JPS6291455A - セメント製品の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメント製品及びその製造法、特に高緻密なセ
メント製品およびその製造法りこ関する。

〔従来の技術〕

水硬性セメントから製造されるセメント製品は高強度で
あり、かつ、耐久性に優れ、透水性が低いことが要求さ
れる。このようなセメント硬化体はその内部の組織が緻
密でなければならず、大きな空隙が存在したのでは、上
記の如き物性は発現出来ない。セメント硬化体の強度は
孔径１．５μｍ以上のマクロボアー或は孔径１５μｍ　
７０．００７５μｍの毛細管空隙に関係しており、これ
らの空隙を少くすればする程、硬化、体の強度は向上す
ることが知られている（実用、コンクリート技術０２頁
、査線）。

そこで強度を上げる為、水セメント比を極端に少なくし
、高圧力下に圧縮成形する方法は公知である。例えばロ
イ　（Ｒｏｙ）　、グーダ（Ｇｏｕｄａ）とボブソブス
キイ　（Ｂｏｂｓｏｗｓｋｙ）はセメントペーストを７
０００　ｋｇ　／　ｃｔで強圧プレスして圧縮強度３２
５０　ｋｇ　／　ｃｔの硬化体を得、１５０°Ｃ１３５
００ｋｇ／己のホットプレスによって４２００　ｋｇ　
／　ｃＪの強度を得ている（セラミックス８　、　　（
］０’ｌ　　、　１９７３．１旧頁）。

他方、高強度セメント成形体を得る方法として、セメン
ト質原料に少量の水と、可塑性を賦与する為の有機高分
子系の増粘剤を加え、混純により、可塑性の坏土となし
、この坏土を圧縮或は押出法により湿式成形する方法も
公知である。例えば、特開昭５２−５３９２７号公報に
、増粘剤を添加した低水比セメント質組成物を遊星運動
型混練機、ブイ混練機、ホバート混練機等の回分式混練
機で大気圧下で高剪断混合し均質な坏土（Ｆつ）とした
後、ラム式押出機に投入、脱気した後そのまま１３．８
ＭＮ／−の高圧力下でゆっくり押出成形する方法か提案
されている。また、特開昭５６−９２５６号公報に、セ
メント原料の粒径を２０μｍ以下にし、少量の水と、増
粘剤を加え、ツインロールミルのロール間を繰り返し通
過させて均質に混合し坏土（ドウ）となし、この坏土を
プレス成形し、この際、坏土が圧力の解放の際に弛緩し
ない程度迄硬化が進行した後に圧力を解放する方法が提
案されている。

さらに、特開昭５６−８４３４９号公報に、上記２つの
方法でセメント原料の粒度分布を多モードにする方法が
提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記のごとく水セメント比を極端に小さくし、
超高圧力下に圧縮成形する方法はいずれも実用性がない
。

また、特開昭５２５３９２７−υ公報に記載の方法では
、マクロポア−の存在しない緻密でかつ高強度の成形体
が得られない。その理由は低水セメント比でかつ増粘剤
を添加したセメン１−質組酸物の混練物は非常に粘性が
高く、流動性が低い為に、回分式混練機で混練すると、
大気圧下では空気が混入し、（この場合、たとえ真空下
でも回分式混練機を用いる限り空隙が生成する。）マク
ロポア−が除去しきれないからである。

特開昭５６−９２５６号および同５６−８４３４９号公
報に記載の方法では、ツインロールミルで繰返し混練す
ることが望ましいとされているが、大気圧下で混練を行
うと空気を巻き込み易いし、生産性も低いという問題が
ある。さらに、成形するために硬化する迄加圧を続ける
方法は極めて非能率である。

またセメント原料として特殊な粒度のものを用いる必要
もあり、実用性に乏しい製造法といわざるを得ない。

〔問題点を解決するための手段〕

我々は上記欠点を解消し、高強度かつ高緻密で、耐久性
、耐透水性に冨むセメント硬化体及びそれを生産性良く
製造する方法を鋭意研究した結果、セメント硬化体中の
気泡を無くし、毛細管量を少なくするには、水セメント
比を理論反応量以下にすると共に、混練工程において、
空隙のない固相一液相のみから成る混練物を得ることが
肝要であること、この為には連続式スクリュー型混練機
を用いて真空脱気下で混練ずべきことを発見した。

ニーダ−等のハツチ式混練機では、常圧下では気泡を巻
き込むし、たとえ真空下にしても、該混練機の場合は、
原料が高粘性（上記の低水セメント比に基づく）であり
流動性が非常に低いため混練機の回転している翼の背後
に該原料が流入、充填しきれず、そこに真空の空間が生
じてしまい、しかもそれらの空間質の回転によって該原
料内に細い真空の空隙を生せしめる結果となりやはり空
隙が形成される。（この空隙は、混練時は真空状態にあ
る）一方、本発明に用いられる連続式スクリュー型温′
ａ、機では原料が後から次々に送られて混練物が加圧状
態にあるために混練物中に上記の如き空隙が形成される
ことがないものと考えられる。

こうして、本発明により、新規なセメント製品であって
その硬化体中のポアーが、孔径１５μｍ以上のマクロポ
ア−が存在せず、１５〜０．０２μｍの毛細管空隙（ミ
クロポアー）が２．５容積％以下の極めて緻密なセメン
ト硬化体及び、水硬性セメント粉末を主成分とする出発
材料に増粘剤及び水を添加した原料を混練して可塑性混
練物を形成し、これを所望の形に成形する方法において
、水の量を水硬性セメントに対する理論反応量の２６〜
１００％とした原料を一５００ｍｍＨｇ以下の減圧処理
を行ってその状態で連続式スクリュー型混練機を用いて
可塑性混練物を得ることを特徴とするセメント製品の製
造法が提供される。

この高緻密セメント製品は、曲げ強度が６００ｋｇ　／
　ｃＪ　、圧縮強度が１７００　ｋｇ　／　ａｎｔにも
達し、透水係数は２ＸＩＯ′□”　Ｉｎ　／　Ｓと通常
のコンクリートの１／１００と低く、さらに毛細管空隙
が少い為、耐凍性にも優れた性質を示す。

水硬性セメントには、普通ポル１〜ランドセメント、特
殊ポルトランドセメントなどの単味セメント、又はそれ
に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合した混合セメン
ト、或はアルミナセメント、石コウ、炭酸マグネシウム
、ケイ酸カルシウム等があり、これらを単独で或は混合
して用いることができる。

また、水硬性セメントに、シリカ微粉、炭カル、蛇紋岩
粉等の充填材を必要に応じ添加しても良い。

配合水は水硬性セメントの硬化に必須の成分であると共
に混練組成物に可塑性を賦与する役目を果している。配
合水はセメントと反応し、セメント水和物を生成するが
、水硬性セメントが水和物を生成するために必要かつ十
分な水の配合量（理論配合水量）を越える水セメント比
では、余剰の水が蒸発して、毛細管空隙となる。従って
毛細管空隙のない緻密なセメント硬化体を得るには配合
水は理論反応水量以下であることが必要である。

普通ポルトランドセメントにおける理論反応水量は水セ
メント比で０．３８と考えられている（ネビル著、コン
クリートの特性、２６頁）。水セメント比が０．３８以
下の場合、水和反応が１００％進んだセメント硬化体は
未水和セメントとセメント水和物とゲル空隙とからなる
組織となり、事実上毛細管空隙は存在しなくなる。しか
しながら、水セメント比を極端に少なくすると、混練物
が固くなり過ぎ、成形に必要な可塑性が得られなくなる
。従って、配合水量は理論配合水量の２６〜１００％で
あることが必要である。この配合水量は０．１０〜０．
３８の水セメント比に対応する。

上記の如く理論配合水量より低い水セメント比ではセメ
ント混練物は可塑性が不十分になり易いので増粘材を添
加することが必要である。ここにいう増粘剤はセメント
の如き非可苧性粉体に可塑性を賦与し、塑性変形による
成形を可能ならしめるに必須の成分である。増粘剤は別
名ハイドロ変形剤（特願昭４３−７１３４）或は成形助
剤（セラミック製造プロセス、第−巻、素木洋−著、６
７頁）とも称される。このような増粘剤としては、保水
性を有する水溶性の有機高分子例えばメチルセルロース
、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリビ
ニルアルコール等が用いられる。増粘剤の添加量は、混
練物に必要な可塑性を賦与するべく決定されるが、セメ
ント１００部に対し０．５〜５部程度が望ましい。、 耐衝撃性を補強する為に、有機繊維、例えば、ポリプロ
ピレン繊維、ビニロン繊維、セルロース繊維、ナイロン
繊維或は無機繊維、例えば、アスベスト、ガラスファイ
バー等を添加してもよい。

水硬性セメント、骨材、増粘剤、補強繊維等の原料粉末
はオムニミキサー、レーディゲミキサー等でトライブレ
ンドした後所定量の水を添加して、顆粒状の混合物とす
る。この混合物を連続式スクリュー型混練機のホッパに
投入し、真空脱気した後その状態で混練部へ送る。この
操作によってのみ、気泡或いは空隙を含まない即ち同相
と液相の二相のみからなる可塑性混練物（ドウ）が得ら
れる。真空脱気しながら練るスクリュー型混練機として
、真空押出機或は真空土練機があるが、これらはいづれ
も、混練機の中央部に脱気ゾーンを設けたものであり、
本発明の如く予め原料を脱気するものではない為、一旦
形成された気泡等は消滅し難く、その結果可塑性混練爽
に気泡を含むことは避は得ない。

一般に、粘稠な物質の混練部は捏和には回分式のものと
連続式のものがある。。回分式混練機には２字型または
シグマ型の回転翼を有するニーダ−ミキサー、ハンハリ
ミキサー、マラー型ミキサー、ロールミキザー等がある
が、ニーダ−ミキサー、ハンハリーミキザーでは常圧下
でも真空脱気ドでも、混練物中に気泡或は空隙を生成し
、稠密な組成物が得られない。マラー型ミキサー、ロー
ルミキザーでは真空脱気下で混練することはその機構上
困難を伴う。一方、連続式スクリュー型温ｉａである土
練機、オーガーマシン、バッグミル、コニーダ、等のい
ずれを用いても前記の如き真空脱気下で混練を行なえば
、空気を取り込むことがなく、また空隙も形成されない
混練物が得られる。

第１図に連続式スクリュー型混練機の一例を示す。同図
中、■はホッパー、２ばシリンダー、３はスクリュー、
４は冷却ジャケット、５はダイである。ホッパー１およ
びシリンダー２の内部は吸気口６を介して真空脱気され
る。また、シリンダー２内は冷却ジャケノ）・４により
冷却可能である。

こうしてホッパー１に供給されたセメント配合物はシリ
ンダー２内でスクリュー３により混練されてからダイ５
を通して押し出され、ミクロポアーのない緻密なセメン
ト混練物を提供する。

混純の際、混練物を真空脱気度−５００ｍ　ｍ　Ｈｇ以
−ト、特に−７００ｍｍＨｇ以上にするこ吉によって、
真空脱気しない場合と比べて顕著な効果が達成される。

−１−記のような低い水セメント比でセメントと水を混
練すると発熱するので、混練機は冷却できる構造である
ことが望ましい。例えば、混練時には４０°Ｃ程度に昇
温するので２０　”Ｃ位に冷却することが望ましい。

このように連続式スクリュー型混練機によれば、回分式
混練機による場合と比べて、混練の）：Ｌ産性に関して
も優れているという利点がある。

真空脱気しなから混練を連続操作するために、例えばホ
ッパーを２個以−に設置し、それらを切り換えながら運
転して、真空を破ることなく連続操作することは可能で
ある。

こうして得られろ可塑性混練物はプレス成形、射出成形
、押出成形等の処理を行なって所望の形状に成形する。

このとき、成形圧力或は成形時間は可塑性の混練物に可
塑変形を与える最小の値で良く、特に大きな圧力或は保
持時間を要しない。

成形も真空脱気装置の付いた成形機で行なうことが望ま
しい。

最も望ましくは、連続式スクリュー型混練機と成形機が
一体となりかつ真空脱気される構造の装置を用いて、真
空脱気下において、混練および成形を連続的に行なう。

こうずれば可塑性混練物は外気に触れることなく直接に
成形されることができる。

こうして得られる成形物は、常温湿空養生を行った後、
常圧スチーム又は高圧スチーム養生を行って硬化体にし
、最終製品とする。以下、実施例により説明する。

〔実施例〕

肩〕１Ｙ」空臘−思−ｑ炊逮 混練時の真空脱気度を変えた場合の混練物の密度及び気
泡量の変化、さらにはこの混練物を押出成形した場合の
押出成形未硬化物の密度及び気泡量の変化を下記の如き
条件で調べた。

原料配合： 普通ポルトランドセメンｌ−１００重量部メチルセルロ
ース　　　　　　　４重量部（信越化学工業社製ｈｉＪ
）叶２１５０００）水　　　　　　　　　　　　　　１
８重量部混練： 連続式スクリュー混練機（宮崎鉄工社Ｉ！！！肝−１０
０）真空脱気度：０、−３００、−５００、−７３０＋
＋ｍ１１ｇ成形： 真空押出機（本田鉄工社製Ｉ’Ｅ−７５）成形圧：　３
０〜３５　ｋｇ　／　ｃＪ成形体：幅１２０曹１、長さ
２０００璽麺、厚さ６ｍｍ上記条件で得られた混練物と
押出未硬化物について密度および気泡量を測定した。

その際、密度は、豆粒大の試料を切り取り、気中の重量
（Ｗｌ）及び水中で浮力（Ｗ２）を測定し、アルキメデ
スの原理を用いて式：ρ’　＝Ｗ、／Ｗ２により算出し
た。気泡量は、試料の上記密度ρ０と配合原料組成から
計算した理論密度ρ０から、式：　（気泡量）−１−ρ
０／ρ０により算出した。この配合原料の理論密度は、
各原料の真密度を普通ポルトランドセメント３．１９ｇ
／ｃＪ、メチルセルロース１．３ｇ／ｃ＋ｄ、水り、Ｏ
ｇ／ｃｎとして、配合比率より計算した。

結果を第１表に示す。

第１表の結果から、真空脱気度が−５００ｍｍｔ１ｇ以
」二では真空脱気しない場合と比べて、混練物及び押出
未硬化物の密度が大巾に大きくなり、含有する気泡量も
大巾に減少することが見られる。特に、真空脱気度を一
７３０ｍｍＨｇとすることにより、気泡を全く含まない
固体−液体のみからなる密な成形体が得られる。

次に、前記押出未硬化物を６０°Ｃ１２４時間の藤気養
生により硬化させ、硬化物の空隙容積量の分布を調べた
。硬化物の細孔径分布としては孔径が１５〜１００μｍ
のマクロポア−と０．０２〜１５μｍのミクロボアーに
区分して測定した。孔径１５〜１００μｍのマクロポア
ーは＾ＳＴＭ　Ｃ−４５７に従い、顕微鏡法で測定した
。孔径０．０２〜１５μｍのミクロボアーについては水
銀圧入法により測定した。水銀圧入法とは、試料を水銀
に浸し、水銀における圧力を次第に増してゆくと、水銀
はその圧力に応じて次第に小さな細孔へ浸入してゆくの
で、水銀の浸入量と圧力の関係から細孔径分布を算出す
るものである。第２図は水銀圧入法により比較例１と実
施例１の押出成形硬化物の細孔径分布を測定したもので
あるが、曲線は、水銀に圧力を加えない状態で水銀が浸
入できる最小孔径である１５μｍの細孔から出発して圧
力を次第に増加して孔径０．０２μｍの細孔に水銀が侵
入するまでの水銀の侵入量、すなわち、孔径１５μｍか
ら０．０２μｍまでの細孔容積の累積値を表わしている
。

結果を第２表に示す。

第　　２　表 注）ボアーの容積％は硬化体の容積を１００％とした値
である。

第２表から、押出成形硬化物の細孔径分布は、混練時の
真空脱気度の影響を大きく受け、真空脱気度を一５００
ｍｍＨｇ以上にすると、真空脱気をしない場合と比べて
マクロポア−、ミクロポアーが大巾に減少することが見
られる。特に、脱気度−７３０ＩＩＩＩＨｇでは、１５
μｍ以上のマクロポアーはゼロであり、１５〜０．０２
μｍのミクロボアーも１．５容積％存在するにすぎない
稠密なＭｉ織となっている。

前記押出成形硬化物の物性を測定した。

気乾吸水率はＪＩＳ　Ａ　５４０３の方法に準じて測定
した。曲げ強度は、６厚×５０中×２００長さく−の試
料をスパン１５０１、荷重速度１＋ｎ／分の条件で三点
曲げ破壊試験して測定した。透水係数は米国開拓局型透
水滅験機を用いてダルシーの式より算出した。耐凍性は
八ＳＴＭ　Ｃ６６６−７１に従い、３００サイクルまで
調べた。

結果を第３表に示す。

以下余白 策づ−」 （１つ） 第３表から、混練時の真空脱気度が−５００ｍ　ｍ　１
１　ｇ以上では押出成形硬化物の物性は真空脱気されな
い場合に比べて大巾に向上することが見られる。

特に、混練時の真空脱気度が一７３０ｍｍ１１ｇでは、
押出成形硬化物は、例えば、吸水率は１％以下に、曲げ
強度は６００　ｋｇ　／　ＣＩｌ＋以−ヒに、圧縮強度
は１７００ｋｇ／ｄ以上に、透水係数は２Ｘ１０−１５
以下に、耐凍性は３００サイクルで良好と、従来のセメ
ント製品に比し格段に優れた物性を有する。

真空脱気混練操作を連続式スクリュー型混練機で行った
場合と回分式混練機で行った場合の混練物の密度及び気
泡量の変化、この混練物を押出成形した場合の押出成形
未硬化物の密度及び気泡量の相異を下記の如き条件で調
べた。

原料配分： 白色ポルトランドセメント　　１００重量部ポリアクリ
ルアミド　　　　　　３重量部（昭和電工社製） ビニロン繊維　　　　　　　　　１重量部（ユニチカ化
成社製２．４　ｄ　Ｘ　６　ｍ／ｍ）水　　　　　　　
　　　　　　２５重量部混練： （１）連続式スクリュー型混練機 （実施例２と同じ） 真空脱気度：　−７３０ｍｍＨｇ その他：実施例２と同じ （２）回分式双腕型ニーダ− （森山製作所製Ｄ３−５型） 真空脱気度：　−７３０ｍｍＨｇ 混練時間：３分 成　形： 実施例２と同じ 養生： 実施例２と同し 物性等の試験あるいは測定： 実施例２と同し 結果を第４表〜第６表に示す。

第　　４　表 第４表の結果より、回分式混練機を用いた場合には、た
とえ真空脱気下であっても混練物は多くの気泡を含有し
ていること、しかし、連続式スクリュー型混練機を用い
た場合には気泡を実質的に含有していないことが見れる
。またこの混練物を用いて成形した押出成形硬化物につ
いても同様の傾向が観察される。

以下余白 第５表 注）ポアーの容積％は硬化体の容積を１００％とした値
である。

第５表の結果によれば、押出成形硬化物の細孔径分布は
混練機種の影響を大きく受け、回分式混練機ではたとえ
真空脱気下のもとに混練したとしても、１５μｍ以」二
のマクロポア−１０，０２〜１５μｍのミクロポアーを
多く含んでしまい、脱気不完全な状態になること、しか
し連続式スクリュー型混練機によれば、１５μｍ以上の
マクロポアーは存在せず、０．０２〜１５μｍのミクロ
ポアーも回分式混練機の場合よりも大巾に減少すること
が見られる。

第一」し−表 第６表には、真空脱気下で混練しても、回分式混練機を
用いると、連続式スクリュー型混練機を用いた場合に比
し、物性値が劣ることが見られる。

この物性値の相異は第４表及び第５表に示した未硬化物
の気泡含有量、硬化物の細孔径分布からもうなずける値
である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高圧
力下に圧縮成形することなく、極めて緻密かつ高強度で
、耐久性、透水性等に冨むセメント製品を高い生産性で
製造する方法が提供される。

また、その結果、そのような特性を有する新規なセメン
ト製品が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続式スクリュー型押出機の縦断面図、第２図
は実施例における細孔径分布曲線を示すグ　　　−ラフ
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空孔の孔径が１５μｍ以上のものは実質的に存在せ
   ず、０．０２μｍ以上で１５μｍ未満のものは２．５容
   積％以下であることを特徴とするセメント製品。 ２、水硬性セメント粉末を主成分とする出発材料に増粘
   剤及び水を添加した原料を混練して可塑性混練物を形成
   し、これを所望の形に成形する方法において、 水の量を水硬性セメントに対する理論反応量の２６〜１
   ００％とした原料を−５００ｍｍＨｇ以下の減圧処理を
   行なってその状態で連続式スクリュー型混練機を用いて
   可塑性混練物を得ることを特徴とするセメント製品の製
   造法。 ３、混練機を冷却する特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ４、成形を射出成形機、押出成形機またはプレス成形機
   で行なう特許請求の範囲第２項または第３項記載の方法
   。