JPS5926952A - 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】 本発明は１強度が高く、収縮性が低く、急硬性に優れた
新規のセメントに関する。公害を未然に防止するため、
硫黄酸化物がその発生源において除去されるようになっ
た。これに伴い大量の石膏が発生し、その新しい用途が
求められている。本発明は、この石膏と、他方において
製鋼所において大量に発生する製鋼還元期スラグとを原
料として作られる。新規の有用性の高い七メンｉ提供、
することを目的とする。

グであり、圧縮強度は石・白の２重量％を境に石膏の増
加とともに低下している。このことから硬化体の結合は
、従来、知られているセメント系の結合であることが容
易に推察できる。特開昭５１−９１２０には白色スラグ
セメントが報告されている。

これは、白色ポルトランドセメント糸でｆ）　り　、５
ｉ０２−ＣＬ′ＬＯ系の水硬物であるとしている。その
ため電炉スラグを急冷させ２ＣＬ′ＬＯ８ｉＯ３をβ−
２ＣＬ′ＬＯ８ｉ０２化させようとしている。従って、
このセメントは。

本発明の１−２０’ＺＯ８ｉ（ｈあるいは３　Ｃ’ＺＯ
２Ｓｉ０２Ｃ！　／ＺＦ２を主要成分としているもので
はない。゛また。この電炉スラグの組成からは、　１２
０／ＬＯ７Ａｄ、Ｏ，、とＣｒｔＦ２との固溶体が主要
成分となることはない。また。

％４昭４９−３０６８３は、急硬性セメントクリンカ−
組成物として、　　１２０ＬＬＯ７Ａｌｘ　ＯｓとＱ　
ｔｔＦ２との固溶体相、　５ＣＬ’ＬＯ８’ＬＣｈ相お
よびＦｅ２Ｏ，相の５成分系を開示している。そして、
そのセメントは、このクリンカーに無水石膏を加えたも
のである。しかし、この特公昭では、上記３成分を単に
混合したのみではセメント原料とできず、３成分全焼成
して得たクリンカー組成のみがセメントとして使用でき
るとしている。また、その引例は、硬化体の圧縮強度は
、硬化後３゛時間の１８４　Ｋｇ／ｒＭｆ最高として、
以後時間とともに低下し、２８日後では、　　１１４Ｋ
Ｑ／／？−まで低下することを示している。

本発明は、かかる背景において１％定の製鋼還元期スラ
グと石膏とを特屋割合で用いることにより、高強度、低
収縮性、急硬性に優れたセメント’に提供することを目
的として成されたものである。

本発明ノセメントは、　３Ｃ’ＺＣｈ　８１０２ｃａＦ
２　またはこのものと９０車量％以下のγ−２０’ｚＯ
８ｉＯ２と會含む混合粉末８１〜９４重量部と、１２０
１Ｌ０７Ａ４０ｉとＣＩＬＦ２との固溶体１９〜６重量
部とを含有する基質粉末１００恵量部と１石膏１．０〜
４００重量部と全主要成分とすること全特徴とするセメ
ントである。本発明によれば、圧縮強度１曲げ強度に優
れ、収縮性が低く、更に急硬性に優れたセメントを提供
することができる。

本発明のセメントの原料鉱物であるγ−２０／Ｔ。

５ｉＣｈはわずかに水和するが、常温でほぼ安定してお
り、水のみでは硬化しない。１２０４０７Ａβ２０１と
ＣαＦ２との固溶体は、急硬性があるが強度は低（５０
’ＬＯ８ｊ−０，と混合して使用するのが普通でおとも
に混練し、養生すると良好な水和硬化体が得られること
が本発明により明らかとなった。

本発明のｒ−２０ｒＬＯ３ｉ０２．３０４０２　Ｓｉ、
０２　ＣｎＦ２゜および１２０’ＺＯ７Ａｌｔ　Ｏｎと
ＣＩＦ、との固溶体よυなる基質粉末の原料としては、
製鋼還元期スラグが利用できる。このスラグは冷却時、
急冷しである程度ガラス化したものを粉砕してもよい。

徐冷したスラグ組成は、主として、γ−２Ｃα０９ｉ（
ｈと３０　ｒＬ０２　ＢＬＯ２０’ＺＦｚとの混合物と
１２　（！ＺＯ７Ａ４０ｓと０ｆＺＦ２との固溶体の共
晶より成立っている。なお、その他の成分としては、ガ
ラス成分、３０／１．ＯＡｇ２０ｈ、　３　Ｃ’−Ｏ８
’ｘＯｘＣａＦｘ、　Ｃ”０Ａｌｚ　Ｏｓ、　ｅ粉等が
含まれる。本発明において用いる代表的な製鋼還元期ス
ラグ２種類を第１表に示す。その他、当該成分をなすよ
う成分鉱物ないしスラグを配合して原料とすることもで
き、また溶融処理によって合成することも勿論可能であ
る。

基質粉末の組成で、　１２　Ｃａｏ　７　Ａｌ２Ｏ５と
Ｏ’ＺＦ２との固溶体が約６重量部未満では十分な強度
の七メント硬化体？得ることができない。３０１ＬＯｘ
　５ｉＯｓ　Ｃ’ＬＦ２と７−２０”０３ｉＯ２との成
分については前者のみ単独又は両者の混合物があるが９
両者を混合する場合には、セメント硬化体の強度の点か
ら、γ−２Ｃα０８ｉ０２は９０％以下とする必要があ
る。

また、基質粉末は、その低不純物として成る程度のガラ
ス物質および少量の他の酸化物、沸化物。

硫化物および鉄等金含んでもよい。

石膏は無水石膏、半水石膏又は工水石膏、或いはこれら
の中間物ないし混合物であって、その由来は種々のもの
を用いることができ、二酸化硫黄除去装置からの生成物
乞も用いることができる。

強度上の観点および早期硬化の観点からは無水石膏およ
び半水石膏、多量の水の吸Ｗｔｋ必要とする場合等は半
水石膏等を用いる。

石膏の配合量は基質粉末ｉｎｎ車量部に対し１〜４００
市量部である。石膏が１重量部に満たない場合には強度
がほとんど得られない。石膏の量が４００重景重量越え
ると９寸ず吸水強度が低下し、続いて乾燥強度も低下す
る。石膏の添加量は１重斌部以上で効果全示し、最大４
００車量部までは添加できる。これ以上の石膏添加の場
合は硬化体の性質は石・蛭としての性質に次第に近づく
ことになるが石膏代替品としてのみ用いる場合にはさら
に多量の石膏全添加することももちろん可能である。従
って石膏は要求される強度１価格など全考慮して適切な
値を選定する。なお石膏の含有量と硬化体強度の関係全
第２表に示す。

これらの原料を粉末の状態で混合し、さらに水を加えて
混練し、約８０°Ｃ以下の温度で反応を進行させると強
固な硬化物を得る。なお、水利硬化に必要な水分の供給
は、プレス成形法においてプレス成型後、水に浸漬ない
し水を食潰させて行うことも可能である。この場合、水
を含まない圧粉成形体がまずプレス成形され、つづいて
水に浸漬されてセメント硬化反応が進む。硬化は普通、
室温のままで十分であるが、８０°Ｃ程度で蒸気養生す
れば硬化は早い。但し、１１０°Ｃ’ｒこえるとエトリ
ンガイトに脱水が起り、電装等が発生するおそれがある
。また、水中でも硬化は進行するが。

強度は一般にかなり低下する。但し、水中に放置すると
、材令と共に再び向上する。水の添加量は一般的に七メ
ン）１００３（承部に対し、１５〜３０（好ましくは１
８〜２５）重量部であるが９石膏添加量減水剤の使用及
び成型方法等により大きく変化する。この時、水は通常
の水でよく、水道用水でも地下水でもさしつかえない。

モルタルの保水性およびそれにより得られる硬化体の表
面硬度全向上させたい時は、カルボキシルメチルセルロ
ースヲ０．１〜０．２重量Φ程度加えるとよい。モルタ
ルの瞬結性を得たい時は、基質粉末全１〜１０μ程度に
微細するか、鉄またはアルミニウムの化合物特に硫酸塩
または水酸化物を数重量％添加するとよい。或いは、添
加する石膏種をかえてもよい。

硬化反応の生成メカニズムないし、生成物の詳細は、な
お、完全な解明を必要とするが９本発明において硬化体
の強度発現のメカニズムは次の通りであると解される。

製鋼還元期スラグ１石膏および水を混合成形すると、ス
ラグを構成する微細共晶粒子内の一方である１　２　Ｃ
□ｌＯ７Ｊ＊　ＯｈとＣｎ、Ｆ２との固溶体と石膏から
エトリンガイト（３０ｒｔＯＡ１２０．３　Ｃｎ５０４
３２Ｈ，Ｏ）を生じ、他方において石膏の添加により活
性化されたγ−２ＣａＯ８１０□のＳｉＯニーイオンま
たは、８１０：”と水中のＣＯニーイオンの両方がエト
リンガイトのＳ　Ｏｒ・ｒオンと、ホトケミカルに置換
してウッドフォルダイト かに水和したγ−２　ｃｎｏｓｉｏ□のカルシウムイメ
ーンがエトリンガイトの硫酸イメーンに補４足烙れ，残
された３１０ｍ’ーイオンが硫酸イオンに千（つてエト
１ノンガイドに結合するものと思われる。

γ−２ＣＤＯＳｉＯｚ上で強固に納会生成したエト１ノ
ンガイドおよびウッドフォルダイト水オロ物は．両者相
俟ってセメントの強度ｔｋ１ｊｌＩ著に１句上させる。

即ち．共晶粒子表面に固着し．Ｃ軸方向に１中びた骨格
をもつエトリンガイトとウッドフォルり゛イトの倣細な
針状晶（数μ以下）および球状［１ｈ（１μ以下）のか
らみあいにより強度が向上−ｊ−ると、慝Ｊ：）ている
ものと椎尼される。６Ｃα０２ＳｉＯ□Ｃ　ｒＬＦｚは
。

本来極性を有しており，エトリンノブイトとγ−２Ｃα
ＯＳ’Ｌ（ｂとの粒子間の結合とｌｉＪ様な様式に加え
て．さらに自らもイオン的にも強い結合様式をとってい
るものと推定される。なお、水分添加量が少ない場合．
または乾燥時には，モルタル水和物は，結会水ｔｊＭ宜
有しないものないし放出したものとの混合状態におかれ
る。

硬化物は，石膏の増加に伴ない，やや緑色金星する。ま
７ζ，混練水の上澄液がわすかにイオウ臭を生じて黄変
することかめる。前者は，微量の複４　３　０’ＬＯＣ
’ＬＢｓ　１　４　Ｈ　２　０が混在するＦｅＳと反応
しておこるものであり，後者は，ｃＬ′Ｌ（ｓｎ）ｚが
硫酸イオンにより分解されて生ずる硫化水素と有離硫黄
のためでるるか特に問題になるほどではないし。

必要なら公知の方法で解消することもできる。

本発明の方法で作られる硬化体の強度は．原料の粒度に
も関係がある。一般的には，粒度は，細かい方がよい。

石膏−スラグ糸のスラグセメント９、本発明のスラグと
は化学組成および原料鉱物組成は．基本的に異る。この
報告では，圧縮強度は２％を境に石膏量の増加とともに
低下している。

このことは、この水和物が本発明の水利化合物とは違っ
て、公知のセメント系の結合であることを。

意味している。本発明では、カルシウムイオン金多く溶
出する石灰やセメンＩｆ加えることは３強度的には、悪
影響があり、全く性格全溝にしている。その他１％開昭
５０−１４６２１．特開昭５４−７６６２７に記載のも
、のおよび市販のカルシウム糸膨張剤等の場合は、水和
物はエトリンガイトとしているものの、これらにおいて
は１本発明においてマイナスの効果を有する所の石灰や
セメントラ積極的に加えている。従ってこの結合も本発
明とは別のものである。本発明のセメントに対するポル
トランドセメントの添加による強度の低下は空気中硬化
でも水中硬化でも見られる。

本発明の硬化物は、水中に２〜４日間浸漬しておくと１
強度が低下するがそれ以降再び強度の向上が見られる。

通常の石膏製品に比べれば格段に耐水性が高いといえる
。

本発明のスラグセメントは、水と混練後成形し。

或いは成型後、水に含浸し、必要に応じ加熱養生して所
定の形の硬化物ヲ得ることができる。この場合、一般の
セメントモルタルに比べれば曲げ強度は小さい。それを
補う方法としては、市販ジェットセメント・アルミナセ
メント等全数１０重量％加えるとよい。また１表面硬さ
は粗いスラグを用いた時には弱い。成型はヌリッグ流込
成型のほか加圧成型が可能である。加圧成型のとき、成
型圧力は一般に高い方が硬化体の強度には有利であるが
１通例５０〜１００に９／ＣＩＡ’ｅもッテ足りる。

加圧成型は、水添加前、又は添加後、あるいは部分添加
後に行うことができる。

養生の方法によっても本発明硬化体の強度は変化する。

蒸気養生をすれば表面硬さはがなり向上し、養生時の相
対湿度は高い方が一般には好ましい。

以上９本発明は１石膏とスラグという安価な原料をもと
に石膏よりはるかにすぐれた強度を有し。

セメント並の物性をもつ硬化体を提供することができる
。

しかし、このスラグセメント硬化体は単なるセメントあ
るいは石膏の代替品として以上の様々の用途や効果が期
待できる。そのいくつかの例を以下に示す。

第１に乾燥又は加湿加圧成型後の水和硬化が可能でおυ
、その場合高強度が得られること。第２に通常の流込成
型硬化も可能である。第３に速硬性でありながら、微量
のアミン類、クエン酸などの有機酸およびペプトンなど
の蛋白）腐敗物を含む水との混線後の可使時間が１時間
と長いこと、添加する石膏量によっては更に可使時間全
畏〈てきること等がセメントとしての基本的利点である
。

その他の利点として第一にウッドフォルダイトおよびエ
トリンガイトは、多くの有害イオン、例えば６価クロム
イオンを捕捉することができる。従って、これらの金属
イオンを含む産業廃棄物全本発明のスラグセメントで封
鎖すれば、溶出を効果的に防止できる。第二に本出願の
スラグセメントは早強で、水中でも硬化することから、
沼地、ため池等の埋立て、軟弱地盤の改良に利用できる
。

硬化時には、多量の水を吸収し、数時間以内に７０％程
度の反応が完了する点が有利に応用できる。

また、瞬結性を備えたセメントは止水剤およびグラウト
剤として有用である。保水性を持たせたセメントは１発
泡コンクリートの補修剤としてふされしい。第三に通常
のセメントと同様、砂利や砂。

望ましくは、亮炉ヌラグやガラス質の珪酸カルシウム塩
物質を加えて硬化させた簡易舗装が考えられる。この舗
装は、アスファルトのように夏平に軟弱化することはな
い。また運動場やテニスコート用にも使える。或いは骨
材としての用途も考えられる。

早強性の利点をより積極的に生かす目標としては、脱型
サイクルの大巾な改善がある。一般には硬化中の製品を
脱型できる。圧縮強度は、１００Ｋｇ　／　ｒＡといわ
れているが、従来、多くの例ではこの強度を得るのに４
〜５時間ないし１・日を要していた。本発明のスラグで
は流込成型品でも石１・４％添加物について８０°Ｃ蒸
気養生なら６０分以内で、室内養牛でも２時間あれば十
分にこの強度をこえる。この上うな早強性は、工業的規
模での連続成型金も可能にする期待がある。また本発明
のスラグセメントは、予めプレス成型した後に水利硬化
反応を生せしめることができる。この点で従来の通例の
セメントに比し大いに有用である。特に高圧成型により
高強度の硬化体金得ることができるとともに、硬化体製
造工程上においても流込成型法の９口〈、型枠内に所定
時間保持する必要が軽減される。

もう１つの利点である。非収縮性も重要である。

本発明のスラグセメントでは水２５％添加してヌ％添加
の成型体では全く収縮しない。したがって。

アンカボルトなどの固定セメントとしてふされしい。

従来のセメノド製品は収縮をおさえるため、砂利や砂を
加え９品質管理を行ってもなおかつ０．１％以下に収縮
音お芒えるのは難しい。また本発明のスラグセメントは
従来のセメントに適当量添加することによシェドリンガ
イトが生成し、膨張材として使用できる。

粒度の大きい砂や砂利を加えなくても寸法精度がよいと
いう本発明品の特徴は特に美ＩｅＸ”ｅ要求される製品
に有用である。数μ以下の粒子で構成さ嘴 れた硬化物の表面はきめが細かく、そのまま表装材とし
て使用できる。

本製品が装飾用としてさらに有利なのは色が白く９着色
が自白である点にある。従来の高価な白色セメントに代
えて、あらゆる装飾用とし本発明品が利用できる。

さらに、注目烙れる使途としては、ガラス材料（繊維、
泡カラス）より成る構成物との複合材セメントとしての
利用でおる。本発明品は通例のセメントのようには水と
反応して水酸化カルシウム全溶出しない。従ってカラス
材料を浸すことが少・なく、この用途には絶好の素材と
なる。

・） １′このように本発明品は多くのセメントに代り得る特
性をもち、かつその価格の安さを生かして。

従来の石膏製品にも代替できる。以上の通り本発明の硬
化体は工業上極めて有用である。

以下に実施例を示す。

実施例　１ 第１表の−１の組成を持つ製鋼還元期スラグを用い、第
２表に示す配付比において１石膏と混合し、この混合物
１００部に第２表に示す配合比において混練水を混合し
、振動を加えつつ４×４×１６ｃｒｎの型枠に流込んだ
。次いで、１６時間抜脱型し、２８日間気乾養生と水中
養生を行い、セメント硬化体を得た。該硬化体について
第２表に示す物性を測定した。石膏の添加量と強度との
関係は、第２表に示す通りである。

また、同表には、スラグを用いることなく、他は上記と
同様にして作製した硬化体についても示した。

第　　１　　表 単位二重量％ 乾曲は強度、含水曲は強度がぞれぞれ高いことが分る。

実施例　２ 第１表のＮａ２スラグに鋳型用石膏を１２５重量％加え
、さらに、第５表に示す配合のペプトンを溶かした混練
水を加え、混練後ビカー針装置に用いて、凝結テストを
行った。ペプトン添加量と始初、終結の関係は、第３表
に示す通りである。

第６表 第３表から明らかの如く１本発明のセメントは。

通常のセメントの混和剤を使用しても同様の効果金得る
ことができる。

実施例　３ 第１表の階２スラグ８５重量部と石膏１５■量部とより
なる混合物に１％減水剤を含む水２１恵承部を加え、実
施例１と同様の方法で４　Ｘ　４　Ｘ１６ｍの角状成形
体（Ａ）を得た。また、比較例として。

ポルトランドセメント１００．ｉ量部と６号砂１１３０
恵量部およびそれに実施例２に示すスラグと石膏の混合
粉末２０車量部に、水２３市量部を７Ｊｌｌえ、４×４
×１６Ｃｒｎの角状成形した成形体（Ｅ）およびポルト
ランドセメン）１００ｆｉｊ１部と６号＆）　１００重
量部、水２２重量部とよりなる同形状の成形体＜ｃ＞ｅ
作製した。これら合計６成形体の何法父化を第１図に示
す。

第１図より明らかの如く１本発明のセメントｆ用いた上
記Ａの場合には、無収縮性の成形体を得ることができる
。

また、ポルトランドセメントと共用すると、膨張剤とし
ての効果がある。

実施例　４ 前記階１スラグとＹＮプラスタ石膏混合物を。

ポルトランドセメントに対し、第２図に示す重量割合で
混合した。いずれも、水セメント比０．６６で寸法変化
測定用型に流し込み、ニートセメントモルタル硬化体を
得た。これらの硬化体について。

材令３０日経過時点における１寸法変化率の等高曲線を
第２図に示した。

第２図から明らかの如く、ポルトランドセメントに対し
て、無収縮剤としての効果があることが分る。即ち、第
２図の中央付近に示した斜線部の範囲は、無収縮剤トＬ
？効果のある好ましい組成範囲である。なお、同図の左
下方に寂いて１寸法変化率０２以」二の範囲は、硬化体
が破壊状態を示した。

実施例　５ 本発明の７２７８５部に石膏１５部加えた粉末に、ｉｌ
ｏｏＰＰ、および１０００　ＰＰＭのクロム酸水溶液全
２２部加え、硬化させた。硬化後５日過った成形体につ
いてクロムの溶出テストに行った。

この方法は環境庁第１３号［産業廃棄物に含まれる有害
物質の検定方法による溶出試験」に準じ／ζもので、そ
の結果溶出液からクロムイオンは検出されなかった。

以上より明らかの如く１本発明のセメントは。

有害イオン（金属イオン）全捕捉する作用があることが
分る。

【図面の簡単な説明】

図は１本発明の実施例全示し、第１図は、第５実施例に
於ける本発明に係るスラグセメント硬化体の材令と収縮
率を、セメント対照例と共に示すグラフであり、第２図
は、第４実施例に於ける本発明に係るスラグセメントを
ポルトランドセメントと混合して得た硬化体の６０日後
の寸法変化率等高線図である。 Ａ・・・本発明の例　　Ｂ、Ｃ・・・比較例特許出願人
　　株式会社　豊田中央イ１１Ｆ究所代理人　弁理士高
橋祥泰 弁理士高　橋克彦 弁理士杉本　　勝 ０　　　　　　　７０　　　　　　　２０　　　　　　
　３任通Ｂ寄Ｐ出　（日） 第７回 ３０９− 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１３ＱＬ′ＬＱ　２５ｉＯ２Ｃｎｌまたはこのもの
   と９０ｍＡ％以下のγ−２０ｒｚＯ３ｉＯｉとを含む混
   合粉末８１〜９４Ｎ量部と、　　１２　Ｃｎ０７Ａｌｚ
   　ＯｓとＯ／ＬＦ。 の固溶体１９〜６重量部とを含有する基質粉末１００重
   爪部と石膏ｉ、　ｏ〜４００重量部とを主要成分とする
   ことを特徴とするセメント。 （２）基質粉末はＯ＋ＺＯ，５ｉ０２　、　Ａｌ２Ｏ５
   および０ａＦ２’ｃ主要基媚原料として得られる製鋼電
   気炉還元期スラグである特許請求の範囲第１項記載のセ
   メント。