JP2872550B2

JP2872550B2 - 水硬性無機質材料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2872550B2
Application number: JP29169293A
Authority: JP
Inventors: 勝敏南
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH07144943A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機成形体の製造等に
使用される水硬性無機質材料およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ポルトランドセメント粉体を主成分と
し、高強度の成形体を寸法よく、かつ、能率よく安価に
製造することができる急硬性を有する水硬性無機質材料
（水硬性セメント組成物）として、特開昭６３−２８５
１４４号公報に開示されているようなものがある。

【０００３】この特開昭６３−２８５１４４号公報の水
硬性無機質材料は、ポルトランドセメント，アルミナセ
メント，消石灰，石膏，補強用繊維および凝結遅延剤か
らなる組成物で、セメント系成形体の連続的な製造に適
するように、ポルトランドセメントにアルミナセメント
および消石灰を混合して急硬性を与え、凝結遅延剤で凝
結時間を調整するようにしている。

【０００４】また、ポルトランドセメントに急硬性を与
える物質のうち、アルミニウムを含んだものとして、こ
の公報における先行文献中に示されているアルミナセメ
ントに代表されるカルシウムアルミネート固溶体のほか
に硫酸アルミニウム，仮焼ミョウバンなどが知られてい
る。さらに、水酸化アルミニウムもポルトランドセメン
トに加えると、ポルトランドセメントが急結する（「コ
ンクリート技術者のためのセメント化学雑論」１９８５
年セメント協会発行参照）と言われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭６３
−２８５１４４号公報の水硬性無機質材料のように、ア
ルミナセメントおよび消石灰を急硬剤として使用する場
合、アルミナセメントをポルトランドセメント１００重
量部に対して１０重量部以上加えないと、急硬性はみら
れない。また、そのままでは水を加えたときに急結して
しまうので、上記水硬性無機質材料のように凝結遅延剤
を混合しておくことが必要である。

【０００６】すなわち、この水硬性無機質材料では、こ
のようにアルミナセメント，消石灰，凝結遅延剤の組み
合わせで凝結−硬化特性が決まるのであるが、このよう
な組み合わせを備えた水硬性無機質材料では、使用時の
温度などが変化したときの調製が難しい。また、上記し
た硫酸アルミニウム，仮焼ミョウバン，水酸化アルミニ
ウムなども添加するだけでは、硬化時間のコントロール
が難しい。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みて、急硬
剤の量を減らし、硬化反応の調節を容易にすることがで
きる水硬性無機質材料およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にかかる水硬性無機質材料は、ポルト
ランドセメント粒子の全表面が水酸化アルミニウム粒子
で被覆されている構成とした。また、本発明にかかる水
硬性無機質材料の製造方法は、水酸化アルミニウム粉体
と、この水酸化アルミニウム粉体の平均粒径より大きい
平均粒径の粒子からなるポルトランドセメント粉体を混
合したものに０．４〜２０ｋＷ／ｋｇの機械的エネルギ
ーを作用させてポルトランドセメント粒子を水酸化アル
ミニウムで被覆するようにした。

【０００９】上記構成において、水酸化アルミニウム粒
子がポルトランドセメント粒子の略全表面を覆っている
ことが好ましい。また、機械的エネルギーを作用させる
とは、粉体に圧縮力，せん断力，衝撃力などを加えるこ
とを意味し、例えば、図１および図２に示すような装置
１を用いることによって粉体に機械的エネルギーを作用
させることができる。

【００１０】すなわち、この装置１は、図１に示すよう
に、ポルトランドセメントおよび水酸化アルミニウム粉
体の混合物を入れた容器２を回転させ、遠心力によって
容器内周面２１に沿って粉体層３を形成し、図２に示す
ように、この粉体層３を押圧部材４と容器内周面２１と
の間に通すことによって粉体に圧縮力やせん断力を作用
させるようになっている。図１中、４１はかき取り刃で
ある。

【００１１】なお、ポルトランドセメントおよび水酸化
アルミニウム粒子は、ともに硬いものであるので、この
装置１を用いて機械的エネルギーを作用させる場合、容
器２の内周面２１を８ｍ／ｓ以上（好ましくは１２ｍ／
ｓ以上）の速度で回転させるようにするのが好ましい。
すなわち、これより速度が小さいと水酸化アルミニウム
粒子がポルトランドセメント粒子表面に付着しにくくな
るため、必要な水酸化アルミニウム粒子の量が多くなっ
てしまう傾向がある。また、装置１に対する負荷が大き
くなるため、速度の上限を一般に４０ｍ／ｓ以下とする
ことが好ましい。

【００１２】なお、この装置１以外にも、特開昭６２−
８３０２９号公報に示されているような衝撃式打撃手段
による装置も使用することができる。粉体に作用させる
機械的エネルギーは０．４ｋＷ／ｋｇ以上（特に好まし
くは１．２ｋＷ／ｋｇ以上）が好ましく、これより小さ
いと水酸化アルミニウム粒子が付着しにくくなるため、
必要な水酸化アルミニウム粒子の量が多くなってしまう
虞がある。

【００１３】また、装置に対する負荷が大きくなるた
め、一般に２０ｋＷ／ｋｇ以下であることが好ましい。
なお、上記で示した機械的エネルギーは、粉体を入れて
運転するときに装置に投入した電力から粉体を入れない
で装置を運転するときの投入電力を引いたものを単位重
量当たりで表した。

【００１４】ポルトランドセメントとしては、普通ポル
トランドセメント，早強ポルトランドセメント，超早強
ポルトランドセメント，中庸熱ポルトランドセメント，
耐硫酸塩ポルトランドセメント等が挙げられるが、成形
体に使用する観点から考慮すると普通ポルトランドセメ
ント，早強ポルトランドセメントが好ましい。また、ポ
ルトランドセメント粉体のポルトランド粒子の径は、所
望とする硬化速度に応じて選択されるが、特にその平均
粒径が５〜１００μｍもので、全ポルトランドセメント
粒子中、水酸化アルミニウム粉体の平均粒径以下の粒子
が４０重量％以下（より好ましくは０．２〜４０重量
％）ものが好ましく、全ポルトランドセメント粒子が水
酸化アルミニウム粉体の平均粒径より大きいものが特に
好ましい。

【００１５】水酸化アルミニウム粉体の平均粒径は０．
１〜１０μｍのものが好ましい。平均粒径が０．１μｍ
より小さいものは凝集しやすいため扱いにくく、１０μ
ｍより大きいものは均一な被膜を形成しにくくなる傾向
がある。また、水酸化アルミニウム粉体の量はポルトラ
ンドセメント粉体１００重量部に対して１〜２０重量部
が好ましく、水酸化アルミニウムの平均粒径より小さい
ポルトランドセメント粒子を含む時には１〜５重量％、
水酸化アルミニウムの平均粒径より小さいポルトランド
セメント粒子を含まない時には２〜２０重量％がさらに
好ましい。２重量部より少ないとポルトランドセメント
粉体を密に被覆できず、２０重量部より多いと急硬性が
発現しなくなる虞がある。

【００１６】また、本発明にかかる水硬性無機質材料の
製造方法によって得られる水硬性無機質材料には、ポル
トランドセメントに通常添加されている石膏をさらに添
加することが好ましい。すなわち、石膏を添加するとエ
トリンガイトの針状結晶を生成して急結しにくくなる。

【００１７】石膏の添加量は、ポルトランドセメント粉
体１００重量部に対して２０重量部以下が好ましい。２
０重量部より多い場合は成形体の物性が低下する傾向が
ある。さらに、本発明の水硬性無機質材料を用いて成形
品を成形する場合には、通常のポルトランドセメント成
形体を作製するときと同様に、珪砂，川砂等のセメント
モルタル用骨材，フライアッシュ，シリカフラワー，シ
リカフューム，ベントナイト，高炉スラグ等のセメント
用混合材，セピオライト，ワラストナイト，炭酸カルシ
ウム，マイカ等の天然鉱物などの充填材、ビニロン，ポ
リアミド，ポリエステル，ポリプロピレン等の合成繊維
や，ガラス繊維，パルプ等の天然繊維などの補強用繊維
などをさらに混合することができる。

【００１８】充填材の添加量は、本発明の水硬性無機質
材料１００重量部に対して一般に２００重量部以下が好
ましい。補強用繊維の添加量は、本発明の水硬性無機質
材料１００重量部に対して一般に２０重量部以下が好ま
しい。

【００１９】

【作用】上記構成によれば、ポルトランドセメント粒子
表面を水酸化アルミニウム粒子によって被覆することに
よって、水を加えた時、水酸化アルミニウム粒子に阻害
されて、ポルトラントセメント粒子が直ちに水に反応す
ることがない。そして、水酸化アルミニウム粒子の隙間
からボルトランドセメント粒子に水が到達して水和反応
が開始されると、ポルトランドセメントと水酸化アルミ
ニウムとが反応し、急硬化する。

【００２０】すなわち、ポルトランドセメント自体に急
硬性が発現し、水酸化アルミニウム粒子の付着量によっ
て硬化反応が調整できる。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を、図面を参照しつ
つ詳しく説明する。（実施例１〜７）普通ポルトランドセメントまたは早強
ポルトランドセメント（小野田セメント（株）製のも
の）を日清エンジニアリング（株）製ターボクラシファ
イヤーＴＣ−１５Ｎで分級して表１に示す所定の粒径以
上の粒子からなるポルトランドセメント粉体を得た。

【００２２】つぎに、この得られたポルトランドセメン
ト粉体と表１に示す平均粒径の水酸化アルミニウム粉体
（水酸化アルミニウム粉体は住友化学工業（株）製のＣ
−３０１、Ｃ−３０３を使用し、平均粒径はそれぞれ１
μｍ、３μｍである。）とを表１に示す割合で混合し
た。この混合物を、図１および図２に示すようなホソカ
ワミクロン（株）製メカノフュージョン装置ＡＭ−２０
ＦＳに入れて、混合物に表１に示す機械的エネルギーを
加え、ポルトランドセメント粒子の表面が水酸化アルミ
ニウム粒子で被覆された水硬性無機質材料を得た。

【００２３】なお、装置１の押圧部材４と容器内周面２
１との隙間は５ｍｍ、処理条件、すなわち、容器内周面
２１の回転速度および処理時間は表１に示すとおりであ
った。このようにして得た水硬性無機質材料１００重量
部に対して表２に示す割合で二水石膏をさらに加えて乳
鉢で混合し，水／セメント＝０．３５となるように水を
加えてペースト状にした。その後、図３に示すように、
このペースト５１を紙コップ５に入れるとともに、この
紙コップ５をデュアー瓶６内に入れ、記録装置８に接続
した熱電対７によって硬化反応にともなう温度変化を測
定し、その結果を図４〜図６に示した。また、その結果
から得たピークに達するまでの時間およびピーク時の温
度と、凝結の始発時間および終結時間とを表２に併せて
示した。なお、凝結の始発時間および終結時間は、ＪＩ
ＳＲ５２０１に準じて（株）マルイ製自動セメント凝
結試験機ＭＩＣ−３０８１０１によって凝結試験を行っ
た。始発時間、終結時間を表３に示す。

【００２４】（比較例１）分級しない普通ポルトランド
セメントのみを上記実施例１〜７の水硬性無機質材料に
代えて用い、この普通ポルトランドセメントと二水石膏
とを表２に示す割合で混合した以外は、上記実施例１〜
７と同様にして温度変化を測定し、ピークに達するまで
の時間、ピーク時の温度、凝結の始発時間および終結時
間を表２に併せて示した。

【００２５】（比較例２）１０μｍ以上の粒子に分級し
た普通ポルトランドセメントのみを上記実施例１〜７の
水硬性無機質材料に代えて用い、この普通ポルトランド
セメントと二水石膏とを表２に示す割合で混合した以外
は、上記実施例１〜７と同様にして温度変化を測定し、
ピークに達するまでの時間、ピーク時の温度、凝結の始
発時間および終結時間を表２に併せて示した。

【００２６】（比較例３）１０μｍ以上の粒子に分級し
た早強ポルトランド粉体と水酸化アルミニウム粉体とを
混合しただけの水硬性無機質材料を上記実施例１〜７の
水硬性無機質材料に代えて用い、この水硬性無機質材料
と二水石膏とを表２に示す割合で混合した以外は、上記
実施例１〜７と同様にして温度変化を測定し、ピークに
達するまでの時間、ピーク時の温度、凝結の始発時間お
よび終結時間を表２に併せて示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から、本発明にかかる水硬性無機質材
料によれば、適当な急硬性を備えていることがよくわか
る。また、比較例３のように、ポルトランドセメントに
水酸化アルミニウム粉末を混合しただけでは急硬性はみ
られない。つぎに、実施例１で得た水硬性無機質材料中
のポルトランドセメント粒子と、比較例１で用いた普通
ポルトランドセメントの粒子を走査型電子顕微鏡（日本
電子（株）製、ＪＳＭ−Ｔ３００）で観察し、付属のＸ
線マイクロアナライザーで粒子表面のケイ素、アルミニ
ウムのＸ線強度を測定（電子線は５ｋＶ、３×１０
^-9Ａ；倍率１００００倍）したところ、表３に示すよう
な結果になった。

【００３０】

【表３】表３から実施例１の水硬性無機質材料中のポルトランド
セメント粒子の全表面が水酸化アルミニウム粒子で実質
的に被覆されていることがわかる。

【００３１】（実施例８〜１２）普通ポルトランドセメ
ントとして、小野田セメント（株）製の平均粒径が１８
μｍで、３μｍ以下の粒子、１μｍ以下の粒子をそれぞ
れ６重量％、１．５重量％含むもの、または早強ポルト
ランドセメントとして小野田セメント（株）製の平均粒
径が１５μｍで、１μｍ以下の粒子を２重量％含んでい
るものを表４に示す配合割合、処理条件で処理し、実施
例１〜７と同様にして水硬性無機質材料を得た。そし
て、このようにして得た水硬性無機質材料と二水石膏と
を表５に示す割合で混合し、上記実施例１〜７と同様に
して温度変化を測定し、その結果を図７に示した。ま
た、その結果から得たピークに達するまでの時間および
ピーク時の温度と、凝結の始発時間および終結時間とを
表５に併せて示した。

【００３２】（比較例４）実施例８で使用した普通ポル
トランドセメント粉末と水酸化アルミニウム粉末とを表
４に示す割合でロッキングミキサで混合しただけの水硬
性無機質材料を実施例８の水硬性無機質材料に代えて用
い、この水硬性無機質材料と二水石膏とを表５に示す割
合で混合した以外は、上記実施例８と同様にして温度変
化を測定し、その結果を図８に示した。また、その結果
から得たピークに達するまでの時間、ピーク時の温度、
凝結の始発時間および終結時間を表５に併せて示した。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる水硬性無
機質材料は、ポルトランドセメント粒子の表面が水酸化
アルミニウム粒子によって被覆されているので、水がポ
ルトランドセメント粒子に達するまで硬化反応を速度調
整することができる。したがって、水酸化アルミニウム
の量で硬化反応が自由に調整でき、所望の強度で所望の
形状をした成形品を歩留りよく得ることができる。

【００３６】また、本発明にかかる水硬性無機質材料の
製造方法は、上記本発明の水硬性無機質材料を確実にか
つ容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる水硬性無機質材料の製造方法に
おけるポルトランドセメント粒子表面に水酸化アルミニ
ウム粒子を機械エネルギーを加えながら付着させるため
に用いる装置の１例をあらわす断面図である。

【図２】図１の装置の粉体層を押圧部材で押圧している
状態を説明する説明図である。

【図３】水硬性無機質材料の硬化反応にともなう温度変
化の測定法を説明する説明図である。

【図４】実施例１〜３あるいは比較例３の水硬性無機質
材料について、図３の測定法を用いて測定した結果をあ
らわすグラフである。

【図５】実施例４〜７の水硬性無機質材料について、図
３の測定法を用いて測定した結果をあらわすグラフであ
る。

【図６】比較例１，２の水硬性無機質材料について、図
３の測定法を用いて測定した結果をあらわすグラフであ
る。

【図７】実施例８〜１１の水硬性無機質材料について、
図３の測定法を用いて測定した結果をあらわすグラフで
ある。

【図８】実施例１２あるいは比較例４の水硬性無機質材
料について、図３の測定法を用いて測定した結果をあら
わすグラフである。

【符合の説明】

５１水硬性無機質材料

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポルトランドセメント粒子の表面が水酸
化アルミニウム粒子で被覆されている水硬性無機質材
料。
【請求項２】水酸化アルミニウム粉体と、この水酸化
アルミニウム粉体の平均粒径より大きい平均粒径の粒子
からなるポルトランドセメント粉体を混合したものに
０．４〜２０ｋＷ／ｋｇの機械的エネルギーを作用させ
てポルトランドセメント粒子表面を水酸化アルミニウム
粒子で被覆することを特徴とする水硬性無機質材料の製
造方法。