JP7017965B2 - フライアッシュ混合セメントの強度発現性の向上方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」（以下「ＪＩＳ Ａ ６２０１」という。）に規定するフライアッシュII種の材齢２８日における活性度指数（８０％以上）を満たさないフライアッシュの強度発現性を向上させる方法等に関する。
フライアッシュ含有コンクリートは、フライアッシュのポゾラン反応によりコンクリート中のマトリックスが緻密になるため、長期の強度発現性や耐久性が向上するとされている。また、フライアッシュは一般に球状粒子であるから、コンクリートに添加するとフライアッシュのボールベアリング作用により、フライアッシュ含有コンクリートの流動性が向上するとされている。
しかし、フライアッシュ含有コンクリートの短・中期の材齢における強度発現性は低下するため、フライアッシュ含有コンクリートは該強度発現性が要求される用途に適さない。
また、ＪＩＳ Ａ ６２０１では、フライアッシュII種～IV種のフロー値比（フライアッシュ無添加モルタルのフロー値に対するフライアッシュ添加モルタルのフロー値の比）は、下限が９５～７５％と規定されており、この下限が１００％未満であることは、フライアッシュを添加してもコンクリートの流動性は向上しない場合があり得ることを示している。
また、ＪＩＳ Ａ ６２０１では、フライアッシュII種～IV種のフロー値比（フライアッシュ無添加モルタルのフロー値に対するフライアッシュ添加モルタルのフロー値の比）は、下限が９５～７５％と規定されており、この下限が１００％未満であることは、フライアッシュを添加してもコンクリートの流動性は向上しない場合があり得ることを示している。
そこで、フライアッシュを活性化する方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１に記載の石炭灰の活性化方法は、石炭灰７０～９７質量％と水３～３０質量％を混合した後、該混合物を１０～３０℃で１日以上養生して石炭灰を活性化する方法である。しかし、この方法は活性化した石炭灰を得るのに２８日もの長い養生期間を要する。
また、特許文献２に記載のフライアッシュの活性度改善手法は、フライアッシュを粉砕して所定の比表面積に調整する粉砕工程、前記粉砕工程によって粉砕されたフライアッシュに、ナトリウム塩化合物を添加するナトリウム塩添加工程、およびカルシウム塩化合物を添加するカルシウム塩添加工程を具備する方法である。また、特許文献３に記載のフライアッシュの活性化方法は、微粉砕フライアッシュを製造する際に、粉砕助剤として７％以下のアルカリ性液体を添加する方法である。
しかし、これらの方法は、フライアッシュに対し物理的および化学的処理を行うため手間がかかり、またアルカリ等の薬剤が必要なためコスト高になる。
例えば、特許文献１に記載の石炭灰の活性化方法は、石炭灰７０～９７質量％と水３～３０質量％を混合した後、該混合物を１０～３０℃で１日以上養生して石炭灰を活性化する方法である。しかし、この方法は活性化した石炭灰を得るのに２８日もの長い養生期間を要する。
また、特許文献２に記載のフライアッシュの活性度改善手法は、フライアッシュを粉砕して所定の比表面積に調整する粉砕工程、前記粉砕工程によって粉砕されたフライアッシュに、ナトリウム塩化合物を添加するナトリウム塩添加工程、およびカルシウム塩化合物を添加するカルシウム塩添加工程を具備する方法である。また、特許文献３に記載のフライアッシュの活性化方法は、微粉砕フライアッシュを製造する際に、粉砕助剤として７％以下のアルカリ性液体を添加する方法である。
しかし、これらの方法は、フライアッシュに対し物理的および化学的処理を行うため手間がかかり、またアルカリ等の薬剤が必要なためコスト高になる。
そこで、本発明は、コスト高になる薬剤を使用することなく、短期間でより簡易な手段により、フライアッシュの強度発現性を向上させる方法等を提供することを目的とする。
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、下記の構成を有するフライアッシュ混合セメントの強度発現性の向上方法は前記目的にかなうことを見い出し、本発明を完成させた。
［１］下記のフライアッシュに、下記の普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュ混合セメントの強度発現性を向上させる、フライアッシュ混合セメントの強度発現性の向上方法。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満であって、活性度指数以外の品質は前記ＪＩＳに規定するフライアッシュII種の規定を満たすフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
［１］下記のフライアッシュに、下記の普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュ混合セメントの強度発現性を向上させる、フライアッシュ混合セメントの強度発現性の向上方法。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満であって、活性度指数以外の品質は前記ＪＩＳに規定するフライアッシュII種の規定を満たすフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
本発明のフライアッシュの強度発現性の向上方法によれば、コスト高になる薬剤を使用することなく、短期間でより簡易な手段により、フライアッシュの強度発現性が向上する。また、本発明のフライアッシュ混合セメントは強度発現性が高い。また、本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法によれば、強度発現性が向上したフライアッシュ混合セメントを容易に得ることができる。
本発明は、前記のとおり、前記フライアッシュに、前記普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュの強度発現性を向上させる方法であり、また、本発明は、前記フライアッシュおよび普通ポルトランドセメントαを含むセメントであり、さらに、本発明は、前記フライアッシュおよび普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュを含むセメントを製造する方法である。
以下、フライアッシュの強度発現性の向上方法、フライアッシュ混合セメント、およびその製造方法に分けて説明する。
以下、フライアッシュの強度発現性の向上方法、フライアッシュ混合セメント、およびその製造方法に分けて説明する。
１．フライアッシュの強度発現性の向上方法
該方法は、下記のフライアッシュに、下記の普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュの強度発現性を向上させる、フライアッシュの強度発現性の向上方法である。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満のフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
該方法は、下記のフライアッシュに、下記の普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュの強度発現性を向上させる、フライアッシュの強度発現性の向上方法である。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満のフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
本発明において、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定する活性度指数を測定するために用いる、普通ポルトランドセメント（任意に選んだ３社の普通ポルトランドセメントを等量ずつ混合した混合物）は、（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、および（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の、いずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβである。
すなわち、本発明の技術的特徴は、強度発現性の向上効果が見られないフライアッシュでも、このフライアッシュに、（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、および（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の条件を満たす普通ポルトランドセメントαを、一般の普通ポルトランドセメントの中から選択して用いれば、フライアッシュの強度発現性が向上する点にある。
すなわち、本発明の技術的特徴は、強度発現性の向上効果が見られないフライアッシュでも、このフライアッシュに、（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、および（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の条件を満たす普通ポルトランドセメントαを、一般の普通ポルトランドセメントの中から選択して用いれば、フライアッシュの強度発現性が向上する点にある。
普通ポルトランドセメントαは、材齢２８日の活性度指数がフライアッシュII種の規格を満さなかったフライアッシュと混合すると、後掲の表３、４に示すように、フライアッシュの強度発現性が向上する効果がある。なお、この炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは２．２～４．８質量％、より好ましくは２．４～４．６質量％であり、このニッケルの含有率は、好ましくは２０～６５ｐｐｍ、より好ましくは２５～６０ｐｐｍ、さらに好ましくは３０～５５ｐｐｍである。
本発明において、普通ポルトランドセメントαのセメント鉱物の組成は、特に制限されない。また、普通ポルトランドセメントαのブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートの流動性および強度発現性が向上することから、好ましくは３０００～３５００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３1００～３４００ｃｍ２／ｇである。なお、普通ポルトランドセメントαは、少量混合成分として高炉スラグ粉末を含むことができる。
本発明において用いるフライアッシュは、普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が８０％未満のフライアッシュである。なお、該フライアッシュは、材齢２８日の活性度指数以外の品質は、該ＪＩＳに規定するライアッシュII種の規格を満たすことが好ましい。
２．フライアッシュ混合セメント、およびその製造方法
本発明のフライアッシュ混合セメントは、下記のフライアッシュ、および下記の普通ポルトランドセメントαを少なくとも含むセメントである。
また、本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法は、下記のフライアッシュ、および下記の普通ポルトランドセメントαを少なくとも混合して、該フライアッシュを含むフライアッシュ混合セメントを製造する方法である。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満のフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
なお、前記フライアッシュ、および普通ポルトランドセメントαの混合機は、ヘンシェルミキサ、ボールミル等の市販の混合機が挙げられる。
本発明のフライアッシュ混合セメントは、下記のフライアッシュ、および下記の普通ポルトランドセメントαを少なくとも含むセメントである。
また、本発明のフライアッシュ混合セメントの製造方法は、下記のフライアッシュ、および下記の普通ポルトランドセメントαを少なくとも混合して、該フライアッシュを含むフライアッシュ混合セメントを製造する方法である。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満のフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
なお、前記フライアッシュ、および普通ポルトランドセメントαの混合機は、ヘンシェルミキサ、ボールミル等の市販の混合機が挙げられる。
以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）普通ポルトランドセメント
表１に記載のセメント鉱物を有する普通ポルトランドセメントＡ～Ｋを用いた。ただし、普通ポルトランドセメントα（Ａ～Ｇ）の炭酸カルシウムの含有率は、２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率は７０ｐｐｍ以下である。これに対し、普通ポルトランドセメントβ（Ｈ～Ｋ）の炭酸カルシウムの含有率は２．０～５．０質量％の範囲外か、または、ニッケルの含有率は７０ｐｐｍ超である（表１中の斜数字）。なお、普通ポルトランドセメントＡ～ＫのＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した材齢２８日における圧縮強度を表１に示す。
１．使用材料
（１）普通ポルトランドセメント
表１に記載のセメント鉱物を有する普通ポルトランドセメントＡ～Ｋを用いた。ただし、普通ポルトランドセメントα（Ａ～Ｇ）の炭酸カルシウムの含有率は、２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率は７０ｐｐｍ以下である。これに対し、普通ポルトランドセメントβ（Ｈ～Ｋ）の炭酸カルシウムの含有率は２．０～５．０質量％の範囲外か、または、ニッケルの含有率は７０ｐｐｍ超である（表１中の斜数字）。なお、普通ポルトランドセメントＡ～ＫのＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した材齢２８日における圧縮強度を表１に示す。
（２）フライアッシュａおよびｂ
フライアッシュａは、表２のＦＡａ欄に示す化学組成、ブレーン比表面積（ＢＬ）、および材齢２８日における活性度指数（ＡＩ）を有する。また、フライアッシュｂは、表２のＦＡｂ欄に示す化学組成、ブレーン比表面積（ＢＬ）、および材齢２８日における活性度指数（ＡＩ）を有する。なお、活性度指数を除き、フライアッシュａおよびｂのいずれも、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定するフライアッシュII種の品質（二酸化けい素含有量、湿分、および強熱減量等）を満たす。
なお、活性度指数の測定に用いた普通ポルトランドセメントは、太平洋セメント、住友大阪セメント、および宇部興産の各社製の普通ポルトランドセメントを等量ずつ混合した混合物であり、ボーグ式を用いて算出した各種セメント鉱物の含有率は、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）が５９．０質量％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）が１２．５質量％、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）が９．１質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）が９．５質量％であり、また、炭酸カルシウムの含有率は１．３質量％、ニッケルの含有率は５３ｐｐｍであり、この混合物は普通ポルトランドセメントβに相当するものである。また、該普通ポルトランドセメントのＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した材齢２８日の圧縮強度は６０．１Ｎ／ｍｍ２である。
フライアッシュａは、表２のＦＡａ欄に示す化学組成、ブレーン比表面積（ＢＬ）、および材齢２８日における活性度指数（ＡＩ）を有する。また、フライアッシュｂは、表２のＦＡｂ欄に示す化学組成、ブレーン比表面積（ＢＬ）、および材齢２８日における活性度指数（ＡＩ）を有する。なお、活性度指数を除き、フライアッシュａおよびｂのいずれも、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定するフライアッシュII種の品質（二酸化けい素含有量、湿分、および強熱減量等）を満たす。
なお、活性度指数の測定に用いた普通ポルトランドセメントは、太平洋セメント、住友大阪セメント、および宇部興産の各社製の普通ポルトランドセメントを等量ずつ混合した混合物であり、ボーグ式を用いて算出した各種セメント鉱物の含有率は、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）が５９．０質量％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓ）が１２．５質量％、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）が９．１質量％、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦ）が９．５質量％であり、また、炭酸カルシウムの含有率は１．３質量％、ニッケルの含有率は５３ｐｐｍであり、この混合物は普通ポルトランドセメントβに相当するものである。また、該普通ポルトランドセメントのＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した材齢２８日の圧縮強度は６０．１Ｎ／ｍｍ２である。
（３）細骨材および水
細骨材はＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定する標準砂を用い、水は水道水を用いた。
細骨材はＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定する標準砂を用い、水は水道水を用いた。
２．フライアッシュａの強度発現性の向上効果の評価
表１の普通ポルトランドセメントＡ～Ｆ、Ｈ～Ｊのそれぞれ７５質量部と、フライアッシュａ２５質量部を混合して得たフライアッシュ含有セメントを用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して、該フライアッシュ含有セメントのモルタルの材齢２８日における圧縮強度を測定した。
これらの結果を表３に示す。なお、表３中の強度比とは、表３中のフライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度／表１中の普通ポルトランドセメントモルタルの圧縮強度の比である。
表１の普通ポルトランドセメントＡ～Ｆ、Ｈ～Ｊのそれぞれ７５質量部と、フライアッシュａ２５質量部を混合して得たフライアッシュ含有セメントを用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して、該フライアッシュ含有セメントのモルタルの材齢２８日における圧縮強度を測定した。
これらの結果を表３に示す。なお、表３中の強度比とは、表３中のフライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度／表１中の普通ポルトランドセメントモルタルの圧縮強度の比である。
３．フライアッシュｂの強度発現性の向上効果の評価
表１の普通ポルトランドセメントＡ、Ｂ、Ｇ、Ｉ、およびＫのそれぞれ７５質量部と、フライアッシュｂ２５質量部を混合して得たフライアッシュ含有セメントを用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して、該フライアッシュ含有セメントのモルタルの材齢２８日における圧縮強度を測定した。
これらの結果を表４に示す。なお、表４中の強度比とは、表４中のフライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度／表１中の普通ポルトランドセメントモルタルの圧縮強度の比である。
表１の普通ポルトランドセメントＡ、Ｂ、Ｇ、Ｉ、およびＫのそれぞれ７５質量部と、フライアッシュｂ２５質量部を混合して得たフライアッシュ含有セメントを用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して、該フライアッシュ含有セメントのモルタルの材齢２８日における圧縮強度を測定した。
これらの結果を表４に示す。なお、表４中の強度比とは、表４中のフライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度／表１中の普通ポルトランドセメントモルタルの圧縮強度の比である。
４．測定結果について
表３、４に示すように、普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、それぞれ７８．０％および７７．０％未満である（フライアッシュII種の規格値である８０％以上を満たさない）フライアッシュａおよびｂであっても、普通ポルトランドセメントα（Ａ～Ｇ）と混合することにより、該フライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度が向上し、その強度比が０．８１～０．８６に向上した。
これに対し、フライアッシュａおよびｂは、普通ポルトランドセメントαの条件を満たさない普通ポルトランドセメントβ（Ｈ～Ｋ）と混合しても、該フライアッシュ含有セメントモルタルの強度比は０．８未満であり、圧縮強度の向上は見られなかった。
表３、４に示すように、普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、それぞれ７８．０％および７７．０％未満である（フライアッシュII種の規格値である８０％以上を満たさない）フライアッシュａおよびｂであっても、普通ポルトランドセメントα（Ａ～Ｇ）と混合することにより、該フライアッシュ含有セメントモルタルの圧縮強度が向上し、その強度比が０．８１～０．８６に向上した。
これに対し、フライアッシュａおよびｂは、普通ポルトランドセメントαの条件を満たさない普通ポルトランドセメントβ（Ｈ～Ｋ）と混合しても、該フライアッシュ含有セメントモルタルの強度比は０．８未満であり、圧縮強度の向上は見られなかった。
Claims (1)
- 下記のフライアッシュに、下記の普通ポルトランドセメントαを混合して、該フライアッシュ混合セメントの強度発現性を向上させる、フライアッシュ混合セメントの強度発現性の向上方法。
［フライアッシュ］
（i）炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％
（ii）ニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下
のいずれか１つ以上を満たさない普通ポルトランドセメントβを用いて、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して測定した材齢２８日の活性度指数が、８０％未満であって、活性度指数以外の品質は前記ＪＩＳに規定するフライアッシュII種の規定を満たすフライアッシュ
［普通ポルトランドセメントα］
炭酸カルシウムの含有率が２．０～５．０質量％、およびニッケルの含有率が７０ｐｐｍ以下の普通ポルトランドセメント
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