JP3025906B2 - 石膏含有セメント性組成物およびそれからの製造材料 - Google Patents

石膏含有セメント性組成物およびそれからの製造材料

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はセメント性材料、特にせっこう、ポルトラン
ドセメントおよびシリカヒュームから成る組成物から製
造した床中間層材料、バッカーボード、床および道路補
修材料のようなセメント性建設材料、防火用スプレー、
および火災止め材料に関する。
背景技術 シヤワー用バッカーボードおよび床中間層材料のよう
な建設材料は、せっこう含有材料が一般に耐水性でない
ので典型的にせっこうを含まない。しかしながら、せっ
こうはその迅速硬化および早期の強度特性のために建設
材料に望ましい成分である。ポルトランドセメントおよ
びせっこう（硫酸カルシウム半水和物）を混合すること
によってせっこうボードの耐水性を改良する試みは、か
かる混合物がエットリグナイトを生成し、それがせっこ
う／ポルトランドセメント製品の膨脹をもたらして劣化
するので、十分な成果が得られていない。エットリグナ
イト（ettrignite）は、ポルトランドセメント中のトリ
カルシウム・アルミネート（3CaO・Al2O3）が硫酸と反
応するときに生成するものである。
ホルトランドセメントおよびα−せっこうを含有する
補道舗装用化合物として有用なセメント性組成物はハリ
ス（Harris）の米国特許第4,494,990号に開示されてい
る。その組成物はポゾラン源、例えば、シリカヒュー
ム、フライアッシュ又は溶鉱炉スラッグも含む。ハリス
の特許は、ポゾランがトリカルシウムアルミネートとせ
っこうからの硫酸塩との相互作用を妨害することを開示
している。ハリスの特許は、タイプ１のポルトランドセ
メント、α−せっこうおよびシリカヒュームの３成分混
合物と微細骨材を混合してモルタル・キューブの注型に
使用するモルタルを調製し、得られた組成物の強度評価
を開示している。
オルテガ（Ortega）らの米国特許第4,661,159号は、
α−せっこう、β−せっこう、フライアッシュおよびポ
ルトランドセメントを含む床中間層材料組成物を開示す
ると共に、その床中間層材料は水および砂又は他の骨材
と併用して基材に付加する流体混合物を製造できること
を開示している。
発明の開示 本発明の目的は、上記の問題点を解決することであ
る。
本発明によるセメント性組成物は、約30〜75重量％の
硫酸カルシウムβ−半水和物、約10〜40重量％のポルト
ランドセメント、約４〜20重量％のシリカヒュームおよ
び約１〜40重量％のポゾラン骨材を含む。本発明は、さ
らに建設組成物、セメント性組成物から製造した材料お
よびその製造法を含む。
本発明の他の目的および利点は、添付図面および特許
請求の範囲と共に次の詳細な説明から当業者には明白で
ある。
図面の簡単な説明 図１は本発明による被覆ボードの横断面図である。
図２は、本発明による組成物No.1および比較用組成物
No.2の圧縮強度と養生（硬化）時間との関係を示すグラ
フである。
図３は、実施例３に開示した本発明による組成物から
作製したボードの走査顕微鏡写真（500倍）である。
図４は、図３に示したボードの走査顕微鏡写真（100
倍）である。
図５は、図３に示したボードの走査顕微鏡写真（1000
倍）である。
発明を実施するための最良の形態 本発明により、浴槽やシヤワーのようなバッカーボー
ド、床中間層材料および外装板のような耐水性が重要な
部分に特に有用な建設材料用組成物が提供される。さら
に、本発明の組成物の用途は自動平坦化床のような材料
および道路舗装材料、防火スプレー、火災止め材料およ
び防火板材料を含む。
本発明の組成物は約30〜75重量％の硫酸カルシウムβ
−半水和物（すなわち、β−せっこう）、約10〜40重量
％のホルトランドセメント（タイプ３が望ましい）、約
４〜20重量％のシリカヒュームおよび１〜40重量％のポ
ゾラン骨材を含む。
本発明のβ−せっこう成分は一般にスタッコと呼ぶ硫
酸カルシウムβ−半水和物である。β−せっこうは伝統
的にα−せっこうより安い。α−半水和物粉末は、β−
半水和物よりも高見掛け密度および小表面積を有して、
同一加工性に対して少水量および硬化材の高圧縮強度を
もたらす。しかしながら、本発明の組成物から作製した
ボードはバッカーボードおよび床中間層材料のような内
装材および外装およびひさしのような外装材用に優れた
強度を示した。
本発明による組成物のポルトランドセメント成分はAS
TM標準によるタイプ３のポルトランドセメントが望まし
い。タイプ３のポルトランドセメントはタイプ１および
タイプ２のポルトランドセメントより迅速に硬化して早
期高強度を示す。
本発明による組成物のシリカヒューム成分は極めて活
性のポゾランであってエットリグナイトの生成を防止す
る。
本発明による組成物のポゾラン骨材成分は高比率の非
晶質シリカを含有する天然又は人工充てん材にすること
ができる。天然ポゾラン骨材は火山源のものであって、
火山土、軽石およびパーライトを含む。人工ポゾラン骨
材はフライアッシュおよびフィリット（Fillite,米国Bo
liden Intertrade社のFillite部の商品名）を含む。
ポゾラン骨材はセメント性を少ししか又は全く有さな
い非晶質シリカを高パーセント含有する。しかしなが
ら、水分の共存下で、ポゾラン骨材は標準温度で水酸化
カルシウムと化学的に反応性であって水和ケイ酸カルシ
ウム（CSH）を生成する。それは本発明の組成物および
方法において、シリカヒュームのような本発明の微細ポ
ゾランの共存のためにセメント性系の均一部分となると
考えられる。ポゾラン骨材および微細ポゾランを含む本
発明による組成物はセメント性材料を生成し、充てん材
とセメントペースト間の転移ゾーンは高密度化されて、
ポゾラン骨材単独又は微細ポゾラン単独を利用する組成
物よりも高圧縮強度の硬化製品を与える。本発明による
組成物の顕微鏡組織における変化は高圧縮強度をもたら
すメカニズムは２つの効果、すなわち、ポゾラン効果と
微小充てん材効果（シリカヒュームの微小サイズおよび
球形のため）を伴う。
本発明によるバッカーボードおよび床中間層材料のよ
うな建設材料用組成物は約30〜70重量％（約30〜50重量
％が望ましい）の硫酸カルシウムβ−半水和物、約10〜
40重量％（約６〜25重量％が望ましい）のポルトランド
セメント、約４〜20重量％（約４〜10重量％が望まし
い）のシリカヒューム、および約10〜40重量％（約25〜
35重量％が望ましい）のポゾラン骨材を含むことが望ま
しい。かかる建設材料に使用する充てん材料は軽石が望
ましい。軽石は、比較的軽くて、望ましい強度が物理的
性質の製品になる大きさにできるから望ましい。例え
ば、ヘス・パミス・プロダクツ社（Hess Pumice Prod
ucts Inc.）は、1400μｍ以上が約93％のサイズNo.10
の軽石骨材、1400μｍ以上が約23％の粒度を有するサイ
ズNo.5の軽石骨材を製造している。炭酸カルシウム、結
晶質シリカおよび種々のタイプの粘土のような充てん材
が組成物に含まれるけれども、ポゾラン骨材の使用によ
って優れた性質をもった本発明の製品が得られる。上記
のように、これは、ポゾラン骨材の表面が遊離石灰と反
応して製品マトリックスの一部分となる水和ケイ素カル
シウムを生成する（ポゾラン反応）。
本発明の組成物は迅速に硬化し、高強度および高耐久
性を示し、耐久性である建築材料は生成する。さらに、
従来のせっこうボード製造機械類を利用し、それを改良
することなく本発明による組成物からボードを製造する
ことができる。本発明の組成物は迅速（典型的に３分以
下）に凝結するので、その組成物から作った建築材料は
ポルトランドセメント単独で作った製品より著しく早く
取り扱うことができる（例えば、シートは小シートやボ
ードに切断することができる）。その上、従来のせっこ
うボードと異なり、本発明による組成物から作製したボ
ード又は他の製品はキルン乾燥を必要とせず、そして実
際にキルン乾燥は回避すべきである。
図１に示すように、本発明によるバッカーボードは本
発明のセメント性組成物から作ったコア３およびその両
側に配置された隣接カバーシート５および７から成る。
かかるボードは次の方法によって製造される。
原料のせっこうを約160℃〜175℃でか焼して硫酸カル
シウム半水和物を生成する。か焼したせっこうは、例え
ば、ある強度、水の必要性および加工性が必要な場合に
は、後粉細してさらに細かい粒度にすることができる。
そのせっこう粉末はミキサーに供給して、ポルトランド
セメント、シリカヒュームおよびポゾラン充てん材と混
合する。ポゾラン骨材は軽石、パーライト、火山土、フ
ライアッシュ又はそれらの混合物にすることができる。
本組成物に含まれる他の成分は、凝結調節用添加物（例
えば、促進剤）、減水剤、はっ水添加剤およびラテック
ス又は重合体改質剤である。得られる混合物は理論値よ
り少し過剰の水と混合してスラリーを作る。ボードのコ
アを形成するそのスラリーはコンベヤ上に配置される下
部の連続カバーシート５の上に注入される。次に、上部
の連続カバーシート７はコアのコンベヤ上の移動時にコ
アの上に置かれる。カバーシート５と７はガラス繊維マ
ット、ガラス繊維スクリム又は両者の複合体で作るのが
望ましい。カバーシートはポリエチレン、ポリプロピレ
ン又はナイロンからも作れるが、それらは高価になるの
でガラス繊維程望ましくない。スラリーの凝結時に、ス
クリムとマットは成形プロセス中にスラリーマトリック
ス中に埋め込まれる。被覆ボードが連続シートのコンベ
ヤラインに沿って移動する際に、ボードは取り扱いがで
きるように十分な強度を得る。そのボードは次に定尺材
（バッカーボード用、一般に1.8m×1.5m又は0.9m×1.2
m）を切断してパレットに移す。モードの厚さは約0.32c
m〜1.59cmの範囲が望ましい。ボードは次に積重ねて、
約40％〜70％の湿度、約16℃〜27℃の温度で１〜７日間
（約３日間か特に望ましい）硬化させ、その後、顧客に
送る。ボードの積重ねは硬化に望ましい湿度環境を提供
する。ボードは、上記の範囲外の温度および湿度で硬化
させて許容される製品を得ることができる。本発明によ
るボードは一般に成形後約14日〜28日で完全強度に達す
る。
本発明によるボードや他の製品の製造時に、せっこう
ボードに必要な乾燥を強制的にすることは回避すべきで
ある。別の硬化法は、プラスチックラップにボードを約
３日間包んで連続養生用の水分を保持することである。
かかるラップドボードは同一密度の通常せっこうより50
％高い強度を示した。また、ラップドボードは３日でそ
れらの極限強度の約70〜80％に達する。
約0.32cmの厚さのボード又は他の製品が望ましい場
合、そのセメント性組成物は約30〜75重量％の硫酸カル
シウムβ−半水和物、約10〜40重量％のポルトランドセ
メント、約４〜20重量％のシリカヒュームおよび約１〜
40重量％のポゾラン充てん材を含むことが望ましく、特
に床中間層材料に有用な薄く極めて強い製品が得られ
る。極めて薄いボード（すなわち、約0.32cm）および床
中間層材料用に望ましいセメント性組成物は、約70〜75
重量％の硫酸カルシウムβ−半水和物（約74重量％が特
に望ましい）。約15〜25重量％のポルトランドセメント
（約20重量％が特に望ましい）、約４〜８重量％のシリ
カヒューム（約６％が特に望ましい）。および約１〜10
重量％のポゾラン骨材を含む。
本発明による組成物は自動平坦化床組成物および道路
舗装用材料の製造にも使用できる。かかる材料における
本発明によるマスターブレンドは約30〜75重量％の硫酸
カルシウムβ−半水和物（すなわち、β−せっこう、約
30〜50重量％が望ましい）、約10〜40重量％のポルトラ
ンドセメンント（約６〜25重量％が望ましい）、約４〜
20重量％のシリカヒューム（約４〜８重量％が望まし
い）、および約１〜40重量％のポゾラン骨材（約１〜15
重量％が望ましく、約１〜５重量％が最適である）を含
むものが調製される。そのマスターブレンドは次にシリ
カ骨材（すなわち、主に石英のローカル砂）と混合して
床又は道路舗装材料を生成する。
本発明による自動平坦化床組成物は（ｉ）約25〜75重
量％のマスターブレンド、および（ii）約75〜25重量％
の砂を含むことが望ましい。自動平坦化床組成物は約71
重量％の硫酸カルシウムβ−半水和物、約20重量％のポ
ルトランドセメント、約６重量％のシリカヒュームおよ
び約２重量％のフィリット・ポゾラン骨材を含むことが
最適である。低密度のために、組成物の約１重量％と低
い量のフィリット添加がかなりの体積の充てん材を与え
る（実施例２、表２のフィリットの物理的性質を参
照）。
本発明による道路舗装組成物は（ｉ）本発明の自動車
平坦化組成物に関して記載したマスターブレンド約25〜
100重量％、および（ii）約75〜０重量％の砂を含む。
本発明の組成物は本発明によって繊維板にも使用でき
る。かかる繊維板は（ｉ）本発明の自動平坦化床組成物
および道路舗装組成物について記載したマスターブレン
ド約70〜90重量％、および（ii）約30〜10重量％の繊維
成分を含む。繊維成分は木繊維、紙繊維、ガラス繊維、
ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊
維、および他のプラスチック繊維から選ぶことが望まし
い。
かかる繊維板に使用する本発明によるマスターブレン
ドは約74重量％の硫酸カルシウムβ−半水和物、約20重
量％のポルトランドセメントおよび約６重量％のシリカ
ヒュームを含むことが最適である。
耐火スプレーおよび火災止め材料は本発明の組成物を
利用して調製される。かかる耐火スプレーおよび火災止
め材料は約30〜70重量％の硫酸カルシウムβ−半水和物
（約30〜50重量％が望ましい）、約10〜40重量％のポル
トランドセメント（約６〜25重量％が望ましい）、約４
〜20重量％のシリカヒューム（約４〜10重量％が望まし
い）および約１〜40重量％のポゾラン骨材（約１〜10重
量％が望ましい）を含む。ポゾラン骨材はフィリット、
パーライト又はそれらの混合物が望ましい。本発明によ
る耐火スプレーおよび火災止め材料は約１〜30重量％の
非膨脹ひる石充てん材も含むことが望ましい。かかる防
火および火災止め材料は約２重量％までのガラス繊維お
よび約２重量％以下の増粘剤も含むことができる。増粘
剤はセルロース誘導体、アクリル樹脂およびそれらの混
合体から選ぶことが望ましい。
実施例 １ 本発明によるセメント性組成物は次の表１に示した量
の成分で調製した。 表１ 材料 重量％ βせっこう（スタッコ） 45.1 タイプ３のポルトランドセメント 19.2 シリカヒューム 9.5 軽石充てん材 24.6 パーライト 1.47 W.R.A(1） 0.87 はっ水剤(2) 0.11 促進剤 0.042 （ボールミルドCaSO4・2H2O せっこう二水和物(3) 註（１）Georgia Pacific Corp.およびHenkel Corp
がそれぞれ製造したリグノスルホネートおよび／または
ナフタレンスルホネートを含有する減水剤又は湿潤剤。
（２）例えばVeoceal 2100およびVeoceal 1311（Wack
er Silicone社製品の商標） （３）米国特許第3,920,465号、第3,870,538号および第
4,019,920号を参照）。
表１示した材料を混合し、その100gを35.6gの水と混
合した。得られた混合体に約１〜５重量％の重合体ラテ
ックス（アクリル樹脂又はSBR）を添加して柔軟性を改
良した。次にその混合体を本発明に従ってガラスマット
／スクリムの複合体を使用してボードに成形した。その
ボードの吸水性、くぎ保持性、たわみ、圧縮強度（ウエ
ットおよびドライ）、水吸上性および他のASTM仕様要件
の試験をした。そのボードはそれぞれの試験についてAS
TMの仕様を満たした。
実施例 ２ 本発明によって自動平坦化組成物No.1を下記の表２に
示した量の成分で調製した。また、ポゾラン骨材を含ま
ないセメント性組成物No.2を調製した。
なめらかな稠度の床組成物を生成するために、No.1の
組成物は約26重量％の水、No.2の組成物は約24重量％の
水と混合した。No.1の組成物の密度は1.71g/cm3そしてN
o.2の組成物の密度は1.78g/cm3であった。
No.1およびNo.2の組成物は共に約21℃および約50％の
相対湿度で乾燥させた。各組成物の試料（5.08cm×5.08
cm×5.08cm立方体）の圧縮強度は、２時間の乾燥後およ
びASTM C472−9A法によるインストロンプレス機でプレ
スすることによって1,3,7および28日後に試験した。
圧縮強度試験の結果を図２に示す。本発明の組成物N
o.1は試験した全ての試料で組成物No.2より高い圧縮強
度を示した。両方の組成物の圧縮強さは28日間の養生
（硬化）後に類似したけれども、本発明の組成物の利点
は２つの組成物の密度を考慮したときに明白である。典
型的に、高密度の組成物は高圧縮強度も示す筈である。
しかしながら、この場合に、本発明の組成物No.1は組成
物No.1より低い密度を有したが、少し高い圧縮強度を示
した。
実施例 ３ 本発明のよるセメント性組成物は次の表３に示した量
の成分で調製した。 表３ 材料 重量％ βせっこう（スタッコ） 35.9 タイプ３のポルトランドセメント 15.6 シリカヒューム 7.8 軽石充てん材 39.5 W.R.A(1) 0.87 はっ水剤(2) 0.11 促進剤（ボールミルドCaSO4・2H2O 0.058 せっこう二水和物(3)） 註（１）Georgia Pacific社およびHenkcl社によってそ
れぞれ製造されたリグノスルホネートおよび／またはナ
フタレンスルホネートを含む減水剤又は湿潤剤。
（２）例えば、Veoceal 2100およびVeoceal 1311（両
者共Wacker Silicone社の製造した製品の商標名）のよ
うなシリコーン製品、又は類似材料。
（３）米国特許第3,920,465号、第3,870,538号および第
4,019,920号を参照。
表３示した材料を混合し、その100gを35.6gの水と混
合した。得られた混合体に約１〜５重量％の重合体ラテ
ックス（アクリル樹脂又はSBR）を添加して柔軟性を改
良した。次にその混合体を本発明に従ってガラスマット
／スクリムの複合体を使用してボードに成形した。その
ボードの吸水性、くぎ保持性、たわみ、圧縮強度（ウエ
ットおよびドライ）、水吸上性および他のASTM仕様要件
の試験をした。そのボードはそれぞれの試験についてAS
TMの仕様を満たした。
実施例３の養生試料の走査電子顕微鏡写真を図３、４
および５示す。矢印30は試料中の軽石を指し、本発明に
る組成物において軽石が水和ケイ酸カルシウム（CSH）
マトリックスの一部分となり、軽石充てん剤とセメント
ペースト間の転移ゾーン32を実質的に除去することを示
す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 14:04） 111:28 111:62 (72)発明者 フィンケンステイン、ロナルド エス アメリカ合衆国ニューヨーク州14051 イースト アムハースト ウイリングウ ッド ドライブ 241 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 28/14 C04B 28/04

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）30〜75重量％の硫酸カルシウムβ−
    半水和物、 （ｂ）10〜40重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜20重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜40重量％のポゾラン骨材、 から成るセメント性組成物。
  2. 【請求項２】前記組成物がα−せっこうを含まない請求
    項１記載の組成物。
  3. 【請求項３】ポルトランドセメントがタイプ３のポルト
    ランドセメントである請求項１記載の組成物。
  4. 【請求項４】シリカヒュームが組成物の４〜８重量％で
    ある請求項１記載の組成物。
  5. 【請求項５】ポゾラン骨材が組成物の10〜40重量％であ
    って、軽石から成る請求項１記載の組成物。
  6. 【請求項６】ポゾラン骨材が組成物の１〜10重量％であ
    って、フィリットから成る請求項１記載の組成物。
  7. 【請求項７】少なくとも一種の凝結調節剤、減水剤およ
    びはっ水添加剤から成る請求項１記載の組成物。
  8. 【請求項８】（ｉ）（ａ）30〜75重量％の硫酸カルシウ
    ムβ−半水和物、 （ｂ）10〜40重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜20重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜40重量％のポゾラン骨材、 から成る組成物25〜75重量％；および （ii）砂75〜25重量％から成る自動平坦化床組成物。
  9. 【請求項９】前記組成物（ｉ）が71重量％の硫酸カルシ
    ウムβ−半水和物、20重量％のポルトランドセメント、
    ６重量％のシリカヒュームおよび２重量％のポゾラン骨
    材から成る請求項８記載の自動平坦化組成物。
  10. 【請求項１０】前記ポゾラン骨材がフィリットである請
    求項９記載の自動平坦化組成物。
  11. 【請求項１１】（ｉ）（ａ）30〜75重量％の硫酸カルシ
    ウムβ−半水和物、 （ｂ）10〜40重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜20重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜40重量％のポゾラン骨材、 から成る組成物25〜100重量％；および （ii）砂75〜０重量％から成る道路舗装組成物。
  12. 【請求項１２】（ａ）30〜75重量％の硫酸カルシウムβ
    −半水和物、 （ｂ）10〜40重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜20重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜40重量％のポゾラン骨材、 から成るセメント性組成物と、理論量より少し過剰の水
    と混合することによって調製した耐水性建設材料。
  13. 【請求項１３】前記組成物がα−せっこうを実質的に含
    まない請求項12記載の建設材料。
  14. 【請求項１４】ポルトランドセメントがタイプ３のポル
    トランドセメントである請求項12記載の建設材料。
  15. 【請求項１５】ポゾラン骨材が組成物の10〜40重量％で
    あって、軽石から成る請求項12記載の建設材料。
  16. 【請求項１６】シリカヒュームが組成物の４〜８重量％
    である請求項12記載の建設材料。
  17. 【請求項１７】セメント性組成物が有効量の少なくとも
    １つの凝結調節剤、減水剤およびはっ水添加剤を含む請
    求項12記載の建設材料。
  18. 【請求項１８】（ａ）30〜75重量％の硫酸カルシウムβ
    −半水和物、 （ｂ）10〜40重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜20重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜40重量％のポゾラン骨材、 から成るセメント性組成物と、理論量より少し過剰の水
    を混合することによって調製し、0.125cmの厚さを有す
    る耐水性建設材料。
  19. 【請求項１９】セメント性組成物が実質的にα−せっこ
    うを含まない請求項18記載の建設材料。
  20. 【請求項２０】ポルトランドセメントがタイプ３のポル
    トランドセメントである請求項18記載の建設材料。
  21. 【請求項２１】前記セメント性組成物が、 （ａ）70〜75重量％の硫酸カルシウムβ−半水和物、 （ｂ）15〜25重量％のポルトランドセメント、 （ｃ）４〜８重量％のシリカヒューム、および （ｄ）１〜10重量％のポゾラン骨材、 から成る請求項18記載の建設材料。
  22. 【請求項２２】前記セメント性組成物が有効量の少なく
    とも１つの凝結調節添加剤、減水剤およびはっ水添加剤
    を含む請求項18記載の建設材料。
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