JPH0776121B2

JPH0776121B2 - 容積安定硬化水硬性セメント

Info

Publication number: JPH0776121B2
Application number: JP62502179A
Authority: JP
Inventors: エドワードピーホールブ; リチャードジェイグラボースキー
Original assignee: KONSUTORAKUSHON PURODAKUTSU RISAACHI Inc
Current assignee: KONSUTORAKUSHON PURODAKUTSU RISAACHI Inc
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: WO1987005893A1; JPH01500107A; AU7209987A; BR8706658A; EP0270565A4; CA1279332C; EP0270565A1

Description

【発明の詳細な説明】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ッコウ、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「セッコウ」という語は通常技術的に理解されて
いるようなセッコウを含むものとする。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
カルシウム二水和物、並びに焼きセッコウ、加圧焼きセ
ッコウおよび焼きセッコウ（plaster 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（CaC×Al₂O₃）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
用途に適するので、「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
成分と相容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く
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湿潤および
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、先行試みは単に
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欄および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
びセッコウ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ッ
コウ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。例えば米国特許第4,357,166号に水と混合する
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、セッコウ、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
セッコウ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、セッコウ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
セメント組成物が開示されている。その組成物は焼きセ
ッコウ、高アルミナセメントおよびポルトランドセメン
トの粉体混合物を含み、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
ッコウ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、およびシリカに富むもの例えば
粘土またはシエール−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％の酸化鉄を含むクリ
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ーの構造は、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、それがクリンカー気孔率の
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。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−焼きセッコウ−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、パッ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有する
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
ましくはセッコウ約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重量部およびセッコウ２〜10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
機または無機硫酸塩が好ましい。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、セッコウ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〔AlNH₄（S
O₄）_２〕および硫酸カリウムアルミニウム〔AlK（SO₄）
_２〕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。入手性に基いてセッコウ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ASTM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ッコウは
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；硫酸塩化合物約
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重量％の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。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、硫酸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分間ドライブレンドした：物質重量％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 乾燥フリュードコークス 3 メルメント（Melment）Ｆ−10 0.5 炭酸リチウム 0.09 クエン酸 0.12 砂 58.29 100 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 3,000psi 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＝0.0130％（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 11,000psi 乾燥収縮＝0.0003％（50％湿度で14日貯蔵後）湿潤膨張＝0.0004％（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分間ドライブレンドした：例３物質重量％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乾燥フリュードコークス３メルメントＦ−10 0.5 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：時間圧縮強さ 3時間 975psi 24時間 8,525psi 7 日 9,500psi 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：時間圧縮強さ 3時間 5,750psi 24時間 8,925psi 7 日 11,075psi 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ッコウを利用できるけれど
も、硫酸カルシウム半水和物が最も有効な結果を与える
と認められた。例に用いたメルメント（Melment）Ｆ−1
0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（American Admixtures,Chicago,Illino
is）から入手できる。他の減水剤もまた本発明に使用で
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。これには促進剤、遅緩剤、顔料、エーイー
剤、減水剤、ポンピング助剤、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、他の態様が当業者によ
り案出されることができることを認められよう。従っ
て、請求の範囲が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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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。
【請求項２】ポ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重量部の量で存在する、
請求の範囲第１項記載の組成物。
【請求項３】ポ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。