JPH0354139A - コンクリート混和材の製造方法 - 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〕 本発明は高強度やアルカリ骨材反応抑制や水密性が要求
される高品質コンクリート製造時に必要な混和材及びそ
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のコンクリートは平均粒径（以下、ｄ５。

と記す）２０〜３０μｍのセメントと粗骨材（砕石〉と
細骨材（砂）と混和剤及び水とを混合して作られている
が、圧縮強度が３００ｋｇｆ／ｃｎｔ程度しかない。し
かし最近は超高層ビルのＪｊＱ加などに伴い、高強度コ
ンクリートの需要が増加しており、１９７０年代からノ
ルウェーやデンマーク等でＳｌ０２含有量が多くて、ｄ
，。が１μｍ以下の超微粒シリカを数１０重量％の割合
でセメントに混合使用することにより圧縮強度が１　０
　０　０　ｋｇｆ／ｃＪ以上の高強度コンクリートが製
造可能であることが確認されている。

しかしながら、超微粒シリカは非常に高価格であるため
に、セメントに対して２０重量％混入したとしてもセメ
ント単価をかなり上げることになり、経済性の面から未
だ実用化されていないのが実状である。

またサブミクロンの超微粒シリカは凝集性が非常に強い
ために、ハンドリング、特にセメントとの均一混合分散
が難しく、従来のコンクリート製造プロセスがそのまま
適用できないという問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記技術水準に鑑み、高価な超微粒シリカの使
用量を減じても十分高強度のコンクリートが得られるコ
ンクリート混和材及びその製造方法を提供しようとする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のコンクリート混和材は、機械的粉砕によって得
られるシリカ含有物の粉砕微粒と、シリカ含有物の高温
気化法あるいは加水分解法等によって得られる超微粒シ
リカを混合することにより２つの粒度分布をもってなる
コンクリート混和材である。そして、上記コンクリート
混和材において、シリカ含有物が石炭火力発電所で発生
する石炭灰や珪石、シラスであり、かつシリカ含有物の
粉砕微粒と超微粒シリカの平均粒径がそれぞれ１〜５μ
ｍと０、０５〜０．５μｍであるようにすること及び上
記コンクリート混和材をシリカ含有物の粉砕微粒と超微
粒シリカと水と混和剤とを混合してスラリー状とするこ
とを特に好ましい態様とするものである。

また、本発明のコンクＩＪ　−　ト混和柑の製造方法は
、シリカ含有物の粉砕微粒を湿式攪拌ミルで製造し、か
つ超微粒シリカと混和剤を該ミル人口で添加し、該ミル
内でシリカ含有物の粉砕と水、超微粒シリカ、混和剤の
混合を同時に行うコンクリート混和材の製造方法である
。そして、上記コンクリート混和材の製造方法において
、湿式攪拌ミルによる粉砕と混合を固形分濃度５０〜９
０重量％で行うようにすることを特に好ましい態様とす
るものである。

すなわち、本発明のコンクリート混和材は、セメントと
超微粒シリカの中間の粒径を有ずる安価で大量製造可能
なシリカ含有物の粉砕微粒（以下、これを単に粉砕シリ
カと記す）をコンクリート混和材原料として使用するこ
とによって高価な超微粒シリカの使用量を減らして、コ
ンクリート混和材のコストを下げると共に、最密充填理
論に基いてセメントに混合した場合に最も強度と施工性
（流動性）が向上ずる粒度分布を有するフニ／クリート
混和材としたものであり、また、本発明のコンクリート
混和材の製造方法は、超微４立シリカのハンドリング性
と分敗性を向上するために、湿式攪拌ミルでシリカ含有
物の粉砕と超微粒シリカと水と混和桐の混合分敗を同時
に行い、該４成分が十分混合分敗したスラリー状混和材
を製造する方法である。

〔作用〕

超微粒シリカをセメントに混入するとコンクリートの強
度と流動性が向上する理由を第３図によって説明する。

第３図は粒子充填モデルを示す模式図であり、第３図（
ａ）は従来のセメント粒子だけの充填モデル、第３図（
ｂ）はセメント粒子と超微粒シリカの充填モデル、第３
図（ｃ）は最密充填時の粒子直径を求める真球のモデル
、第３図（ｄ）は本発明のセメント粒子と粉砕シリカと
超微粒シリカの充填モデルを表わし、第３図中、ｌはセ
メント粒子、２は間隙水、３は超微粒シリカ、４は粉砕
シリカを示す。

超微粒シリカをセメントに混入すると、（１）　　第３
図（ａ）のセメント粒子１の間の間隙水２を、第３図（
ｂ）の超微粒シリカ３が追い出し、粒子の緻密性が増し
、かつ５１［（駄な間隙水２が減り、流動媒体としての
水が増える（最密充填効果） （２）真球に近い細い多数の超微粒シリカ粒子によるべ
了リング効果が生ずる ことである。

従って、コンクリートの強度や流動性を向上（以下、単
に、高品質化と記す）させるためには、最密充填を如何
に経済的に効率的に行わせるか）′大きな課題になる。

粒子が完全に真球の場合には、大きな粒径ｄ。

のセメント粒子ｌの間隙を埋める小さな粒径の粒子４の
最大径ｄ１は、第３図（Ｃ）に示すように、（ｄ＋／　
２　＋　ｄｏ／　２　）　ＣＯＳ３［１　＝　ｄｏ／　
２となるのでｄｌ＝ｄｏ／６．５である。

そこで本発明者らは、最密充填には１／６．５の等比級
数となる粒径分布の粒子群を混合するのが理論的に最適
であることに着目した。具体的にはセメント粒子のｄ，
。は２０〜３０μｍであり、また実際の粒子は真級では
なく、かつ粒度分布をもっているので、ｄｓｏが１〜５
μｍの微粒とｄ，。が０，０５〜０．５μｍの超微粒を
混合するのが最適であることを数多くの実験により確認
した。そして、前者の微粒として安価な粉砕シリカと後
者の超微粒として超微粒シリカを使用することにより、
高価な超微粒シリカの使用量を従来の約１／１０に低減
してもｆｉＩｆａ粒シリ力単独の場合と比較して同等以
上の品質のコンクリートが製造できることを確認した。

また前記のベアリング効果を発揮させるためには、超微
粒シリカが十分に分敗している必要があるが、超微粒シ
リカは比表面積が非常に大きく、凝集性が非常に強い。

そこで本発明者らは湿式攪拌ミル入口に超微粒シリカと
水と分散用混和剤を添加し、湿式攪拌ミルでシリカ含有
物の粉砕と混合分散を同時に行うことによりこれを解決
した。

更に本発明ではコンクリート混和材を十分に混合分散し
たスラリー状混和祠としてコンクリート製造者に提供す
ることができるために従来のコンクリート製造工程を何
ら変えることなく容易に高品質コンクリートの製造が可
能である。

前述の適正粒径をもった粉砕シリカと超微粒シリカとを
セメントに混合することにより、第３図（ｄ）に示すよ
うに、セメント粒子１間隙を粉砕シリカ４が埋め、この
粉砕シリカ４の間隙を超微粒シリカ３が埋めるので非常
に効率のよい最密充填が可能となる。

本発明者らが先に提案した湿式攪拌ミルである粉砕装置
、すμわち、相対的に回転される外筒と内筒とを備え、
これら外筒と内筒との間を粉砕室とした粉砕装置、及び
該粉砕装置の外筒及び／又は内筒る翼を取付けた粉砕装
置（特願昭６１〜３８８１１号）を使用すると、湿式攪
拌ミル内では非常に強い剪断力が働くために、凝集超微
粒シリカは解離し、粒子表面は剪断力で活性化している
ので、同時に添加している混和剤が粒子表面に均一に吸
着するために非常に女定した分１１ｋ超微粒シリカが得
られる。

更に湿式攪拌ミル出口では粉砕シリカとの混合も終了し
たスラリー状混和材となっているのでセメント、水、骨
材とこの混和材との混合分敗が非常にスムーズに行われ
る。

なお、前記湿式攪拌ミル内での粉砕は粒子同士が互いに
接触し、いわゆる粒子相互摩砕作用が大きい程粉砕性が
向上する。この摩砕作用を行わせるためには、湿式攪拌
ミル内の固形分濃度が５０ｗｔ％より低過ぎると粒子の
接触確率が低くなり、また濃度が９Ｑｗｔ％より高過ぎ
るとミル内の攪拌メディア（ボール）と固形分との共廻
り現象が生じ剪断力が低下する。このため、摩砕作用を
効果的に行わせる固形分濃度は５０〜９０重量％が適正
である。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図によって説明する。

第１図は本発明の混和材製造システムの実施例であり、
粉砕シリカ及び超微粒シリカの原科として石炭焚き火力
発電所で発生する石炭灰を使用し、高温気化法によって
得られた超微粒シリカを使用した例である。なお、石炭
灰以外にも日本各地で採れる珪石やシラスも本発明の原
料となる。

以下具体的に説明する。

原料ホッパ−１内の石炭灰は、フィーダ２によって供給
管３を通ってチューブミル５に送られる。チューブミル
５内には粉砕用ボールが充填されており、給水管４によ
り送られた水と一緒にｄ，。が１０μｍ程度に湿式１次
粉砕される。

なお、必要に応じてチューブミル入口には薬注管ｌ８か
ら減水剤としての界面活性剤である混和剤（レ才ビルド
ＳＰ−９ＨＳ　：日四マスタービルダーズ社製）が供給
される。粉砕された石炭灰スラリーは排出管６よりコレ
クトタンク７へ送られ、ポンブ９により輸送管８．１０
を通って湿式攪拌ミル１１に送られて、ｄ，。が１〜５
μｍに微粉砕される。攪拌ミル１１の人口には混和剤タ
ンク１５、薬注管１４、ｌ７、ポンブ１６により混和剤
と超微粒ホッパ１９からフィーダ２０、供給管２１を通
って超微粒シリカが供給される。

把拌ミル１１内には直径が数ｍｍから十数ｍｍのボール
が充満されており、攪拌翼（図示せず）により激しく運
転しており、このボールの運動により石炭灰が微粉砕さ
れると同時に、超微粒シリカと混和剤が混合分敗されて
、均一で安定した粉砕シリカと超微粒シリカと混和剤と
水とからなるコンクリート混和材が製造されて、輸送管
１２を通って製品タンク１３にＩＩ′Ｐ蔵される。

第２図は第１図の実施例に従い、把拌ミル１１内の固形
分濃度を変化した時の試験結果例である。なお、超微粒
シリカは石炭灰に対して１０重量％、混和剤は合計固形
分量に対して０．２５重量％添加した。

固形分濃度が５０ｗｔ％より低過ぎると粒子相互の摩砕
作用が低下し粉砕製が悪くなり、かつ粉砕動力原単位も
高い。逆に９０重量％以上の高濃度になると動力原単位
は低いが、スラリー粘度が高くなり過ぎてボールとスラ
リーの共廻り現象が始まり粉砕性が低下する。

以上、粉砕性と動力原単位から攪拌ミル内の固形分濃度
は５０〜９０重量％が適正であることが明らかになった
。

第１表は第１図及び第２図の実施例に従い製造した混和
材を実際にセメントに混合し、コンクリートの強度評価
試験を実施した例である。

なお、スランプ値（施工性）が一定の条件でテストを実
施した。第１表より本発明の混和材を２０％使用した場
合、混和材なしに比較して３倍以上強度が増加し、また
高価な超微粒シリカ単独の混和祠を２０％使用時と比較
して強度は若干上廻り、セメントコスト（混和祠コスト
を含む）が半分以下と安価である。

〔発明の効果〕

以１二、本発明により、 （１）従来のセメントコストと殆んど同じでコンクリー
ト強度を３倍以上向上可能となる。

（２）　　同じ施工性（スランプ価）でも水／（セメン
ト→一混和材）比が小さい、即ち余分な水が少いために
ひび割れがまったくなく、かつ永和反応熱も低く押えら
れる。

（３）微粒子のべ了リング効果により水／（七メン１・
十混和材）が同じ場合には流動性が大巾に向上し、コン
クリートの長距離ポンプ輸送が可能となる。

（４）スラリー状混和材であるため品質が安定しており
、かつ従来のコンクリート製造工程がそのまま使える。

（５）般近石炭焚き火力発電所の増加に伴い急増してい
る石炭灰の大量有効利用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の混和柑製逍の工程図、第２
図は本発明の一実施例の湿式１｛１拌ミルの石炭灰粉砕
試験結果例を示す図表、第３図は粒子充填モデルを示す
模式図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械的粉砕によって得られるシリカ含有物の粉砕
   微粒と、シリカ含有物の高温気化法あるいは加水分解法
   等によって得られる超微粒シリカを混合することにより
   ２つの粒度分布をもってなることを特徴とするコンクリ
   ート混和材。
2. （２）シリカ含有物が石炭火力発電所で発生する石炭灰
   や珪石、シラスであり、かつシリカ含有物の粉砕微粒と
   超微粒シリカの平均粒径がそれぞれ１〜５μｍと０．０
   ５〜０．５μｍであることを特徴とする請求項（１）記
   載のコンクリート混和材。
3. （３）シリカ含有物の粉砕微粒と超微粒シリカと水と混
   和剤とを混合し、スラリー状としてなることを特徴とす
   る請求項（１）又は（２）記載のコンクリート混和材。
4. （４）シリカ含有物の粉砕微粒を湿式攪拌ミルで製造し
   、かつ超微粒シリカと混和剤を該ミル入口で添加し、該
   ミル内でシリカ含有物の粉砕と水、超微粒シリカ、混和
   剤の混合を同時に行うことを特徴とするコンクリート混
   和材の製造方法。
5. （５）湿式撹拌ミルによる粉砕と混合を固形分濃度５０
   〜９０重量％で行うことを特徴とする請求項（４）記載
   のコンクリート混和材の製造方法。