JPS61502603A - 金属骨材をともなうセメント質複合材料 - 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】 金属骨材をともなうセメント　複合材料本発明は、独特の性質の組合せを示す新 規なセメント質複合材料に関する。特に、本発明は、既知のセメント質複合材料 に見られない極めて高い強度、真空保持力（ｖａｃｕｕｍ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ）および熱的性質をもち、そのような性質の組合せの望まれる物品に成型出来る 複合材料に関する。

本発明の目的は、真空に耐えることが出来、それ故、真空状態中での鋳込み型の 使用を含む工程における鋳込み型としての使用を目的とする物品として成型され た場合に特別の効用をもつセメント質複合材料を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、ポルトランドセメントおよび主要充填材としての不 規則な形状をしたステンレス鋼粒子を含むセメント質複合材料を提供することに ある。

本発明の別の目的は、ポルトランドセメントおよび主要充填材としての不規則な 形状をしたステンレス鋼粒子を含み、真空を保持することの出来るセメント質複 合材料を提供することにある。

性質の望ましい組合せは、トバーモライト状のゲルを含み、相互に連結した肉眼 で見える気孔の連続した網状組織が存在しないことによって特徴づけられろセメ ント混合物から得られることがわかっている。

要約すれば、本発明は下記を含む混合物から製造されａ）　ポルトランドセメン ト（好ましくは、ＡＰＩクラスＨ） ｂ）化学的活性のシリカ（好ましくは、シリカ蒸気凝縮物として知られる無定形 シリカの小球状粒子）Ｃ）タイプＦの超可塑剤（好ましくは、ナフタレンベータ スルホン酸のホルムアルデヒド縮合物のナトリウム塩） ｄ）　消泡剤 ｅ）第二のシリカ充填材 ｆ）金属系充填材（好ましくは、ステンレスｗ４）ｇ）水 本発明は、図面に関連して述べろ下記の説明によってさらによく理解されるであ ろう。

゛第１図は本発明の複合体中に存在する不規則な形状のステンレス鋼粒子の写真 ； 第２図はブロックとして成型された後の複合材料の真空保持力を試験するための 装置の説明図；第３図は第２図の２−２平面による部分断面図；第４図は第２図 および第３図におけるような縁面を通してではなく、試験ブロックの底面を通し て試験片の真空保持力を測定する点を除けば、第２図に類似した斜視図； 第５図は第４図の装置の平面４−４を通る一部断面斜視図である。

以下の説明においては、独特の性質の組合せをもった本発明のセメント質材料の 特定の配合例を記載する。この記述は説明のために示されたものであり、決して 本発明を限定することを目的とするものではない。

ａ）ポルトランドセメント 市販されている種々の品種のポルトランドセメントのどれでも本発明の材料の製 造に適するけれども、タイプ■のポルトランドセメントが好ましく、ＡＰＩクラ スＨとして知られろポルトランドセメントが特に好ましい。

クラスＨは最も粗い粒子のポルトランドセメントである。

ポルトランドセメント成分は、混合物のうち２０乃至３３重量％を占めるが、特 に約２４．２８％が好ましい。

ｂ）化学的活性のシリカ 本発明のセメント質複合材料を製造する混合物中に使用される化学的活性のシリ カは、好ましくは、無定形で非晶質のポゾラン系の二酸化ケイ素であり、好まし くは、シリカ蒸気凝縮物である。

このシリカ蒸気凝縮物は、ケイ素またはフェロシリコンのようなケイ素合金の電 気アーク炉による製造の副産物として製造される。石英、コークスおよび鉄鉱石 からのフェロシリコンの製造中に、それらを約２０００℃まで加熱したときに発 生する気体は、ＳｉおよびＳｉＯ蒸気を含み、これらは炉から出て空気と反応し て５Ｉ０２を生成する。これらの蒸気は凝縮し、蒸気の凝縮によって生ずる極め て小さい球状の粒子は、２０〜２５　ｍ’　／　ｇの表面積をもつ、殆んど完全 に無定形のシリカである。代表的なこの粒子の分析値は、８５〜９２％のＳｉ０ 　、３％までのＦｅ２Ｏ，，１〜３％のアルカリ金属酸化物、１〜２％のＣおよ び残部の少量のアルミナ、石灰およびマグネシアである。粒子の寸法は、０．０ １乃至０．３２クロンの範囲にあり、その約７０％は０．１ミクロンより小さい 。この材料は、１９８２年３月２３日に発行された米国特許第４．３２１．２４ ３号にも記載されている。

この構成成分は、本組成物においてポゾランの性質をもつと考えられる。それ自 体は、セメント質としての価値を殆んどあるいは全くもたないけれども、常温で は水分の存在においてカルシウム化合物と化学反応を起こしてセメント質の性質 をもつ化合物を生成する。微細粉シリカを包含し、トバーモライトの製造に導く 、そのような二つの起こりうる反応は以下の通りである：５Ｃａ　ＳｉＯ＋７Ｓ ｉＯ＋１０ＨＯ−２Ｃａ　Ｓｉ　Ｏ４０Ｈ０５Ｃａ　ＳｉＯ＋１３ＳｉＯ＋１５ ＨＯ−３Ｃａ　Ｓｉ　Ｏ−５Ｈ０２Ｓ　８１？２ さらに、混合物中のシリカ蒸気の使用は、他にも利益を与える。それば非常に細 かく粉砕されているため、混合物中のどんなすきまの空隙も満たし、また化学的 に反応性があるため、存在するＣａ　（ＯＨ）２またはポルトランドセメント中 のケイ酸カルシウムの加水分胛によって生成するすべてのＣａ　（ＯＨ）、と反 応し、それ故、遊離のＣａ　（ＯＨ）２または遊離のＣａＯがセメント中に存在 するときに生ずる既知の有害な影響を消去する。

混合物中のシリカ蒸気ｙｊ！縮物の量は２ないし７重量％であろ−きであり、３ ３１％が好ましい量である。

ｃ）ｌ−皿一■−１ 最終混合物をより流動的にするとともによりよい湿潤および混合を得るために、 組成物中に可塑剤を含有させる。好ましい可塑剤はマイティ１００またはマイテ ィ１５０として販売されているものであり、その活性成分はナフタレンベータス ルホン酸のホルムアルデヒド縮金物のナトリウム塩である。マイティ１００は粉 末として入手出来る。マイティ１５０は液体として入手出来る。

どんな理論的説明によっても拘束する意図はないが、この超可塑剤は、混合物の ゼータ電位に影響を与え、凝集を防止すると考えられる。また、少量の水の使用 を許すことによって、製品の強度を上げるようである。混合物中のシリカ蒸気を 分散きせるため、マイティ１００またはマイティ１５０の代りに他の既知の可塑 剤を使ってもよい。０．２５乃至１．５重量％の量が良いことがわかっており、 特に好ましい量は、約０４７重量％である。

ｄ）消泡剤 上記混合物から製造される複合材料は、消泡剤の配合によって改善され、トリー ｎ−ブチルホスフェートが好ましい添加剤であり、その目的は、物性を低下させ 得る、最終セメント質複合材料中に生成し捕捉される気泡（ａｉｒ　ｐｏｃｋｅ ｔｓ）の量と寸法を減少させることにある。混合物中の消泡剤の量は、０．０１ 乃至０．５重量％であるべきであり、０．０１３ｉ量％が好ましい量である。

ｅ）細骨材 混合物はまた、細骨材、好ましくはマイナシル（Ｍｉｎｕ−ｓｉｌ）を含む。マ イナシルは結晶状シリカであり、一般に５ミクロンより細かい粒径の微細粒状石 英またはシリカから成る。５乃至２０１！量％の量を使用してすぐれた結果が得 られ、１１．８２％が好ましい量である。マイナシルは製品の密度を増し、強度 を上げるようである。

ｆ）　−ンレ セメント質複合材料の必須成分は、製品の熱伝導度を上げ、密度を増加させる金 属骨材である。好ましい金属骨材は形状が不規則であり、この材料の写真である 第１図に示したステンレス鋼粒子の混合物である。穏々の寸法の粒子の混合物が 試され、１０／２５メツシユ（米国規格フルイ寸法）および８／１００メツシユ （米国規格フルイ寸法）の適切な比率の混合物が、固く詰まって最適の強度と熱 的特性をもった組成物を生成する乙とがわかった。１００／　２００メツシユ（ 米１ｍ規格フルイ寸法）のステンレス鋼粒子を含むように調製された混合物は重 くなりすぎて容易に均一に混合して混合物とならず、熱的性質の望ましい組合せ を得ることもできないことがわかった。好ましいステンレス鋼粉は、ヘガナエス 　ツーボレーション（［（ｏｅｇａｎａｅｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からア ンコール（人ｎｅｏｒ）　３１６Ｌとして販売され、Ｃ含量が００３％より少な い３１６タイプＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏステンレス鋼粒子である。これは６８ｇ　／　 ｃ／の密度を有する。１００／　２００メツシユより粗いステンレス鋼粒子の種 々の組合せが有用であることがわかったが、特に好ましい混合物は、１０／２５ メツシユー３４７７％および８０／１００メツシユ一１８６８％である。この百 分率は混合物の全重量に対するものである。

ｇ）水 水、好ましくは蒸溜水が、本発明の高い強度を形成するのに必要な混合物の最後 の成分である。望ましい性質をもつ製品を得るためには、５乃至１０％の水を加 え、好ましい量は６．６６％である。

第工表は、複合材料を製造する混合物中の数種の成分の好ましい比率の範囲を示 す。

第　■　表 （重量％で示す） 虹−−１妨ム止１ ポルトランドセメント　５０乃至３３　２４．２８活性シリカ蒸気凝縮物　２乃 至７　３．３１水　５乃至１０　６．６６ 超可塑剤　０．２５乃至１．５　０．４７消泡剤　０．０１乃至０．５　０．０ １細骨材　５乃至２５　１１．８２ Ｓ／Ｓ−１０７２５メツシユ　５０まで　３４７７Ｓ／５−８０／１００メツシ ユ　３０まで　１８．６８混合物の調製 一般に混合物の調製は下記の例に見られるような水硬セメントの機械的混合に関 するＡＳＴＭ法Ｃ３０５（第５部）に準拠して行なわれ、乙の方法では、望まし い性質を得るには添加の順序と比率が必須要件であると考えられる。

混合物は、遊星運動パドルミキサーをつけた混合釜（ホバートミキサーＡＳＴＭ 規格Ｃ−３０５−８０）中で、６１０部のクラス上ポルトランドセメントに３０ ０部のマイナシルを加えた混合物中へ、１２重量部の超可塑剤および０．６４部 のトリーｎ−ブチルホスフェートを含む１６９重量部の水を加えることによって 調製された。

ついで８４重量部の化学活性シリカ蒸気凝縮物を混合しながら加えた。

最後に、金属骨材を加えて配合を完了した。金属骨材は２種以上の異った寸法の ステンレス鋼粉末の混合物で蕊る。好ましい混合物は、１０／２５メツシユ８８ ２重量部および８０／　１００メツシュ４７４重量部から成り、これを混合し乾 燥して金属骨材をつくった。全回分を成分をよくなじませるために混合した。

出来上がった混合物を真ちゅう製の鋳込み型の中に入れ、室温で２４時間調湿ボ ックス中で養生し、ついで６０℃で２４時間蒸気養生した。その結果、下記の性 質の望ましい組合せをもち、或種の用途で遭遇するような数回の熱サイクルの後 にも、これらの性質を保持する複合材料が得られる。

望ましい性質には（１）真空保持カニ（２）低い膨張係数；および（３）適切な 機械的強度が含まれろ。

明確に異った形状と寸法をもつ種々の骨材を使用したため、肉眼で見える気孔を 含まず普通のセメント質材料より高い熱伝導度を示す材料が製造されろ。

製品の真空保持力は、そのブロックを鋳造し、養生したのち、その多孔性を第２ 図および第３図に示す装置を使用して測定することによってめられた。第２図お よび第３図は、それぞれ、試験個所の側面からおよび試験個所の底面からの漏洩 速度を試験するための装置を図示する。

第２図には、（１）ブロックの一つ以上の面を密封し、一つ以上の面を外気に露 出したままに残こす部品の間に試験ブロックを閉じこめる手段、および（２）ブ ロックに真空手段とから成る、前記組成物から鋳造された試験ブロックの真空保 持力を試験するための装置を示す。

第２図および第３図において、試験ブロック１０は、ブロックの４つの側面１２ を通じての漏洩速度を測定するための装置とともに示されている。真空プレート １４をブロックに適用する前に、ブロック１０の底面をシールするため、ブロッ クの底面をシリコーンゴム複合材料の薄い層で被覆する。シリコーンゴムの上に エポキシ樹脂の膜を塗ってさらにブロック底面のシールを確実にしてもよい。つ いで、シリコーンシーラント１８を上面の周囲に沿う細条（！−ｔｒｉｐ）とし て、ブロックの上面に適用する。ついで、−片の布２０を試験ブロックの上面に 載せ、ついで真空プレート１４をブロックに載せる。ホース２１が真空プレート の上の継手と真空源（図示なし）を連結する。露出縁を通じてのブロック中への 漏洩速度を測定する手段が試験装置に作動的に連結される。

第４図および第５図は、試験ブロックの底面を通じての漏洩速度を試験するよう に改造した装置を示す。これらの図において、ブロック１０の縁部は、シリコー ンシーラント３０でシールし、ついでこれをテープ３２で覆って縁部のシールを 確実にする。−片の布３３を試験ブロックの上面におき、ついで上面取付は板３ ４および側面取付は板３６から成る真空装置１４を、こうして調製した試験ブロ ック１０の上に載せて、真空源に連結されたホース４０に連結された継手３８を 除くすべてを封鎖するようにする。

この試験においては、底面を通じての漏洩速度が測定真空保持力（トール（Ｔｏ ｒｒ）／時間／面積）底　面　１２０　６ 側　面　１２０　１０ 標準試験によって測定された本発明の新規物質の熱的性質は、以下の第■表に示 され、同表は養生された後蒸気養生されついで一回以上サイクルを繰り返した材 料の性質を示す。

熱伝導度： 温　度　熱伝導度 ℃’Ｆ　Ｗ／ｍＫ　ＢＴＵ　ＩＮ／ＨＲＦＴ２＃１　２４　７５　２．６０　１ ８．０１２１　２５０　２．７１　１８．８ ＃２　２４　７５　１．９０　１３．２１２１　２５０　２．５１　］、７．４ ２０４　４００　２．５　１７３ ３１５　６００　２゜３１　１６．０ １２１　２５０　２．０１　１３．９ 比　熱： 温　度　比　熱 ℃”Ｆ　Ｊ／ｋｇＣＣＡＬ／ＧＣ ２４７５７６０，１８１ １２１２５０８００，１９１ ２０４４００８４５，２０２ ２８０５３０１１５０，２７５ 熱膨張： １２５　２５７　１３．３Ｘ１０〜’　１３．３ＸＩＱ−６２００３９２２１， ６Ｘ１０　１２．３Ｘ１０”３００　５７５　３０．８Ｘ１０−’　１１．２Ｘ １０−’機械的性質を以下の第■表に示す。

第　■　表 Ｌ■ 密度　２２０　ＬＢ／ＦＴ３ 圧縮強度”　３０，８８０ｐｓｉ 引張強度″　２，１８０ｐｓｉ 曲げ強度”　３，６８０ｐｇｉ ＊　５日養生：　１４０’Ｆ、９５＋％ＲＨテ２．４時間。

ついで５回の熱サイクル（４５分昇温、４５分停止、４５分降温；室温−４００ 下−室温） 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 手続７市ＩＦ書（方式） ％式％ １、事件の表示 国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ　８４１０１０１６２、発明の名称 金属骨材をともなうセメント質複合材料３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、メリーランド　２１２０４、トーソン、ワシントン　 アベニュー　５０２、スィート　６５０名称　リサーチ　ワン　リミティド　パ ートナ−シップ代表者　タウンゼント、デニス 国　藷　アメリカ合衆国 ４、代理人　〒１０５ 住　所　東京都港区新橋３−５−２　新橋ＯＷＫビル５階６、補正の対象 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人の欄（２）図 面翻訳文■３図及び第５（社）（３）出願人住所変更・法人証明書及びその訳文 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ボルトランドセメントおよび主要充填材として不規則な形状をしたステンレ ス鋼粒子を含むセメント質複合材料。 ２．ボルトランドセメントおよび主要充填材として不規則な形状をしたステンレ ス鋼粒子を含み、真空を保持することのできろセメント質複合材料。 ３．約１３乃至約１９ＢＴＵ／ＩＮ／ＨＲ／Ｆｔ２／°Ｆの熱伝導度、約０．１ ８乃至０．２８ｃａｌ／Ｇ／℃の比熱、および約１２乃至１３．５×１０−５／ ■Ｋの熱膨張係数をもつ請求の範囲第２項の材料。 ４．高い強度と真空保持力を示すセメント質複合材料の物品を鋳造できろ混合物 であって、 ａ．ボルトランドセメント、 ｂ．化学的に活性なシリカ蒸気粒子、 ｃ．化学的活性が、より小さなシリカ質の細骨材、ｄ、超可塑剤、 ｅ．消泡剤、 ｆ．不規則な形状の粒子、および ｇ．水 から成ろ混合物。 ５．構成成分が混合物中の重量％で示した以下の相対的比率で存在する請求の範 囲第４項の混合物：ａ．ボルトランドセメント−２０〜３３％、ｂ．化学的に活 性なシリカ蒸気−２〜７％、ｃ．活性がより小さい細骨材−５〜２５％、ｄ．超 可塑剤−０．０１〜１．５％、 ｅ．消泡剤−０．０１〜０．５％、 ｆ．金属系充填材− １０／２５メッシュステンレス鋼５０％まで８０／１００メッシュステンレス鋼 ３０％まで；および ｇ．水−５〜１０％。 ６．相対的比率が略以下の通りである請求の範囲第５項の混合物： ａ．ボルトランドセメント−２４〜２５％、ｂ．化学的に活性なシリカ蒸気−３ 〜３．５％、ｃ．活性がより小さな細骨材−１０〜１２％、ｄ．超可塑剤−０． ５％、 ｅ．消泡剤−０．２５％、 ｆ．金属系充填材− １０／２５メッシュステンレス鋼３５％まで８０／１００メッシュステンレス鋼 ２０％まで；および ｇ．水−６〜７％。 ７．相対的比率が路以下の通りである請求の範囲第６項の混合物： ａ．ボルトランドセメント−２４．２８％、ｂ．化学的に活性なシリカ蒸気−３ ．３１％、ｃ．活性がより小さな細骨材−１１．８２％、ｄ．超可塑剤−０．４ ７％、 ｅ．消泡剤−０．０１％、 ｆ．金属系充填材一 １０／２５メッシュスチンレス鋼３４．８％８０／１００メッシュステンレス鋼 １８．７％；および ｇ．水−６．６６％。 ８．ボルトランドセメントがＡＰＩクラスＨである請求の範囲第７項の混合物。 ９．超可塑剤がナフタレンベータスルホン酸のホルムアルデヒド縮合物のナトリ ウム塩である請求の範囲第５項の混合物。 １０．消泡剤がトリ−ｎ−ブチルホスフェートである請求の範囲第５項の混合物 。 １１．不規則な形状をした金属系充填材がタイプ３１６ステンレス鋼粒子である 請求の範囲第５項の混合物。 １２．活性がより小さなシリカ系骨材が５ミクロンより細かい石英またはシリカ の粒子から成る請求の範囲第５項の混合物。 １３．ａ．混合容器中でボルトランドセメントおよび微細結晶状シリカ粒子の混 和物を調製し、 ｂ．超可塑剤および消泡剤を加えてそれらの混合物を製造し、 ｃ．前記混合容器中で、撹拌しながら前記混和物に前記混合物を加え、 ｄ．少くとも二極の異つた寸法の成分のステンレス鋼粒子の混合物を調製し、 ｅ．混合容部の内容物中ヘステンレス鋼粒子の当該混合物を混合し、 ｆ．出来た材料を物品に鋳造すろ、 ことから成る、高い強度、真空保持力および良好な熱的性質を有し、相互に連結 した気孔の連続した網状組織が存在しないことによつて特徴づけられるセメント 質複合材料の鋳造物品の調製方法。 １４．請求の範囲第１３項の方法によつて調製された、高い強度、真空保持力お よび良好な熱的性質を有するセメント質の物品。 １５．請求の範囲第５項の混合物から製造された真空保持力を有すろセメント質 の物品。