JPH0565461B2

JPH0565461B2 -

Info

Publication number: JPH0565461B2
Application number: JP90243886A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Takagi; Norio Yokota; Shohei Sato; Toshihiro Nishi
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1993-09-17
Also published as: DE3419278A1; FR2546876B1; US4560413A; KR900005509B1; FR2546876A1; GB8413147D0; GB2140795A; GB2140795B; JPS59223261A; KR840008790A; JPH03131558A; JPH0476944B1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はセメント組成物に係る。

従来技術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ト組成
物をこ硬化して得られる製品の曲げ強化は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つ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つ
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。

発明の目的本発明は、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提供
することを目的とする。

発明の構成本考案は、γ−C₂Ｓ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すセメント
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つて可
塑性を失わないまま保存することが可能であり、
従つて、上記セメント組成物をそのまま製品素材
として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。

発明の構成の具体的説明本発明ではセメント粒子としてγ−C₂Ｓを用
いる。従来、γ−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、γ−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
至つた。

この硬化体の特徴としては、γ−C₂Ｓの初期
水和物であるトベルモライト類似水和生成物
（CSH）ゲルの極微量が硬化体のマトリツクスを
形成していることならびにそれが重合体によつて
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、かつ変形が少なひ、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
の硬化体の内部組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CSHゲル
と重合体の混合物がマトリツクス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
とによつ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、一般的には、γ−C₂Ｓとの合計重量の
内割で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と混合すればよ
く、例えば、ポルトランドセメント、混合ポルト
ランドセメント（高炉セメント、フライフツシユ
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エルセメン
トなどもよい。特に、アルミナセメントはそれ自
体高曲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γ−C₂Ｓ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アクリルアミドの
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
ンオキシド誘導体；ポリアルコキシ誘導体；リグ
ノスルフオネートおよびフルフオン化ナフタレン
塩などのスルフオン基含有重合体；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−C₂Ｓ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重合部添加する。

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
mm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、フライアツシ
ユ、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γ−C₂Ｓ粉末が白色であること
から美感的に優れた白色であり、従つてまた、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つて
は、γ−C₂Ｓ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
よつ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本スクリユー
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、ロツド状、
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た後直
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。密閉保存方法は語句に
限定されない。こうして、密閉保存したものは、
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℃、好ましくは80〜150℃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
つて普通の条件下では水硬性を示さないγ−C₂
Ｓ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100μｍ、または
50μｍ、または15μｍを越える気孔によつて占め
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つてできる。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、二モード分布とし
て、(a)粒径60〜110μｍを50wt％以上、好ましく
は70〜90wt％、(b)粒径１〜10μｍを5wt％以上、
好ましくは10〜30wt％、および(c)上記粒径以外
を20wt％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−C₂Ｓ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つて、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〜
５／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くと
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つ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
よつて、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−
C₂Ｓ粉末は、純度99wt％以上の酸化カルシウム
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99wt％以上の酸化珪素
系の粉末とをCaO／SiO₂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
℃、好ましくは1400℃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SiO₂源は焼成条件下でそれぞれCaOおよび
SiO₂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どらちも99wt
％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。

Al₂O₃ 0.5wt％以下 Fe₂O₃ 0.1 〃 MgO 0.5 〃 TiO₂ 0.2 〃 B₂O₃ 0.3 〃 P₂O₅ 0.3 〃 Na₂Ｏ 0.3 〃 K₂Ｏ 0.3 〃 As₂O₅ 0.3 〃 CaO源としては生石灰、消石灰、炭酸カルシウ
ム等、SiO₂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。

CaO源およびSiO₂源の粉末は粉末度Blain1500
cm²／ｇ以上または粒径0.1mm以下のものを用いる。
焼成後の徐冷に際して、500℃から室温までを一
般的には15℃／分以下、好ましくは10℃／分以下
の冷却速度で徐冷する。焼成で生成したC₂Ｓ相
がこの徐冷によつてβからγの結晶構造へ多形転
移し、それにともなつてγ−C₂Ｓの微粉末が得
られる。これはβからγへの多形転移にともなつ
て体積膨張が起きるからである。得られるγ−
C₂Ｓ粉末は0.5〜100μｍ程度（小粒子が多い）の
微粉末であり、従つ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γ−C₂Ｓ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、これによつ
て大幅なコストの低減が可能である。

実施例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0.1mm以下）100重量部とシリ
カ質粉末（粒径0.1mm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Al₂O₃
0.10％以下、Fe₂O₃0.05％以下、MgO0.20％以下、
TiO₂0.05％以下、B₂O₃0.02％以下、P₂O₅0.02％
以下、Na₂O0.05％以下、K₂O0.05％以下、Al₂O₃
他0.02％以下であつた。この粉末混合物を電気炉
中で約1400℃にて２時間焼成し、徐冷した。特
に、500℃から室温までに10℃／分の冷却速度と
した。

徐冷後、粒径0.3〜95μｍの白色粉末が得られ、
Ｘ線回折でγ−C₂Ｓ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γ−C₂
Ｓが98wt％，粉体粒度構成はBlaine1500cm²／ｇ、
粒径88μｍ以上0.04wt％、63μｍ以上1.57wt％、
44μｍ，4.47wt％、30μｍ以上30.28％、20μｍ以上
58.07％、15μｍ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78.5〜81.5％）
５重量部、および純粋12重量部を添加し、ホバー
ドミキサーで予備混合後２本ロールミルで混練
し、シート状に得られたものを更に30Kg／cm²で加
圧して10分間保持し、試験体（厚さ３mm×縦200
mm×横150mm）を成形した。この試験体を直ちに
相対湿度45％、温度100℃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℃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105℃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
JIS A1321に従つて建設省設定の不燃材料に合格
するか否かを調べた。

曲げ強度 750Kg／cm²（73.5MPa）加熱曲げ強度 715Kg／cm² 吸水率 0.5％長さ変化率 0.05％難燃性不燃材料に合格（例３） γ−C₂S95wt％およびタルク5wt％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、純粋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つた。

曲げ強度 680Kg／cm²（66.6MPa）加熱曲げ強度 635Kg／cm² 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つた。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 712Kg／cm²（69.8MPa）加熱曲げ強度 679Kg／cm² 吸水率 0.6％長さ変化率 0.06％難燃性不燃材料に合格発明の効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つた
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〓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
来高曲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γ−C₂Ｓ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。従つて、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い出荷でき、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
車輌タイヤのリムあるいはホイールキツプなどを
始めとして、プラスチツク、セラミツクあるいは
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−C₂Ｓ未水和物、２……充填物、３
……マトリツクス、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

【特許請求の範囲】

１ γ−珪酸二カルシウム（γ−C₂Ｓ）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つて、
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。