JPS61291444A - 高強度コンクリ−ト様製品用燐酸塩セメント - 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、酸化マグネシウムと燐酸アルミニウムを含有
するセメント製品、特に、速固化性組成物およびそれか
ら製造される高圧縮強度を有するコンクリート様製品に
関する。

セメントは液体と混合してそのまま放置すると固まって
硬化して強い、密な一体の固形物になる微粒子状物質で
ある。セメントは、多くの産業分野、特に建設産業にお
いて用いられ、コンクリートスラブ等のような製品を形
成するためＫたいてい種々の骨材と一緒に用いられる。

セメントは道路建設用と道路のパッチによる補修作業に
も用いられる。道路のパンチング用には、道路の閉鎖時
間を最小限にするために連間化性セメント、すなわち、
より具体体にはセメントを液体と混合することによって
形成される連間化性組成物が必要とされる。連間化性組
成物は組積工事、家屋補修、ビル用、ｏネルおよび自己
平坦化（ｓｅｌｆ−１ｅｖｅｌｌｉｎｇ）床の製作、フ
ェンス柱の据え付は等にも都合がよい。

〔従来の技術〕

米国特許第４，３９４，１７４号は酸化マグネシウムと
燐酸アルミニウムを含有するセメント製品とそれから製
造される連間化性組成物を記載している。この組成物は
、例えば、容品に混合し、補修すべき穴に詰め、広げ、
そして鏝で平らにするのに十分カ一定の時間、すなわち
、少なくとも１０分間の作業性を有する。その後で、組
成物は急速に、例えば１時間以内に硬化し、この時点で
、例えば車両は補修個所の上を通過できるという。所望
の作業時間は酸化マグネシウムと燐酸アルミニウムの濃
度および不活性な骨材の量、そして酸化マグネシウムの
表面積と粒径を反志の発熱線が１０分間後に到達するよ
うに適正に調整することによって得られる。

亀裂、穴および剥落した領域の連間化性燐酸セメントに
よる修理す表わちパッチングは、通常は高速道路、飛行
場の舗装道路、Ｐライプウェイ、ブリッジデツキなどの
ように荷重を受ける表面に施される。補修個所は車両を
支えなければならず、かつ耐久性を有するべきだから、
硬化した製品は大きい圧縮強度をもつべきである。

前述の米国特許第４，３９４，１７４号明細書に記載さ
れているように、道路のノξツチングに有用であると言
われるいくつかの種類の連間化性燐酸塩セメントは、燐
酸アンモニウムおよび酸化マグネシウムをベースとして
いる。燐酸アンモニウム系では、連間化性組成物の作業
可能時間を満足できるものとするだめの努力（しばしば
施工後の強度改良の速度および程度に悪影響を伴なうが
）の中で、種々の方策は例えば、道路のパッチングおよ
び組積工事においである種の重要な考察にずっと頼って
きた。

米国特許第３，９６０，５８０号（スティエルリ他）お
よび同４，１５２，１６７号（ホルヴイッッ他）は、酸
化マグネシウムと燐酸アンモニウムを主成分とする遠因
化性セメント中のフィラーとして有用であると述べられ
ている種々の物質の中にフライアッシュを包含している
。ホルグイツッ他は、本質的に不活性なフィ２−を選、
んでいるが。

一方で、彼らの燐酸アンモニウム系において少なくとも
部分的に反応性であるフィラーを完全には除外していな
い（これで彼らがフライアッシュフィラーをいかに特徴
づけているか分かる）。

後者のタイプのフィラーは、ある種の特定されていない
環境下で有用であると述べられている。

ステイエルリ他の酸化マグネシウム−燐酸アンモニウム
セメント（これはオキシ−ボロン化合物も含有する）に
おいては、低い粘性と水が少々〈てよいのはフライアッ
シュの存在に原因する。

米国特許第４，１７４，２２７号は燐酸アルミニウム、
酸化マグネシウム、骨材、および水を含有する燐酸塩ロ
ック−ボルト打ち用グラウド製品を記載している。これ
は、本発明の製品に用いているのと同じ反応系であるけ
れども、ボルト用グラウト製品に用いられる酸化マグネ
シウムの表面積と濃度は、骨材と水分含量ともども製品
が通常約１〜２分内に硬化するようなものである。

このようなボルト用グラウト製品は（道路のパンチング
、パネルその他の製品のキャスティング、柱の据えつけ
等には、その作業可能時間が極端に短いために適合しな
い）、好ましいフイ２−として砂を含有するけれども、
フライアッシュは米国特許第４，１７４，２２７号では
好ましくないフィラーのリストに含まれ−Ｃいる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は酸化マグネシウムと燐酸アルミニウムを含有す
るセメント製品および硬化性組成物とそれから製造され
る固化した製品の改良を提供するものである。さらに具
体的には、本発明は、（ｂ）少なくとも１０分間の作業
時間を有し、かつ酸化マグネシウム、フライアッシュ、
燐酸アルミニウム、水および砂あるいは砂と砂利の組合
せからなる骨材、の混合物からなる遠回化性組成物、例
えばモルタル：および（２）上記組成物の硬化によって
形成され、かつ少なくとも約２へ０００ｋＰａの圧縮強
度を有する硬いコンクリート様製品を提供する。

本発明はさらに本発明の・遠回化性組成物を製造するの
に使用するための貯蔵できるセメント製品を提供する。

このセメント製品は、酸化マグネシウム、フライアッシ
ュ、燐酸アルミニウム、砂または砂と砂利からなる骨材
、および酸化マグネシウムとフライアッシュから隔離さ
れている条件付きで選択的に水を含有する。好ましい貯
蔵できるセメント製品は酸化マグネシウムとフライアッ
シュから隔離して、すなわち別個のパッケージ中か同じ
パッケージの別個の隔室中にパッケージされた燐酸アル
ミニウム水溶液を含有する。作業可能な遠回化性組成物
は、酸化マグネシウム、フライアッシュ、燐酸アルミニ
ウム、水、および骨材を混合すると生成される。

本発明のセメント製品と遠回化性組成物は、フライアッ
シュを含有する。フライアッシュは、約５２チの５ｉ０
２．２５　’ＩのＡｆｆｉ２０ａ、および１３チのＦｅ
２Ｏ：を含有する珪酸鉄アルミニウムを主成分とする。

砂と砂利とからなる骨材成分を含有するセメントおよび
硬化性組成物においては２％（組成物の全量を基準で）
程度の少ない濃度でさえもフライアッシュの添加は硬化
した製品の圧縮強度を相当に高めることができ、フライ
アッシュの濃度が大きくなればなる程圧縮強度も顕著に
大きくなることが分った。フライアッシュは燐酸水素ア
ルミニウムと反応して相当の圧縮強度を有するセメント
質の組成物をそれだけで形成するという実験にもとづく
証拠を本発明者は得ており、本発明が理論的考察によっ
て制限されることを意図するものではないけれども、Ｍ
ｇＯ／Ａｎ（Ｈ２ＰＯ４）５系におけるフライアッシュ
によってもたらされる予期しなかった効果は、アルミニ
ウム含有および燐含有珪醗塩からなる非晶質混合物の形
成に起因するであろうと思われる。

本発明の遠回化性組成物は、酸化マグネシウム、フライ
ブツシュ、燐酸アルミニウム〔すなわち、Ａｘ（ａ２ｐ
ｏ４）ｓ〕、水、および骨材を含有する。雑多な寸法の
砂、あるいは砂と砂利などの微細成分と粗大成分とから
なる骨材を含有させることが好ましい。これにより密な
バッキングをもたらし、それゆえによシ安価な骨材成分
の濃度をより大きくする。これはまたより大きな圧縮強
度にも寄与する。

遠回化性組成物とコンクリート様製品の骨材含有量は５
種の不可欠な成分、すなわち、酸化マグネシウム、フラ
イアッシュ、燐酸アルミニウム、水、および骨材の合計
量基準で約４０〜９０、好ましくは約７Ｏ−Ｑ８５重ｔ
Ｓである。骨材のいくらか、または全部は、それが本発
明の貯蔵できるセメント製品の中にある限りは、セメン
ト製品の一部でもある。このような場合は、遠因化組成
物はＭｇＯ、フライアッシュ、　Ａｆ！、（ａ２ｐｏ４
）ｓおよび骨材からなる乾燥混合物よシなるセメント製
品と水（および所望によシ追加的骨材）の結合力、二つ
のセメント製品成分す表わち、（ａ）Ｍｇｏ　、フライ
アッシュ、および骨材と（ｂ＋）燐酸アルミニウム水溶
液とからなる個別の両成分の結合（および所望によりさ
らに余分の骨材の添加）によって形成される。もし、骨
材が砂と砂利のみ、からなるなら％　ＭｇＯ１７ライア
ツシユ、および骨材の砂の部分は、セメント製品中に含
有させることができ、砂利は遠回化性組成物の生成の際
に製品と混合できる。あるいはまた、遠回化性組成物は
骨材を全て骨材を含有していないセメント製品と混合す
ることによって生成することができる。

〔作　用〕

遠回化性組成物中のフライアッシュの濃度は少なくとも
約２％である。この程度で、約２０，０００ｋＰａを十
分に上回る圧縮強度が得られる。下記の実施例１〜６に
示すように、約２〜２５チの範囲の濃度でのフライアッ
シュの存在は圧縮強度改善の点で有益であり、最も有益
なのは約８チ以上、特に約１２１およびそれ以上である
。

いくつかの例外はあるが、組成物の残りの成分、すなわ
ちＭｇＯ、燐酸アルミニウム、および水は前述の米国特
許第４，３９４，１７４号明細書に記載されているよう
に広く使用される。酸化マグネシウムの形態（すまわち
、その表面積と粒径）およびＭｇＯ、フライアッシュ、
Ａｊ！（ａ２ｐｏｉ）ｇ　ｓおよび水の濃度は、（骨材
濃度も同様に）十分に長い作業可能時間とその後の適正
な固化強度の急速な改良を確実にするような方法で調整
する。

特に、酸化マグネシウム粒子の表面積は好適には約１　
ｍ２／　を以下である。従って、■焼形態のみならず、
高温で十分に長い時間頒焼した（Ｌｅａｄ−ｂｕｒｎｅ
ｄ）または溶融等級（ｆｕｓｅｄ　ｇｒａｄｅ）のＭｇ
Ｏも使用できる。　ＭｇＯの一般的に有用な平均粒子直
径範囲は約６０〜１２０μｍである。この範囲の上限に
近い平均粒子直径をもつＭｇＯは暑い気候中で使用する
か水を加えるべき乾燥混合調合物に使用するのに最適で
あり、このような場合におけるＭｇＯの濃度は約３〜２
０チ、好ましくは約４〜１２俤の範囲内にある。上記の
特定した範囲の下限端に近い平均粒子直径をもつＭｇｏ
は、約２０℃またはそれ以下の温度において約２〜１０
チ、好ましくは約３〜６チの範囲の濃度で使用するのが
最適である。

遠回化性組成物、すなわちセメント製品前駆物質の水分
含量は、５種の不可欠な成分、すなわち、ＭｇＯ、フラ
イアッシュ、燐酸アルミニウム、水、および骨材の合計
量を基準にして約５〜２０％、好ましくは６〜１３重量
％である。水分の量はよシ少なければ強固な反応生成物
を製造するには組成物は乾燥しすぎるし、多すぎる場合
には製品の圧縮強度に悪影響を与える。燐酸アルミニウ
ム含量は約５〜約１３重量％の範囲をとシうる。

下記の実施例では部およびチは重量によるものである。

実施例　１〜６ 酸化マグネシウムを砂利、砂、およびフライアッシュの
混合物とブレンドした。このプレンドしたものを！Ｌ８
Ｑのミキサーのボール内で燐酸二水素アルミニウムＡ℃
（’Ｈ２ＰＯ４）ｓの５０チ水溶液に加えた。固形物と
液体を６分間混合した。

このような混合物を多数調製した。これらは。

全てＭｇＯを５チとＡｘ（ｕ２ｐｏ４）！（５０チ水溶
液）を１２係含有していた。

この混合物は、さらにフライアッシュ、砂利、および砂
（砂利と砂は不活性な骨材成分である）を含有していた
。砂４２チ、砂利４３チを含有し、フライアッシュを含
まない比較例の混合物を前述した処方に従ってさらに調
製した。混合物のフライアッシュ含有量は変動させ、砂
の含有量はフライアッシュ含有量の増加につれて減らし
た。

各々の新鮮な混合物を３個の使い捨てできる直径７６填
で深さ１５０ツのモールドに移した。

モールドの内容物は約３０分で硬化した。室温で約３〜
４日間放置した後硬化した製品をＡＳＴＭＣ！３９−８
３ｂ　Ｋ従って圧縮強度について湿潤養生なしでテスト
した。この処方は、平らな上下両端面を確実なものとす
るためのサルファーモルタル（Ａ８ＴＭ　Ｃ６１７−８
４）による円筒状試料のキャッピング処理を含んでいた
。試料を次に目盛りの付いた動力で操作されるテストマ
シンで０，３４ＭＰａ／ｓｅｃの速度で下記に示す圧縮
力下でこれらが折れるまで荷重をかけた。

上記の処方で使用される酸化マグネシウムはマグネサイ
トの高温堰焼によって得られた製品であった。この製品
はＭｇＯ約８７チと主要な不純分として５１０２、Ｃａ
Ｏ１Ｆｅ２０およびＡｆｉ２０：ｉｆ有していた。その
表面積は約０．２〜０．７　ｍ２　／　ｆ　　であった
。これは、６４１１ｍの平均直径と１４９μｍの最大直
径を有し、粒子の７５％が５２５メツシユのふるいを通
過し、かっ１チが１００メツシユのふるい上に残った。

フライアッシュは約５２％の５ｉ０２．２５　％の八２
２０３および１６％のＦｅ２０Ｂを含有していた。

粒子の約７４％は３２５メツシユのふるいを通過した。

その比重は２．４６ｙ／−３であった。それはＡｌ３７
Ｍ　ｃ６１８−８３を満たしていた。

使用した骨材は微細な骨材と粗い骨材、すなわちそれぞ
れ砂と砂利の組み合わせであった。ＡＳＴＭＣ−３３に
明記されているような雑多な粒径の砂は下記の寸法分布
を有していた。４．７５ｍ以下９５〜１００係、２．３
６ｗａ以下８０〜１００％、１．１８咽以下５０〜８５
％、６００μｍ以下２０〜６０チ、３００μｍ以下１０
〜３０％、１５０μｍ以下２〜１０％である。

砂利は直径約３〜６暉の豆粒状の砂利であった。

圧縮強度テストの結果を下記の表に示す。

フライアッシュ　　製品寿命　　圧縮強度＊＊ｊ　　　
　　　　　　２　　　　　　　　５　　　　２４．６９
０２　　　　　　　　４　　　　　　　　３　　　　２
５．２５０３　　　　　　　８　　　　　　３　　　２
９．５４０４　　　　　　　１２　　　　　　　　４　
　　　３７．１５０５　　　　　　　１６　　　　　　
　　３　　　　３６．１２０６　　　　　　　２５　　
　　　　　　４　　　　３３．１６０比較例　　　　　
０　　　　　　４　　　　ｊｏ、７１０＊　混合物の合
計重量を基準とした。

＊＊　各組成物について行なった少なくとも６回のテス
トの平均燐酸アルミニウムを基準とした連間化組成物に
おけるフライアッシュの有益な効果が、これらの組成物
についてこれまで認識されていなかったこの燐酸塩とフ
ライアッシュとの間の化学反応の結果であると考えられ
る証拠を得るために下記の実験を実施した。

実験　１ 燐酸二水素アルミニウムの５０チ水溶液１１ｆとフライ
アッシュ２０ｆとの混合物を８０℃で１６時間堅くふた
をしたジャー中に貯蔵した。

この時間の終りまでに、最初の薄いスラリーはセメント
質の固形物に変化していた。同様の混合物を室温で貯蔵
したときは、これは３日間で厚いペーストに変化し、２
１日後に完全に硬化した。使用したフライアッシュは８
１０２５１．７２％、Ａｌ２Ｏ５２６，５１ｅＩＪｓお
よびＦｅ２ｅｓ　＆６７　％を含有していた。

上記のようにして形成したセメント質製品は、同定でき
るＸ線回折・ぞターンを有していなかったので、燐酸ア
ルミニウムとフライアッシュ中に存在する珪酸塩との間
の反応によって非晶質の錯アルミノーフェリツクーシリ
コー燐酸塩が形成されるものと推測される。

実験　２ ５０チの燐酸アルミニウム水溶液（３５５部）をフライ
アッシュ（ＡＳＴＭ　０−６１８−８０クラスＣ）６５
．５部と２分間で混合した。得られたスラリーを直径７
６ｍで深さ１５０ｍの４個のテスト用シリンダーに注入
した。このシリンダービねかしくａｇｉｎｇ）Ｊを促進
するため１１０℃で３日間貯蔵した。２８日後にこのサ
ンプルに上記の実施例１〜６で記載した圧縮強度テスト
を行なった。測定した強度は１５，２６０．１４，９８
０，１４，３５０および１５，４７０ｋＰａであった。

これらの結果は相当な圧縮強度を有するセメント質組成
物は燐酸アルミニウムとフライアッシュとの反応によっ
て生成すること、およびＭｇＯと燐酸アルミニウムを基
準とする連間化組成物にフライアッシュが使用されると
きに起るみごとな強度増加の原因はこの組成物にあるこ
とを示している。

実験　３ 本発明の燐酸塩セメントの圧縮強度に及ぼすフライアッ
シュの有益な効果が粒径それ自体に起因するものではな
いことを示し、セメント中におけるその化学的作用の結
果としてのフライアッシュの特異性につい七の証拠をさ
らに得るために、フライアッシュの粒子寸法分布に近づ
けるべく粉砕した砂をフィラー成分中に含有する連間化
組成物を製造した。

微細な水洗したシリカ砂を約５週間ボールミル処理し、
ついでふるいにかけた。７７チが一３２５メツシュ、２
３慢が一２００メツシュであるフライアッシュの粒径に
近づけるために分別されたものを合して下記の配合で用
いた。

Ｍｇ０　　　　　　　　　　　　３％ ＡＸ（Ｈ２ＰＯ４）３（５０％水溶液）　　　１２チ砂
利　　　　　　　　　　　　　　　４３％砂（Ａ８ＴＭ
　０−３３）　　　　　　３０　ｔ４砂（上記のように
粉砕したもの）　　１２％この組成物は粉砕した砂をフ
ライアッシュに置き換えたことを除いて実施例４のもの
と同様であった。３個に代えて２個のサンプルを試験し
た以外は実施例１〜６において記載したとおシ調製し、
かつ試験した。強度テストは室温で４日間貯蔵した後に
行なった。２個のサンプルは平均で１ａ９７０ｋＰａ士
約１％であった。

こうして、粉砕した砂を存在させることによって圧縮強
度の若干の増加（各実施例に記載した比較例の製品の１
０，７１０　ｋＰａに対して１ａ９７０ｋＰａ　）をも
たらすが、その増加は１２％のフライアッシュによって
得られるもの（実施例４）よシはるかに小さく、かつわ
ずか２チのフライアッシュによって得られるもの（実施
例１）と比べてさえも小さい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）酸化マグネシウム、燐酸アルミニウム、水、および
   砂および／または砂利から本質的になる骨材の混合物か
   ら本質的になる作業可能な組成物の硬化によつて形成さ
   れる硬化したコンクリート様製品において、前記作業可
   能な組成物の反応成分として少なくとも約２重量％のフ
   ライアツシユを含むことを特徴とするコンクリート様製
   品。 ２）酸化マグネシウム約２〜２０重量％、フライアツシ
   ユ約２５重量％以下、燐酸アルミニウム約５〜１３重量
   ％、水約５〜２０重量％および骨材約４０〜８５重量％
   から本質的になり、前記酸化マグネシウムが約１ｍ＾２
   ／ｇより小さい表面積と約６０〜１２０μｍの範囲の平
   均直径を有する粒子形態である混合物から形成された特
   許請求の範囲第１項記載のコンクリート様製品。 ３）骨材が砂と砂利から本質的になる特許請求の範囲第
   ２項記載のコンクリート様製品。 ４）路盤の穴または亀裂の表面に接着的に結合した特許
   請求の範囲第１項記載のコンクリート様製品。 ５）一対の相対した構造部材の表面に接着的に結合し、
   両者間の結合を形成する特許請求の範囲第１項記載のコ
   ンクリート様製品。 ６）少なくとも１０分間の作業時間を有し、かつ酸化マ
   グネシウム、燐酸アルミニウム、水、および砂および／
   または砂利から本質的になる骨材の混合物から本質的に
   なる速固化性組成物において、前記混合物の反応成分と
   して少なくとも２重量％のフライアツシユを含むことを
   特徴とする速固化性組成物。 ７）前記混合物が酸化マグネシウム約２０重量５以下、
   フライアツシユ約２〜２５重量％、燐酸アルミニウム約
   ５〜１３重量％、水約５〜２０重量％および骨材約４０
   〜８５重量％から本質的になり、前記酸化マグネシウム
   が約１ｍ＾２／ｇより小さい表面積と約６０〜１２０μ
   ｍの範囲の平均直径を有する粒子形態である特許請求の
   範囲第６項記載の組成物。 ８）前記骨材が砂と砂利から本質的になる特許請求の範
   囲第７項記載の組成物。 ９）（ａ）酸化マグネシウム、（ｂ）燐酸アルミニウム
   、および（ｃ）砂および／または砂利から本質的になる
   骨材を含有し、成分（ａ）と（ｂ）が少なくとも１０分
   後に硬化してコンクリート様製品を形成するようにした
   貯蔵できるセメント製品において、補助反応成分（ｄ）
   として少なくとも約２重量％のフライアツシユを含むこ
   とを特徴とする貯蔵可能なセメント製品。 １０）前記酸化マグネシウムが約１ｍ＾２／ｇより小さ
   い表面積を有し、かつ約６０〜１２０μｍの範囲の平均
   直径を有する粒子の形態であり、成分（ａ）、（ｂ）、
   （ｃ）および（ｄ）が、成分（ａ）約２〜２０重量％、
   成分（ｂ）約５〜１３重量％、成分（ｃ）約４０〜８５
   重量％、成分（ｄ）約２〜２５重量％、および水約５〜
   ２０重量％から本質的になる混合物となるような量で水
   と混合するようにした特許請求の範囲第９項記載のセメ
   ント製品。 １１）酸化マグネシウムから隔離している成分として水
   を含有し、成分（ａ）と（ｂ）の間の反応がそれらを水
   と結合したときに生ずるようにした特許請求の範囲第１
   ０項記載のセメント製品。 １２）燐酸アルミニウムが水溶液として存在する特許請
   求の範囲第１１項記載のセメント製品。 １３）酸化マグネシウム約３〜１２重量％、燐酸アルミ
   ニウム約５〜１３重量％、水約５〜１３重量％、フライ
   アツシユ約２〜２５重量％、骨材約４０〜８５重量％か
   ら本質的になる特許請求の範囲第１２項記載のセメント
   製品。 １４）前記酸化マグネシウムと前記燐酸アルミニウム溶
   液が個別にパツケージされている特許請求の範囲第１２
   項記載のセメント製品。 １５）前記骨材が砂と砂利から本質的になる特許請求の
   範囲第９項記載のセメント製品。 １６）酸化マグネシウム、フライアツシユ、燐酸アルミ
   ニウム、および骨材からなる乾燥混合物の形態であり、
   成分（ａ）と（ｂ）との間の反応および成分（ｄ）と（
   ｂ）との間の反応が、この製品が水と結合したときに生
   じるようになつている特許請求の範囲第９項記載のセメ
   ント製品。 １７）酸化マグネシウム約３〜２０重量％、フライアツ
   シユ約２〜２５重量％、燐酸アルミニウム約５〜１３重
   量％および骨材約４０〜８５重量％からなる特許請求の
   範囲第１６項記載のセメント製品。