JPH0665618B2 - 非膨張・高硬化速度セメント - Google Patents

非膨張・高硬化速度セメント

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JPH0665618B2
JPH0665618B2 JP50424684A JP50424684A JPH0665618B2 JP H0665618 B2 JPH0665618 B2 JP H0665618B2 JP 50424684 A JP50424684 A JP 50424684A JP 50424684 A JP50424684 A JP 50424684A JP H0665618 B2 JPH0665618 B2 JP H0665618B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は壁、天井、床等の建築の際に好適に使用可能な
構造パネルを得るため連続的に注型する水硬性セメン
ト、特に初期には強度が高く、晩期には高温での強度が
高くかつ耐二酸化炭素特性に優れた構造パネルを製造可
能なセメントに関する。
本発明の背景技術を理解するにセメント技術に関して
は、１９６４年４月発行のサイエンテイフイツクアメリ
カンの第８０頁〜第９０頁、１９６４年発行の第２版第
５巻キルク・オースマ（Kirk-Othmer）による化学技術
に関する百科辞典の第684頁〜第710頁、並びに１９７０
年８月発行のＡＣＩジヤーナルの第583頁〜第610頁に説
明されている。セメント配合物の化学式については、セ
メント業界の通例に従い下記の如く略記する。すなわ
ち、 Ｃは酸化カルシウム（CaO）、Ａは酸化アルミニウム（A
l2O3）、Ｈは水（H2O）、は三酸化イオウ（SO3）を夫
々示す。従つて以下に記述するエトリンジヤイト（ettr
ingite）の化学式はC3A(C)3H32となる。
本明細書で使用する用語「水硬性セメント」は水を受け
ると硬化する特性を有するセメント、例えばポルトラン
ドセメント、ポルトランドセメントと高アルミナセメン
トとの混合物、ポルトランドセメントと高炉スラグとの
混合物、および同等の材料を包有するものとする。用語
「コンクリート」は水硬性セメントと凝集体と水との混
合物であり硬化して硬質の物体を形成するものを指す。
又用語「モルタル」は水硬性セメントと細かな凝集体と
水との混合物を指す。
現在強化セメントパネルは周知である。デインケルによ
る米国特許第3,284,980号によれば、気泡コアと、気泡
コアの両側に位置させる高密度の薄い層と、両側の各層
に埋め込まれるフアイバメツシユ層とからなる、前成形
される軽量コンクリートパネルが開示される。この種の
有用なセメントとしてはポルトランドセメント、速硬性
セメント、アルミナセメント、天然セメント等が例示さ
れる。クリアによる米国特許第4,203,788号にはデイン
ケルにより開示されたパネルの連続製造法が開示されて
いる。クリアによれば、未硬化パネルが屈曲する場合各
層が相対的に位置ずれして分離し、パネルの結合性が損
なわれパネルの強度が低下する。従つてクリアによる特
許においては成形、切断および積層作業がすべて未硬化
パネルの屈曲を最小限に押えるよう構成されている。
シユパツクによる米国特許第4,159,361号にはセメント
混合物で作られた非分割の一体コアを備えた強化パネル
構造体が開示されている。この速硬性セメントを使用す
る場合野外においてパネルが約３０分内で硬化され得
る。一方、パネルが初期硬化した後他のパネル上に積層
せしめる、いわゆるパネルの「積層注型構成（stack ca
sting）」によれば、未硬化状態でパネルを処理するこ
とは避ける必要がある。
速硬性セメントおよび初期に高強度を示すセメントは周
知である。スパツクマン等による米国特許第903,019号
においては、２〜２０％のカルシウムアルミナ、１〜３
％の硫酸カルシウムおよび５〜２０％の水和石灰を天然
セメント又は天然セメントとポルトランドセメントとの
混合物に加えると、初期並びに晩期全体にわたり、引張
強さの大きいセメントが得られることが示される。
ミカイロブ等による米国特許第3,775,143号によれば、
６２％のポルトランドセメントと２０％のアルミナセメ
ントと１４％の石膏と４％の石灰とを混合することによ
り、１日経過後の圧縮強さが４９５０psi（３４．１３M
Pa−メガパスカル−）あるいは２８日経過後の圧縮強さ
が６５００psi（４４．８２MPa）のコンクリートが得ら
れることが示される。
一方チヤーベンカ等による米国特許第3,997,353号にお
いては、４５〜７０％のポルトランドセメント、２５〜
４５％のカルシウムアルミナ、５〜２０％の硫酸カルシ
ウムからなるセメントは圧縮強さが２時間以内で、少な
くとも１０００psi（６．９MPa）である。この場合２重
量％のポルトランドセメントより遊離石灰を多用すると
有毒であると考えられている。
デイートス等による米国特許第3,861,929号によれば、
ポルトランド、約２〜１７重量％のポルトランドセメン
トに等しい量のアルシユウアルミナ、およびポルトラン
ドセメントに対するSO3の最適量を越える量の約２〜２
４％のSO3に等しい量の硫酸カルシウムを含む膨張を調
整し得るようなセメントが開示される。即ち実際に使用
する硫酸カルシウムの量が、SO3の最適量が３％となる
場合に、約8.5〜44.2重量％のポルトランドセメントと
なる。このとき７日後の圧縮強さは４３００psi以下で
あつた。
ガラー等による米国特許第4,350,533号においては、高
アルミナセメントと石膏と石灰との混合物からなるセメ
ント配合物が開示されており、水和現象の初期に生じる
エトリンジヤイトの重量がセメント配合物の約４０〜約
６０重量％のペースト分（すなわち水とセメントとの混
合物）に等しいとき、セメント配合物の初期段階の強さ
が最大となる。エトリンジヤイトを生じる水硬セメント
粉末は約１８〜約６５％の高アルミナセメント、約１６
〜約３５％の硫酸カルシウムおよび約3.5〜約8.5％の酸
化カルシウムからなる。酸化カルシウムの組成による
が、このセメントは０〜約６５％のポルトランドセメン
トおよび０〜約8.5％の異種石灰からなる。このセメン
トから作られたコンクリートの初期段階の強さは確実に
高められるが、エトリンジヤイト成分が高いため高温で
不安定となり、二酸化炭素により分解されることにな
る。
エトリンジヤイトを含むコンクリートにおいて二酸化炭
素による分解を防ぎ得る一解決法がアズマ等による米国
特許第4,310,358号に示されている。エトリンジヤイト
先駆物質と、石膏と、ポルトランドセメント、高炉スラ
グおよびポルトランドセメントとスラグの混合物からな
る群から選択されたセメント材とを夫々所定量混合し水
和処理すると、エトリンジヤイト、石膏、エトリンジヤ
イト先駆物質およびセメント材の硬化物質の４成分を組
織物とする生成物が得られる。これにより生じたエトリ
ンジヤイトと乾燥セメント材との重量比は５対１と１対
５との間に、又初期混合物のエトリンジヤイト先駆物質
と石膏との重量比が１０対１と１対１との間にとる必要
がある。アズマ等の上記特許によれば、熟成および硬化
工程はセメント混合物が所定の製品に成形された後４〜
８時間以内に開始する必要がある。熟成温度は約８０℃
（176゜F）〜９０℃（194゜F）であり、上記工程は湿潤雰
囲気内で６〜４８時間、実行される。またアズマ等の上
記特許において、熟成温度が176゜Fより低いとエトリン
ジヤイトが早く生成するので成形品が膨張するが、エト
リンジヤイトの生成速度は194゜F以上の温度では極めて
遅くなる。
しかして水和処理され得、初期段階での強さが大きく、
耐二酸化炭素性が高くかつ高温で安定なセメント生成物
を与える非膨張性の良好な水硬性セメントを提供するこ
とが望まれていた。特にセメントボード業界では特に、
早期に硬化し初期段階での強さが高く、高速連続生産ラ
インによりセメントボードを製造でき、極限強さが高
く、且空気中で二酸化炭素により劣化されず、又建物の
火災時のような高温を受けても劣化しない水硬性セメン
トが望まれていた。
本発明の一目的は水と混合されると硬化し、早期に強度
が充分高くなり得、且分当り約２０〜約150線フイート
の割合でセメントボードを製造可能な水硬性セメントを
提供することにある。
本発明の目的はセメントボードの製造中充分な強さを有
し、セメントの水和処理後、約２０分でセメントボード
を切断処理可能な水硬性セメントを提供することにあ
る。
本発明の他の目的はエトリンジヤイトの生成時間の短縮
を図ることより、早期の強度強化を充分に持たせ得且水
和珪酸カルシウムにより実質的に極限強さに達し得る水
硬性セメントを提供することにある。
本発明の他の目的は初期段階で強度を高くし高温で安定
にされ、且耐二酸化炭素特性の優れた水硬性セメント配
合物を提供することにある。
上記目的および以下の説明から明らかとなる他の目的
は、約65゜F〜約150゜F（約１８℃〜約６６℃）の温度で
水和処理される際水と混合された後約５分〜約２０分以
内に実質的にすべてのエトリンジヤイトが生成され、耐
二酸化炭素性に優れ、高温で安定し且初期段階での強さ
が高く、早期硬化するセメント製品を製造し得る非膨張
性の水硬性セメントを提供することにより達成され、こ
の水硬性セメントは約７２〜約８０％のポルトランドセ
メント、約１４〜約２１％の高アルミナセメント、約3.
5〜約１０％の硫酸カルシウムおよび約0.4〜約0.7％の
水和石灰からなる。
高アルミナセメントには約３６〜４２％のAl2O3が含ま
れる。最も重要な成分はカルシウムアルミナ、主にＣＡ
である。水と混合された後充分に短時間内に高アルミナ
セメントからエトリンジヤイトに変換され、速硬特性を
与えるに必要なアルミナの量は主に混合水の溶液に対し
使用される極めて細かなアルミン酸塩粒子の量によつて
決まる。反応を早めるためアルミン酸塩イオンはセメン
ト混合物の水性相内に存在することが必要である。Ｃ
Ａ，ＣおよびＣＳが反応しエトリンジヤイトを生成する
反応時間は、水性相の連続飽和が低融合温度で生成され
た極めて小さなアルミナ粒子あるいはまた結晶が存在す
ると促進される。このため小量の細かな粒子を含む高ア
ルミナセメントを大量に使用する、又は大量の細かな粒
子を含む高アルミナセメントを小量使用することが望ま
しい。高アルミナセメントを極めて細かく粉砕すると、
大半のアルミナ成分を利用して短時間でエトリンジヤイ
トが生成され得る。高アルミナセメントの表面積はブラ
イン（Blaine）法に従い約3000cm2/g以上、多くの場合4
000cm2/g〜約9000cm2/gにし得る。本発明のセメント粉
末内の高アルミナセメント量は好ましくは約１４〜約１
８％、より好ましくは約１５〜約１７％である。
本発明による水硬性セメント内の硫酸カルシウム量は水
和処理されたエトリンジヤイトが生成される際の制御要
素となる。硫酸カルシウムとしては石膏、半水和物、無
水Ｃ又は合成物Ｃを使用できる。硫酸カルシウムは
水和反応中の反応体の中で最大に溶解され得るので、硫
酸カルシウムの粒度は水和速度にさ程関係しない。従つ
て硫酸カルシウムの実質的に全部が消費される。硫酸カ
ルシウムの量は好ましくは約４〜約８％、より好ましく
は約５〜約７％である。ランドプラスタや微粉末石膏の
ような各種の等級の石膏を使用できるが、純度は最低約
９０％であることが望ましい。
タイプIIIポルトランドセメントを用いることが好まし
い。タイプＩポルトランドセメントも使用できるが中間
段階でのマルタル又はコンクリートの強さが低くなる。
ポルトランドセメントの量は好ましくは約７３〜約７６
％、特に約７４〜約７５％が望ましい。高アルミナセメ
ントの場合のように、ポルトランドセメント、石膏およ
び石灰の各ブライン値は3000〜約9000cm2/gの範囲内に
し得る。ポルトランドのブライン値は約5000〜約6000cm
2/gであることが好ましい。
セメント粉末の好ましい配合物は約0.5〜約0.7％の消石
灰を含む。特に好ましい配合物は実質的に、約74.8％の
タイプIIIポルトランドセメント、約１７％の高アルミ
ナセメント、約7.5％のランドプラスタ（すなわち5.3％
の硫酸カルシウム）および約0.65％の消石灰からなる。
セメントボードがタイル裏材ボードおよび天井パネルの
ような内装材又は床等の下張材に使用される場合、軽量
の凝集材を用いてボードを出来るだけ軽量にし且強度を
充分に保持することが望ましい。高炉スラグ、凝灰石、
軽石のような軽量凝集材、発泡された頁岩、真珠石、ク
レー、およびひる石も本発明のセメント配合物に追加で
きる。発泡ポリスチレンビードも又、発泡剤を用い、硬
化マルタル内に空隙部を与える場合のように極めて有用
である。一方重量セメントボードを作りカーテンウオー
ル等を作ることが望ましい場合本発明のセメント配合物
には、砂、砂利又は他の重量のある凝集材を含ませ得
る。凝集材が密に充填されないようにするため粒度分布
は相対的に広範囲にすべきであるが、セメントボード製
造に使用する凝集材の最大粒度はセメントボードの厚さ
の約1/3にする必要がある。天然凝集材とセメント粉末
との重量比は約0.9対１〜約６対１にでき、セメントボ
ードを製造する場合約３対１以下であることが好まし
い。高炉スラグとセメント粉末との重量比は例えば約１
対１〜約２対１であることが好ましい。
本発明のセメント配合物には水硬性セメントがすなわち
セメントおよびそれから作られる各種コンクリート、モ
ルタルおよびグラウトが含有される。セメント配合物を
混合する際の水とセメント粉末との重量比は約0.25対１
〜約0.8対１、好ましくは約0.3対１〜約0.5対１であ
る。水量は少なくとも一部が各成分の水に対する親和性
およびその表面積により決定される。本発明のセメント
配合物には又フライアツシユ、モンモリロン石族粘土、
珪藻土および軽石のようなポゾラン材が含まれ得、その
量は約２５重量％のセメント粉末と同一に好ましくは約
５〜約２０％にするが好ましい。使用量を決める場合フ
ライアツシユに対しては大量の水が必要となることを考
慮する要がある。
セメントボードを連続的に移動するコンベヤベルト上で
製造する場合のように極めて硬い材料を作るため、実質
的に自己均展性を有し、しかも水とセメントとの比が低
いモルタル又はコンクリートを作ることが望ましい注型
手順をとる場合、水環元剤又は可塑剤を使用することが
好ましい。LOMAR DおよびPROTEX（夫々商標名）として
販売されているナフタリン／ホルムアルデヒド縮合生成
物のスルホン酸の塩化ナトリウムは超可塑剤として知ら
れる。他の超可塑剤として、メラミンおよびホルムアル
デヒドの縮合物により作成されMELMENT（商標名）とし
て販売されている水溶性ポリマが使用できる。
セメントボードを製造する際、本発明の水硬性セメン
ト、水、高炉スラグのような凝集材、モルタルの他の成
分が供給装置により上述した割合で検量され、連続的に
ミキサ内に送入される。混合水の温度は約85゜F〜約140゜
F（３０〜６０℃）でありモルタルのミキサを離れると
きの温度は約65゜F〜110゜F（１８〜４３℃）、好ましく
は約90゜F（３２℃）以上である。
モルタル温度約65゜F〜約150゜Fで混合した後約５〜約２
０分以内でエトリンジヤイトが実質的に完全に生成され
る。モルタルはエトリンジヤイトおよびC3AH6が生成さ
れるため実質的にすべてが混合の瞬間から約９〜約２５
分以内で最終的に硬化される。モルタル配合物から４６
部の混合水を取り出し、夫々100部のエトリンジヤイト
を早期に生成すると、混合水の消費量が多くなりモルタ
ルが固くなる。このためC3AH6の生成に加えモルタルが
早期に硬化される。エトリンジヤイトおよびC3AH6が早
期に生成するのでボードの強さが早期に高くなり、この
ためボードが早期に切断および積層可能となる。積層ボ
ードが硬化する際連続的に熱が発生する。厚さ1/2イン
チ（約1.27cm）のボードが４０枚積層され湿気を保つた
めカバーされ57゜F（１４℃）の外温の室に置かれると、
積層体内の温度が約１５時間で最大203゜F（９６℃）に
達した。一方このようにして発生した熱によりボードの
強さは低減されなかつた。これは、温度が上昇し始める
前にエトリンジヤイトが完全に生成され最大温度で小量
のエトリンジヤイトが分解されるから、ボードの極限強
さが損なわれないためである。
以下説明する実験例ではセメントボード製造に当つて本
発明の水硬性セメントが有効に用いられた。配合成分の
量は特に指定しない限り重量部で示す。
実験例１ ７５部のタイプIIIポルトランドセメント、１９部の高
アルミナセメント、5.5部のランドプラスタ（硫酸カル
シウム3.9部）および0.5部の消石灰を含むセメント粉末
を100部の発泡高炉スラグ、３５部の冷却水および一部
の超可塑剤（Lomor D）と混合し、このモルタルを一辺
２インチの立方体型内に注入した。硬化時間を６２分
（初期段階）および108分（最終段階）にした。２バツ
チ（一方が比較標準用、他方が熱安定性テスト用）の立
方体型内にモルタルを注入した。熱処理用の立方体型を
熱処理開始まで湿潤空気内で室温をもつて保管し、一方
比較標準用の立方体型を圧縮強さテストを受けるまで同
様に保管した。混合水を加えた後１日目、７日目および
２８日目で一方の立方体型を230±9゜F（110±５℃）に
保つた炉内に２４時間置き、次に取り出して室温まで冷
却した。熱処理した立方体型および同じ熟成の比較標準
用立方体型を圧縮強さについてテストした。その結果を
表Ｉに示した。表によれば、熱処理により弱化されず硬
化したモルタルの強さが増加された。
実験例２〜６ 更に本発明の目的を実現し得るような、水硬性セメント
の各成分の配合量を観察するため、上記の実験例１にお
ける各成分の配合量を下記の表IIの如く変更して混合せ
しめ、実験例２〜６としてのモルタルを夫々得た。
混合水およびすべての配合成分は100゜F（３８℃）まで
予め加熱した。初期および最終硬化時間は一組の立方体
型に対し決定した。ASTM C 109-80手順の圧縮強さテス
トに従い破壊される前に、他の組の立方体型を湿潤空気
内で100゜Fをもつて３０分間硬化し、次に表IIIに示す残
りの硬化時間の間73゜F（２３℃）で硬化した。最終組の
立方体型を湿潤空気内で２０時間（100゜Fで３０分間、7
3゜Fで19.5時間）硬化し次に残りの７日間の間73゜Fで水
中に浸漬した。実験例５のモルタルの密度は立方フイー
ト当り130.5ポンド（2.09g/cc）、他のモルタルも同様
な密度を有していた。この硬化時間および圧縮強さを表
IIIに示す。
実験例７ セメントボードを、水とセメント粉末との重量比を0.35
対１にし連続的に混合したモルタルから作つた。このセ
メント粉末を７３重量％のタイプIIIポルトランドセメ
ント、16.6重量％のアルミナセメント、7.3重量％のラ
ンドプラスタ（5.2重量％のＣ）、2.4重量％のクラス
Ｃフライアツシユおよび0.7重量％のCH2で作つた。この
モルタルに又高炉スラグ、超可塑剤、発泡剤、および発
泡ポリスチレンビードを含ませた。連続するパネルを切
断した後、各セメントボードを積層し包んで更に硬化し
た。７日間積層体を硬化し積層体から各サンプルボード
を取り出し２カ月間保管し、次に水蒸気以外、すべて二
酸化炭素からなり73゜Fで相対湿度を９５％の雰囲気を持
つ炭酸ガス飽和チヤンバ内に置いた。二酸化炭素に４週
間さらした後ボードの平均重量が7.2％増加し、破壊係
数はテスト開始前の値の約９５％になつた。２週後炭酸
ガス飽和チヤンバから取り出したボードの耐衝撃性はテ
スト開始前の値の７３％になつた。４週間さらしたボー
ドの耐衝撃性は測定しなかつた。
本発明は数実験例に沿つて説明したが、本発明は添付の
特許請求の範囲の技術的思想に含まれる設計変更を包有
することは理解されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエツブ，ポール クリステイアン アメリカ合衆国 イリノイ州 60046 レ ーク ビラ ノース ハイウエイ 45, 36493 (56)参考文献 特開 昭56−67249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−97217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−71123（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】実質的に72〜80重量％のポルトランドセメ
    ント、実質的に14〜21重量％の高アルミナセメント、実
    質的に3.5〜10重量％の硫酸カルシウムおよび実質的に
    0.4〜0.7重量％の水和石灰からなり、高温で安定で初期
    の強さが高く耐二酸化炭素性の高いセメント生成物を作
    るための非膨張性でエトリンジヤイトを生成する水硬性
    セメント。
  2. 【請求項２】ポルトランドセメントが実質的に73〜76％
    であり、高アルミナセメントが実質的に14〜18％であ
    り、硫酸カルシウムが実質的に４〜８％であり、水和石
    灰が実質的に0.5〜0.7％である特許請求の範囲第１項記
    載の水硬性セメント。
  3. 【請求項３】ポルトランドセメントが実質的に74〜75％
    であり、高アルミナセメントが実質的に15〜17％であ
    り、硫酸カルシウムが実質的に５〜７％であり、水和石
    灰が実質的に0.5〜0.7％である特許請求の範囲第１項記
    載の水硬性セメント。
  4. 【請求項４】ポルトランドセメントが実質的に74.8％で
    あり、高アルミナセメントが実質的に17％であり、硫酸
    カルシウムが実質的に5.3％であり、水和石灰が実質的
    に0.65％である特許請求の範囲第１項記載の水硬性セメ
    ント。
  5. 【請求項５】ポルトランドセメントがタイプIIIポルト
    ランドセメントである特許請求の範囲第１項記載の水硬
    性セメント。
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