JPS6021839A - セメント成型体の製造方法 - 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】 本発明は、セメント成型体を急速高温養生によって極め
て短時間（１〜３時間）で製造する方法に関するもので
ある。セメント成型体としては。

石綿セメント板、パルプセメント板、木毛セメント板、
木片セメント板、ＧＲＣ，セメント瓦、モルタル板、テ
ラゾーブロック、コンクリート板、コンクリートパイル
、ヒユーム管、Ｕ字溝、コンクリートブロック、テトラ
ポット、コンクリート枕木、ＡＬＣ等の土木、建築用の
セメント、モルタル、コンクリート製品があげられる。

製品により異なるが、従来、セメント成型体を製造する
には、ポルトランドセメント、水及び骨材を調合して混
練りし、型枠に充填後、常温（通常の気温）で２〜４時
間前養生する。ついで、水ノ人気を用いて、１５〜ｂ ０〜７０°ＣまでＲ温し、該養生温度を４〜８時間保持
した後に蒸気を止め、自然冷却を待って脱型している。

従来の方法では、セメント成型体の生産サイクルは１〜
３サイクル／１」であり、生産時間を単に短縮したので
はコンクリートは十分に硬化しない。また、開放式型枠
では、従来の養生条件よりも前養生時間を短縮し、Ａ温
速度及び養生温度を上昇させると、セメント成型体には
膨張、発泡及び亀裂が発生し、卸全な製品が得られない
。

ちなみに、ＡＣＩの５１７委員会報告［蒸気養生Ｊ（８
曽マスタービルダーズ■技術資料ＮｏＬ−００１昭和３
８年８月１（Ｊ）によれば、Ａ温速度は１５°Ｃ〜２２
℃／時間が最も望ましく、充分かつ適当な前養生をして
も３３℃以下にとどめるべきとされ、前養生期間が３時
間以下で昇温速度が２２°Ｃ以」二では、かなりひどい
損傷を受ける、との報告がされている。

しかしながら、本発明者等は特定の硫酸塩や硫酸複塩を
水硬性セメントに調合して用いれば、開放式型枠でも、
前養生を必要とせず、成型後直ちに昇温速度４０℃／時
間以上、かつ、養生温度８０°Ｃ以上の急速高温養生を
行うことができ、これによって、養生時間１〜３時間で
欠点のない仲全なセメント成型体が得られ、生産サイク
ルはｌＯサイクル／日以上可能であることを見い出し、
本発明に到達した。

即ち、本発明は、水硬性セメントに対して、リチウム、
アルミニウム、ガリウム、タリウムの硫酸塩及びそれら
の金属を含む硫酸複塩の一種又は２種以」二を０．１〜
２０重量％の割合で添加調合した水硬性セメント配合物
を成型後、高温養生することを特徴とするセメント成型
体の製造方法を提供するものである。

本発明の実施において、水硬性セメントとしては、普通
ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中
庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメ
ント、白色ポルトランドセメント、高炉セメント、シリ
カセメント、フライアッシュセメント等が挙げられる。

これらの硫酸塩や硫酸複塩の好適なものとしては、ｆ＆
酸アルミニウム、硫酸リチウム、硫酸ガリウム、硫酸タ
リウムや硫酸アルミニウムアンモニウム等がある。これ
らの硫酸用や硫酸複塩は、無水物あるいは有水物のいず
れの形でも使用でき、粉末状あるいは水溶液としても使
用できる。

硫酸塩としては他に硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、！
＆酸クロム等があるが、硫酸ナトリウムと硫酸クロムは
脱型時の圧縮強度が低いと共に表面性状も悪いため、ま
た、硫酸カリウムは脱型時圧縮強度は比較的高いが表面
性状が悪いため、いずれも使用には不向きである。また
、硫酸複塩としては、他に硫酸クロムアンモニウムやＭ
Ｍクロムカリウム等があるが、これらは圧縮強度及び表
面性状が共に悪いため、使用には不適である。

使用方法としては、一般的には、コンクリート等の水硬
性セメント配合物の混練時に添加される。硫酸塩または
硫酸複塩の添加量は、水硬性セメントに対して０．１〜
２０重に％、好適には１〜ｌＯ重量％の範囲である。水
硬性セメント自体に当初から添加調合して置くこともで
きる。また、減水剤や凝結調節剤と混合して使用しても
よい・単位水量または空気量が多いコンクリートの場合
には、急速高温養生すると膨張しやすい、そのため、減
水剤の使用は単位水量を減少させるので好ましい。減水
剤としては、高性能減水剤と呼ばれているものが有効で
ある。例えばナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物［
商品名としては化工石鹸■のマイティ１５０］やトリメ
チロールメラミンモノスルホン酸塩縮合物［商品名とし
てはホゾリス物産■のＮＬ−４０００１、タールのスル
ホン化物［商品名としてはホゾリス物産■のＮＬ−１４
００Ｊ等である。

尚、硫酸塩による凝結促進に対して遅延剤として働く水
酸化アルミニウムやＣａ５Ｏ＋　、蔗糖等を併用すると
、ワーカビリチーが改善され、効果的である。また、経
済性を考慮すると、水酸化アルミニ、ラムに代えて、塩
化アルミニウムやポリ塩化アルミニウムを使用すること
もできる。

ＡＥ剤はコンクリートの空気量を増加させるので、これ
まで急速高温養生には好ましくないと考えられていたが
、前記特定の硫酸塩や硫酸複塩と併用したとき１こは、
セメント成型体の表面及び内部組織に発泡や膨張が見ら
れず、良好な表面性状及び組織構造が得られた。これは
、養生初期の段階で骨格が形成され、該骨格が膨張抑制
方向に働くので、ＡＥ剤で連行された空気の熱膨張が生
じないものと推測される。いずれにせよ、本発明方法で
は、ＡＥ剤を膨張現象の恐れなく使用でき、ＡＥ剤本来
の作用効果を充分に発揮させることができるので、耐凍
結融解性を向−１ニさせることができる。

上記水硬性セメントと特定の硫酸塩や硫酸複塩に水及び
骨材（砂等の細骨材と砂利や砕石等の粗骨材の一方又は
双方）、更に必要により他の促進剤、遅延剤、減水剤等
の混和剤を添加して混練りし、型枠に投入充填するので
あるが、この水硬性セメント配合物は成型後直ちに急速
高温養生に付される。

常温で前置時間を取ってもよいが、セメント成型体の生
産サイクルを増すため、成型終了後前置きなしに直ちに
急速な昇温か行われる。昇温速度は４０℃／時間以上、
好ましくは６０〜１２０”０／時間であり、この速度範
囲では何等の悪影響も生じない。養生温度は８０℃以上
、好ましくは９０〜１１０°Ｃの高温を１５〜６０分間
保持すればよい。１００　’Ｃ！を越える高温養生を行
うときは、気密性のある養生装置が必要である。例えば
成型体をシートで包み、加圧されたスチームを通気すれ
ばｌＯＯｏＣを越える高温養生ができる。

高温養生のための加熱媒体としては、一般の蒸気養生に
用いられている高温加圧水・蒸気が適している。その他
の加熱養生方法、例えば電気養生、電熱養生、高周波養
生、加熱空気養生や赤外線加熱養生も何等の支障なく使
用できる。

セメント成型体は上記の高温養生後、直ちに脱型され、
全ての製造工程が終了する。養生の熱効率を−Ｅげるた
めには、多少の自然放冷（ソーキング）を行えば効果的
である。

このようにして、養生時間１〜３時間で得られたセメン
ト成型体（セメント、モルタルあるいはコンクリート製
品）は製品の表面および内部組織に膨張、発泡、亀裂等
の欠点がなく、必要十分な脱型強度（１００〜２００　
ｋｇ／、ｃｍ）があり、脱型後の強度の増進も通常の蒸
気養生製品と同等である。

本発明の実施において、特定の硫酸塩や硫酸複塩が、水
硬性セメント配合物の急速高温養生において、該セメン
ト配合物の膨張、発泡、亀裂を抑止して硬化を促進する
作用機序は、未だ明確ではないが、式（１）のようにセ
メント成分の水和で生じた水酸化カルシウムと硫酸アル
ミニウムとが反応して、硫酸カルシウムと水酸化アルミ
ニウムが生成し、この硫酸カルシウムが式（２）のよう
にセメントの構成化合物であるアルミン酸三石灰と反応
して、アルミン酸三石灰水和物（エトリンガイト）が生
成する。

３Ｃａ（ＯＨ）　２　＋ＡＩ２　（Ｓｏ）３　＋８１（
２０＋３（Ｃ：ａｓＯ４’＋　２　Ｈ２０）＋２ＡＩ（
ＯＨ）　３−　（１）Ｃ３Ａ　＋　３（ＣａＳＯ３”　
２Ｈ２０）＋　２６Ｈ２０→Ｃｒ　Ａ　・３ＧａＳ０４
　・３２８２０　・＝−（２）式（１）及び（２）の反
応過程は実際とは多少異なるとしても、加水と同時に式
（１）の反応力（起り、この発生期の硫酸カルシウムと
水酸化アルミニウムが重要な働きをして式（２）の反応
が加熱養生の初期に起り、エトリンガイトが急速に生ず
ると仮定するならば、次のような推論が行なえる。

即ち、生成した水酸化アルミニウムとエト１ノンガイド
のコロイド表面にセメントペースト中の余剰水が一時吸
着されてホールドされると同時に、エトリンガイトの針
状構造による初期硬化があるため、急速に高温度まで昇
温させても水および空気の膨張が抑止される。続いて８
０℃以上の高温によって、セメントの主要構成物のけし
）酸三石灰の水和反応が急速に進行する結果、短時間で
１００〜２００　ｋｇ／　ｃｓ＋の強度が発現するので
ある。

以上のように、特定の硫酸塩や硫酸複塩を有効成分とし
て使用する本発明のセメント成型体製造方法では、大気
圧下で開放式型枠を用いて急速高温養生を水硬性セメン
ト配合物に施しても、セメント成型体には膨張、発泡、
亀裂等が生じず、所望の緻密かつ堅固な製品が短時間で
得られるのである。

また、オートクレーブ養生のように大きな蒸気圧を隔室
内に確保する必要がないので、養生用設備に格別の圧力
保持手段を刊する必要が全くなく、従来の常圧蒸気養生
設備をそのまま使用することができる。型枠も設備及び
運転コストの高い閉鎖式型枠を使用する必要がなく、通
常の開放式型枠をそのまま使用することができる。

即ち、本発明によれば、急速高温養生を膨張現象の危惧
なく安全に行なえるので、〒期強度発現や養生時間の短
縮、生産サイクルの増大という課題を、型枠や養生用装
置の設備費や運転コストの過大な増大を招かずに容易に
達成できるのであり、また、成型体自体の品質面におい
ても、比較的大きい細孔半径における細孔容積を少なく
したり、耐凍結融解性を向上させたり、中性化を抑制す
る等の改善効果があるのである。

次に硫酸塩及び硫酸複１ａの種類、添加量、養生温度を
種々変更して、水硬性セメント配合物を蒸気養生した本
発明の実施例並びに比較例を、第１表乃至第５表に整理
して示した。

実施例１ 普通ポルトランドセメント＝１００、細骨材＝２００、
水＝４５、マイティ１５０＝２の重量調合割合のモルタ
ルに、各種の硫酸塩を添加した水硬性セメント配合物で
モルタル成型体を製造した。この養生は、該水硬性セメ
ント配合物を型枠に充填後、直ちに６０°Ｃ／時間で９
０°Ｃまで５１温し、次いで９０°Ｃを６０分保持して
行った。このようにして得た各成型体の物性及び強度試
験結果を表１に示す。

圧縮強度は養生直後の脱型時強度である。表面性状の判
定は、成型体全体について膨張、発泡、亀裂の有無、大
小、数を肉眼観察して行なった。

表１ ＊：比較例 実施例２ 普通ポルトランドセメント＝１００、細管材＝２００、
水＝４５、ＮＬ−４０００＝２の重量調合割合のモルタ
ルに、各種の硫酸複塩を添加した水硬性セメント配合物
でモルタル成型体を製造した。この養生は、該水硬性セ
メント配合物を型枠に充填後、直ちに６０℃／時間で９
０℃まで昇温させ、次いで９０°Ｃを６０分保持して行
った。

このようにして得た各成型体の物性及び圧縮強度試験結
果を表２に示す。圧縮強度は養生直後の脱型時強度であ
る。表面性状の判定は、実施例１と同様に全体の肉眼観
察によった。

実施例３ 普通ポルトランドセメント ２００、水＝４５、ＮＬ−４０００＝３の重に調合割合
のモルタルに、硫酸アルミニウム（無水）を添加した水
硬性セメント配合物でモルタル成型体を製造した。この
養生は、該水硬性セメント配合物を型枠に充填後、直ち
に６０°Ｃ／時間で９０℃まで昇温させ、次いで９０℃
を６０分保持して行った。

このようにしてｌ）た各成型体の物性及び圧縮強度試験
結果を表３に示す。圧縮強度は養生直後の脱型時強度で
ある。表面性状の判定は、実施例１と同様に全体の肉眼
観察によった。

表２ 木：比較例 表３ 実施例４ 普通ポルトランドセメント＝　３６０Ｋｇ／ｍ３．水セ
メント比−４８％、細骨材率＝３６％、マイティ１５０
＝２％、＾１２（ＳＯ４）：＋＝３％の調合で養生温度
を変えてコンクリート成型体を製造した。この養生は、
成型直後（２０°Ｃ）から６０°Ｃ／時間で養生温度ま
で昇温させ、養生温度・時間積（マチュリティ）が１７
０℃争時になるように当該養生温度を保持して行った。

このようにしてス５ｔた各成型体の圧縮強度試験結果を
表４に示す。圧縮強度は養生直後の脱型時強度である。

表面性状の判定は、実施例１と同様に全体の肉眼ｉ察に
よった。

表４ ＊：比較例 実施例５ セメントとして許通ポルトランドセメントを用い、細骨
材として阿武隅用水系白石用産の砂（物理的性状を表５
に示す）を用い、粗骨材として砕石（物理的性状を表６
に示す）を用い、硫酸塩として硫酸アルミニウム［Ａ１
．、（ＳＯ４）　３　］粉末を添加したコンクリート成
型体型体と、同じセメント、細骨材及び粗骨材を用いた
が、硫酸アルミニウムを含めて硫酸塩や硫酸複塩を添加
しないコンクリート成型体とを製造した。各コンクリー
トの調合は表７に示す通りであり、水セメント比はいず
れも４８％である。

表５　細骨材 表６　粗骨材 表７　コンクリートの調合 コンクリートを型枠に打込んだ後の養生方法は次の３種
類である。

（１）標準養生 コンクリートを打込んだ翌日に脱型し、直ちに水中へ侵
清し、試験開始までこの水中養生を続ける。

（２）１８通蒸気養生 コンクリ−１・打込み後、前養生を２時間行なう。その
後、昇温速度２０℃／時間で養生温度の６５°Ｃにし、
この養生温度を３時間保持し、自然放冷を１４時間行な
う。脱型後、１週間水中養生した後、２０”Ｏの恒温室
に試験開始まで放置する。

（３）急速高温蒸気養生 コンクリート打込み後、前養生なしで直ちに養生を開始
し、１１温速度５０″Ｃ／時間で養生温度の１００℃に
し、この養生温度を１１時間保持する。自然放冷は行な
わない。

このようにして得た各コンクリート成型体にっいて、各
材例の圧縮強度試験を行ったところ表８に示す結果を得
た。

表８において使用されている供試体記号ＴＲ０Ｎは硫酸
アルミニウム無添加全標準養生されたコンクリートを示
し、記号ＴＲ３Ｎは硫酸アルミニウム添加で標準養生さ
れたコンクリートを示し、記号ＴＲＯ３は硫酸アルミニ
ウム無添加で汀通蒸気養生されたコンクリートを示し、
記号ＴＲ３Ｓは硫酸アルミニウム添加で１８通蒸気養生
されたコンクリートを示し、記号ＴＲＯＨは硫酸アルミ
ニウム無添加で急速高温蒸気養生されたコンクリートを
示し、記号ＴＲ３ＨはＩ＆酸アルミニウム話加で急速高
温蒸気養生されたコンクリートを示している。

表８ ＊二比較例 この圧縮試験後の破砕コンクリート片を採取後直ちに脱
水、乾燥を行ない、直径５〜６３１１１程度に整えて、
走査型電子顕微鏡による観察゛の供試体とした。

供試体の観察材令は表９に示したように１　［１，７日
及び２８目を基準とし、急速高温養生による供試体につ
いては１日材令に代えて養生直後に観察を行った。

また、観察しながら、供試体の面を１ｏｏｏ倍及び２０
００倍の２種類の倍率（一部は更に５０００倍の倍率）
で写真撮影を行った。参考のため、硫酸アルミニウム粉
末それ自体の写真撮影も行った。

この顕微鏡観察からは、若材令の供試体については、養
生温度の高い供試体はど、水酸化カルシウムと考えられ
る結晶体が明瞭に認められ、また、全体として組織が大
きく成長している傾向が認められた。

７日材令の供試体においても、若材令の場合と同様に、
全体として組織が大きく成長していた。

２８日材令では、化学反応の進行に伴なう組織の緻密化
は一段と進み、水酸化カルシウムと考えられる結晶体が
重なり合う凹部にエトリンガイドの剣状結晶体の生成を
認めることができた。

結論として、若材令の供試体はど、養生温度の相違によ
り組織の生成に差が出ることが明瞭に認められ、急速高
温養生を要旨とする本発明方法の利点の一つ、即ち前記
した養生初期の段階における骨格形成による膨張抑止効
果が、この微視的構造観察からも実証された。

表９ ＊：比較例 また、細孔容積測定のため、材令２８Ｂの前記各コンク
リート成型体（ＴＲＯＮ、ＴＲ３Ｎ、ＴＲＯ３，ＴＲ３
Ｓ及びＴＲ３Ｈ）から粗骨材を取り除いてモルタル部分
のみを採取し、該モルタル細片を気乾状態にした後、１
００±５℃で乾燥し適当な一定大きさに調整して供試体
とした。

市販のポロシメーターを用いる公知の測定及び算出方法
に従って細孔容積をめたところ表１０に示す結果を１１
）だ。

°　１０　コンクリートの細しＰ′ＣＩＩ＋３／木：比
較例 第１図のグラフは、これら５供試体の細孔分布を同一紙
面」二に示したものであり、各供試体ともち、また、０
．２４ｇ以下の半径の細孔容積は共に微小量である。

供試体ＴＲＯＮの最大値は、他の供試体に比して最も小
さい。また、硫酸アルミニウム添加供試体であるＴＲ３
Ｎ、ＴＲ３Ｓは、半径２４０λから４３ＯＡの範囲の細
孔容積が特に多い。

一方、硫酸アルミニウムを添加して急速高温養生した供
試体ＴＲ３Ｈでは、半径０．ｔａ、を以下４３０Ａにか
けての範囲で部分的な細孔ｈ（の増加が認められる。

第２図のグラフは、各細孔範囲における細孔容積を総量
で除して相対細孔容積率をめたものであり、養生温度が
上昇するに従って、０．１４７Ｌ以下の細孔容積が増加
傾向にあることが認められる。

第３図のグラフは、各細孔半径における細孔容積を供試
体ＴＲ０Ｎの値の比で示したものであり硫酸アルミニウ
ドの添加により、比較的大きい細孔半径の容積が抑えら
れる傾向にあることが認められる。これは、凍害や中性
化の進行に対して右利に作用する。木発明者等が実施し
た中性化促進試験の８０Ｌｌまでの試験結果によれば、
中性化が約１５〜２５％抑制されることが確認された。

また、別途実施した凍結融解試験の結果も耐凍害性の向
にに有効なことを示している。

実施例６ 表１１に示すように、普通ポルトランドセメンｌ−＝３
６０ｋｇ／ｍ１、細骨材−（１，＝３６％、水セメント
比＝４８％、八１２’（ＳＯ４）　９　＝　３％、ＡＥ
剤（ｕ　Ｑ’ｔマスターピルダース■のホゾリス５Ｌ）
−〇　、２５％の配合で養生温瓜を変えてコンクリート
成型体を製造した。該コンクリート成型体について圧縮
強度試験をしたところ表１２に示す結果を得た。いずれ
の供試体においても膨張、発泡や亀裂がなく、優良な表
面性状及び緻宙な組織構造がｆｊ）られた。

表１１　コンクリートの調合 表１２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るコンクリート成型体とに
記比較例に係るコンクリート成型体における細孔分布を
示すグラフであり、第２図はこれら成型体の相対細孔容
積分布を示すグラフであり第３図は硫酸アルミニウムを
添加せずに標準養生で製造した成型体に対比した相対細
孔分布を示すグラフである。 特許出願人　梅沢　徳弘 代理人　ｊＰ理士　増１１］　守 ４１礼牛１も 富２１２ 千ＩＩ犯千胚 特許庁長官　若杉和夫　殿 １．事件の表示 昭和５８年特許願第１２５５７１号 ２、発明の名称 セメント成型体の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　宮城県角田市角田字裏町６番３号氏名　扁駁　蘂
獣 ４、代理人　〒４４１ 住所　東京部品用区西五反田１丁目２４番１号タキゲン
ビル９０６号　＠４９５−１３０１１１昭和５８年１０
月１日（同年１０月２５日）６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 別紙の通り第１図、第２図及びｆｆ１３図を訂正する。 ５ｌ−ｒ４３７ｔシｓｏｍ４）６りＨａ、１４ｏａａ４
ａｉＦ＋４２４４．１グ、貧（Ｘ）　（μン 手続補正書２ 昭和５８年特許願第１２５５７１号 ２、発明の名称 セメント成型体の製造方法 ３、補ＩＩ三をする者 事件との関係　特許出願人 住所　宮城県角田市角田字裏町６番３号つメヅワ　ノリ
ヒＵ 氏名　悔涙　徳弘 ４、代理人　〒１４１ 住所　東京部品用区西五反田１丁目２４番１号タキゲン
ビル９０６号　？）１．４９５−Ｅ１０９１自発補正 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 である。」を挿入する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　水硬性セメントに対して、リチウム、アルミニ
   ウム、ガリウム、タリウムの硫酸塩およびそれらの金属
   を含む硫酸複塩の１種または２種以上を０．１〜２０重
   量％の割合で添加した水硬性セメント配合物を成型後、
   高温養生することを特徴とするセメント成型体の製造方
   法。
2. （２）硫酸塩が硫酸アルミニウムであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のセメント成型体の製造方
   法。
3. （３）硫酸複塩が硫酸アルミニウムアンモニウムである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセメント
   成型体の製造方法。
4. （４）養生温度を８０℃以上としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載のセメント
   成型体の製造方法。
5. （５）　昇温速度を４０°Ｃ／時間以上としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のセメント成型体の
   製造方法
6. （６）前養生なしで高温養生することを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載のセメント成型体の製造方法。