JPH0565462B1 - - Google Patents

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JPH0565462B1
JPH0565462B1 JP3019591A JP3019591A JPH0565462B1 JP H0565462 B1 JPH0565462 B1 JP H0565462B1 JP 3019591 A JP3019591 A JP 3019591A JP 3019591 A JP3019591 A JP 3019591A JP H0565462 B1 JPH0565462 B1 JP H0565462B1
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cement
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powder
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Shigeharu Takagi
Norio Yokota
Shohei Sato
Toshihiro Nishi
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Sumitomo Cement Co Ltd
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Sumitomo Cement Co Ltd
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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】
【発明の技術】 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
げ強化は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つてセメント製
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
などによつ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、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つて可塑性を
失わないまま保存することが可能である。従つ
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
明を為すに至つた。
【0006】 この硬化体の特徴としては、γ−C2
Sの初期水和物であるトベルモライト類似水和生
成物(CSH)ゲルの極微量が硬化体のマトリツ
クスを形成していることならびにそれが重合体に
よつ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。1図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
−C2S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ツクス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を用いることによつ
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、フライフツシユセメン
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エルセメントなども
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;
リグノスルフオネートおよびフルフオン化ナフタ
レン塩などのスルフオン基含有重合体;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重合部添加する。
【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
ツシユ、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、従つてまた、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】 本件セメント組成物を混練するに当つ
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
によつ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本スクリユ
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
ツド状、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20〜
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つ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56−14465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50μm、または15μmを越える気孔によつ
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つてでき
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70〜90wt%、(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−C2
S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つ
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つて曲げ強度を増大
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
よつて、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ら
ちも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】 Al2O 0.5wt%以下 Fe2O3 0.1wt%以下 MgO 0.5wt%以下 TiO2 0.2wt%以下 B2O3 0.3wt%以下 P2O5 0.3wt%以下 Na2O 0.3wt%以下 K2O 0.3wt%以下 As2O5 0.3wt%以下
【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SiO2源の粉末は粉末度Blain1500
cm2/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
がこの徐冷によつてβからγの結晶構造へ多形転
移し、それにともなつて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つ
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、従つ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、これによつ
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、Fe2O30.05%以下、MgO0.20%以下、
TiO20.05%以下、B2O30.02%以下、P2O50.02%
以下、Na2O0.05%以下、K2O0.05%以下、Al2O3
他0.02%以下であつた。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Blaine1500cm2/g、
粒径88μm以上0.04wt%、63μm以上1.57wt%、
44μm以上4.47wt%、30μm以上30.28%、20μm以
上58.07%、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、および純粋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
200mm×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に従つて建設省設定の不燃材料に
合格するか否かを調べた。
【0020】
【表2】 曲げ強度 750Kg/cm2(73.5MPa) 加熱曲げ強度 715Kg/cm2 吸水率 0.5% 長さ変化率 0.05% 難燃性 不燃材料に合格
【0021】 (例 3) γ−C2S95wt%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、ポリアクリルアイ
ド7重量部、純粋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つた。
【0022】
【表3】 曲げ強度 680Kg/cm2(66.6MPa) 加熱曲げ強度 635Kg/cm2 吸水率 0.75% 長さ変化率 0.07% 難燃性 不燃材料に合格
【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つた。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】 曲げ強度 712Kg/cm2(69.8MPa) 加熱曲げ強度 679Kg/cm2 吸水率 0.6% 長さ変化率 0.06% 難燃性 不燃材料に合格
【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
な欠点であつ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〓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。従つて、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、走行車輌タイヤのリムあるい
はホイールキツプなどを始めとして、プラスチツ
ク、セラミツ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−C2
S粉末の製造方法も提案される。
【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成図で
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……マトリツクス 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(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。
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