(57)【要約】【課題】活性度指数を簡易かつ精度よく推定することのできるセメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置および混合セメントの製造方法を提供する。【解決手段】セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する方法であって、セメントと混合材と反応活性剤とを混合し、所定の水粉体比で水と混ぜて試料を作製するステップＳ１と、反応を促進したい所定の促進温度の下で試料の積算発熱量を測定するステップＳ２と、測定した試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定するステップＳ３とを備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する方法であって、
セメントと混合材と反応活性剤とを混合し、所定の水粉体比で水と混ぜて試料を作製するステップと、反応を促進したい所定の促進温度の下で試料の積算発熱量を測定するステップと、測定した試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定するステップとを備えることを特徴とするセメント用混合材の活性度推定方法。
【請求項２】
促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたことを特徴とする請求項１に記載のセメント用混合材の活性度推定方法。
【請求項３】
水粉体比を０．６としたことを特徴とする請求項１または２に記載のセメント用混合材の活性度推定方法。
【請求項４】
セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する装置であって、
セメントと混合材と反応活性剤と水とを所定の水粉体比で混合してなる試料の積算発熱量を、反応を促進したい所定の促進温度の下で測定する測定手段と、測定された試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定する推定手段とを備えることを特徴とするセメント用混合材の活性度推定装置。
【請求項５】
促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたことを特徴とする請求項４に記載のセメント用混合材の活性度推定装置。
【請求項６】
水粉体比を０．６としたことを特徴とする請求項４または５に記載のセメント用混合材の活性度推定装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のセメント用混合材の活性度推定方法を用いて推定された混合材の活性度指数に基づいて混合材を選択し、選択した混合材とセメントとを混合して混合セメントを製造することを特徴とする混合セメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置および混合セメントの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントに混合する混合材の活性度指数はＪＩＳ規格に準じて算定している。例えば高炉スラグ微粉末の場合は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準じて、基準用普通ポルトランドセメントに対し５０％高炉スラグ微粉末を置換して、材齢２８日および９１日の強度への寄与率として、次式［１］で算定する。また、フライアッシュの場合は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準じて、基準用普通ポルトランドセメントに対して２５％フライアッシュを置換して、材齢２８日および９１日の強度への寄与率として、次式［１］で算定する。
【０００３】
Ａｓ＝Ｃ２／Ｃ１×１００      式［１］
ここに、Ａｓ：各材齢の活性度指数（％）
Ｃ１：各材齢における基準モルタルの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ2）
Ｃ２：各材齢における試験モルタルの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ2）
【０００４】
上記の式［１］で求めた活性度指数を基に、混合材の規格値と照らし合わせ、混合材が規格値に合致しているかどうかが判断されるが、その際、図７に示すように、所定の型枠を準備して、２ｋｇ程度のセメントを使用し、その３倍の量の標準砂と共に練混ぜ、打込みを行う必要がある。また、所定の２８日、９１日材齢まで、２０℃の水中で養生を行うことが必要であり、試験体の圧縮試験時の研磨や圧縮試験も考慮すると、人工や時間が大幅にかかることが問題である。例えば、１０水準の活性度試験を行うとなると、試験終了までに人工を含めて多額の費用が掛かることが一般的である。
【０００５】
また、混合材の化学成分がわかっている場合、高炉スラグ微粉末の場合は塩基度［（ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2］、フライアッシュの場合はＭ値［（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｒ2Ｏ）／ＳｉＯ2］と呼ばれる値が活性度指数とある程度の相関があることが報告されているが（例えば、特許文献１、２を参照）、これらの数値は、大変煩雑な元素分析を行う必要があり、例えば検量線の作製が難しいことや、装置の価格が高額であることが問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１８０７４８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９４４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、この活性度指数を簡易かつ精度よく推定することのできる方法が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、活性度指数を簡易かつ精度よく推定することのできるセメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置および混合セメント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】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法は、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する方法であって、セメントと混合材と反応活性剤とを混合し、所定の水粉体比で水と混ぜて試料を作製するステップと、反応を促進したい所定の促進温度の下で試料の積算発熱量を測定するステップと、測定した試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法は、上述した発明において、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法は、上述した発明において、水粉体比を０．６としたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定装置は、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する装置であって、セメントと混合材と反応活性剤と水とを所定の水粉体比で混合してなる試料の積算発熱量を、反応を促進したい所定の促進温度の下で測定する測定手段と、測定された試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定する推定手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置は、上述した発明において、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置は、上述した発明において、水粉体比を０．６としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る混合セメントの製造方法は、上述したセメント用混合材の活性度推定方法を用いて推定された混合材の活性度指数に基づいて混合材を選択し、選択した混合材とセメントとを混合して混合セメントを製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法によれば、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する方法であって、セメントと混合材と反応活性剤とを混合し、所定の水粉体比で水と混ぜて試料を作製するステップと、反応を促進したい所定の促進温度の下で試料の積算発熱量を測定するステップと、測定した試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定するステップとを備えるので、活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法によれば、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法によれば、水粉体比を０．６としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定装置によれば、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する装置であって、セメントと混合材と反応活性剤と水とを所定の水粉体比で混合してなる試料の積算発熱量を、反応を促進したい所定の促進温度の下で測定する測定手段と、測定された試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定する推定手段とを備えるので、活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置によれば、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置によれば、水粉体比を０．６としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係る混合セメントの製造方法によれば、セメント用混合材の活性度推定方法を用いて推定された混合材の活性度指数に基づいて混合材を選択し、選択した混合材とセメントとを混合して混合セメントを製造するので、強度発現性に優れた混合セメントを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置の実施の形態を示す概略フロー図である。
【図２】図２は、温度による反応の活性化を示す図である。
【図３】図３は、高炉スラグ微粉末の活性度指数と試料の積算発熱量の関係を示す図である。
【図４】図４は、フライアッシュの活性度指数と試料の積算発熱量の関係を示す図である。
【図５】図５は、高炉スラグ微粉末の塩基度と活性度指数の関係を示す図である。
【図６】図６は、フライアッシュのＭ値と活性度指数の関係を示す図である。
【図７】図７は、従来の活性度試験における一般的なフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置および混合セメントの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（セメント用混合材の活性度推定方法）
まず、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法の実施の形態について説明する。図１に示すように、本発明は、ステップＳ１〜Ｓ３のフローにより実施される。
【００２６】
まず、ステップＳ１において、セメントと混合材からなる混合材料に対して所定の質量％の反応活性剤（例えば１０％のＣａ（ＯＨ）2粉体など）を混合した試験粉末を用意する。続いて、この試験粉末を所定の水粉体比（例えば０．６程度）で水と混合した試料を作製する。
【００２７】
次に、ステップＳ２において、反応の促進を目的に、所定の養生温度（例えば５０℃）で定温測定が可能な伝導熱量計に上記の試料をセットし、所定の材齢まで水和発熱量（積算発熱量）を測定する。
【００２８】
図２は、普通ポルトランドセメントに対し高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）を４０％置換した混合セメントペーストの材齢と積算発熱量の関係を、１０〜６０℃の温度ごとに示したものである。この図に示すように、例えば養生温度５０℃を促進温度とした場合には、養生温度２０℃では７日要した反応を、わずか１日程度に短縮できる可能性があることがわかる。また、本発明の促進温度は５０℃に限るものではなく、反応を促進したい度合に応じて例えば３０〜６０℃の促進温度としても良いが、比較する際には同じ温度で促進養生したものを用いる。
【００２９】
次に、ステップＳ３において、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と活性度指数の関係を用いて、活性度指数を算定する。この関係としては、例えば図３、図４に例示するような積算発熱量（ｘ）、活性度指数（ｙ）の関数式で表される回帰式を用いることができる。なお、この回帰式は後述する実験により得られている。
【００３０】
例えば、材齢２８日における高炉スラグ微粉末の活性度指数を推定したい場合には、材齢１日の試料の積算発熱量を図３の回帰式に代入して活性度指数を算定すればよい。材齢９１日における高炉スラグ微粉末の活性度指数を推定したい場合には、材齢７日の試料の積算発熱量を図３の回帰式に代入して活性度指数を算定すればよい。フライアッシュの場合も同様に、図４の回帰式を用いて所定の材齢の活性度指数を推定すればよい。このようにすることで、混合材の活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができる。
【００３１】
なお、既往の研究において、活性度指数と相関が高いと報告されている塩基度（Ｂａｓｉｃｉｔｙ）とＭ値と、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュの活性度指数の関係を図５、図６にそれぞれ示すが、本発明の方法と比較すると、既往の算定方法は本発明の方法よりも精度が悪いことが確認できる。
【００３２】
また、上記の実施の形態において、混合材が高炉スラグ微粉末の場合とフライアッシュの場合を例にとり説明したが、本発明はこれらの材料に限るものではなく、セメント混合用の様々な混合材に適用することが可能である。
【００３３】
（確認実験）
次に、本発明の作用効果を確認するために行った確認実験について説明する。
【００３４】
・使用材料
使用材料は、表１に示す１０種類の高炉スラグ微粉末、および、表２に示す１４種類のフライアッシュを用いた。高炉スラグ微粉末については、３０００、４０００、６０００の記号のものは日本のものを用い、その他の記号のものは、海外産のものである。フライアッシュについては、国や産地の異なる１４種類を用いた。表１には、高炉スラグ微粉末の化学組成からみた活性度の指標として用いられる、（ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2で示される塩基度（Ｂａｓｉｃｉｔｙ）を付記した。また、表２には、フライアッシュの化学組成からみた活性度の指標として下記の参考文献１等に提案されている、（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｒ2Ｏ）／ＳｉＯ2で示されるＭ値を付記した。
【００３５】
・高炉スラグ微粉末の化学組成
【表１】
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【００３６】
・フライアッシュの化学組成
【表２】
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【００３７】
［参考文献１］  大塚拓ほか：フライアッシュの鉱物組成とポゾラン反応性、セメント・コンクリート論文集、No.63、pp.16-21(2009)
【００３８】
・活性度試験
高炉スラグ微粉末の基準セメントに対する置換率は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準じ、５０％とした。フライアッシュの基準セメントに対する置換率は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準じ、２５％とした。ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じてモルタルを練混ぜ、φ５０×１００ｍｍの円柱型枠に打設した。材齢１日で脱型し、所定の材齢まで２０℃に管理された水中で養生を行い、圧縮強さの測定を行い、上記ＪＩＳ規格に準じて活性度指数を算定した。
【００３９】
・伝導熱量計を用いた促進試験
混合材単体の促進試験を行う手法として、温度による促進、刺激剤（反応活性剤）による促進が考えられる。本検討では、促進温度を５０℃、刺激剤として水酸化カルシウムの粉体を用いることとした。
【００４０】
それぞれの混合セメントを１５ｇ計量し、内割で試薬特級の水酸化カルシウム粉体（和光純薬工業株式会社製）を１０％混合し、水セメント比０．６で練混ぜ、伝導熱量計（株式会社東京理工製）にセットし、５０℃定温時の水和発熱速度、積算発熱量を材齢７日まで測定した。材料の保管および練混ぜは、５０℃の恒温漕中で行い、素早く伝導熱量計にセットした。なお、促進温度を５０℃に選定した理由は、ＢＦＳ（高炉スラグ微粉末）を４０％置換した事前検討において、上記の図２に示した通り、２０℃養生における材齢７日の積算発熱量が、５０℃養生ではおおよそ１日の積算発熱量に相当することから、促進方法として適用できる可能性があると考えたためである。
【００４１】
・結果
高炉スラグ微粉末、フライアッシュを使用した場合の活性度指数および促進試験における積算発熱量を表３、表４にそれぞれ示す。活性度指数と積算発熱量の関係および回帰式は上記の図３、図４に示した通りである。
【００４２】
・高炉スラグ微粉末を使用した場合の活性度指数および積算発熱量
【表３】
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【００４３】
・フライアッシュを使用した場合の活性度指数および積算発熱量
【表４】
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【００４４】
以上より、従来の方法と比較すると本発明は大変簡便な工程にも関わらず、化学組成の幅が広い混合材単体の活性度を簡易的に精度よく推定可能となり、人工や材料費の削減を実現することができる。
【００４５】
（セメント用混合材の活性度推定装置）
次に、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定装置の実施の形態について説明する。
【００４６】
本発明に係るセメント用混合材の活性度推定装置は、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する装置であって、測定手段と推定手段とを備えている。ここで、測定手段、推定手段は、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法の各ステップに対応するものであるから、以下の説明では上記の推定方法において説明した内容と重複する内容については説明を省略する。
【００４７】
測定手段は、セメントと混合材と反応活性剤と水とを所定の水粉体比で混合してなる試料の積算発熱量を、反応を促進したい所定の促進温度の下で測定するものである。この測定手段は、伝導熱量計により構成することができる。
【００４８】
推定手段は、測定された試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定する推定手段とを備えるものである。この推定手段としては、例えば所定の材齢における試料の積算発熱量と、所定の材齢における混合材の活性度指数の相関関係を表す情報があらかじめ格納されたデータベースまたはメモリと、このデータベースまたはメモリに格納された上記情報を読み出して、所定の材齢における混合材の活性度指数を推定する演算処理部を有するコンピュータとにより構成することができる。
【００４９】
このように構成したセメント用混合材の活性度推定装置によれば、上記の活性度推定方法と同様に、混合材の活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができる。
【００５０】
（混合セメントの製造方法）
次に、本発明に係る混合セメントの製造方法の実施の形態について説明する。
【００５１】
本発明に係る混合セメントの製造方法は、上記の活性度推定方法を用いて推定された混合材の活性度指数に基づいて混合材を選択し、選択した混合材とセメントとを混合して混合セメントを製造するものである。このようにすれば、活性度指数が推定された混合材の中から適切な活性度指数の混合材を用いることにより、例えば強度発現性に優れた混合セメントを製造することができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法によれば、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する方法であって、セメントと混合材と反応活性剤とを混合し、所定の水粉体比で水と混ぜて試料を作製するステップと、反応を促進したい所定の促進温度の下で試料の積算発熱量を測定するステップと、測定した試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定するステップとを備えるので、活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができる。
【００５３】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法によれば、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができる。
【００５４】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定方法によれば、水粉体比を０．６としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができる。
【００５５】
また、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定装置によれば、セメントに混合して用いられる混合材の活性度指数を推定する装置であって、セメントと混合材と反応活性剤と水とを所定の水粉体比で混合してなる試料の積算発熱量を、反応を促進したい所定の促進温度の下で測定する測定手段と、測定された試料の積算発熱量と、あらかじめ把握してある試料の積算発熱量と混合材の活性度指数の関係に基づいて、混合材の活性度指数を推定する推定手段とを備えるので、活性度指数を簡易かつ精度よく推定することができる。
【００５６】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置によれば、促進温度を３０〜６０℃の間の一定温度としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができる。
【００５７】
また、本発明に係る他のセメント用混合材の活性度推定装置によれば、水粉体比を０．６としたので、試料の水和反応を効果的に活性化することができる。
【００５８】
また、本発明に係る混合セメントの製造方法によれば、セメント用混合材の活性度推定方法を用いて推定された混合材の活性度指数に基づいて混合材を選択し、選択した混合材とセメントとを混合して混合セメントを製造するので、強度発現性に優れた混合セメントを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係るセメント用混合材の活性度推定方法、活性度推定装置および混合セメントの製造方法は、混合セメントを使用したモルタルの品質の指標となる混合材の活性度指数を推定するのに有用であり、特に、活性度指数を簡易かつ精度よく推定するのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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