JPH04214059A - セメント硬化体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセメント硬化体の製造方
法に係る。

【０００２】

【従来の技術】セメント組成物を硬化して得られるセメ
ント製品の曲げ強度は必ずしも高くない。慣用的な粒子
寸法および水／セメント比の水硬性セメント組成物を硬
化して得られる製品の曲げ強度は５〜１０ＭＰａ　程度
である。セメント組成物に繊維物質を含ませることによ
ってセメント製品の曲げ強度を高めうることが知られて
いるが、その曲げ強度が　４０ＭＰａを越えることは稀
であり、しかもセメント組成物の成形性が悪くなる。そ
のほか、セメント製品の気孔の寸法および割合を規定し
たり、セメント組成物の粘性条件を規定するなどによっ
てセメント製品の曲げ強度を高めることが提案されてい
る。しかしながら、これらの提案に係る曲げ強度を改善
したセメント製品は耐燃性（耐熱性、耐火性）、耐水性
等において難点があり、実用化には問題がある。又、こ
れらのセメント製品は主としてポルトランドセメントそ
の他の水硬性セメントを用いているために製品が灰色を
しており、外観上の問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の如き
従来技術に鑑み、高曲げ強度を有し、かつ耐燃性、耐水
性等に優れたセメント製品の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、γ−Ｃ２Ｓ　に任意に水硬性化合物を
混合した粉末　１００重量部に対して、水分散性重合体
１〜２０重量部、水５〜２５重量部に加えて、任意に細
骨材、充填材等を添加し、混練したセメント組成物を、
成形した後、相対湿度２０〜７０％または（および）５
〜１５気圧の下、４０〜１８０℃の温度で処理し、硬化
せしめてセメント製品を製造する。上記で混練したセメ
ント組成物はその段階で密封すれば数ケ月にわたって可
塑性を失なわないまま保存することが可能である。従っ
て、上記セメント組成物をそのまま製品素材としてある
いは成形した半製品として密封保存し、後に開封し、上
記のように熱処理して硬化せしめ、セメント製品とする
ことができる。

【０００５】本発明ではセメント粒子としてγ−Ｃ２Ｓ
　を用いる。従来、γ−Ｃ２Ｓ　は通常水硬性を示さな
いのでセメント構成化合物としてはできるだけ含まない
ことが好ましいとされてきた。しかし、本発明者らは、
驚くべきことに、γ−Ｃ２Ｓ　粉末に水分散性重合体お
よび水を添加して混練し、低湿または高圧の条件下で熱
処理して得たセメント硬化体が、高曲げ強度その他の優
れた特性を示す画期的な製品であることを見い出し、本
発明を為すに至った。

【０００６】この硬化体の特徴としては、γ−Ｃ２Ｓ　
の初期水和物であるトベルモライト類似水和生成物（Ｃ
ＳＨ）　ゲルの極微量が硬化体のマトリックスを形成し
ていることならびにそれが重合体によって安定化されて
いることから、高曲げ強度を含む優れた機械的強度に加
えて、耐水性が大きく、また透水性は小さく、更には耐
熱性、防火性などにおいて優れ、かつ変形が少ない、等
の特徴を挙げることができる。図１は本発明に依る硬化
体の内部組織を説明する図であるが、未水和のγ−Ｃ２
Ｓ　粒子１と充填物２の間をＣＳＨゲルと重合体の混合
物がマトリックス３として埋めている。これに対して、
図２は、従来のポルトランドセメント硬化体の内部組織
を示す図であるが、表面を内部水和物４で包囲された未
水和物５、外部水和物６、水酸化カルシウム７などの粒
子が結合して組織を形成している。

【０００７】本発明は、γ−Ｃ２Ｓ　を用いそれを特定
条件下で水和させて硬化体を得ることを特徴とし、前述
の利点はγ−Ｃ２Ｓ　を用いることによって達成される
ものである。しかし、任意に、水硬性化合物を混入して
もよい。 水硬性化合物を混合する場合、その混合割合は特に限定
されないが、一般的には、γ−Ｃ２Ｓ　との合計重量の
内割で４０％以下とする。水硬性化合物としては、普通
にはいわゆる水硬性セメントを混合すればよく、例えば
、ポルトランドセメント、混合ポルトランドセメント（
高炉セメント、フライフッシュセメント、シリカセメン
トなど）、アルミナセメント、水硬性石灰、ローマンセ
メント、天然セメント、混合石灰セメント（スラグセメ
ント、火山灰セメントなど）などがある。又、早強セメ
ント、超速硬セメントあるいはオイルウェルセメントな
どもよい。特に、アルミナセメントはそれ自体高曲げ強
度の硬化体を与えることが知られており、これの混合は
好ましい。

【０００８】本件のセメント組成物には水分散性重合体
即ち水に分散性の重合体を添加して、成形あるいは加工
に際してγ−Ｃ２Ｓ　等の粒子に潤滑または分散作用な
らびに可塑性を与える。水分散性重合体としては、例え
ば、酢酸ビニルの重合体および共重合体；アクリルアミ
ドやメタクリルアミドの重合体および共重合体などのア
ミド置換重合体；ヒドロキシプロピルメチルセルロース
、オキシプロピルメチルセルロースなどの非イオン系の
アルキルまたはヒドロキシアルキル・セルロースエステ
ル；ポリエチレンオキシドなどのポリアルキレンオキシ
ド誘導体；ポリアルコキシ誘導体；リグノスルフォネー
トおよびスルフォン化ナフタレン塩などのスルフォン基
含有重合体；などがあり、単独でまたは混合して使用す
る。 水分散性重合体はγ−Ｃ２Ｓ　と任意な水硬性化合物よ
りなる粉末　１００重量部に対して１〜２０重量部、好
ましくは１〜５重量部添加する。

【０００９】本件のセメント組成物には、任意に、細骨
材、充填材等を添加してもよい。これらは粒径１ｍｍ以
下であることが好ましい。例えば、砂、石英砂、および
微細無定形シリカなどのシリカ、チタニア、カンラン石
、スレート粉末、フライアッシュ、スラグ、石膏等があ
る。又、本件によるセメント製品は繊維を混入すること
なく高い曲げ強度を達成するものであるが、繊維の混入
を排除するものではない。更に、本件のセメント組成物
に顔料を添加することができる。本発明によるセメント
硬化体はγ−Ｃ２Ｓ　粉末が白色であることから美感的
に優れた白色であり、従ってまた、顔料を添加して鮮明
な着色を得ることが容易であるという利点を有している
。

【００１０】本件のセメント組成物を混練するに当って
は、γ−Ｃ２Ｓ　と任意に水硬性化合物よりなる粉末　
１００重量部に対して水を５〜２５重量部、好ましくは
７〜１５重量部添加するにとどめ、その混水量は極めて
少なくする。 これはセメントの水和速度を制限する一方、水空間空隙
を小さくすることによって高密度を保ちかつ全体の空隙
を少なくするためである。このように混水量が極めて少
ない組成物を均一に混練するためには、２本スクリュー
のニーダや２本ロールミル等を単独で用いあるいは併用
して高剪断力の下で混練するとよい。

【００１１】混練したセメント組成物は押出成形、ロー
ル成形（シート状）、加圧成形（異形状、ロッド状、円
錐形など）等の成形をした後機械加工（切削等）して各
様の部品形状の半製品とする。前述したように、本件の
セメント組成物は、混練後あるいは成形された半製品の
段階で密封すれば可塑性を保有したまま保存することが
できる。こうして、成形された半製品あるいは密封保存
後開封された半製品は相対湿度２０〜７０好ましくは２
０〜６０％の低湿あるいは（および）５〜１５好ましく
は５〜１０気圧の高圧の下において、約４０〜　１８０
℃好ましくは８０〜　１５０℃の温度で処理し、硬化せ
しめる。このような養生によって普通の条件下では水硬
性を示さないγ−Ｃ２Ｓ　粉末のセメント組成物を硬化
することができる。

【００１２】尚、セメント製品の曲げ強度を改良するた
めに、セメント製品の気孔を調整することは本発明のセ
メント製品においても有効である（特開昭５６−１４４
６５号公報参照）。例えば、製品の全容積の２％あるい
は０．５％以下が最大寸法　１００μｍ、または５０μ
ｍ、または１５μｍを越える気孔によって占められるよ
うにする。一般的に、相対的に大寸法気孔の割合が小さ
くなるほどセメント製品の強度は大きくなる。こうした
緻密な製品を得ることは粒子の粒度分布を調整すること
によってできる。 特に多重モード分布すなわち粒度分布曲線におけるピー
クが複数存在するように粒度配合を調整することは有利
である。例えば、二モード分布として、（ａ）粒径６０
〜　１１０μｍを５０ｗｔ％以上、好ましくは７０〜９
０ｗｔ％、（ｂ）粒径１〜１０μｍを５ｗｔ％以上、好
ましくは１０〜３０ｗｔ％、および（ｃ）上記粒径以外
を２０ｗｔ％以下、好ましくは１０ｗｔ％以下、更に好
ましくは５ｗｔ％以下の配合は好適とされる。これ以外
の二重モード分布、あるいは三重モード分布等を利用し
て好ましい気孔の製品を達成することができる。又、単
モード分布でもよいことは勿論である。 一般的に、本発明に用いるγ−Ｃ２Ｓ　は容易に微粉末
化するので、より緻密な製品を調製するのも容易である
。

【００１３】セメント組成物の成分の選択に当って、毛
管レオメータ試験を行ない、剪断速度の増大に対して剪
断応力が一定以上増大するものを選択することも有効で
ある（特開昭５７−１２９８５３号公報参照）。例えば
、試験用組成物を毛管レオメーター中に押出し、その際
、試験用組成物の剪断速度を０．１〜５／秒の範囲内の
剪断速度において１０倍に増大させた場合に、試験用組
成物の剪断応力が少なくとも２５％増大するように、組
成物の成分および組成を選択することによって曲げ強度
を増大させることができる。このような曲げ強度増大手
法は、本来、普通の水硬性セメント硬化体について提案
されたものであるが、本発明のセメント製品に応用する
ことによって、本発明による硬化体の曲げ強度を飛躍的
に高めることが可能である。本発明者らは２００ＭＰａ
程度は可能であると考えている。同様に、高ヤング係数
を達成する手法も提案されている。

【００１４】次に、本発明のセメント製品に使用するγ
−Ｃ２Ｓ　粉末は、純度９９ｗｔ％以上の酸化カルシウ
ム系、水酸化カルシウム系および（または）炭酸カルシ
ウム系粉末と、純度９９ｗｔ％以上の酸化珪素系の粉末
とを　ＣａＯ／ＳｉＯ２のモル比が１．９０〜２．０５
、好ましくは１．９８になるように混合し、１０００〜
１５００℃、好ましくは１４００℃の温度で焼成し、室
温まで徐冷して製造することができる。上記の　ＣａＯ
源およびＳｉＯ２源は焼成条件下でそれぞれ　ＣａＯお
よびＳｉＯ２に成るような化合物または組成物であり、
その化合物または組成物の純度はどちらも９９ｗｔ％以
上のものである。両者とも、下記の如く、特定成分を一
定量以上含有してはならない。

【００１５】

【表１】

【００１６】ＣａＯ源としては生石灰、消石灰、炭酸カ
ルシウム等、ＳｉＯ２源としては珪石、珪砂等のほか工
業副産物としてのシリカ質等がある。ＣａＯ源およびＳ
ｉＯ２源の粉末は粉末度Ｂｌａｉｎ１５００ｃｍ２／ｇ
以上または粒径０．１ｍｍ以下のものを用いる。焼成後
の徐冷に際して、　５００℃から室温までを一般的には
１５℃／分以下、好ましくは１０℃／分以下の冷却速度
で徐冷する。焼成で生成したＣ２Ｓ相がこの徐冷によっ
てβからγの結晶構造へ多形転移し、それにともなって
γ−Ｃ２Ｓ　の微粉末が得られる。これはβからγへの
多形転移にともなって体積膨張が起きるからである。得
られるγ−Ｃ２Ｓ　粉末は０．５〜　１００μｍ程度（
小粒子が多い）の微粉末であり、従ってセメント粉末と
して使用するために機械的な粉砕工程を経る必要がない
。 このことはγ−Ｃ２Ｓ　粉末を使用する本発明のセメン
ト製品の大きな利点をなすもので、これによって大幅な
コストの低減が可能である。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。 （例１） 生石灰粉末（粒径０．１ｍｍ以下）１００重量部とシリ
カ質粉末（粒径０．１ｍｍ以下）５４重量部を混合した
。いずれの粉末もその不純物は重量基準でＡｌ２Ｏ３　
０．１０％以下、Ｆｅ２Ｏ３　０．０５％以下、ＭｇＯ
　０．２０％以下、　ＴｉＯ２　０．０５％以下、　Ｂ
２Ｏ３　０．０２％以下、　Ｐ２Ｏ５　０．０２％以下
、　Ｎａ２Ｏ　０．０５％以下、Ｋ２Ｏ　０．０５％以
下、　Ａｌ２Ｏ３他０．０２％以下であった。この粉末
混合物を電気炉中で約１４００℃にて２時間焼成し、徐
冷した。特に、　５００℃から室温までは１０℃／分の
冷却速度とした。徐冷後、粒径０．３〜９５μｍの白色
粉末が得られ、Ｘ線回折でγ−Ｃ２Ｓ　であることが確
認できた。

【００１８】（例２） 例１で作成したγ−Ｃ２Ｓ　粉末（組成はγ−Ｃ２Ｓ　
が９８ｗｔ％、粉体粒度構成はＢｌａｉｎｅ　１５００
ｃｍ２／ｇ、粒径８８μｍ以上０．０４ｗｔ％、６３μ
ｍ以上１．５７ｗｔ％、４４μｍ以上４．４７ｗｔ％、
３０μｍ以上　３０．２８％、２０μｍ以上　５８．０
７％、１５μｍ以上　７２．４４％である）１００重量
部に対し、ポリ酢酸ビニル（ケン化度７８．５〜８１．
５％）５重量部、および純水１２重量部を添加し、ホバ
ードミキサーで予備混合後２本ロールミルで混練し、シ
ート状に得られたものを更に３０ｋｇ／ｃｍ２　で加圧
して１０分間保持し、試験体（厚さ３ｍｍ×縦　２００
ｍｍ×横　１５０ｍｍ）を成形した。この試験体を直ち
に相対湿度４５％、温度　１００℃に調整した恒温恒湿
槽に移し、１時間熱処理し、硬化せしめた。

【００１９】硬化の試験体の物性として下記の値が得ら
れた。但し、曲げ強度は幅５ｃｍ、スパン１０ｃｍの試
験体を用いてインストロン万能試験機で測定した。加熱
曲げ強度は３００℃で１時間保持した後の同様な曲げ強
度である。吸水率および長さ変化率は試料を飽水させた
後　１０５℃で絶乾してその重量変化および長さ変化か
らそれぞれ求めた。難燃性は　ＪＩＳ　Ａ１３２１に従
って建設省認定の不燃材料に合格するか否かを調べた。

【００２０】

【表２】

【００２１】（例３） γ−Ｃ２Ｓ　９５ｗｔ％およびタルク５ｗｔ％からなる
セメント粉末　１００重量部に対して、ポリアクリルア
ミド７重量部、純水１５重量部を添加し、以降例２と同
様の手順で混練、成形、熱処理および試験した。結果は
次の通りであった。

【００２２】

【表３】

【００２３】（例４） 例２と同様な手順で混練および成形したものをポリエチ
レン袋中に密封し、６ケ月間を経た後、開封したところ
セメント組成物の可塑性および機械加工性に支障はなか
った。これを例１と同様に熱処理し、試験したところ、
次の結果を得た。

【００２４】

【表４】

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に依り、従来のセメント硬化体の大きな欠点であった曲
げ強度を大幅に改良した（５０ＭＰａ以上）セメント硬
化体を得ることができる。又、この硬化体は低空隙率を
達成することができ、高ヤング係数、高破壊エネルギー
も達成できる。しかも、従来高曲げ強度を達成するとし
て提案されている水硬性セメント硬化体に見られた耐水
性、耐燃性などにおいて劣るという欠点がなく、実用的
な硬化体である。又、この硬化体は白色なので美感にお
いて優れ、着色も容易である。更に、このセメント製品
に用いるγ−Ｃ２Ｓ　粉末は機械的粉砕工程を経ること
なく微粉末を得ることができるのでコストが低い。従っ
て、これを用いるセメント硬化体のコストも低減される
。このセメント製品のこうした特徴を生かした用途とし
ては、一般建築材料のほかに、シーリング材、電気材料
部品、走行車輛タイヤのリムあるいはホイールキップな
どを始めとして、プラスチック、セラミックあるいは非
鉄金属材料等の代替素材として広範囲の展開が考えられ
る。更に、本発明により、以上の如きセメント製品を提
供するためのセメント組成物、およびγ−Ｃ２Ｓ　粉末
の製造方法も提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセメント硬化体の組織図である。

【図２】従来のセメント硬化体の組織図である。１…γ
−Ｃ２Ｓ　未水和物 ２…充填物 ３…マトリックス ４…内部水和物 ５…未水和物 ６…外部水和物 ７…水酸化カルシウム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　γ−珪酸二カルシウム（γ−Ｃ２Ｓ）
   と任意に混合された水硬性化合物よりなる粉末　１００
   重量部に対して、水分散性重合体１〜２０重量部、水５
   〜２５重量部、ならびに任意に細骨材、充填材等を添加
   し、混練し、成形し、相対湿度２０〜７０％または（お
   よび）５〜１５気圧の下、４０〜　１８０℃の温度で処
   理することを特徴とするセメント硬化体の製造方法。