JPS5836981A - 水硬性を有する含繊維耐熱組成物およびこれよりなるプレモ−ルド品 - 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】 本発明は水硬性を有する合繊維耐熱組成物およびこれよ
りなるプレモールド品に関するものである。さらに詳し
くいえば、水硬性セメントを結合剤として用い、織締の
添加によって強度を補強しζ耐熱性に優れた水硬性を有
する合繊維耐熱組成物およびこれよりなるプレモールド
品に関するものである。

ポルトランドセメントが発明されてから現在に至るまで
に、コンクリートは膨大な量が使用され、人類の生活必
需物質となっていると言っても過言では無い。しかし、
コンクリートには脆いという欠点がある。つまり、コン
クリートは脆性であり、エネルギーの吸収能が小さく、
その為に衝撃に対する抵抗力が小さく、破損、欠壊を生
じ易い。コンクリートはこのような本質的な欠陥を有す
るが故に、自ら使用範囲の限定を受けてきた。そして欠
陥を改善する為に、材料・調合・混和剤・製造方法・打
設方法・養生方法などの要因について研究がなされたが
、いずれも飛躍的に靭性を高める手段にはなり得なかっ
た。

コンクリートの様な脆性材料に繊維状物質を混入すると
いう考え方は古くから見られ、２０世紀に入っても織締
強化コンクリートに関する種々の特許が出されている。

コンクリートに繊維を混入する効果としては、ひびわれ
抵抗性の向上、変形に対する抵抗性の向上、せん断強度
の増加、耐衝撃性の向上、疲労強度の増加、耐摩耗性の
向上などが確かめられている。つまり、繊維強化コンク
リートは、従来のコンクリートの欠陥であった脆さを解
消したものである。

しかし、この繊維強化コンクリートも耐熱性という点で
は、従来のコンクリートと同様に不充分である。何故な
らば、使用しているセメントの主成分が３ＣＡＯ・Ｓ、
Ｏ’２および２巳Ｏ・＆０２であり、水粕反応によって
珪酸カルシウムの水和物と共に遊離した水酸化カルシウ
ムを多量に遊離する。

この水酸化カルシウムは空気中の炭酸ガスと反応して炭
酸カルシウムを生成するが、炭酸化に伴って体積収縮を
伴う為に空隙が増加して強度の劣化を来たす。更６ミ炭
敵カルシウムは約６００℃で脱炭酸反２応を起して酸化
カルシウムとなる。

又、水酸化カルシウムは４５０℃以上の温度で脱水反応
により酸化カルシウムを生成する。こうし空気中の水分
と反応して水酸化カルシウムを生成する。この反応は同
時に体積膨張を伴う為に１裂の発生や強度の劣化を来た
す。

従って、繊維強化コンクリートが従来のコンクリートと
同じく、３ＣａＯ−８，Ｏｚおよび２巳０８１０２を主
成分とするセメントを使用しているものであるから、コ
ンクリート本来の耐熱性の欠陥はまぬがれない。

一方、耐熱性を有するセメントとしてはアルミナセメン
トが一般に用いられている。アルミナセメントを用いた
コンクリートについても、繊維による強化の効果として
は曲げ強度の増加、耐衝撃性の向上、ひびわれ抵抗性の
向上、耐摩耗性の向上などが確かめられている。しかし
、アルミナセメントは低温領′域において水和物の結晶
変態に伴う著しい強度劣化を生ずる欠点があり、更に非
常に高価であるため汎用には不向きであった。

本発明者等は、繊維強化コンクリートの耐熱性の障害と
なっている要因について研究を進めた結果、遂に本発明
をなすに至ったものである。

水硬性セメント例えばポルトランドセメントの耐熱性の
欠陥はその水和反応により生成する遊離した水酸化カル
シウムに原因があり、これを捕捉し、水酸化カルシウム
の前記のような悪影響を防ぐ着想は公知である。その方
法として、従来コンクリート分野においては、数々の混
和剤、例えば可溶白土、フライアッシュ、高炉水滓等を
添加して行っていた。しかしながら、これらの混和剤は
いずれも長期的に徐々に反応して行くタイプのものであ
って、反応速度が極めて遅く、コンクリートにおいては
使用できるとしても、耐熱の分野においては、施工され
てから昇温および使用に至るまでの期間が短い為にこれ
らのものでは満足な結果が得られなかった。

そこで、゛本発明者等は研究を進めた結果、水酸化カル
シウムとの反応性の向上という観点から、シリカ粒子の
表面活性及び粒度に着目し、種々検討した結果超微粒状
無定形シリ□力が著しい効果を示すことを見い出した。

そして、水硬性セメント関〜匍重量部に対し、この超微
粒状無定形シリカを１０〜５０部の使用が最も有効であ
ることを見出した。更に、これらの混合物５〜７０重量
部に対し、ｍ綾状物質０．１〜３０重量部の使用が靭性
の付与等に最適であることを見出した。

本発明は水硬性セメ゛ント５０〜９０重量部、超微粒状
無定形シリカ１０〜５０重量部、分散剤０．１〜３重量
部よりなる混合物５〜７０重量部と耐熱骨材３０〜９５
重量部および繊維状物質０．１〜３０重量部よりなるこ
とを特徴とする安価にして靭性に富んだ水硬性を有する
耐熱組成物並びに、この組成物よりなるプレモールド品
に関する。

本発明に使用する水硬性セメントとしては普通ポルトラ
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、高炉セメント、フライ７ツシユセメ
ント、耐酸セメント、白色セメント、低熱セメント、耐
硫酸塩セメント等のいずれのものでもよい。

一゛また、超微粒状無定形シリカは一次粒子として０、
０１μ〜３μの無定形シリカが好適であり、その添加量
は水硬性セメント５０〜９０重量部に対し、１０〜５０
重量部の範囲で使用され、−好ましくは１５〜４０重量
部である。そして、１０重量部未満ではその効果が小さ
く、又５０重量部を越えると効果は変らないが、焼成収
縮が大となり容積安定性が劣化する。

本発明で使用する分散剤は、セメントの分散のために用
いる。分散剤としては、リグニンスルホン酸塩、オキシ
カルボン酸塩、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物
等があるが、特にアルキルスルホン酸のアルカリ金属塩
またはアンモニウム塩、アルキルアリルスルホン酸のア
ルカリ金属塩またはアンモニウム塩等が好適である。

分散剤の添加量はセメント５０〜９０重量部に対し、０
．１〜３重量部の範囲である。０．１重量部未満ではセ
メントの分散性と減水性が悪く、３重量部を越えると分
散剤の種類によって分散性と減水性を低下するかまた、
効果は変わらないが高価になることや品質面に悪影響を
及ぼす。本発明において、分散剤を添加することによっ
て、水硬性セメントを均一に分散させるため、セメント
量を少量に抑えることができるとともに、その減水効果
で水のセメント比を下げることによりマトリックス部の
耐熱性、容積安定性ならびに高強度化が図られる。

また、この分散剤は共存する超微粒状無定形シリカを高
度に分散化し、セメント粒子のキャリヤーとなりセメン
（のより一層の均一分散化、減水化の副次的効果も得ら
れる。

上記の水硬性セメント、超微粒状無定形シリカおよび分
散剤の混合物と共に用いられる耐熱骨材は珪石、ロー石
、シャモット、シリマナイト、カイヤナイト、アンダリ
エーサイト、合成ムライト、ボーキサイト、焼成パン土
頁岩、焼成アルミナ、ｔｏｙルミナ、炭化珪素、窒化珪
素、ジルコン、ジルコニア、マグネシア、スピネル、石
灰石、生ドロマイト、フォールステライト、クロム鉄鉱
、これらの１種または２種以上を組合せたものを原料と
した使用済れんが、れんが屑、砂岩、頁岩、玄武岩、安
山岩、流紋岩、花崗岩、閃緑岩、蛇紋岩、粘板岩等の砕
石、いわゆる砂利、海砂、川砂、山砂、鉱滓バラス等を
１種又は２種以上組合せて用いることができる。　　　
　− この耐熱骨材と前記水硬性セメント、超微粒状無定形シ
リカおよび分散剤の混合物との配合比は、目的とする組
成物の強度、耐熱性によって適宜選択できる゛が、５〜
７０’重量部対３０〜９５重量部の範囲である。混合物
の量が５重量部未満の場合は強度が低下し、７０部を越
えると耐熱性、容積安定性が低下する。

本発明に用いられる繊維状物質としては、有機質天然繊
維、無機質天然繊維、有機質合成繊維、スチールファイ
バー、ステンレスファイバー、セラミックファイバー、
鉱滓ファイバー、カーボンファイバー、炭化珪素繊維、
ガラス繊維等が用いられる。有機質天然繊維は無機質天
然繊維と比較して、耐熱ｉが低いという欠点を有するが
、靭性の改善には効果がある。有機質合成繊維としては
、ポリエチレン系繊維、ポリアミド系繊維、ポリプロピ
レン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリビニル系繊維等
があり、これらは軟化点が低いために耐熱組成物の使用
可能温度を一制限する。有機質合成繊維を使用すること
によって、他の繊維では得られない高い靭性な得ること
が可能となる。

無機質天然繊維の代表的なものとしては石綿がある。石
綿は耐熱性も高く、石綿で補強された組成物は高い曲げ
強度を有する。

スチールファイバー、ステンレスファイバー等の鋼繊維
は、最も汎用的に用いられている。価格の面ではスチー
ルファイバーが有利であり、耐熱性の面ではステンレス
ファイバーが有利であることから、スチールファイバー
は土木、建築用として、又、ステンレスファイバーは耐
熱分野で多く使用されている。鋼織締を使用することに
よって、優れたひびわれ抵抗性、変形抵抗性、せん断強
度、耐摩耗性等を得ることが可能どなる。

鉱滓ファイバーは、繊維自身の引張強度は低いが、耐熱
性が高いこと、および比較的安価であることが有利であ
る。

カーボンファイバーは高い弾性率を有するために、カー
ボンファイバー強化組成物の曲げ強度は著しく高い。

セラミックファイバーとしては、アルミナ・シリカ系、
アルミナ系、ジルコニア系等がある。これらは、炭化珪
素繊維と同様に、耐熱性に優れている。ガラス繊維を使
用した繊組強化組成物は、ひびわれ抵抗性に優れている
。

一般的に、構造用材料へのガラス繊維の適用は、ガラス
がセメントのアルカリによって侵食されることから、問
題となっていた。これを解決する為には、ガラス成分に
大量のジルコニアを加えるか、または普通の組成のガラ
ス繊維の表面を合成樹脂によってコーティングするなど
の方法が必要である。本発明組成物はガラス繊維に対す
る侵食力が弱い為、３耐アルカリ性を付与したガラス繊
維に限らず、普通の組成のガラス繊維をも使用すること
が可能である。当然の事ではあるが、普通のガラス繊維
を使用したｗｋ雑強化耐熱組成物は、耐アルカリ性を付
与したガラス繊維を使用したものより極めて安価となる
ので、その意義は大きい。

これらの繊維状物質は前記耐火膏剤および前記水硬性セ
メント、超微粒状無定形シリカ、分散剤の混合物と０．
１−３０重量部対３０〜９５重量部対５〜７０重量部の
範囲で使用される。繊維状物質の量が０．１重量部未満
の場合には靭性が低く、□□□重量部を越えると効果は
変わらないが高価になることや、むしろ品質が低下する
。

本発明は現在コンクリートおよび繊維強化コンクリート
が使用されている土木、建築分野のみならず、アルミナ
セメントを使用している耐熱分野にまで適用が可能であ
り、安価で強度劣化が無く、耐熱性が高く、靭性に富ん
だ含繊帷耐熱組成物を提供することが出来る。

本発明の水硬性を有する合繊維耐熱組成物の施工方法は
、本発明の組成物に適量の水を加え、従来のコンクリー
ト、キャスタブルと同様に自然流動流し込み、振動流し
込み、振動成形、吹付、圧入、こて塗り、投射、ラミン
グ等により施工することができる０本発明の組成物は上
記のような直接施工法ではなく、プレモード品を得るこ
とができる。このプにモード品の成形方法は、前記本発
明の水硬性を有する含繊繕耐熱組成物に適量の水を加え
、従来のコンクリート、キャスタブルと同様に自然流動
流し込み、振動流し込み、振動成形、吹付け、圧入、ご
て塗り、投射、ラミング等の適宜な手段で、所定の形状
と大きさの型枠に充填する。また、パイプ形状の場合は
、高速度で回転させて、遠心力による成形も可能である
。硬化後、脱枠してプレモード品とする。かくして得ら
れたプレモード品は養生を行い製品とするが、本発明の
組成物を用いたプレモード品は、自然養生によっても遊
離石灰が超微粒状シリカによって捕捉されるので、蒸気
、オートクレーブ等による養生を用いる必要がなく、プ
レモード品として適している。

本発明の組成物又はその組成物より成るプレモード品は
、製鉄業界において、高炉関係で基礎、シャフト部、防
熱板、環状管、鋳床、樋カバー、鉱滓処理場の床、隔壁
、熱風炉関係で基礎、送風支管、熱風管、コークス炉関
係で基礎、本体煙道、ドア、コークワーフ、ドライクエ
ンチングのクーリングチャンバー、コークス炉上、コー
クガイトッド台車、ＣＣＪ！礎、加熱炉、均　熱炉□、
焼鈍炉等の熱処理炉の基礎、内張り、外張り、煙道、煙
突、圧延場の作業床、更に・非鉄、化学関係の同様の場
所、セメント、セラミックス業界、更には焼却炉、原子
炉、ロケット発射台等にも用いること　　　−ができる
、さらに、その他１３００℃以下での場所に使用するこ
とができる。

次に本発明の実施例をあげて、本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるも
のではない。

実施例１ 普通ポルトランドセメント８０１ｉ量部、無定形シリカ
フラワー加重量部、アルキルアリルスルホン酸ナトリウ
ム（外掛）　１重量部を混合した。この混合物１５重量
部に対し、粒子径が５鶴以下のシャモ・ノドを８５重量
部とスチールファイバー５重量部を混合したものに１１
重量部の水を加えて混練し、本発明組成物（１）を製造
した。比較のために、アルミナセメント１５重量部に対
し、粒子径が５ｆｉ以下のシ中モットを８５重量部とス
チールフッイノイー５重量部を混合したものに１２重量
部の水を加えて混練し、比較例（１）を製造した。

本発明組成物（１）および比較例（１１の曲げ強さ、圧
縮強さ、嵩比重、線変化率を測定した結果を表１に示す
。また使用したスチールファイノイーの品質を表２に示
す。

表１ 実施例３ 普通ポルトランドセメント７０重量部、無定形シリカフ
ラワー３０重量部、マイティ１ｏＯ（花王石ケン（株）
製分散剤）（外掛）１．５重量部を混合し、この混合物
１０重量部に対し、粒子径が５鶴以下のンヤモソトを８
６重量部、フライアラシミ４重１１１およびスチールフ
ァイバー５重量部を混合し、１１重量部の水を加えて混
練し、本発明組成物（３）を製造した。比較のため、普
通ポルトランドセメント１４重量部および粒子径が５鶴
以下のシャモットを８６　ｉｌｌ　１部を混合し、１１
．５重量部の水を加えて混練し、比較例（３）を製造し
た。さらに比較例（３）にスチールファイバー５重量部
を混合し、１２重量部の水を加えて混練し、比較例（４
）を製造した。

本発明組成物（３）、比較例（３）および（４）のスポ
ーリング試験を行なった。試験の方法は、形状２３０×
＋２０Ｘ６５ｗ（Ｄ試料を１１０℃テ２０時間乾燥し、
１２００℃に保持した電気炉中に最長辺の１／３だけ挿
入する。そのまま１５分間加熱したら電気炉から引き表
４ 実施例４ 普通ポルトランドセメン）７０重量部、無定形シリカフ
ラワー３０重量部、マイティ１００（花王石ケン（株）
製分散剤）（外掛）１．５重１部を混合しこの混合物１
０重量部に対し、粒子径が５鶴以下のシャモットを８６
重量部、７９４７７２．４重量部およびガラス繊維４重
量部を混合し、１１重量部の水を加えて混練し、本発明
組成物（４）を製造した。

使用したガラス繊維の形状と組成を表５に示す。

本発明組成物（４）は、水中養生７日後の状態、および
５００℃で３時間焼成後の状態を調べたところ。

何ら異常は認められなかった。

実施例５ 普通ポルトランドセメント８０重量部、無定形ンリカフ
ラワー加重量部、アルキルアリルスルホン酸ナトリウム
（外掛）１重量部を混合し、この混合物１５重量部に対
し、粒子径５ｖｕａ以下のシャモットを３５重量部とス
チールファイバー５重量部を混合したものに１１重量部
の水を加えて混練し、この組成物を１０００　Ｘ　１０
００　Ｘ　３００ｆｌの枠組に流し込み、ブロックを形
成させ、これを室温で７日間養生してプレモールド品と
した。この物は８００℃で加時代理人　伊東寸志（ほか
１名） 手続補正書 特許庁長官　　若杉　和　夫殿 １、事件の表示 昭和５６年　特許願　第１２７９０３号事件との関係　
　特許出願人 住所 ４、代理人 氏名　（５６５０）弁理士伊東９忠 ５、補正命令の日付　　　　昭和　　年　　月　　日７
、補正の内容 （１）　　明細書４頁１９行、５頁１６行Ｆ等」を削除
。

（２）同７頁９行「酸塩」の次に「、」を挿入。

（３）同７頁１３行「セメント」を「水硬性セメント」
と訂正。

（４）　　同７頁１６行〜１７行「分散剤・・・また、
」を削除。

（５）同８頁９行「耐熱骨材」を「耐熱性骨材」と訂正
。

（６）同８頁１９行「いわゆる」を削除。

（７）同９頁２行「この耐熱骨材と」を削除。

（８）同９頁３行「・・・混合物と」の次に［前記耐熱
性骨材とＪを挿入。

（９）同１１頁１９行「耐火膏剤」を「耐火性骨材」と
訂正。

（１１）　　同１２頁１８行「・・・工法」の次に「だ
け」を挿入。

（１２）　　同１３頁９行「自然」を「気乾」に訂正。

（１３）　　同１４頁２行「レンゲ」を「レンガ」と訂
正。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　水硬性セメン）５０〜（資）重量部、超微粒状無
   定形シリカ１０〜５０重量部、分散剤０．１〜３重量部
   よりなる混合物５〜７０重量部と耐熱性骨材頷〜δ重量
   部および繊維状物質０．１〜３０重量部よりなるここと
   を特徴とする水硬性を有する含繊帷耐熱組成物。 ２、　水硬性セメント５０〜９０重量部、超微粒状無定
   形シリカ１０〜５０重量部、分散剤０．１〜３重量部よ
   りなる混合物５〜７０重量部と耐熱性骨材３０〜９５１
   ｉ［９部および繊維状物質０．１〜３０重量部よりなる
   水硬性を有する合繊維耐熱組成物よりなることを特徴と
   するプレモールド品。