JPH0159226B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湿り膨張性を抑制されたセメント様組
成物に関する。特に、本発明はリチウム塩類の添
加によりアルミナセメント、石膏、およびポート
ランドセメントを含有するセメント様組成物の硬
化状態での湿り膨張を抑制する組成物に関する。

こゝで使用する用語、セメント特性組織
（cementitious systems）とは一般にセメント特
性耐水性物、上かけ物（toppings）、保護被覆物
など、およびコンクリート、モルタル、グラウ
ト、これらから作られた生産物のような集合体と
水との混合物を含み、水で硬化する特性を有する
組成物を意味することを意図したものである。

こゝで使用する用語、アルミナセメント
（aluminous cement）とは、高質アルミナセメ
ントとアルミン酸カルシウムセメントのような主
要セメンタイト構成物として、アルミン酸モノカ
ルシウム（CaO：Al₂O₃）を含有すると通常技術
的に理解されているセメント特性物質類を含むこ
とを意図したものである。本発明における使用に
適する経済的に利用可能なアルミナセメント類の
実施例は、リーハイ（Lehigh）ポートランドセ
メント会社のラムナイト（Lumnite）とLonestar
LaFargeアルミナセメント株式会社の高アルミナ
セメントFonduまたはSecarである。

こゝで使用する用語、石膏（gypsum）は、硫
酸カルシウム（CaSO₄）とその各種形状のもの、
無水硫酸カルシウム、半水硫酸カルシウム、２水
硫酸カルシウム、ならびにカ焼石膏
（calcinedgypsum）、加圧カ焼石膏と焼き石膏
（plaster of paris）を含む技術的に通常理解され
ているような石膏を含むことを意図したものであ
る。本発明における使用に適する経済的に利用可
能な石膏の実施例は、ジヨージア パセフイツク
コーポレーシヨン（Georgia Pacific
Corporation）の商品名“Ｋ−５”、またはユー
ナイテツド ステーツ ジプサム カムパニイ
（United States Gypsum Company）の商品名
“ハイドロストーン（Hydrostone）”の下に販売
されている加圧カ焼石膏である。

こゝで使用する用語、ポートランドセメント
（Portland cement）は、ポートランドセメント
の他の形状のものも適するが、特に本発明の使用
に望ましい型と型について称呼ASTMC 150
に記載されているような“ポートランドセメン
ト”であることを通常技術的に理解されているセ
メント類を含むことを意図したものである。ポー
トランドセメントは本発明の組成物の乾燥収縮を
低下させる作用をなし、湿りによる膨張を増大さ
せる。従つて、特にポートランドセメントとして
言及しないが、“乾燥収縮抑制剤”として作用す
る他のセメント類もまたこゝで使用でき、用語は
このような他のセメント類を包含するものとして
理解すべきである。例えば、このような他の乾燥
収縮抑制剤は、この組織の他の構成物と両立する
膨張性セメントのような膨張促進剤を含む。

こゝで使用の用語、湿り膨張（wet
expansion）とは、硬化状態におけるセメント特
性組織の膨張を意味することを意図したもので、
最終凝固後、一般に“硬化セメント、モルタル、
およびコンクリートの長さ変化”に対する標準試
験法ASTM Ｃ 157−75によつて測定されるよ
うな湿り状態にあることである。

用語、湿り膨張抑制（wet expansion
inhibition）と湿り膨張逆作用（wet expansion
counteraction）とは、こゝでは本質的に交替で
使用して、組織の配布容量に等しい容積またはこ
れより大きい容積を維持しつゝ硬化状態における
セメント特性組織の湿り膨張の低下を最小限およ
び、またはこれより有益に進め、湿り膨張除去
（wet expansion elimination）のような類似用
語をも含んでいる。

建設工業の必要に応ずるセメント特性組織の提
供に対して種々の先行技術の企図、特にコンクリ
ート構造物の保護、耐水および修理に対してその
企図があつた。このような組織は好ましくは不燃
性、無毒性で、十分な強さ、摩擦抵抗と腐食抵抗
をもつ硬いかたまり、または被覆物中に比較的短
時間に凝固することが望ましい。これらはまた流
動体、特に液体への不浸透性を所有しなければな
らない。同時に、このような組織は湿りまたは乾
燥状態のいずれにおいても、過剰な硬化容積の変
化をもつてはならない。経済的使用のためには、
これらのセメント特性組織型はまたしめつた表面
あるいは乾燥表面、ならびに早期の長期強度の発
生と実際の現場における作業性への良好な結合特
性をもたなければならない。これらは耐凍結性、
耐溶解性ならびに耐塩類作用、耐溶剤性および他
の腐食性物質に対する耐抗性がなければならな
い。

上記の望ましい性質の一つまたは一つ以上をも
つセメント様組織組成物はあるが、一つの組成物
で上記のすべてを達成するように向けられた先行
技術の試みは限られた成功のみを得たにすぎなか
つた。混合セメントの多くの組成物は湿り膨張を
示した。凝固時間を低下せしめるため、ある種の
促進剤の添加物を含有する他の組成物は過剰な乾
燥収縮を示した。従つて、建設工業における経済
価値のあるセメント特性組成物を提供しようとし
た先行技術の試みは、一般に他の望ましい特性に
対して特殊または強調された特殊な性質を無視す
るかまたはある例では害となつた。

米国特許No.3861929号は硬化と乾燥で亀裂を生
じた通常のセメントでつくつたコンクリートの固
有収縮特性を記載している。この特許は、凝固、
硬化中と後に容積を極度に増大する膨張セメント
を開示している。開示の膨張セメントは本質的に
ポートランドセメントとアルミン酸カルシウムセ
メントとからなる混合物と、石膏の形状になつて
いるかもしれない硫酸カルシウム量とからなる。
米国特許No.3775143号はポートランドセメントを
含むストレスセメント（stressing cement）と、
硫酸カルシウム、酸化カルシウム、およびアルミ
ナセメントまたは高アルカリ性のハイドロアルミ
ン酸カルシウムのような物質を含有するアルミン
酸物からなる膨張成分を開示している。このセメ
ントは耐水性ならびに耐ベンジン性と耐気体性と
を示すといわれる。

米国特許No.3147129号は性質の調整の困難さを
含むスルフオアルミネートをつくる基本方法にお
けるある問題点をとりあげている。次にこの特許
は均一な性質をもち、硫酸亜鉛と重硫酸ナトリウ
ムのような適当な添加剤を含有させて膨張性セメ
ントとして使用可能なスルフオアルミネートセメ
ントを開示している。この特許はある種の構成物
は感知できる程の膨張を起こさず、硫酸亜鉛や重
硫酸ソーダのような添加剤の膨張作用を中和する
傾向さえある遅緩剤として添加できることを述べ
ている。このような構成物はサツカローズ、水和
石灰とシリカとの混合物を含有することもある。

急速凝固混合物として使用の高アルミナセメン
トとポートランドセメントとを含有する組成物は
公知である。例えば、米国特許No.4012264号は急
速凝固硬化セメントはポートランドセメントと高
アルミナを添加し、かつ／または各種の促進剤の
使用によりつくり得るは公知であることを述べ、
遅緩剤および／または促進剤を含むアルミン酸カ
ルシウムとポートランドセメントとの組成物を開
示している。高アルミナセメントはまた強力なモ
ールド即ち鋳型を与えるために焼き石膏または無
水プラスターに添加された。John Willey＆
Sons.N.YのT.D.Robsonは1962年に、High
Alumina Cements and Concretesの126−７ペ
ージに、リチウム塩類が高アルミナセメント用促
進剤としての示唆を開示している。しかし、アル
ミナセメント、石膏およびたゞ促進剤としてリチ
ウム塩を含有する組成物は、過剰の硬化乾燥収縮
を示すことが分つた。さらにアルミナセメントと
石膏のみを含有する組成物は、過剰硬化した湿り
膨張を示す。

米国特許No.2339163号はアルミン酸カルシウム
セメントと、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、
硫酸マグネシウム、硫酸第２鉄、硫酸アルミニウ
ムおよび凝固促進のアルカリ金属の炭酸塩類から
なるグループから選んだ無機添加剤、ならびに急
速乾燥と急速収縮を防止するように水の蒸発速度
を限定するカゼインからなるセメント保護被覆物
の組成物を開示している。このものは凝固して硬
化した後は亀裂を生じない被覆をつくることをい
つており、明らかに乾燥収縮の低下に言及してい
る。

米国特許No.4045237号と4157263号は、ポートラ
ンドセメント、カ焼石膏と高アルミナセメントと
の微細混合物から構成された液体と蒸気に対する
高度の不浸透性と、縮少された長期収縮性とをも
つセメント様の組成物を開示している。時とし
て、この組成物は高アルミナセメントと加圧カ焼
石膏との微細混合物から構成することができる。

私は水と混合するとき、実質的な収縮なしに高
圧縮強度の硬いかたまりに容易に凝固できるセメ
ント様組成物を発見した。このものは凝固中に硬
化状態で湿り容積、乾燥容積の変化の低下を供え
ることができ、一方それにもかゝわらず建設工業
において経済的利用性をもつ組成物に望まれる流
動体への高度の不浸透性、摩耗、腐食、化学抵抗
および同様な特性を所有する。これは私の発明に
従つてアルミナセメント、石膏、乾燥収縮抑制剤
および湿り膨張抑制剤の混合物よりなるセメント
様組成物の提供により達成される。

特に私の発明によるセメント様組成物は、アル
ミナセメント、石膏、乾燥収縮抑制剤、好ましく
はポートランドセメントおよび湿り膨張抑制剤と
して使用するのに有効な量のリチウム塩を含む。

このようにして、私の発明の目的は、水と混ぜ
たとき過剰の湿つたまたは乾燥した硬化容積の変
化なしに硬いかたまりに、比較的短期間に凝固す
るセメント様組成物の提供にある。

さらに、私の発明の目的は、アルミナセメント
と石膏と乾燥収縮抑制剤とを含むセメント様組成
物における硬化による容積変化の抑制の提供にあ
る。

湿り膨張を抑制するリチウム塩は、アルミナセ
メントと石膏を基準として0.01乃至0.5重量％の
間で、好ましくは0.1と0.3％の間の効果的な量で
添加することができる。60と90の間の重量％のア
ルミナセメントと、10と40％の間の重量％石膏を
使用することが望ましい。硬化した乾燥収縮抑制
剤のポートランドセメントは、アルミナセメント
と石膏とを基準にして0.1と25重量％の間の量で、
好ましくは１と20重量％の間で添加される。

私の発明のセメント様組成物のうちの上記の本
質的組成物以外に、粘性防止剤、表面活性剤、遅
緩剤、促進剤、ガス発生剤またはガス解放剤、フ
ライアツシ、可塑剤、ポンプ助剤、水分保持助
剤、充填剤および骨材のような付加成分を使用す
ることができる。

私の発明のさらに別の目的は、比較的短期間に
凝固して、高圧縮力、高耐摩擦力と高耐腐食性の
硬いかたまりを、凝固の間に実質的収縮なしに形
成し、かつ流動体への高度の不浸透性を所有しつ
つ過剰の乾燥硬化した容積変化なしに形成すべき
このような系を認めながらセメント特性組織に湿
り膨張を抑制する組成物の提供にある。

私の発明の上記および他の目的、特徴と利点は
次の詳細な記載とこれに伴う特許請求の範囲から
さらに明らかになるであろう。

本発明はアルミナセメント、石膏および硬化乾
燥収縮抑制剤としてポートランドセメントを含有
するセメント様組成物に、リチウム塩類の添加が
驚くほど硬化状態で組成物の湿り膨張を抑制する
ことを実証する次の実施例によつて、最もよく例
示されている。実施例において、構成物は乾燥粉
体の状態で混合され、次に水道水を混ぜてゆるい
加工可能な濃度を形成した。一般に構成物対砂ま
たは骨材の割合は１：１または１：２であつた。
次に均一混合をASTM Ｃ 490の“硬化セメン
トペースト、モルタルおよびコンクリートの長さ
変化の設定に使用の機器”の基準仕様書に見合う
10インチのバースチールモールドに入れた。モー
ルドは樹脂をベースにした離型剤と、ポリエチレ
ンの薄いシートでしつかりと裏打ちし、微妙な硬
化見本の離型を容易にした。見本は硬化前にでき
るだけ早く、試験硬化見本に損消を生ずることな
く、最終凝固後半時間乃至２時間で離型した。

試験見本の最初の長さ変化の測定は、真実の硬
化状態の長さの変化を最もよく測定するため離型
後直ちに行なつた。各混合物の二つの見本を試験
した。一つの見本は湿り長さの変化を、二つ目の
ものは乾燥状態での長さの変化を測定するために
使用した。湿り試験の見本は試験期間中全体的に
水中に入れたが、一方乾燥見本は試験期間中空気
矯正を行なつた。10インチのバーの試験見本を上
記ASTM Ｃ 490の仕様書の必要条件に従つて、
長さ変化比較計を使用して１インチの1/10000ま
で精密に測定した。長さ変化の測定はASTM Ｃ
−157の“硬化セメント、モルタルおよびコンク
リートの長さ変化”の標準試験法に従つて、本質
的に行なつた。すべての長さ変化の結果はセメン
ト１部と砂１部との混合物を基準とするか、ある
いはその基準にあわせた。摩擦抵抗はセメントブ
ロツク上にてこで塗りつけた混合物の被覆で測定
した。

次の実施例は私の発明の実施で得られた結果を
代表するものである。

実施例 １ 調整見本アルミナセメント（Lumnite）80重量
％と、石膏（Densite Ｋ−５）20重量％を使用し
て上記記載のようにつくつた。４日間の養生の
後、硬化状態における長さ変化のパーセントを測
定して0.321％の湿り膨張と0.012％の乾燥収縮の
あることを見出した。10を最高硬度とする1/10の
縮尺で測定した摩擦抵抗は４であつた。

実施例 ２ 実施例１の組成物と処理は、アルミナセメント
と石膏（以下他に特に記載のない限り基準となる
ものとする）を基準として0.2重量％の炭酸リチ
ウムからなる湿り膨張抑制剤をこの組成物に添加
したことを除き先例にならつた。４日後の硬化状
態における長さ変化のパーセントは、摩擦抵抗６
で0.065％の湿り膨張、0.179％の乾燥収縮であつ
た。

実施例 ３ 実施例１の組成物と処理は、アルミナセメント
と石膏の組み合わせ量を基準として19重量％量の
乾燥収縮抑制剤としてポートランドセメント型
を添加したことを除き先例にならつた。長さ変化
のパーセントは２時間後に測定した。何故ならば
湿り膨張は見本が亀裂を生じたことがあつたから
であつた。２時間の終わりで湿り膨張は1.33％で
あつた。乾燥収縮はなかつたが、0.084％の乾燥
膨張があつた。

実施例 ４ 実施例２の組成物と処理を、ポートランドセメ
ント型を10重量％量の乾燥収縮抑制剤として添
加して先例にならつた。４日後、長さの変化パー
セントは0.188％の湿り膨張、0.100％乾燥収縮と
して測定された。摩擦抵抗は10であつた。

前記実施例１から実施例４までから、リチウム
塩類はアルミナセメント−石膏系の系統的論述に
対して効果的湿り膨張抑制剤ではあるが、一方ア
ルミナセメント、石膏、リチウム塩類に、さらに
乾燥収縮抑制剤としてポートランドセメントを添
加したものを含有する組成物は、有望な長さ変化
の性質を有する組成物をつくることが分る。炭酸
リチウム以外に他のリチウム塩類も湿り膨張抑制
剤として有用である。満足に実施されたこのよう
なリチウム塩類の実施例は、クエン酸リチウム、
水酸化リチウムおよび酢酸リチウムを含む。

実施例 ５ 実施例４の組成物と処理は、ポートランドセメ
ントを11％量を添加し、次に硬化後硬化剤を添加
したことを除き、先例にならつた。30日後、乾燥
状態において長さ変化のパーセントを測定して０
であることが分つた。摩擦抵抗は10であつた。

実施例５は組成物の処方を選択することによ
り、正味の長さを正味０の収縮または膨張に調整
可能である。また本発明によるセメント様組成物
は抑制剤またはセメントの組み合わせを、湿り、
乾燥または湿りと乾燥を交互に行なうような特殊
環境において、正味の長さ変化を防止するような
方法で変えることにより処方できることが分つ
た。

実施例 ６ 実施例５の組成物に、市販名Lomar Ｄの名で
利用できる表面活性剤１重量％と、無水クエン酸
粉１重量％を添加し、この構成物を中間乾燥混合
物に混ぜた。このセメント混合物を摩擦抵抗骨材
と夫々３：７の割合で混合した。次に生じた混合
物を、自己の平均した軟度を生ずるように水を混
ぜ、次にコンクリートブロツクに利用した。組成
物は20分以内で凝固し、ASTM Ｃ 109に従つ
て試験したとき、24時間以内で6000psiの圧縮強
度に発展した。組成物は非常に高い結合性を示
し、24時間以内に非常に硬い摩擦抵抗体となつ
た。その上、組成物は高い耐凍結性／耐解溶性と
腐食性物に対する耐性を示した。この組成物は目
立つような収縮、表面亀裂なしに凝固し、あるい
は湿度の矯正の必要または硬化剤なしにほこりを
凝固する。さらに被覆したブロツクの表面は、目
立つような浸食もなく一週間25pisの水の微粒ジ
エツトにさらした。

実施例 ７ 実施例１から実施例４までについて上記記載の
処理につゞいて、さらに調整見本をアルミナセメ
ントと石膏を基準として80重量％を含む組成物、
乾燥収縮抑制剤としてポートランドセメント型
とからつくつた。長さの変化パーセントを２日後
測定し、乾燥収縮または乾燥膨張がなくとも
0.383％の湿り膨張があることが分つた。

実施例 ８ 実施例７に記載の組成物に、公知の促進剤、炭
酸ソーダを0.2重量％を添加して湿り膨張抑制剤
としてその効果を測定した。２日後、長さの変化
パーセントは0.366％の湿り膨張と、0.026％の乾
燥膨張であつた。このように、乾燥状態において
実施例７の調整見本により実験したもの以上の膨
張があつたが、一方湿り状態での膨張はほとんど
調整のものと同じ大きさであり、満足のできない
ものであつた。

実施例 ９ 実施例７の組成物に公知の促進剤である硫酸ア
ルミニウムを0.2重量％添加して、湿り膨張抑制
剤としてのその効果を測定した。２日後、測定し
た長さの変化パーセントの0.415％の湿り膨張と
0.017％の乾燥膨張は、炭酸ナトリウムのように
硫酸アルミニウムは、アルミナセメント−石膏−
ポートランドセメント系においては湿り膨張を満
足に抑制する効果のないことを示した。

実施例 10 実施例７の組成物にクエン酸リチウムを0.2重
量％を添加して、湿り膨張抑制剤としてのその効
果を測定した。２日後、長さ変化のパーセントは
わずかに0.186％の湿り膨張で、調整見本のもの
の半分以下であり、0.006％の乾燥収縮であつた。
これはリチウム塩類が湿り膨張抑制剤としてのこ
のセメント特性系に独特のものであることを実証
する。リチウム塩類は逆にセメント特性系の流動
不浸透性に重要程度までに影響しない。従つてこ
の系は優秀な耐水性をもつものとして残る。

アルミナセメント、石膏および湿りと乾燥容積
変化抑制剤を含有する私の発明によるセメント様
組成物においては、60％と90％との間のアルミナ
セメントと、10％と40％との間の石膏とを使用す
ることが望ましい。一般に硬化乾燥収縮抑制剤、
ポートランドセメントを0.1％と25％との間の量、
最も有利かつ好ましくは１％と20％との間の量の
アルミナセメントと石膏との全重量に添加するこ
とができる。一般にリチウム塩類は、アルミナセ
メントと石膏を基準として0.01重量％と0.5重量
％との間の量、好ましくは0.1％と0.3％との間の
量を添加すべきである。

本発明のセメント様組成物の上記本質的構成物
のほかに、性質を調整するための他の添加剤がも
し別の方法でこの本質的構成物と両立するなら
ば、得られる湿り膨張の抑制効果の損失なしに、
一般に混合ができる。このような他の添加剤は、
特殊な性質の選択的改良を行なうべき粘性防止
剤、膨張剤、表面活性剤、遅緩剤、促進剤、ガス
発生またはガス解放剤、フライアツシユ、充填
剤、ポンプ助剤、水分保持剤、および骨材からな
る。セメント特性系工業で、通常使用される他の
添加剤もまたその使用がこゝで望まれ、あるいは
記載されている結果と矛盾しないならば使用可能
である。

リチウム塩類は乾燥状態で他の構成物と混ぜた
り、水の添加時に、または添加する水に、あるい
は水の添加後に添加することができる。これらの
それぞれの材料が、スラリー中に均一混合物をつ
くるようにすべてこの中に混ぜられる限り混合物
に添加することは、必ずしも重要なことではな
い。本技術分野の者は公知のセメント様組成物の
製法は、工程がどの成分に対しても有害でないな
らば、焼成のような処理工程の実施に先立つ混合
法、ならびに最終構成物の中間粉砕、あるいは混
合法を含む私の発明の組成物を使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナセメントと石膏の全量を基準とし
   て、アルミナセメント60乃至90重量％、石膏10乃
   至40重量％、乾燥収縮抑制剤としてのポートラン
   ドセメント0.1乃至25重量％、及び湿り膨張抑制
   剤としてのリチウム塩0.01乃至0.5重量％とから
   なる硬化状態での湿り膨張が抑制され、かつ硬い
   かたまりに凝固可能なことを特徴とするセメント
   様組成物。 ２ アルミナセメントが、高アルミナセメント、
   アルミン酸カルシウムセメントと、主要セメント
   特性構成物をアルミン酸モノカルシウムからなる
   セメント、からなるグループから選んだものであ
   り、石膏が硫酸カルシウム、無水硫酸カルシウ
   ム、半水硫酸カルシウム、２水硫酸カルシウム、
   焼き石膏、カ焼石膏、加圧カ焼石膏からなるグル
   ープより選んだものであり、リチウム塩が炭酸リ
   チウム、クエン酸リチウム、水酸化リチウムおよ
   び酢酸リチウムからなるグループより選んだもの
   である特許請求の範囲第１項に記載のセメント様
   組成物。 ３ リチウム塩が、アルミナセメントと石膏の全
   量を基準として、0.1乃至0.3重量％で存在するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載のセメント様組成物。 ４ ポートランドセメントが、アルミナセメント
   と石膏の全量を基準として１乃至20重量％で存在
   する型ポートランドセメントであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項または第３項に記載
   のセメント様組成物。 ５ リチウム塩が、炭酸リチウム、クエン酸リチ
   ウム、水酸化リチウム、および酢酸リチウムから
   なるグループから選ばれたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のセメント様
   組成物。 ６ アルミナセメントが高アルミナセメントであ
   り、石膏が加圧カ焼石膏であり、かつポートラン
   ドセメントが型ポートランドセメントであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセ
   メント様組成物。 ７ 高アルミナセメントが80重量部であり、石膏
   が20重量部であり、型ポートランドセメントが
   10重量部であり、かつリチウム塩が0.2重量部の
   炭酸リチウムで存在することを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載のセメント様組成物。 ８ さらに硬化後添加すべき硬化剤を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のセメン
   ト様組成物。 ９ さらに表面活性剤と遅緩剤とを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項に記載のセメント
   様組成物。