(57)【要約】【課題】石炭灰を含むセメントの強度発現性を、簡易にかつ迅速に予測することができる方法を提供する。【解決手段】石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測する予測工程を含む、石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。  モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測する予測工程を含むことを特徴とする、石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）
（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）
【請求項２】
上記予測工程の前に、少なくとも３種類以上の石炭灰の各々について、ブレーン比表面積、ｐＨ、及び、該石炭灰を含むモルタルの圧縮強さを測定し、得られた数値を用いて、上記式（１）における定数であるａ、ｂ及びｃを算出する定数算出工程を含む、請求項１に記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
【請求項３】
上記予測工程及び上記定数算出工程において、石炭灰のブレーン比表面積の数値として、予め加熱によって石炭灰中の炭素を除去した石炭灰のブレーン比表面積の数値を用いる、請求項２に記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
【請求項４】
上記石炭灰含有セメント中の石炭灰の含有率が、２０〜４０質量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
【請求項５】
上記石炭灰含有セメントが、石炭灰及び中庸熱ポルトランドセメントを含むセメントである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメントの強度発現性の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所の微粉炭燃焼ボイラからの副産物として大量に発生する石炭灰は、セメント、モルタルまたはコンクリート用の混和材として利用されている。中でも、フライアッシュは、セメント、モルタルまたはコンクリート用の混和材として優れた特性を多く有している。
一方、火力発電所で使用される石炭は多種であり、その燃焼条件も同一ではないために、発生する石炭灰のポゾラン活性が大きく異なる。このため、石炭灰を多く含むセメントの強度発現性が異なってくるという問題があった。
【０００３】
フライアッシュの活性度を算出する方法として、例えば、「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１」に規定されるコンクリート用フライアッシュの活性度指数を算出し、当該活性度指数によりフライアッシュのポゾラン活性を評価する方法が知られている。該方法は、所定の配合割合でフライアッシュを含む試験モルタル供試体と、フライアッシュを含まない基準モルタル供試体とを調製し、両モルタル供試体の圧縮強度を測定し、得られた２つの圧縮強度の比に基づいてフライアッシュの活性度を算出する方法である。該方法は、２８日材齢及び９１日材齢の各時点におけるモルタル供試体の圧縮強度を測定する必要があるため、コンクリート用フライアッシュの評価に３ヶ月程度もの長い期間を要するという問題がある。
【０００４】
また、特許文献１には、石炭灰の物性値として、ホウ素溶出量、フリーライム量、ガラス化率、ガラス相の塩基度、及び４５μｍ篩残分量を測定し、下記式（１）〜（３）を用いて、材齢３日、７日、２８日の各時点における石炭灰含有モルタルの圧縮強度の推定値である圧縮強度１〜３を算出し、該圧縮強度１〜３の算出値を用いて、石炭灰の強度発現性を評価することを特徴とする石炭灰の強度発現性の評価方法が記載されている。
圧縮強度１（材齢３日；単位：Ｎ／ｍｍ２）＝９．３−０．０２８×ホウ素溶出量（ｍｇ／Ｌ）＋１．２×フリーライム量（質量％）＋１．２×ガラス相の塩基度・・・（１）
圧縮強度２（材齢７日；単位：Ｎ／ｍｍ２）＝１３．６−０．０１２×４５μｍ篩残分量（質量％）＋０．３６３×フリーライム量（質量％）＋４．６７×ガラス相の塩基度・・・（２）
圧縮強度３（材齢２８日；単位：Ｎ／ｍｍ２）＝３１．５−０．０５４×４５μｍ篩残分量（質量％）＋０．０６×ガラス相の塩基度×ガラス化率・・・（３）
該方法によれば、石炭灰の硬度発現性を迅速に評価することができる。しかし、石炭灰の物性値の測定項目が多いという問題があるため、より簡易に評価することができる方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３３３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、石炭灰を含むセメントの強度発現性を、簡易にかつ迅速に予測することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、特定の式を用いて石炭灰含有セメントの強度発現性を予測する方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］  石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測する予測工程を含むことを特徴とする、石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）
（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）
［２］  上記予測工程の前に、少なくとも３種類以上の石炭灰の各々について、ブレーン比表面積、ｐＨ、及び、該石炭灰を含むモルタルの圧縮強さを測定し、得られた数値を用いて、上記式（１）における定数であるａ、ｂ及びｃを算出する定数算出工程を含む、前記［１］に記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
［３］  上記予測工程及び上記定数算出工程において、石炭灰のブレーン比表面積の数値として、予め加熱によって石炭灰中の炭素を除去した石炭灰のブレーン比表面積の数値を用いる、前記［２］に記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
［４］  上記石炭灰含有セメント中の石炭灰の含有率が２０〜４０質量％である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法。
［５］  上記石炭灰含有セメントが、石炭灰及び中庸熱ポルトランドセメントを含むセメントである、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセメントの強度発現性の予測方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の方法によれば、石炭灰を含むセメントの強度発現性を、簡易にかつ迅速に予測することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法の一例は、定数算出工程及び予測工程を含むものである。以下、各工程について詳細に説明する。
［予測工程］
まず、定数算出工程の後工程である予測工程について説明する。
本工程は、石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測するものである。
モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）
（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）
【００１０】
本工程において強度発現性を予測する対象物である石炭灰含有セメントとは、石炭灰を含むセメントである。
石炭灰含有セメントに用いられる石炭灰としては、フライアッシュ、クリンカアッシュ等が挙げられる。中でも、フライアッシュは、セメント添加材として汎用されている点で、本発明において好ましく用いられる。
石炭灰含有セメント中の石炭灰の含有率は、好ましくは２０〜４０質量％、より好ましくは２５〜３５質量％、さらに好ましくは２８〜３２質量％、特に好ましくは３０質量％である。石炭灰含有セメント中の石炭灰の含有率が２０質量％以上では、石炭灰含有セメントの強度発現性に対する石炭灰の品質による影響が大きくなる。しかし、本発明の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法によれば、石炭灰の品質による影響が大きくなっても、石炭灰含有セメントの強度発現性を正確に予測することができる。
石炭灰含有セメント中の石炭灰の含有率が４０質量％以下であれば、石炭灰含有セメントの強度発現性が向上する。
【００１１】
石炭灰含有セメントに用いられるセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、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の各種ポルトランドセメント等を使用することができる。中でも、石炭灰含有セメントの強度発現性、並びに、石炭灰含有セメントを含むペースト、モルタル、コンクリート（以下、「モルタル等」ともいう。）の流動性及び発熱性の観点から、中庸熱ポルトランドセメントが好ましい。
石炭灰含有セメント中のセメントの含有率は、好ましくは６０〜８０質量％、より好ましくは６５〜７５質量％、さらに好ましくは６８〜７２質量％、特に好ましくは７０質量％である。
石炭灰含有セメント中のセメントの含有率が６０質量以上であれば、石炭灰含有セメントの強度発現性が向上する。
石炭灰含有セメント中のセメントの含有率が８０質量％以下では、石炭灰含有セメントの強度発現性に対する石炭灰の品質による影響が大きくなる。しかし、本発明の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法によれば、石炭灰の品質による影響が大きくなっても、石炭灰含有セメントの強度発現性を正確に予測することができる。
【００１２】
本発明の石炭灰含有セメントの強度発現性の予測方法は、石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、下記式（１）を用いて、石炭灰含有セメントの強度発現性を予測するものである。
モルタルの圧縮強さ＝ａ×ブレーン比表面積＋ｂ×ｐＨ＋ｃ      ・・・（１）
（式（１）中、ａ、ｂ及びｃは、各々、モルタルの材齢によって定まる定数である。）
上記式（１）における定数ａ、ｂ及びｃは、以下の定数算出工程によって算出することができる。
なお、予測工程で用いる石炭灰のブレーン比表面積及びｐＨの数値は、強度発現性の予測の対象物である石炭灰含有セメントの原料として用いられる石炭灰のブレーン比表面積およびｐＨの数値である。
【００１３】
［定数算出工程］
本工程は、予測工程の前に設けられる工程である。本工程は、少なくとも３種類以上（予測の精度を高める観点から、好ましくは５種類以上、特に好ましくは１０種類以上）の石炭灰の各々について、ブレーン比表面積、ｐＨ、及び、該石炭灰を含むモルタルの圧縮強さを測定し、得られた数値を用いて、重回帰分析によって上記式（１）における定数であるａ、ｂ及びｃを算出する工程である。
定数算出工程において、上記少なくとも３種類以上の石炭灰としては、通常、上述の予測工程において強度発現性の予測の対象となる石炭灰含有セメントで用いる石炭灰以外の石炭灰が用いられる。
また、本工程における上記石炭灰を含むモルタルの配合は、上記予測工程における石炭灰含有セメントを含むモルタルの配合と同じである。
【００１４】
上述した定数算出工程および予測工程において、石炭灰のブレーン比表面積の数値として、予め、加熱によって石炭灰中の炭素を除去した石炭灰のブレーン比表面積の数値を用いてもよい。該数値を用いた場合、より正確に石炭灰含有セメントの強度発現性を予測することができる。
石炭灰の加熱方法は特に限定されるものではなく、例えば、電気炉等を用いて、好ましくは６００℃以上、より好ましくは７００℃以上、特に好ましくは８００℃以上で加熱する方法が挙げられる。該温度が６００℃以上であると、石炭灰に含まれる炭素の除去量をより大きくすることができる。
加熱による炭素の除去は、加熱後の石炭灰中の炭素の量が、加熱前の石炭灰中の炭素の
量１００質量％に対して、好ましくは８質量％以下、より好ましくは５質量％以下となるまで行われる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（１）使用材料
使用したフライアッシュａ〜ｊの各物性値を表１に示す。また、フライアッシュａ〜ｊの各ｐＨは以下の方法によって測定した。なお、フライアッシュａ〜ｊとしては、日本産のフライアッシュを使用した。
（２）ｐＨの測定
フライアッシュ１０ｇと蒸留水１００ｍｇを混合した後、得られた混合液を、振とう機を用いて、水平方向振とう幅５ｃｍ、振とう回数２００回／分間の条件において、１０分間振とうした。
振とう後、得られた混合液のｐＨを「ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２（２００８）；ガラス電極法」に準拠して測定した。
【００１６】
（３）モルタルの製造
中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）７０質量％及び上記各フライアッシュ３０質量％を含む石炭灰含有セメントについて、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１」に準じて、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さを測定した。
以上の結果を表１及び表２に示す。
【００１７】
【表１】
2015190903.tif 000002
【００１８】
［実験例１］
表１に示すフライアッシュａ〜ｊのブレーン比表面積及びｐＨ、並びに、材齢３日における各フライアッシュを含むモルタルの圧縮強さの測定値の組み合わせ（１０種類）と、上記式（１）を用いて、重回帰分析によって、定数ａ、ｂ及びｃを算出したところ、材齢３日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（２）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢３日）＝０．３３４×ブレーン比表面積＋０．５８５×ｐＨ＋４．２０８  ・・・（２）
得られた式（２）と、表１に示すフライアッシュａ〜ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、各フライアッシュを用いた材齢３日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（２）による予測値）を得た。結果を表２に示す。
【００１９】
材齢３日における各フライアッシュを含むモルタルの圧縮強さの測定値の代わりに、材齢７日における各フライアッシュを含むモルタルの圧縮強さの測定値を用いる以外は、式（２）を得る方法と同様にして、材齢７日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（３）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢７日）＝０．６７９×ブレーン比表面積＋０．５２１×ｐＨ＋９．３０６  ・・・（３）
得られた式（３）と、フライアッシュａ〜ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、各フライアッシュを用いた材齢７日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（３）による予測値）を得た。結果を表２に示す。
【００２０】
材齢３日における各フライアッシュを含むモルタルの圧縮強さの測定値の代わりに、材齢２８日における各フライアッシュを含むモルタルの圧縮強さの測定値を用いる以外は、式（２）を得る方法と同様にして、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（４）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢２８日）＝１．１×ブレーン比表面積＋０．８８８×ｐＨ＋１７．２１５  ・・・（４）
得られた式（４）と、フライアッシュａ〜ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、各フライアッシュを用いた材齢２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（４）による予測値）を得た。結果を表２に示す。
また、各材齢におけるモルタルの圧縮強さの算出値と測定値との平均二乗誤差を算出した。結果を表７に示す。
表２、及び、表７の「実験例１」から、式（１）によるモルタルの圧縮強さの予測が可能であることがわかる。
【００２１】
【表２】
2015190903.tif 000003
【００２２】
［実験例２］
［炭素が除去されたフライアッシュＡ〜Ｊの製造］
表１に示す各フライアッシュ５００ｇを、白金皿に入れて、電気炉を用いて８００℃で１時間加熱することで、炭素が除去されたフライアッシュＡ〜Ｊを得た。
得られたフライアッシュＡ〜Ｊの各ブレーン比表面積を表３に示す。
また、熱重量分析によって、加熱後のフライアッシュ（Ａ〜Ｊ）中の炭素量を測定したところ、該炭素量は、加熱前のフライアッシュ（ａ〜ｊ）中の炭素量の３．０質量％以下に減少していた。
なお、フライアッシュＡ〜ＪのｐＨの測定値は、各々、炭素を除去する前のフライアッシュａ〜ｊと同じである。
【００２３】
【表３】
2015190903.tif 000004
【００２４】
表３に示すフライアッシュＡ〜Ｊのブレーン比表面積及びｐＨの数値、並びに、表１に示す材齢３日におけるフライアッシュａ〜ｊを含むモルタルの圧縮強さの測定値の各組み合わせ（１０種類）と、上記式（１）を用いて、重回帰分析によって、定数ａ、ｂ及びｃを算出したところ、材齢３日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（５）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢３日）＝０．３９３×ブレーン比表面積＋０．５６６×ｐＨ＋４．３０５  ・・・（５）
得られた式（５）と、フライアッシュＡ〜Ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、フライアッシュａ〜ｊを用いた材齢３日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（５）による予測値）を得た。結果を表４に示す。
【００２５】
材齢３日におけるフライアッシュａ〜ｊを含むモルタルの圧縮強さの測定値の代わりに、材齢７日におけるフライアッシュａ〜ｊを含むモルタルの圧縮強さの測定値を用いる以外は、式（５）を得る方法と同様にして、材齢７日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（６）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢７日）＝０．７７３×ブレーン比表面積＋０．４８６×ｐＨ＋９．５４６  ・・・（６）
得られた式（６）と、フライアッシュＡ〜Ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、フライアッシュａ〜ｊを用いた材齢７日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（６）による予測値）を得た。結果を表４に示す。
【００２６】
材齢３日におけるフライアッシュａ〜ｊを含むモルタルの圧縮強さの測定値の代わりに、材齢２８日におけるフライアッシュａ〜ｊを含むモルタルの圧縮強さの測定値を用いる以外は、式（５）を得る方法と同様にして、材齢２８日におけるモルタルの圧縮強さを予測するための式（７）を得た。
モルタルの圧縮強さ（材齢２８日）＝１．３３５×ブレーン比表面積＋０．８２×ｐＨ＋１７．４７１  ・・・（７）
得られた式（７）と、フライアッシュＡ〜Ｊのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、フライアッシュａ〜ｊを用いた材齢２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（式（７）による予測値）を得た。結果を表４に示す。
また、表４に示す各材齢におけるモルタルの圧縮強さの算出値と表２に示す各材齢におけるモルタルの圧縮強さの測定値との平均二乗誤差を算出した。結果を表７に示す。
表４、及び、表７の「実験例１」、「実験例２」から、炭素を除去しない場合（実験例１）に比べて、炭素を除去した場合（実験例２）の方が、予測の精度が高いことがわかる。
【００２７】
【表４】
2015190903.tif 000005
【００２８】
［実施例１］
中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）７０質量％及び表５に示す各フライアッシュｋ〜ｍ３０質量％を含む石炭灰含有セメントについて、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１」に準じて、材齢３日、７日、２８日の各時点におけるモルタルの圧縮強さを測定した。なお、フライアッシュｋ〜ｍとしては、日本産のフライアッシュを使用した。
また、上記式（２）〜（４）と、表５に示すフライアッシュｋ〜ｍのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、各フライアッシュを用いた石炭灰含有セメントについて、材齢３日、７日、２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（予測値）を得た。その結果を表５に示す。
また、各材齢におけるモルタルの圧縮強さの算出値と測定値との平均二乗誤差を算出した。結果を表７に示す。
表５、及び、表７の「実施例１」から、本発明の方法を用いることによって、モルタルの圧縮強さを正確に予測できたことがわかる。
【００２９】
【表５】
2015190903.tif 000006
【００３０】
［実施例２］
［炭素が除去されたフライアッシュＫ〜Ｍの製造］
表５に示す各フライアッシュ５００ｇを、白金皿に入れて、電気炉を用いて８００℃で１時間加熱することで、炭素が除去されたフライアッシュＫ〜Ｍを得た。
得られたフライアッシュＫのブレーン比表面積は３，５９０ｃｍ２／ｇ、フライアッシュＬのブレーン比表面積は３，４７０ｃｍ２／ｇ、フライアッシュＭのブレーン比表面積は３，５１０ｃｍ２／ｇであった。
また、熱重量分析によって、加熱後のフライアッシュ（Ｋ〜Ｍ）中の炭素量を測定したところ、該炭素量は加熱前のフライアッシュ（ｋ〜ｍ）中の炭素量の３．０質量％以下に減少していた。
なお、フライアッシュＫ〜ＭのｐＨの測定値は、各々、炭素を除去する前のフライアッシュｋ〜ｍと同じである。
【００３１】
上記式（５）〜（７）と、フライアッシュＫ〜Ｍのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いて、実施例１で用いたフライアッシュｋ〜ｍを含む石炭灰含有セメントについて、材齢３日、７日、２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（予測値）を得た。その結果を表６に示す。
また、表６に示す各材齢におけるモルタルの圧縮強さの算出値と表５に示す各材齢におけるモルタルの圧縮強さの測定値との平均二乗誤差を算出した。結果を表７に示す。
表６、及び、表７の「実施例２」から、本発明の方法を用いることによって、モルタルの圧縮強さを正確に予測できたことがわかる。
【００３２】
【表６】
2015190903.tif 000007
【００３３】
【表７】
2015190903.tif 000008
【００３４】
実施例１〜２に示すとおり、実験例１〜２において得られた式（２）〜（７）と、フライアッシュのブレーン比表面積及びｐＨの測定値を用いることで、モルタルの圧縮強さを予測できたことがわかる。
特に、表７に示すように、式（１）における定数ａ、ｂ及びｃを算出する定数算出工程、及び、算出された定数ａ、ｂ及びｃを有する式を用いてモルタルの圧縮強さを予測する予測工程において、炭素を除去したフライアッシュのブレーン比表面積の測定値を用いることで、より正確にモルタルの圧縮強さを予測することができる。例えば、実施例２における材齢２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（予測値）と測定値との平均二乗誤差（０．４２）は、実施例１における材齢２８日のモルタルの圧縮強さの算出値（予測値）と測定値との平均二乗誤差（０．７０）と比べて、顕著に小さい数値であり、より正確にモルタル圧縮強さを予測することができることがわかる。