(57)【要約】【課題】Ｘ線源が不要で、かつ、透過法や気体吸着法に比べて容易にシリカフューム含有物の比表面積を推定する。【解決手段】本発明の実施者は、シリカフューム含有物の試料を準備し、その比表面積を測定するとともに、色差計を用いて上述した試料の色差を測定する。色差計により、Ｌａｂ表色系におけるＬ＊値、ａ＊値、ｂ＊値が得られたら、実施者は、これらの値から、例えば、総合色差ＤＥを算出する。これらの試料について、比表面積及び色差の測定値が得られたら、実施者は、これらの測定値に基づいて検量線を作成する。検量線が得られたら、実施者は、比表面積の推定が求められている粉体を準備し、色差計を用いてこの粉体の色差を測定し、測定した粉体の色差と、作成した検量線とを用いて、粉体の比表面積を推定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定するステップと、
前記ステップにおいて測定された前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定するステップと、
を有する粉体の比表面積の推定方法。
【請求項２】
複数種別の粉体のそれぞれに対し、請求項１に記載の推定方法を行い、推定された前記比表面積を用いて、前記複数種別の粉体の中から１以上の種別の粉体を選択するステップと、
前記ステップにおいて選択された前記１以上の種別の粉体を用いてコンクリート組成物を製造するステップと、
を有する前記コンクリート組成物の製造方法。
【請求項３】
色差計を用いて測定された、コンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を取得する取得部と、
取得した前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定する推定部と、
を有する推定装置。
【請求項４】
コンピュータに、
色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定させるステップと、
前記ステップにおいて測定された前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体の比表面積の推定方法、コンクリート組成物の製造方法、推定装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レディーミクストコンクリート工場、又はプレキャストコンクリート工場において製造されるコンクリート組成物であって、設計基準強度が１００ニュートン毎平方ミリメートル（以下［Ｎ／ｍｍ2］ともいう）を超えるコンクリート組成物を「超高強度コンクリート」という。
【０００３】
非特許文献１は、超高強度コンクリートを製造する一般的な方法として、低熱ポルトランドセメントと、ＢＥＴ比表面積が２０平方メートル程度のシリカフュームとを、概ね９：１の割合で予め混合（プレミックス）したセメントを用いる方法が記載されている。以下、シリカフュームが混合されたセメントを「シリカフューム混合セメント」と呼ぶ。
【０００４】
また、非特許文献１では、上述したシリカフューム混合セメントの他に、このセメントに使用されるシリカフュームよりもＢＥＴ比表面積が小さい（例えば１５平方メートル以下）シリカフュームを、混和材として使用している。
【０００５】
以下、超高強度コンクリートに用いられる、シリカフュームを含有する材料を「シリカフューム含有物」と呼ぶ。上述したシリカフューム混合セメント、及び、混和材として使用されるシリカフュームは、いずれも、シリカフューム含有物である。
【０００６】
シリカフューム含有物をプレミックス又は混和材として使用する目的は、マイクロフィラー効果や最密充填効果により、コンクリート組成物の高強度化を図るとともに流動性を改善することにある。しかし、同一銘柄のシリカフューム含有物であっても、それらの品質は、ロットごとに大幅なバラツキがあり、安定しない。なぜなら、シリカフューム混合セメントの成分であるシリカフュームや、シリカフューム含有物として用いられるシリカフュームは、フェロシリコン、金属シリコンおよび電融ジルコニア等を製造する際に発生するダストを集塵した際に得られる副産物であるためである。
【０００７】
特に、シリカフューム含有物の比表面積のバラツキは一般的に大きく、同一銘柄のシリカフューム含有物に対して化学混和剤の添加量を増減させても目的とする流動性および施工性が確保できないことがあった。
【０００８】
なお、シリカフュームの単体としての平均粒径は、一次粒子である場合、望ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であるが、これにもバラツキがあり、一般的には０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下である。
【０００９】
なかでも、スランプフローが小さいコンクリート組成物の場合、ワーカビリティーが低下し、工事現場において、対象の部材に打ち込むことができなくなる可能性がある。また、この場合、粘性が非常に大きくなり、工場の混練機で十分に混練できない等の不具合も予想される。
【００１０】
スランプフローに大きく影響を及ぼす要因の一つとして考えられるのが、シリカフューム含有物の比表面積である。非特許文献２では、シリカフューム含有物の比表面積がスランプフローに大きな影響を与えていることが確認されている。したがって、高強度コンクリート製造時には、シリカフューム含有物の比表面積を測定し、事前に評価する必要がある。
【００１１】
従来、シリカフューム含有物の比表面積は、透過法又は気体吸着法によって測定されていた。透過法とは、粉体の充填層に水、空気等の流体を流して、粉体の粒径と流体の透過性の関係により、粉体の比表面積を求める方法である。気体吸着法とは、ＢＥＴ法とも呼ばれる方法であり、粉体粒子の表面に、予め吸着占有面積が分かっているガス分子を吸着させ、その吸着量から試料の比表面積を測定する方法である。
【００１２】
特許文献１には、小角Ｘ線散乱法によって得られる小角Ｘ線散乱曲線の始点から終点までの散乱角度についての積分値であるＸ線散乱積分強度と、比表面積とがほぼ直線関係にあることに基づき、被測定物についてＸ線散乱積分強度を求め、既知のＸ線散乱積分強度と比表面積の関係から、その被測定物の比表面積を求める比表面積の測定方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−１３３２２１号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】井戸康浩他：Fc200N/mm2超高強度コンクリートの製造品質に関する研究、コンクリート工学年次論文集、vol.36、No.1、pp.1456-1461、2014
【非特許文献２】高橋祐一他：結合材の比表面積が超高強度コンクリートのワーカビリティーに及ぼす影響に関する基礎検討、コンクリート工学年次論文集、Vol.40、No.1、pp.1209-1214、2018
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、従来の透過法や気体吸着法は、測定に時間がかかる上、高価な測定装置が必要であるため、高強度コンクリート製造時に適さない。また、特許文献１の技術は、小角Ｘ線散乱法を用いるため、Ｘ線源が必要である。
【００１６】
本願の発明の目的の一つは、Ｘ線源が不要で、かつ、透過法や気体吸着法に比べて容易にシリカフューム含有物の比表面積を推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１に係る粉体の比表面積の推定方法は、色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定するステップと、前記ステップにおいて測定された前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定するステップと、を有する粉体の比表面積の推定方法である。
【００１８】
本発明の請求項２に係るコンクリート組成物の製造方法は、複数種別の粉体のそれぞれに対し、請求項１に記載の推定方法を行い、推定された前記比表面積を用いて、前記複数種別の粉体の中から１以上の種別の粉体を選択するステップと、前記ステップにおいて選択された前記１以上の種別の粉体を用いてコンクリート組成物を製造するステップと、を有する前記コンクリート組成物の製造方法である。
【００１９】
本発明の請求項３に係る推定装置は、色差計を用いて測定された、コンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を取得する取得部と、取得した前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定する推定部と、を有する推定装置である。
【００２０】
本発明の請求項４に係るプログラムは、コンピュータに、色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定させるステップと、前記ステップにおいて測定された前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定するステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｘ線源が不要で、かつ、透過法や気体吸着法に比べて容易にシリカフューム含有物の比表面積を推定することできる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜実施形態＞
本発明に係る粉体の比表面積の推定方法は、コンクリート組成物の製造に用いる粉体について、その比表面積の推定値が求められているときに、例えば以下の（１）から（５）までに示した各ステップに沿って実施される。
【００２３】
ここで、「コンクリート組成物の製造に用いる粉体」とは、シリカフューム含有物を含む粉体である。この粉体におけるシリカフューム含有物の含有率は、例えば、重量基準で５０％以上であることが望ましい。
【００２４】
（１）シリカフューム含有物の比表面積の測定
まず、本発明の実施者は、シリカフューム含有物の試料を複数、準備し、それぞれの比表面積を測定する。比表面積の測定には、透過法や気体吸着法等の従来の方法を用いればよい。
【００２５】
（２）シリカフューム含有物の色差の測定
また、実施者は、色差計を用いて上述した複数の試料の色差をそれぞれ測定する。実施者は、色差の測定として、例えば、試料であるシリカフューム含有物の各々を、開口部を上方に向けた有底筒状の容器であるシャーレに溢れる程度に収容し、シャーレの開口部側から転圧する。そして、この実施者は、スライドガラスを使用して、シャーレの開口部に合わせてその試料をすり切り、試料の上面に載せたスライドガラス越しに色差計を設置して、試料の上面の色差を測定すればよい。色差計により、Ｌａｂ表色系におけるＬ＊値、ａ＊値、ｂ＊値が得られたら、実施者は、これらの値から、例えば、総合色差ＤＥを算出する。総合色差ＤＥは次の式（１）で求める。
【００２６】
（数１）
ＤＥ＝……（１）
【００２７】
すなわち、総合色差ＤＥは、Ｌ＊値、ａ＊値、ｂ＊値をそれぞれ２乗した値の合計の平方根である。これは、Ｌａｂ表色系を示す三次元空間において、原点と、Ｌ＊値、ａ＊値、ｂ＊値で表される点とのユークリッド距離に相当する。
【００２８】
なお、これらの試料についての、比表面積の測定、及び色差の測定は、順序を問わない。
【００２９】
（３）検量線作成
次に、これらの試料について、比表面積及び色差の測定値が得られたら、実施者は、これらの測定値に基づいて検量線を作成する。この検量線は、本発明における、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係である。
【００３０】
（４）粉体の色差の測定
検量線が得られたら、実施者は、比表面積の推定が求められている粉体を準備し、色差計を用いてこの粉体の色差を測定する。このステップは、本発明における、色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定するステップである。
【００３１】
（５）粉体の比表面積の推定
本発明の実施者は、測定した粉体の色差と、作成した検量線とを用いて、粉体の比表面積を推定する。このステップは、本発明における、測定された粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、粉体の比表面積を推定するステップである。
【００３２】
上述した通り従来技術では、コンクリート組成物の製造に用いる粉体を、その比表面積により選択する場合、その粉体に対して、毎回、透過法や気体吸着法等、時間のかかる測定をしなければならなかった。また、比表面積を推定する場合にＸ線源が必要になっていた。
【００３３】
一方、本発明によれば、予め準備したシリカフューム含有物の試料について、比表面積と色差との関係を求めておけば、コンクリート組成物の製造に用いる粉体に対し、可視光の下で色差計を用いて、その色差を測定するだけで、この粉体の比表面積を推定することができる。
【００３４】
＜実験例＞
本発明の発明者は、コンクリート組成物の製造に用いる粉体として採用するシリカフューム含有物について、色差計による色差の測定、及び上述した気体吸着法（すなわち、ＢＥＴ法）による比表面積の測定をそれぞれ行った。色差の測定には、ＴＥＳ社製「ＴＥＳ−１３５」カラーアナライザー色差計を用いた。シリカフューム含有物には、シリカフューム、及びシリカフューム混合セメントをそれぞれ準備した。これらは、それぞれ同一銘柄の異なるロットの試料である。
【００３５】
（１）シリカフュームについての実験
シリカフュームの試料（試料番号１〜４）について測定した色差及びBET比表面積の測定結果は表１の通りとなった。
【００３６】
【表１】
2020165801.tif 000002
【００３７】
この結果から、Ｌ＊を説明変数ｘ、比表面積を目的変数ｙとして解析すると以下の式（２）に示す回帰直線が得られた。
【００３８】
（数２）
ｙ＝４９．９０５８５５−０．４９８０９６・ｘ  …（２）
【００３９】
この式（２）における決定係数はＲ2＝０．８５７８であり、残差標準偏差はＳE＝０．９６０４である。
【００４０】
一方、表１に示す結果から、総合色差ＤＥを説明変数ｘ、比表面積を目的変数ｙとして解析すると以下の式（３）に示す回帰直線が得られた。
【００４１】
（数３）
ｙ＝５０．０１９３０４−０．４９９０６５・ｘ  …（３）
【００４２】
この式（３）における決定係数はＲ2＝０．８５８８であり、残差標準偏差はＳE＝０．９５７２である。
【００４３】
すなわち、説明変数ｘをＬ＊にするよりも、総合色差ＤＥにした方が、決定係数Ｒ2が増加し（０．８５７８＜０．８５８８）、残差標準偏差ＳEが減少した（０．９６０４＞０．９５７２）。
【００４４】
決定係数Ｒ2は、推定された回帰式の適合の良さを示す指標であり、その数値が高いほど回帰式の適合度が高いことを示している。また、残差標準偏差ＳEは、推定された回帰式からのデータのばらつき程度を示すものであり、その数値が低いほど回帰式の精度が高いことを示している。
【００４５】
したがって、表１に示す結果によると、説明変数ｘをＬ＊にするよりも、総合色差ＤＥにした方が、回帰式の適合度及び精度の少なくともいずれかが高くなる可能性があることがわかった。
【００４６】
上述した検量線を実験室で得た後、さらに、発明者は、上述した４つの試料（試料番号１〜４）とは別に、コンクリート組成物の製造に用いる粉体として、上述した試料と同一ロットのシリカフューム（以下、粉体Ａという）を用意した。そして、発明者は、この粉体Ａの色差を測定するとともに、確認のため、この粉体ＡのBET比表面積を上述した気体吸着法により測定した。
【００４７】
粉体Ａの色差は、ａ＊＝−２．４８５、ｂ＊＝２．３００、Ｌ＊＝７９．９７であった。したがって、総合色差ＤＥ＝８０．０４１７である。また、粉体ＡのBET比表面積の実測値は、１０．３４５７であった。
【００４８】
発明者は、上述した式（２）に粉体Ａについて測定したＬ＊を代入して比表面積を推定した。また、発明者は、上述した式（３）に粉体Ａについて算出したＤＥを代入して比表面積を推定した。すなわち、発明者は、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、粉体の比表面積を推定した。
【００４９】
上述した式（２）によれば、粉体Ａの比表面積の推定値はｙ＝４９．９０５８５５−０．４９８０９６・（７９．９７）＝１０．０７３１である。
また、上述した式（３）によれば、粉体Ａの比表面積の推定値はｙ＝５０．０１９３０４−０．４９９０６５・（８０．０４１７）＝１０．０７３３である。
【００５０】
（２）シリカフューム混合セメントについての実験
シリカフューム混合セメントの試料（試料番号５〜８）について測定した色差及びBET比表面積の測定結果は表２の通りとなった。
【００５１】
【表２】
2020165801.tif 000003
【００５２】
この結果から、Ｌ＊を説明変数ｘ、比表面積を目的変数ｙとして解析すると以下の式（４）に示す回帰直線が得られた。
【００５３】
（数４）
ｙ＝４．７９１３９２−０．０３４２８６・ｘ  …（４）
【００５４】
この式（４）における決定係数はＲ2＝０．９６６２であり、残差標準偏差はＳE＝０．０１６０である。
【００５５】
一方、表２に示す結果から、総合色差ＤＥを説明変数ｘ、比表面積を目的変数ｙとして解析すると以下の式（５）に示す回帰直線が得られた。
【００５６】
（数５）
ｙ＝４．８６８４１４−０．０３５３５６・ｘ  …（５）
【００５７】
この式（５）における決定係数はＲ2＝０．９６６６であり、残差標準偏差はＳE＝０．０１５９である。
【００５８】
すなわち、説明変数ｘをＬ＊にするよりも、総合色差ＤＥにした方が、決定係数Ｒ2が増加し（０．９６６２＜０．９６６６）、残差標準偏差ＳEが減少した（０．０１６０＞０．０１５９）。
【００５９】
したがって、表２に示す結果によると、説明変数ｘをＬ＊にするよりも、総合色差ＤＥにした方が、回帰式の適合度及び精度の少なくともいずれかが高くなる可能性があることがわかった。
【００６０】
上述した検量線を実験室で得た後、さらに、発明者は、上述した４つの試料（試料番号５〜８）とは別に、コンクリート組成物の製造に用いる粉体として、上述した試料と同一銘柄のロットの異なるシリカフューム混合セメント（以下、粉体Ｂという）を用意した。そして、発明者は、この粉体Ｂの色差を測定するとともに、確認のため、この粉体ＢのBET比表面積を上述した気体吸着法により測定した。
【００６１】
粉体Ｂの色差は、ａ＊＝−０．７３０、ｂ＊＝７．６２２、Ｌ＊＝５４．８７であった。したがって、総合色差ＤＥ＝５５．４０１７である。また、粉体ＢのBET比表面積の実測値は、２．９１５９であった。
【００６２】
発明者は、上述した式（４）に粉体Ｂについて測定したＬ＊を代入して比表面積を推定した。また、発明者は、上述した式（５）に粉体Ｂについて算出したＤＥを代入して比表面積を推定した。すなわち、発明者は、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、粉体の比表面積を推定した。
【００６３】
上述した式（４）によれば、粉体Ｂの比表面積の推定値はｙ＝４．７９１３９２−０．０３４２８６・（５４．８７）＝２．９１０１である。
また、上述した式（５）によれば、粉体Ｂの比表面積の推定値はｙ＝４．８６８４１４−０．０３５３５６・（５５．４０１７）＝２．９０９６である。
【００６４】
上述の実験例（１）（２）に示した通り、シリカフューム含有物は、同一銘柄であってもロットが異なることで比表面積にバラツキが生じ易い。本発明によれば、こういった特性を有するシリカフューム含有物について、簡易に測定可能な色差を測定するだけで、その比表面積を比較的高精度で推定することができる。
【００６５】
＜変形例＞
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組合せてもよい。
【００６６】
＜１＞
上述した実施形態において、推定された比表面積は、コンクリート組成物の製造方法に利用されるとよい。本発明の実施者は、複数種別の粉体のそれぞれに対し、上述した推定方法を行う。そして、この実施者は、推定された比表面積を用いて、複数種別の粉体の中から１以上の種別の粉体を選択するとよい。この実施者は、選択された１以上の種別の粉体を用いてコンクリート組成物を製造するとよい。
【００６７】
本発明に係る比表面積の推定方法をコンクリート組成物の製造方法に利用することで、シリカフュームの比表面積をロット毎に簡便に評価できるので、コンクリート組成物の流動性及び施工性が確保される。
【００６８】
＜２＞
上述した粉体の比表面積の推定方法は、装置によって行われてもよい。この装置は、色差計を用いて測定された、コンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を取得する取得部と、取得したこの粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、この粉体の比表面積を推定する推定部と、を有する推定装置である。
【００６９】
＜３＞
上述した推定装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御手段、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有するコンピュータでもよい。このコンピュータは、粉体の色差を測定する色差計や推定した比表面積を利用者に報知する報知機器（例えば、液晶ディスプレイ等）に接続され、これらを制御するとよい。このコンピュータによって実行されるコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）は、磁気テープ及び磁気ディスク等の磁気記録媒体、光ディスク等の光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリ等の、コンピュータ装置が読取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムは、インターネット等の通信回線経由でダウンロードされてもよい。すなわち、このプログラムは、コンピュータに、色差計を用いてコンクリート組成物の製造に用いる粉体の色差を測定させるステップと、前記ステップにおいて測定された前記粉体の色差、及び、予め特定されたシリカフューム含有物の比表面積と色差との関係を用いて、前記粉体の比表面積を推定するステップと、を実行させるためのプログラムである。なお、上述した推定装置によって例示した制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置が適用される場合があり、例えば、専用のプロセッサ等が用いられる。