる球状化セメントの物理的
性状は、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
ことが好ましい。該直径範囲のものは、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。

【００１１】そして、得られ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
粉末状セメントあるいは各種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、例えば微細セメント、シ
リカヒューム、流動化剤等で被覆されてなるカプセル型
球状化セメントであることも好ましく、このカプセル型
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。

【００１２】球状化セメント製造の詳細説明まず、予備処理としてのセメントクリンカー粒子の粉
砕について説明する。通常、セメントクリンカー粒子の
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、プレヒータを経てロ
ータリーキルンに送り約１４５０℃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１〜９０μｍ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
カーは粒径９０μｍ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。

【００１３】本発明方法では、このセメントクリンカー
粒子を簡単な機械的微粉砕機、例えば、高速回転ミル
（衝撃粉砕機）、ボールミル、振動ボールミル、ジェッ
トミル、撹拌ミル、遊星粉砕機等にかけて、最大直径６
０μｍ以下であり、かつ直径６０〜３．９μｍのものが
全体の６０重量％以上を占めるように予備粉砕する。

【００１４】次いで、該粉砕物を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球状化微粉砕処理
法により、少なくともその６０重量％以上が直径３．９
〜３０μｍの球状化セメントとなす。得られた球状化セ
メントの直径が３０．０μｍを越えると、それを配合し
たモルタル、生コンクリートの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
が残存してしまい、セメント硬化物の強度発現等に有効
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、それを配合したモルタル、
生コンクリートの流動性の向上があまり期待できない。
そして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、それを配合したモルタルペ
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、かつ水量
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。

【００１５】本発明では前記のごとく、このセメントク
リンカー粉末（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
分間通過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）を製造するものであるが、同装置内においては、当
初セメントクリンカーの角部が削られて微小な粉体が生
じ、次いでこの微小な粉体が未だ完全に球状化されてい
ないが角部がとれて略球形となっているセメントクリン
カーの凹部に、主に充填するこどくして付着し、最終的
に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付着充填されて
いるため）、一定粒径範囲の球状化セメントとなる。な
お、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
の低下を招くので好ましくない。

【００１６】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険を
防止することができる。

【００１７】また、上記球状化セメントを使用してモル
タルを調製すると、例えば水セメント比を大幅に低くす
ることができ、同一水量のセメントモルタルにおいて
は、球状化セメント使用のモルタルは普通ポルトランド
セメント使用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。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の球状化セメントの具体的製造
例等について説明する。まず、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ー微小粒子を、市販
の微粉砕機、クリプトロンＫＴＭ−ＯＺ型（川崎重工業
株式会社製）で９０００ｒｐｍで２〜３秒間、２回処理
を行った。その結果得られた粉砕セメントクリンカーの
粒度範囲は最大粒子が４０μｍ程度、粒子の平均粒径が
９μｍ程度であり、かさ密度が最密充填で１．６８ｇ／
ｃｍ^３、粗充填で０．９１ｇ／ｃｍ^３程度であった。

【００１９】次に上記クリプトロン粉砕処理で得られた
予備粉砕セメント粒子を、市販の高速気流中衝撃装置で
ある「ハイブリタイザー」（商品名：株式会社奈良機
械製作所製）に供給し、２〜２０分間運転させる。該高
速気流中衝撃装置は、図１、図２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。図１は、その断面図、図２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、１０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。

【００２０】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、回転盤４の回転数は４０００〜１６０００ｒ
ｐｍ（気流速度８０〜１００ｍ／ｓ）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１
１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。

【００２１】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（球状化セメント）が
得られる。この粉砕から球状化に至る模式図を図５に示
す。すなわち、図５（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ーが、（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ー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付
着し、主に凹部に微粉が充填付着される。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ー粉２３が付着充填された球状化
セメント２０が形成される。

【００２２】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、クリプトロンシステム（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。

【００２３】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、よってワーカビィリティの
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。

【００２４】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
ばシリカヒュームを５〜３０％添加する。すると、図３
に断面を示すこどく、球状化セメント２０の全球面上に
シリカヒューム超微粒子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、シリカヒューム（ＳｉＯ_２）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ュ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。

【００２５】図４に示すものは、母粒子がシリカヒュー
ム２１で、子粒子がセメントクリンカー超微粒子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、シリカヒュ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ーは、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
メントクリンカーの副産物として、残部微細分を更に分
級して得ることができる。

【００２６】次に、本発明方法による予備粉砕処理を行
ったセメントクリンカー粉砕物の球状化処理時間と得ら
れた球状化セメントを配合したモルタルの流動性（フロ
ー値）、及び予備粉砕処理を行わないセメントクリンカ
ーの球状化処理時間と得られた球状化セメントを配合し
たモルタルの流動性（フロー値）のグラフ図を図６に示
す。なお、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、これをＪＩＳＲ５
２０１に定める試験法にしたがって供試体調製を行い、
フロー値試験を行ったものである。また、該試験に用い
たモルタルは、球状化セメント：砂（豊浦産標準砂）＝
１：２、水／球状化セメント＝５５％であった。

【００２７】図６からみて、予備粉砕処理したセメント
クリンカーを球状化処理して得られた球状化セメントを
使用したモルタルは、予備粉砕処理なしのセメントクリ
ンカーを球状化処理して得られた球状化セメントを使用
したモルタルに比較して、モルタルのフロー値が格段に
向上していることが理解できる。特に、球状化処理時間
１〜２０分間、特に２〜１０分間において、両者間に顕
著な差異が認められる。本方法によれば、予備粉砕処理
をしない場合に比較して、球状化処理時間は最高で１／
６以下に短縮できた。すなわち例えばフロー値２７０の
モルタルを得る場合、球状化処理時間は予備粉砕処理を
行ったものでは３分間で足りたが、予備粉砕処理を行わ
なかったものでは２０分間を要した。なお、予備粉砕処
理の時間は例えば、クリプトロン粉砕機では数秒間で足
りるので、球状化セメントの製造時間の増加にはさして
影響しない。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したとおり、予めセメントク
リンカーを粉砕して一定粒度範囲とした後に最終球状化
微粉砕処理を行う本発明方法によれば、全体としての球
状化セメント製造時間が大幅に短縮される。その結果、
単位時間当たりの生産性が増大し、その製造コストを大
いに低減でき、工業規模で球状化セメント使用コンクリ
ートの提供を可能となし得る。また、本発明方法によれ
ば、従来の球状化セメント製造の球状化処理時間に比較
して大幅に低減された短時間の球状化処理により、フロ
ー値の高いモルタルを提供し得る球状化セメントが製造
できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いられる高速気流中衝撃装置の断面
図、

【図２】図１の側断面図、

【図３】表面にシリカヒュームが被着された球状化セメ
ント微小粒子の断面図、

【図４】表面にセメント超微粒子が被着されたシリカヒ
ュームの断面図、

【図５】（ａ）〜（ｄ）はセメントクリンカーの粉砕か
ら球状化に至る模式図、

【図６】予備粉砕処理を行ったセメントクリンカー粉砕
物の球状化処理時間とモルタルのフロー値、及び予備粉
砕処理を行わないセメントクリンカーの球状化処理時間
とモルタルのフロー値のグラフ図、

【符号の説明】

１：ケーシング、２：前部カバー、３：後部カバー、４：回転盤、５：ブレード、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、１１：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：原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’：球状化セメント微小粒子本体、２１：シリカヒューム、２２：超微粒子セメントクリンカー、２３：微小セメントクリンカー粉、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントクリンカーを予備粉砕して、少
なくとも最大直径が６０μｍ以下であり、かつ直径６０
〜３．９μｍのものが全体の６０重量％以上を占めるよ
うになした後、それを球状化微粉砕処理して、全体の少
なくともその６０重量％以上を直径３．９〜３０μｍの
球状化セメントとなすことを特徴とする球状化セメント
の製造方法。
【請求項２】セメントクリンカーの粉砕が、機械式微
粉砕法により行われることを特徴とする請求項１記載の
球状化セメントの製造方法。
【請求項３】球状化微粉砕処理が、高速気流中衝撃法
によって行われることを特徴とする請求項１又は２記載
の球状化セメントの製造方法。
【請求項４】球状化微粉砕処理が、機械化学的表面融
合法によって行われ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の製造方法。
【請求項５】球状化微粉砕処理が、クリプトロンシス
テム（球形化機能を有する機械式微粉砕方式）法により
行われることを特徴とする請求項１又は２記載の球状化
セメントの製造方法。
【請求項６】球状化セメントが、その粒子の外周面が
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
であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の球状化セメントの製造方法。
【請求項７】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
が付着され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１ないし６のいずれかに記載の球状
化セメント硬化物の製造方法。