JP6644614B2 - 結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物 - Google Patents
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Description
そこで、強度が高く、また、該前工程を経ることなく、鋳型を作製できる手段が望まれる。
そこで、前記付加製造装置を用いて鋳型を作製できれば、前記の前工程は不要になるから、作業時間とコストの削減に資することが期待される。
しかし、結合材噴射法で作製した成形体は、空隙が多くなり易いため、強度が低く破損し易い。
すなわち、本発明は、下記の構成を有する結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物である。
[2]前記セメントクリンカー細骨材の平均粒子径が50〜200μmである、前記[1]に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
[3]前記砂が、珪砂、オリビン砂、および人工砂から選ばれる1種以上である、前記[1]または[2]に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
[4]前記結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物が鋳物砂である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
[5]前記粘結材がセメントである、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
[6]前記粘結材が、速硬セメントとセメントクリンカー粉末の合計を100質量%として、速硬セメントを10〜80質量%含む粘結材である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
[7]前記セメントクリンカー粉末のブレーン比表面積が、2000〜6000cm2/gである、前記[6]のいずれかに記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
以下、本発明について、混合砂および粘結材等に分けて、詳細に説明する。
該混合砂は、セメントクリンカー細骨材単独、またはセメントクリンカー細骨材と砂を含む。次に、セメントクリンカー細骨材と砂について説明する。
(1)セメントクリンカー細骨材
該セメントクリンカー細骨材のクリンカーは、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、エコセメントクリンカー、アリナイトセメントクリンカー、アーウィンクリンカー、カルシウムフルオロアルミネートクリンカー、およびモノカルシウムアルミネートクリンカーから選ばれる1種以上が挙げられ、これらの中でも、強度の観点から普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、アーウィンクリンカー、カルシウムフルオロアルミネートクリンカー、またはモノカルシウムアルミネートクリンカーが好ましい。
また、前記混合砂中のセメントクリンカー細骨材の含有率は、セメントクリンカー細骨材と砂の合計を100質量%として、50〜100質量%である。該値が該範囲内であれば、強度発現性が高い。なお、該値は、好ましくは70〜100質量%、より好ましくは80〜90質量%である。
また、該セメントクリンカー細骨材の平均粒子径(積算分布で50体積%となる粒子径)は50〜200μmである。該値が該範囲内にあれば、セメント組成物の強度発現性と細骨材としての強度は充分に高い。なお、該値は、より好ましくは60〜180μm、さらに好ましくは70〜150μmである。
該砂は、耐火砂であれば、特に制限されず、珪砂、オリビン砂、および人工砂等から選ばれる1種以上が挙げられる。
該混合砂の配合量は、前記粘結材100質量部に対し、100〜400質量部である。該値が該範囲であれば、耐火性と強度発現性を確保できる。なお、該配合量は、前記粘結材100質量部に対し、好ましくは150〜350質量部、より好ましくは200〜300質量部、さらに好ましくは200〜250質量部である。
該粘結材は、セメント単独、または、速硬セメントとセメントクリンカー粉末の合計を100質量%として、速硬セメントを10〜80質量%含む粘結材である。
(1)セメント
該セメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、およびエコセメント等から選ばれる1種以上が挙げられる。
また、前記速硬セメントとセメントクリンカー粉末を含む粘結材は、石膏をほとんど含まないため、鋳造のガスの発生を抑制でき、鋳物の美観が保たれる。
本発明において該速硬セメントは、速硬セメントのほかに、いわゆる超速硬セメントも含む概念であり、市販の速硬セメントや超速硬セメントが使用できる。該セメントとしては、例えば、スーパージェットセメント(登録商標、小野田ケミコ社製)、ジェットセメント(登録商標、住友大阪セメント社製)、およびデンカスーパーセメント(デンカ社製)から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記粘結材中の速硬セメントの含有率は、速硬セメントとセメントクリンカー粉末の合計を100質量%として、10〜80質量%である。該値が、該範囲内であれば、迅速な造形のための速硬性と取扱い可能な強度を確保できる。なお、該値は、好ましくは20〜70質量%、より好ましくは30〜60質量%である。
また、前記粘結材中のセメントクリンカー粉末の含有率は、速硬セメントとセメントクリンカー粉末の合計を100質量%として、20〜90質量%である。該値が、該範囲内であれば、強度発現性が高い。なお、該値は、好ましくは30〜70質量%、より好ましくは40〜70質量%である。
また、該セメントクリンカー粉末のブレーン比表面積は、好ましくは2000〜6000cm2/gである。該値が該範囲内にあれば、セメント組成物の強度発現性は充分に高い。なお、該値は、より好ましくは3000〜5000cm2/g、さらに好ましくは4000〜5000cm2/gである。
なお、前記粘結材は、必須成分である速硬セメントとセメントクリンカー粉末のほかに、強度発現性の調整材等として、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、および石灰石粉末等の任意成分を含んでもよい。
本発明の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物を造形に用いる場合、水/粘結材(質量比)は、強度の観点から、好ましくは0.01〜0.1、より好ましくは0.02〜0.09、さらに好ましくは0.03〜0.08である。
また、成形体の養生方法は、気中養生、気中養生後に続けて水中養生する方法、または、表面含浸剤養生等がある。前記3種類の養生温度は、特に制限されないが、養生のし易さから、好ましくは10〜50℃でよい。
気中養生時間は、十分な強度発現と生産効率の観点から、好ましくは0.5〜5時間、より好ましくは1〜4時間、さらに好ましくは2〜4時間である。また、水中養生時間は、好ましくは5時間以上、より好ましくは10時間以上、さらに好ましくは20時間以上である。
前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリは、好ましくはケイ酸ナトリウムおよび/またはケイ酸カリウムである。そして、前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリの含有率は、好ましくは10〜40質量%である。該含有率が10質量%未満ではケイ酸アルカリの浸透量が不充分で強度増進効果は小さく、40質量%を超えるとケイ酸アルカリ水溶液の粘性が高くなり浸透性が低下するおそれがある。なお、該含有率は、より好ましくは20〜35質量%である。
前記表面含浸剤養生の養生時間は、好ましくは6〜48時間である。該時間が6時間未満では養生が十分でなく、48時間を超えても強度増進効果は飽和する傾向にある。なお、製造効率の観点から、前記表面含浸剤養生の養生時間は、より好ましくは12〜24時間である。
1.使用した材料
(1)超速硬セメントクリンカー細骨材(略号:SHCC)
スーパージェットセメント(登録商標、小野田ケミコ社製)の構成成分であるアーウィンおよびビーライト含有クリンカーを粉砕して使用した。
平均粒子径(積算分布:50体積%):144μm(マイクロトラック・ベル社製のレーザー回折・散乱式 粒子径分布測定機を用いて測定した。)
(2)砂
珪砂8号(東北硅砂社製)、密度2.61g/cm3
(3)超速硬セメント(略号:SHC)
商品名:スーパージェットセメント(登録商標、小野田ケミコ社製)、密度3.01g/cm3
(4)早強ポルトランドセメント(HPC)
ブレーン比表面積:4000cm2/g(太平洋セメント社製)
(5)水
水道水
(6)ケイ酸アルカリ水溶液
商品名:ジルコンパーミエイトFS−#10(ケイ酸ナトリウム/ケイ酸カリウム=1(モル比)、ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムの合計の含有率は29質量%、フォーシェル社製)
表1に掲載の配合に従い、細骨材として前記の超速硬セメントクリンカー細骨材と、粘結材として超速硬セメント、または早強ポルトランドセメントを、ビニル袋に入れて振盪してセメント組成物を作製した。
次に、該セメント組成物と、結合材噴射式粉末積層造形装置(付加製造装置 商品名:ZPrinter310 Zコーポレーション社製)を用いて、寸法が縦10mm、横16mm、および長さ80mmのモルタル供試体と、図1に示す階段状の鋳型を作製した。
なお、前記装置による鋳型の成形方法は、所定の位置を選択して、ノズルから一定量の水を噴出して、セメント組成物を固化する方法であり、水/粘結材は質量比で0.05である。
次に、前記モルタル供試体を、表1に示す養生パターン(20℃の気中で3時間養生、20℃の気中で3時間養生した後さらに20℃の水中で21時間養生、または表面含浸剤養生)で養生した後、曲げ強度試験機 MODEL-2257(アイコーエンジニアリング社製)を用いて3点曲げ試験を行い、前記モルタル供試体の曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。なお、前記表面含浸剤養生とは、成形体を20℃の気中で3時間養生した後、さらに20℃の前記ケイ酸アルカリ水溶液中に浸漬して21時間養生することである。
表1に示すように、実施例1は、3時間の気中養生、3時間の気中養生後さらに水中で21時間水中養生した場合、および、表面含浸剤養生のいずれも、比較例1に比べて曲げ強度が高い。また、実施例2は、3時間の気中養生、および、3時間の気中養生後さらに水中で21時間水中養生した場合のいずれも、比較例2に比べて曲げ強度が高い。ちなみに、水中への運搬時や寸法測定時に破損しないためには、3時間の気中養生で要求される曲げ強度は0.1MPa以上である。
さらに、前記鋳型に溶融した金属を流し込み、鋳物を作製した。粘結剤として、SHCを用いた場合(実施例1と比較例1)は、アルミ合金(注湯温度:約750℃)を流し込み、HPCを用いた場合(実施例2と比較例2)は、鋳鉄(注湯温度:約1450℃)を流し込んだ。
すべての実施例および比較例において、鋳込み時にガスが発生せず、図2(実施例1)に示すような、表面が平滑な鋳物が作製できた。
Claims (7)
- セメントクリンカー細骨材と砂の合計を100質量%として、セメントクリンカー細骨材を50〜100質量%含む混合砂を、粘結材100質量部に対し100〜400質量部含有する、結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記セメントクリンカー細骨材の平均粒子径が50〜200μmである、請求項1に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記砂が、珪砂、オリビン砂、および人工砂から選ばれる1種以上である、請求項1または2に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物が鋳物砂である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記粘結材がセメントである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記粘結材が、速硬セメントとセメントクリンカー粉末の合計を100質量%として、速硬セメントを10〜80質量%含む粘結材である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
- 前記セメントクリンカー粉末のブレーン比表面積が、2000〜6000cm2/gである、請求項6のいずれか1項に記載の結合材噴射方式付加製造装置用セメント組成物。
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