JP5685760B2 - 軽量セメント系スラリー及びその製造方法、並びにセメントボード - Google Patents

Description

【０００１】
［関連出願の相互参照］
［００１］本出願は、参照により本明細書に組み込まれている２００７年７月５日出願の米国特許出願第１１／７７３，８６５号の優先権を主張するものである。
【０００２】
［発明の分野］
［００２］本発明は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリー及びその製造方法、並びにセメントボードに関する。詳細には、セメント系スラリー及び製品は、約４０〜８０ポンド／立方フィート（０．６４〜１．２８ｇ／ｃｃ）、好ましくは、約４５〜６５ポンド／立方フィート（０．７２〜１．０４ｇ／ｃｃ）の範囲の密度を有する。
【０００３】
［発明の背景］
［００３］参照により本明細書に組み込まれているＰｅｒｅｚ−Ｐｅｎａらの米国特許第６，８６９，４７４号では、セメントボードなどのセメント系製品を製造するためのセメント系スラリーの急結性が議論されており、その急結性は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメントにアルカノールアミンを添加し、初期スラリー温度が少なくとも９０°Ｆ（３６℃）である条件下で水を用いてスラリーを形成することによって実現される。追加の反応性材料として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシュなどのポゾラン性材料なども挙げることができる。超急結性によって、セメント系製品を速やかに生産することが可能になる。トリエタノールアミンを添加するステップは、フライアッシュ及び石こう濃度を上昇させても、アルミン酸カルシウムセメントを必要としなくても、終結時間が比較的短い配合物を製造することができるという非常に強力な促進効果になることが分かった。しかし、トリエタノールアミンを含む配合物は、アルミン酸カルシウムセメントを含む従来のセメントボード配合物に比較して早期圧縮強度も比較的低かった。
【０００４】
［００４］参照により本明細書に組み込まれているＤｕｂｅｙの米国特許第６，６４１，６５８号では、反応性粉末として、ポルトランドセメント、ポゾラン、高アルミナセメント、及び不溶性硫酸カルシウム無水物を含む、セメントボードを作製するのに有用である急結性セメント系スラリーが議論されており、該スラリーでは、従来技術のセメント系スラリーに比較して凝結時間が短縮される。このスラリーは、好ましくは、反応性粉末ブレンドとして、３５〜９０重量％のポルトランドセメントと、０〜５５重量％のポゾランと、５〜１５重量％の高アルミナセメントと、１〜８重量％の不溶性硫酸カルシウム無水物とを含む。従来の可溶性石こう（二水和物）の代わりに不溶性硫酸カルシウム無水物を使用すると、非常に大量のポゾラン材料、好ましくは、フライアッシュの使用にも拘らず、熱の放出が増加し、凝結時間が短縮される。セメント系スラリーは、軽量骨材及びフィラーに加えて高性能ＡＥ減水剤（ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）、凝結遅延剤及び凝結促進剤などの添加剤を含むことによって所望の他の有用な特性を付与することができる。
【０００５】
［００５］参照により本明細書に組み込まれているＧａｌｅｒらの米国特許第４，４８８，９０９号では、急結できるセメント系スラリーが議論されている。このスラリーでは、水と混合した後、エトリンガイトになり得る可能性のあるものの基本的に全てから約２０分以内にエトリンガイトを形成することによって耐二酸化炭素性のセメントボードを高速で生産することが可能になる。このセメント系スラリーの基本的な成分は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び石灰である。フライアッシュ、モンモリロナイト粘土、珪藻土及び軽石粉などのポゾランは、最大約２５％まで添加することができる。このセメントスラリーは、約１４〜２１重量％の高アルミナセメントを含むので、その他の成分と組み合わされたこの高アルミナセメントによって、セメント系混合物の急結の原因となるエトリンガイト及びその他のアルミン酸カルシウム水和物を早期に形成することが可能になる。彼らの発明では、Ｇａｌｅｒらは、高アルミナセメント（ＨＡＣ）を用いてアルミン酸塩を供給し、石こうを用いて硫酸塩イオンを供給することによってエトリンガイトを形成し、彼らのセメント系混合物の急結性を実現した。
【０００６】
［００６］エトリンガイトは、式Ｃａ_６Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・３２Ｈ_２Ｏ、或いは３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏを有する硫酸アルミニウムカルシウム化合物からなる化合物である。エトリンガイトは、長い針状晶として形成され、セメントボードに速やかに早期強度を提供し、その結果としてセメントボードは、型枠内に、又は連続式鋳込み成型ベルト上に注がれた後、間もなくハンドリングすることができる。
【０００７】
［発明の概要］
［００７］本発明の目的は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリーを提供することである。
【０００８】
［００８］本発明の別の目的は、約４０〜８０ポンド／立方フィート（０．６４〜１．２８ｇ／ｃｃ）、好ましくは、約４５〜６５ポンド／立方フィート（０．７２〜１．０４ｇ／ｃｃ）の範囲の密度を有するセメント系スラリー及び製品を提供することである。このスラリーから作製されたボードの好ましい曲げ強度は、４００〜２０００ｐｓｉ（２．７６〜１３．８ＭＰａ）の範囲である。最も好ましい曲げ強度は、７５０〜１７５０ｐｓｉ（５．１７〜１２．１ＭＰａ）の範囲である。このスラリーから作製され、スパン１０インチで試験される供試体では、ＡＳＴＭ Ｃ ９４７によって実施された曲げ試験で測定されたボードの好ましい最大たわみは、０．２５〜１．７５インチ（０．６４〜４．５ｃｍ）の範囲である。最も好ましい最大たわみは、０．５０〜１．２５インチ（１．３〜３．１８ｃｍ）の範囲である。
【０００９】
［００９］本発明の別の目的は、厚さ１／２インチ（１．２７ｃｍ）基準で、重量が、好ましくは、３．３ポンド／平方フィート（１６．１ｋｇ／ｍ^２）未満、より好ましくは、２．５ポンド／平方フィート（１２．２ｋｇ／ｍ^２）未満、最も好ましくは、２．１ポンド／平方フィート（１０．２５ｋｇ／ｍ^２）未満である軽量セメント系パネルを提供することである。
【００１０】
［００１０］本発明の別の目的は、セラミックタイル、寸法石及びプラスター仕上げをはめ込むための耐久性で結合性の基材として使用されるセメント系パネルを提供することである。
【００１１】
［００１１］本発明の別の目的は、溌水性及び耐水浸透性が良好であるセメント系パネルを提供することである。
【００１２】
［００１２］本発明の別の目的は、耐水性及び寸法安定性が良好であるために、建造物の湿った区域での使用が可能であるセメント系製品を提供することである。
【００１３】
［００１３］本発明の別の目的は、抗菌、抗カビ及び抗真菌性である軽量セメント系製品を提供することである。
【００１４】
［００１４］本発明の別の目的は、凍結融解に対する耐久性が良好である軽量セメント系製品を提供することである。
【００１５】
［００１５］本発明の別の目的は、不燃性である軽量セメント系製品を提供することである。
【００１６】
［００１６］本発明の別の目的は、ハンドリング特性、設置特性及び固定特性が大幅に改良された軽量セメント系製品を提供することである。
【００１７】
［００１７］本発明の別の目的は、スコア及びスナップ性能、並びに切断特性が大幅に改良された軽量セメント系パネル製品を提供することである。
【００１８】
［００１８］本発明の別の目的は、湿潤状態で、流動性コンシステンシーを有し、安定性があり、材料の分離を起こしにくいセメント系スラリーを提供することである。
【００１９】
［００１９］発明の別の目的は、製造中及び製造後に、薄いセメント系パネル製品においてセメント系コアと表面補強メッシュの間に良好な結合を発達させることができるセメント系スラリーを提供することである。
【００２０】
［００２０］本発明の別の目的は、工業生産の環境でも軽量セメント系製品の加工が効率的に実施されるセメント系スラリーを提供することである。
【００２１】
［００２１］本発明の別の目的は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリーを調製する方法を提供することである。
【００２２】
［００２２］したがって、本発明は、一般に、パネル又はボードを構築するための急結性軽量セメント系スラリーに関する。
【００２３】
［００２３］セメント系スラリーは、３５〜６０重量％のセメント系反応性粉末（ポルトランドセメント系結合材とも呼ばれる）と、２〜１０重量％の化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、２０〜４０重量％の水と、連行空気、例えば、湿基準で１０〜５０体積％の連行空気と、減水剤、化学的凝結促進剤、及び化学的凝結遅延剤などの任意選択の添加剤とを含む。軽量セメント系スラリーは、０〜２５重量％の二次フィラー、例えば、１０〜２５重量％の二次フィラーを任意選択で含むこともできる。典型的なフィラーは、１つ又は複数の膨張粘土、頁岩骨材及び軽石を含む。
【００２４】
［００２４］本発明で使用されるセメント系反応性粉末は、通常、純ポルトランドセメント、又はポルトランドセメントと、フライアッシュ若しくは高炉スラグなど適切なポゾラン材料との混合物いずれかからなる。セメント系反応性粉末は、少ない用量で添加される１つ又は複数の石こう（ランドプラスタ）及び高アルミナセメント（ＨＡＣ）を任意選択で含むことによって結合剤の凝結及び水和特性に影響を及ぼすこともできる。
【００２５】
［００２５］軽量な密度を得るためには、（ｉ）特性が特別である膨張パーライト及び（ｉｉ）空気の連行の利用が助けになる。
【００２６】
［００２６］膨張パーライトフィラーは、複合材体積の７．５〜４０％を占有し、好ましくは、メジアン粒径が直径で２０〜６０ミクロンである粒子からなり、好ましくは、粒子密度が０．３０ｇ／ｃｃ未満であり、シラン、シロキサン、シリコーン又はそれらの混合物でコートされている。この膨張パーライトフィラーは、それが水密性及び溌水性を持つように化学的にコートされているという点で独特である。さらには、コートされた膨張パーライトフィラーは、化学コーティングを施用することによって有効な水密性を有する閉じたセル状粒子構造の形成が可能になる範囲の粒径を有する。選りすぐりのコートされた膨張パーライトフィラーを使用することは、水の使用割合が小さい場合、作業性及び加工性のよいセメント系スラリーの調製を可能にするために重要である。スラリーの水量が低くなると、機械的特性及び物理的特徴が優れた製品がもたらされる。
【００２７】
［００２７］連行空気は、湿基準で複合材体積の１０〜５０％を占める。本発明のスラリー中への空気の連行は、最終生成物中に安定で均一な構造の空隙を形成する適切な界面活性剤という手段によってもたらされる。
【００２８】
［００２８］本発明のセメント系スラリーを使用することによって、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用するための優れた耐水性を備えたセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品を作製することができる。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、セメント系混合物が静置若しくは移動式型枠内に、又は連続移動式ベルト上に注がれた後に、短時間でボードをハンドリングできるようにセメント系混合物を急結させる条件下で作製される。
【００２９】
［００２９］軽量セメント系スラリー及び製品は、通常、１つ又は複数の以下の利点を有する：
［００３０］水の要求量が少ないこと、
［００３１］少ない水の使用量で得られる流動性及び作業性のよいスラリー、
［００３２］軽量な密度、
［００３３］高圧縮強度、
［００３４］優れた耐水性、
［００３５］環境が変化する条件下での優れた寸法安定性、
［００３６］製品の厚さ方向での優れた耐水浸透性、
［００３７］セラミックタイル及びセメントモルタルなどの仕上げ表面に対する優れた結合強度、
［００３８］急結挙動、
［００３９］優れた審美性及び外観。
【００３０】
［００４０］通常、上記のスラリーを硬化させることによって作製されたセメントボードは、厚さが約１／４〜１インチ（６．３〜２５．４ｍｍ）である。
【００３１】
［００４１］別段の指示がない限り、本明細書の百分率、比及び割合は全て、重量による。また、別段の指示がない限り、いずれの平均分子量も重量平均分子量である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１１で調査されたミックスにおけるスラリー温度上昇の反応を示す図である。
【００３３】
［発明の詳細な説明］
（セメント系スラリー）
［００４３］表１は、本発明の軽量セメント系スラリーを形成するのに使用される混合物を記載する。化学的にコートされたパーライトに占有された体積は、スラリーの全体積の７．５〜４０％の範囲であり、連行空気に占有された体積は、スラリーの全体積の１０〜５０％の範囲である。これは、約４０〜８０ｐｃｆ（０．６４〜１．２８ｇ／ｃｃ）、好ましくは、約４５〜６５ポンド／立方フィート（０．７２〜１．０４ｇ／ｃｃ）の所望の低密度を有するセメント製品を製造する助けになる。
【００３４】
［００４４］
【表１】

【００３５】
［００４５］セメント系スラリーは、好ましくは、：
［００４６］ポルトランドセメント、及び任意選択でポゾラン材料を含むセメント系反応性粉末（３５〜６０重量％）（典型的なミックスは、１００部のポルトランドセメントと、３０部のフライアッシュと、３部のランドプラスタとを含んでいた）と、化学的にコートされた膨張パーライトフィラー（２〜１０重量％）と、
［００４７］連行空気（複合材体積の１０〜５０％であり、複合材体積の％は、湿基準でスラリーの体積％である）と、
［００４８］水（２０〜４０重量％）と、
［００４９］減水剤、促進剤、遅延剤など任意選択の添加剤と、
［００５０］任意選択の二次フィラー（１０〜２５重量％）、例えば膨張粘土、頁岩骨材及び軽石とを含み、
［００５１］化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、二次フィラー、例えば、膨張粘土、頁岩骨材及び／又は軽石との合計は少なくとも２０重量％である。
【００３６】
（化学的にコートされた膨張パーライトフィラー）
［００５２］膨張パーライトフィラーは、セメント系スラリーの２〜１０重量％、７．５〜４０体積％である。膨張パーライトフィラーは、通常、２０〜５００ミクロン、又は２０〜２５０ミクロン、好ましくは、２０〜１５０ミクロン、より好ましくは、２０〜９０ミクロン、最も好ましくは、２０〜６０ミクロンの平均粒子直径、及び好ましくは、０．５０ｇ／ｃｃ未満、より好ましくは、０．４０ｇ／ｃｃ未満、最も好ましくは、０．３０ｇ／ｃｃ未満の有効粒子密度を有し、シラン、シロキサン、シリコーンコーティング又はそれらの混合物で化学的に処理された粒子からなる。この膨張パーライトフィラーは、それが水密性及び溌水性を持つように化学的にコートされているという点で独特である。
【００３７】
［００５３］さらには、コートされた膨張パーライトフィラーの粒径は、化学コーティングを施用することによって有効な水密性を有する閉じたセル状粒子構造の形成を可能にする。選りすぐりのコートされた膨張パーライトフィラー使用することは、水の使用割合が小さい場合、作業性及び加工性のよいセメント系スラリーの調製を可能にするために重要である。スラリーの水量が低くなると、機械的特性及び物理的特徴が優れた製品がもたらされる。パーライト粒子を水密性及び溌水性にするための最も好ましい化学コーティング用化合物は、アルキルアルコキシシランである。オクチルトリエトキシシランは、本発明のセメント系スラリーと一緒に使用してパーライトをコートするための最も好ましいアルキルアルコキシシランである。
【００３８】
［００５４］最も好ましい市販の化学的にコートされたパーライトフィラーの１つは、Ｓｉｌｂｒｉｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３である。ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライト粒子は、アルキルアルコキシシラン化合物で化学的にコートされている。別の好ましい化学的にコートされたパーライトフィラーは、Ｓｉｌｂｒｉｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４である。ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライト粒子は、本発明のセメント系スラリーにおいても有用であり、シリコーン化合物でコートされている。ＤＩＣＡＰＥＲＬ２１０及びＤＩＣＡＰＥＲＬ２２０も、本発明で好ましい、Ｇｒｅｆｃｏ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｃ．によって製造された別の市販の２つのコートされたパーライトフィラー製品である。アルキルアルコキシシラン化合物を含むＤＩＣＡＰＥＲＬ２１０パーライトは、本発明のセメント系スラリーで特に好ましい。シリコーン化合物でコートされたＤＩＣＡＰＥＲＬ２２０パーライトも、本発明のスラリーで有用である。
【００３９】
［００５５］本発明のパーライトフィラーの非常に有用な別の特性は、小さい粒径及びシリカ系の化学的性質のためにポゾラン特性を示すことである。そのポゾラン性挙動のために、本発明の選りすぐれられたパーライトフィラーは、改良された界面、並びに混合物中に存在するセメント系結合材及び他の成分との向上した結合性を発現しつつ、セメント系複合材の化学的耐久性を改良する。
【００４０】
［００５６］さらに別の極めて重要な利益は、本発明のパーライトフィラー径が小さいことに由来する。この改良は、本発明のパーライトスラリーを使用して製造されたメッシュ補強セメントボード製品の製造性及び性能特性に関連する。本発明の選りすぐられたパーライトフィラーは、スラリー中に存在する非常に微細な粒子（７５ミクロン未満）の全体量を増加させる。スラリー中に微細粒子が多量に存在することは、メッシュ補強セメントボードを速やかに加工する際に極めて有用である。というのは、これは、セメント系スラリーと補強メッシュの間の結合を改良するのに役立つからである。セメント系スラリーと補強メッシュの間の結合が改良されることによって、メッシュ剥離の発生が低減し、セメントボード加工速度がより速やかになり、製造収率が改良される。
【００４１】
（セメント系反応性粉末（ポルトランドセメント系結合材））
［００５７］本発明で使用されるセメント系反応性粉末（ポルトランドセメント系結合材とも呼ばれる）は、通常、純ポルトランドセメント、又はポルトランドセメントと、フライアッシュ若しくは高炉スラグなど適切なポゾラン材料との混合物のいずれかからなる。
【００４２】
［００５８］セメント系反応性粉末は、ポルトランドセメントを含み、また高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュも含むことによって水と共にスラリーを形成することができる。セメント系反応性粉末は、骨材などの不活性材を含まない。
【００４３】
［００５９］本発明のセメント系反応性粉末が、ポルトランドセメントとフライアッシュのみを含む場合、セメント系反応性粉末は、好ましくは、４０〜９０重量％のポルトランドセメントと１０〜６０重量％のフライアッシュ、又は４０〜８０重量％のポルトランドセメントと２０〜６０重量％のフライアッシュを含み、重量％は、ポルトランドセメントとフライアッシュの和に基づく。
【００４４】
［００６０］セメント系反応性粉末は、小用量で添加することによって結合材の凝結及び水和特性に影響を及ぼす石こう（ランドプラスタ）又は高アルミナセメントなど１つ又は他の成分も任意選択で含むことができる。かかる他の成分が存在する場合、セメント系反応性粉末は、各成分の和に対して４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％の高アルミナセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含む。
【００４５】
［００６１］したがって、セメント系スラリーのセメント系反応性粉末ブレンドは、反応性粉末ブレンドの最大５５重量％までの、ポゾラン材料などの鉱物性添加材を非常に高い濃度で含むことができる。鉱物性添加材、例えばフライアッシュの含量を増加させると、製品のコストを大幅に下げるのに役立つと思われる。さらには、スラリー中にポゾラン材料を使用すると、ポゾラン反応の結果として、製品の長期耐久性を向上させる助けとなる。
【００４６】
［００６２］セメント系スラリーの反応性粉末ブレンドは、外部から添加する石灰を含まない場合がある。石灰含量の低減は、セメント系マトリックスのアルカリ度を下げる助けとなり、それによって製品の長期耐久性を増進させる。
【００４７】
（水硬性セメント）
［００６３］水硬性セメント、特にポルトランドセメントは、本発明のスラリーのうちの相当な量を構成する。通常はいくらかの石こうがポルトランドセメント中に含まれるが、本明細書では、「水硬性セメント」は、水の存在下で強度を発現しない石こうを含まないことを理解されたい。
【００４８】
［００６４］ポルトランドセメントに対するＡＳＴＭ Ｃ １５０標準規格は、ポルトランドセメントを、水硬性ケイ酸カルシウムから基本的になり、同時粉砕用添加物として１つ又は複数の形態の硫酸カルシウムを通常含むクリンカを粉砕することによって製造される水硬性セメントとして定義する。より一般的には、その他の水硬性セメント、例えば、カルシウムスルホアルミネート系セメントは、ポルトランドセメントを代替することができる。ポルトランドセメントを製造するためには、石灰石と粘土の密接な混合物をキルンで焼成してポルトランドセメントクリンカを形成する。ポルトランドセメントの以下の４つの主たる相、即ち、ケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、Ｃ_３Ｓとも呼ばれる）、ケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、Ｃ_２Ｓと呼ばれる）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３又はＣ_３Ａ）及びアルミン酸鉄四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３又はＣ_４ＡＦ）がクリンカ中に存在する。上記の化合物を含む生成クリンカを所望の微細度まで硫酸カルシウムと同時に粉砕することによってポルトランドセメントを生産する。
【００４９】
［００６５］ポルトランドセメント中に少量存在するその他の化合物として、硫酸アルカリの複塩、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが挙げられる。セメントボードを作製しようとする場合、ポルトランドセメントは、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭＣ ２０４）によって測定した場合、粒子の表面積が４，０００ｃｍ^２／グラム超、通常５，０００〜６，０００ｃｍ^２／グラムであるような非常に微細な粒子の形態で通常存在することになる。ポルトランドセメントの広く認められている多様なクラスのなかで、ＡＳＴＭＩＩＩ型ポルトランドセメントが、本発明のセメント系スラリーのセメント系反応性粉末において最も好ましい。これは、このセメントの反応性が比較的速やかであり、早期強度の発現が大きいからである。
【００５０】
［００６６］本発明では、ＩＩＩ型ポルトランドセメントを使用する必要性は、最小化されており、ＩＩＩ型ポルトランドセメントの代わりに他のセメントを使用しても比較的速やかな早期強度の発現を得ることができる。本発明のスラリーにおいてＩＩＩ型ポルトランドセメントを代替又は補助するのに使用できるその他の広く認められた型のセメントとして、Ｉ型ポルトランドセメント、又は、白色セメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、ポゾラン混入セメント、膨張セメント、スルホアルミネートセメント、及び油井セメントを含めての他の水硬性セメントが挙げられる。
（鉱物性添加材）
セメント系スラリーのセメント系反応性粉末ブレンドは、ポゾラン材料及び／又は非ポゾラン骨材、例えば、炭酸カルシウム、雲母、タルクなどの鉱物性添加材を高濃度で含むことができる。
【００５１】
［００６７］ＡＳＴＭ Ｃ６１８−９７は、ポゾラン性材料を、「それ自体はほとんど又は全くセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、及び水分の存在下で常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」として定義する。天然及び人工の多様な材料が、ポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の一部の例として、軽石、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、メタカオリン、造粒高炉スラグ粉砕物、及びフライアッシュが挙げられる。こうしたポゾラン材料は全て、本発明のセメント系反応性粉末の一部として単独で又は組み合わせて使用することができる。
【００５２】
［００６８］フライアッシュは、本発明のセメント系反応性粉末ブレンドにおける好ましいポゾランである。酸化カルシウム及びアルミン酸カルシウムの含量が大きいフライアッシュ（ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準のＣ級フライアッシュなどの）は、以下で説明されるように好ましい。炭酸カルシウム、粘土及び粉砕雲母など他の鉱物性添加材も、鉱物性添加材として含ませることができる。
【００５３】
［００６９］フライアッシュは、石炭の燃焼に由来して形成される微粉末副生物である。
微粉炭を燃焼させる電力プラント事業用ボイラーによって最も市場に適したフライアッシュが生産される。こうしたフライアッシュは、主として、ガラス状球形粒子、並びにヘマタイトとマグネタイトの残分、炭、及び冷却中に形成されるいくつかの結晶相からなる。フライアッシュ粒子の構造、組成及び特性は、石炭の構造と組成、及びフライアッシュが形成される燃焼プロセスによって決まる。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、コンクリートで使用されるフライアッシュの２つの主要な級−Ｃ級及びＦ級が認定されている。フライアッシュのこれら２つの級は、地質時代に行われた石炭形成プロセスの相違の結果である石炭の種類の相違に由来する。Ｆ級フライアッシュは、通常、無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成し、Ｃ級フライアッシュは、通常、亜炭又は亜瀝青炭から生成する。
【００５４】
［００７０］ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準は、主としてそのポゾラン特性によってＦ級及びＣ級フライアッシュを区別する。したがって、ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、Ｃ級フライアッシュとＦ級フライアッシュの主要な規格上の相違は、組成におけるＳｉＯ_２＋Ａｌ_２０_３＋Ｆｅ_２０_３の最低限界である。Ｆ級フライアッシュに対するＳｉＯ_２＋Ａｌ_２０_３＋Ｆｅ_２０_３の最低限界は、７０％であり、Ｃ級フライアッシュでは５０％である。したがって、Ｆ級フライアッシュは、Ｃ級フライアッシュよりポゾラン性が高い。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では明確に認定されていないが、Ｃ級フライアッシュは、通常、酸化カルシウム含量が大きい。酸化カルシウムが多く存在するために、Ｃ級フライアッシュはセメント様特性を有するようになり、それによって、水と混合した場合に、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム水和物が形成される。以下の実施例で分かるように、Ｃ級フライアッシュは、特に、高アルミナセメント及び石こうが使用されない好ましい配合物において、優れた結果をもたらすことが分かっている。
【００５５】
［００７１］本発明のセメント系スラリーで使用されるセメント系反応性粉末ブレンドにおけるポゾラン材料とポルトランドセメントの重量比は、約０／１００〜１５０／１００、好ましくは、２５／１００〜１２５／１００であることができる。例えば、典型的なセメント系反応性粉末ブレンドでは、フライアッシュが１０〜６０重量％で、ポルトランドセメントが４０〜９０重量％である。
【００５６】
（高アルミナセメント）
［００７２］高アルミナセメント（ＨＡＣ）は、本発明の一部の実施形態の反応性粉末ブレンドの成分を形成できる別の型の水硬性セメントである。
【００５７】
［００７３］高アルミナセメントは、通常、アルミナセメント又はアルミン酸カルシウムセメントとも呼ばれる。名称が示唆するように、高アルミナセメントは、アルミナ含量が高く、約３６〜４２％重量％が典型的である。より高純度の高アルミナセメントも市販されており、そのセメントでは、アルミナ含量は、８０重量％にもなる場合がある。こうしたより高純度の高アルミナセメントは、他のセメントと比較して非常に高価になる傾向がある。本発明の一部の実施形態のスラリーで使用される高アルミナセメントは、アルミン酸塩が水性相に入るのを促進するように微細に粉砕されており、その結果として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物を速やかに形成させることができる。本発明のスラリーの一部の実施形態で使用し得る高アルミナセメントの表面積は、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、３，０００ｃｍ^２／グラム超、通常、約４，０００〜６，０００ｃｍ^２／グラムになることになる。
【００５８】
［００７４］高アルミナセメントを製造するための数種類の製造法が世界全体で現れている。通常、高アルミナセメントの製造で使用される主原料は、ボーキサイト及び石灰石である。高アルミナセメントを生産するために米国で使用される１つの製造法を以下に説明する。最初にボーキサイト鉱を破砕し、乾燥させ、次いで石灰石と一緒に粉砕する。次いで、ボーキサイト及び石灰石からなる乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。キルンの燃料としては、粉砕した低灰分炭を使用する。ボーキサイトと石灰石の反応が、キルン内で起こり、溶融生成物が、キルンの低い方の末端部に集合し、底部の一連のトラフ内に注がれる。溶融クリンカを水で急冷することによって粒状クリンカを形成し、次いでストックパイルに輸送する。次いで、この粒状物を所望の粒度まで粉砕することによって最終のセメントを生産する。
【００５９】
［００７５］数種のアルミン酸カルシウム化合物が、高アルミナセメントを製造する過程の間に形成される。形成される主化合物は、アルミン酸一カルシウム（ＣＡ）である。形成される他のアルミン酸カルシウム化合物及びケイ酸カルシウム化合物として、Ｃｌ_１２Ａ_７、ＣＡ_２、Ｃ_２Ｓ、Ｃ_２ＡＳが挙げられる。比較的高い割合の酸化鉄を含む数種の他の化合物も形成される。こうしたものとして、ＣＦ及びＣ_２Ｆなどのカルシウムフェライト、並びにＣ_４ＡＦ、Ｃ_６ＡＦ_２、及びＣ_６Ａ_２Ｆなどのカルシウムアルミノフェライトが挙げられる。高アルミナセメント中に存在する他の微量成分として、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ_２）、硫酸塩、及びアルカリが挙げられる。通常のポルトランドセメント中に見られるアルミン酸三カルシウム（Ｃ_３Ａ）は、高アルミナセメント中には見られないことに留意されたい。
【００６０】
（硫酸カルシウム）
［００７６］以下に示す多様な形態の硫酸カルシウムを本発明で使用することによってエトリンガイト及び他のカルシウムスルホアルミネート水和物化合物を形成するための硫酸塩イオンが提供される。
［００７７］二水和物−ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ（通常、石こうとして知られている）
［００７８］半水和物−ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ（通常、スタッコとして知られている）
［００７９］無水物−ＣａＳＯ_４（無水硫酸カルシウムとも呼ばれる）
【００６１】
［００８０］ランドプラスタは、比較的純度の低い石こうであり、経済的な見地から好ましい。ただし、純度が高い方の等級の石こうも使用できる。ランドプラスタは、採掘された石こうから作製され、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、比表面積が２，０００ｃｍ^２／グラム超、通常約４，０００〜６，０００ｃｍ^２／グラムになるように比較的小さい粒子まで粉砕される。微細粒子は、容易に溶解し、エトリンガイトを形成するのに必要である石こうを供給する。多様な製造業からの副生物として得られる合成石こうも本発明で好ましい硫酸カルシウムとして使用することができる。他の２つの形態の硫酸カルシウム、即ち、半水和物及び無水物も石こう、つまり硫酸カルシウムの二水和物形態の代わりに本発明で使用することができる。
【００６２】
（空気連行剤（発泡剤））
［００８１］軽量セメントボードなどの本発明の軽量製品を生産したい場合、空気連行剤（発泡剤）をスラリー中に添加して製品を軽量化することができる。空気連行剤は、一般に、最終製品中に安定で均一な構造の空隙を形成する適切な界面活性剤である。したがって、スラリーは、所望の程度の空気の連行をもたらすような量において適切な空気連行剤又は発泡剤を含む。
【００６３】
［００８２］通常、空気連行剤又は発泡剤は、スラリーの全重量に対して、約０．００１５〜０．０３重量％の量で供給される界面活性剤である。より好ましくは、こうした界面活性剤は、スラリーの全重量に対して、０．００２〜０．０２重量％の範囲である。例えば、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸アンモニウム、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム（ＡＯＳ）、デセト硫酸ナトリウム、デセト硫酸アンモニウム、ラウレト硫酸ナトリウム又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは、本発明のセメント系スラリーで使用できる適切な空気連行及び発泡界面活性剤である。
【００６４】
［００８３］本発明のセメント系スラリーでは、好ましくは、外部で製造した泡を使用することによってスラリー及び製品の密度を減少させる。泡発生装置で組み合わせる適切な割合の水及び空気と一緒に適切な界面活性剤（発泡剤）を使用して、泡を調製する。次いで、そうして製造された泡は、セメント系スラリーを調製しつつ、混合操作中に湿った混合物内に直接導入される。
【００６５】
（アルカノールアミン）
［００８４］本発明では、多様なアルカノールアミンを単独で又は組み合わせて使用することによって本発明のセメント系スラリーの凝結性を促進することができる。アルカノールアミンは、強力なアルカリ性で、カチオン活性であるアミノアルコールである。トリエタノールアミン［Ｎ（ＣＨ_２−ＣＨ_２ＯＨ）_３］は、好ましいアルカノールアミンである。しかし、モノエタノールアミン［ＮＨ_２（ＣＨ_２−ＣＨ_２ＯＨ）］、ジエタノールアミン［ＮＨ（ＣＨ_２−ＣＨ_２ＯＨ）_２］など他のアルカノールアミンをトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の代わりに使用することができ、又はＴＥＡと組み合わせて使用することができる。
【００６６】
［００８５］高温、例えば、９０°Ｆ（３２℃）を超えるスラリー温度で、開始した場合、単独で又はリン酸塩に加えて（以下で説明）アルカノールアミンを添加すると、本発明のセメント系スラリーの急結特性に大幅な影響がもたらされる。通常、スラリーは、初期温度が約９０〜１５０°Ｆ（３２〜６６℃）である。
【００６７】
［００８６］リン酸塩なしで使用する場合、スラリー中の促進剤として用いられるアルカノールアミン、好ましくは、トリエタノールアミンの用量は、通常、セメント系反応性粉末の重量に対して、約０．０２５〜４．０重量％、０．０５〜２重量％、０．０５〜１重量％、０．０５〜０．４０重量％、０．０５〜０．２０重量％又は０．０５〜０．１０重量％である。
【００６８】
［００８７］したがって、例えば、セメント系反応性粉末各１００ポンドに対して、混合物中にアルカノールアミン約０．０２５〜４．０ポンドが存在する。
【００６９】
（リン酸塩）
［００８８］所望であれば、リン酸塩は、促進剤としてアルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミンと一緒に任意選択で使用することができる。かかるリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）及びトリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）のうちの１つ又は複数であってよい。
【００７０】
［００８９］リン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０〜１．５重量％、又は、約０．１５〜１．５重量％、又は、約０．３〜１．０重量％、又は０．５〜０．７５重量％である。したがって、例えば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、リン酸塩約０〜１．５ポンドが存在し得る。
【００７１】
［００９０］約９０°Ｆ（３２℃）超のスラリー温度が得られる条件下で適切な用量のリン酸塩を添加することによって得られる急結性によって、高アルミナセメントがなくてもアルカノールアミンを大幅に低減することが可能になる。
【００７２】
（遅延剤）
［００９１］本発明のスラリーにおける成分として凝結遅延剤を使用することは、セメント系製品を成型するのに使用される初期スラリー温度が、特に高い、通常１００°Ｆ（３８℃）超であるような状況では特に助けとなる。かかる比較的高い初期スラリー温度では、クエン酸ナトリウム又はクエン酸などの遅延剤は、スラリー中の多様な反応成分間の相乗的な物理的及び化学的反応を促進し、スラリー温度上昇に対する好ましい応答及び好ましい急結挙動がもたらされる。遅延剤を添加しないと、水を混合物に添加した直後に、本発明の反応性粉末ブレンドの固化が非常に速やかに生ずる恐れがある。「偽凝結」とも呼ばれる、混合物の速やかな固化は、望ましくない。というのは、この偽凝結は、エトリンガイトの適切で完全な形成を妨害し、それより遅い段階でのケイ酸カルシウム水和物の正常な形成を妨害し、硬化セメントモルタルの極端に不良で弱い微細構造が発達する元になるからである。
【００７３】
［００９２］スラリー中の遅延剤の主たる機能は、スラリー混合物の固化が速やか過ぎるのを防止し、それによって多様な反応成分間の相乗的な物理的相互作用及び化学的反応を促進することである。スラリーに遅延剤を添加することに由来する他の二次的な利点として、作業可能なコンシステンシーを有するスラリー混合物を実現するのに必要な高性能ＡＥ減水剤及び／又は水の量を低減することが挙げられる。前記の利点の全ては、偽凝結が抑制されるために実現される。いくつかの有用な凝結遅延剤の例として、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムなどが挙げられる。本発明のスラリーでは、クエン酸ナトリウムが好ましい凝結遅延剤である。さらには、凝結遅延剤は、スラリー混合物の固化が速やか過ぎるのを防止するので、その添加は重要な役割を果たし、セメントボード製造過程の間に良好な端部を形成するのに役立つ。凝結遅延剤とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、一般に、１．０重量％未満、好ましくは、約０．０４〜０．３重量％である。
【００７４】
（二次無機凝結促進剤）
［００９３］上記のアルカノールアミン及び任意選択のリン酸塩と組み合わせて、他の無機凝結促進剤を二次無機凝結促進剤として本発明のセメント系スラリーに添加することができる。
【００７５】
［００９４］こうした二次無機凝結促進剤の添加は、アルカノールアミンと任意選択のリン酸塩の組合せを添加することによって実現される短縮に比較して凝結時間の短縮はわずかしか期待できない。かかる二次無機凝結促進剤の例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。セメントボード用のファスナーの腐食が心配である場合は、塩化カルシウムの使用は避けるべきである。
【００７６】
［００９５］二次無機凝結促進剤とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、通常、２重量％未満、好ましくは、約０．１〜１重量％となろう。換言すれば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、二次無機凝結促進剤が、通常、２ポンド未満、好ましくは、０．０〜１ポンド存在する。こうした二次無機凝結促進剤は、単独でも組み合わせても使用することができる。
【００７７】
（他の化学添加剤及び成分）
［００９６］高性能ＡＥ減水剤などの減水剤、収縮制御剤、スラリー粘度調整剤（増粘剤）、着色剤、及び内部養生剤を含めての他の添加剤も、所望であれば、本発明のセメント系スラリーの加工性及び用途に応じて含めることができる。
【００７８】
［００９７］減水剤（高性能ＡＥ減水剤）などの化学添加剤は、本発明のスラリー中に含ませ、乾燥形態、又は溶液形態で添加することができる。高性能ＡＥ減水剤は、混合物の水要求量を低減する助けとなる。高性能ＡＥ減水剤の例として、ポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリカルボキシレート、リグノスルホネート、メラミンスルホネートなどが挙げられる。
【００７９】
［００９８］用いる高性能ＡＥ減水剤の型に応じて、高性能ＡＥ減水剤（乾燥粉末基準）と反応性セメント系粉末の重量比は、通常、約２重量％以下、好ましくは、約０．１〜１．０重量％、より好ましくは、約０．０〜０．５０重量％、最も好ましくは、約０．０〜０．２０重量％となろう。したがって、例えば、高性能ＡＥ減水剤が、０．１〜１．０重量％の範囲で存在する場合、混合物中のセメント系反応性粉末各１００ポンドに対して、約０．１〜１ポンドの高性能ＡＥ減水剤が存在し得る。
【００８０】
［００９９］収縮制御剤、着色剤、粘度調整剤（増粘剤）、及び内部養生剤など他の化学添加剤も、本発明のスラリー中に所望であれば、添加することもできる。
【００８１】
（骨材、フィラー及びスクリム）
［００１００］開示されたセメント系反応性粉末ブレンドは、本発明のセメント系スラリーの急結成分を規定するものであるが、所期の使用及び用途に応じて、他の材料もこのスラリーに含め得ることを当業者は理解されたい。
【００８２】
［００１０１］例えば、セメントボードの用途では、製品の所望の機械特性を不当に低下させることなく軽量ボードを生産することが望ましい。この目的は、軽量骨材及びフィラーを添加することによって実現される。有用な軽量骨材及びフィラーの例として、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石；粘土、頁岩の膨張形態；中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどが挙げられる。セメントボードを生産するためには、膨張粘土及び頁岩性骨材は、特に有用である。膨張プラスチックビーズ及び中空プラスチック球は、本発明スラリーで使用する場合、それらのかさ密度が極めて低いので、重量基準では非常に少ない量しか必要ではない。
【００８３】
［００１０２］軽量骨材として使用される軽石は、水和骨材（フィラー）であり、セメントではない。逆に、ポゾラン性鉱物性添加材（「鉱物性添加材」という名称の上記のセクションで説明されている）として使用される軽石は、非水和形態であり、「それ自体はほとんど又は全くセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、及び水分の存在下で常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」としてＡＳＴＭ Ｃ６１８−９７に定義されたポゾラン性材料の中に入る。
【００８４】
［００１０３］選択した軽量骨材又はフィラーの種類に応じて、軽量骨材又はフィラーと反応性粉末ブレンドの重量比は、約１／１００〜２００／１００、好ましくは、約２／１００〜１２５／１００であってもよい。例えば、軽量セメントボードを作製する場合、軽量骨材又はフィラーと反応性粉末ブレンドの重量比は、約２／１００〜１２５／１００となろう。
【００８５】
［００１０４］しかし、上記したように、好ましくは、化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、二次フィラー、例えば、膨張粘土、頁岩骨材及び／又は軽石の合計は、少なくとも２０重量％である。
【００８６】
［００１０５］骨材の水分含量は、セメント系混合物の凝結時間に有害な影響を及ぼす。したがって、水分含量が低い骨材及びフィラーは、本発明において好ましい。
【００８７】
［００１０６］多様な型のディスクリートな補強繊維も本発明のセメント系スラリーに含めることができる。ポリマー被覆グラスファイバ、並びにポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロンなどのポリマー材料などの材料から作製したスクリムを使用して、セメント系製品をその機能及び用途に応じて補強することができる。本発明に従って生産されたセメントボードは、通常、ポリマー被覆グラスファイバから作製されたスクリムを用いて補強される。
【００８８】
（セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品の製造）
［００１０７］セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、連続プロセスで最も効率的に製造され、その連続プロセスでは、反応性粉末ブレンドは、骨材、フィラー及びその他の必要な成分とブレンドされた後に、型枠中に又は連続式鋳込み成型ベルト上に混合物を配置する直前に水及び他の化学添加剤が添加される。
【００８９】
［００１０８］セメント系混合物が急結特性を有するので、セメント系ブレンドの乾燥成分と水の混合は、通常、鋳込み操作の直前に実施されることになる。アルミン酸カルシウム化合物の水和物の形成、及びそれに伴う多量の水の消費の結果として、セメント系製品は剛性を示し、さらなる養生のために、切断、ハンドリング及び積層可能な状態になる。
【００９０】
［００１０９］したがって、本発明のセメント系反応性スラリーを適量の水と合わせることによってセメント系反応性粉末が水和し、エトリンガイト及びアルミン酸カルシウム化合物の他の水和物が速やかに形成される。一般に、添加される水量は、セメント系反応性粉末の水和に理論的に必要とされる量より多くなることになる。この水要求量の増加によって、セメント系スラリーの作業性の増進が可能になる。通常、水とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、約０．２０／１〜０．８０／１、好ましくは、約０．４５／１〜０．６５／１である。水量は、セメント系スラリー中に存在する個々の材料の必要量によって決まる。
【００９１】
［００１１０］エトリンガイト及びアルミン酸カルシウム化合物の他の水和物は、水和過程で非常に速やかに形成され、それによって、本発明のセメント系スラリーの反応性粉末ブレンドで作製された混合物が急結し、剛性が賦与される。セメントボードなどのセメント系製品の製造では、本発明のセメント系スラリーが適量の水と混合された後、数分以内にセメントボードのハンドリングを可能にするのは、主として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物の形成である。
【００９２】
［００１１１］本スラリーの凝結の特徴は、ＡＳＴＭ Ｃ２６６試験手順に指定されたギルモア針を使用して測定される始発及び終結時間、並びに大きな初期圧縮強度である。終結時間はまた、セメント系製品、例えば、セメントボードが十分硬化した結果ハンドリングできるようになる時間にも対応する。硬化反応は、終結時間に到達した後の期間も引き続き行われることは当業者には理解されよう。
【００９３】
［００１１２］スラリーは、通常、初期のスラリー温度が高くなる条件下で形成される。初期のスラリー温度は、低くとも約４０°Ｆ（４．４℃）であるべきである。例えば、初期のスラリー温度は、低くとも約９０°Ｆ（３２℃）であってよい。９０°Ｆ〜１５０°Ｆ（３２°〜６６℃）の範囲のスラリー温度では、凝結時間が非常に短い。一般には、この範囲では、スラリーの初期温度が上昇すると、反応の進行と共に温度上昇速度が増加し、凝結時間が短縮される。したがって、９５°Ｆ（３５℃）の初期スラリー温度は、９０°Ｆ（３２℃）の初期スラリー温度より好ましく、温度１００°Ｆ（３８℃）は、９５°Ｆ（３５℃）より好ましく、温度１０５°Ｆ（４１℃）は、１００°Ｆ（３８℃）より好ましく、温度１１０°Ｆ（４３℃）は、１０５°Ｆ（４１℃）より好ましい、以下同様である。初期スラリー温度を上昇させる利点は、ボード温度範囲の上限に接近するにつれて減少すると考えられている。
【００９４】
［００１１３］当業者には理解されるように、初期スラリー温度の実現は、１つを超える方法によって達成することができる。おそらく、最も好都合な方法は、スラリーの１つ又は複数の成分を加熱することである。実施例では、本発明人らは、水を乾燥した反応性粉末及び非反応性固体に添加した場合、生成スラリーが所望の温度になるような温度まで加熱した水を供給した。或いは、所望なら、固体は周囲温度より高い温度で供給することもできると思われる。スラリーに熱を供給するために蒸気を使用することも採用可能と思われる別の可能な方法である。好ましいとは言えないが、スラリーは、周囲温度で調製し、急速に加熱して約９０°Ｆ以上まで温度を上昇させることもでき、それでも本発明の利点は実現される。初期スラリー温度は、好ましくは１２０°Ｆ〜１３０°Ｆ（４９°〜５４℃）である。
【００９５】
［００１１４］実施例１
［００１１５］以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、Ｆ級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤であった。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能ＡＥ減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量％として添加した。
【００９６】
［００１１６］表２は、約５６ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）（０．９ｇ／ｃｃ）の密度を有する厚さ０．５インチ（１．２７ｃｍ）の軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【００９７】
［００１１７］
【表２】

【００９８】
［００１１８］化学的にコートされたパーライトは、４０ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するＳＩＬＢＲＩＣＯブランドのパーライトのモデルＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３であった。
【００９９】
［００１１９］ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム（ＡＯＳ）界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は０．９０重量％であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【０１００】
［００１２０］製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）でコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃｓによって製造された。
【０１０１】
［００１２１］実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント（セメント系反応性粉末）の重量比０．５４：１及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比０．４５：１を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。１２５°〜１４０°Ｆ（５１．７°〜６０．０℃）の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。
【０１０２】
［００１２２］多様な化学的添加剤（トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能ＡＥ減水剤）の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【０１０３】
［００１２３］製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後１０分以内にハンドリングすることができた。
【０１０４】
［００１２４］機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。
【０１０５】
［００１２５］曲げ強度をＡＳＴＭ Ｃ ９４７による試験に従って測定した。
【０１０６】
［００１２６］ＡＳＴＭ Ｃ ９４７による曲げを試験した供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から１／３の荷重点における供試体の変位を表す。
【０１０７】
［００１２７］ＡＳＴＭ Ｄ１０３７による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【０１０８】
［００１２８］製造２日後に、ＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表３は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【０１０９】
［００１２９］
【表３】

【０１１０】
［００１３０］表４は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が０．３７５インチ（１０ｍｍ）で、胴部直径が０．１２１インチ（３ｍｍ）である屋根釘を利用して試験法Ｄ １０３７に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表４に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【０１１１】
［００１３１］
【表４】

【０１１２】
［００１３２］実施例２
［００１３３］以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、Ｆ級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤である。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能ＡＥ減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量％として添加した。
【０１１３】
［００１３４］表５は、約６０ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）（０．９６ｇ／ｃｃ）の密度を有する厚さ０．５インチの軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【０１１４】
［００１３５］
【表５】

【０１１５】
［００１３６］化学的にコートされたパーライトは、４０ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するＳＩＬＢＲＩＣＯブランドのパーライトのモデルＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム（ＡＯＳ）界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は０．９０重量％であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【０１１６】
［００１３７］製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたＰＶＣでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃｓによって製造された。
【０１１７】
［００１３８］実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント（セメント系反応性粉末）の重量比０．６２：１及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比０．３５：１を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。１２５°〜１４０°Ｆ（５１．７°〜６０．０℃）の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。多様な化学的添加剤（トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能ＡＥ減水剤）の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【０１１８】
［００１３９］製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後１０分以内にハンドリングすることができた。
【０１１９】
［００１４０］機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をＡＳＴＭ Ｃ ９４７による試験に従って測定した。ＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から１／３の荷重点における供試体の変位を表す。ＡＳＴＭ Ｄ１０３７による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【０１２０】
［００１４１］製造２日後に、ＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表６は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【０１２１】
［００１４２］
【表６】

【０１２２】
［００１４３］表７は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が０．３７５インチ（９．５ｍｍ）で、胴部直径が０．１２１インチ（３ｍｍ）である屋根釘を利用して試験法Ｄ １０３７に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表６に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【０１２３】
［００１４４］
【表７】

【０１２４】
［００１４５］実施例３
［００１４６］実施例２からのメッシュ補強セメント系パネルについて、セラミックタイル結合用の基材としての適性を試験した。ＡＮＳＩ Ａ１１８．４標準に準拠するラテックス改質セメント系薄塗りモルタルを利用して、ダイアモンド型タイルを実施例２のセメントパネルに結合させた。ラティクレテ（ＬＡＴＩＣＲＥＴＥ）（登録商標）３１７ Ｆｌｏｏｒ Ｎ’ Ｗａｌｌ薄塗りモルタルをラティクレテ（登録商標）３３３ Ｓｕｐｅｒ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ａｄｄｉｔｉｖｅと混合してセメントボードにタイルを結合させるための薄塗りモルタルを調製した。調製された供試体を２８日間硬化させ、ＡＮＳＩ Ａ１ｌ８．１０標準によって試験してせん断結合強度を明らかにした。表８は、試験された供試体のせん断結合強度を示す。データから、供試体は２４１ｐｓｉ（１．６６ＭＰａ）のせん断結合強度を発現したことを知ることができ、これは、ＡＮＳＩ Ａ１ｌ８．１０標準による最小せん断結合強度要件である５０ｐｓｉ（０．３４ ＭＰａ）をはるかに超えている。この試験は、本発明のセメント系配合物及び製品が、セラミックタイルとセメントモルタルの間に極めて良好なせん断結合強度を発現することを実際に示している。
【０１２５】
［００１４７］
【表８】

【０１２６】
［００１４８］実施例４
［００１４９］パネルの上面に静圧２４インチ（６１ｃｍ）を印加した場合のパネルの厚さ方向への耐水浸透能を明らかにすることによって、実施例２からのメッシュ補強セメント系パネルの耐水性を試験した。長さ２４インチ（６１ｃｍ）、内径２インチ（５．１ｃｍ）の中空プラスチック管をパネル上面に接着した。管内を高さ２４インチ（６１ｃｍ）まで水で満たした。４８時間後、パネルの底面の濡れ又は水滴の形成を調べるためモニターした。４８時間後、パネルの底面の濡れ又は水滴の形成は観察されなかった。したがって、この結果は、ＡＮＳＩ Ａ１１８．１０標準によるパネルの耐水特性を実際に示す。本発明のパネルは、極めて高い空隙率にも拘らず耐水特性を示すことに特に留意されたい。実際、セメント系心材に溌水性を提供し、製品厚さ方向への水の浸透に耐えるのは、ＳＩＬＣＥＬＬ３５−２３粒子へのシラン化学コーティングである。
【０１２７】
［００１５０］実施例５
［００１５１］実施例２からのメッシュ補強セメント系パネルについて、凍結融解に繰返し曝露された場合の安定性及び耐久性を試験した。パネルをＡＳＴＭ Ｃ１１８５標準による凍結融解の複数サイクルにかけた。１回の凍結融解サイクルは以下のものからなっていた：ｉ．４℃で１時間試料を保持するステップ、ｉｉ．次の１時間で温度−１７℃まで試料を冷却するステップ、ｉｉｉ．−１７℃でさらに１時間試料を保持するステップ、及び最後に、ｉｖ．温度４℃まで次の１時間で試料を融解するステップ。パネルを全部で３００サイクルの凍結融解にかけた。３００サイクルの凍結融解の完了後、試験パネルは、亀裂、剥離又は任意の他の型の損傷を発現しなかった。したがって、この試験は、本発明のパネルが、優れた凍結融解安定性及び耐久性能を有することを実際に示した。
【０１２８】
［００１５２］実施例６
［００１５３］実施例２からのメッシュ補強セメント系パネルについて、ＡＳＴＭ Ｄ３２７３による抗かび成長性、ＡＳＴＭ Ｇ２１による耐真菌成長性及びＡＳＴＭ Ｇ２２による耐細菌成長性を試験した。表９は、この調査で得られた結果を要約する。表９に示された結果から、本発明のセメント配合物及び製品は、本質的に、かび、細菌及び真菌成長性に対して極めて良好な耐性を有することを明白に知ることができる。
【０１２９】
［００１５４］
【表９】

【０１３０】
［００１５５］実施例７
［００１５６］以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で約５０ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）（０．８ｇ／ｃｃ）の密度を有する軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、Ｆ級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤である。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能ＡＥ減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量％として添加した。
【０１３１】
［００１５７］表１０は、約５０ｐｃｆ（０．８ｇ／ｃｃ）の密度を有する厚さ０．５インチ（１．２７ｃｍ）の軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【０１３２】
［００１５８］
【表１０】

【０１３３】
［００１５９］化学的にコートされたパーライトは、４０ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するＳＩＬＢＲＩＣＯブランドのパーライトのモデルＳＩＬ−ＣＥＬＬ ３５−２３であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム（ＡＯＳ）界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は０．９０重量％であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【０１３４】
［００１６０］製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたＰＶＣでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃｓによって製造された。
【０１３５】
［００１６１］実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント（セメント系反応性粉末）の重量比０．６２：１及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比０．３５：１を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。１２５°〜１４０°Ｆ（５１．７°〜６０．０℃）の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。多様な化学的添加剤（トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能ＡＥ減水剤）の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【０１３６】
［００１６２］製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後１０分以内にハンドリングすることができた。
【０１３７】
［００１６３］機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をＡＳＴＭ Ｃ ９４７による試験に従って測定した。ＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から１／３の荷重点における供試体の変位を表す。ＡＳＴＭ Ｄ１０３７による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【０１３８】
［００１６４］製造２日後に、ＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表１１は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【０１３９】
［００１６５］
【表１１】

【０１４０】
［００１６６］表１２は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が０．３７５インチ（９．５ｍｍ）で、胴部直径が０．１２１インチ（３ｍｍ）である屋根釘を利用して試験法Ｄ １０３７に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表６に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【０１４１】
［００１６７］
【表１２】

【０１４２】
［００１６８］実施例８
［００１６９］参照により本明細書に組み込まれているＡＳＴＭ Ｃ６２７ロビンソン床試験を使用して、実施例７からの厚さ１／２インチ（１．２７ｃｍ）のパネルの耐久性能を試験した。中心で１６インチ間隔に置かれた木製ジョイスト上に配向された厚さ２３／３２インチ（１．８３ｃｍ）の合板パネル上に試験用の試料床を調製した。ラテックス改質薄塗りモルタル、及び中心上８インチ（２０ｃｍ）間隔で置かれた機械式ファスナー（長さ１−５／８インチ（４．１３ｃｍ）の木ネジ）を使用して、厚さ１／２インチ（１．２７ｃｍ）のセメントパネルを合板に取り付けた。次いで、ラテックス改質薄塗りモルタルを使用してセメントボード上に幅２インチのセラミックタイルを置いた後に、セラミックタイルを装着して２４時間後にタイルジョイントにグラウトを圧入した。試験を実施する前に、床試料を製造の日から２８日間硬化させた。
【０１４３】
［００１７０］ロビンソン床試験中に、多様な固さを有し、多様な荷重を支える車輪が、仕上げ済みのタイル表面上をそれぞれ９００回転分、順次移動した。各サイクルの終了後、タイルを検査して、緩んだり、破壊されたり又は削られたりしたものがないかを調査した。グラウトを検査して、破裂したり、亀裂したり又は粉化したりしていないかを確認した。
【０１４４】
［００１７１］試験の１１回目のサイクルまでは、試験床には、タイル又はグラウトの欠陥は見られなかった。床は、１２回目のサイクルで破損したが、これは、北米タイル協会（ＴＣＮＡ）から出版されたＴＣＡ ２００７ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｔｉｌｅ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎによる「Ｍｏｄｅｒａｔｅ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ」級を達成したことになる。
【０１４５】
［００１７２］実施例９
［００１７３］この実施例は、本発明の選択されたパーライトフィラーに及ぼす施用された化学コーティングの有効性及び効果を実際に示す。
【０１４６】
［００１７４］パーライトフィラーの３つの異なる型を調査した：
１．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、及び粒子表面にコーティングが施用されていない。
２．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。基本的には、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライトは、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシランコーティングが施用されている。
３．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。基本的には、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライトは、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【０１４７】
［００１７５］調査された３つのパーライトフィラーは全て、Ｓｉｌｂｒｉｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された。表１３は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。
【０１４８】
［００１７６］
【表１３】

【０１４９】
［００１７７］この調査では、液体添加剤及び連行空気は使用しなかった。７０°Ｆ（２１℃）の室温における周囲条件下で材料を全て一緒に混合した。表１４は、調査による結果を要約する。重要な結果及び結論を以下で議論する：
【０１５０】
［００１７８］・未コートパーライト（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣ）を含むミックス＃１は、極めて硬いコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。他方、コートパーライトを含むミックス＃２及び＃３は、流動性のコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。未コートＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣフィラーは、大量のミックス水を吸収し、それによってセメントペーストに利用可能な水量が減少する。このために、スラリーが極めて硬く、作業性が悪くなる。他方、ＳＩＬＣＥＬＬ３５−２３及びＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライト粒子は、溌水性の化学コーティングを粒子表面上に有する。こうしたコーティングによって、粒子それ自体によって吸収される量が大きく減少する。したがって、こうした２つのコート付パーライトフィラーを含むスラリー（ミックス＃２及び＃３）は、セメントペースト中で利用できる水量がより多いので、大幅に良好なコンシステンシーを有し、優れた流動特性を有する。
【０１５１】
［００１７９］・未コートパーライト（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣ）を含むミックス＃１は、最大のスラリー密度を有するスラリーをもたらした。他方、コート付パーライトフィラーを含むミックス＃２及び＃３は、未コートパーライトを含むミックス＃１よりも大幅に小さいスラリー密度を有するスラリーをもたらした。この実施例で調査された３つのミックスは全て、同じ量のパーライトフィラーを有するが、３つのミックスにおける生成スラリーは、最終的に非常に異なる密度になったことに留意されたい。ミックス＃１中の未コートパーライト（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣ）は水を吸収したために、混合中にパーライトフィラーの重量及び密度が増加した。したがって、水を吸収した結果、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトフィラーの密度が上昇したために、ミックス＃１では、スラリー密度が比較的大きくなった。他方、コート付パーライトフィラー（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３及びＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４）の水の吸収は、最小であり、したがって、混合中にコート付パーライトフィラーの重量及び密度は、大きくは増加しなかった。ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３及びＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライトフィラーの水の吸収が極めて小さく、その結果として有効密度が小さいので、ミックス＃２及び＃３では、スラリー密度が最終的により小さかった。
【０１５２】
［００１８０］・未コート付パーライトフィラー、即ち、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトの有効粒子密度は、０．４５ｇ／ｃｃであることが分かった。比較した場合、コート付パーライトフィラーは、大幅に小さい有効粒子密度を有することが分かった。例えば、シランコート付のＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライトフィラーは、有効粒子密度が０．２５ｇ／ｃｃであることが分かった。
【０１５３】
［００１８１］・本実施例で調査された３つのミックス及び３つのパーライトフィラーに対するスラリー密度の結果を比較すると、任意の標的スラリー密度を実現するのに必要であるパーライトフィラーの量は、未コート付パーライトフィラー（即ち、ＳＩＬＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライト）を利用するスラリーで最大になると思われることを容易に理解することができる。
【０１５４】
［００１８２］
【表１４】

【０１５５】
［００１８３］実施例１０
［００１８４］この実施例は、コート付パーライト粒子の大きさがミックスの特性に及ぼす影響を実際に示す。２つの異なるパーライトフィラーを調査した：
１．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。
２．Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌパーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約７ｐｃｆ（０．１１ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が１１８０ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【０１５６】
［００１８５］調査された両方のパーライトフィラーは、Ｓｉｌｂｒｉｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された。表１５は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。
【０１５７】
［００１８６］
【表１５】

【０１５８】
［００１８７］この調査では、液体添加剤及び連行空気は使用しなかった。
【０１５９】
［００１８８］７０°Ｆ（２１℃）の室温における周囲条件下で材料を全て一緒に混合した。表１６は、調査による結果を要約する。重要な結果及び結論を以下で議論する：
【０１６０】
［００１８９］・大きい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー（Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌ）を含むミックス＃２は、極めて硬いコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。他方、小さい方の粒径を有するコートパーライトフィラー（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３）を含むミックス＃１は、流動性のコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。大きい方のパーライト粒子は、弱く、混合中に破壊し易い傾向があると考えられる。混合中のパーライト粒子の破壊は、粒子の水の吸収を増加させ、それによってセメントペーストに利用できる水が減少する。このために、スラリーが極めて硬く、作業性が悪くなる。他方、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライト粒子は、径が小さく、セルが閉じたハニカム構造であるために比較すれば大幅に強度が大きい。したがって、径が小さい方のパーライト粒子は、機械的な撹拌及び混合からの損傷に対する許容度がより大きい。こうした挙動のために、パーライト粒子の水の吸収性が低く保持され、セメントペーストに利用できる水の量が増加する。したがって、径が小さい方のパーライト粒子（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３）を含むスラリーは、セメントペースト中で利用できる水量がより多いので、大幅に良好なコンシステンシーを有し、優れた流動特性を有する。
【０１６１】
［００１９０］・大きい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー（Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌ）を含むミックス＃２は、非常に大きいスラリー密度を有する混合物をもたらした。比較した場合、小さい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３）を含むミックス＃１は、大幅に小さいスラリー密度を有する混合物をもたらした。この実施例で調査された両方のミックスは、同じ重量のパーライトフィラーを有するが、２つのミックスにおける生成混合物は、最終的に非常に異なるスラリー密度になったことに留意されたい。大きい方の径を有するパーライト粒子（Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌ）の粒子破壊及び大きい水吸収が、ミックス＃２に対して大きい方のスラリー密度をもたらした主要な理由であると考えられる。
【０１６２】
［００１９１］・径が小さい方のパーライトフィラー（即ち、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３）の有効粒子密度は、０．２５ｇ／ｃｃであることが分かった。比較した場合、径が大きい方のパーライトフィラー（Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌ）は、０．８０ｇ／ｃｃに等しい大幅に大きい有効粒子密度を有することが分かった。ミックス＃２で使用された大きい方の径を有するパーライトフィラーの粒子破壊及び大きい水吸収が、Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌパーライトに対して極めて大きい有効粒子密度をもたらしたと考えられる。
【０１６３】
［００１９２］・本実施例で調査された２つのミックスに対するスラリー密度の結果を比較すると、任意の標的スラリー密度を実現するのに必要であるパーライトフィラーの量は、大きい方の径を有するパーライトフィラー（即ち、Ｒｙｏｌｅｘ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｍａｓｏｎｒｙ Ｆｉｌｌパーライト）を利用するスラリーで最大になると思われることを容易に理解することができる。
【０１６４】
［００１９３］
【表１６】

【０１６５】
［００１９４］実施例１１
［００１９５］この実施例は、本発明のセメント系スラリーの急結特性を実際に示す。異なるパーライトフィラーの型を含むミックスを調査した：
１．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、及び粒子表面にコーティングが施用されていない。
２．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。基本的には、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３パーライトは、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシランコーティングが施用されている。
３．ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライト：このパーライトフィラーは、かさ密度が約８ｐｃｆ（０．１３ｇ／ｃｃ）であり、メジアン粒径が４０ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。基本的には、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−３４パーライトは、ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−ＢＣパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【０１６６】
［００１９６］調査された３つのパーライトフィラーは全て、Ｓｉｌｂｒｉｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された。表１７は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。多様なミックスに添加されたパーライト及び全液体の量は、調査されたミックス間でスラリー密度及びスラリースランプが一定になるように調整されたことに留意されたい。
【０１６７】
［００１９７］
【表１７】

【０１６８】
［００１９８］材料は全て、約１２５°Ｆ（５２℃）の初期スラリー温度を得る条件下で一緒に混合した。調査されたミックスに対するスラリー温度の上昇応答を記録し、図１に示す。表１８は、調査の結果を要約する。終結時間をＡＳＴＭ Ｃ２６６によるギルモア針を用いて測定した。
【０１６９】
［００１９９］
【表１８】

【０１７０】
［００２００］調査からの重要な結果及び結論を以下で議論する：
【０１７１】
［００２０１］コート付パーライトフィラーを含むミックス（ミックス２及びミックス３）に対する温度上昇応答は、未コートパーライトフィラーを含むミックス（ミックス１）より優れていた。
【０１７２】
［００２０２］コート付パーライトフィラーを含むミックス（ミックス２及びミックス３）の挙動は、凝結が非常に短く、速やかであった。これら２つのミックスに対する終結時間は、６〜７分であった。逆に、未コートパーライトを含むミックス（ミックス１）の挙動は、凝結が極めて遅かった。このミックスに対する終結時間は、スラリーを鋳込んでから２時間後でも到達しなかった。
【０１７３】
［００２０３］工業生産の見通しからは、コート付パーライトフィラーを含むミックスが好ましい（ＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３及びＳＩＬＣＥＬＬ３５−３４）。というのは、こうしたミックスは、スラリー中の水の使用が少ないために、製品の加工が速やかであり、製品の強度及び耐久性が優れていると思われるからである。
【０１７４】
［００２０４］実施例１２
［００２０５］この実施例は、膨張粘土／頁岩骨材などの二次フィラーの添加が最終製品の物理特性に及ぼす影響を実際に示す。調査された２つのミックスを表１９に示す。
【０１７５】
［００２０６］
【表１９】

【０１７６】
［００２０７］使用する原材料は、ＩＩＩ型ポルトランドセメントからなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張頁岩骨材、及び添加液体を含んでいた。液体、例えば、クエン酸ナトリウムは、水溶液として添加される混合剤であった。加えて、炭酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能ＡＥ減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量％として添加した。
【０１７７】
［００２０８］表１９では、ミックス＃１が、膨張頁岩骨材を含んでいなかったことに留意されたい。一方では、ミックス＃２は、コート付パーライトフィラーに加えて、膨張頁岩骨材を含んでいた。
【０１７８】
［００２０９］表１９に示されたスラリーを使用して、約６０ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）（０．９６ｇ／ｃｃ）の密度を有する厚さ１／２インチ（１．３ｃｍ）の軽量セメントパネルを作製した。
【０１７９】
［００２１０］化学的にコートされたパーライトは、４０ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するＳＩＬＢＲＩＣＯブランドのパーライトのモデルＳＩＬ−ＣＥＬＬ３５−２３であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のアルキルエーテルスルフェート界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は１．００重量％であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【０１８０】
［００２１１］製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたＰＶＣでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、ＣＣＸ Ｉｎｃ．によって製造された。
【０１８１】
［００２１２］実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント（セメント系反応性粉末）の重量比０．６０：１を使用して組み合わせた。ミックス＃２では、膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比０．３５：１を使用した。ミックス＃１は、膨張粘土造粒物を含まなかった。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲条件下で水と共に混合した。水を含む原材料全てを室温で使用することによって約７０°Ｆ（２１℃）のスラリー温度を実現した。化学的添加剤（クエン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及びスルホン酸ナフタレン高性能ＡＥ減水剤）の用量割合を、所望の流動挙動及び凝結特性が実現されるように調整した。
【０１８２】
［００２１３］機械的試験を実施することによって、製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をＡＳＴＭ Ｃ ９４７による試験に従って測定した。ＡＳＴＭ Ｃ ９４７による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から１／３の荷重点における供試体の変位を表す。
【０１８３】
［００２１４］製造１７日後に、ボードのＡＳＴＭ Ｃ９４７による曲げ性能特性を試験した。表２０は、乾燥及び湿潤条件下で試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが十分な曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。さらには、浸漬条件下のパネルは、十分な機械性能を実際に示した。
【０１８４】
［００２１５］
【表２０】

【０１８５】
［００２１６］表２１は、浸漬条件下のパネルの安定性を示す。パネルを水中に４８時間浸漬した。パネルの厚さを浸漬の前後で測定した。表２０では、膨張頁岩骨材を含まない（ミックス＃１）パネルは、骨材を含む（ミックス＃２）パネルよりわずかに大きく膨張したことを知ることができる。骨材を含まない（ミックス＃１）パネルの膨潤厚さは、０．２７％であったが、他方、膨張頁岩骨材を含むパネルのそれは、０．１２％であった。この結果は、コート付パーライトを含む本発明の軽量セメント系スラリー中に膨張粘土骨材を含ませることによって提供されたパネルの寸法安定性が改良されることを実際に示すものである。
【０１８６】
［００２１７］
【表２１】

【０１８７】
［００２１８］本発明を実施するための好ましい実施形態を説明しているが、本開示の対象である当業者であれば、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する改変形態及び付加形態を作成できることを理解されたい。

Claims (7)

1. 湿基準で、３５〜６０重量％のポルトランドセメントを含むセメント系反応性粉末と、
   湿基準で、２〜１０重量％の化学的にコートされ、水密性で溌水性の閉じたセル状の膨張パーライトフィラーと、
   ２０〜４０重量％の水と、
   湿基準で、０〜２５重量％の二次フィラーと、
   湿基準で、１０〜５０体積％の連行空気と、
   減水剤、化学的凝結促進剤及び化学的凝結遅延剤からなる群のうちの少なくとも１つのメンバーから選択された添加剤と、の混合物を含むセメントボードを製造するための軽量セメント系スラリーであって、
   このセメント系スラリーから作られるボードが４５〜８５ポンド／立方フィート（０．７２〜１．３６ｇ／ｍＬ）の密度を有し、
   前記水は、少なくとも初期温度４０°Ｆ（４．４℃）の前記スラリーを生成する温度であり、
   前記膨張パーライトフィラーは、０．５０ｇ／ｍＬ未満の有効粒子密度を有し、２０〜１５０ミクロンの平均粒子直径を有することを特徴とする軽量セメント系スラリー。
2. 湿基準で、３５〜６０重量％のポルトランドセメントを含むセメント系反応性粉末と、
   湿基準で、２〜１０重量％の化学的にコートされ、水密性で、溌水性の閉じたセル状の膨張パーライトフィラーと、
   ２０〜４０重量％の水と、
   湿基準で、０〜２５重量％の二次フィラーと、
   湿基準で、１０〜５０体積％の連行空気と、
   減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群のうちの少なくとも１つのメンバーから選択された添加剤と、を混合するセメントボードを製造するための軽量セメント系スラリーの製造方法であって、
   前記水は、少なくとも初期温度４０°Ｆ（４．４℃）の前記スラリーを生成する温度であり、
   前記膨張パーライトフィラーは、０．５０ｇ／ｍＬ未満の有効粒子密度を有し、２０〜１５０ミクロンの平均粒子直径を有し、
   前記スラリーを凝結させて、４０〜８５ポンド／立方フィート（０．６４〜１．３６ｇ／ｍＬ）の生成物密度を有する生成物を形成することを特徴とする軽量セメント系スラリーの製造方法。
3. 前記膨張パーライトフィラーが、シラン、シロキサン、シリコーン及びそれらの混合物からなる群のうちの１つのメンバーでコートされていることを特徴とする請求項２に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
4. 前記膨張パーライトフィラーが、アルキルアルコキシシランでコートされていることを特徴とする請求項２に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
5. 前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメントとフライアッシュの和に対して、乾基準で、４０〜９０重量％のポルトランドセメントと、１０〜６０重量％のフライアッシュとを含み、かつ、鉱物性添加材、減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群より選ばれる少なくとも１つの添加剤を含むことを特徴とする請求項２に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
6. 湿基準で、３５〜６０重量％の、ポルトランドセメント及びフライアッシュを含むセメント系反応性粉末と、
   湿基準で、４．８〜５．７重量％の化学的にコートされ、水密性で、溌水性の膨張パーライトフィラーと、
   ２０〜４０重量％の水と、
   湿基準で、２４．２〜３２．５体積％の連行空気と、
   高性能ＡＥ減水剤、減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群のうちの少なくとも１つのメンバーから選択された添加剤と、
   １０〜２５重量％の、膨張粘土、頁岩骨材及び軽石からなる群のうちの少なくとも１つのメンバーから選択された二次フィラーとを含み、
   化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと二次フィラーの合計が、少なくとも２０重量％であることを特徴とする請求項２に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
7. ３５〜６０重量部のポルトランドセメント系結合剤と、
   ４．８〜５．７重量部の化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、
   ２４．２〜３２．５体積％の連行空気と、
   減水剤、化学的凝結促進剤及び化学的凝結遅延剤からなる群のうちの１つ又は複数のメンバーから選択された添加剤と、
   膨張粘土、頁岩骨材及び軽石からなる群のうちの１つ又は複数のメンバーから選択された０〜２５重量部の二次フィラーとを含むことを特徴とする請求項１に記載の軽量セメント系スラリーから作られるセメントボード。

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