JP4789466B2 - 急速凝固セメント組成物 - Google Patents
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Description
・セメント混合物の最終凝固時間は、典型的には、9分より長い。最終凝固時間は、以下の実施例において定義するが、より一般的に言えば、最終凝固時間とは、セメントボードが取り扱われたり、積み重ねられたりすることができる程度にまで(最終凝固時間後に、化学反応が、一定時間進行してもよい)、凝固することをいう。
・反応性粉末混合物中の、高アルミナセメント量は非常に高い。典型的には、高アルミナセメントは、反応性粉末混合物中、14重量%以上である。
・ポゾラン物質の量は、反応性粉末混合物中、25重量%に制限される。
・石灰は、早急に凝固させるために加える付加的物質として必要とされる。セメントボード中の過剰石灰の存在は、セメントボードは、高いアルカリ環境において強さおよび延性を低下あるいは失う、ポリマーによって被覆されたガラス繊維で強められるので、セメントボードの長期間の耐久性性能に有害である。過剰石灰の存在は、セメント基材のアルカリ度を上昇させてしまい、故にポリマーによって被覆されたガラス繊維、ついてはセメントボードの長期耐久性に悪影響を及ぼす。
Ca6Al2(SO4)3・32H2O
あるいは
3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O
高アルミナセメントの余剰が、セメントボード中に存在することから、非常に高価な材料の1つである高アルミナセメントはその消費を減らすことが望まれる。
・セメント組成物の反応性粉末混合物は低濃度の高アルミナセメントを含んでいる必要がある。高アルミナセメントは、セメント組成物のもっとも高価な成分であるので、高アルミナセメント使用を減じることは、製品の原価を低くするのに役立つ。また、凝固時間の短縮は、セメントボードの製造率を増加することができる。
・セメント組成物の反応性粉末混合物は、フライアッシュのように、非常に高濃度のポゾラン物質(反応性粉末混合物中55重量%まで)を含有している必要がある。フライアッシュのようなポゾラン物質の使用量を増加することは、製造物のコストを大幅に低減させることができる。さらに、ポゾラン物質の使用は、ポゾラン効果により、製品の長期耐久性を向上させる。
・セメント組成物の反応性粉末混合物には、石灰を付加的に添加すべきではない。石灰量を減らすことは、セメントのアルカリ度を低く抑えるのに役立ち、故に製品の長期耐久性を向上させる。
・セメント組成物の最終凝固時間(例えば、セメントボードが取り扱われることができるようになった後の時間)は、好ましくは3〜10分の間が良く、もっとも好ましいのは、3〜6分の間である。より短い凝固時間は、生産性を向上することおよび製品の製造コストをより低くするのに役立つ。
本発明のセメント組成物の反応性粉末混合物の主成分は、ポルトランドセメント、ポゾラン、高アルミナセメントおよび不溶性硫酸カルシウム無水セッコウである。本発明の反応性粉末混合物は、10分以内、もっとも好ましくは、5分以内の急速な凝固を提供する。このような急速な凝固は、エトリンジャイトの形成が、この反応性粉末混合物の水和反応プロセスの結果として起こることができるので、適した量のポルトランドセメント、ポゾラン、高アルミナセメントおよび組成中の不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウを供給することによって、可能となる。エトリンジャイトは水和反応プロセス中に、非常に急速に形成されるので、本発明のセメント組成物の反応性粉末混合物でできた混合物に対し、急速な凝固および高剛性を与える。セメントボードの製造においては、本発明のセメント組成物と適量の水とを混合してから数分以内にセメントボードを取り扱うことを可能とするエトリンジャイトを形成することが第一である。実施例に示したように、組成物の凝固は、ASTM C266テストに使われたGillmore針状晶によって測定された初期および最終凝固時間によって特徴づけられる。最終凝固時間は、セメントボードが取り扱われることができるくらいに十分に硬化した時間と一致する。硬化反応が、最終凝固時間に到達した後においてもしばらくの間は進行するということは、当業者によって理解されるであろう。
ポルトランドセメントは、本発明の組成物のかなりの部分を構成している。ポルトランドセメントに関するASTM C 150標準規格は、水硬性ケイ酸カルシウムを主に含み、通常、添加物としての硫酸カルシウムの1またはそれ以上の形態を含んでいる微粉砕レンガによって製造される、水硬化性セメントとして、ポルトランドセメントを定義する。ポルトランドセメントを製造するため、石灰岩と粘土の十分な混合物が、ポルトランドセメントクリンカー形成のため、窯の中で焼成される。以下の4つのポルトランドセメントの主要相が、クリンカーの中に存在する。この4つは、ケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO2・C3S、あるいはC3S)、ケイ酸二石灰(2CaO・SiO2 あるいはC2S)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al2O3 あるいは C3A)、アルミフェライトテトラカルシウム(4CaO・Al2O3あるいは C4AF)である。上記の化合物を含む、得られたクリンカーは、硫酸カルシウムと共に、所望の細かさに粉砕され、ポルトランドセメントが製造される。ポルトランドセメント中に少量で存在するその他の組成物は、アルカリ硫酸塩の複塩、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム含まれる。セメントボードが製造されるとき、ポルトランドセメントは、非常に微細になっており、微粉の表面積は4000cm2/g以上、Blaine表面積測定法(ASTM C 204)による測定では、通常5000から6000cm/gである。多くの種類があるポルトランドセメントの、ASTM Type IIIポルトランドセメントが、本発明のセメント組成物の反応粉末混合物にもっとも適している。それは、相対的に、反応が速いおよび早期に強化が進展することによる。ホワイトセメントおよび高炉スラグセメント、ポラゾン混合セメント、膨張セメントのようなスラグセメントを含む、水硬化性セメントの他に知られているタイプのものは、本発明の組成物におけるポルトランドセメントを代替するため、あるいは補うために使われてもよい。
本発明の他の1つの特徴は、ポルトランドセメントが、多量のフライアッシュおよび同等品のようなポゾラン物質によって部分的に代用されてもよいということである。ASTM C618−97は、ポゾラン物質を、ケイ酸質の物質あるいは、ケイ酸質およびアルミナ質物質であって、それ自身は、セメント質に値するものをほとんどあるいは全く含有していないが、細かく砕いた形態にて、かつ、水の存在において、常温で、水酸化カルシウムと化学的に反応して、セメント質の性質を有する化合物を形成する物質である、と定義している。多くの天然または人工の物質が、ポゾランの特徴を持ったポゾラン物質といわれている。ポゾラン物質の例としては、軽石、パーライト、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、陶土、粉末水砕スラグおよびフライアッシュなどが含まれる。これら全てのポゾラン物質は、本発明の反応性粉末混合物の一部として、単独、あるいは混合で使用することができる。フライアッシュが、本発明の反応性粉末混合物で使われるポゾランの中で、もっとも適している。
高アルミナセメント(HAC)は、本発明における反応性粉末混合物の重要な構成要素である、さらに異なったタイプ水硬性セメントである。高アルミナセメントは、一般的に、アルミナセメントとカルシウムアルミナセメントとして知られている。その名称が意味しているように、高アルミナセメントは、アルミナを多く含んでおり、約36〜42重量%が典型的である。より純度の高い高アルミナセメントは、商用的に入手でき、それはアルミナ含有量が80重量%という高さにまでなる。より純度の高い高アルミナセメントは、比較的高価になる傾向にある。エトリンジャイトおよび他のアルミン酸カルシウム水和物の急速な形成を起こすことができるので、本発明に使用する高アルミナセメントは、アルミン酸塩の水相へのエントリーを促進するために細かく砕かれている。Blain表面積測定法(ASTM C 204)により測定した、本発明に使用する高アルミナセメントの表面積は、3000cm2/gを超え、通常は4000から6000cm2/gである。
硫酸カルシウムは、本発明の反応性粉末混合物における、もう1つの重要な成分である。硫酸カルシウムは、エトリンジャイト形成のために必要な硫酸イオンを供給する。硫酸カルシウムは、次のようないくつかの形態で利用できる。
・二水和物−CaSO4.2H2O (一般的にはセッコウとして知られている)
・半水化物−CaSO4.1/2H2O(一般的にはスタッコとして知られている)
・無水セッコウ−CaSO4 (無水硫酸カルシウムとしても知られている)
化学的に、ランドプラスターは、硫酸カルシウムの二水和物形態−CaSO4・2H2Oである。これは、ローラーミルで、細かい粒子にセッコウ岩を削ることにより、製造される。ランドブラスターの平均粒径は、9ミクロン前後である。ランドプラスターは、約80から90重量%の硫酸カルシウム二水和物を有する、比較的低純度のセッコウである。
化学的に、テラアルバもまた、硫酸カルシウムの二水和物形態−CaSO4・2H2Oである。これは、微粉砕工程および空気分割選択工程により得られる、白色の、高純度セッコウであり、約20%の結晶水を含んでいる。テラアルバの平均粒子径は、12ミクロン前後である。
化学的に、シィーエスエー グランド ギプスは、糖質に被覆された硫酸カルシウム二水和物−CaSO4・2H2Oである。シィーエスエー グランド ギプスは、ランドプラスター(95重量%)と糖(5重量%)を一緒に粉末にしたあと、その混合物を反応槽で250°Fで約20時間、加熱することによって製造される。シィーエスエー グランド ギプスの平均粒子サイズは2ミクロン前後である。シィーエスエー グランド ギプスは、主に、硫酸カルシウム半水化物を有する工業製品およびプラスターにおいて促進剤として使用される。
化学的に、ハイドロカル(Cベースセッコウセメント)は、硫酸カルシウムの半水化物(アルファ)形態−CaSO4・1/2H2Oである。ハイドロカルは主な用途は、工業的プラスターのような工業製品の製造である。
化学的に、スノーホワイト F&Pは、硫酸カルシウムの不溶性の無水物形態である。これは、高純度のセッコウ岩の高温焼成により製造される。焼成された物質は、粉砕され、空気分離され、明白色の粉末とされる。スノーホワイト F&P の平均粒径は、7ミクロン前後である。これの主な用途は、食品および薬剤への処方である。スノーホワイト F&P の化学結合水含有は、0.35%未満である。
化学的に、CAS−20−4は、硫酸カルシウムの不溶性無水物形態である。これは、高純度のセッコウ岩を高温焼成することにより製造される。CAS―20―4は極めて白く、平均粒径は、おおよそ4ミクロンである。CAS―20―4の化学結合水含有は0.20%未満である。
開示した反応性粒子混合物は、本発明におけるセメント組成物の急速凝固要素を意味しているが、他の物質が、使用目的や用途により、本組成物の中に含まれてもよいことは、当業者にも理解されるところである。例えば、セメントボード用途において、製品の重要な機械的性質を過渡に要求しないで、軽量ボードを製造することが、望ましい。この目的は、組成物中に軽量骨材(アグリゲート)およびフィラーを加えることによって、可能になる。有用な軽量骨材(アグリゲート)およびフィラーの例としては、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石、広義の粘土、頁岩、パーライト、空洞のあるセラミック粒子、空洞のあるプラスティック粒子および広義のプラスティックボード等が挙げられる。セメントボードを製造するために、広義の粘土および頁岩の骨材(アグリゲート)は、特に有用である。組成物中に使われるときの広義のプラスティックビーズや空洞のあるプラスティック粒子は、それらの極めて低い密度のため、重量基準において非常に少ない量で、必要とされている。選択された軽量骨材(アグリゲート)およびフィラーの選択により、反応性粒子混合物に対する軽量骨材(アグリゲート)およびフィラーの重量比は、約1/100〜200/100、好ましくは、2/100〜125/100であるのがよい。例えば、軽量セメントボードを作るために、本反応性粒子混合物に対する軽量骨材(アグリゲート)およびフィラーの重量比は、好ましくは約2/100〜125/100である。必ずしも製品の軽量特性を必要としない場所での用途では、通常のコンクリート建設に使用される川砂や、粗い骨材(アグリゲート)が、本発明における組成物の一部として利用されても良い。
減水剤、可塑剤、硬化促進剤および凝結遅延剤のような化学的添加物が、本発明の組成物に含まれても良い。これらは、乾燥状態であるいは溶液の状態で加えられても良い。本発明の反応性粉末混合物の瞬間的な凝固が、水を加えられた直後に起こらないようにするため、本発明の組成物中へ凝結遅延材の使用は、極めて重要である。組成物の凝固遅延剤の必要性および有用性は、組成物の温度が上昇するほど、増す。有用な凝結遅延剤の例としては、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムなどが挙げられる。本発明の組成物において、クエン酸ナトリウムが、適した凝結遅延剤である。反応性粒子混合物に対するの凝結遅延剤の重量比は、一般的に1.0重量%未満、好ましくは0.2重量%未満である。可塑剤は、混合物に必要な水を減らすことに役立つ。可塑剤の例としては、ポリナフタレンスルフォネート、ポリアクリレート酸、リグノスルフォネート、メラミンスルフォネートなどが挙げられる。この可塑剤(乾燥粉末基準で)の、反応性粉末混合物に対する重量比は、通常は約1.0重量%かそれ未満、好ましくは、0.5重量%未満である。凝固促進剤も、本発明の組成物中に1つの成分として含まれてもよい。有用な凝固促進剤の例としては、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、カルシウムホルメート、カルシウムアセテートなどが挙げられる。この凝固促進剤の反応性粉末混合物に対する重量比は、通常は1.0重量%未満であり、好ましくは0.5重量%未満である。
軽量セメント板のような、軽量の製品を製造することが望まれるときには、空気連行材(エア・エントレーニングエージェント)が組成物の中に加えられてもよい。また、代わりに、他で作られた発泡体が、製品軽量化のため、混合時に、本発明の組成物の混合物の中に入れられてもよい。収縮制御材やカラーリング材のような他の化学的混和材も、必要とされれば本発明の組成物中に加えられても良い。種々のタイプの個々の強化繊維が、本発明のセメント組成物の中に加えられても良い。本発明のセメント組成物は、適量の水と混合され、これにより、反応性粉末混合物を水和し、エトリンジャイトを素早く形成する。一般的に、加える水の量は、反応性粉末混合物の水和のために理論的に必要とされる量、より多い量である。このように水を増加させることで、セメントスラリーの作業性が向上する。通常、反応性粉末混合物に対する水の重量比は約0.20/1〜0.80/1であり、好ましくは、約0.30/1〜0.60/1である。必要とされる水の量は、セメント組成物の中に存在する個々の物質の必要性に依存する。
セメントボードは、反応性粉末混合物が、骨材(アグリゲート)および添加物および/あるいはフィラーとともに混ぜられ、その後、連続凝固、成型ベルトや、モールドの中に設置されている混合機に入る直前に、水と混ぜられるような連続プロセスにおいて、もっとも効率的に製造される。前記議論からも理解されるであろうが、水との混合は、凝固作業の直前に行われなければならない。セメントボードがエトリンジャイトの急速な形成から十分な強度を得るというのが、このプロセスの特徴なので、ボードは、成型された後、すぐにカットすることができる。エトリンジャイトの形成は、多量の水を消費し、これにより、ボードは硬くなり、切断されたり、取り扱われたり、さらに硬化させるために積み重ねられたり、するための準備ができる。
この実施例において、目的は、時間−温度反応と初期と最終凝固時間に対する硫酸カルシウムタイプの影響を評価することである。次のような硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物−ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・二水和物−シーエスエー グランド ギプス, CaSO4・2H2O
・アルファ半水化物−ハイドロカル, CaSO4・1/2H2O
・無水物−スノー ホワイト F&P, CaSO4
4つの混合物全てが、評価された。それぞれの混合物で使われた反応性粉末の重量比は、以下の通りである。
・不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&P)を含む混合物は、最も高い温度ピークを示した。
・不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&P)を含む混合物が、最も発熱した。これは、無水セッコウを含む混合物に関する時間−温度曲線下部面積が大きいことから明らかである。
・初期と最終両方の凝固時間は、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物に関して、一番短かった。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物に関する最終凝固時間は、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター)を含む混合物(例えば、ランドプラスター)より約3分短かった。
本実施例の目的は、時間−温度反応および初期、最終凝固時間に対する硫酸カルシウムタイプの影響を評価することである。次に示すような硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ-スノー ホワイト F&P, CaSO4
・二水和物-テラアルバ, CaSO4・2H2O
・二水和物−CAS−20−4, CaSO4
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P とCAS−20−4)を含む混合物は、高いピーク温度に達した。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば スノー ホワイト F&P と CAS−20−4)は、比較的発熱が多い。これは、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物に関する時間−温度曲線下部面積の大きいことから明らかである。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(スノー ホワイト F&PやCAS−20−4)を含む混合物に関する初期および最終硬化時間の両方は、二水和物形態の硫酸カルシウム(例えばランドプラスター や テラアルバ)を含む混合物よりも短かった。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P とCAS−20−4)を含む混合物は、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター や テラアルバ)を含む混合物の最終凝固時間より、約2〜3分短い、最終凝固時間を生じた。
・無水セッコウ−CAS−20−4の混合物は、最も短い最終凝固時間を生じた。
・高純度セッコウ(テラアルバ)を含む混合物は、低純度セッコウであるランドプラスターよりも優れていた。
本実施例において、目的は、本実施例の時間-温度反応および初期、最終凝固時間に対する組成物中で異なるHACレベルを有する、硫酸カルシウムタイプの影響を評価することである。次のような硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P,CaSO4
・不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物は、一貫して、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えば ランドプラスター)を含む混合物よりも高いピーク温度を生じた。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む組成物は、より多く発熱した。これは、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物に関する時間−温度曲線下部面積が大きいことから明らかである。
・12部のHACでさえ、不溶性カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物は、高い水準のHAC(15および18部のHAC)の二水和物形態を利用した硫酸カルシウム混合物よりも、発熱した。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&P とCAS−20−4)を含む混合物は、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター )を含む混合物の最終凝固時間より、約1−1/2〜2分、短い最終凝固時間を生じた。
・12部のHACでさえ、不溶性硫酸カルシウム(例えば スノー ホワイト F&P)を含有した混合物は、18部のHACである硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター)を含む混合物よりも、短い初期および最終凝固時間を生じた。
この実施例において、目的は、異なった量の高アルミナセメントにおける時間-温度挙動および初期、最終凝固時間に対する硫酸カルシウムタイプの影響を評価することである。実験の概要は、9部のHACレベルが加えられた以外は、実施例3と類似している。
次のような2つの硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P, CaSO4
・不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&Pとの混合物)を含む混合物は、一貫して、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えば ランドプラスターとの混合物)を含む混合物よりも高いピーク温度を生じた。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば スノー ホワイト F&Pとの混合物)を含む組成物は、多く発熱した。これは、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物に関する時間−温度曲線下部面積が大きいことから明らかである。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&Pとの混合物)を含む混合物は、硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター)を含む混合物の最終凝固時間より、約1−1/2〜2分、短い最終凝固時間を生じた。
・9重量部のHACでさえ、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&P)を含む混合物は、18部のHACでの硫酸カルシウムの二水和物形態(例えばランドプラスター)を含む混合物よりも約1分、短い最終凝固時間を生じた。
本実施例において、目的は、時間−温度反応および初期、最終凝固時間に対する硫酸カルシウム投入量の影響を評価することである。次の2つの硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P, CaSO4
・一般的に、到達したピーク温度は、硫酸カルシウムの投入量の増加とともに、増加する。また、時間−温度曲線の下部面積も、硫酸カルシウム投入量の増加ともに増加する。この現象は、物質構成要素間の反応が、硫酸カルシウム投入量の増加に伴い、相対的により大きく発熱していることを示している。
・初期および最終凝固時間は、テストされた硫酸カルシウム投入量の範囲における硫酸カルシウムの増加に伴い、増加した。これは、より多量の硫酸カルシウムを混合物は、より多く発熱し、より高い最大温度を生じる、という事実を示している。
本実施例において、時間−温度反応および初期、最終凝固時間に対する硫酸カルシウム投入量の影響が評価された。次の2つの硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P, CaSO4
テストされた硫酸カルシウムの投入量は、次のようなものである。
・HAC含有量が33.33%となる量 (15部HAC)
・HAC含有量が20.00%となる量 (15部HAC)
・HAC含有量が 6.67%となる量 (15部HAC)
・一般的に、硫酸カルシウム投入量の減少とともに、ピーク温度の減少が、見られた。この効果は、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P )を含む混合物に関して、より明確である。
・3および5部の無水セッコウを含む混合物に関する時間−温度挙動は、同量の二水和物形態の硫酸カルシウム(例えばランドプラスター)を投入した混合物に比べ、相対的に発熱量が多かった。
・1部の無水セッコウあるいは二水和物を含有した混合物に関して、時間−温度挙動は硫酸カルシウムなしの混合物に類似していた。
・3および5部の無水セッコウ(例えば、スノー ホワイト F&P)を含む混合物は、同量の二水和物(例えばランドプラスター)を含む混合物に比べ、短い初期および最終凝固時間を示した。
・1部の無水セッコウもしくは二水和物を含む混合物は、非常に長い最終凝固時間を示した。一般的に、1部の無水セッコウもしくは二水和物を含有した混合物の凝固挙動は、硫酸カルシウムを含有しない混合物のものと類似している。
本実施例において、目的は、HACの低量投入(3、6、9、12部)を含む混合物に対する、時間−温度挙動および初期、最終凝固時間に対するの硫酸カルシウムタイプの影響を評価することである。次の2つの硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P, CaSO4
・3部HACと1部硫酸カルシウム
・6部HACと2部硫酸カルシウム
・9部HACと3部硫酸カルシウム
・12部HACと4部硫酸カルシウム
・温度上昇率は、HACの含有量に大きく依存する。3部のHACを含んだ混合物はもっとも遅い温度上昇率であり、次が6部のHACを含んだ混合物であった。
・ランドプラスターとスノー ホワイト F&Pはほとんど同じ温度上昇率であった。これはHACの投入量が低いもの(3および6部)で特に著しい。
・達したピーク温度は、HAC含有量の増加にともない、上昇した。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物(例えばスノー ホワイト F&Pを含む混合物)は、対応する二水和物形態の硫酸カルシウムを含む混合物(例えばランドプラスターを含む混合物)より高いピーク温度を生じた。その効果は、HAC投入量が多い場合、(例えば9および12部)に大きい。
本実施例において、目的は、実施例3で利用した混合物スラリーより低い初期スラリー温度での、時間−温度挙動および初期、最終凝固時間に対する硫酸カルシウムの影響を評価することである。低いスラリー温度とは、140°F(60℃)のかわりに、スラリー温度を122°F(50℃)に調整することである。次の2つの硫酸カルシウムが評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水物−スノー ホワイト F&P, CaSO4
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物(例えばスノー ホワイト F&Pを含む混合物)は、二水和物形態の硫酸カルシウムを含む混合物(例えばランドプラスターを含む混合物)より常に高いピーク温度を生じた。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合組成物(例えばスノー ホワイト F&Pを含む混合物)は、発熱量が多い。これは、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物に関する時間―温度曲線下部面積が大きい(図12参照)ことから明らかである。12部のHACでさえ、不溶性硫酸カルシウムを含む混合物は、高いHACレベル(15および18部)の二水和物形態の硫酸カルシウムを含む混合物よりも多く発熱する。
・不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含む混合物(例えばスノー ホワイト F&Pを含む混合物)は、二水和物形態の硫酸カルシウムを含む混合物(例えばランドプラスターを含有した混合物)よりも、約2分間、短い凝固時間を生じた。
・12部のHACでさえ、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物は、18部のHACにおける二水和物形態の硫酸カルシウム(例えばランドプラスター)を含有した混合物よりも、約1−1/2分、短い最終凝固時間を生じた。
機械的性質
軽量コンクリート混合物の機械的性質に対する、次に示す硫酸カルシウムの影響が、評価された。
・二水和物-ランドプラスター, CaSO4・2H2O
・無水セッコウ−スノー ホワイト F&P, CaSO4
3点曲げ試験が、ASTM C 947試験法に従って実施された。試験片は、10”スパン(254mm)で試験された。試験は、クローズループMTS試験システムで実施された。負荷は、0.1”/1分(2.54mm/1分)の一定変位量でかけられた。次のような曲げ特性が、様々の評価混合物に関して、ASTM C 947 および ASTM C 1325 試験法に従って計算された。
・比例弾性限界 (PEL)
・見かけの弾性率 (AMOE)
・破壊強さ (MOR)
セメントボードは、ASTM C 1325 試験法に従って、くぎ抜き強さに関して試験された。Table 11は、6つの評価された混合物に関するくぎ抜き強さを示している。これによれば、無水セッコウ(例えばスノー ホワイト F&P)を含む混合物のくぎ抜き強さは、二水和物形態の硫酸カルシウム(例えばランドプラスター)を含む混合物のそれと同程度であるということがわかる。
・硫酸カルシウム二水和物(例えばランドプラスター)のかわりに無水セッコウ硫酸カルシウムを使うことにより、相対的に発熱が多く、初期および最終凝固時間が短縮された、組成物を生じる。最終凝固時間の減縮の程度は、使用したHACおよびスラリーの初期温度に依存し、1〜3分の範囲である。
・無水セッコウ硫酸カルシウムを含む混合組成物は、他の様々の硫酸カルシウムを含む混合組成物に比べ、相対的に、大きく発熱し、高いスラリーピーク温度に達し、また最も短い凝固時間を示す。
・無水硫酸カルシウムを含む組成物を利用して製造されたセメントボードの機械的性質は、硫酸二水和物を含む組成物を使って製造されたセメントボードと同程度である。
・本発明の組成物中での不溶性硫酸カルシウム無水セッコウの使用は、非常に短い最終凝固時間をもたらす。3〜6分である短い最終凝固時間は、不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含んでいる本組成物の使用により得られる。
・非常に短い凝固時間は、本発明のセメント組成物において非常に低い使用レベルの高アルミナセメントを使用した場合でさえ、得ることができる。高アルミナセメントは、反応性粉末混合物の中で、最も高価な物質であるので、高アルミナセメント使用量を減らすことは、製品コストを大きく下げることに役立つ。
・非常に短い凝固時間は、本発明のセメント組成物において非常に高いレベルでポラゾン物質を使用した場合でさえ、得ることができる。フライアッシュのようなポゾラン物質を多く使用することは、製品コストを下げることに役立つ。ポゾラン物質は、セメント基材のアルカリ度を減少させ、故にポリマー被覆されたガラス繊維メッシュの劣化の可能性を減少させるので、ポゾラン物質を多く使用することは、製品の耐久性改善にも有用である。
・非常に短い凝固時間は、本発明のセメント組成物に、他からの石灰を加えることなく、得ることができる。組成物に石灰を加えずに済むことで、セメント基材のアルカリ度を減らすことができ、それ故に、ポリマーコートされたガラス繊維メッシュおよびこれにより製造されたセメントボードの長期耐久性を向上させることができる。
・3〜6分という、短い最終凝固時間は、非常にセメントボードの生産性を向上させ、コスト低くするのに役立つ。
Claims (37)
- 反応性粉末混合物として
(a) 35〜94×100/175重量%のポルトランドセメント
(b) 0〜55重量%のポゾラン
(c) 5〜15重量%の高アルミナセメント
及び
(d) 1〜8重量%の不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ
を含み、
前記ポゾランが、100重量部の前記ポルトランドセメントに対し、75〜125重量部の割合で存在する、
急速凝固セメント組成物。 - 前記ポゾランが、軽石、パーライト、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、メタ陶土、粉末高炉水砕スラグ及びフライアッシュからなる群の少なくとも1つである、請求項1に記載のセメント組成物。
- 前記ポゾランが、クラスCのフライアッシュである、請求項2に記載のセメント組成物。
- 高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石、広義の粘土、頁岩、パーライト、ひる石、空洞のあるセラミック粒子、空洞のあるプラスティック粒子及び広義のプラスティックビーズからなる群から選ばれる、1種かそれ以上の骨材(アグリゲート)及びフィラーをさらに含む請求項1に記載のセメント組成物。
- 前記骨材(アグリゲート)及びフィラーが、前記反応性粉末混合物の100重量部に対し、1〜200重量部の割合で存在する請求項4に記載のセメント組成物。
- 前記ポルトランドセメントが、ASTM Type III ポルトランドセメントである、請求項1に記載のセメント組成物。
- さらに石灰を含む請求項1に記載のセメント組成物。
- さらに、混合物の流動性を調整し、混合物の瞬間的な凝固を防ぐための添加物を含む請求項4に記載のセメント組成物。
- 前記添加物が、可塑剤、凝固遅延剤及び凝固促進剤を有する、請求項8に記載のセメント組成物。
- 前記可塑剤が、ポリナフタレンスルフォネート、ポリアクリレート、リグノスルフォネート、メラニンスルフォネート及びこれらの混合物からなる群から選ばれ、前記凝固遅延剤が、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウム及びこれらの混合物からなる群から選ばれ、及び前記凝固促進剤が、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、カルシウムホルメート、カルシウムアセテート及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項9に記載のセメント組成物。
- 前記添加物が、ポリナフタレンスルフォネート、クエン酸ナトリウム及び炭酸ナトリウムを含む請求項8に記載のセメント組成物。
- 前記添加物それぞれが、前記反応性粉末混合物に対して1.0重量%未満の量で存在している、請求項9に記載のセメント組成物。
- 前記不溶性硫酸カルシウム無水セッコウに対する、前記高アルミナセメントの重量比が、5/1〜2/1である、請求項1に記載のセメント組成物。
- 前記不溶性硫酸カルシウム無水セッコウに対する、前記高アルミナセメントの重量比が、3/1である、請求項13に記載のセメント組成物。
- さらに、硬化可能なスラリーを形成のための十分な量の水を含む、請求項4に記載のセメント組成物。
- 前記反応性粉末混合物に対する前記水の重量比が、0.30/1〜0.60/1である、請求項15に記載のセメント組成物。
- 前記反応性粉末混合物に対する前記水の重量比が、0.40/1である、請求項16に記載のセメント組成物。
- 前記硬化可能なスラリーが、混合時において、75〜150°Fの温度を有する、請求項16に記載のセメント組成物。
- 前記硬化可能なスラリーが、混合時において、120°Fの温度を有する、請求項18に記載のセメント組成物。
- 反応性粉末混合物として、
(a) 35〜94×100/175重量%のポルトランドセメント
(b) 0〜55重量%のポゾラン
(c) 5〜15重量%の高アルミナセメント
及び
(d) 1〜8重量%の不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ
を含み、
前記ポゾランが、100重量部の前記ポルトランドセメントに対し、75〜125重量部の割合で存在しているセメント組成物及び
適量の水からなる急速凝固性混合物を含む、セメントボード。 - 前記ポゾランが、軽石、パーライト、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、メタ陶土、粉末高炉水砕スラグ、及びフライアッシュからなる群の少なくとも1つである、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記ポゾランが、クラスCのフライアッシュである、請求項21に記載のセメントボード。
- 高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石、広義の粘土、頁岩、パーライト、ひる石、空洞のあるセラミック粒子、空洞のあるプラスティック粒子及び広義のプラスティックビーズ及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、骨材(アグリゲート)及びフィラーをさらに含む、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記骨材(アグリゲート)及びフィラーが、前記セメント組成物100重量部に対し、1〜200重量部の割合で存在している、請求項23に記載のセメントボード。
- 前記セメント組成物が、さらに石灰を含む、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記ポルトランドセメントが、ASTM TypeIII ポルトランドセメントである、請求項20に記載のセメントボード。
- さらに、混合物の流動性を調整し、瞬間的な凝固を防ぐための添加物を含む、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記添加物が、可塑剤、凝固遅延剤及び凝固促進剤を含む、請求項27に記載のセメントボード。
- 前記可塑剤が、ポリナフタレンスルフォネート、ポリアクリレート、リグノスルフォネート、メラニンスルフォネート及びこれらの混合物からなる群から選ばれ、前記凝固遅延剤が、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウム及びこれらの混合物からなる群から選ばれ、前記凝固促進剤が炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、カルシウムホルメート、カルシウムアセテート及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項28に記載のセメントボード。
- 前記添加物が、ポリナフタレンスルフォネート、クエン酸ナトリウム及び炭酸ナトリウムを含む、請求項29に記載のセメントボード。
- 前記添加物それぞれが、前記反応性粉末混合物に対し、1.0重量%未満の量で存在している、請求項27に記載のセメントボード。
- 前記不溶性硫酸カルシウム無水セッコウに対する、前記高アルミナセメントの重量比が、5/1〜2/1である、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記水が、硬化可能なスラリーを形成するために十分な量存在している、請求項20に記載のセメントボード。
- 前記反応性粉末混合物に対する、前記水の重量比が、0.30/1〜0.60/1である、請求項33に記載のセメントボード。
- 前記反応性粉末混合物に対する、前記水の重量比が、0.40/1である、請求項34に記載のセメントボード。
- 前記硬化可能なスラリーが、混合時において、75〜150°Fの温度を有する、請求項33に記載のセメントボード。
- 前記硬化可能なスラリーが、混合時において、120°Fの温度を有する、請求項36に記載のセメントボード。
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