JPH03131558A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセメント組成物に係る。

従」すに青 セメント組成物を硬化して得られるセメント製品の曲げ
強度は必ずしも高くない。慣用的な粒子寸法および水／
セメント比の水硬性セメン＋−ｍ酸物を硬化して得られ
る製品の曲げ強度は５〜１０ＭＰａ程度である。セメン
ト組成物に繊維物質を含ませることによってセメント製
品の曲げ強度を高めうることが知られているが、その曲
げ強度が４０ＭＰａを越えることは稀であり、しかもセ
メント組成物の成形性が悪くなる。そのほか、セメント
製品の気孔の寸法および割合を規定したり、セメント組
成物の粘性条件を規定するなどによってセメント製品の
曲げ強度を高めることが提案されている。

しかしながら、これらの提案に係る曲げ強度を改善した
セメント製品は耐燃性（耐熱性、耐火性）、耐水性等に
おいて難点があり、実用化には問題がある。又、これら
のセメント製品は主としてポルトランドセメントその他
の水硬性セメントを用いているために製品が灰色をして
おり、外観上の問題もある。

セメント打ち現場では面積、設備、熟練者が必ずしも充
分でない場合があり、半製品の状態で現場へ運搬するこ
とが望まれることがある。

溌Ｊ坏月１的 本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、高曲げ強度を有
し、耐燃性、耐水性等に優れ、かつ混練後未硬化の状態
で保存できるセメント製品を従供することを目的とする
。

２浬Ｉ１１に 本発明は、Ｉ　　ＣｚＳに任意に水硬性化合物を混合し
た粉末１００重量部に対して、水分散性重合体１〜２０
重量部、水５〜２５重量部に加えて、任意に細骨材、充
填材等を添加し、混練したセメント組成物は、成形した
後、相対湿度２０〜７０％または（および）５〜１５気
圧の下、４０〜１８０℃の温度で処理し、硬化せしめる
と上記特性を満たずセメント製品が得られ、さらに上記
で混練したセメント組成物はその段階で密封すれば数ケ
月にわたって可塑性を失なわないまま保存することが可
能であり、従って、上記セメント組成物をそのまま製品
素材としであるいは成形した半製品として密封保存し、
後に開封し、上記のように熱処理して硬化せしめ、セメ
ント製品とすることができることを見い出して、完成さ
れたものである。

ａの（の貝　重量１ 本発明ではセメント粒子として７−Ｃ２Ｓを用いる。従
来、Ｔ　　Ｃ２Ｓは通常水硬性を示さないのでセメント
構成化合物としてはできるだけ含まないことが好ましい
とされてきた。しかし、本発明者らは、驚くべきことに
、Ｔ−Ｃ２Ｓ粉末に水分散性重合体および水を添加して
混練し、低湿または高圧の条件下で熱処理して得たセメ
ント硬化体が、高曲げ強度その他の優れた特性を示す画
期的な製品であることを見い出し、本発明を為すに至っ
た。

この硬化体の特徴としては、Ｔ　　ＣｚＳの初期水和物
であるトベルモライト類似永和生成物（Ｃ５Ｉ＋）ゲル
の極微量が硬化体のマトリックスを形成していることな
らびにそれが重合体によって安定化されていることから
、高曲げ強度を含む優れた機械的強度に加えて、耐水性
が大きく、また透水性は小さく、更には耐熱性、防火性
などにおいて優れ、かつ変形が少ない、等の特徴を挙げ
ることができる。第１図は本発明のセメント組成物の硬
化体の内部Ｍｉ織を説明する図であるが、未水和のγ−
Ｃ２Ｓ粒子１と充填物２の間をＣ３）ｆゲルと重合体の
混合物がマトリックス３として埋めている。これに対し
て、第２図は、従来のポルトランドセメント硬化体の内
部組織を示す図であるが、表面を内部水和物４で包囲さ
れた未水和物５、外部水和物６、水酸化カルシウム７な
どの粒子が結合して組織を形成している。

本発明のセメント組成物は、γ−Ｃ２Ｓを用いそれを特
定条件下で水和させて硬化体を得ることを特徴とし、前
述の利点はγ−Ｃ２Ｓを用いることによって達成される
ものである。しかし、任意に、水硬性化合物を混入して
もよい。水硬性化合物を混合する場合、その混合割合は
特に限定されないが、−船釣には、γ−ＣｚＳとの合計
重量の内削で４０％以下とする。水硬性化合物としては
、普通にはいわゆる水硬性セメントを混合すればよく、
例えば、ポルトランドセメント、混合ポルトラン−下セ
メント（高炉セメント、フライフッシュセメント、シリ
カセメントなど）、アルミナセメント、水硬性石灰、ロ
ーマンセメント、天然セメント、混合石灰セメント（ス
ラグセメント、火山灰セメントなど）などがある。又、
早強セメント、超速硬セメントあるいはオイルウェルセ
メントなどもよい。特に、アルミナセメントはそれ自体
鳥油げ強度の硬化体を与えることが知られており、これ
の混合は好ましい。

本発明のセメント組成物には水分散性重合体即ち水に分
散性の重合体を添加して、成形あるいは加工に際してｒ
−ＣＺＳ等の粒子に潤滑または分散作用ならびに可塑性
を与える。水分散性重合体としては、例えば、酢酸ビニ
ルの重合体および共重合体；アクリルアミドやメタクリ
ルアミドの重合体および共重合体などのアミド置換重合
体；ヒドロキシプロピルメチルセルロース、オキシプロ
ピルメチルセルロースなどの非イオン系のアルキルまた
はヒドロキシアルキル・セルロースエステル；ポリエチ
レンオキシドなどのポリアルキレンオキシト誘導体；ポ
リアルコキシ誘導体；リグノスルフォネートおよびスル
フォン化ナフタレン塩などのスルフォン基含有重合体；
などがあり、単独でまたは混合して使用する。水分散性
重合体はγ〜Ｃ，Ｓと任意な水硬性化合物よりなる粉末
１００重量部に対して１〜２０重量部、好ましくは１〜
５重量部添加する。

本発明のセメント組成物には、任意に、細骨材、充填材
等を添加してもよい。これらは粒径１印以下であること
が好ましい。例えば、砂、石英砂、および微細無定形シ
リカなどのシリカ、チタニア、カンラン石、スレート粉
末、フライアッシュ、スラグ、石膏等がある。又、本発
明によるセメント製品は繊維を混入することなく高い曲
げ強度を達成するものであるが、繊維の混入を排除する
ものではない。更に、本発明のセメント組成物に顔料を
添加することができる。本発明によるセメント硬化体は
７−Ｃ，Ｓ粉末が白色であることから美感的に優れた白
色であり、従ってまた、顔料を添加して鮮明な着色を得
ることが容易であるという利点を有している。

本発明のセメント組成物を混練するに当っては、ｒ　　
ＣｚＳと任意に水硬性化合物よりなる粉末１００重量部
に対して水を５〜２５重量部、好ましくは７〜１５重量
部添加するにとどめ、その混水量は極めて少なくする。

これはセメントの水和速度を制限する一方、水空間空隙
を小さくすることによって高密度を保ちかつ全体の空隙
を少なくするためである。このように混水量が極めて少
ない組成物を均一に混練するためには、２本スクリュー
のニーダや２本ロールミル等を単独で用いあるいは併用
して高剪断力の下で混練するとよい。

混練したセメント組成物は押出成形、ロール成形（シー
ト状）、加圧成形（異形状、ロンド状、円錐形など）等
の成形をした後機械加工（切削等）して各様の部品形状
の半製品とする。本発明のセメント組成物は、成形して
半製品としだ後直ちに養生して硬化せしめることができ
るが、本発明では、特別に、混練後あるいは成形された
半製品の段階で密封して可塑性を保有したまま保存する
ことを特徴としている。密閉保存方法は特に限定されな
い。こうして、密封保存したものは、開封され、半製品
はそのまま、混練した段階で密封されたものは成形した
後、相対湿度２０〜７０好ましくは２０〜６０％の低湿
あるいは（および）５〜１５好ましくは５〜１０気圧の
高圧の下において、約４０〜１８０°Ｃ１好ましくは８
０〜１５０°Ｃの温度で処理し、硬化せしめることがで
きる。このような養生によって普通の条件下では水硬性
を示さないγ−ＣｚＳ粉末のセメント組成物を硬化する
ことができる。

尚、セメント製品の曲げ強度を改良するために、セメン
ト製品の気孔を調整することは本発明のセメント製品に
おいても有効である（特開昭５６−１４４６５号公報参
照）。例えば、製品の全容積の２％あるいは０．５％以
下が最大寸法１ＯＯＩ！ｒｎ、または５０卿、または１
５ｍを越える気孔によって占められるようにする。一般
的に、相対的に大寸法気孔の割合が小さくなるほどセメ
ント製品の強度は大きくなる。

こうした緻密な製品を得ることは粒子の粒度分布を調整
することによってできる。特に多重モード分布すなわち
粒度分布曲線におけるピークが複数存在するように粒度
配合を調整することは有利である。例えば、ニモード分
布として、（ａ）粒径６０−１１０　ＩＭを５０ｗｔ％
以上、好ましくは７０〜９０ｗｔ％、（ｂ）粒径ｌ〜１
０−を５ｗｔ％以上、好ましくは１０〜３０ｗｔ％、お
よび（ｃ）上記粒径以外を２０ｗ　ｔ％以下、好ましく
は１０ｗｔ％以下、更に好ましくは５ｗｔ％以下の配合
は好適とされる。これ以外の二重モード分布、あるいは
三重モード分布等を利用して好ましい気孔の製品を達成
することができる。又、単モード分布でもよいことは勿
論である。一般的に、本発明に用いるγ−Ｃ，Ｓは容易
に微粉末化するので、より緻密な製品を調製するのも容
易である。

セメント組成物の成分の選択に当って、毛管レオメータ
試験を行ない、剪断速度の増大に対して剪断応力が一定
以上増大するものを選択することも有効である（特開昭
５７−１２９８５３号公報参照）。

例えば、試験用組成物を毛管レオメータ中に押出し、そ
の際、試験用組成物の剪断速度を０．１〜５７秒の範囲
内の剪断速度において１０倍に増大させた場合に、試験
用組成物の剪断応力が少な（とも２５％増大するように
、生成物の成分および組成を選択することによって曲げ
強度を増大させることができる。

このような曲げ強度増大手法は、本来、普通の水硬性セ
メント硬化体について提案されたものであるが、本発明
のセメント製品に応用することによって、本発明による
硬化体の曲げ強度を飛躍的に高めることが可能である。

本発明者らは２００ＭＰａ程度は可能であると考えてい
る。同様に、高ヤング係数を達成する手法も提案されて
いる。

次に、本発明のセメント製品に使用するγ−Ｃ，５粉末
ば、純度９９ｗｔ％以上の酸化力ルシウＪ、系、水酸化
カルシウム系および（または）炭酸カルシウム系粉末と
、純度９９−ｔ％以上の酸化珪素系の粉末とをＣａｂ／
Ｓｉｎ、のモル比が１．９０〜２．０５、好ましくは１
．９８になるように混合し、１０００〜１５００°Ｃ３
好ましくは１４００°Ｃの温度で焼成し、室温まで徐冷
して製造することができる。上記のＣａＯ源およびＳｉ
ｎ。

源は焼成条件下でそれぞれＣａＯおよび５ｆＯｚに成る
ような化合物または組成物であり、その化合物または組
成物の純度はとらちも９９ｗ　ｔ％以上のものである。

両者とも、下記の如く、特定成分を一定量以上含有して
はならない。

八２□（ｈ　　　　　　　　　　Ｏ，５讐Ｌ％以下Ｆｅ
ｚＯ３０，１〃 ＭｇＯＯ，５／／ Ｔｉ０ｚ　　　　　　　　　　　Ｏ，２〃Ｂ２０．　　
　　　　　　　　０．３　　　〃ｐ、ｏ、０，３　　５ ＮａｚＯＯ，３” Ｋ、０　　　　　　　　　　０．３　　　”Ａｓ２Ｏ３
０，３′′ ＣａＯ源としては生石灰、消石灰、炭酸カルシウム等、
ＳｉＯ□源としては珪石、珪砂等のほか工業副産物とし
てのシリカ質等がある。

Ｃａ０ｉｉｌＸおよび５ｉｎ２源の粉末は粉末度旧ａｉ
ｎ　１５００ｃｔ／ｇ以上または粒径０．１ｍ以下のも
のを用いる。

焼成後の徐冷に際して、５００″Ｃから室温までを一般
的には１５”Ｃ／分以下、好ましくは１０″Ｃ／分以下
の冷却速度で徐冷する。焼成で生成したＣ、Ｓ相がこの
徐冷によってβからＴの結晶構造へ多形転移し、それに
ともなってＴ−ｃ２ｓの微粉末が得られる。これはβか
らＴへの多形転移にともなって体積膨張が起きるからで
ある。得られるγ−Ｃ２Ｓ粉末は０．５〜１００　ｔｓ
程度（小粒子が多い）の微粉末であり、従ってセメント
粉末として使用するために機械的な粉砕工程を経る必要
がない。このことはｒ　　ＣｚＳ粉末を使用する本発明
のセメント製品の大きな利点をなすもので、これによっ
て大幅なコストの低減が可能である。

ｎ−儒 以下本発明の実施例について説明する。

（例１） 生石灰粉末（粒径０．１　＋ｎ＋ｎ以下）１００重量部
とシリカ質粉末（粒径０．１　ｍｍ以下）５４重量部を
混合した。

いずれの粉末もその不純物は重量基準でＡｊｌ！２０３
０．１０％以下、ＦｅｚＯａ　０．０５％以下、Ｍｇ０
０．２０％以下、ＴｉＯ□０．０５％以下、ＢｚＯｚ　
Ｏ，０２％以下、ｐ２ｏ、、　０．０２％以下、Ｎａｚ
ｏ　０．０５％以下、Ｋ２Ｏ０，０５％以下、Ａ　ｎ　
２０．他０．０２％以下であった。この粉末混合物を電
気炉中で約１４００’ｃにて２時間焼成し、徐冷した。

特に、５００℃から室温までは１０″Ｃ／分の冷却速度
とした。

徐冷後、粒径０．３〜９５廂の白色粉末が得られ、Ｘ線
回折でｒ　　ＣＺＳであることが確認できた。

（例２） 例１で作成したγ−Ｃ２Ｓ粉末（組成はＴ−ｃｚｓが９
８−１％、粉体粒度構成はＢｌａｉｎｅ　１５００ｃＪ
／　ｇ　。

粒径８８声以上０．０４ｗｔ％、６３廂以−ｈｌ、５’
ｈｔ％、４４声。

４．４７ｗｔ％、３０卿以上３０．２８％、２０卿以上
５８．０７％、１５声以上７２．４４％である）１００
重量部に対し、ポリ酢酸ビニル（ケン化度７８．５〜８
１．５％）５重量部、および純水１２重量部を添加し、
ホバートミキサーで予備混合後２木ロールミルで混練し
、シート状に得られたものを更に３０ｋｇ／ｃＴＡで加
圧して１０分間保持し、試験体（厚さ３柵×縦２００柵
×横１５０ｍｍ）を成形した。この試験体を直ちに相対
湿度４５％、温度１００’Ｃに調整した恒温恒湿槽に移
し、１時間熱処理し、硬化せしめた。

硬化の試験体の物性として下記の値が得られた。

但し、曲げ強度は幅５ｃｍ、スパン１０ｃｍの試験体を
用いてインストロン万能試験機で測定した。加熱曲げ強
度は３００°Ｃで１時間保持した後の同様な曲げ強度で
ある。吸水率および長さ変化率は試料を飽水させた後１
０５°Ｃで絶乾してその重量変化および長さ変化からそ
れぞれ求めた。難燃性はＪＩＳＡ１３２１に従って建設
省認定の不燃材料に合格するか否かを調べた。

曲げ強度　　　７５０　ｋｇ／ｃｆ　（７３，５ＭＰａ
）加熱曲げ強度　　　　７１５　ｋｇ／ＣＴＡ吸水率　
　０．５％ 長さ変化率　　　　　０．０５％ 難　燃　性　　　　　不燃材料に合格 （例３） Ｔ　　ＣｚＳ　９５ｗｔ％およびタルク５訂％からなる
セメント粉末１００重量部に対して、ポリアクリルアミ
ド７重量部、純水１５重量部を添加し、以降例２と同様
の手順で混練、成形、熱処理および試験した。結果は次
の通りであった。

曲げ強度　　　６８０　ｋｇ／ｃｔｌ　（６６，６ＭＰ
ａ）加熱曲げ強度　　　　６３５ｋｇ／ＣＴＡ吸水率　
　０．７５％ 長さ変化率　　　　　０．０７％ 難　燃　性　　　　　不燃材料に合格 （例４） 例２と同様な手順で混練および成形したものをポリエチ
レン袋中に密封し、６ケ月間を経た後、開封したところ
セメント組成物の可塑性および機械加工性に支障はなか
った。これを例１と同様に熱処理し、試験したところ、
次の結果を得た。

曲げ強度　　　　７１２　ｋｇ／ｃｆｆｌ　（６９，８
ＭＰａ）加熱曲げ強度　　　　６７９　ｋｇ／ｃイ吸水
率　　０．６％ 長さ変化率　　　　　０．０６％ 難　燃　性　　　　　不燃材料に合格 光刃坏混か果 以上の説明から明らかなように、本発明に依り、従来の
セメント硬化体の大きな欠点であった曲げ強度を大幅に
改良した（５０ＭＰａ以上）セメント硬化体を得ること
ができる。又、この硬化体は低空隙率を達成することが
でき、高ヤング係数、高破壊エネルギーも達成できる。

しかも、従来高面げ強度を達成するとして提案されてい
る水硬性セメント硬化体に見られた耐水性、耐燃性など
において劣るという欠点がなく、実用的な硬化体である
。

又、この硬化体は白色なので美感において優れ、着色も
容易である。更に、このセメント製品に用いるＴ−Ｃ２
Ｓ粉末は機械的粉砕工程を経ることなく微粉末を得るこ
とができるのでコストが低い。

従って、これを用いるセメント硬化体のコストも低減さ
れる。

そして、本発明のセメント硬化体は混練物、又は生成形
品の段階で密封して保存するので、工場で半製品化して
使用者に出荷でき、ユーザーが特別の施設及び熟練を要
しないで使用できる利点がある。

このセメント製品の用途としては、一般建築材料のほか
に、シーリング材、電気材料部品、走行車輛タイヤのリ
ムあるいはホイールキップなどを始めとして、プラスチ
ック、セラミックあるいは非鉄金属材料等の代替素材と
して広範囲の展開が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセメント組成物の硬化体の組織図
、第２図は従来のセメント硬化体の組織図である。 １・・・γ−Ｃ，Ｓ未永和物、 ２・・・充填物、　　　　　　３・・・マトリックス、
４・・・内部水和物、　　　５・・・未水和物、６・・
・外部水和物、　　　　７・・・水酸化カルシウム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、γ−珪酸二カルシウム（γ−Ｃ＿２Ｓ）と任意に混
   合された水硬性化合物よりなる粉末１００重量部に対し
   て、水分散性重合体１〜２０重量部、水５〜２５重量部
   、ならびに任意に細骨材、充填材等を添加し、混練して
   成るセメント組成物であって、かつ未硬化状態で密封保
   存されていることを特徴とするセメント組成物。