(57)【要約】【課題】本発明は、凝集シリカフューム等とセメントの混合時間、および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の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントを含むセメント混合物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して撹拌しながら、添加材を連続的または断続的に投入して混合するプレミックスセメント組成物の製造方法であって、該セメント混合物１００質量部に対し、添加材を１０質量部以上添加するプレミックスセメント組成物の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントを含むセメント混合物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して撹拌しながら、添加材を連続的または断続的に投入して混合するプレミックスセメント組成物の製造方法であって、
該セメント混合物１００質量部に対し、添加材を１０質量部以上添加するプレミックスセメント組成物の製造方法。
【請求項２】
前記添加材が、必須成分としてポルトランドセメントを含み、任意成分としてシリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、石膏粉末、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ粉末、および膨張材等から選ばれる１種以上を含む、請求項１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３】
請求項２に記載のシリカフュームが、レーザー回折・散乱型粒度測定装置で測定した粒径１μｍ以上の粒子の含有率が２０質量％未満である、請求項２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】
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１〜３のいずれか１項に記載の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、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。）、または、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。）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が容易に入手できたが、最近では入手が困難になりつつある。したがって、現在、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や、粒体シリカフュームを使わざるを得ない状況にある。
【０００４】
かかる状況を受けて、特許文献１では、凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントとを含むセメント組成物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機を用いて撹拌処理するセメント組成物の処理方法が提案されている。
該文献の図２（３）に示すように、後記の本発明の実施例の混合機の操作条件と同じ、チョッパーの回転速度が３６００ｒｐｍ、ショベル羽根の周速が３．５ｍ／ｓの条件で、該処理方法を用いて凝集シリカフュームを含むセメント組成物を１０分間撹拌・混合した場合、該セメント組成物を用いたモルタルの流動化時間は５７０秒である。したがって、セメント組成物、および該セメント組成物を用いたモルタル等の製造効率を更に向上させるため、セメント組成物の混合時間およびモルタル等の流動化時間（混練時間）の更なる短縮が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２２６９８５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、前記処理方法の利点を生かしつつ、さらに凝集シリカフューム等とセメントの混合時間、および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、凝集シリカフューム等とセメントを含むセメント混合物を前記混合機で撹拌しながら、特定の添加材を特定の割合で添加して撹拌・混合するプレミックスセメント組成物の製造方法は、前記目的を達成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プレミックスセメント組成物の製造方法である。
【０００８】
［１］凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントを含むセメント混合物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して撹拌しながら、添加材を連続的、または断続的に投入して混合するプレミックスセメント組成物の製造方法であって、
該セメント混合物１００質量部に対し、添加材を１０質量部以上添加するプレミックスセメント組成物の製造方法。
［２］前記添加材が、必須成分としてポルトランドセメントを含み、任意成分としてシリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、石膏粉末、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ粉末、および膨張材等から選ばれる１種以上を含む、前記［１］に記載のプレミックスセメント組成物の製造方法。
［３］前記［２］に記載のシリカフュームが、レーザー回折・散乱型粒度測定装置で測定した粒径１μｍ以上の粒子の含有率が２０質量％未満である、前記［２］に記載のプレミックスセメント組成物の製造方法。
［４］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］〜［３］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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のプレミックスセメント組成物の製造方法によれば、凝集シリカフューム等およびポルトランドセメントを含むセメント混合物を原料に用いても、添加材の混合時間、並びに、該プレミックスセメント組成物を含むモルタル等の流動化時間（混練時間）を短縮できるプレミックスセメント組成物を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、プレミックスセメント組成物の製造方法と、該製造方法において用いる該プレミックスセメント組成物の原料に分けて詳細に説明する。
１．プレミックスセメント組成物の製造方法
本発明は、前記のとおり、凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントを含むセメント混合物を、ブレード状の撹拌羽根を有する混合機に投入して撹拌しながら、添加材を連続的または断続的に投入して混合するプレミックスセメント組成物の製造方法である。また、添加材の混合割合は、該セメント混合物１００質量部に対し１０質量部以上である。添加材の混合割合が１０質量部未満では、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プレミックスセメント組成物を得ることは難しい。なお、添加材の混合割合は、セメント混合物をより大量に原料として用いる（言い換えると、セメント混合物が大量にある場合に、当該セメント混合物の処理を進める）観点から、セメント混合物１００質量部に対し、好ましくは１５〜５００質量部、より好ましくは２０〜４００質量部である。
【００１２】
添加材を連続的に混合機に投入する場合、投入にかける時間（投入時間）は、好ましくは１２０秒以内、より好ましくは５〜６０秒である。投入時間が１２０秒を超えると混合時間が長くなり、プレミックスセメント組成物の製造効率が低下する場合がある。なお、モルタル等の混練時間をより短縮でき、かつより均一なプレミックスセメント組成物を製造するためには、添加材の投入終了後、さらに２４０〜４２０秒混合を続けることが好ましい。
【００１３】
また、添加材を断続的に混合機に投入する場合、好ましくは、該材料を１〜３回に分けて投入する。混合の手間を軽減する観点から、より好ましくは１回で投入する。添加材を断続的に混合機に投入する場合、１回の投入にかける時間（投入時間）は、混合時間の短縮の観点から、好ましくは５秒以内である。
添加材を２回または３回に分けて投入する場合、１回目から２回目、または２回目から３回目の投入の間隔は、３０〜６０秒が好ましい。なお、モルタル等の混練時間をより短縮でき、かつより均一なプレミックスセメント組成物を製造するためには、前記と同様に、最後の添加材の投入終了後、さらに２４０〜４２０秒混合を続けることが好ましい。
【００１４】
本発明では、添加材の混合機への投入は、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の製造や、セメント混合物と添加材の混合時間の短縮の観点から、混合機による撹拌の開始と同時が好ましい。
【００１５】
次に、本発明の製造方法で用いる混合機について説明する
該混合機は、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１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍの範囲で調整可能である。
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として、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。
【００１６】
本発明のプレミックスセメント組成物の製造方法は、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、１０分以内、好ましくは９分以内、より好ましくは８分以内、さらに好ましくは７分以内に製造できる。
【００１７】
２．プレミックスセメント組成物の原料
プレミックスセメント組成物の原料は、セメント混合物と添加材に大別できる。以下、セメント混合物と添加材に分けて説明する。
【００１８】
（１）セメント混合物
該セメント混合物は、凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームと、ポルトランドセメントを含む混合物である。以下、これらの成分について説明する。
(i）凝集シリカフュームまたは粒体シリカフューム
前記セメント混合物に含まれる凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、通常、１２〜２５ｍ２／ｇである。該値がこの範囲を外れる前記シリカフュームは入手が困難である。なお、該ＢＥＴ比表面積は、好ましくは１３〜２０ｍ２／ｇである。
ここで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。なお、プレミックスセメント組成物の製造に凝集していない粉体シリカフュームを用いたとしても、製造後、半年以上経過すると、該組成物中に含まれるシリカフュームは凝集し易い。
また、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。
本発明のプレミックスセメント組成物の製造方法を用いれば、凝集シリカフュームや粒体シリカフュームを含むセメント混合物をプレミックスセメント組成物の原料に用いても、モルタル等の混練時間を大幅に短縮できるプレミックスセメント組成物を製造できる。
【００１９】
（ii）ポルトランドセメント
前記セメント混合物に含まれるポルトランドセメントは、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の観点から、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。
【００２０】
(iii) セメント混合物の組成
該セメント混合物の組成は、ポルトランドセメント１００質量部に対し、好ましくは凝集シリカフュームまたは粒体シリカフュームが５〜４０質量部である。該値が該範囲にあれば、モルタル等の流動性と強度発現性は高くなる。なお、該セメント混合物の組成は、セメント１００質量部に対し、前記シリカフュームが、より好ましくは８〜３５質量部、さらに好ましくは１０〜３０質量部である。
前記セメント混合物は、他に石灰石粉末、石英粉末、石膏粉末、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ粉末、および膨張材等の混和材を含むことができる。該混和材の配合量は、強度発現性を確保する観点から、ポルトランドセメント１００質量部に対し、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４０質量部以下である。
【００２１】
（２）添加材
該添加材は、必須成分としてポルトランドセメント、任意成分として下記のシリカフューム等を含む材料である。以下、これらの成分について説明する。
（i）ポルトランドセメント（必須成分）
前記添加材に含まれるポルトランドセメントは、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等から選ばれる１種以上が挙げられ、前記セメント混合物中のポルトランドセメントと同種のポルトランドセメントが好ましい。
また、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の観点から、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。
なお、プレミックスセメント組成物中のシリカフュームの含有率を、セメント混合物よりも減らしたい場合は、添加材としてポルトランドセメントのみを用いればよい。
【００２２】
（ii）シリカフューム（任意成分）
該シリカフュームは、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％未満の粉体シリカフュームである。１μｍ以上の粒径の粒子の含有率が２０質量％以上の凝集シリカフュームを添加した場合、チョッパーの回転速度が、例えば３６００ｒｐｍと小さい場合、添加材の投入終了後、さらに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プレミックスセメント組成物を得ることは難しい。
なお、プレミックスセメント組成物中のシリカフュームの含有率をセメント混合物と同じにしたい場合は、添加材にセメント混合物中と同じ含有率になるようにシリカフュームを混合する。
【００２３】
(iii）その他の任意成分
前記添加材は、その他に、石灰石粉末、石英粉末、石膏粉末、フライアッシュ、石炭灰、高炉スラグ粉末、および膨張材等から選ばれる１種以上を含む。これらの任意成分の種類および添加量は、プレミックスセメント組成物に求められる特性に応じて、決めればよい。
また、任意成分を用いた添加材を前記セメント混合物に添加する態様は、
（ａ）前記必須成分（ポルトランドセメント）とシリカフューム等の任意成分を予め一括して混合して得た混合物（添加材）を、前記セメント混合物に添加する。
（ｂ）前記必須成分（ポルトランドセメント）とシリカフューム等の任意成分を、それぞれ別々に前記セメント混合物に添加する。
のいずれかを選択することができる。
【実施例】
【００２４】
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）
太平洋セメント社製である。
（２）シリカフュームａ（凝集シリカフューム）
ＢＥＴ比表面積が１８．５ｍ２／ｇ、１μｍ以上の粒子の割合が３０質量％、密度が２．２５ｇ／ｃｍ３の金属シリコン系シリカフューム（エムケム  ジャパン社製）の凝集物である。
（３）シリカフュームｂ（粉体シリカフューム）
ＢＥＴ比表面積が１８．５ｍ２／ｇ、１μｍ以上の粒子の割合が１２質量％、密度が２．２５ｇ／ｃｍ３の金属シリコン系シリカフューム（エムケム  ジャパン社製）の非凝集物である。
（４）シリカフュームｃ（粉体シリカフューム、略号：ＳＦ）
ＢＥＴ比表面積が１８．５ｍ２／ｇ、１μｍ以上の粒子の割合が１０質量％、密度が２．２５ｇ／ｃｍ３の金属シリコン系シリカフューム（エムケム  ジャパン社製）の非凝集物である。
（５）石英粉末（略号：ＱＵ）
ブレーン比表面積は７０００ｍ２／ｇである。
（６）細骨材
静岡県掛川市産の山砂である。
（７）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]（ＢＡＳＦジャパン社製）である。
（８）空気量調整剤
商品名はマスターエア４０４[登録商標]（ＢＡＳＦジャパン社製）である。
（９）水道水
【００２５】
２．セメント混合物ａおよびｂの組成
（１）セメント混合物ａ（略号：ＣＭ-ａ）
中庸熱ポルトランドセメント１００質量部に対し、シリカフュームａを１３質量部含むセメント混合物である。
（２）セメント混合物ｂ（略号：ＣＭ-ｂ）
中庸熱ポルトランドセメント１００質量部に対し、シリカフュームｂを１３質量部含むセメント混合物である。
なお、上記セメント混合物ａおよびｂは、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）を用いて、中庸熱ポルトランドセメントとシリカフュームを１２０秒間混合して製造した。
【００２６】
３．プレミックスセメント組成物の製造
（１）製造に用いた混合機と操作条件
プレミックスセメント組成物の製造（混合）に用いた混合機は、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）である。また、設定した混合機の操作条件は、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）である。
【００２７】
（２）実施例１
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して、撹拌・混合を開始すると同時に、中庸熱ポルトランドセメントを混合機に一括して投入し（投入に要した時間は３秒）、４００秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００２８】
（３）実施例２、比較例２、比較例３
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して、撹拌・混合を開始すると同時に、中庸熱ポルトランドセメントとシリカフュームｃを別々に同時に混合機に投入し（投入に要した時間は３秒）、３６０秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００２９】
（４）実施例３
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して、撹拌・混合を開始すると同時に、中庸熱ポルトランドセメントを混合機に投入して（投入に要した時間は３秒）６０秒間撹拌・混合した後、シリカフュームｃを混合機に投入して（投入に要した時間は２秒）、３００秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００３０】
（５）実施例４
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して、撹拌・混合を開始すると同時に、中庸熱ポルトランドセメント、シリカフュームｃ、および石英粉末を別々に同時に混合機に投入して（投入に要した時間は４秒）、３６０秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００３１】
（６）比較例１
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して６００秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００３２】
（７）比較例２
表１に記載の配合に従い、セメント混合物ａを混合機に投入して、撹拌・混合を開始すると同時に、中庸熱ポルトランドセメントとシリカフュームｃを別々に同時に混合機に投入し（投入に要した時間は１秒）、３６０秒間撹拌・混合してプレミックスセメント組成物を製造した。
【００３３】
（８）参考例１、参考例２
セメント混合物ａおよびセメント混合物ｂを、それぞれ参考例１および参考例２として、そのまま用いた。
【００３４】
【表１】
2018087108.tif 000002
【００３５】
３．モルタルの調製と流動化時間、フロー値、および圧縮強度の測定
（１）モルタルの調製
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。
【００３６】
（２）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。
【００３７】
（３）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  １１.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  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法  １０.強さ試験」に準拠してモルタルの圧縮強度を測定した。
【００３８】
（４）測定結果について
流動化時間は、比較例１〜２を含むモルタルでは、６８０〜７１５秒であるのに対し、実施例１〜４を含むモルタルでは２３５〜３４０秒と、流動化時間を半分以下に短縮でき、粉体シリカフュームを用いて製造した参考例２の流動化時間に近い。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は好ましいレベルであり、実施例２〜４はより好ましいレベルである。
一方、フロー値は、実施例および比較例ともにほぼ同じで、これらは参考例とほぼ同じレベルである。また、圧縮強度は実施例および参考例ともにほぼ同じである。
以上のことから、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。
【符号の説明】
【００３９】
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】
2018087108.tif 000003