JPS61281056A - セメント製品の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメント製品の製造方法、とりわけ耐候性、耐
摩耗性および耐薬品性に優れた施釉面を有する旋釉セメ
ント製品の製造を可能にするようなセメント製品の製造
方法に係る。

〔従来の技術〕

従来、セメント製品に表面仕上げをする必要があるとき
は塗装仕上げによるのが通常であった。

しかし塗料は耐候性、耐摩耗性或いは耐薬品性において
劣るため、期間を経るにつれてセメント製品の塗装面が
変褪色し却って美観上問題を生じることがある。

そこでこのような問題を解決するためセメント製品の表
面を施釉仕上げする方法が提案されている。即ち、型枠
に流し込む方法によってセメント混練物を所望形状に成
形し水和硬化させることにより得られたセメント硬化物
にリン酸系のフリット釉を施した後、６５０℃以下の低
温で焼成して前記釉薬をセメント硬化物の表面に融着さ
せるようにする方法がそれである。〔例えば、イー・ド
ーパ−、デー・エヌ・クルツク、エム・ジュー・ムレ−
「施釉コンクリート」（建築技術、隘２３Ｂ、　１９７
１年６月号、１５７〜１６１頁）等参照〕〔発明が解決
しようとする問題点〕 従来のセメント製品の表面の施釉仕上げ方法が、リン酸
系のフリット釉を用い、６５０℃以下の低温で焼成を行
なう理由は、例えばポルトランド系のセメント製品を高
温で加熱した場合には、珪酸石灰の水和により生じたＣ
ａ　（ＯＨ）　ｚがＣａＯとＨｔＯに分解し、このとき
セメント製品の内部に収縮変化が起こるため製品の機械
的強度が著るしく劣化するからである。〔例えば、前掲
「施釉コンクリート」１５７頁右欄；原田有・酒井亨「
耐熱コンクリートについて」　（雑誌　工業と製品１１
ｈ５０第１１９頁右欄；若林明「アルミナセメント硬化
体の高温性状について」　（窯業協会誌６９（２１１９
６１第２８頁）参照〕。アルミナ系のセメント製品にお
いて劣化現象を生じる化学的な理由は別であるが、高温
加熱により機械的強度の劣化が起きることはアルミナ系
のセメント製品でも同様である。そこでセメント製品を
施釉仕上げするときには低温で溶融するリン酸系のフリ
ット釉を使用する必要があるのである。

しかし上記リン酸系の釉薬は、通常使用されている釉薬
に比べると耐候性、耐摩耗性、耐薬品性において劣るば
かりでなく非常に高価であり、更に製品の出来ばえも良
くないという欠点があるため、前記の従来の方法は余り
実用的ではなかった。

ｃ問題点を解決するための手段〕 そこで、我々は上記の問題点を解決すべく鋭意研究した
結果、主原料としてのセメントと骨材と水に必要に応じ
て補強材、混和材を加えた原料を混練し、得られるセメ
ント混練物を加圧成形し、その成形体を予備的に水和硬
化した後、６５０〜１０００℃の温度で焼成し、その焼
成体を充分に水和粘土鉱物、石灰、雲母および沸石類の
含有量が夫々単独で９重量％以下、合計で２０重量％以
下であり、かつ下記化学組成； Ｓｉ０□　　　　　　　　　４０〜８０重量％Ａｌｚ０
３　　　　　　　　１０〜２２重量％ＣａＯ＋　ＫｚＯ
＋　ＮａｚＯ２〜２０重景％燃焼損失　　　　　　　　
３．５重量％以下を有する骨材を用いることによって、 上記の如き従来の技術の問題点を解決することができる
ことを見い出し、本発明を完成するに到った。

この方法では、セメント製品の本来的な水和硬化工程に
先立って焼成工程を行なうことにより、焼成工程におけ
る前に述べたような機械的強度の劣化という問題が解決
される。焼成工程でセメント組織が破壊されてもその後
の水和硬化により強度が回復するからである。その結果
、このセメント製品の製造方法では、溶融温度が６５０
℃より高い普通の釉薬を使用することが可能になり、安
価でかつ耐候性、耐摩耗性、耐薬品性に優れた施釉面を
有するセメント製品が得られた。但し、焼成工程後に水
和硬化を行なっても、用いる骨材の種類によっては、強
度回復の効果が発揮されないことが見られた。そこで、
我々はさらに鋭意研究を行ない、前記の如き鉱物組成お
よび化学組成を有する骨材を用いれば、強度回復の効果
が発揮されることを究明した。

本発明に用いるセメントはポルトランドセメント、アル
ミナセメント、混合セメント等のいずれでもよい。

本発明に用いる骨材は、結晶質（鉱物質）と非晶質から
構成され、結晶質では長石、石英またはムライトが主鉱
物を成し、かつ粘土鉱物、石灰、雲母および沸石類の含
有量が夫々単独で９重量％以下、合計で２０重量％以下
でなければならず、また結晶質と非晶質からなる全体の
化学組成において Ｓｉ０．　　　　　　　　　４０〜８０重量％Ａ１１ｂ
ｉ　　　　　　　　　１０〜２２重景％ＣａＯ＋　Ｋ２
Ｏ＋ＮａｚＯ２〜２０重量％燃焼損失　　　　　　　　
３，５重量％以下の条件を満たすものでなければならな
い。

骨材のこれらの要件は、基本的に、骨材が焼成工程にお
いて急激な膨張あるいは収縮を示さず、その後の再養生
工程でセメント製品の強度の回復を許容するために必要
なものである。そのために、骨材は、主として石英、長
石、ムライト、等の鉱物（結晶質）と非晶質とから構成
され、かつ上記化学組成の条件を満たすべきである。化
学組成において５ｉＯ２Ｏ量が多いが、Ｓｉｎｇは非晶
質として含まれるときにはあまり問題はないが、石英と
して過剰に含まれると、石英は５７３℃で急激な熱膨張
収縮を起こすので不適当である。一方、粘土鉱物、雲母
、沸石類は焼成時に水を放出してその結晶構造が破壊さ
れて最終セメント製品の強度低下をきたし、また石灰（
ＣａＣＯ，）は焼成時にＣＯ，を放出してＣａＯになり
、再養生時に水と反応してＣａ　（ＯＨ）　２になり、
膨潤してセメント素地を破壊するので、これらの影響を
小さくするためにこれらの含有量は上記の範囲内でなけ
ればならない。

このような条件を満たし本発明において骨材として用い
ることができる骨材の例を下記表に示す。

表 上記表に例示した骨材では、磁器質シャモット、安山岩
、玄武岩は熱膨張収縮が小さいので問題ないが、硬質砂
岩は熱膨張収縮がやや大きいので一応問題である。硬質
砂岩は５７３℃で急激な熱膨張収縮を示す石英が多重に
含まれているからである。

（磁器質シャモットも５ｉＯｚを多量に含んでいるが、
その多くは非晶質として含有されており、その熱膨張収
縮は小さいので問題ではない。）そこで、硬質砂岩を骨
材として用いる場合には、同時にメチルセルロース（Ｍ
Ｃ）とアスベストを混入することによって、骨材（硬質
砂岩）の間にＭＣとアスベストを介在させ、一種の緩衝
作用をもたせるようにするとよい。

用いる骨材の粒径はセメント製品の寸法に依存するが、
例えば、１０〜１２１ｍの肉厚のセメント製品では、一
般的に、２．５　ｗ以下である。セメント製品の厚さが
増せば、骨材の粒径もさらに大きくすることができる。

出発主原料であるセメント、骨材、水の他に必要に応じ
て粘結刑、糊削、ベントナイト、減水剤、ＡＥ済（空気
連行剤）等の混和剤を添加することができる。また、補
強材として、ガラス繊維、スチールファイバー等の耐熱
、耐アルカリ性繊維をセメントに対し４〜１２重量％添
加することにより、最終強度はもとより焼成前および後
の強度（機械的）も向上する。曲げ強度、特に耐衝撃強
度が飛躍的に向上し、従来不可能とされていた強い薄層
セメント製品を得ることができる。

出発原料の混練は慣用の手法により実施すればよいが、
この混練作業に要する時間や混練後成形する迄の放置時
間の短縮化を図ることは、成形工程前に水和硬化の進行
することを出来るだけ防ぐという意味において、非常に
望ましいことである。

混純により得られたセメント混練物を次に加圧成形する
。ここに加圧成形とは、液状、スラリー状又はプラスチ
ック状態にあるセメント混練物を、型に鋳込む際若しく
は鋳込んだ後又は型に鋳込むことなく直接漉いた後、圧
縮空気等による噴射又は水圧機、油圧機若しくは遠心分
離機等の加圧機械により、文字通り、正圧を加えて成形
することのみに限らず、吸水性及び通気性のある型にセ
メント混練物を鋳込ん後に型内の圧力を減圧し、すなわ
ち負圧を加えることによって、成形することをも含む概
念である。例えば、押出成形、プレス成形を行なうこと
ができる。こうして、セメント成形物を得るに際し加圧
がなされるため、成形物中に微細な気泡等の空隙形成原
因となるものが残存する港ことが防止され、組織が緻密
になるから、これによってセメント製品、施釉セメント
製品の機械的強度が高められる。

この加圧成形ではセメント混練物を成形すると共に、成
形体中の水の含有量を少なくして次の予備的水和硬化の
程度を調整する。すなわち、加圧成形前に予め水の量を
少なく調整しておくか、あるいは加圧成形の際同時に脱
水を行なうことによって成形体中の水の含有量を少なく
する。

加圧成形して得られた成形体を焼成工程前に予備的に水
和硬化する。予備的水和硬化は成形体の以降の取扱いに
便利な強度を得るために行なうが、予備的水和硬化を行
なうことによって、最終セメント製品および施釉セメン
ト製品の強度がかえって高められる効果がみられた。こ
の予備的水和硬化は時間がある程度長い方がかえって最
終製品の強度が大きくなる事実がみられ、例えば、水中
４週間程度の養生は適当である。

本発明では高い溶融温度を持つ普通の釉薬を用いること
ができ、タイル、陶器瓦、ノベリテイ等の製品に使用さ
れる安価なフリット釉をそのまま用いることもできるほ
か、これに長石、粘土等の生原料を適宜に配合すること
により施釉面の耐候性、耐摩耗性、耐薬品性を向上させ
得る。更に施釉面の色彩、光沢の点でも所望のものが得
られる。

その他、本発明に使用可能な釉薬としては、生釉や揮発
軸がある。

セメント成形物に釉薬を施す工程の前あるいは後に、１
００〜４００℃で３０〜６０分間程度の乾燥または予備
的焼成を行う。セメント永和物を焼成する本焼成とをそ
の間に時間的間隙を設けることなく、連続的に行うこと
も可能である。

本発明の焼成工程における焼成時間・焼成温度は釉薬の
種類に応じて定められるが、通常６５０〜１０００℃で
５〜６０分間焼成する。本発明により得られたセメント
製品の機械的強度の測定実験を行ったところ、機械的強
度は焼成温度によって変化し８００℃前後に至るまでは
焼成温度を高くするほど強度が増大するが、１０００℃
を越えると焼結の進行並びに収縮の激化により逆に強度
は低下することが判明した。従って、焼成温度としては
８００℃前後が最適であると考えられる。

本発明では、化セメント製品を焼成した後に水和硬化す
ることにより、焼成工程で破壊されたセメント組織の強
度の回復を実現し、それによって、６５０℃以上の高融
点を有する釉薬の使用を可能にならしむることを重要な
特徴とするものである。

釉薬は焼成工程においてセメント製品の表面に融着する
。しかしながら、本発明の方法により焼成後に水和硬化
された七メ、ント製品はそれ自体従来の通常の手法によ
り焼成することなく水和硬化されたセメント製品と比べ
て強度、特に曲げ強度が向上することが見い出された。

これは、従来のように焼成工程のない場合にはセメント
粒子の内部が未水和のままで残存するのであるが、本発
明のように製造方法の一過程に焼成工程を加えた場合に
は、セメント粒子内部の未水和部分も焼成後の養生によ
りかなりの程度まで水和硬化して製品の強度を一層高め
るように機能するものと考えられる。すなわち、焼成に
よる強度の劣化を補って余りある強度の増大がもたらさ
れる。

焼成工程の後、セメント製品を養生して充分に水和硬化
させる。ここにいう「養生」は、必要分量の水を十分に
供給できるような態様で行われるならば、気中、湿気中
、水中、蒸気中養生又はオートクレーブ養生等、いずれ
の方法によるものであっても差支えない。

本発明は、好ましい態様において、骨材とじて磁器質シ
ャモット、安山岩または玄武岩と硬質砂岩または珪砂と
を混合して使用する。これは、前に規定した条件を満た
す骨材は化セメント製品を６５０〜１０００℃で焼成し
た後再養生することによって普通の釉薬を使用すること
を許容するが、骨材として磁器質シャモット、安山岩、
玄武岩を用いる場合にはセメント素地の熱膨張が釉に比
べて小さくなり、その熱膨張の差により釉面に目視でき
る程度の貫入が入るので、これを防止するためである。

そのため、熱膨張率の小さい骨材（磁器質シャモット、
安山岩、玄武岩）に熱膨張率が大きい骨材（硬質砂岩、
珪砂等）を加え、珪砂等を混合させてセメント素地の熱
膨張を釉のそれより大にすることにより釉に圧縮応力が
かかり、釉面の貫入の発生を防止できる。なお、硬質砂
岩はそれだけを骨材として用いても釉面へ貫入が入るこ
と防止し得るが、得られるセメント製品の強度が磁器質
シャモット等を用いた場合に比べて劣る。

骨材の混合割合としては、例えば、硬質砂岩または珪砂
と磁器質シャモット、安山岩または玄武岩を前者対後者
の重量比０．４〜１．２の範囲内で混合する。骨材の粒
径としては、特に限定するわけではないが、例えば、前
に例示した厚さｌＯ〜１２鳳ｍのセメント製品の場合、
一般的に磁器質シャモット１．２　ｍｍ以下、安山岩２
．５酊以下、玄武岩２゜５龍以下、一方、硬質砂岩２．
５１■以下、珪砂０．５〜０、２５　ｖｘ程度のものを
用いることができる。これらの大きさは、必ずしも純粋
に技術的な根拠によるものでなく、粉砕コスト等の経済
的要因をも考慮して得られる値である。しかしながら、
この場合、硬質砂岩の粒径が２゜５鰭を越えるとセメン
ト製品の強度が劣化する。

また、現在のところ、セメント素地の熱膨張係数は釉の
それと同等またはそれ以下の値では釉面に貫入が見られ
るので、貫入を防止するには釉の熱膨張係数よりいくら
か大きくして釉に圧縮応力をかける必要があることがわ
かっている。

〔実施例〕

実施例において％および部は特にことわらない限り重量
基準である。

去■拠上 石英、ムライトを主鉱物とし、粘土鉱物、石灰、雲母、
沸石類を含有せず、５ｉＯｚ　　７２％、Ａｌｔｏ３２
０％、（ＣａＯ十に２０　＋　ＮａｚＯ）　３％、燃焼
損失０％の化学組成を有する磁器質シャモットを用い、
普通ポルトランドセメント１００部、磁器質シャモット
（粒径１．２鰭以下）１００部、水４５部を混練機で５
分間混練した後、プレス圧５０ｋｇｆ／ｃａｔ、保持時
間１０秒にて３０５　Ｘ　３１５　Ｘ　１２ｍｍ板状成
形体を得た。前養生として、４時間気中放置、１２時間
湿潤気中養生後、１５０℃で４時間乾燥し、フリット１
００部、蛙目粘土５部、顔料５部、メチルセルロース０
．３部からなる釉薬を施釉した。それから、ローラーハ
ースキルン（１？’ＨＫ）で最高温度８５０℃に設定し
２時間焼成した。後養生として、水中に１０分間浸漬後
、６０″Ｃ１００％ＲＨの蒸気養生を４日間行なって完
成品を得た。

得られた施釉セメント製品を東京面ａ＠製小型材料試験
機ＦＳ−５００（商品名）を用いて、スパン間隔９０鰭
、荷重速度１０龍／分にて曲げ強度を測定１７たところ
、σｂ　”　１６０ｋｇ　ｆ　／　ａｎｔであった。

釉面には幅３０μｍ程度の目視し得る貫入が見られた。

しかし、製品の釉面を３３シｏ１％−ＨＣｌ水溶液に２
４時間接触させたが、釉薬に変化は見られず、耐蝕性に
優れた釉であることが示された。

なお、このセメント製品のセメント素地の熱膨張・係数
は７．５　Ｘ　１０−６／”Ｃ１釉薬の熱膨張係数は８
、ＯＸ　１０−６／’Ｃであった。

なお、上記と同じ原料組成物を、従来のセメント製品の
製造手法に従い、混練、成形（上記と同じ形状）、養生
（上記後養生と同じ条件）して得たセメント製品の曲げ
強度はσｂ　＝　１５０ｋｇ　ｆ　／　ｃｒｆ＋であっ
た。

実施例２ 長石を主鉱物とし、粘土鉱物、石灰、雲母、沸石類を極
少量含有する、Ｓｉ０□　６２％、Ａ１□０゜１９％、
（Ｃ，ａＯ＋　ＫｚＯ＋　ＮａｚＯ）　　１１％、燃焼
損失０．４％の化学組成を有する安山岩砕石（粒径２．
５龍以下）を骨材として用い、普通ボルトランドセメン
ト１００部、水４５部に対して骨材２００部を混練した
以外、実施例１同様の手順で施釉セメント製品を得た。

その曲げ強度はσｂ　＝　１５０ｋｇ　ｆ　／　ａｎ！
　　であった。

釉面には貫入がみられ、セメント素地の熱膨張係数は７
．　ＯＸ　１０−’／”Ｃであった。また、実施例１同
様のＨＣ１水溶液浸漬において釉薬面に変化は見られな
かった。

実詣拠ユ 石英を主鉱物とし、粘土鉱物、石灰、雲母、沸石類を殆
ど含有せず、５ｉｎ２　７２％、ＡＩ！０３１３％、（
ＣａＯ＋　Ｋ２Ｏ＋　ＮａｚＯ）　８％、燃焼損失８％
の化学組成を有する硬質砂岩（粒径２．５龍以下）を用
い、普通ポルトランドセメント１００部、硬質砂岩１５
０部、アスベスト５部、メチルセルロース２部、水３５
部を混練し、押出成形機（本田鉄工株式会社製の商品名
Ｄ−１００）で９００Ｘ１００Ｘ　１０ｍｍ０長尺板状
体を得、以降実施例１と同様の手順で施釉セメント製品
を得た。

その曲げ強度はσｂ　＝　１００ｋｇ　ｆ　／ｃｒＡで
あった。

釉面には貫入は見られなかった。実施例１同様に）１１
Ｊ水溶液に浸漬したが釉薬面に変化は見られなかった。

ス財ｌ」土 ｔｉｆｆｌポルトランドセメント１００部、実施例２で
用いたのと同じ安山岩砕石１６０部、珪砂（６号、粒径
０．２５〜０．５　ｍｍ）　４０部、水５５部を混練し
、以降実施例１と同様にして施釉セメント製品を得た。

得られた製品の曲げ強度はσｂ　＝　１３０ｋｇ　ｆ　
／　ｃｔＡであった。また、後養生後釉面には貫入が見
られず、セメント素地の熱膨張係数は８．５ｘｌＯ−’
／℃であった。この製品もｌＩＣ１水溶液への浸漬にお
いて釉面に変化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１００部、実施例１で用いた
と同じ磁器質シャモット６０部、珪砂（６号）４０部、
石綿５部、メチルセルロース１．９部、水３２部、ステ
ンレススチールＩｔｔ＋ｉｔ（Ｔｘｗｘｔ。

＝　０．３　Ｘ　Ｏ１５Ｘ　１０．　Ｏ關）１０部をオ
ムニミキサーで混練し、実施例３と同じ押出成形機で９
００×１ｏｏｘ　１０ｍｍ０長尺板状物に成形した後、
前養生として湿布で覆って１４時間気中放置し、２４時
間湿潤気中養生し、以降は実施例１と同様の手順に従い
施釉セメント製品を作成した。

得られた製品の曲げ強度はσｂ　’＝　１７０ｋｇ　ｆ
　／　ｃｔＭであった。釉面に貫入は見られず、セメン
ト素地の熱膨張係数は９．ＯＸ　１０−６／℃であった
。この。

製品の釉面も実施例１同様のＨＣ１浸漬により変化は見
られなかった。

大流（＋Ｉ＋　６ 普通ポルトランドセメント１００部、実施例１で用いた
のと同じ磁器質シャモット（粒径１．２量−以下）７５
部、実施例３で用いたのと同じ硬質砂岩（粒径２．５鶴
以下）７５部、石綿５部、メチルセルロース１．９部、
実施例５で用いたのと同じステンレススチール繊維３部
、水３５部をオムニミキサーで混練し、以降実施例５同
様の手順に従って施釉セメント製品を作成した。

得られた製品の曲げ強度はσｂ　＝　１６０ｋｇ　ｆ　
／　ｃｌであった。釉面に貫入は見られず、セメント素
地の熱膨張係数は８．９　Ｘ　１０−６／　”Ｃであっ
た。この製品の釉面も実施例１同様のＨＣ１浸漬により
変化は見られなかった。

実施貫ユ 実施例４と同様にして前養生を終了した予備的硬化体を
、施釉することなく、シャツトル炉で最高８７０℃に昇
温し、液体プロパンガス（ＬＰＧ）　：窒素ガス＝１：
３のガスを水中に通して湿ガスとしたものを炉中に吹き
込み、３０分間燻化処理した。

その後、２００℃に冷えた時点で炉から取り出し、後養
生として、実施例１と同様に水中に１０分間浸漬後、６
０″Ｃ１００％ＲＨの蒸気養生を４日間行なった。

こうして表面に燻化処理でできた炭素被膜を持つセメン
ト製品が得られ、その曲げ強度は（Ｆ　ｂ　＝　１３０
ｋｇ　ｆ　／　ｃｎ！　テアツタ。

比較拠 石英を主鉱物とし、ＳｉＯ□８９．７％、ＡｌｚＯｉ３
．６％、ＣａＯ＋に、Ｏ＋Ｎａ２Ｏ１，８％、燃焼損失
０．７％の化学組成をする粒径２．５鶴の砂岩を骨材と
して用い、セメント１００部、砂岩２００部、水５０部
を混練し、実施例１と同様の手順で施釉セメント製品を
得た。

その曲げ強度はσｂ　＝　６５ｋｇｆ　／ｃｒｌであっ
た。

〔発明の効果〕

本発明により、６５０〜１０００℃の高温焼成されても
強度が低下することなく高強度を有するセメント製品が
提供され、その結果、安価でかつ耐候性、耐摩耗性、耐
薬品性において価れる施釉面を提供する釉薬を施した施
釉セメント製品が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主鉱物が長石、石英またはムライトからなり、粘土
   鉱物、石灰、雲母および沸石類の含有量が夫々単独で９
   重量％以下、合計で２０重量％以下であり、かつ下記化
   学組成： ＳｉＯ＿２　４０〜８０重量％ Ａｌ＿２Ｏ＿３　１０〜２２重量％ ＣａＯ＋Ｋ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２Ｏ　２〜２０重量％燃焼損
   失　３．５重量％以下 を有する骨材と、セメントと水を原料として必要に応じ
   て補強材、混和材を加えた原料を混練し、そのセメント
   混練物を加圧成形し、得られる成形体を予備的に水和硬
   化した後、６５０〜１０００℃の温度で焼成し、それか
   らその焼成体を充分に水和硬化することを特徴とするセ
   メント製品の製造方法。 ２、前記予備的水和硬化工程後前記焼成工程の前または
   途中に、該予備的水和硬化した前記成形体の所要表面に
   釉薬を施す工程を更に含み、その結果該焼成工程におい
   て該釉薬が前記焼成体の表面に融着し、最終的に施釉セ
   メント製品を提供することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のセメント製品の製造方法。