粉砕技術による粒度分布の変化から生まれた高性能コンクリート。現代社会では、建設開発の強力なツールです。コンクリートは必要不可欠な建築材料であると同時に、セメントペーストでもあります。このペーストの密度は、粒子径とセメントの特性によって変化します。その結果、セメントの粒度などの特性を変えることができ、それがセメントの性能を変える鍵となります。しかし、セメント粒子の充填密度は、現代の粉砕技術開発に直結しています。この関係から、セメントの粒子径に関する実験が始まりました。私たちは現在、セメントをより建設ニーズに適したものにするために、さまざまな粒子特性を研究しています。この努力は、私たちの改善と進歩への意欲を表しています。.
01 セメント粒度分布の分析
私たちは4つの新しいセメント粉砕プロセスを研究対象として選びました：
ローラープレス＋V型セパレーター＋オープンサーキット ボールミル
ローラープレス＋V型セパレーター＋クローズドサーキットボールミル
最終粉砕工程としての竪型ミル
竪型ミル＋クローズドサーキットボールミル
ふるい分析によって繊度を測定し、Rosin-Rammler-Bennett式を用いて均一性係数と特徴的な粒子径を算出しました。これにより粒度分布を分析することができました。また、レーザー粒度分布計を使用して、さらなる測定を行いました。.
調査結果はこうです：
(1)これら4つのプロセスによるセメントの粒度分布は、従来の開放型ボールミルによるものより均一。ローラープレス＋V型セパレーター＋開放型ボールミルの工程は、各構成要素の連携により均一性をコントロールすることができます。さらに試験を進めると、均一な粒子分布はセメントの粘度と耐久性のコントロールに役立つことがわかります。したがって、セメントの使用量と効果をよりよくコントロールすることができます。.
(2) これら4つのプロセスは、セメントの有効利用率を向上させます。機械的粉砕はセメントの性質を変えるので、これらのプロセスは使い勝手が良く、発展が期待できます。.
(3)従来のボールミル粉砕に予備粉砕システム（ローラープレス＋V型セパレーター）を加えることで、開放式と閉鎖式の粒度分布の差を低減。セメントの特性を明確にし、新旧の配合を組み合わせることで、より顕著な効果が得られます。これにより、耐用年数が向上し、力強い発展の見込みが生まれます。.
(4) 最終粉砕工程としての竪型ミルからの製品は、ローラープレスや竪型ミルとボールミルを組み合わせたシステムと同様の粒度分布を持ちます。.
02 調査結果
混合粉砕を使用すると、フライアッシュ（粉砕しやすい）は細かい粒子に集中し、スラグ（粉砕しにくい）は粗い粒子に集中する傾向があります。その結果、乾燥粉末の充填密度が低くなります。別々に粉砕することで、粗粒分が少なく、細粒分がやや不十分なセメントが得られます。混合材料の比表面積を大きくすることは、粒子分布に大きく影響し、乾燥粉末充填密度を増加させます。.
セメントペーストの粒度分布と充填密度には良好な相関関係があります。粒子均一性係数が大きくなると、ペースト中の充填密度は直線的に減少します。混合粉砕システムでは、フライアッシュ入りペーストは充填密度が高く、スラグ入りペーストは充填密度が低い。分離粉砕では、混合材料の比表面積を増加させることでペースト密度が大幅に改善されます。.
混合材料の含有量が一定である場合、ペースト中の充填密度が高いほど強度が高くなります。2つの粉砕方法の比較
比表面積400m²/kgで別々に粉砕したフライアッシュ入りセメントの強度は、同じ含有量の混合粉砕よりも低くなります。.
スラグ入りセメントの場合、混合粉砕よりも分離粉砕の方が強度が高くなります。.
さらに、フライアッシュ入りセメントはスラグ入りセメントよりも混和剤との相性が悪い。混合材料の含有量が増加するにつれて、標準的なコンシステンシーのための水需要が増加し、凝結時間が大幅に延長され、異なる年齢における化学結合水が減少します。全体として、別々に粉砕したセメントの方が機械的性質が良く、スラグ入りセメントはフライアッシュ入りセメントよりも性能が良い。.
03 グラウンドセメントの日常生活への応用
セメントは重要な建設資材ですが、その生産には多大なエネルギーを消費します。省エネルギーと排出削減が優先される今日、高性能の製品を得ながらエネルギー使用量を最小限に抑えることは極めて重要です。.
セメントの粒度分布は、その性能を左右する重要な要素です。この分布を最適化することで、セメントの 性能が向上し、低エネルギーセメント製造の需要に応えること ができます。2つの重要な側面は、異なる粒度範囲にわたる分布と全体的な粒子充填です。.
本研究では、この2つの側面について検討しました。これに基づき、セメント粒度分布を最適化し、セメント粒子の初期タイトパッキングに関する新しいモデルを提案しました。さまざまな粒径における強度発現に関する研究から、強度はセメント粒子とその生成物の相互成長、連結、水和によってもたらされ、外力に対する抵抗力を生み出すことが明らかになりました。.
セメントの粒子径は、水和の速度と程度に直結します。粒径の違いによって水和速度は大きく異なります。すべての粒子の中で、強度発現を支配するのは3～32μmの粒子です。この範囲内の分布は連続的であるべきで、総含有量は65%以下であるべきです。さらに研究を進めると、16～24μmの粒子が特に重要で、多ければ多いほど良いことが分かっています。.
3μmより小さい粒子は水和が非常に早く、混合中にも水和するものもあるため、初期強度にのみ効果があります。32～60μmの粒子は水和の程度が低く、60μmより大きい粒子は活性がほとんどなく、ほとんどフィラーとして働きます。従って、32μm以上の粒子が多いと、クリンカ利用率が低下し、セメント性能も低下します。.
筋力の発達を研究することで、見えてくることがあります：
(0, 3)μm範囲の粒子はすぐに強度を発現しますが、3日目の強度は最高には達しません。その強度は28日後には収縮することさえあります。含有量を制限する必要があり、10%以下が理想的です。.
3,16）μmの粒子が最も高い3日間強度を示します。.
(16, 32)μmの範囲の粒子が最も高い28日強度を示します。.
全体として、（3, 32）μmの範囲の粒子は強度発現に極めて重要であり、多ければ多いほど良い。32, 64）μmの範囲の粒子は初期強度にはほとんど寄与しませんが、長期強度（180日後）は（3, 32）μmの範囲に追いつくか、あるいはそれを上回ります。長期的な強度発現のためには、この範囲が必須であり、理想的には10%以下です。.
64μm以上の粒子は、強度の発現が非常に遅い。その含有量は、理想的には5%以下に制限されるべきです。理論解析と実験結果から、フラクタル次元は粒度分布の特性パラメータとして実行可能であることが確認されました。フラクタル次元は他のパラメータとよく相関します。.
与えられた実験条件下で
均一性指数n=1の場合、特性粒子径Xが16μmから32μmに増加すると、フラクタル次元Dは2.50から2.27に減少しました。.
特性粒子径X=29μmでは、均一性指数nが0.6から2.2に増加するにつれて、フラクタル次元Dは2.73から0.21に減少しました。.
均一性指数n=1では、比表面積Sが324 m²/kgから405 m²/kgに増加すると、フラクタル次元Dは2.28から2.36に増加しました。.
最適な充填を示すフラー曲線は、異なる粒度範囲の分布要件を満たすことができません。これは過剰な微粉につながります。16μm以下の微粒子と45μm以上の粗粒子を、フライアッシュやスラグ粉末のような活性添加剤で置き換えることができます。これにより、強度に最も寄与する重要な(16, 45)μm範囲の含有量が増加し、粒度分布が最適化され、セメントクリンカーが節約されます。.
セメント粒子の初期タイトパッキングに関する新しいモデル、LHモデルを提案します。最大粒径は60μm、最小粒径は0.6μm。3μm以下の粒子は5%以下、(3, 32)μmの粒子は70%以下。コンピューター・シミュレーションによると、LHモデルのボイド率は27.9%。低い空隙率を維持しながら、性能要件を満たしています。.
04 まとめ
粉砕技術の進歩により、セメントの品質は徐々に向上しています。セメントの粒度は、その用途を決定します。粒度範囲の拡大は、密度に基づいた多様な利用を可能にし、セメント開発を新たなトレンドに押し上げます。これにより、進歩の機会が増え、都市化が促進され、進歩が加速されます。その結果、セメント粉砕技術の開発は広く採用され、利用され続けています。.
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