JP2011141185A

JP2011141185A - 水硬性粉体に含まれる２種の粉体の混合割合推定方法

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Publication number: JP2011141185A
Application number: JP2010001719A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Araki; 昭俊荒木; Hidehiro Tanaka; 秀弘田中; Toshio Kawauchi; 敏夫川内
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】従来の管理方法に替わる色差計を応用した迅速に２種の粉体の混合割合を推定する方法を提供する。
【解決手段】Ｌab表色系色相表示の明度差（ΔＬ：絶対値）が１０以上を示す２種の粉体が混合された水硬性粉体を透明なガラス性又は樹脂性の容器に充填し、前記容器の底面を色差計の光の照射口に置き、前記容器底面に光を照射したときのL値、a値、b値を求め、同様にして予め求めた２種の粉体どちらか単独の粉体のL値、a値、b値との差から色差（ΔＥ）を計算することにより、水硬性粉体に含有する２種の粉体の混合割合を推定する混合割合推定方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水硬性粉体に含まれる２種の粉体の混合割合を推定する方法に関する。

水硬性粉体は土木・建築分野などで広範に使用され、多種多様なものが存在する。代表的なセメントでは、セメント単体を使うばかりでなく、予め工場でセメント以外の各種混和材料を事前に混合した粉体（既調合水硬性粉体）を使用する場合が多い。このような混合粉体は、所定の割合で混合されていることを検査した後に工場から出荷する。従来の検査方法としては、混合する前の原料の計量値で確認する方法、混合した後に、蛍光Ｘ線分析によって確認する方法、ＪＩＳＲ５２０２に規定された湿式の化学分析によって確認する方法などが挙げられる。

原料の計量値を確認する方法は、原料の仕込み量を確認するものであり、混合された製品の混合不足による不均一性や、粉体の輸送時などで発生する偏析などによる不均一性を確認することができない。
蛍光Ｘ線分析で確認する方法は、一般的によく用いられている方法であるが、互いに同じ元素成分で構成され、似かよった組成割合を持つ２種の粉体の場合、その混合割合を推定することは困難である。また、装置も非常に高価であり、複数台用意することはコストもかかり製造工程が数箇所もある場合の工程検査を行う場合は迅速な対応ができない場合があった。
化学分析で確認する方法は、湿式による方法であるため、分析者は熟練を要し、結果が判るまで時間も要するため迅速な判定が要求される工程管理には向いていない。

色差計は種々の分野で使用されている。例えば、塗料・インキ分野、印刷分野、染色分野、樹脂・プラスチック分野、食品分野、化粧品分野などが挙げられる。水硬性材料を扱う分野での利用例としては、硬化したポリマーセメント組成物表面の湿潤時と乾燥時の色差を確認する場合に利用するもの（特許文献１参照）、コンクリート構造物を補修する際に、補修材と未補修箇所のコンクリートの色合いに違和感が発生しないように色合わせをする場合の指標として利用されている（非特許文献１参照）。
水硬性粉体を扱う分野では、いずれも硬化した水硬性材料の色具合を判定する方法で色差計を使用しており、水硬性粉末を製造する段階の品質管理に使用したものではない。

特開２００６−１５１７０３号公報

地濃茂雄、吉田晃：コンクリート構造物表面層の不具合補修に関する研究、コンクリート工学年次論文報告集、ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．１、４１９−４２４、１９９８

本発明者は、上記のような従来の管理方法に替わる色差計を応用した迅速に２種の粉体の混合割合を推定する方法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）Ｌab表色系色相表示の明度差（ΔＬ：絶対値）が１０以上を示す２種の粉体が混合された水硬性粉体を透明なガラス性又は樹脂性の容器に充填し、前記容器の底面を色差計の光の照射口に置き、前記容器底面に光を照射したときのL値、a値、b値を求め、同様にして予め求めた２種の粉体どちらか単独の粉体のL値、a値、b値との差から色差（ΔＥ）を計算することにより、水硬性粉体に含有する２種の粉体の混合割合を推定する混合割合推定方法、（２）水硬性粉体がセメントを含む（１）の混合割合推定方法、（３）水硬性粉体の粒度がブレーン比表面積で７０００ｃｍ^２／ｇ以上である（１）又は（２）の混合割合推定方法、（４）２種の粉体の合計量が占める割合が全材料の８０質量％以上である水硬性粉体の混合割合を推定する（１）〜（３）のうちのいずれかの混合割合推定方法、（５）２種の粉体の割合が、明度が高い方の粉体１００質量部に対して、明度が低い粉体が１〜８０質量部である水硬性粉体の混合割合を推定する（１）〜（４）のうちのいずれかである混合割合推定方法、である。

本発明の混合割合推定方法を用いることで、水硬性粉末の製造段階で迅速に混合割合を検査することが可能となる。

色差（ΔＥ）とセメント（普通ポルトランドセメント）の混合割合の関係色差（Ｅ）とセメント（普通ポルトランドセメント）の混合割合の関係色差（ΔＥ）とセメント（普通ポルトランドセメント）の混合割合の関係色差（ΔＥ）と高炉セメントＢ種の混合割合の関係

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

本発明は、Ｌａｂ表色系の色相を利用して、複数の粉体が混合された（好ましくはブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２／ｇ以上の）水硬性粉体に含まれる粉体の混合割合を推定する方法であり、色差計によって測定する。Ｌは、白〜黒の無彩色の度合いを数値化した値であり明度（明るさ）を現す指標であり、０〜１００の値を示し０に近いほど暗黒色に近づき、１００に近いほどまぶしいくらいの白色に近づく。ａ及びｂは、彩度（鮮やかさ）を数値化した値であり、ａは−１２０〜＋１２０の値を示し、−１２０に近いほど鮮やかな緑色、＋１２０に近いほど鮮やかな赤色に近づく、ｂもまた、−１２０〜＋１２０の値を示し、−１２０に近いほど鮮やかな青色、＋１２０に近いほど鮮やかな黄色に近づき、ａ及びｂ共に値が０であればグレー色（無彩色）を示す。

本発明の色差（ΔＥ）は、下記式（１）で求める。
基準となる２種の粉体どちらか単独のＬ値、ａ値、ｂ値をＬs、ａs、ｂsとし、混合された水硬性粉末のＬ値、ａ値、ｂ値をＬm、ａm、ｂmとする。
ΔＥ＝〔（Ｌm−Ｌs）^２＋（ａm−ａs）^２＋（ｂm−ｂs）^２〕^０．５（１）

予め、混合割合が既知の水硬性粉体のΔＥを式（１）で求め、検量線を作成しておけば、未知の混合割合の水硬性粉体のΔＥを測定することで混合割合を推定することが可能となる。
混合する粉体の条件としては、２種の粉体間の明度差（ΔＬ）は１０以上であることである。２種の粉体の明度差はΔＬが１０以上であれば、どちらを基準としてもよい。ΔＬが１０未満では、２種の粉体の混合割合に対するΔＥの変化量が小さくなり推定誤差が大きくなる場合がある。

本発明の色差計の測定は、粉体のＬａｂを測定するために透明な容器に粉体を充填し、その容器底面に光を照射して測定するものである。使用できる容器は、透明であればガラス製、樹脂製のものが使用できる。容器のサイズは特に限定するものではないが、照射口の大きさによって変える必要があり、照射する光が外部に逃げないように照射口よりも大きなサイズであればよい。容器の形状は、特に限定すするものではなく、たとえば、円柱状、角柱状の容器が挙げられる。

容器に充填するサンプルの量は、充填後のサンプルの厚みが５ｍｍ以上になるような量があればよい。５ｍｍ未満であると、照射光がサンプルを透過してしまい正確な値を測定できない場合がある。また、サンプルを容器に充填する際は、粉体から透過する光を防止するために圧力を加え圧密することが重要である。圧密度合いは特に限定するものではないが、容器内径と同じサイズの圧密棒などを用いて人力で圧密する程度で構わない。５ｍｍ以上の厚みにすることができない少量サンプルを測定するときは、
容器をセットした後に光が漏れないように黒いカバーを被せて測定することもできる。

本発明の水硬性粉体は、２種の水硬性粉体のΔＬが１０以上を示す粉体である。例えば、セメントを基準にすれば、スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉末、急結剤や急硬剤の成分であるカルシウムアルミネート類、膨張材の成分であるアウインやカルシウムアルミノフェライト、粘土鉱物、粉末ポリマー、セッコウなどが挙げられる。

本発明のセメントは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメント、アルミナセメントが挙げられる。

本発明の水硬性粉体のブレーン比表面積は特に限定するものではないが、光の乱反射が少なくなる点で７０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。７０００ｃｍ^２／ｇ未満でも、同程度のブレ−ン比表面積を持つ基準となる粉体単体を使用すれば問題ない。

本発明の混合割合の推定方法では、２種の粉体の合計量が占める割合が全材料の８０％以上である水硬性粉体が使用でき、セメントとセメントとのΔＬが１０以上を示す各種混和材の合計が全水硬性粉末の８０％以上を占め、残り２０％未満は、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤などの添加剤が１種又は２種以上含有してもよい。

本発明の混合割合の推定方法では、２種の粉体の割合が、明度が高い方の粉体１００部に対して、明度が低い粉体が１〜８０部である水硬性粉体であることが好ましい。明度が低い粉体の混合割合が８０％を越えると、ΔＥが小さくなり混合割合の推定が困難になる場合がある。

「実施例１」
スラグ１００部に対してセメントを表１に示すように混合し基準（用いたスラグ単体）に対するΔＥを求め検量線を作成した。結果を表１に示す。また、そのデータを基に作成した検量線を図１、２に示す。

（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメントの分級品、電気化学工業社製、ブレーン比表面積８９００ｃｍ^２／ｇ
スラグ：高炉水砕スラグ微粉末、市販品、ブレーン比表面積８１００ｃｍ^２／ｇ

（測定方法）
スラグ単体及び所定の割合で混合したセメント・スラグ混合品を１００ｇ調整し、アクリル樹脂製専用容器（φ２ｃｍ×高さ２ｃｍの円柱状アクリル樹脂性容器）に厚みが５ｍｍ以上となるように圧密しながらサンプルを充填した（サンプル量：６ｇ程度）。充填した容器を色差計の照射口に置き、光を照射してＬ値、ａ値、ｂ値を測定した。ΔＥは、基準となるスラグ単体のＬ値、ａ値、ｂ値から所定の割合で混合した混合物のＬ値、ａ値、ｂ値を差し引いた値を求め、式（１）により算出した。
用いた色差計：簡易型色差計日本電色工業社製形式ＢＰ−１

表１、図１、２から、セメントの混合割合が相関性の良い２次の近似式で検量線を作成できることが分かる。

「実施例２」
スラグ１００部に対してセメントを表１に示すように混合したもの８５部と収縮低減剤５部と炭酸カルシウム１０部からなる水硬性材料を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。また、基準（用いたスラグ単体）に対するΔＥを求め検量線を図３に示す。

（使用材料）
収縮低減剤：日本油脂社製、シュドックスＤＰＳ−Ｅ４０
膨張材：電気化学工業社製ＣＳＡ＃２０

表２、図３から、セメントの混合割合が相関性の良い２次の近似式で検量線を作成できることが分かる。

「実施例３」
スラグ１００部に対してセメント２５部となるようにリボンミキサーに投入した。１バッチあたりの混合量は３ｔとし、５分間混合後、袋詰めを実施した。この操作を５回繰り返しトータル１５ｔ製造した。各バッチから３kgサンプリングした試料を用いたこと以外は実施例１と同様に、基準（用いた実施例１のセメント単体）に対するΔＥを測定し、予め作成した検量線（実験例１）からセメントの混合割合を推定した。なお、比較のために、蛍光Ｘ線分析による推定も行い、本推定方法の妥当性について検証した。結果を表３に示す。

（測定方法）
蛍光Ｘ線分析：セメントに含まれるセッコウに由来する硫黄元素を指標としてＸ線強度と既知の配合割合の関係により検量線を作成し、製造したサンプルの配合割合を推定した。

表３より、本推定方法と蛍光Ｘ線分析で求めた配合割合はほぼ一致することが分かる。また、本推定方法を採用することで、混合直後に製造現場にて測定が可能でるため迅速な判定を行うことができる。

「比較例１」
実施例１のセメント１００部に対して高炉スラグセメントＢ種を表４に示すように混合したこと以外は実施例１と同様に、基準（用いた実施例１のセメント単体）に対するΔＥを求め検量線を作成した。結果を表４に示す。また、そのデータを基に作成した検量線を図４に示す。

（使用材料）
高炉スラグセメントＢ種：電気化学工業社製、ブレーン比表面積３５００ｃｍ^２／ｇ

表４、図４から、２種の粉体間のΔＬが１０未満ではΔＥの変化量が小さく混合割合の推定が困難であることが分かる。

本発明の混合割合推定方法を用いることで、水硬性粉体において、従来の混合割合を検査する手法よりも迅速に混合割合を判定でき、水硬性粉末を製造する段階の工程管理に利用できるので、広範に適用できる。

Claims

Ｌab表色系色相表示の明度差（ΔＬ：絶対値）が１０以上を示す２種の粉体が混合された水硬性粉体を透明なガラス性又は樹脂性の容器に充填し、前記容器の底面を色差計の光の照射口に置き、前記容器底面に光を照射したときのL値、a値、b値を求め、同様にして予め求めた２種の粉体どちらか単独の粉体のL値、a値、b値との差から色差（ΔＥ）を計算することにより、水硬性粉体に含有する２種の粉体の混合割合を推定する混合割合推定方法。
水硬性粉体がセメントを含む請求項１記載の混合割合推定方法。
水硬性粉体の粒度がブレーン比表面積で７０００ｃｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の混合割合推定方法。
２種の粉体の合計量が占める割合が全材料の８０質量％以上である水硬性粉体の混合割合を推定する請求項１〜３のうちのいずれか１項記載の混合割合推定方法。
２種の粉体の割合が、明度が高い方の粉体１００質量部に対して、明度が低い粉体が１〜８０質量部である水硬性粉体の混合割合を推定する請求項１〜４のうちのいずれか１項記載の混合割合推定方法。