JP2676688B2 - 高強度水硬性物質組成物 - Google Patents
高強度水硬性物質組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、常温で流し込み成
形ができる優れた作業性と、その流し込み面に対して極
めて精密な転写性を持つうえ、耐熱性や高強度特性に優
れた、特に、曲げ強度の改善された硬化体が得られる高
強度水硬性物質組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】水硬性無機材料に、それより１〜２オー
ダ小さい超微粉を加え、高性能減水剤と共に用いて緻密
な高強度硬化体を得る技術は既に公知である（特公昭６
０−５９１８２号公報、特表昭５５−５００８６３号公
報）。また、ステンレス粒子を骨材として、ポルトラン
ドセメント質水硬性材料を組み合せた類似技術も公知で
ある（特表昭６１−５０２６０３号公報）。しかしなが
ら、これら従来の水硬性材料において、前者は通常のモ
ルタルやコンクリートと比べて、緻密性が優れているた
め高温時に水蒸気による爆裂が生じ、必ずしも耐熱性を
有しているとは言い難く、成形物を常用できる温度とし
ては、２５０℃〜４００℃程度が限界であるといわれて
いる。また、成形物を作る際に熱応力による温度ひび割
れ等が解決すべき問題点となっている。 【０００３】一方、水硬性のキャスタブル耐火物用組成
物も知られているが、これらは耐熱性には問題はないも
のの、高強度特に曲げ強度の高いものを得ることは難し
く、かつ優れた流動性を保持したまま流し込み成形によ
って転写性を得ることは困難であり、更に中温度域（４
００〜９００℃）での大きな強度損失や水和物の転移温
度が室温付近にあって不安定であることなど多くの問題
が残されている。 【０００４】以上のごとく、水硬性材料から、特に常温
で流し込み成形ができる優れた作業性と、その流し込み
面に対して極めて精密な転写性と、かつ耐熱性や高強度
特性に優れた水硬性物質組成物を確保するには種々の問
題がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、常温
で流し込み成形ができる優れた作業性と、その流し込み
面に対して極めて精密な転写性を有し、得られる硬化体
が優れた曲げ強度と優れた耐熱性を示す高強度水硬性物
質組成物を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルカ
リ土類金属酸化物と酸化アルミニウム(Al2O3)とを主成
分とする水硬性物質、水硬性物質より１オーダー以上平
均粒子径の小さな超微粉、金属骨材、粒径１〜１００μ
ｍの不活性無機粉体及び分散剤を含む高強度水硬性物質
組成物が提供される。 【０００７】 【発明の開示】本発明に用いるアルカリ土類金属酸化物
と酸化アルミニウム（Al2O3）とを主成分とする水硬性
物質としては、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ又はこれら２種
以上の混合物とＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものが好まし
い。特に好ましい水硬性物質としては、アルミナセメン
ト等を挙げることができ、また、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモ
ル比が０．５未満のカルシウムアルミネート、ＣａＯ／
Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．５〜４．０のカルシウムアルミ
ネートを挙げることができる。 【０００８】アルミナセメントとしては、ＣａＯ・Ａｌ
2Ｏ3を主成分として含み、他にＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3、１
２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3又はこれらの混合物を用いること
ができる。また、例えばＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3等の固溶体
を少量含有していてもよい。これらの市販品としては、
「デンカアルミナセメント１号」、「デンカアルミナセ
メント２号」、「デンカハイアルミナセメント」（いず
れも電気化学工業（株）製、商品名）、「アサノアルミ
ナセメント」（日本セメント（株）製、商品名）、「ア
サヒホンジュ」（旭硝子（株）、商品名）などがある。 【０００９】ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が０．５未満の
カルシウムアルミネートとしては、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3
−ＣａＯ・６Ａｌ2Ｏ3混合物を主成分とするものを挙げ
ることができ、更に上述のアルミナセメントを含んでい
てもよい。この場合には特に耐熱性が向上する。 【００１０】ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．５〜４．
０のカルシウムアルミネートとしては、１２ＣａＯ・７
Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・
Ｆｅ2Ｏ3、６ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3又はこれら
の混合物を主成分とするものを挙げることができ、これ
ら以外に少量の固溶成分を含んでいてもよい。この場合
には、早強性で高い曲げ強度を示すものを得ることがで
きる。 【００１１】水硬性物質として、ＢａＡｌＯ4やＳｒＡ
ｌＯ4などの構成鉱物及びそれらの混合物等を主成分と
して含むものを用いることもできる。 【００１２】水硬性物質の粒度は特に限定されるもので
はないが、１０〜３０μｍ位の平均粒径のものが好まし
い。 【００１３】本発明に用いる超微粉とは、水硬性物質の
平均粒径の少なくとも１オーダー以上、好ましくは２オ
ーダー以上小さな平均粒径を有するものであり、１μｍ
以下、好ましくは０．５μｍ以下のものが好ましい。具
体的にはフエロシリコンや金属シリコンなどの製造時に
副生するシリカダスト、あるいは上記水硬性物質、高炉
スラグ、フライアッシユ、アルミナ及びシリカを粉砕・
分級したものや、各々のバクフイルター回収品、さらに
は、気相法や液相沈澱法などにより生成した無機質の超
微粉などである。 【００１４】超微粉の使用量は、水硬性物質９５〜５０
重量％に対し５〜５０重量％程度が好ましく、９０〜８
０重量％に対し１０〜２０重量％程度がより好ましい。
５重量％未満では、混練物の流動性がダイラタンティッ
クとなり、充分な練り混ぜができない恐れがある。５０
重量％を超えると流動性を得ることが困難となる恐れが
あり、いずれの場合でも流し込み面に対して精密な転写
性を有することが難しいので好ましくない。 【００１５】本発明に用いる金属骨材としては、鉄粉、
ステンレス粉や例えばフエロシリコン、フエロマンガン
及びカルシウムシリコンなどの合金鉄粉、特に水洗乾燥
処理などをした合金鉄粉があげられる。曲げ強度の向上
と云う点からは鉄粉やステンレス粉、特にステンレス粉
の中でもオーステナイト系ステンレス粉及びフエロマン
ガン粉が好ましい。鉄粉、オーステナイト系ステンレス
粉やフエロマンガン粉を使用すると曲げ強度が特に高い
値を示す理由は定かではないが、それ自身の強度が高い
ことと、付着性が優れているためと思われる。通常粒径
は０．１〜５ｍｍ程度であり、特に限定されるものでは
ないが粒径を小さくすればするほど曲げ強度は向上す
る。一方、金属骨材の粒径を細かくすることにより材料
の脆性的な傾向は強くなることから、０．１〜０．３ｍ
ｍ程度で選定することが好ましい。金属骨材の使用量は
水硬性物質と超微粉の合計量に対し５重量倍量以内で選
択使用されるが、プレパックドやポストパックド工法等
の特殊な成形方法の場合にはこの限りでない。 【００１６】本発明に用いる粒径１〜１００μｍの不活
性無機粉体とは、水和反応に対して、不活性な無機質固
体材料の粒子から成る粉体を意味する。その粒径は、粒
径が小さくなるほど粒子の表面活性が大きくなり、混練
時に多量の水を使用しなければ流動性を確保できなくな
ること、また粒径が大きくなるほど面の転写性が悪くな
ることを勘案して、１〜１００μｍ、好ましくは５〜８
８μｍ、さらに好ましくは５〜４４μｍのものが良い。
この不活性無機粉体の成分的な制限は特になく、酸化
物、非酸化物系のセラミックスなどを用いることがで
き、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、マグネシ
ア、スピネル、炭化けい素、窒化物が使用可能であり、
これら粉体は、各種陶磁器や耐火物や骨材などを粉砕あ
るいは粉砕分級して調製することができる。また、不活
性無機粉体は水に対し易溶性のものは適当でなく、吸水
率のあまり高くないものが好ましい。更に成形物に耐熱
性が要求される場合は、耐熱性の要求度に応じて使用す
る不活性無機粉体が、少なくともその要求温度以上の高
温に耐えるものであることが必要である。 【００１７】不活性無機粉体の使用量は、水硬性物質に
対して任意に換えることができるが、両者の合計１００
体積部中、不活性無機粉体が２０体積部以上が流動性の
観点から好ましい。硬化収縮の著しい改善の点からは５
０体積部以上が好ましく、更に好ましくは８０体積部以
上において、耐熱性に大きな効果が見られ、高温や熱衝
撃等の苛酷な熱環境下での使用には９０体積部以上が好
ましい。但し、圧縮強度は問題はないが、曲げ強度と云
う観点からは水硬性物質が両者の合計１００体積部中、
５０体積部以上、より好ましくは８０体積部以上含まれ
ていることが好ましく、それにより他の性質が改善さ
れ、高い曲げ強度を維持することができる。この際、不
活性無機粉体の配合は、水硬性物質の置換になるので、
水硬性物質を置換した容積分の不活性無機粉体が必要に
なる。そのため使用する不活性無機粉体の比重（比重
２．６〜４．０）により水硬性物質と水硬性物質合計量
の重量が変化するが、水硬性物質の比重が３．１前後で
あるので重量部と体積部とは略類似した値になると考え
られる。尚、細密充填させる場合には、重量部表示より
も体積部表示が好ましい。 【００１８】本発明に用いる分散剤としては、クエン酸
等のオキシカルボン酸類、ポリカルボン酸又はその塩、
高性能減水剤（Super plasticizer)と呼ばれるナフタレ
ン或いはアルキルナフタレンスルホン酸又はそれらの塩
のホルマリン縮合物、メラミン樹脂スルホン酸又はその
塩、高分子量リグニンスルホン酸又はその塩を例示する
ことができ、それらを単独或いは組合せて用いることが
できる。添加量は水硬性物質と超微粉との合計１００重
量部に対して１〜５重量部が望ましく、好ましくは１．
５〜３重量部が望ましい。この際添加量が１重量部未満
では流動性を得ることが難しく、５重量部を超える場合
は、水和反応の遅延が著しくなるので好ましくないた
め、超微粉の分散という点からいわゆる高性能減水剤の
使用が望ましい。 【００１９】本発明では、必要に応じて水硬性物質に硬
化調整剤を加えることもでき、硬化調整剤と高性能減水
剤とを組合せて用いることにより特に良好な結果を得る
ことができる。前記硬化調整剤としては硫酸、硼酸等の
無機酸や硼酸塩、アルカリ金属の硫酸塩、炭酸塩、炭酸
水素塩、クエン酸等の有機酸やその塩、リン酸エステル
や石コウ等を挙げることができる。硬化調整剤の使用量
は、その目的により異なるが、通常は水硬性物質と超微
粉との合計１００重量部に対し３重量部以下が好まし
い。 【００２０】本発明では、水硬性物質と略同等の粒径１
〜１００μｍを有する金属粒子を用いることもできる。
この場合には、加工性及び機械的強度を改善することが
できる。この際の金属粒子の粒径は、小さすぎると流動
性が低下し、一定の流動性を得るための水量が増加し、
硬化体の強度が低下してしまうこと、また大きすぎると
多量に添加した場合、粒子の剥落等を生じ、系の機械加
工性が低下するというネガティブ面が強くなり、これら
を勘案して１００μｍ以下、１μｍ以上、即ち、水硬性
物質の粉径と略同程度のものを使用することが重要であ
る。金属粒子を構成する成分的な制限は特になく、例え
ば鉄、ステンレス、フェロクロム等の合金鉄等を用いる
ことができる。金属粒子の使用割合は、水硬性物質と金
属粒子の合計１００体積部中に、金属粒子を１０〜９５
体積部配合させることができる。但し、高い曲げ強度を
維持するためには、水硬性物質が５０体積部以上、より
好ましくは８０体積部以上含まれていることが好まし
い。 【００２１】以上の配合の他に、各種繊維や網の配合も
可能である。繊維としては、鋳鉄のひびり切削法による
繊維、スチール繊維及びステンレス繊維などの金属繊
維；石綿やアルミナ繊維などの各種天然又は合成鉱物繊
維；炭素繊維；ガラス繊維、更に、ポリプロピレン、ビ
ニロン、アクリロニトリル及びセルロースなどの天然又
は合成の有機繊維等があげられる。また、補強材として
従来より用いられている鋼棒やＦＲＰロッドなどを用い
ることも可能であり、特に大型のものにはこれら補強材
が必要不可欠なものである。流動性を損なわないと云う
点からは、３ｍｍ程度の長さの金属短繊維やさらにそれ
よりも短いウィスカーなども好ましく用いることができ
る。また、あらかじめ形状のあるものを編んでおき、後
からペーストやモルタルを含浸させるいわゆるプレフォ
ームとしても用いることもできる。さらに、高温での使
用を考える場合には、耐熱のある繊維を用いることが望
ましい。 【００２２】本発明の高強度水硬性物質組成物を硬化さ
せるには、水と混練し、所望形状に成形して硬化体を
得、養生させることにより得ることができる。この際、
水の使用量は、より少量の水を用いることが転化による
強度低下の抑制及び高強度を得ることができる。具体的
には、水硬性物質と超微粉との合計重量（Ｃ）と水重量
（Ｗ）との重量比（Ｗ／Ｃ）が０．３５以下、特に好ま
しくは０．２５以下が好ましい。 【００２３】本発明において、材料の混練方法は、特に
限定されるものではないが、充分に混練することが好ま
しい。本発明においては、さらに真空脱泡処理すること
が効果的であり、具体的には真空鋳込装置（高木製作所
（株）製）、真空オムニミキサ（千代技研工業（株）
製）及び真空混合機（（株）三英製作所製）などを用い
たり、薄膜を形成して脱泡する方法などを挙げることが
できる。脱泡時には回転速度を低下させることが好まし
く、特に薄膜を形成して脱泡する方法は、脱泡速度が早
く効果が著しい。脱泡条件は、５０〜７０ｍｍＨｇ程度
の真空度とするのが、水分の蒸発等を考慮した場合適当
である。また、脱泡時間は特に限定されるものではない
が、通常５〜３０分間程度が好ましい。 【００２４】真空脱泡処理によって、ＡＳＴＭ Ｃ−１
８５−５９に準じて測定する空気量が１〜２％程度以下
になることが好ましく、１％程度以下になることが更に
好ましい。 【００２５】また、成形時に真空脱泡処理と振動を組み
合せることも非常に有効であり脱泡効率が高く、より曲
げ強度の高い高強度水硬性物質組成物による成形体を提
供することができる。 【００２６】硬化させた成形体を養生するには、通常の
常温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生、高温水中養生
又はこれらを組合わせた養生によって行うことができ
る。 【００２７】前記通常の養生後、更に１００℃以上にて
乾燥養生させることが好ましい。乾燥養生を行うことに
より力学性状を、より改善することができる。特に４０
０〜６００℃程度の高温処理により著しく力学性状を改
善することができるが、この場合には、あらかじめ１１
０℃程度で予備乾燥しておくことが好ましい。養生期間
は形状、配合等により異なるが通常３日から７日間程度
であり、より高い温度の処理は数時間最高温度に保持さ
れれば良い。但し、大きさ等により内部と外部との温度
差を生じさせないようにする必要があり、その場合には
昇温、降温に長時間を要し、１日〜２日を必要とする。 【００２８】 【発明の効果】本発明の高強度水硬性物質組成物は、従
来技術では不可能である流動性、転写性を高度に維持
し、かつ高強度の特に曲げ強度に優れ、かつ耐熱性に優
れた硬化体を与えるものであり、各種の応用面に優れた
成形素材として用いることができる。その利用例として
は、各種のセラミックス代替品や建材等に用いることが
でき、特に面の転写性や常温での成形のし易さを考える
と例えば（１）各種金属の鋳造型やその中子、（２）バ
インダーとして熱硬化性樹脂を使う各種金属の鋳造型や
中子などの製造型、（３）グラビテイ成形型（低圧鋳造
型）（４）ダイキヤスト成形型、（５）各種耐熱性樹脂
やエンジニアリングプラスチックス用の成形型、（６）
ＲＩＭ（Reaction Injection Mold)成形型、（７）ＳＭ
Ｃ（Sheet Molding Compound)成形型、ＢＭＣ（Bulk Mo
lding Compound)成形型及びスタンピング(Stamping)成
形型等のＦＲＰ用成形型、（８）プラズマ溶射用の元
型、（９）高温焼成用各種粉末冶金型、（１０）ガラス
セラミックスの成形型、及び（１１）高温プレス成形型
等に利用することができる。 【００２９】 【実施例】以下本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。 【００３０】実施例１ 表１に示す配合を用いて、モルタルミキサーにより５分
間混練し、４×４×１６ｃｍの型枠に注型し、５０℃で
７日間養生した後、１８０℃で１日の乾燥養生を行な
い、その後６００℃、７００℃及び８００℃でそれぞれ
３時間焼成を行った。乾燥養生後の養生物の曲げ強度と
焼成後の焼成物の曲げ強度をＪＩＳ Ｒ５２０１に従っ
て測定した。結果を表１に示す。尚、比較として、不活
性無機粉体を配合しない例も表１に併記する。また表１
中の材料の詳細は以下に示すとおりである。 【００３１】（使用材料） セメント：商品名「アルミナセメント１号」電気化学工
業（株）製 不活性無機粉体：コランダム砂、０．３〜１ｍｍをボー
ルミルで１日粉砕（光透過法による平均粒径１８．５μ
ｍ） 超微粉：シリカヒューム（日本重化学工業（株）製） 分散剤：高性能減水剤（β−ナフタレンスルホン酸塩ホ
ルムアルデヒド縮合物系、商品名「セルフロー１１０
Ｐ」第一工業製薬（株）製） 金属骨材：還元鉄粉〔商品名「メタレット」日本磁力選
(株）製〕(粒径０.１５ｍｍ以下） 金属骨材：鉄粉「ＮＣ」（粒径０．１５〜０．３ｍｍ）
と、鉄粉「Ａ」（粒径０．１５ｍｍ以下）（以上、同和
鉄粉工業（株）製）との等量混合物 金属骨材：ＢｒＯ（青銅１００メッシュ） 繊維：商品名「ＳＵＳ４３０」、東京製鋼（株）製（φ
５０μｍ×長さ２５ｃｍひびり切削法による） 硬化調整剤：Ｎａ2ＳＯ4（試薬一級） 【００３２】 【表１】
形ができる優れた作業性と、その流し込み面に対して極
めて精密な転写性を持つうえ、耐熱性や高強度特性に優
れた、特に、曲げ強度の改善された硬化体が得られる高
強度水硬性物質組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】水硬性無機材料に、それより１〜２オー
ダ小さい超微粉を加え、高性能減水剤と共に用いて緻密
な高強度硬化体を得る技術は既に公知である（特公昭６
０−５９１８２号公報、特表昭５５−５００８６３号公
報）。また、ステンレス粒子を骨材として、ポルトラン
ドセメント質水硬性材料を組み合せた類似技術も公知で
ある（特表昭６１−５０２６０３号公報）。しかしなが
ら、これら従来の水硬性材料において、前者は通常のモ
ルタルやコンクリートと比べて、緻密性が優れているた
め高温時に水蒸気による爆裂が生じ、必ずしも耐熱性を
有しているとは言い難く、成形物を常用できる温度とし
ては、２５０℃〜４００℃程度が限界であるといわれて
いる。また、成形物を作る際に熱応力による温度ひび割
れ等が解決すべき問題点となっている。 【０００３】一方、水硬性のキャスタブル耐火物用組成
物も知られているが、これらは耐熱性には問題はないも
のの、高強度特に曲げ強度の高いものを得ることは難し
く、かつ優れた流動性を保持したまま流し込み成形によ
って転写性を得ることは困難であり、更に中温度域（４
００〜９００℃）での大きな強度損失や水和物の転移温
度が室温付近にあって不安定であることなど多くの問題
が残されている。 【０００４】以上のごとく、水硬性材料から、特に常温
で流し込み成形ができる優れた作業性と、その流し込み
面に対して極めて精密な転写性と、かつ耐熱性や高強度
特性に優れた水硬性物質組成物を確保するには種々の問
題がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、常温
で流し込み成形ができる優れた作業性と、その流し込み
面に対して極めて精密な転写性を有し、得られる硬化体
が優れた曲げ強度と優れた耐熱性を示す高強度水硬性物
質組成物を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルカ
リ土類金属酸化物と酸化アルミニウム(Al2O3)とを主成
分とする水硬性物質、水硬性物質より１オーダー以上平
均粒子径の小さな超微粉、金属骨材、粒径１〜１００μ
ｍの不活性無機粉体及び分散剤を含む高強度水硬性物質
組成物が提供される。 【０００７】 【発明の開示】本発明に用いるアルカリ土類金属酸化物
と酸化アルミニウム（Al2O3）とを主成分とする水硬性
物質としては、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ又はこれら２種
以上の混合物とＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものが好まし
い。特に好ましい水硬性物質としては、アルミナセメン
ト等を挙げることができ、また、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモ
ル比が０．５未満のカルシウムアルミネート、ＣａＯ／
Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．５〜４．０のカルシウムアルミ
ネートを挙げることができる。 【０００８】アルミナセメントとしては、ＣａＯ・Ａｌ
2Ｏ3を主成分として含み、他にＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3、１
２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3又はこれらの混合物を用いること
ができる。また、例えばＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3等の固溶体
を少量含有していてもよい。これらの市販品としては、
「デンカアルミナセメント１号」、「デンカアルミナセ
メント２号」、「デンカハイアルミナセメント」（いず
れも電気化学工業（株）製、商品名）、「アサノアルミ
ナセメント」（日本セメント（株）製、商品名）、「ア
サヒホンジュ」（旭硝子（株）、商品名）などがある。 【０００９】ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が０．５未満の
カルシウムアルミネートとしては、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3
−ＣａＯ・６Ａｌ2Ｏ3混合物を主成分とするものを挙げ
ることができ、更に上述のアルミナセメントを含んでい
てもよい。この場合には特に耐熱性が向上する。 【００１０】ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．５〜４．
０のカルシウムアルミネートとしては、１２ＣａＯ・７
Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・
Ｆｅ2Ｏ3、６ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3又はこれら
の混合物を主成分とするものを挙げることができ、これ
ら以外に少量の固溶成分を含んでいてもよい。この場合
には、早強性で高い曲げ強度を示すものを得ることがで
きる。 【００１１】水硬性物質として、ＢａＡｌＯ4やＳｒＡ
ｌＯ4などの構成鉱物及びそれらの混合物等を主成分と
して含むものを用いることもできる。 【００１２】水硬性物質の粒度は特に限定されるもので
はないが、１０〜３０μｍ位の平均粒径のものが好まし
い。 【００１３】本発明に用いる超微粉とは、水硬性物質の
平均粒径の少なくとも１オーダー以上、好ましくは２オ
ーダー以上小さな平均粒径を有するものであり、１μｍ
以下、好ましくは０．５μｍ以下のものが好ましい。具
体的にはフエロシリコンや金属シリコンなどの製造時に
副生するシリカダスト、あるいは上記水硬性物質、高炉
スラグ、フライアッシユ、アルミナ及びシリカを粉砕・
分級したものや、各々のバクフイルター回収品、さらに
は、気相法や液相沈澱法などにより生成した無機質の超
微粉などである。 【００１４】超微粉の使用量は、水硬性物質９５〜５０
重量％に対し５〜５０重量％程度が好ましく、９０〜８
０重量％に対し１０〜２０重量％程度がより好ましい。
５重量％未満では、混練物の流動性がダイラタンティッ
クとなり、充分な練り混ぜができない恐れがある。５０
重量％を超えると流動性を得ることが困難となる恐れが
あり、いずれの場合でも流し込み面に対して精密な転写
性を有することが難しいので好ましくない。 【００１５】本発明に用いる金属骨材としては、鉄粉、
ステンレス粉や例えばフエロシリコン、フエロマンガン
及びカルシウムシリコンなどの合金鉄粉、特に水洗乾燥
処理などをした合金鉄粉があげられる。曲げ強度の向上
と云う点からは鉄粉やステンレス粉、特にステンレス粉
の中でもオーステナイト系ステンレス粉及びフエロマン
ガン粉が好ましい。鉄粉、オーステナイト系ステンレス
粉やフエロマンガン粉を使用すると曲げ強度が特に高い
値を示す理由は定かではないが、それ自身の強度が高い
ことと、付着性が優れているためと思われる。通常粒径
は０．１〜５ｍｍ程度であり、特に限定されるものでは
ないが粒径を小さくすればするほど曲げ強度は向上す
る。一方、金属骨材の粒径を細かくすることにより材料
の脆性的な傾向は強くなることから、０．１〜０．３ｍ
ｍ程度で選定することが好ましい。金属骨材の使用量は
水硬性物質と超微粉の合計量に対し５重量倍量以内で選
択使用されるが、プレパックドやポストパックド工法等
の特殊な成形方法の場合にはこの限りでない。 【００１６】本発明に用いる粒径１〜１００μｍの不活
性無機粉体とは、水和反応に対して、不活性な無機質固
体材料の粒子から成る粉体を意味する。その粒径は、粒
径が小さくなるほど粒子の表面活性が大きくなり、混練
時に多量の水を使用しなければ流動性を確保できなくな
ること、また粒径が大きくなるほど面の転写性が悪くな
ることを勘案して、１〜１００μｍ、好ましくは５〜８
８μｍ、さらに好ましくは５〜４４μｍのものが良い。
この不活性無機粉体の成分的な制限は特になく、酸化
物、非酸化物系のセラミックスなどを用いることがで
き、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、マグネシ
ア、スピネル、炭化けい素、窒化物が使用可能であり、
これら粉体は、各種陶磁器や耐火物や骨材などを粉砕あ
るいは粉砕分級して調製することができる。また、不活
性無機粉体は水に対し易溶性のものは適当でなく、吸水
率のあまり高くないものが好ましい。更に成形物に耐熱
性が要求される場合は、耐熱性の要求度に応じて使用す
る不活性無機粉体が、少なくともその要求温度以上の高
温に耐えるものであることが必要である。 【００１７】不活性無機粉体の使用量は、水硬性物質に
対して任意に換えることができるが、両者の合計１００
体積部中、不活性無機粉体が２０体積部以上が流動性の
観点から好ましい。硬化収縮の著しい改善の点からは５
０体積部以上が好ましく、更に好ましくは８０体積部以
上において、耐熱性に大きな効果が見られ、高温や熱衝
撃等の苛酷な熱環境下での使用には９０体積部以上が好
ましい。但し、圧縮強度は問題はないが、曲げ強度と云
う観点からは水硬性物質が両者の合計１００体積部中、
５０体積部以上、より好ましくは８０体積部以上含まれ
ていることが好ましく、それにより他の性質が改善さ
れ、高い曲げ強度を維持することができる。この際、不
活性無機粉体の配合は、水硬性物質の置換になるので、
水硬性物質を置換した容積分の不活性無機粉体が必要に
なる。そのため使用する不活性無機粉体の比重（比重
２．６〜４．０）により水硬性物質と水硬性物質合計量
の重量が変化するが、水硬性物質の比重が３．１前後で
あるので重量部と体積部とは略類似した値になると考え
られる。尚、細密充填させる場合には、重量部表示より
も体積部表示が好ましい。 【００１８】本発明に用いる分散剤としては、クエン酸
等のオキシカルボン酸類、ポリカルボン酸又はその塩、
高性能減水剤（Super plasticizer)と呼ばれるナフタレ
ン或いはアルキルナフタレンスルホン酸又はそれらの塩
のホルマリン縮合物、メラミン樹脂スルホン酸又はその
塩、高分子量リグニンスルホン酸又はその塩を例示する
ことができ、それらを単独或いは組合せて用いることが
できる。添加量は水硬性物質と超微粉との合計１００重
量部に対して１〜５重量部が望ましく、好ましくは１．
５〜３重量部が望ましい。この際添加量が１重量部未満
では流動性を得ることが難しく、５重量部を超える場合
は、水和反応の遅延が著しくなるので好ましくないた
め、超微粉の分散という点からいわゆる高性能減水剤の
使用が望ましい。 【００１９】本発明では、必要に応じて水硬性物質に硬
化調整剤を加えることもでき、硬化調整剤と高性能減水
剤とを組合せて用いることにより特に良好な結果を得る
ことができる。前記硬化調整剤としては硫酸、硼酸等の
無機酸や硼酸塩、アルカリ金属の硫酸塩、炭酸塩、炭酸
水素塩、クエン酸等の有機酸やその塩、リン酸エステル
や石コウ等を挙げることができる。硬化調整剤の使用量
は、その目的により異なるが、通常は水硬性物質と超微
粉との合計１００重量部に対し３重量部以下が好まし
い。 【００２０】本発明では、水硬性物質と略同等の粒径１
〜１００μｍを有する金属粒子を用いることもできる。
この場合には、加工性及び機械的強度を改善することが
できる。この際の金属粒子の粒径は、小さすぎると流動
性が低下し、一定の流動性を得るための水量が増加し、
硬化体の強度が低下してしまうこと、また大きすぎると
多量に添加した場合、粒子の剥落等を生じ、系の機械加
工性が低下するというネガティブ面が強くなり、これら
を勘案して１００μｍ以下、１μｍ以上、即ち、水硬性
物質の粉径と略同程度のものを使用することが重要であ
る。金属粒子を構成する成分的な制限は特になく、例え
ば鉄、ステンレス、フェロクロム等の合金鉄等を用いる
ことができる。金属粒子の使用割合は、水硬性物質と金
属粒子の合計１００体積部中に、金属粒子を１０〜９５
体積部配合させることができる。但し、高い曲げ強度を
維持するためには、水硬性物質が５０体積部以上、より
好ましくは８０体積部以上含まれていることが好まし
い。 【００２１】以上の配合の他に、各種繊維や網の配合も
可能である。繊維としては、鋳鉄のひびり切削法による
繊維、スチール繊維及びステンレス繊維などの金属繊
維；石綿やアルミナ繊維などの各種天然又は合成鉱物繊
維；炭素繊維；ガラス繊維、更に、ポリプロピレン、ビ
ニロン、アクリロニトリル及びセルロースなどの天然又
は合成の有機繊維等があげられる。また、補強材として
従来より用いられている鋼棒やＦＲＰロッドなどを用い
ることも可能であり、特に大型のものにはこれら補強材
が必要不可欠なものである。流動性を損なわないと云う
点からは、３ｍｍ程度の長さの金属短繊維やさらにそれ
よりも短いウィスカーなども好ましく用いることができ
る。また、あらかじめ形状のあるものを編んでおき、後
からペーストやモルタルを含浸させるいわゆるプレフォ
ームとしても用いることもできる。さらに、高温での使
用を考える場合には、耐熱のある繊維を用いることが望
ましい。 【００２２】本発明の高強度水硬性物質組成物を硬化さ
せるには、水と混練し、所望形状に成形して硬化体を
得、養生させることにより得ることができる。この際、
水の使用量は、より少量の水を用いることが転化による
強度低下の抑制及び高強度を得ることができる。具体的
には、水硬性物質と超微粉との合計重量（Ｃ）と水重量
（Ｗ）との重量比（Ｗ／Ｃ）が０．３５以下、特に好ま
しくは０．２５以下が好ましい。 【００２３】本発明において、材料の混練方法は、特に
限定されるものではないが、充分に混練することが好ま
しい。本発明においては、さらに真空脱泡処理すること
が効果的であり、具体的には真空鋳込装置（高木製作所
（株）製）、真空オムニミキサ（千代技研工業（株）
製）及び真空混合機（（株）三英製作所製）などを用い
たり、薄膜を形成して脱泡する方法などを挙げることが
できる。脱泡時には回転速度を低下させることが好まし
く、特に薄膜を形成して脱泡する方法は、脱泡速度が早
く効果が著しい。脱泡条件は、５０〜７０ｍｍＨｇ程度
の真空度とするのが、水分の蒸発等を考慮した場合適当
である。また、脱泡時間は特に限定されるものではない
が、通常５〜３０分間程度が好ましい。 【００２４】真空脱泡処理によって、ＡＳＴＭ Ｃ−１
８５−５９に準じて測定する空気量が１〜２％程度以下
になることが好ましく、１％程度以下になることが更に
好ましい。 【００２５】また、成形時に真空脱泡処理と振動を組み
合せることも非常に有効であり脱泡効率が高く、より曲
げ強度の高い高強度水硬性物質組成物による成形体を提
供することができる。 【００２６】硬化させた成形体を養生するには、通常の
常温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生、高温水中養生
又はこれらを組合わせた養生によって行うことができ
る。 【００２７】前記通常の養生後、更に１００℃以上にて
乾燥養生させることが好ましい。乾燥養生を行うことに
より力学性状を、より改善することができる。特に４０
０〜６００℃程度の高温処理により著しく力学性状を改
善することができるが、この場合には、あらかじめ１１
０℃程度で予備乾燥しておくことが好ましい。養生期間
は形状、配合等により異なるが通常３日から７日間程度
であり、より高い温度の処理は数時間最高温度に保持さ
れれば良い。但し、大きさ等により内部と外部との温度
差を生じさせないようにする必要があり、その場合には
昇温、降温に長時間を要し、１日〜２日を必要とする。 【００２８】 【発明の効果】本発明の高強度水硬性物質組成物は、従
来技術では不可能である流動性、転写性を高度に維持
し、かつ高強度の特に曲げ強度に優れ、かつ耐熱性に優
れた硬化体を与えるものであり、各種の応用面に優れた
成形素材として用いることができる。その利用例として
は、各種のセラミックス代替品や建材等に用いることが
でき、特に面の転写性や常温での成形のし易さを考える
と例えば（１）各種金属の鋳造型やその中子、（２）バ
インダーとして熱硬化性樹脂を使う各種金属の鋳造型や
中子などの製造型、（３）グラビテイ成形型（低圧鋳造
型）（４）ダイキヤスト成形型、（５）各種耐熱性樹脂
やエンジニアリングプラスチックス用の成形型、（６）
ＲＩＭ（Reaction Injection Mold)成形型、（７）ＳＭ
Ｃ（Sheet Molding Compound)成形型、ＢＭＣ（Bulk Mo
lding Compound)成形型及びスタンピング(Stamping)成
形型等のＦＲＰ用成形型、（８）プラズマ溶射用の元
型、（９）高温焼成用各種粉末冶金型、（１０）ガラス
セラミックスの成形型、及び（１１）高温プレス成形型
等に利用することができる。 【００２９】 【実施例】以下本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。 【００３０】実施例１ 表１に示す配合を用いて、モルタルミキサーにより５分
間混練し、４×４×１６ｃｍの型枠に注型し、５０℃で
７日間養生した後、１８０℃で１日の乾燥養生を行な
い、その後６００℃、７００℃及び８００℃でそれぞれ
３時間焼成を行った。乾燥養生後の養生物の曲げ強度と
焼成後の焼成物の曲げ強度をＪＩＳ Ｒ５２０１に従っ
て測定した。結果を表１に示す。尚、比較として、不活
性無機粉体を配合しない例も表１に併記する。また表１
中の材料の詳細は以下に示すとおりである。 【００３１】（使用材料） セメント：商品名「アルミナセメント１号」電気化学工
業（株）製 不活性無機粉体：コランダム砂、０．３〜１ｍｍをボー
ルミルで１日粉砕（光透過法による平均粒径１８．５μ
ｍ） 超微粉：シリカヒューム（日本重化学工業（株）製） 分散剤：高性能減水剤（β−ナフタレンスルホン酸塩ホ
ルムアルデヒド縮合物系、商品名「セルフロー１１０
Ｐ」第一工業製薬（株）製） 金属骨材：還元鉄粉〔商品名「メタレット」日本磁力選
(株）製〕(粒径０.１５ｍｍ以下） 金属骨材：鉄粉「ＮＣ」（粒径０．１５〜０．３ｍｍ）
と、鉄粉「Ａ」（粒径０．１５ｍｍ以下）（以上、同和
鉄粉工業（株）製）との等量混合物 金属骨材：ＢｒＯ（青銅１００メッシュ） 繊維：商品名「ＳＵＳ４３０」、東京製鋼（株）製（φ
５０μｍ×長さ２５ｃｍひびり切削法による） 硬化調整剤：Ｎａ2ＳＯ4（試薬一級） 【００３２】 【表１】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｃ０４Ｂ 24:22
14:48）
103:60
(72)発明者 笹川 幸男
福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業
株式会社 大牟田工場内
(56)参考文献 特開 昭62−265159（ＪＰ，Ａ)
特表 昭55−500863（ＪＰ，Ａ)
特表 昭61−502603（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．アルカリ土類金属酸化物と酸化アルミニウム(Al
2O3)とを主成分とする水硬性物質、水硬性物質より１オ
ーダー以上平均粒子径の小さな超微粉、金属骨材、粒径
１〜１００μｍの不活性無機粉体及び分散剤を含む高強
度水硬性物質組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2504096A JP2676688B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 高強度水硬性物質組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2504096A JP2676688B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 高強度水硬性物質組成物 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62333028A Division JP2565361B2 (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 高強度水硬性硬化体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08259300A JPH08259300A (ja) | 1996-10-08 |
| JP2676688B2 true JP2676688B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=12154806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2504096A Expired - Fee Related JP2676688B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 高強度水硬性物質組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676688B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5592307B2 (ja) * | 2010-05-18 | 2014-09-17 | 大成建設株式会社 | 高強度コンクリートおよびコンクリート部材の製造方法 |
-
1996
- 1996-02-13 JP JP2504096A patent/JP2676688B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08259300A (ja) | 1996-10-08 |
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