(57)【要約】【課題】本発明は、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを原料に用いても、モルタル等の混練時間を短縮できるセメント添加材の製造方法と、プレミックスセメント組成物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のセメント添加材の製造方法は、粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上のシリカフュームと、ブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇの無機粉体（ただし、セメントを除く。）を、該シリカフューム１００質量部に対し無機粉末を１０〜２００質量部の割合で、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して混合し、セメント添加材を製造する方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上のシリカフュームと、ブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇの無機粉体（ただし、セメントを除く。）を、該シリカフューム１００質量部に対し無機粉末を１０〜２００質量部の割合で、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して混合し、セメント添加材を製造する、セメント添加材の製造方法。
【請求項２】
前記無機粉末が、石英粉末、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石炭灰粉末、石膏粉末、および石灰石粉末から選ばれる１種以上を含む、請求項１に記載のセメント添加材の製造方法。
【請求項３】
前記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機が、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサである、請求項１または２のいずれかに記載のプレミックスセメント組成物の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント添加材の製造方法で製造したセメント添加材と、セメントを混合してプレミックスセメント組成物を製造する、プレミックスセメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒体シリカフューム（ＪＩＳ  Ａ  ６２０７「コンクリート用シリカフューム」に規定するシリカフュームをいう。）、または、一部若しくは全部が凝集したシリカフューム（以下「凝集シリカフューム」という。）を原料に用いたセメント添加材の製造方法と、該セメント添加材を原料に用いたプレミックスタイプのセメント組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高強度モルタルまたは高強度コンクリート用混和材として、粉体シリカフュームが多用されている。しかし、粉体シリカフュームは、通常、ＢＥＴ比表面積が１５〜２５ｍ２／ｇの微粒子であり、嵩高くハンドリング性に劣り、保管中に一部が凝集して不均質な凝集物を含む凝集シリカフュームになり易い。そこで、粉体シリカフュームを混和材として用いる場合、保管性や運搬時の作業性の向上を目的に、粉体シリカフュームを粒体状に加工して、粒体シリカフュームとして出荷することが多い。
しかし、粒体シリカフュームや凝集シリカヒュームを含むモルタルやコンクリート（以下「モルタル等」という。）の混練では、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを解砕するのに時間がかかるため、粉体シリカフュームを含むモルタル等と比べ混練時間が長くなり、その分モルタル等の製造効率が低下する。
【０００３】
かつては、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ程度の比較的大きな粒径であって凝集しにくく、前記ハンドリング性等の問題が少ないシリカフュームを容易に入手できたが、最近では該入手が困難になりつつある。したがって、現在、粒体シリカフュームや、保管や運搬の過程で該微粒子の一部または全部が凝集した凝集シリカフュームを使わざるを得ない状況にある。
【０００４】
ところで、特許文献１では、珪石にシリカフュームを混合して粉砕して得られるシリカ材料が提案されている。該材料は、シリカフュームが珪石粉の表面に均一に分散して付着した状態で存在するため、シリカフュームは凝集し難く、シリカフュームによるセメント成形品の強度向上効果が高いとされている。ただし、特許文献１に記載のシリカフュームは粉体シリカフュームであり、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを用いた場合、同様の強度向上効果を奏するか否か不明である。また、珪石は被粉砕性に劣るため、珪石と粉体シリカフュームの混合粉砕は手間がかかる。さらに、特許文献１には、前記シリカ材料を用いたモルタル等の混練時間に関し記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１５１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを原料に用いても、モルタル等の混練時間を短縮できるセメント添加材の製造方法と、プレミックスセメント組成物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記目的にかなう製造方法について鋭意検討したところ、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームと、セメント以外の無機粉体を、特定の割合でブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して混合すれば、モルタル等の混練時間を短縮できるセメント添加材等を製造できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するセメント添加材の製造方法と、プレミックスセメント組成物の製造方法である。
【０００８】
［１］粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上のシリカフュームと、ブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇの無機粉体（ただし、セメントを除く。）を、該シリカフューム１００質量部に対し無機粉末を１０〜２００質量部の割合で、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して混合し、セメント添加材を製造する、セメント添加材の製造方法。
［２］前記無機粉末が、石英粉末、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石炭灰粉末、石膏粉末、および石灰石粉末から選ばれる１種以上を含む、前記［１］に記載のセメント添加材の製造方法。
［３］前記ブレード状の撹拌羽根を有する混合機が、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサである、前記［１］または［２］のいずれかに記載のセメント添加材の製造方法。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント添加材の製造方法で製造したセメント添加材と、セメントを混合してプレミックスセメント組成物を製造する、プレミックスセメント組成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセメント添加材の製造方法、およびプレミックスセメント組成物の製造方法によれば、モルタル等の混練時間を短縮できる、シリカフュームを含むセメント添加材およびプレミックスセメント組成物を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明で用いるプロシェアミキサの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について、セメント添加材の製造方法、該セメント添加材の原料、およびプレミックスセメント組成物の製造方法に分けて詳細に説明する。
１．セメント添加材の製造方法
本発明のセメント添加材の製造方法は、前記のとおり、粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上のシリカフュームと、ブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇの無機粉体（ただし、セメントを除く。）を、該シリカフューム１００質量部に対し無機粉末を１０〜２００質量部の割合で、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して混合し、セメント添加材を製造する方法である。
無機粉体の混合割合が前記範囲外では、チョッパーの回転速度が、例えば３６００ｒｐｍと小さい場合、１５分以上混合しないと、モルタル等の混練時間を短縮できるセメント添加材を得ることは難しい。また、無機粉体の混合割合が１０質量部未満では、シリカフュームが混合機の内壁に付着し易い。なお、無機粉体の混合割合は、シリカフューム１００質量部に対し、好ましくは１５〜１５０質量部、より好ましくは２０〜１００質量部である。
シリカフュームと無機粉末の混合時間は、均質なセメント添加材の製造と混合時間の短縮の観点から、好ましくは１４０〜４８０秒、より好ましくは２１０〜４５０秒である。
【００１２】
次に、本発明のセメント添加材の製造方法で用いる混合機について説明する
本発明のセメント添加材の製造方法で用いる混合機は、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機であり、例えば、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサ等が挙げられる。これらの混合機はいずれも、強力な分散力（せん断作用）を有するブレード状の高速攪拌羽根（チョッパーまたはローター）を備えており、その回転速度は概ね１０００〜６０００ｒｐｍの範囲で調整可能である。
【００１３】
そして、プロシェアミキサは、図１にその一例を示すように、主にショベル羽根１とチョッパー２とからなり、材料投入口３から投入された粉体材料はショベル羽根１の混合作用による浮遊拡散混合と、チョッパー２の分散作用による高速せん断分散により分散混合を行った後、材料排出口４から粉体を排出するミキサである。プロシェアミキサを混合機として用いる場合、チョッパーの回転速度が、好ましくは２０００ｒｐｍ以上、より好ましくは３０００ｒｐｍ以上の攪拌能力を有するプロシェアミキサが望ましい。該プロシェアミキサは、例えば、太平洋機工社製のプロシェアミキサがあり、その型式はＷＢ−２０（傾斜型）やＷＢ−２４００が挙げられる。
また、アイリッヒミキサは、例えば、日本アイリッヒ社製のアイリッヒミキサがあり、その型式はＲ０２が挙げられる。また、ヘンシェルミキサは、例えば、日本コークス工業社製のヘンシェルミキサがあり、その型式はＦＭ２０Ｃが挙げられる。
【００１４】
本発明のセメント添加材の製造方法は、チョッパーの回転速度が、例えば３６００ｒｐｍと小さい場合でも、粒体シリカフュームまたは凝集シリカフュームを原料に用いて、モルタル等の混練時間を短縮できるプレミックスセメント組成物を８分以内、好ましくは７．５分以内、より好ましくは７分以内に製造できる。また、チョッパーの回転速度を高くすれば、セメント添加材を６分以内、好ましくは５分以内に製造できる。
【００１５】
２．セメント添加材の原料
（１）シリカフューム
本発明で用いるシリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１２〜２５ｍ２／ｇである。ＢＥＴ比表面積が該範囲を外れると、シリカフュームの入手が困難になる。なお、前記ＢＥＴ比表面積は、より好ましくは１３〜２０ｍ２／ｇである。
前記シリカフュームの中でも、特に好ましくは粒体シリカフュームおよび凝集シリカフュームから選ばれる１種以上のシリカフュームである。粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを用いても、本発明の製造方法により製造したセメント添加材は、モルタル等の混練時間を大幅に短縮できる。
ここで粒体シリカフュームとは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０７に記載されているシリカフュームをいう。本発明で用いる粒体シリカフュームの嵩密度は、好ましくは０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３である。嵩密度がこの範囲を外れると入手が困難になる。
また、凝集シリカフュームとは、例えば、レーザー回折・散乱型粒度分布測定装置で測定した１μｍ以上の粒径の粒子の含有率が２０質量％以上のシリカフュームをいう。
【００１６】
（２）無機粉体
本発明で用いる無機粉末はセメント以外の無機粉末であり、ブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇの石英粉末、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石炭灰粉末、石膏粉末、および石灰石粉末から選ばれる１種以上である。前記無機粉体のブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではモルタル等の強度発現性が低下し、１００００ｃｍ２／ｇを超えるとモルタル等の混練時間を大幅に短縮できるセメント添加材が得られ難くなる。前記ブレーン比表面積は、より好ましくは３０００〜９０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３５００〜８０００ｃｍ２／ｇである。
【００１７】
３．プレミックスセメント組成物の製造方法
次に、プレミックスセメント組成物の製造方法について説明する。
本発明のプレミックスセメント組成物の製造方法は、前記セメント添加材の製造方法により製造したセメント添加材とセメントを混合して、プレミックスセメント組成物を製造する方法である。
【００１８】
(i）セメント
前記セメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメントから選ばれる１種以上が挙げられる。これらのセメントの中でも、モルタル等の流動性や作業性等が高いことから、好ましくは中庸熱ポルトランドセメント、または低熱ポルトランドセメントである。
【００１９】
(ii)プレミックスセメント組成物中のセメント添加材の含有割合
セメント添加材の含有割合は、セメント１００質量部に対し、好ましくは１０〜８０質量部である。該含有割合が該範囲にあれば、モルタル等の流動性と強度発現性は高くなる。なお、該含有割合は、セメント１００質量部に対し、より好ましくは１５〜７０質量部、さらに好ましくは２０〜６０質量部である。
【００２０】
本発明のプレミックスセメント組成物の製造に用いる混合機は、特に限定されず、前記セメント添加材の製造に用いるブレード状の撹拌羽根を有する混合機（例えば、プロシェアミキサ、アイリッヒミキサ、またはヘンシェルミキサ等）や、二軸ミキサ、傾胴ミキサ、またはパン型ミキサ等が挙げられる。
セメント添加材とセメントの混合時間は、均質なプレミックスセメント組成物を製造する観点や混合時間の短縮の観点から、好ましくは６０〜１２０秒、より好ましくは７０〜１１０秒である。
本発明において、セメント添加材を製造した直後に、プレミックスセメント組成物を製造する場合、粒体シリカフュームや凝集シリカフュームを原料に用いた場合でも、モルタル等の混練時間を短縮できるプレミックスセメント組成物を１０分以内、好ましくは９分以内、より好ましくは８分以内に製造できる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は当該実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）中庸熱ポルトランドセメント（略号：ＭＨＣ）
密度は３．０５ｇ／ｃｍ３であり、太平洋セメント社製である。
（２）粒体シリカフューム（略号：Ｇ-ＳＦ）
金属シリコン系シリカフュームであり、ＢＥＴ比表面積は１７．８ｍ２／ｇ、嵩密度は０．６４ｇ／ｃｍ３、密度は２．２５ｇ／ｃｍ３である。また、洛陽済禾社製である。
（３）凝集シリカフューム（略号：Ｃ-ＳＦ）
下記粉体シリカフュームを倉庫内で６月保管して凝集させたシリカフュームで、１μｍ以上の粒径の粒子の含有率は２４質量％である。
（４）粉体シリカフューム（略号：Ｐ-ＳＦ）
金属シリコン系シリカフュームであり、ＢＥＴ比表面積は１８．５ｍ２／ｇ、１μｍ以上の粒径の粒子の含有率は１２質量％、密度は２．２５ｇ／ｃｍ３である。また、エムケム  ジャパン社製である。
（５）石英粉末（略号：Ｐ-ＱＵ）
ブレーン比表面積は７０００ｃｍ２／ｇである。
（６）高炉スラグ粉末（略号：Ｐ-ＢＳ）
ブレーン比表面積は４０００ｃｍ２／ｇである。
（７）細骨材
静岡県掛川市産の山砂である。
（８）高性能減水剤
商品名はマスターグレニウムＳＰ８ＨＵ  Ｘ２[登録商標]であり、ＢＡＳＦジャパン社製である。
（９）空気量調整剤
商品名はマスターエア４０４[登録商標]であり、ＢＡＳＦジャパン社製である。
（１０）水道水
【００２２】
２．セメント添加材（実施例１〜５、および比較例１、２）の製造
表１に示すセメント添加材の原料の混合割合に従い、粒体シリカフュームまたは凝集シリカフュームと、石英粉末または高炉スラグ粉末を、容積が２０リットルのプロシェアミキサ（型式：ＷＢ−２０（傾斜型）、太平洋機工社製、表１において「ＷＢ−２０」と略記した。）に投入して、プロシェアミキサのショベル羽根の周速が３．５ｍ／ｓ、プロシェアミキサのチョッパーの回転速度が３６００ｒｐｍ（周速は１８．８ｍ／ｓ）の操作条件で、表１に示す時間、各原料を混合して、セメント添加材（実施例１〜５、および比較例１、２）を製造した。
【００２３】
３．プレミックスセメント組成物（実施例１〜５、比較例１、２、および参考例１、２）の製造
（１）実施例１〜５、比較例１、２
表１に示すプレミックスセメント組成物の原料の混合割合に従い、製造直後の前記セメント添加材と、中庸熱ポルトランドセメントを、容積が２ｍ２の強制練り二軸ミキサ（型式：ＰＶ−ＩＩ  Ｄ２０００、ブレード状の撹拌羽根のない一般に用いられている混合機、秩父エンジニアリング社製、表１において「ＰＶ−II」と略記した。）に投入して、回転速度が１７ｒｐｍで、表１に示す時間、混合してプレミックスセメント組成物（実施例１〜５、および比較例１、２）を製造した。
（２）参考例１、２
表１に示すセメント添加材およびプレミックスセメント組成物の原料の混合割合に従い、凝集シリカフュームまたは粉体シリカフュームと、石英粉末および中庸熱ポルトランドセメントを、前記強制練り二軸ミキサ（ＰＶ−II）に投入して、回転速度が１７ｒｐｍで、表１に示す時間、一括して混合しプレミックスセメント組成物（参考例１、２）を製造した。
なお、参考例１のプレミックスセメント組成物の製造方法は、セメント添加材を経ることなく１工程でプレミックスセメント組成物を製造する点で、実施例１〜５、比較例１、２のプレミックスセメント組成物の製造方法と異なる。
また、参考例２のプレミックスセメント組成物の製造方法は、粉体シリカフュームを用いた従来のプレミックスセメント組成物の製造方法であり、該従来の方法で製造したプレミックスセメント組成物と、本発明の製造方法を用いて製造したプレミックスセメント組成物を比較して、モルタルの流動化時間等の物性が同等か否か判定（評価）するために、参考例２のプレミックスセメント組成物の製造方法を実施した。
【００２４】
４．モルタルの配合と、モルタルの流動化時間、フロー値、および圧縮強度の測定（その１）
（１）プレミックスセメント組成物を用いたモルタルの配合
試験に用いたモルタルの配合は、水／プレミックスセメント組成物の質量比が０．１４、細骨材／プレミックスセメント組成物の質量比が０．３３、高性能減水剤の添加量がプレミックスセメント組成物の質量×１．５％である。また、モルタルの空気量は空気量調整剤を用いて３％以下に調整した。
【００２５】
（２）モルタルの流動化時間の測定
前記モルタルの配合に従い、プレミックスセメント組成物、細骨材、および水等のモルタルの前記原料を、一括してホバートミキサーに投入し低速で混練して、流動化時間（秒）を測定した。前記プレミックスセメント組成物を用いたモルタルの混練時の性状は、初めは粉状から徐々に大きな塊状に変化し、さらに混練し続けると、流動化した状態に変化するという特異な性状の変化を示す。そして、前記流動化時間とは、混練開始時からモルタルが流動化する状態に至るまでに要した時間をいう。なお、モルタルの混練時間は、前記流動化時間＋１８０秒とした。
【００２６】
（３）モルタルのフロー値と圧縮強度の測定
次に、混練後の流動化したモルタルを用いてＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法  １２  フロー試験」に準拠してモルタルのフローを測定した。ただし、１５回の落下運動は実施しなかった。
さらに、前記モルタルを内径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で２４時間、前置きした後、８５℃で１２時間蒸気養生して試験体を３本製造し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠してモルタルの圧縮強度を測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2018108911.tif 000002
【００２８】
（４）測定結果について
流動化時間は、比較例１を含むモルタルでは９００秒で流動化し、比較例２を含むモルタルでは１２００秒でも流動化しなかったのに対し、実施例１〜５を含むモルタルでは１２５〜２４０秒と、流動化時間を約１／４以下に短縮でき、粉体シリカフュームを用いて製造した参考例２の流動化時間１６０秒と同等である。ちなみに、流動化時間は、モルタル等の製造効率の点から、好ましくは４２０秒以下、より好ましくは３００秒以下であるから、実施例１〜５の流動化時間はより好ましいレベルにある。
また、モルタルのフロー値および圧縮強度は、実施例および比較例ともにほぼ同じで、これらは参考例２とほぼ同じレベルでもある。
以上のことから、本発明の製造方法により製造したプレミックスセメント組成物を用いれば、モルタル等の製造時間を短縮でき、製造効率が向上する。
【００２９】
５．モルタルの配合と、モルタルの流動化時間、フロー値、および圧縮強度の測定(その２）
測定（その２）が測定対象とするモルタルは、前記測定（その１）におけるプレミックスセメント組成物と細骨材等を用いて混練したモルタルとは異なり、セメント添加材とセメントと細骨材等を用いて混練したモルタルである。すなわち、測定（その２）では、シリカフュームを、セメント添加材の形態でモルタルに用いるのに対し、測定（その１）では、プレミックスセメント組成物の形態でモルタルに用いる点で相違する。このように異なる形態でシリカフュームを用いた場合、得られたモルタルの物性が変わるか否か判定（評価）するために、測定(その２）を実施した。
【００３０】
（１）モルタルの配合
試験に用いたモルタルの配合は、水／（セメント添加材および中庸熱ポルトランドセメントの合計）の質量比が０．１４、細骨材／（セメント添加材および中庸熱ポルトランドセメントの合計）の質量比が０．３３、高性能減水剤の添加量が（セメント添加材および中庸熱ポルトランドセメントの合計）の質量×１．５％である。また、モルタルの空気量は空気量調整剤を用いて３％以下に調整した。
なお、使用した前記セメント添加材は実施例１〜３のセメント添加材であり、セメント添加材と中庸熱ポルトランドセメントの混合割合は、表２に示すように、表１の実施例１〜３のプレミックスセメント組成物の原料の混合割合と同じである。
【００３１】
（２）モルタルの流動化時間、フロー値、および圧縮強度の測定
前記モルタルの配合に従い、セメント添加材、中庸熱ポルトランドセメント、細骨材、および水等のモルタルの前記原料を、一括してホバートミキサーに投入し低速で混練して、流動化時間（秒）を測定した。流動化時間の測定方法とモルタルの混練時間は、前記測定（その１）と同じである。また、モルタルのフロー値と圧縮強度の測定方法も、前記測定（その１）と同じである。これらの測定結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2018108911.tif 000003
【００３３】
（３）測定結果について
表２に示すように、実施例１〜３のセメント添加材を用いたモルタルの流動化時間は１３０〜１８５秒、フロー値は２８４〜３０４ｍｍ、圧縮強度は２１５〜２６６Ｎ／ｍｍ２であり、表１に示す実施例１〜３のプレミックスセメント組成物を用いたモルタルの流動化時間、フロー値、および圧縮強度と同等である。したがって、本発明の製造方法により製造したセメント添加材およびプレミックスセメント組成物は、モルタル等に用いた場合、同じ物性を示すことが分かる。
【符号の説明】
【００３４】
１    ショベル羽根
２    チョッパー
３    材料投入口
４    材料排出口
【図１】
2018108911.tif 000004