(57)【要約】【課題】流動性の低下を抑制してワーカビリティを改善することができ、色むらの発生を抑制し得る、フライアッシュ、これを用いたセメント組成物、及びフライアッシュの製造方法を提供する。【解決手段】レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下であることを特徴するフライアッシュである。また、このフライアッシュと、セメントとを含むセメント組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下であることを特徴するフライアッシュ。
【請求項２】
強熱減量が６．０質量％以下である、請求項１に記載のフライアッシュ。
【請求項３】
化学成分としてのＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下である、請求項１又は２に記載のフライアッシュ。
【請求項４】
ヘマタイトが０．７５質量％以下、マグネタイトが１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が１．４５質量％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフライアッシュ。
【請求項５】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度３０％の粒径（Ｄ３０）の粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、前記平均粒径Ｄ５０に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度７０％の粒径（Ｄ７０）の粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフライアッシュ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のフライアッシュと、セメントとを含むセメント組成物。
【請求項７】
セメント組成物全量に対して、前記フライアッシュの含有量が１質量％を超え３５質量％以下である、請求項６に記載のセメント組成物。
【請求項８】
フライアッシュ全体１００体積％中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、フライアッシュ全体１００体積％中の前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程を含む、フライアッシュの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル又はコンクリートに用いた場合に、流動性の低下を抑制してワーカビリティを改善し、色むらの発生を抑制し得る、フライアッシュ、このフライアッシュを用いたセメント組成物及びフライアッシュの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所における発電量の増加にともない、石炭灰の発生量が増加している。石炭火力発電所等から発生した石炭灰の大部分は、産業廃棄物として埋め立て処分されている。近年は、産業廃棄物の処分場の確保が困難であり、環境規制も強化されているため、石炭灰の有効利用が求められている。
【０００３】
流動性を維持しつつ、大量の石炭灰の有効利用を実現するために、ＢＥＴ法により測定した石炭灰の比表面積の値と、この石炭灰を用いたモルタル又はコンクリートの流動性に相関を見出して、石炭灰のＢＥＴ比表面積値が小さい場合には４５μｍ篩残分値を比較的大きくし、ＢＥＴ比表面積値が大きい場合には４５μｍ篩残分値を比較的小さくした石炭灰が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
石炭灰には、燃焼ボイラの燃焼ガスから集塵機で採取された球状のフライアッシュ（飛灰）等が含まれる。石炭灰中の微粉末であるフライアッシュは、コンクリート又はモルタルの混和材料として用いられている。コンクリート又はモルタルに用いるフライアッシュは、ＪＩＳ  Ａ６２０１：２０１５「コンクリート用フライアッシュ」に、その品質が規定されている。コンクリート又はモルタルに用いられるフライアッシュは、微細な真球状の粒子を多く含み、フライアッシュを混和材料として用いることにより、コンクリート又はモルタルのワーカビリティの向上や単位水量の減少の効果が期待されている。フライアッシュ中には、溶融炉中で焼却灰が加熱され、浮遊状態で溶融して球状化した真球状の完全溶融粒子の他に、完全溶融粒子よりも粒径が大きい、粗大で歪な形状の不完全溶融粒子、粗大で中空体である不完全溶融粒子等も含まれる。
【０００５】
フライアッシュ中には火力発電所等のガス化反応中に反応しなかった未燃カーボン粒子が残存している。未燃カーボン粒子は脆弱であるため、衝撃や摩砕によって微細な未燃カーボン粒子となる。フライアッシュ中には、粗大な未燃カーボン粒子や、この粗大な未燃カーボン粒子が摩砕された微細な未燃カーボン粒子が含まれる。そのため、フライアッシュをコンクリート又はモルタル等に用いた場合に、フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンが、水及び／又は減水剤等のセメント中の各種混和剤を吸着し、流動性等が低下し、ワーカビリティを改善することが困難である。また、フライアッシュをコンクリート又はモルタルに用いた場合には、コンクリート等の打設時に、ブリーディング水と共にフライアッシュ中に含まれていた未燃カーボンがコンクリート等の表面に浮いて黒色の色むらを発生させる。
【０００６】
黒色の色むらの発生を抑制するために、フライアッシュを未燃カーボンが１重量％以下となるまで灰化することと、５０％通過径５μｍ乃至１５μｍに微粉砕すること、を含むフライアッシュの改質方法が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
石炭灰中の未燃カーボンを除去するために、乾式の粉砕機に投入して石炭灰中のフライアッシュに凝集・付着している未燃カーボン粒子を解砕及び微粉砕した後、これらのフライアッシュ及び未燃炭素を乾式の分級機に投入して、微粉砕した未燃カーボン粒子をフライアッシュから分離する未燃カーボン分の低減方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−００２８４８号公報
【特許文献２】特開平１１−０１１９９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の石炭灰は、主に細骨材に相当する粒度以下の石炭灰について、細骨材の一部と置換して用いることが記載されており、混和材料としての用途とは異なるものである。
【００１０】
また、特許文献２に記載のようにフライアッシュを灰化して未燃カーボンを低減する方法では、灰化工程においてエネルギーが必要となり、未燃カーボンの低減に手間がかかり製造が煩雑となる。また、特許文献３に記載のように石炭灰を粉砕し、細かくした未燃カーボン粒子を分級によって分離する場合にも、石炭灰中に含まれる未燃カーボンの量を低減するために、粉砕工程にエネルギーが必要となり、手間がかかり製造が煩雑となる。
【００１１】
そこで、本発明は、コンクリート又はモルタルに用いた場合に、流動性を向上してワーカビリティを改善することができ、表面の色むらの発生を抑制し得る、フライアッシュ、このフライアッシュを含むセメント組成物、フライアッシュ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】
【００１２】
本発明者等は、前記目的を達成するべく鋭意検討を行った結果、フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンと歪な形状の粗粒とが、フライアッシュを用いたコンクリート等の流動性、及びコンクリート表面の色むらの発生に影響を与えることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[１]レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下であることを特徴するフライアッシュ。
［２］強熱減量が６．０質量％以下である、前記［１］に記載のフライアッシュ。
［３］化学成分としてＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下である、前記［１］又は［２］に記載のフライアッシュ。
［４］ヘマタイトが０．７５質量％以下、マグネタイトが１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が１．４５質量％以下である、前記［１］〜［３］に記載のフライアッシュ。
［５］レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度３０％の粒径（Ｄ３０）の粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、前記平均粒径Ｄ５０に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度７０％の粒径（Ｄ７０）の粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下である、前記［１］〜［４］に記載のフライアッシュ。
［６］前記［１］〜［５］のいずれかに記載のフライアッシュと、セメントとを含むセメント組成物。
［７］セメント組成物全量に対して、前記フライアッシュの含有量が１質量％を超え３５質量％以下である、前記［６］に記載のセメント組成物。
［８］フライアッシュ全体１００体積％中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、フライアッシュ全体１００体積％中の前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程を含む、フライアッシュの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コンクリート又はモルタルに用いた場合に、流動性の低下を抑制してワーカビリティを改善することができ、色むらの発生を抑制し得る、フライアッシュ、これを用いたセメント組成物、及びフライアッシュの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、未燃カーボン粒子を含むフライアッシュのＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について説明する。
［フライアッシュ］
本発明の一実施形態によれば、フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下である。
【００１６】
フライアッシュ中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の比較的大きな粒径の粒子は、真球状で完全溶融粒子ではない歪な形状のものが多く、粗大で歪な不完全溶融粒子や、粗大で中空体である不完全溶融粒子、粗大な未燃カーボン粒子が多く混在する。
図１は、石炭火力発電所から得られたフライアッシュのＳＥＭ写真である。図１に示すようにフライアッシュには、真球状の完全溶融粒子１、微細な未燃カーボン粒子２、粒径４５μｍ以上の粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５が含まれる。
本明細書において、「真球状」とは、真球又は真球に近い形状をいう。
【００１７】
フライアッシュ中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％以上となると、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５がフライアッシュ中に多く含まれることになり、真球状の完全溶融粒子１の形態によるボールベアリング効果を期待できず、コンクリート等の流動性が低下し、ワーカビリティの低下を抑制できない。また、前記測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子は、嵩比重が小さいため、前記測定方法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％を超えて多いフライアッシュを含むセメント組成物は、打設時にブリーディング水と共にコンクリート表面に浮き上がり、色むらの原因となる場合がある。
【００１８】
フライアッシュ中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径５μｍ未満の比較的小さな粒径の粒子は、微細な未燃カーボン粒子２であることが多い。石炭火力発電所においてガス化反応中に反応が不完全であった粗大な未燃カーボン粒子５は脆弱であるため、衝撃や摩砕によって微細な未燃カーボン粒子２となる。
【００１９】
フライアッシュ中の前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％を超えると、フライアッシュ中に含まれている微細な未燃カーボン粒子２の量が多くなり、このフライアッシュを含むセメント組成物は、微細な未燃カーボン粒子２が混和剤等を吸着することにより、流動性が低下し、ワーカビリティを改善できない。また、フライアッシュ中に微細な未燃カーボン粒子２が多く含まれていると、フライアッシュをコンクリート等に用いた場合に、打設時に微細な未燃カーボン粒子２がブリーディング水と共にコンクリート表面に浮き上がり、色むらの原因となる場合がある。
【００２０】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２．０体積％以下である特定の粒度分布を有するフライアッシュは、流動性の低下を抑制し、ワーカビリティを改善し、色むらの発生を抑制できるため、セメント混合用のフライアッシュに適する。
【００２１】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が、好ましくは３７．０体積％以下であり、より好ましくは３６．０体積％以下であり、さらに好ましくは３５．０体積％以下である。このフライアッシュは、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５を多く含む粒径４５μｍ以上の大きな粒子の含有量が少ないため、フライアッシュを含むセメント組成物は、流動性を向上させ、ワーカビリティを改善することができる。また、前記フライアッシュは、中空体であり嵩比重の小さな大きい粒径の粒子の含有量が少ないため、嵩比重が比較的大きくなり、前記測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３７．０体積％以下のフライアッシュを含む混合セメントは、打設時のブリーディング水と共にフライアッシュがコンクリート表面に浮き上がりにくく、フライアッシュの色調の変化によって生じる色むらの発生を抑制することができる。
【００２２】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が、好ましくは１１．０体積％以下であり、より好ましくは１０．０体積％以下であり、さらに好ましくは９．０体積％以下であり、よりさらに好ましくは８．０体積％以下であり、特に好ましくは５．０体積％以下である。フライアッシュは、粒径の小さな未燃カーボン粒子２の含有量が少ないことにより、フライアッシュを含むセメント組成物は、粒径の小さな未燃カーボン粒子２が混和剤等を吸着することによる流動性の低下を抑制し、ワーカビリティを改善することができる。また、フライアッシュは、微細な未燃カーボン粒子２の含有量が少ないことにより、フライアッシュを含むセメント組成物は、打設時にブリーディング水と共に微細な未燃カーボン粒子２の浮き上がりが殆どなく、色むらの発生を抑制することができる。
【００２３】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径９０μｍ以上の粒子の含有量が、好ましくは１５．０体積％以下であり、より好ましくは１３．５体積％以下であり、さらに好ましくは１２．０体積％以下である。フライアッシュは、粒径９０μｍ以上の粗大粒子の含有量を少なくすることによって、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下を抑制し、色むらの発生を抑制することが可能である。
【００２４】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径７５μｍ以上の粒子の含有量が、好ましくは２０．０体積％以下であり、より好ましくは１９．５体積％以下であり、さらに好ましくは１９．３体積％以下である。フライアッシュは、粒径７５μｍ以上の比較的大きい粒子の含有量を少なくすることによって、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下をより抑制し、色むらの発生をより抑制することが可能である。
【００２５】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径３０μｍ以上の粒子の含有量が、好ましくは１５．０体積％以上であり、より好ましくは１８．０体積％以上であり、さらに好ましくは２０．０体積％以上であり、好ましくは５５．０体積％以下であり、より好ましくは５４．０体積％以下であり、さらに好ましくは５２．０体積％以下である。フライアッシュは、歪な形状が多く含まれる粒径の比較的大きな粒子の含有量を少なくし、真球状の完全溶融粒子１を多く含むことにより、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下を抑制することができる。
【００２６】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径２０μｍ以上の粒子の含有量が、好ましくは３５．０体積％以上であり、より好ましくは３８．０体積％以上であり、さらに好ましくは３９．０体積％以上であり、好ましくは７０．０体積％以下であり、より好ましくは６９．０体積％以下である。フライアッシュは、歪な形状が多く含まれる粒径の比較的大きな粒子の含有量を少なくし、真球状の完全溶融粒子１を多く含むことにより、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下を抑制することができる。
【００２７】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径１０μｍ未満の粒子の含有量が、好ましくは３０．０体積％以下であり、より好ましくは２９．５体積％以下であり、さらに好ましくは２９．０体積％以下であり、好ましくは１０．０体積％以上であり、より好ましくは１２．０体積％以上である。フライアッシュは、微細な未燃カーボン粒子２の含有量を少なくすることにより、このフライアッシュを用いたセメント組成物は、微細な未燃カーボン粒子２が混和剤等を吸着することによる流動性の低下を抑制し、微細な未燃カーボン粒子２がブリーディング水と共に浮き上がることによる色むらの発生を抑制することができる。
【００２８】
フライアッシュは、強熱減量が６．０質量％以下であることが好ましい。フライアッシュの強熱減量は、未燃カーボンの含有量と関係し、強熱減量が小さい場合には、フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンの含有量も少ないと推測することが可能である。
フライアッシュは、より好ましくは強熱減量が５．８質量％以下であり、さらに好ましくは強熱減量が５．６質量％以下であり、よりさらに好ましくは５．５質量％以下である。フライアッシュは、強熱減量が６．０質量％以下と少ないことにより、未燃カーボンの含有量が少なく、未燃カーボンが多く混入されているフライアッシュを含むセメント組成物と比べて、流動性の低下を抑制し、色むらの発生を抑制することができる。
フライアッシュは、ＪＩＳ  Ａ６２０１：２０１５「コンクリート用フライアッシュ」に記載されているIII種のフライアッシュの強熱減量の数値を満たすものである。また、フライアッシュは、ＪＩＳ  Ａ６２０１：２０１５「コンクリート用フライアッシュ」に記載されているI種、II種、又はIV種のフライアッシュの強熱減量の数値を満たすものであってもよい。
【００２９】
フライアッシュは、強熱減量が６．０質量％以下であると、未燃カーボンが含まれている場合であっても、フライアッシュが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下である、特定の粒度分布を有する場合には、流動性の低下を抑制してワーカビリティを改善することができ、色むらの発生を抑制することができる。
【００３０】
フライアッシュは、化学成分としてのＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下であることが好ましい。フライアッシュに含まれる鉄（Ｆｅ）は、フライアッシュに含まれる（Ｓｉ）や（Ａｌ）とともに結晶相を形成する。フライアッシュに含まれる結晶相は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、クリストバライト（ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２〜２Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が挙げられる。
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定した粒径が４５μｍ以上である粒径の比較的大きい粒子は、粒径が４５μｍ未満である粒径の小さい粒子と比べて、粒子全体の冷却速度が遅くなり、ゆっくりと冷却されるために、粒径が４５μｍ未満である粒径の小さい粒子と比較して、粒子に含まれる結晶相が多くなる傾向がある。フライアッシュに含まれる結晶相には、黒色ないし赤褐色のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）や黒色のマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が含まれ、結晶相の含有量によってフライアッシュの色調が変化し、フライアッシュを含むセメント組成物を用いたコンクリートは、ブリーディング水とともにフライアッシュが表面に浮き上がり、コンクリートの表面のグレーの色調に、部分的に黒っぽく見える部分や白っぽく見える部分が存在するような色調の濃淡（色むら）が表れる場合がある。フライアッシュ中の化学成分としてのＦｅ２Ｏ３の含有量が多くなると、フライアッシュ中に含まれる、ヘマタイトやマグネタイトなどのコンクリート表面の色調に変化を及ぼす結晶相の含有量も多くなると推測される。
本発明のフライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、粒径４５μｍ以上の粒径が大きな粒子の含有量が比較的少なく、結晶相の含有量が比較的少ないと推測される粒径４５μｍ未満の粒径が小さい粒子を多く含み、しかもフライアッシュに含まれる化学成分としてのＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下であり、黒色ないし赤褐色を示すヘマタイトや黒色を示すマグネタイトなどの結晶相を形成する鉄分量が少なくなり、フライアッシュに含まれる結晶相の量が少なくなることが推測され、コンクリート表面の色調に変化を及ぼす結晶相の含有量が少なくなることから、色むらを抑制することが可能となる。本明細書において、結晶相の含有量は、後述する実施例に記載のフライアッシュ中の結晶相及び非晶質相（質量％）の測定方法によって求められるものであり、未燃カーボンを含む総非晶質量Ｇtotal（質量％）を考慮に入れて算出したフライアッシュ中の結晶相の含有量をいう。結晶相中の鉄（Ｆｅ）は、未燃カーボンを含む総非晶質量Ｇtotal（質量％）を考慮に入れて算出した結晶相中の鉄（Ｆｅ）の量をいい、本明細書において、「結晶相中鉄（Ｆｅ）量」ともいう。
【００３１】
フライアッシュに含まれる化学成分としてのＦｅ２Ｏ３の含有量は、原料となる石炭に由来する。フライアッシュ中の化学成分としてのＦｅ２Ｏ３は、より好ましくは７．０５質量％以下であり、さらに好ましくは７．００質量％以下であり、よりさらに好ましくは６．９５質量％以下であり、通常、３．００質量％以上である。フライアッシュに含まれる化学成分としてのＦｅＯ３は、ＪＩＳ  Ｒ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定した酸化物換算の鉄分量（酸化鉄（III）：Ｆｅ２Ｏ３）の値をいう。
【００３２】
フライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が０．７５質量％以下、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が１．４５質量以下であることが好ましい。ヘマタト（Ｆｅ２Ｏ３）は黒色ないし赤褐色であり、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は黒色であり、ヘマタイトやマグネタイトを多く含むフライアッシュは、フライアッシュの色調が変化し、フライアッシュを含むセメント組成物を用いたコンクリートは、ブリーディング水と共にフライアッシュが浮き上がることによって、表面のグレーの色調に、部分的に黒っぽく見える部分や白っぽく見える部分が存在するような色調の濃淡（色むら）が表れる場合がある。フライアッシュのヘマタイトが０．７５質量％以下、マグネタイトが１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が１．４５質量％以下であると、色むらを発生させる要因の一つのとなるフライアッシュの色調の変化に影響を及ぼすフライアッシュ中に含まれるヘマタイトやマグネタイトの含有量が少なく、色むらを抑制することができる。
【００３３】
フライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）がより好ましくは０．７４質量％以下、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）がより好ましくは１．２４質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）がより好ましくは１．４２質量％以下である。フライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）がさらに好ましくは０．７２質量％以下、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）がさらに好ましくは１．２３質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）がより好ましくは１．３９質量％以下である。フライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）がよりさらに好ましくは０．７０質量％以下、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）がさらに好ましくは１．２２質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）がより好ましくは１．３７質量％以下である。
フライアッシュ中のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）の含有量及び結晶相中の鉄（Ｆｅ）の含有量は、原料となる石炭やフライアッシュの生成条件によって異なるが、フライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が、通常、０．３０質量％以上、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が、通常、０．２０質量％以上、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が、通常、０．２１質量％以上である。
【００３４】
フライアッシュ中のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）及び結晶相中の鉄（Ｆｅ）量の測定は、粉末Ｘ線回折装置を用い、リートベルト解析法により測定することができる。粉末Ｘ線回折装置としては、例えばＤ８  Ａｄｖａｎｃｅ（Bruker AXS（ブルカー・エイエックス）社製）を使用することができる。本明細書において、結晶相中の鉄（Ｆｅ）量は、後述する実施例に記載のフライアッシュ中の結晶相及び非晶質相量（質量％）の測定方法によって求めることができる。
【００３５】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における小径側からの累積頻度３０％の粒径（Ｄ３０）の粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における小径側からの累積頻度７０％の粒径（Ｄ７０）の粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下であることが好ましい。
フライアッシュは、平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下であることにより、粒度分布がシャープな形状となり、粒子の大きさが揃っており、流動性の低下や色むらを発生させる要因となる、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５を多く含む粒径の大きな粒子の含有量が少なく、粒径の小さい未燃カーボン粒子２の含有量が少ない。平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、かつ粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下であるフライアッシュを用いたセメント組成物は、流動性の低下を抑制することができ、色むらの発生が抑制される。
【００３６】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が、より好ましくは１６．０〜２９．５μｍであり、さらに好ましくは１７．０〜２９．０μｍである。フライアッシュの平均粒径（Ｄ５０）が前記範囲であると、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン５を多く含む粒径の大きな粒子の含有量が少なく、真球状の完全溶融粒子１の含有量が多く、また、微細な未燃カーボン粒子２の含有量も少なくなるため、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下を抑制し、色むらの発生が抑制される。
【００３７】
フライアッシュは、粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が、より好ましくは０．５１以上であり、さらに好ましくは０．５２以上である。また、フライアッシュは、粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が、より好ましくは１．８４以下である。粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）及び／又は粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１に近い数値である程、粒度分布がシャープな形状となり、粒径が揃っていることを示す。フライアッシュは、流動性の低下や色むらを発生させる要因となる、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５を多く含む粒径の大きな粒子の含有量が少なく、また、粒径の小さい未燃カーボン粒子２の含有量も少ないことから、このフライアッシュを含むセメント組成物は、流動性の低下が抑制され、色むらの発生が抑制される。
【００３８】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度１０％の粒径（Ｄ１０）の粒径比（Ｄ１０／Ｄ５０）が０．２以上０．５以下であることが好ましい。粒径比（Ｄ１０／Ｄ５０）が０．２以上０．５以下であるフライアッシュは、粒径の小さい未燃カーボン粒子２の含有量が少なく、粒径が比較的揃った粒度分布となることにより、真球状の完全溶融粒子１の含有量が多く、この完全溶融粒子１のボールベアリング効果により、コンクリート等に用いた場合に、流動性を向上し、ワーカビリティを改善することができる。また、粒径比（Ｄ１０／Ｄ５０）が０．２以上０．５以下であるフライアッシュは、粒径の小さい未燃カーボン粒子２の含有量が少なく、粒径が比較的揃った粒度分布となることにより、このフライアッシュを含むセメント組成物は、ブリーディング水と共に粒径の小さい微細な未燃カーボン粒子の浮き上がりが少なく、色むらの発生を抑制することができる。
【００３９】
フライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度９０％の粒径（Ｄ９０）の粒径比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５以上４．５以下であることが好ましい。粒径比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５以上４．５以下であるフライアッシュは、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５を多く含む粒径の大きな粒子の含有量が少なく、このフライアッシュを含むセメント組成物は、歪な形状の粗大粒子の混入による流動性の低下を抑制することができる、また、粒径比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５以上４．５以下であるフライアッシュは、嵩比重の小さい比較的大きな粒径の粒子の含有量を少なくし、このフライアッシュを含むセメント組成物は、ブリーディング水と共に嵩比重の小さい比較的粒径の大きな粒子の浮き上がりを少なくして、色むらの発生を抑制することができる。
【００４０】
［セメント組成物］
本発明の一実施形態によれば、セメント組成物は、本発明の一実施形態によるフライアッシュと、セメントとを含む。
セメントの種類は特に限定されず、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、低熱ポルトランドセメント等が挙げられる。
【００４１】
セメント組成物全量に対して、フライアッシュの含有量は、好ましくは１質量％を超えて３５質量％以下であり、より好ましくは２質量％以上３２質量％以下である。セメント組成物全量に対して、フライアッシュの含有量が前記範囲内であると、フライアッシュを含むセメント組成物を用いたモルタル又はコンクリートの流動性を向上し、ワーカビリティを改善することができる。また、コンクリート表面に微細な未燃カーボン粒子や嵩比重の小さい粗粒がブリーディング水と共に浮き上がることがなく、色むらの発生を抑制することができる。
【００４２】
セメント組成物の全量に対するフライアッシュの含有量は、ＪＩＳ  Ｒ５２１３：２００９「フライアッシュセメント」に記載されたフライアッシュセメントのＡ種、Ｂ種又はＣ種のフライアッシュの含有量を満たすように、セメント組成物の全量に対して、Ａ種である場合にはフライアッシュの含有量が５質量％を超えて１０質量％以下であってもよく、Ｂ種である場合にはフライアッシュの含有量が１０質量％を超えて２０質量％以下であってもよく、Ｃ種である場合にはフライアッシュの含有量が２０質量％を超えて３０質量％以下であってもよい。
【００４３】
フライアッシュは、フライアッシュセメント用のものに限定されず、混合材料としてセメント組成物に用いてもよく、ＪＩＳで規定される「フライアッシュセメント」におけるフライアッシュの含有量を満足しない量の使用量であってもよい。
【００４４】
セメント組成物は、フライアッシュとセメントの他に、石膏や減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の混和剤を含んでいてもよい。
【００４５】
［フライアッシュの製造方法］
本発明の一実施形態によれば、フライアッシュの製造方法は、フライアッシュ全体１００体積％中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、フライアッシュ全体１００体積％中の前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程とを含む。
原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程は、風力分級機や篩等を用いることができる。風力分級の場合は、例えば、日清エンジニアリング株式会社製のターボクラシファイア等の風力分級機等を用いることができる。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、フライアッシュの製造方法は、炭化や粉砕等の工程を経ることなく、比較的簡易な方法である分級によって、流動性を低下させ、色むらの発生の原因となる、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５、微細な未燃カーボン２を取り除くことができる。本発明の一実施形態に係る製造方法によれば、分級によって粗大な粒子、微細な未燃カーボンが取り除かれ、得られたフライアッシュには、真球状の完全溶融粒子１が多く含まれている。フライアッシュの製造方法によれば、真球状の完全溶融粒子１のボールベアリング効果により、流動性の低下を抑制し、色むらの発生を抑制することができるフライアッシュを得ることができる。
【００４７】
石炭灰のなかでも、例えば石炭火力発電所から得られたフライアッシュを原料として用いる場合には、特定の粒度分布を有するフライアッシュが得られるように、フライアッシュ全体１００体積％中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程とを含む。本発明の一実施形態に係る製造方法によれば、原料としてフライアッシュを用いる場合に、特定の粒度分布を有するフライアッシュを製造することができ、セメント混合用に適するフライアッシュを製造することができる。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例により、詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００４９】
フライアッシュの作製
（実施例１〜５）
比較例１の石炭火力発電所から得られたフライアッシュを原料フライアッシュとして用いて、風力分級機（製品名：ターボクラシファイア、日清エンジニアリング株式会社製）を用いて、フライアッシュ全体１００体積％中にレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除き、次いで、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除き、表１に示すレーザー回折粒子径分布を有する実施例１のセメント混合用のフライアッシュを製造した。
【００５０】
（実施例６〜７）
比較例２の石炭火力発電所から得られたフライアッシュを原料フライアッシュとして用いて、実施例１〜５と同様にして、表１に示すレーザー回折粒子径分布（体積％）を有する実施例６〜７のセメント混合用のフライアッシュを製造した。
【００５１】
（比較例１〜２）
石炭火力発電所から得られたフライアッシュをそのまま比較例１および比較例２のフライアッシュとして用いた。比較例１および比較例２のフライアッシュは、フライアッシュ全体１００体積％中にレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％を超えていた。具体的には、比較例１および比較例２のフライアッシュは、表１に示すレーザー回折粒子径分布（体積％）を有していた。また、図１は、比較例１のフライアッシュのＳＥＭ写真である。
【００５２】
（比較例３〜４）
比較例１の石炭火力発電所から得られたフライアッシュを原料フライアッシュとして用いて、風力分級機（製品名：ターボクラシファイア、日清エンジニアリング株式会社製）を用いて、フライアッシュ全体１００体積％中にレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％以上となるか、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積%を超えるように、粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部と、粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部とを取り除いた。具体的には、表１に示すレーザー回折粒子径分布（体積％）を有する比較例３〜４のセメント混合用のフライアッシュを製造した。
【００５３】
（比較例５〜６）
比較例２の石炭火力発電所から得られたフライアッシュを原料フライアッシュとして用いて、風力分級機（製品名：ターボクラシファイア、日清エンジニアリング株式会社製）を用いて、フライアッシュ全体１００体積％中にレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％以上となるか、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積%を超えるように、粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部と、粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部とを取り除いた。具体的には、表１に示すレーザー回折粒子径分布（体積％）を有する比較例５〜６のセメント混合用のフライアッシュを製造した。
【００５４】
［フライアッシュの粒径構成の測定］
各実施例及び比較例のセメント混合用のフライアッシュの粒径構成をレーザー回折散乱式粒度分布測定装置（日機装株式会社、製品名：マイクロトラックＭＴ−３３００ＥＸ）を用いて測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
［フライアッシュの強熱減量の測定］
各実施例及び比較例のセメント混合用のフライアッシュの強熱減量は、ＪＩＳ  Ａ６２０１：２０１５「コンクリート用フライアッシュ  ８．３  強熱減量」に準拠して測定した。結果を表１に示す。
【００５６】
［体積基準粒度分布の累積頻度１０％、３０％、５０％、７０％、９０％における粒径］
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（日機装株式会社、製品名：マイクロトラックＭＴ−３３００ＥＸ）を用いて、各実施例及び比較例の体積基準粒度分布における小径側から累積頻度１０％、３０％、５０％、７０％、９０％となる粒径を測定した。レーザー回折式散乱式粒度分布測定装置で測定した体積基準粒度分布における小径側から累積頻度５０％の粒径を平均粒径（Ｄ５０）とした。また、累積頻度１０％をＤ１０、累積頻度３０％をＤ３０、累積頻度７０％をＤ７０、累積頻度９０％をＤ９０とし、平均粒径Ｄ５０に対する各累積頻度の粒径比をＤ１０／Ｄ５０、Ｄ３０／Ｄ５０、Ｄ７０／Ｄ５０、Ｄ９０／Ｄ５０を測定した。結果を表２に示す。
【００５７】
［フライアッシュの化学成分の測定］
各実施例及び比較例のセメント混合用のフライアッシュの化学成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ）をＪＩＳ  Ｒ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠して測定した。結果を表２に示す。
【００５８】
（フライアッシュ中の結晶相及び非晶質相量（質量％）の測定）
フライアッシュ中の結晶相及び非晶質相量（質量％）の測定は、粉末Ｘ線回折装置により、内部標準物質を用いて、リートベルト解析法により測定した。粉末Ｘ線回折装置としては、Ｄ８  Ａｄｖａｎｃｅ（Bruker AXS（ブルカー・エイエックス）社製）を用いた。測定条件、内部標準物質、リートベルト解析条件を以下に記載した。
測定条件
Ｘ線管球：Ｃｕ
管電圧：４０ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
回折角２θの測定範囲： 開始角５°，終了角７０°／７５°
※内部標準物質としてルチル型二酸化チタンを添加した場合、終了角を７０°とすると７０°付近の二酸化チタンのピーク形状が正しく取得できない。このため二酸化チタンを添加した試料については終了角を７５°とした。
ステップ幅：０．０２５°／ｓｔｅｐ
計数時間：６０ｓｅｃ．／ｓｔｅｐ
内部標準物質:ルチル型二酸化チタン
リートベルト解析条件
リートベルト解析ソフト：ＴＯＰＡＳ  Ｖｅｒ．４．２（Bruker AXS（ブルカー・エイエックス）社製）
ゼロ点補正:無し
試料面の高さの補正：有り
解析対象鉱物：石英、ムライト（３：２）、無水石膏、石灰石、マグネタイト、ヘマタイト、二酸化チタン（内部標準物質として添加した試料のみ）
ヘマタイト相の選択配向関数：ヘマタイト相の選択配向は回折角２θ＝３５．５°付近の（１１０）面の回折線に生じるものとし、March Dollase関数を用いて、係数の初期値を１として精密化を行なった。マグネタイト相に関しては、選択配向が生じないものとした。
【００５９】
フライアッシュ中のマグネタイト、ヘマタイトなどの結晶相及び非晶質相の測定手順を以下に記載した。マグネタイト、ヘマタイト相を含むフライアッシュについては以下の理由により、内部標準物質を添加した試料のＸＲＤ測定データのみでは各結晶相の分率が精密には得られない。このため、内部標準物質を添加した試料および無添加の試料両方のＸＲＤ測定データを使用して定量を行った。
（ｉ）内部標準物として、ルチル型二酸化チタンを２０質量％添加したフライアッシュ（試料１）と、内部標準物質を添加しないフライアッシュ（試料２）を作製した。
（ii）内部標準物質を添加しないフライアッシュ（試料２）を、粉末Ｘ線回折装置を用いて測定し、得られたフライアッシュ(試料２)の粉末Ｘ線回折パターンと、解析対象鉱物の石英、ムライト、無水石膏、石灰石、マグネタイト、ヘマタイトのそれぞれの理論プロファイルのフィッティングを行ない、フライアッシュ中に含まれる各解析対象鉱物の定量分析を行い、解析ソフトによって、各解析対象鉱物の量（質量％）を算出した。
マグネタイトとヘマタイトの定量分析に内部標準物質を添加しない試料２を用いるのは、マグネタイト、ヘマタイトの回折角２θ＝３５．５°〜３５．６°付近のピークと、ルチル型二酸化チタンの回折角２θ＝３６．１°付近のピークとが近接するためである。特に内部標準物質として粒子径が小さく、結晶子サイズが小さいルチル型二酸化チタンを用いた場合、ピークのブロードニングが起こり、ルチル型二酸化チタンの回折角２θ＝３６．１°付近のピークのボトム付近が、マグネタイト、ヘマタイトのピークと重なり（オーバーラップ）、特にマグネタイトやヘマタイトの含有量が少ない場合に、定量した値に大きく影響を及ぼすからである。
（iii）内部標準物質であるルチル型二酸化チタンを添加したフライアッシュ（試料１）を、粉末Ｘ線回折装置を用いて測定し、得られたフライアッシュ(試料１)の粉末Ｘ線回折パターンと、解析対象鉱物の石英、ムライト、無水石膏、石灰石、ヘマタイト、マグネタイト、二酸化チタンのそれぞれの理論プロファイルのフィッティングを行ない、内部標準物質を添加したフライアッシュ（試料１）に含まれる各解析対象鉱物の定量分析を行い、解析ソフトによって、各解析対象鉱物の量（質量％）を算出した。
（iv）試料１のルチル型二酸化チタンの定量値から、以下の（Ａ）式により、未燃カーボンを含む総非晶質相量Ｇtotal（質量％）を算出した。
総非晶質相量Ｇtotal＝100×（Ｙ−Ｘ）／｛Ｙ×（100−Ｘ）／100｝  （Ａ）
ただし、式（Ａ）中、Ｘは内部標準物質の添加量（２０質量％）、Ｙはルチル型二酸化のリートベルト解析値（％）である。
（v）試料１の解析対象鉱物の結晶相の含有量（質量％）から総非晶質相を定量した後、試料２の解析対象鉱物の含有量（質量％）から、以下の（Ｂ）式により、総非晶質相を考慮に入れた結晶相の含有量を算出した
結晶相（総非晶質相量Ｇtotal考慮）＝結晶相（試料２解析値）×（１００−Ｇtotal）／１００  （Ｂ）
ただし、式（Ｂ）中、Ｇtotalは試料１の解析値と（Ａ）式より得られた総非晶質定量値（％）である。以上の取り扱いにより、試料１では誤差が生じるヘマタイト、マグネタイト相について、試料２の解析結果を反映し、総結晶相内の各結晶相の分率の定量値を精密化する。
（vi）下記式（１）により、（Ａ）式より算出した総非晶質相量Ｇtotal（質量％）からフライアッシュ中の未燃カーボン含有量（質量％）を差し引いた値をフライアッシュ中の非晶質相量ＧFA（質量％）とした。未燃カーボン量は、ＪＩＳ  Ａ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して測定した強熱減量をフライアッシュ中の未燃カーボン含有量（質量％）とした。
フライアッシュ中の非晶質相量ＧFA（質量％）＝リートベルト解析による総非晶質相量Ｇtotal（質量％）−未燃カーボン含有量（質量％）      （１）
【００６０】
結晶相層中の鉄（Ｆｅ）量は、以下のように算出した。
フライアッシュに含まれる結晶相中の鉄（Ｆｅ）量は、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを含む総非晶質相量Ｇtotal（質量％）を考慮に入れて算出した結晶相中のヘマタイトの含有量（質量％）を測定値２とし、未燃カーボンを含む総非晶質相量Ｇtotal（質量％）を考慮に入れて算出した結晶相中のマグネタイトの含有量（質量％）を測定値３として、下記式（２）により算出した。
フライアッシュに含まれる総非晶質相量Ｇtotalを考慮した結晶相中の鉄（Ｆｅ）量＝〔測定値２×｛２Ｆｅ／Ｆｅ２Ｏ３（１１１．６／１５９．７）｝〕＋〔測定値３×｛３Ｆｅ／Ｆｅ３Ｏ４（１６７．４／２３１．５）｝〕      （２）
【００６１】
セメント組成物の作製
各実施例及び比較例のセメント混合用のフライアッシュと普通セメントとを、フライアッシュが２０質量％、普通セメントが８０質量％となるように混合して、各実施例及び比較例のフライアッシュを混合したセメント組成物を製造した。各実施例及び比較例のフライアッシュを混合したセメント組成物を用いて、以下の評価を行なった。結果を表１に示す。
【００６２】
［流動性の評価−１：セメントペーストの流動性の評価］
フライアッシュを混合したセメント組成物１００質量部に対して、混和剤として高性能ＡＥ減水剤（商品名：マスターグレニウム（登録商標）ＳＰ８Ｓ、ＢＡＳＦ社製）１質量部を配合し、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３０％となるようにして、セメント組成物、高性能ＡＥ減水剤、水をホバートミキサーで３分間練り混ぜ、各実施例及び比較例のフライアッシュを混合したセメント組成物を用いたセメントペーストを得た。
練り混ぜられたセメントペーストをすぐに磨きガラス上に置いた内径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形フローコーンに充填し、練り上げから１分後に円筒形フローコーンを引き上げて、円筒形フローコーンからセメントペーストを引き抜き、円形に広がったセメントペーストの直径の最も大きな長さとそれに直行する長さを測定して両者の平均値をフロー値とした。フロー値が１４０ｍｍ以上のものを流動性が良好とし、フロー値が１４０ｍｍ未満のものを流動性が低下したと評価した。
【００６３】
［流動性の評価−２：モルタルの流動性の評価］
各施例及び比較例のフライアッシュを混合したセメント組成物を用いて、質量比で、前記セメント組成物１に対して、ＪＩＳ  Ｒ５２０１の標準砂３の割合でプレミックスした。プレミックスした粉体中に、フライアッシュを混合したセメント組成物１００質量部に対して、混和剤として高性能ＡＥ減水剤（商品名：マスターグレニウム（登録商標）ＳＰ８Ｓ、ＢＡＳＦ社製）１質量部を配合し、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３０％となるようにして、ホバートミキサーで３分間練り混ぜ、各実施例及び比較例のフライアッシュ混合セメント組成物を用いたモルタルを得た。
練り混ぜられたモルタルをＪＩＳ  Ｒ５２０１：２０１５の「セメント物理試験方法  １２．２  フロー値の測定」に準拠して、モルタルのフロー値を測定した。フロー値が１４５ｍｍ以上のものを流動性が良好とし、フロー値が１４５ｍｍ未満のものを流動性が低下したと評価した。
【００６４】
［色むらの評価］
流動性の評価−１で用いた各実施例及び比較例のフライアッシュを混合したセメント組成物を用いたセメントペーストを金属製のバットに流し込み、温度２０℃、湿度９０％以上の湿気箱で７日間養生したのち、目視にて色彩に差があると判断し、目視にて色彩の差が大きいと判断した表面の色彩の差が大きい順から選択した５箇所について、色彩色差計（商品名：ＣＲ−３００、コニカミノルタジャパン株式会社製）を用いて、ＣＩＥ（国際照明委員会）で規定された明度（Ｌ値）、ａ値、ｂ値を測定し、測定した５点のうち最大のＬ値（Ｌmax値）と、最小のＬ値（Ｌmin値）の差（ΔＬ）と、下記式（３）によって算出されたΔＥａｂにより色むらの度合いを評価した。Δａは、測定した５点のうちの最大のａ値（ａmax値）と最小のａ値（ａmin値）との差（Δａ）であり、Δｂは、測定した５点のうち、最大のｂ値（ｂmax値）と最小のｂ値（ｂmin値）との差（Δｂ）である。ΔＬ又はΔＥａｂが小さい程、色むらが抑制されていると評価した。
ΔＥａｂ＝｛（ΔＬ）２＋（Δａ）２＋（Δｂ）２｝１／２        （３）
【００６５】
【表１】
2018115104.tif 000002
【００６６】
【表２】
2018115104.tif 000003
【００６７】
表１に示すように、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下である、実施例１〜７のフライアッシュを混合した実施例１〜７のセメント組成物は、ペーストフロー値が１４０ｍｍを超えており、且つモルタルフロー値も１４５ｍｍを超えており、流動性が向上し、ワーカビリティが改善されていた。
実施例２及び３は、粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が１５体積％以下のフライアッシュを用いたセメント組成物であり、ペーストフロー値及びモルタルフロー値とも１６０ｍｍを超えており、流動性がより向上していた。
実施例３は、粒径５μ未満の粒子の含有量が３．０体積％以下のフライアッシュを用いたセメント組成物であり、ペーストフロー値及びモルタルフロー値とも１６５ｍｍを超えており、流動性がさらに向上されていた。
【００６８】
また、表１に示すように、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下である、実施例１〜７のフライアッシュを用いたセメントペーストは、比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストと比べて、ΔＬ値及びΔＥａｂ値ともに小さく、色むらが抑制されていることが確認できた。
実施例１〜４に示すように、粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３５体積％以下であり、粒径５μｍ未満の粒子の含有量が３．４体積％以下であるフライアッシュを用いたセメントペーストは、ΔＬ値又はΔＥａｂ値がより小さく色むらがさらに抑制されていた。実施例１のように、ΔＥａｂが３．６の場合、印象レベルでは同じ色として扱える範囲である。実施例２のように、ΔＥａｂが２．８の場合、色の離間比較では、殆ど気付かれない色差レベルであり、一般的には同じ色だと思われるレベルである。また、実施例３のように、ΔＥａｂが０．７の場合は、目視判定の再現性からみて厳格な許容色差の規格を設定できるほど、色むらがないレベルである。
【００６９】
また、表１に示すように、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下である、実施例１〜７のフライアッシュは、強熱減量が６．０質量％以下と少なく、粗大な未燃カーボン粒子５と、微細な未燃カーボン粒子２の含有量が少ないため、強熱減量が低減されていることが確認できた。
【００７０】
表２に示すように、実施例１〜７のフライアッシュは、化学成分としてＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下であり、フライアッシュ中の化学成分としてのＦｅ２Ｏ３の含有量が少なく、フライアッシュ中に含まれるフライアッシュの色調を変化させる要因となるヘマタイトやマグネタイトの結晶相の含有量が比較例１〜６のフライアッシュに比べて少なかった。表１に示すように、化学成分としてのＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下の実施例１〜７のフライアッシュを用いたセメントペーストは、比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストと比べて、ΔＬ値及びΔＥａｂ値ともに小さく、色むらが抑制されていることが確認できた。
【００７１】
表２に示すように、実施例１〜７のフライアッシュは、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が０．７質量％以下、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が１．２５質量％以下、かつ、未燃カーボンを含む総非晶質相量Ｇtotalを考慮した結晶相中の鉄（Ｆｅ）が１．４２質量％以下であり、色むらを発生させる要因の一つのとなるフライアッシュの色調を変化させるヘマタイトやマグネタイトの含有量が少ない。表１に示すように、ヘマタイトやマグネタイトの含有量が少ない実施例１〜７のフライアッシュを用いたセメントペーストは、比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストと比べて、ΔＬ値及びΔＥａｂ値ともに小さく、色むらが抑制されていることが確認できた。
【００７２】
表２に示すように、実施例１〜７のフライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下である。実施例１〜７のフライアッシュは、粒度分布がシャープな形状となり、粒子の大きさが揃っており、流動性の低下や色むらを発生させる要因となる、粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、及び粗大な未燃カーボン粒子５の含有量が少なく、また、微細な未燃カーボン粒子２の含有量が少ないことから、このフライアッシュを用いたフライアッシュ混合セメント組成物は、流動性を向上することができ、色むらの発生が抑制されていた。
【００７３】
表１に示すように、比較例１〜６のフライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％以上であるか、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％を超えていた。比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストは、ペーストフロー値が１４０ｍｍ未満であり、流動性が低下した。また、比較例１〜６のフライアッシュを用いたモルタルは、モルタルフロー値が１４５ｍｍ未満であり、流動性が低下した。また、比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストは、ΔＬ値が１４．５以上と大きく、ΔＥａｂ値も１６．７以上であり、目視で区別できる程度の色むらが確認された。
【００７４】
表２に示すように、比較例１〜５のフライアッシュは、化学成分としてＦｅ２Ｏ３が７．１質量％を超えていた。比較例６のフライアッシュは、化学成分としてのＦｅ２Ｏ３は７．０５質量％であったが、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）は０．７７質量％であり、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は１．３０質量％であり、ヘマタイトとマグネタイトの含有量が多くなっていた。表１に示すように、比較例１〜６のフライアッシュを用いたセメントペーストは、実施例１〜７のフライアッシュを用いたセメントペーストと比べて、ΔＬ値及びΔＥａｂ値ともに大きく、色むらが抑制されていなかった。
【００７５】
表２に示すように、比較例６のフライアッシュは、化学成分としてのＦｅ２Ｏ３は７．０５質量％と少ない値であり、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）は０．７７質量％であり、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は１．３０質量％であり、ヘマタイトとマグネタイトの含有量も比較的少ない値であったが、表１に示すΔＬ値が２３．８及びΔＥａｂ値が３０．９と比較的大きな値となっていた。これは比較例６のフライアッシュは、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１５．４体積％と比較的多いため、比較例６のフライアッシュを用いたセメントペーストは、打設時にブリーディング水と共に微細な未燃カーボン粒子が浮き上がり、色むらの発生を抑制することができなかったためと推測される。
【００７６】
また、表２に示すように、比較例１〜６のフライアッシュは、粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．６５未満であるか、粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５を超えており、粒度分布がブロードな形状となり、粒径がばらついていることが確認できた。また、表１に示すように、比較例２、５のフライアッシュは、強熱減量が６．０質量%を超えており、流動性の低下を抑制でき、色むらの発生を抑制できるほど、未燃カーボンが低減されていなかった。
【００７７】
図１に示すように、石炭火力発電所から得られたフライアッシュをそのまま用いた比較例１のフライアッシュは、真球状の完全溶融粒子１、微細な未燃カーボン粒子２、粒径４５μｍ以上の粗大で歪な不完全溶融粒子３、粗大で中空体である不完全溶融粒子４、粗大な未燃カーボン粒子５が含まれていた。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、石炭火力発電所における発電量の増加にともない、発生量が増加しているフライアッシュを有効に利用することができ、煩雑な工程や製造に用いるエネルギーを増大させることなく、モルタル又はコンクリートに用いた場合に、流動性の低下を抑制してワーカビリティを改善し、色むらの発生を抑制し得るフライアッシュ、このフライアッシュを用いたセメント組成物及びフライアッシュの製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１：真球状の完全溶融粒子、２：微細な未燃カーボン粒子、３：粗大で歪な不完全溶融粒子、４：粗大で中空体である不完全溶融粒子、５：粗大な未燃カーボン粒子
【図１】
2018115104.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月15日(2017.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満であり、前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下であり、ヘマタイトが０．３０質量％以上０．７５質量％以下、マグネタイトが０．２０質量％以上１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が０．２１質量％以上１．４５質量％以下であることを特徴するフライアッシュ。
【請求項２】
強熱減量が６．０質量％以下である、請求項１に記載のフライアッシュ。
【請求項３】
化学成分としてのＦｅ２Ｏ３が７．１質量％以下である、請求項１又は２に記載のフライアッシュ。
【請求項４】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による体積基準粒度分布における累積頻度５０％の平均粒径（Ｄ５０）が１５．０〜３０．０μｍであり、前記平均粒径（Ｄ５０）に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度３０％の粒径（Ｄ３０）の粒径比（Ｄ３０／Ｄ５０）が０．５０以上であり、前記平均粒径Ｄ５０に対する前記測定法による体積基準粒度分布における累積頻度７０％の粒径（Ｄ７０）の粒径比（Ｄ７０／Ｄ５０）が１．８５以下である、請求項１〜３のいずれか１項記載のフライアッシュ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフライアッシュと、セメントとを含むセメント組成物。
【請求項６】
セメント組成物全量に対して、前記フライアッシュの含有量が１質量％を超え３５質量％以下である、請求項５に記載のセメント組成物。
【請求項７】
フライアッシュ全体１００体積％中のレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定した粒径４５μｍ以上の粒子の含有量が３８体積％未満となるように、原料のフライアッシュから粒径４５μｍ以上の粒子の少なくとも一部を取り除く工程と、フライアッシュ全体１００体積％中の前記測定法で測定した粒径５μｍ未満の粒子の含有量が１２体積％以下となるように、原料のフライアッシュから粒径５μｍ未満の粒子の少なくとも一部を取り除く工程を含み、得られるフライアッシュは、ヘマタイトが０．３０質量％以上０．７５質量％以下、マグネタイトが０．２０質量％以上１．２５質量％以下、かつ、結晶相中の鉄（Ｆｅ）が０．２１質量％以上１．４５質量％以下である、フライアッシュの製造方法。
【請求項８】
得られるフライアッシュの化学成分としてのＦｅ２Ｏ３の含有量が７．１質量％以下である、請求項７に記載のフライアッシュの製造方法。