JP3305150B2 - 水硬性無機質組成物 - Google Patents

水硬性無機質組成物

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JP3305150B2
JP3305150B2 JP03229095A JP3229095A JP3305150B2 JP 3305150 B2 JP3305150 B2 JP 3305150B2 JP 03229095 A JP03229095 A JP 03229095A JP 3229095 A JP3229095 A JP 3229095A JP 3305150 B2 JP3305150 B2 JP 3305150B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10Clay
    • C04B14/106Kaolin

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  • Civil Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水硬性無機質組成物に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、土木、建築材料等に使用されるセ
メント建材やコンクリート構造物などの無機質硬化体を
作成する原料として水硬性無機質組成物が使用されてい
るが、セメント建材やコンクリート建造物の製造にあた
って要望されることの1つに生産性向上のための早強化
があり、その1手段としてポゾラン反応を起こす物質で
あるシリカヒューム,フライアッシュ,スラグ等のシリ
カ系非晶質微粉体の利用が注目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
非晶質微粉体の場合、ポゾラン反応が非常に長期的に発
現するため、初期材令における硬化体性能には顕著な硬
化を発揮できない。したがって、生産性の向上までには
つながっていないのが現状である。本発明は、このよう
な事情に鑑みて、セメント・コンクリート製品の生産性
向上につながる早強性を有する水硬性無機質組成物を提
供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる水硬性無
機質組成物は、このような目的を達成するために、水硬
性無機物質100重量部、カオリンに0.5〜30kw
h/kgの機械的エネルギーを作用させ非晶質化させた
反応性充填材1〜300重量部および水を含んでいる
構成とした。
【0005】上記構成において、水硬性無機物質として
は、特に限定されないが、たとえば、普通ポルトランド
セメント,特殊ポルトランドセメント,アルミナセメン
ト,ローマンセメント等の単味セメント、耐酸性セメン
ト,耐火セメント,水ガラスセメント等の特殊セメン
ト、石膏,石灰,マグネシアセメント等の気硬性セメン
トなどが挙げられ、コスト,耐水性の面よりポルトラン
ドセメント,アルミナセメントが好ましい。
【0006】カオリンとは、1:1層状珪酸塩でAl2
Si2 5 (OH)4 の化学式で示されるカオリン鉱物
が50重量%以上含有されているものを言い、具体的に
はカオリナイト,ディッカイト,ナクライト等のカオリ
ン鉱物やカオリン鉱物の層間に水分子を含んだハロイサ
イトなどが挙げられる。
【0007】本発明に使用されるカオリンは、上述のカ
オリン鉱物以外に粘土鉱物(雲母,タルク,スメクタイ
ト,アロフェン,イモゴライト等)やα−クォーツなど
のシリカ鉱物、長石,沸石等一般に粘土中に含まれる鉱
物が含まれていてもよい。なお、カオリン中、カオリン
鉱物の含有量が50重量%より少ないと、水硬性無機物
質との反応性に優れたものとすることが困難である。
【0008】また、カオリンは、特に限定されないが、
機械的エネルギーの有効使用の面から考慮すると、その
粒径が平均粒径で0.1μm〜500μmのものが好ま
しく、0.1μm〜100μmのものが更に好ましい。
上記構成において、機械的エネルギーを作用させると
は、上記カオリンに圧縮力,剪断力,衝撃力等を加える
ことを意味し、具体的には、一般に粉砕を目的に使用さ
れている粉砕機を用いる方法が挙げられる。
【0009】このような粉砕機としては、例えば、粉砕
の機構において衝撃,摩擦,圧縮,剪断等が複合したボ
ール媒体ミル(ボールミル,振動ミル,遊星ミル,媒体
攪拌型ミル等)、ローラミル、乳鉢等または衝撃,摩擦
が主流であるジェット粉砕機などが挙げられるが、特
に、機構的にカオリンに有効に機械的エネルギーを付与
することが可能なボール媒体型のミルが好ましい。
【0010】なお、粉砕機を用いてカオリンに機械的エ
ネルギーを作用させる場合には、セメントクリンカーや
珪砂、石灰石等の粉砕時に使用れさるメチルアルコール
等のアルコール類又はトリエタノールアミン等のエタノ
ール・アミン類を中心とした液体系、ステアリン酸ナト
リウム・カルシウム等の固体系、アセトン蒸気等の気体
系の粉砕助剤を使用してもよい。
【0011】粉体に作用させる機械的エネルギーは、
0.5kwh/kg以上30kwh/kg以下に限定さ
れる。すなわち、機械的エネルギーが0.5kwh/k
gより小さいと結晶構造の変性が不十分なため水硬性無
機物質との反応性を殆ど付与できず、機械的エネルギー
が30kwh/kgより大きくなると、粉砕装置への負
荷が大きい、媒体としてのボールや容器の磨耗が激し
い、処理粘土中への汚染(コンタミ)、コストのかかり
すぎ等の問題が生じる。なお、上記で示した機械的エネ
ルギーは、上記カオリンを入れて粉砕装置を運転した時
に粉砕装置に投入した電力を処理するカオリンの単位重
量当たりで表した。
【0012】水の添加量は、成形方法に応じて変化する
ため、特に限定されないが、水硬性無機物質100重量
部に対して、20〜300重量部が好ましい。
【0013】水硬性無機質組成物には、上記以外に、補
強繊維,無機質充填材,軽量骨材,成形助剤等を必要に
応じて添加することができる。補強繊維としては、得ら
れる硬化体に付与したい性能に応じて任意に使用でき、
例えば、ビニロン,ポリプロピレン,アクリル,レーヨ
ン,アラミド等の合成繊維、ガラス繊維,チタン酸カリ
ウム,ロックウール等の無機繊維、カーボン繊維、鋼繊
維などが挙げられる。
【0014】これらの繊維はメッシュ状で使用しても構
わないし、長繊維あるいは短繊維のものを使用してもよ
い。上記補強繊維の繊維径および繊維長は、繊維径1〜
500μm、繊維長1〜15mmが好ましい。
【0015】すなわち、繊維径が細くなり過ぎると混合
時に再凝集し、交絡によりファイバーボールが形成され
やすくなり、最終的に得られる無機質硬化体の強度が低
くなるとともに、得られる硬化体の表面凹凸が激しくな
り良好な外見にならなくなり、繊維径が太くなり過ぎる
か繊維長が短くなり過ぎると引張強度向上などの補強効
果が小さくなり、繊維長が長くなり過ぎると繊維の分散
性及び配向性が低下する恐れがある。
【0016】また、補強繊維の添加量は、特に限定され
ないが、硬化性無機材料100重量部に対して、10重
量部以下が好ましい。すなわち、補強繊維の添加量が多
過ぎると、繊維の分散性、耐熱性等に問題が生じる恐れ
がある。
【0017】無機質充填材は、硬化および乾燥時の収縮
低減,スラリーの流動性向上を目的として添加され、例
えば、珪砂,珪石粉,フライアッシュ,スラグ,シリカ
ヒューム,マイカ,タルク,ワラストナイト,炭酸カル
シウム,粘土等が挙げられる。無機質充填材の粒径は、
平均粒径で0.01μm以上1mm以下が好ましい。
【0018】すなわち、無機質充填材の粒径が大き過ぎ
ると、組成物の流動性が悪化したり、得られる無機質硬
化体の表面に大きな凹凸が発生する恐れがある。
【0019】無機質充填材の添加量は、硬化性無機材料
100重量部に対して500重量部以下が好ましく、3
0重量部以上300重量部以下がさらに好ましい。すな
わち、無機質充填材の添加量が多過ぎると、硬化および
乾燥収縮時の収縮低減不十分となる恐れがある。
【0020】軽量骨材は、得られる硬化体の軽量化を目
的として使用され、有機質,無機質軽量骨材のいずれを
使用してもよい。たとえば、有機質軽量骨材としては、
スチレン,塩化ビニリデン系,フェノール,ウレタン,
エチレン等の合成樹脂発泡体が挙げられ、無機質軽量骨
材としては、ガラスバルーン,シラスバルーン,フライ
アッシュバルーン,シリカバルーン,パーライト等の無
機質発泡体が挙げられる。
【0021】また、軽量骨材は、比重0.01〜1のも
のが好ましい。すなわち、比重が0.01未満では成形
体の機械的強度の低下を招き、1を越えると軽量化の効
果が得られなくなる恐れがある。軽量骨材の添加量は上
記硬化性無機材料100重量部に対し、0.1〜100
重量部が好ましい。すなわち、添加量が0.1重量部未
満では軽量化の効果が得られず、100重量部を越える
と機械的強度が低下する恐れがある。
【0022】成形助剤としては、一般に押出成形等で使
用されるメチルセルロースなどの増粘剤や抄造成形等で
使用される凝集剤などが挙げられる。成形助剤の添加量
は、0.01〜10重量部が好ましい。
【0023】なお、硬化性無機質組成物は、特に限定さ
れないが、たとえば、セメント組成物を製造する際、通
常使用されるオムニミキサー,アイリッヒミキサー,万
能ミキサー,ライカイ機等に予め調製した水硬性無機物
質、水、本発明のカオリンや必要に応じて補強繊維等の
その他の添加物を供給し、混合する方法によって得るこ
とができる。
【0024】また、無機質硬化体は、特に限定されない
が、例えば、注入法、プレス法、押出法等の一般的な方
法によって硬化性無機質組成物を所望形状に形成したの
ち、セメントの養生等で使用されている常温養生法,蒸
気養生法,オートクレーブ養生法などを用いて養生硬化
される。
【0025】硬化温度は、1℃以上300℃以下が好ま
しく、10℃以上150℃以下がさらに好ましい。すな
わち、硬化温度が高過ぎると、硬化時の収縮が大きくな
り、得られる無機質成形体にクラック等の発生が生じる
恐れがあり、低すぎると硬化反応速度が低下する恐れが
ある。
【0026】
【作用】上記構成によれば、機械的エネルギーの付与に
よって、結晶性が高く水硬性無機物質との水和反応性の
乏しかったカオリンが、水硬性無機物質との水和反応性
に富んだ非結晶性の粉体に変化しているから、水硬性無
機質組成物の硬化が速くなる。
【0027】
【実施例】以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ
詳しく説明する。まず、以下に示す反応性充填材A〜G
を用意した。
【0028】〔反応性充填材A〕カオリン(山陽クレー
(株)製 AAカオリン(カオリン鉱物95重量%,α
−クォーツ5重量%、BET比表面積13m2 /g))
を三菱重工(株)製ウルトラファインミルAT−20
(ジルコニアボール10mmφ使用、ボール投入量44k
g、カオリン混入量2kg、粉砕助剤としてトリエタノー
ルアミン25%とエタノール75%との混合物を10g
添加)で4.0kwh/kgの機械エネルギーを作用さ
せて得た。
【0029】〔反応性充填材B〕作用させた機械的エネ
ルギーを10.0kwh/kgとした以外は、反応性充
填材Aと同様にして得た。
【0030】〔反応性充填材C〕カオリン(山陽クレー
(株)製 AAカオリン(カオリン鉱物95重量%,α
−クォーツ5重量%、BET比表面積13m2 /g))
をボールミル(マキノ社製のボールミルBM150、ア
ルミナボール15mmφ使用、ボール投入量200kg、カ
オリン混入量15kg)で15.0kwh/kgの機械エ
ネルギーを作用させて得た。
【0031】〔反応性充填材D〕作用させた機械的エネ
ルギーを0.01kwh/kgとした以外は、反応性充
填材Aと同様にして得た。
【0032】〔反応性充填材E〕 未処理メタカオリン(山陽クレー社製) 〔反応性充填材F〕 シリカヒューム( ELKEM社製 マイクロシリカ) 〔反応性充填材G〕 スラグ (神戸製鋼社製 ケイメント)
【0033】(実施例1〜4、比較例1〜6)水硬性無
機物質としてのポルトランドセメントと、上記の反応性
充填材A〜Gのいずれかと、充填材としての珪砂(8号
珪砂)と、補強繊維としてのビニロン繊維(クラレ社製
RM182 繊維長さ6mm、繊維径14μm)と、成
形助剤としてのヒドロキシプロピルメチルセルロース
(20℃における2%水溶液の粘土が30000cps
のもの)と、水とを用いてそれぞれ表1または表2に示
す配合割合でオムニミキサーによって5分間混合して水
硬性無機質組成物を得た。
【0034】この組成物を幅150mm、長さ150mm、
厚さ10mmの型枠内に注入し、表1または表2に示す温
度および時間で蒸気養生して板状の硬化体を得た。
【0035】そして、この硬化体を幅50mm、長さ15
0mm、厚さ10mmに切断して得た試験片を用いて硬化性
試験としての曲げ強度の測定および外観評価を行い、そ
の結果を表1または表2に合わせて示した。なお、評価
方法は、以下のとおりであった。
【0036】〔曲げ強度〕試験片を50℃で10時間乾
燥および気乾状態で24時間放置後、JIS A140
8の方法に準じて測定した。 〔外観評価〕試験片の状態(割れ、クラック等の有無)
を目視で調べ、外観上、割れ、クラック等の異常が無い
場合を〇、割れやクラックが発生しているものを×とし
た。
【0037】また、表中、未硬化は、組成物を所定時
間、蒸気養生しても未硬化のものをあらわす。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】表1,2から、本発明の水硬性無機質組成
物を養生硬化させれば、他の反応性充填材を用いた場合
に比べ、短時間で高強度な硬化体を外観よく得られるこ
とがよくわかる。
【0041】
【発明の効果】本発明にかかる水硬性無機質組成物は、
以上のように構成されているので、硬化速度が速く、高
強度で土木材料や建築材料として優れた無機質硬化体を
生産性よく得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 14/10 C04B 28/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水硬性無機物質100重量部、カオリンに
    0.5〜30kwh/kgの機械的エネルギーを作用さ
    非晶質化させた反応性充填材1〜300重量部およ
    び水を含んでいる水硬性無機質組成物。
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