JP2980292B2

JP2980292B2 - 高強度複合材組成物及びこれを用いた硬化体の製法

Info

Publication number: JP2980292B2
Application number: JP3108209A
Authority: JP
Inventors: 基一真野; 正之清本; 弘桜井; 和史鎮目; 晃鍛治川
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH04317450A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は潜在水硬性物質を用いた
高強度複合材組成物及びその用途に関するものである。
更に詳しくは，建設材料として従来のセメント組成物と
同様に使用できる高強度複合材組成物及びそれを用いて
製造される硬化体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】潜在水硬性物質とは、単に水と混ぜただ
けでは硬化しないが、ある種の刺激剤を加えると水和硬
化する物質であり、一般的には高炉水砕スラグ、転炉ス
ラグ、等が知られている。これら潜在水硬性物質は、化
学抵抗性、耐海水性等の耐久性が良く、アルカリ骨材反
応に対する抑制作用があることから主として普通ポルト
ランドセメントに添加し、セメントの有するそれらの欠
点を補う為に使用されている。

【０００３】その中でも高炉水砕スラグは、銑鉄の生産
時に大量に副生する物質であり、その量は年間数千万ト
ンにも達し、この有効利用が種々検討されている。高炉
水砕スラグの持つ潜在水硬性を利用した使い方として
は、セメント（普通ポルトランドセメント）に数％〜数
１０％添加し，「高炉セメント」として利用する方法が
ある。しかしこれも高炉水砕スラグを混和材料として副
成分的に使用する方法であり、高炉水砕スラグ自体を主
成分とする材料は殆ど開発されていない。その理由は、
高炉水砕スラグに水、及びアルカリ刺激剤又は硫酸塩刺
激剤を添加すると潜在水硬性が発揮されて、徐々に硬化
（水和反応）が進行することが知られているというもの
の、生成した硬化体は非常に脆く使用に耐えないという
欠点を有している為である。

【０００４】そこで我々は高炉水砕スラグ、水溶性高分
子、アルカリ性物質及び水からなる組成物及びこれを混
練、成形した後、湿潤養生を行うことによって高い機械
的強度を有する硬化体が得られることを見出し、既に特
許出願した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この高い機械
的強度を有する硬化体を得る為には、高炉水砕スラグ、
水溶性高分子、アルカリ性物質及び水からなる組成物を
混練する際に、強い剪断力をかけられる混練機が必要で
あったり、混練時間を長くしたり、現場で混練する為に
は大掛かりな混練機械を必要とする等の問題点を有して
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は，前記した
ような課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明
に至ったものである。即ち本発明は、（１）潜在水硬性物質、水溶性高分子及び水からなる混
合物を混練、乾燥した後、粉砕してなる高強度複合材組
成物（２）水溶性高分子が分子中に−ＣＯＯＨ基又は−ＣＯ
Ｏ^-基を有する高分子であることを特徴とする前記
（１）項に記載の高強度複合材組成物（３）分子中に−ＣＯＯＨ基又は−ＣＯＯ^-基を有する
高分子がポリ（メタ）アクリル酸塩であることを特徴と
する前記（２）項に記載の高強度複合材組成物（４）前記（１）項に記載の高強度複合材組成物に水及
びアルカリ刺激剤を添加し、混練、成形することを特徴
とする硬化体の製法を提供する。以下に本発明を詳細に説明する。

【０００７】まず本発明に於いて潜在水硬性物質とは、
高炉水砕スラグ、転炉スラグ等を言う。これら潜在水硬
性物質は単独でも、また２種以上を混合して使用しても
良い。また混和材としてフライアッシュ、シリカヒュー
ム等の使用も可能である。

【０００８】使用する水溶性高分子に特に制限はない
が、短時間に混練系に均一に溶解又は浸透するのが好ま
しいので微粒子状で用いることが好ましい。その具体例
としては以下のものが挙げられる。ヒドロキシプロピル
メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセ
ルロース誘導体。ポリエチレンオキサイド、α−ヒドロ
キシ−ポリアクリル酸ナトリウム、及び以下のモノマー
を原料とするホモポリマー、又はコポリマー類。

【０００９】（メタ）アクリルアマイド、Ｎ，Ｎ−ジメ
チル（メタ）アクリルアマイド、Ｎ−メチル（メタ）ア
クリルアマイド、（メタ）アクリロイルモルフォリン等
の（メタ）アクリルアマイド系モノマー。（メタ）アク
リル酸、（メタ）アクリル酸ナトリウム、（メタ）アク
リル酸カリウム、（メタ）アクリル酸アンモニウム等の
（メタ）アクリル酸塩モノマー。２−ヒドロキシエチル
（又はプロピル）（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニール
ピロリドン、ビニールメチルエーテル、スチレンスルホ
ン酸（又は，これらのナトリウム塩）等のビニール系モ
ノマー。

【００１０】又、上記のモノマーと共重合してえられた
水溶性高分子も使用できる。共重合し得るモノマーの例
を以下に記す。（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）ア
クリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メ
タ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチル
ヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステルモノマー類。
これら高分子は単独で、又２種以上を混合して用いても
良い。これらの高分子の内、好ましいものは分子中に−
ＣＯＯＨ基、−ＣＯＯ^-基を有する高分子であり、より
好ましいものはポリ（メタ）アクリル酸塩である。

【００１１】これら水溶性高分子高分子の使用量は潜在
水硬性物質に対して通常重量比で０．１〜１０％、好ま
しくは１〜７％である。これら高分子の使用量が０．１
％以下であると混合物が混練できないか、又は混練でき
たとしても後の工程での成形加工性が悪くなる傾向があ
る。又１０％以上用いても本発明の効果は変わらず、経
済的に不利である。潜在水硬性物質と水溶性高分子を混
練する場合の水の量は、この後の乾燥工程の便宜の為少
量であることが望ましいが、混練が容易に出来、又混練
物を効率よく乾燥するために小粒化の工程が容易になる
ように決められる。通常は潜在水硬性物質に対して８〜
３５％（重量）の水が使用される。

【００１２】次に本発明の高強度複合材組成物の一般的
な製造法の説明を行う。本発明に於いては、潜在水硬性
物質、水溶性高分子を、オムニミキサー（千代田技研工
業（株）製）の様な揺動型ミキサー、ニーダールーダー
型ミキサー、プラネタリーミキサー、又はワーナーニー
ダー等の粉体混合機に入れ粉状で混合する。次にこの混
合物に所定量の水を添加し、更に混合（粗混練）を行
う。次いで混練に移るが、混練に用いる機械には特に制
限はないが、工程の迅速化の為には、粗混練物に強い剪
断力を与えられる機器を用いることが好ましい。例えば
ロールニーダー、バンバリーミキサー、湿式バンバリー
ミキサー、ミキシングロール、クネットマシーン、バッ
グミル、スクリュー押し出し機、ニーダールーダー等が
用いられ、これらにより混練物が充分均一に混練され、
粘土状を呈するまで混練を行う。

【００１３】この混練物を乾燥させる為に、乾燥効率の
よい成形物に加工することが望ましい。即ち、ペレッタ
ーやミートチョッパー等を用いて細いヒモ状又は粒状に
することが望ましい。また、この混練物を乾燥させる際
に用いる乾燥器は、混練に用いた水を充分に除去できる
ものであれば特に制限はないが工程の迅速化の為には通
風乾燥機、ドラム乾燥機、ロータリー乾燥器等を用い、
１００℃以上、より好ましくは１３０℃以上の温度で乾
燥を行う。又、乾燥して得られた複合材組成物を粉砕す
る機械にも特に制限はなく、バンダムミル、ボールミ
ル、ヤリヤ粉砕機、ロートプレックス粉砕機等を使用で
きる。又、乾燥と粉砕を同時に行うスプレードライヤー
等も使用できる。粉砕後の粒径は５００μｍ以下好まし
くは２００μｍ以下に調整するのが好ましい。

【００１４】従来、高炉スラグ、水溶性高分子、アルカ
リ性物質及び水からなる組成物を混練するには、強い剪
断力のかかるロールニーダー、加圧ニーダー、バンバリ
ーミキサー等を用いる必要があった。しかし，本発明の
高強度複合材組成物は、強い剪断力のかかる機械は必要
とせず、コンクリートミキサー、オムニミキサー等や、
すり鉢等でも混練することができる。また，強い剪断力
のかかる機械を用いた場合でも、その混練時間は非常に
短いという特徴がある。その結果、従来のセメント・コ
ンクリート混練機械が充分に使用できる。

【００１５】次に本発明の高強度複合材組成物を用いた
硬化体の製造法について説明する。本発明の高強度複合
材組成物にアルカリ刺激剤及び水を加えて必要によりコ
ンクリートミキサー、オムニミキサー等や、すり鉢等に
よる混練を行ったのち常法により成形、養生、乾燥を行
ない本発明の硬化体を得る。この場合添加するアルカリ
刺激剤の具体例としては苛性ソ−ダ、苛性カリ、水酸化
リチウム等の水酸化アルカリ、ソ−ダ灰、炭酸カリウム
等のアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素ナトリウムのよう
なアルカリ金属の重炭酸塩、水酸化カルシウム、水酸化
マグネシウムのようなアルカリ土類金属の水酸化物、ポ
ルトランドセメント、ピロ燐酸カリウム、メタ珪酸ナト
リウム、メタ珪酸カリウム等が挙げられるが、これらの
うち好ましいものは苛性ソ−ダ、苛性カリに代表される
水酸化アルカリである。又その添加量は０．１〜５．０
重量％、好ましくは．０．５〜３．０重量％である。ア
ルカリ刺激剤の使用量が０．１％以下であると、複合材
組成物が硬化しないか、硬化したとしても硬化に長時間
を要する。又アルカリ刺激剤の量が５％を越えると硬化
が速すぎて硬化工程での作業に支障を生じる恐れがあ
る。また使用すべき水の量は本発明の複合材組成物に対
して概ね８〜６０％であるが水の使用量が多いと強度が
低下し、逆に水の使用量が少ないと強度が大きくなると
いう傾向が見られる。

【００１６】本発明の高強度複合材組成物を硬化せしめ
るに当たっては通常土木建築の分野において使用される
骨剤を添加することも出来る。骨剤としては例えば、川
砂、海砂、山砂、砕砂、スラグ砂等や、川砂利、軽量骨
材等が使用できる。また、硬化体の靱性向上等を目的と
して繊維等を添加することもできる。使用しうる繊維の
例としては、例えばガラスファイバー、カーボンファイ
バー、ビニロンファイバー、アラミド繊維、ポリプロピ
レンファイバー、スチールファイバー、アルミナ繊維、
セルロース繊維等が挙げられる。又、他の機能を持った
種々の材料も添加することも出来る。

【００１７】

【実施例】実施例によって本発明を更に具体的に説明す
るが、本発明がこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。尚，実施例において、部は重量部を示す。

【００１８】実施例１ブレーン値４０００ｃｍ²／ｇの高炉水砕スラグ１００
部、ポリアクリル酸ナトリウム（日本化薬（株）製：パ
ナカヤク−Ｂ）３部、水２０部からなる混合物をロール
ニーダーにて高剪断下に５分間混練した。練り上がった
ものをミートチョッパーにてフレーク状に裁断し、１３
０℃の気流中で１時間乾燥した。そしてヤリヤ粉砕機で
これを細かく粉砕し、試験用網ふるい（ふるい目の呼び
寸法１５０μｍ）で分級し、ふるいを通過したものを回
収し、本発明の複合材組成物を得た。

【００１９】次に、この粉体状の複合材組成物１００部
に、水酸化ナトリウム１部を水２５部に溶解したものを
加え、ワーナーニーダーにて混練を行い、混練物がペー
スト状になるまでの時間を測定し、混練機のモーターに
かかる負荷の様子を観察した。又，比較例１として、実
施例１と同じブレーン値４０００ｃｍ²／ｇの高炉水砕
スラグ１００部に、ポリアクリル酸ナトリウム（日本化
薬（株）：パナカヤク−Ｂ）３部、水酸化ナトリウム１
部を水２５部に溶解したものを加え、実施例１と同様に
してワーナーニーダーにて混練を行い、混練物がペース
ト状になるまでの時間を測定し、混練機のモーターにか
かる負荷の様子を観察した。結果を表１に示す。

【００２０】尚、本実施例で使用した高炉水砕スラグの
分析値は、次の通りであった。ＳｉＯ₂ ３４．１％，Ａｌ₂Ｏ₃ １４．２％，Ｆｅ
₂Ｏ₃ ０．６％ＣａＯ４２．２％，ＭｇＯ６．４％

【００２１】

【００２２】表から明らかなように、潜在水硬性物質、
水溶性高分子、及び水からなる組成物を予め混合、混
練、乾燥、粉砕しておくことによって、この処理を行わ
ない場合よりも非常に短時間で混練ができ、混練機械へ
の負荷も非常に少ない。

【００２３】実施例２実施例１と同様にして得た本発明の複合材組成物１００
部、水酸化ナトリウム１部を水１８部に溶解したものを
加えてなる混合物をスパイラルミキサーで３分間混練
し、得られた混練物の状態を観察した。（表２）又、比
較例２として、実施例１と同じブレーン値４０００ｃｍ
²／ｇの高炉水砕スラグ１００部に、ポリアクリル酸ナ
トリウム（日本化薬（株）：パナカヤク−Ｂ）３部、水
酸化ナトリウム１部を水１８部に溶解したものを加え、
実施例２と同様にしてスパイラルミキサーで３分間混練
し、得られた混練物の状態を観察した。結果を表２に示
す。

【００２４】上記で得られた混練物を真空押し出し成形
機（本田鉄工（株）製，ＨＤＥ−２型）にて厚さ４ｍｍ
に真空押し出し成形を行った。結果を表２に示す。得ら
れた成形物を９０℃飽和蒸気中で２４時間養生を施し本
発明の硬化体を得た。この硬化体から、幅１５ｍｍ、長
さ７５ｍｍの曲げ物性測定用試験体を作成し、曲げ物性
を測定した。（表２）尚、曲げ物性の測定はテンシロン
（（株）オリエンテック製、ＵＴＭ−２５００）を用
い、スパン間隔６０ｍｍ、曲げスピード１ｍｍ／分の条
件で行った。

【００２５】

【００２６】表から明らかなように、潜在水硬性物質、
水溶性高分子、及び水からなる組成物を予め混合、混
練、乾燥、粉砕しておくことによって、混練時間を非常
に短くすることができ、しかも得られた硬化体は非常に
高強度であった。

【００２７】実施例３実施例１と同様にして得た複合材組成物１００部に対し
てフラタリーサンド５０部、水を２０部用いた以外は実
施例２と同様にして混合、成形、養生を施し本発明の硬
化体を得たそして、実施例２と同様にして曲げ物性を測
定した。結果を表３に示す。

【００２８】

【００２９】潜在水硬性物質、水溶性高分子、及び水か
らなる組成物を予め混合、混練、乾燥、粉砕しておくこ
とによって、骨材を添加した場合でも混練時間を短くす
ることができ、得られた硬化体は非常に高強度であっ
た。

【００３０】実施例４ブレ−ン値３８００ｃｍ²／ｇの高炉水砕スラグ１００
部、カルボキシメチルセルロ−ス（第一工業製薬製、セ
ロゲンＢＳＨ−１２）５部、水２３部からなる混合物を
実施例１と同様に処理し、本発明の複合材組成物を得
た。この複合材組成物１００部に、水酸化ナトリウム
１．５部を水２５部に溶解した水溶液を添加し実施例２
と同様の方法で混練し、真空押出成形及び養生を行って
本発明の硬化体を得た。この硬化体の曲げ物性は次の通
りであった。曲げ強度（ｋｇｆ／ｃｍ²）３８０曲げ弾性率（×１０⁵ｋｇｆ／ｃｍ²）２．１２

【００３１】

【発明の効果】潜在水硬性物質と水溶性高分子を混合、
混練し、乾燥、粉砕しておくことによって、水とアルカ
リ刺激剤を添加した後の混練が簡単な混練機で、しかも
短時間で行うことができる成形加工性の優れた複合材組
成物が得られた。この複合材組成物は高い機械的強度を
示す硬化体を与えた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−123842（ＪＰ，Ａ) 特開平２−307850（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−30746（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−282149（ＪＰ，Ａ) 特開平３−290348（ＪＰ，Ａ) 特開平３−237050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 28/08 B28C 7/00 C04B 24/26 C04B 24/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】潜在水硬性物質、水溶性高分子及び水から
なる混合物を混練、乾燥した後、粉砕してなる高強度複
合材組成物
【請求項２】水溶性高分子が分子中に−ＣＯＯＨ基又は
−ＣＯＯ^-基を有する高分子であることを特徴とする請
求項１に記載の高強度複合材組成物。
【請求項３】分子中に−ＣＯＯＨ基又は−ＣＯＯ^-基を
有する高分子がポリ（メタ）アクリル酸塩であることを
特徴とする請求項２に記載の高強度複合材組成物
【請求項４】請求項１に記載の高強度複合材組成物に水
及びアルカリ刺激剤を添加し、混練、成形することを特
徴とする硬化体の製法