JPH01500107A - 容積安定硬化水硬性セメント - 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】 容積安定硬化水硬性セメント 発明の分野 本発明は水硬性セメントの組成の改良に関する。より詳しくは、本発明はポルト ランドセメント、アルミン酸石灰塩セメントおよび硫酸塩、好ましくはカルシウ ムまたはアルミニウム硫酸塩またはセラコラ、の混合物からなるセメントにおけ る改良に関する。

定義 用いた「水硬性セメント」という語はポルトランドセメント、膨張セメント、エ アエントレンポルトランドセメント、火山灰混合セメント、スラグセメント、メ ーソンリーセメント、白色ポルトランドセメント、着色セメント、抗菌性セメン ト、防水セメント、耐火セメント、セルフストレスセメント、アルミナセメント および類似物質を意味するものとする。

用いた「セラコラ」という語は通常技術的に理解されているようなセラコラを含 むものとする。これには硫酸カルシウム（ＣａＳｏ４）およびその種々の形態例 えば硫酸カルシウム脱水和物、硫酸カルシウム半水和物および硫酸カルシウムニ 水和物、並びに焼きセラコラ、加圧焼きセラコラおよび焼きセラコラ（ｐｌａｓ ｔｅｒ　ｏｆ　Ｐａｒｉｓ）などが含まれる。

用いた「アルミナセメント」という語は主セメント成分としてアルミン酸−カル シウム（Ｃａ０ｘΔ１．０．）を含むと通常技術的に理解されるセメント物質を 含むものとする。これには高アルミナセメント（ＨＡＣ）　、アルミン酸石灰塩 セメントおよび多くの他の市販アルミナセメントが含まれる。

用いた「ポルトランドセメント」という語は通常「ポルトランドセメント」であ ると理解されるセメント、例えばＡＳＴＭ規格Ｃ−１５０に記載されるものを含 むものとする。これらのセメント混合物のポルトランドセメント成分は乾燥収縮 を低下し、湿潤膨張を増大する作用をする。乾燥収縮抑制剤として作用するがポ ルトランドセメントとして特定的に示されない他のセメントもまたこの用途に通 するので、「ポルトランドセメント」という語はこれらの他のセメントを包含す ると理解すべきである。乾燥収縮抑制剤の例には膨張促進剤例えば系の他の成分 と相客性である膨張セメントが含まれる。

発明の背景 殊にコンクリート構造物の保護、防水および修復における建設業の要求を満たす セメント系の提供において多（の先行する試みがなされた。最適の系は比較的短 かい時間内に十分な強度、耐摩耗性および耐食性を有する硬塊またはコーティン グに凝結すべきである。これらの系が流体、殊に水溶液、に対する不浸透性を有 することもまた非常に望ましい、また、そのような系は湿潤または乾燥条件下に 過度の硬化容積変化をすべきではない。

商業的使用には、これらの型のセメント系はｔ＝澗および乾燥表面に対する良好 な結合特性、初期および長期強度並びに実際現場作業性もまた有さねばならない 、それらは凍結および融解並びに塩、溶剤および他の腐食性物質の作用に耐える ことができねばならない、上記の１つまたはそれ以上の望ましい性質を有する多 くのセメント混合物があるけれども、今日までの先行技術のいずれも１組成物中 に前記のすべてを達成できず、先行状みは単に限定された成功を有したにすぎな い。米国特許第４，３５７．１６６号は２＠および３欄にこれらの先行技術組成 物の制約の若干について論じ　。

ている。

ポルトランドセメント、アルミン酸石灰塩セメントおよびセラコラの混合物が何 年間も使用されたけれども、それらの使用に関連する種々の問題に遭遇した。

他の水硬性セメント例えばアルミナセメントおよびセンコラを含む先の組成物は 長期湿潤膨張を示すことが示された０例えば米国特許第４，３５７，１６６号に は水と混合すると、凝結中に実質的な収縮なく高い圧縮強さの硬塊に速やかに凝 結でき、硬化状態で低い湿潤および乾燥容積変化を示すセメント組成物が開示さ れている。

その発明はまた流体に対する多少の不浸透性並びに摩耗、浸食および薬品耐性、 並びに建設業において商業的有用性を有する組成物に望まれる他の特性を有する 。その発明の利点はアルミナセメント、セラコラ、乾燥収縮抑制剤および湿潤膨 張抑制剤の混合物を含むセメント組成物により達成される。その発明の組成物は 、好ましくはポルトランドセメントを乾燥収縮抑制剤として、またリチウム塩を 湿潤膨張抑制剤として使用する。しかし、種々の促進剤、遅緩剤および他の混合 物をアルミナセメントおよびセフコラ組成物に添加すると硬化容積変化（湿潤お よび乾燥）に著しい影響を与えることができ、従って、それらの有用性が制限さ れる。

さらに、セラコラと他の水硬性セメントとを混合する先の試みは、所望の効果例 えば高速凝結または低収縮を生ずるけれども、また水硬性セメントの安定性、耐 久性、ワーカビリティー、耐水性あるいは生じたセメントの湿潤／乾燥サイクリ ング安定性または耐久度に影響を与えた。

米国特許第４．０４５．２３７号には水と混合すると、凝結および初期硬化中の 実質的な収縮なく短時間で硬塊に凝結し、流体に対する、高度の不浸透性を有す ることができるセメン）＆ｌｌ成物が開示されている。その組成物は焼きセラコ ラ、高アルミナセメントおよびポルトランドセメントの粉体温合物を含み、また はそれはポルトランドセメントの使用のない高アルミナセメントおよび加圧焼き セラコラの粒子の混合物を含む。

ポルトランドセメントは主にケイ酸三カルシウムおよびケイ酸二カルシウムから なる。この配合物を製造するために２つの型の原料−カルシウム含量の高いもの 例えば石灰石またはチョーク、およびシリカに冨むもの例えば粘土またはシエー ルーが通常必要である。これらの原料は通常かなりの濃度の鉄保持化合物を含有 する。加熱工程中のこれらの化合物の存在は数％の酸化鉄を含むタリンカーの形 成を生ずる。

このポルトランドセメントクリンカ−の構造は、従って原料の組成および粒度の 変動並びに焼成条件における不一致のために著しく変化し、それがタリンカー気 孔率の変動並びに結晶子の骨材中に見出される結晶の大きさおよび形態の差異を 生ずる。

従って、米国特許第４．３５７．１６６号および第４．０４５．２３７号に開示 されたセメント組成物のポルトランドセメント成分は、上記のようにかなりの量 の酸化鉄を含有する０例えば米国特許第４．０４５．２３７号においては混合物 中に０．１−１０％のポルトランドセメントを用いることが臨界的である。１０ ％以上のポルトランドセメントの添加はポルトランドセメント−焼きセンコラ− 高アルミナセメント混合物中に生ずる酸化第二鉄の割合のためにセメント水和反 応に困難を生ずる。

米国特許第４，１５７，２６３号は第４．０４５．２３７号特許の発行を導くそ の出願の分割であり、第４．０４５．２３７号特許に請求された組成物をコンク リート構造物の修復および防水における使用並びに機械または重量機器の安定な 土台または基礎を形成するための空隙または穴の充填に用いる方法を開示してい る。この方法の実施に用いるポルトランドセメントは、上記のようにかなりの量 の酸化第二鉄を含み、それが混合物に添加し、従って組成物の強度を低下できる ポルトランドセメントの量を制約する。

出願人は硫酸カルシウム半水和物、アルミン酸石灰塩セメントおよびポルトラン ドセメントの混合物から作られたコンクリート、グラウト、パンチング物質およ び防水物質に生ずる硬化容積変化を、低水準の酸化鉄を含むポルトランドセメン トの使用により低下できることを見出した。出願人はさらに、ポルトランドセメ ント成分中に用いる酸化鉄のそのような低下がこの組成物の圧縮強さの驚くべき 増大および先に凝結したコンクリートに対するその結合能力の改良をなすことを 確認した。

最大酸化鉄含量は変化できるが、しかし一般原則として、それは最大約２重量％ であろう、好ましくは酸化鉄含量はできるだけ低くあるべきであるが、しかし実 際問題として、０．１重量％未満の量は達成することが困難である。

発明の概要 本発明は水硬性セメント組成物における改良に関する。より詳しくは、本発明は ポルトランドセメント、アルミン酸石灰塩セメントおよびカルシウムまたはアル ミニウム硫酸塩化合物の配合物からなるセメントの改良に関する。

出願人により開示される組成物は低酸化鉄含量を存するように低水準の鉄化合物 を含む原料から製造されたポルトランドセメント約０．１〜約８０重量部、硫酸 塩化合物好ましくはセラコラ約０、１〜約４０重量部およびアルミナセメント約 ２〜約９５重量部を含む、最も有利な組成物は低鉄ポルトランドセメント約２〜 ２０重量部、アルミナセメント５５〜９５重量部およびセラコラ２〜１Ｏ重量部 を含む。

任意の硫酸塩化合物を本発明に使用できるけれども、有機または無機ｇ酸塩が好 ましい、硫酸カルシウムは最良の結果を与え、純薬品としての使用、現場形成、 またはその普通の形態、セフコラにおける添加のいずれも最も有利である。硫酸 アンモニウムアルミニウム（ＡｆＮＨａ（ＳＯａ）ｔ　］および硫酸カリウムア ルミニウムＣＡｊ！Ｋ（ＳＯ４）ｚ　）もまた良好な結果を与える。他のアルカ リ金属硫酸塩は有用であると認められず、満足な性能はカルシウムおよび（また は）アルミニウム硫酸塩でのみ認められる。入手性に基いてセンコラはその種々 の形態で最も有利な硫酸塩化合物である。

最も好ましい化合物、硫酸カルシウムを、例えば硫酸ナトリウムと硝酸カルシウ ムとの混合物の反応により現場で形成することもまた可能である。種々の硫酸塩 と反応させる他のカルシウム化合物を用いることができる。

セメント組成物の１態様において、ポルトランドセメントの最大酸化鉄含量はＡ ＳＴＭ試験法Ｃ−１１４により酸化第二鉄として測定して２重量％である。他の 態様において、出願人の組成物における使用に選ばれるセフコラは硫酸カルシウ ム半水和物である。

出願人の組成物は、さらに多くの他の成分および添加剤を含むことができ、組成 物中のポルトランドセメント、硫酸塩化合物およびアルミナセメントの全重量を 基にして約９０重量％までの骨材を含むことができる。追加の成分は水と接触す るとガスを発生できる化合物、界面活性剤、減水剤、および凝結時間制御剤を含 むことができる。

出願人の容積安定セメント組成物は、従って２重量％の最大酸化鉄含量を有する ポルトランドセメント約０．１〜約８０重量部、好ましくは２〜２０重量部；ｆ Ｌ酸塩化合物約０．１〜約４０重量部、好ましくは２〜１０重量部；およびアル ミナセメント約２〜約９５重量部、好ましくは５５〜９５重量部を含む。

出願人はまた、約２％以下の酸化鉄を含むように低水準の鉄化合物を含む原料か ら製造されたポルトランドセメント約０．１〜約８０重量部；カルシウムまたは アルミニウム硫酸塩化合物約Ｏ１１〜約４０重量部；およびアルミナセメント約 ２〜約９５重１部を含む混合物を予定持続時間混合し、その後この混合物を水で 水和することを含む、容積安定セメント組成物を製、造する新規な方法を見出し た。

出願人により開発された方法は、混合物を水で水和する前に混合物にポルトラン ドセメント、硫酸塩化合物およびアルミナセメントの全重量を基にして約１〜約 ９０重量部の量の骨材を加えることを含む若干の追加段階を含むことができる。

さらにまた、混合物に促進剤、遅緩剤、顔料、減水剤またはガス発生剤の少くと も１種を加えることができる。

出願人によりここに開示された方法の実施により生じた生成物もまた新規であり 本発明の一部と考えるべきである。

出願人により開示されたセメント組成物における改良は、改良された容積安定性 、高い強度および、他のセメント組成物に対する良好な結合強度を得るためにポ ルトランドセメントの最大鉄含量を約２重量％に制御することを含む、改良はさ らに、セメントの酸化鉄含量をできるだけ低い値に低下させることにより組成物 の凝結時間を低下させることが含まれる。酸化鉄含量は出願人の組成物中に０． １〜２重景装置範囲内にあるべきである。

好ましい態様の詳細な説明 次の例は本発明の新規なセメント組成物およびその利点を、限定することなく例 示するために与えられる０例中、部および百分率は他に示さなければ重量による 。

例１ アルミン酸石灰塩セメント、６ＦＬｆｌｌカルシウム半水和物およびポルトラン ドセメントを含み、ポルトランドセメントが「通常」量の酸化第二鉄、約２３重 量％、を含む配合物から製造された組成物が使用される。

次の成分を１分間トライブレンドしたニー里１丘− ポルトランドセメント　８ アルミン酸石灰塩セメント　２５ 硫酸カルシウム半水和物　５ 乾燥フリユードコークス　３ メルメント（Ｍｅｌ＋ｗｅｎｔ）　Ｆ　１０　０．５炭酸リチウム　０．０９ クエン酸　０．１２ 砂　５８．２９ 乾式混合後、水１２．５部を加えて混合物を水和し、次の性質が測定された： 時間　圧縮強さ １時間　９００ｐｓｉ ３時間　３，０ＯＯｐｓ＋ ２４時間　６，３００ｐｓｉ 収縮および膨張試験は組成物から硬化した１１インチ試験片鋳造物で行なった： 乾燥収縮＝０．０１９６％（５０％湿度で１４日貯蔵後）湿潤膨張−０，０１３ ０％（水中浸漬後）例２ 例１に見出されると同じ成分を同じ割合で用いた。しかしこの例においてポルト ランドセメントは低水準の鉄化合物を含む原料から製造され、酸化第二鉄０．４ 重量％を含有した。

組成物の水和後、例１の値に比べて次の改良が示された：時間　圧縮強さ １時間　４，５００ｐｓｉ ３時間　９．０００ｐｓｉ ２４時間　１１．　ＯＯ０ｐｓｉ 乾燥収縮＝Ｏ，０Ｏ０３％（５０％湿度で１４日貯蔵後）湿潤膨張＝０．０００ ４％（水中浸漬後）例１に記載した組成物に比べて結合強さの５０％増加並びに 水和生成物の水吸収および浸透性の驚くべき低下もまた示された。

例３および４はさらに低酸化鉄ポルトランドセメントが与える改良を示す。

例３において次の成分を１分間トライブレンドした：例３ 物　−ｊ１！％− ポルトランドセメント　８ アルミン酸石灰塩セメント　２５ 硫酸カルシウム半水和物　５ 乾燥フリユードコークス　３ メルメントＦ−１００，５ 砂　５８．５ 例１におけるように、ポルトランドセメントは約２３重量％の酸化第二鉄を含有 した。乾式混合後、水１２．５％を加えて混合物を水和し、次の特性が測定され た： −一」υ」−−πに ３時間　９７５ｐｓｉ ２４時間　８，５２５ｐｓｉ ７　日　９．５００ｐｓ＋ 乾燥収縮＝０．０７３６％（５０％相対湿度で２８日貯蔵後）湿潤膨張＝水に浸 漬したときに試験片が破壊したので測定できなかった。

例４ 例３に用いた成分を再び同割合で用いた。しかしこの例において、ポルトランド セメントは例２におけるように低水準の鉄化合物を含む原料から製造した（すな わち、酸化第二鉄含量０．４重量％）。

組成物の水和後、例３の値に比べて次の改良が示された：時間　−圧ｊ１謙瀘− ３時間　５，７５０ｐｓｉ ２４時間　８．９２５ｐｓｉ ７　日　１　１．　０　７　５ｐｓ＋ 乾燥収縮＝　０．０４％（５０％相対湿度で２８日後）湿潤膨張＝０．００７３ ％（水中浸漬２８日後）これらの配合物に任意のセラコラを利用できるけれども 、硫酸カルシウム半水相物が最も有効な結果を与えると認められた０例に用いた メルメン）　（Ｍｅｌｍｅｎｔ）　Ｆ　−１０化合物は減水剤としてよく知られ 、アメリカン・アドミクスチャーズ（ＡｍｅｒｉｃａｎＡｄｍｉｘｔｕｒｅｓ　 ＊　Ｃｈｉｃａｇｏ　＋　ｌ１ｌｉｎｏｉｓ）から入手できる。他の減水剤もま た不発明に使用できる。

本発明のセメント組成物の３必須成分に加えて、コンクリートに添加される普通 の添加剤をもちろん使用することができる。これには促進側、遅緩剤、顔料、ニ ーイー剤、減水剤、ボンピング助剤、フライアッシュ、ガス発生および放出剤、 並びに、もちろん全範囲の骨材が含まれるが、しかしこれらに限定されない。

ここに開示した発明が先行技術に記載されたものに比べて改良されたセメント系 を提供するように考慮されていることが明らかであるけれども、他のＢ様が当業 者により案出されることができることを認められよう、従って、請求の範囲力１ 本発明の真の精神および範囲に属するすべての変形または態様を包含するものと する。

手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称　容積安定硬化水硬性セメント３、補正をする者 事件との関係　出願人 ４、代理人 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．２重量％の最大酸化鉄含量を有するボルトランドセメント、アルミナセメン ト、およびカルシウムまたはアルミニウム硫酸塩化合物を含む容積安定セメント 組成物。
2. ２．ボルトランドセメントが０．１〜８０重量部の量で存在し、アルミナセメン トが２〜９５重量部の量で存在し、硫酸塩化合物が０．１〜４０重童部の量で存 在する、請求の範囲第１項記載の組成物。
3. ３．ボルトランドセメントが２〜２０重量部の量で存在し、アルミナセメントが ５５〜９５重量部の量で存在し、硫酸塩化合物が２〜１０重量部の量で存在する 、請求の範囲第１項記載の組成物。
4. ４．硫酸塩化合物がセッコウである、請求の範囲第１項、第２項または第３項記 載の組成物。
5. ５．硫酸塩化合物が硫酸アルミニウム例えば硫酸アンモニウムアルミニウムまた は硫酸カリウムアルミニウムである、請求の範囲第１項、第２項または第３項記 載の組成物。
6. ６．硫酸塩化合物が硫酸カルシウムである、請求の範囲第１項、第２項または第 ３項記載の組成物。
7. ７．硫酸カルシウム化合物がアルカリ金属硫酸塩と硝酸カルシウムとの反応によ り組成物中に現場で形成される、請求の範囲第６項記載の組成物。
8. ８．さらに１〜９０重量部の骨材または充填材成分を含む、請求の範囲第１項〜 第７項のいずれか一項に記載の組成物。
9. ９．さらにガス発生剤、界面活性剤、減水剤または凝結時間制御剤の１種または それ以上を含む、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか一項に記載の組成物。