JP5685760B2 - 軽量セメント系スラリー及びその製造方法、並びにセメントボード - Google Patents
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Description
[関連出願の相互参照]
[001]本出願は、参照により本明細書に組み込まれている2007年7月5日出願の米国特許出願第11/773,865号の優先権を主張するものである。
【0002】
[発明の分野]
[002]本発明は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリー及びその製造方法、並びにセメントボードに関する。詳細には、セメント系スラリー及び製品は、約40〜80ポンド/立方フィート(0.64〜1.28g/cc)、好ましくは、約45〜65ポンド/立方フィート(0.72〜1.04g/cc)の範囲の密度を有する。
【0003】
[発明の背景]
[003]参照により本明細書に組み込まれているPerez−Penaらの米国特許第6,869,474号では、セメントボードなどのセメント系製品を製造するためのセメント系スラリーの急結性が議論されており、その急結性は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメントにアルカノールアミンを添加し、初期スラリー温度が少なくとも90°F(36℃)である条件下で水を用いてスラリーを形成することによって実現される。追加の反応性材料として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシュなどのポゾラン性材料なども挙げることができる。超急結性によって、セメント系製品を速やかに生産することが可能になる。トリエタノールアミンを添加するステップは、フライアッシュ及び石こう濃度を上昇させても、アルミン酸カルシウムセメントを必要としなくても、終結時間が比較的短い配合物を製造することができるという非常に強力な促進効果になることが分かった。しかし、トリエタノールアミンを含む配合物は、アルミン酸カルシウムセメントを含む従来のセメントボード配合物に比較して早期圧縮強度も比較的低かった。
【0004】
[004]参照により本明細書に組み込まれているDubeyの米国特許第6,641,658号では、反応性粉末として、ポルトランドセメント、ポゾラン、高アルミナセメント、及び不溶性硫酸カルシウム無水物を含む、セメントボードを作製するのに有用である急結性セメント系スラリーが議論されており、該スラリーでは、従来技術のセメント系スラリーに比較して凝結時間が短縮される。このスラリーは、好ましくは、反応性粉末ブレンドとして、35〜90重量%のポルトランドセメントと、0〜55重量%のポゾランと、5〜15重量%の高アルミナセメントと、1〜8重量%の不溶性硫酸カルシウム無水物とを含む。従来の可溶性石こう(二水和物)の代わりに不溶性硫酸カルシウム無水物を使用すると、非常に大量のポゾラン材料、好ましくは、フライアッシュの使用にも拘らず、熱の放出が増加し、凝結時間が短縮される。セメント系スラリーは、軽量骨材及びフィラーに加えて高性能AE減水剤(superplasticizer)、凝結遅延剤及び凝結促進剤などの添加剤を含むことによって所望の他の有用な特性を付与することができる。
【0005】
[005]参照により本明細書に組み込まれているGalerらの米国特許第4,488,909号では、急結できるセメント系スラリーが議論されている。このスラリーでは、水と混合した後、エトリンガイトになり得る可能性のあるものの基本的に全てから約20分以内にエトリンガイトを形成することによって耐二酸化炭素性のセメントボードを高速で生産することが可能になる。このセメント系スラリーの基本的な成分は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び石灰である。フライアッシュ、モンモリロナイト粘土、珪藻土及び軽石粉などのポゾランは、最大約25%まで添加することができる。このセメントスラリーは、約14〜21重量%の高アルミナセメントを含むので、その他の成分と組み合わされたこの高アルミナセメントによって、セメント系混合物の急結の原因となるエトリンガイト及びその他のアルミン酸カルシウム水和物を早期に形成することが可能になる。彼らの発明では、Galerらは、高アルミナセメント(HAC)を用いてアルミン酸塩を供給し、石こうを用いて硫酸塩イオンを供給することによってエトリンガイトを形成し、彼らのセメント系混合物の急結性を実現した。
【0006】
[006]エトリンガイトは、式Ca6Al2(SO4)3・32H2O、或いは3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2Oを有する硫酸アルミニウムカルシウム化合物からなる化合物である。エトリンガイトは、長い針状晶として形成され、セメントボードに速やかに早期強度を提供し、その結果としてセメントボードは、型枠内に、又は連続式鋳込み成型ベルト上に注がれた後、間もなくハンドリングすることができる。
【0007】
[発明の概要]
[007]本発明の目的は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリーを提供することである。
【0008】
[008]本発明の別の目的は、約40〜80ポンド/立方フィート(0.64〜1.28g/cc)、好ましくは、約45〜65ポンド/立方フィート(0.72〜1.04g/cc)の範囲の密度を有するセメント系スラリー及び製品を提供することである。このスラリーから作製されたボードの好ましい曲げ強度は、400〜2000psi(2.76〜13.8MPa)の範囲である。最も好ましい曲げ強度は、750〜1750psi(5.17〜12.1MPa)の範囲である。このスラリーから作製され、スパン10インチで試験される供試体では、ASTM C 947によって実施された曲げ試験で測定されたボードの好ましい最大たわみは、0.25〜1.75インチ(0.64〜4.5cm)の範囲である。最も好ましい最大たわみは、0.50〜1.25インチ(1.3〜3.18cm)の範囲である。
【0009】
[009]本発明の別の目的は、厚さ1/2インチ(1.27cm)基準で、重量が、好ましくは、3.3ポンド/平方フィート(16.1kg/m2)未満、より好ましくは、2.5ポンド/平方フィート(12.2kg/m2)未満、最も好ましくは、2.1ポンド/平方フィート(10.25kg/m2)未満である軽量セメント系パネルを提供することである。
【0010】
[0010]本発明の別の目的は、セラミックタイル、寸法石及びプラスター仕上げをはめ込むための耐久性で結合性の基材として使用されるセメント系パネルを提供することである。
【0011】
[0011]本発明の別の目的は、溌水性及び耐水浸透性が良好であるセメント系パネルを提供することである。
【0012】
[0012]本発明の別の目的は、耐水性及び寸法安定性が良好であるために、建造物の湿った区域での使用が可能であるセメント系製品を提供することである。
【0013】
[0013]本発明の別の目的は、抗菌、抗カビ及び抗真菌性である軽量セメント系製品を提供することである。
【0014】
[0014]本発明の別の目的は、凍結融解に対する耐久性が良好である軽量セメント系製品を提供することである。
【0015】
[0015]本発明の別の目的は、不燃性である軽量セメント系製品を提供することである。
【0016】
[0016]本発明の別の目的は、ハンドリング特性、設置特性及び固定特性が大幅に改良された軽量セメント系製品を提供することである。
【0017】
[0017]本発明の別の目的は、スコア及びスナップ性能、並びに切断特性が大幅に改良された軽量セメント系パネル製品を提供することである。
【0018】
[0018]本発明の別の目的は、湿潤状態で、流動性コンシステンシーを有し、安定性があり、材料の分離を起こしにくいセメント系スラリーを提供することである。
【0019】
[0019]発明の別の目的は、製造中及び製造後に、薄いセメント系パネル製品においてセメント系コアと表面補強メッシュの間に良好な結合を発達させることができるセメント系スラリーを提供することである。
【0020】
[0020]本発明の別の目的は、工業生産の環境でも軽量セメント系製品の加工が効率的に実施されるセメント系スラリーを提供することである。
【0021】
[0021]本発明の別の目的は、セメント系パネル及び建築用製品を製造するための軽量セメント系スラリーを調製する方法を提供することである。
【0022】
[0022]したがって、本発明は、一般に、パネル又はボードを構築するための急結性軽量セメント系スラリーに関する。
【0023】
[0023]セメント系スラリーは、35〜60重量%のセメント系反応性粉末(ポルトランドセメント系結合材とも呼ばれる)と、2〜10重量%の化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、20〜40重量%の水と、連行空気、例えば、湿基準で10〜50体積%の連行空気と、減水剤、化学的凝結促進剤、及び化学的凝結遅延剤などの任意選択の添加剤とを含む。軽量セメント系スラリーは、0〜25重量%の二次フィラー、例えば、10〜25重量%の二次フィラーを任意選択で含むこともできる。典型的なフィラーは、1つ又は複数の膨張粘土、頁岩骨材及び軽石を含む。
【0024】
[0024]本発明で使用されるセメント系反応性粉末は、通常、純ポルトランドセメント、又はポルトランドセメントと、フライアッシュ若しくは高炉スラグなど適切なポゾラン材料との混合物いずれかからなる。セメント系反応性粉末は、少ない用量で添加される1つ又は複数の石こう(ランドプラスタ)及び高アルミナセメント(HAC)を任意選択で含むことによって結合剤の凝結及び水和特性に影響を及ぼすこともできる。
【0025】
[0025]軽量な密度を得るためには、(i)特性が特別である膨張パーライト及び(ii)空気の連行の利用が助けになる。
【0026】
[0026]膨張パーライトフィラーは、複合材体積の7.5〜40%を占有し、好ましくは、メジアン粒径が直径で20〜60ミクロンである粒子からなり、好ましくは、粒子密度が0.30g/cc未満であり、シラン、シロキサン、シリコーン又はそれらの混合物でコートされている。この膨張パーライトフィラーは、それが水密性及び溌水性を持つように化学的にコートされているという点で独特である。さらには、コートされた膨張パーライトフィラーは、化学コーティングを施用することによって有効な水密性を有する閉じたセル状粒子構造の形成が可能になる範囲の粒径を有する。選りすぐりのコートされた膨張パーライトフィラーを使用することは、水の使用割合が小さい場合、作業性及び加工性のよいセメント系スラリーの調製を可能にするために重要である。スラリーの水量が低くなると、機械的特性及び物理的特徴が優れた製品がもたらされる。
【0027】
[0027]連行空気は、湿基準で複合材体積の10〜50%を占める。本発明のスラリー中への空気の連行は、最終生成物中に安定で均一な構造の空隙を形成する適切な界面活性剤という手段によってもたらされる。
【0028】
[0028]本発明のセメント系スラリーを使用することによって、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用するための優れた耐水性を備えたセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品を作製することができる。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、セメント系混合物が静置若しくは移動式型枠内に、又は連続移動式ベルト上に注がれた後に、短時間でボードをハンドリングできるようにセメント系混合物を急結させる条件下で作製される。
【0029】
[0029]軽量セメント系スラリー及び製品は、通常、1つ又は複数の以下の利点を有する:
[0030]水の要求量が少ないこと、
[0031]少ない水の使用量で得られる流動性及び作業性のよいスラリー、
[0032]軽量な密度、
[0033]高圧縮強度、
[0034]優れた耐水性、
[0035]環境が変化する条件下での優れた寸法安定性、
[0036]製品の厚さ方向での優れた耐水浸透性、
[0037]セラミックタイル及びセメントモルタルなどの仕上げ表面に対する優れた結合強度、
[0038]急結挙動、
[0039]優れた審美性及び外観。
【0030】
[0040]通常、上記のスラリーを硬化させることによって作製されたセメントボードは、厚さが約1/4〜1インチ(6.3〜25.4mm)である。
【0031】
[0041]別段の指示がない限り、本明細書の百分率、比及び割合は全て、重量による。また、別段の指示がない限り、いずれの平均分子量も重量平均分子量である。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】実施例11で調査されたミックスにおけるスラリー温度上昇の反応を示す図である。
【0033】
[発明の詳細な説明]
(セメント系スラリー)
[0043]表1は、本発明の軽量セメント系スラリーを形成するのに使用される混合物を記載する。化学的にコートされたパーライトに占有された体積は、スラリーの全体積の7.5〜40%の範囲であり、連行空気に占有された体積は、スラリーの全体積の10〜50%の範囲である。これは、約40〜80pcf(0.64〜1.28g/cc)、好ましくは、約45〜65ポンド/立方フィート(0.72〜1.04g/cc)の所望の低密度を有するセメント製品を製造する助けになる。
【0034】
[0044]
【表1】
【0035】
[0045]セメント系スラリーは、好ましくは、:
[0046]ポルトランドセメント、及び任意選択でポゾラン材料を含むセメント系反応性粉末(35〜60重量%)(典型的なミックスは、100部のポルトランドセメントと、30部のフライアッシュと、3部のランドプラスタとを含んでいた)と、化学的にコートされた膨張パーライトフィラー(2〜10重量%)と、
[0047]連行空気(複合材体積の10〜50%であり、複合材体積の%は、湿基準でスラリーの体積%である)と、
[0048]水(20〜40重量%)と、
[0049]減水剤、促進剤、遅延剤など任意選択の添加剤と、
[0050]任意選択の二次フィラー(10〜25重量%)、例えば膨張粘土、頁岩骨材及び軽石とを含み、
[0051]化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、二次フィラー、例えば、膨張粘土、頁岩骨材及び/又は軽石との合計は少なくとも20重量%である。
【0036】
(化学的にコートされた膨張パーライトフィラー)
[0052]膨張パーライトフィラーは、セメント系スラリーの2〜10重量%、7.5〜40体積%である。膨張パーライトフィラーは、通常、20〜500ミクロン、又は20〜250ミクロン、好ましくは、20〜150ミクロン、より好ましくは、20〜90ミクロン、最も好ましくは、20〜60ミクロンの平均粒子直径、及び好ましくは、0.50g/cc未満、より好ましくは、0.40g/cc未満、最も好ましくは、0.30g/cc未満の有効粒子密度を有し、シラン、シロキサン、シリコーンコーティング又はそれらの混合物で化学的に処理された粒子からなる。この膨張パーライトフィラーは、それが水密性及び溌水性を持つように化学的にコートされているという点で独特である。
【0037】
[0053]さらには、コートされた膨張パーライトフィラーの粒径は、化学コーティングを施用することによって有効な水密性を有する閉じたセル状粒子構造の形成を可能にする。選りすぐりのコートされた膨張パーライトフィラー使用することは、水の使用割合が小さい場合、作業性及び加工性のよいセメント系スラリーの調製を可能にするために重要である。スラリーの水量が低くなると、機械的特性及び物理的特徴が優れた製品がもたらされる。パーライト粒子を水密性及び溌水性にするための最も好ましい化学コーティング用化合物は、アルキルアルコキシシランである。オクチルトリエトキシシランは、本発明のセメント系スラリーと一緒に使用してパーライトをコートするための最も好ましいアルキルアルコキシシランである。
【0038】
[0054]最も好ましい市販の化学的にコートされたパーライトフィラーの1つは、Silbrico Corporationから入手可能なSIL−CELL35−23である。SIL−CELL35−23パーライト粒子は、アルキルアルコキシシラン化合物で化学的にコートされている。別の好ましい化学的にコートされたパーライトフィラーは、Silbrico Corporationから入手可能なSIL−CELL35−34である。SIL−CELL35−34パーライト粒子は、本発明のセメント系スラリーにおいても有用であり、シリコーン化合物でコートされている。DICAPERL210及びDICAPERL220も、本発明で好ましい、Grefco Minerals Inc.によって製造された別の市販の2つのコートされたパーライトフィラー製品である。アルキルアルコキシシラン化合物を含むDICAPERL210パーライトは、本発明のセメント系スラリーで特に好ましい。シリコーン化合物でコートされたDICAPERL220パーライトも、本発明のスラリーで有用である。
【0039】
[0055]本発明のパーライトフィラーの非常に有用な別の特性は、小さい粒径及びシリカ系の化学的性質のためにポゾラン特性を示すことである。そのポゾラン性挙動のために、本発明の選りすぐれられたパーライトフィラーは、改良された界面、並びに混合物中に存在するセメント系結合材及び他の成分との向上した結合性を発現しつつ、セメント系複合材の化学的耐久性を改良する。
【0040】
[0056]さらに別の極めて重要な利益は、本発明のパーライトフィラー径が小さいことに由来する。この改良は、本発明のパーライトスラリーを使用して製造されたメッシュ補強セメントボード製品の製造性及び性能特性に関連する。本発明の選りすぐられたパーライトフィラーは、スラリー中に存在する非常に微細な粒子(75ミクロン未満)の全体量を増加させる。スラリー中に微細粒子が多量に存在することは、メッシュ補強セメントボードを速やかに加工する際に極めて有用である。というのは、これは、セメント系スラリーと補強メッシュの間の結合を改良するのに役立つからである。セメント系スラリーと補強メッシュの間の結合が改良されることによって、メッシュ剥離の発生が低減し、セメントボード加工速度がより速やかになり、製造収率が改良される。
【0041】
(セメント系反応性粉末(ポルトランドセメント系結合材))
[0057]本発明で使用されるセメント系反応性粉末(ポルトランドセメント系結合材とも呼ばれる)は、通常、純ポルトランドセメント、又はポルトランドセメントと、フライアッシュ若しくは高炉スラグなど適切なポゾラン材料との混合物のいずれかからなる。
【0042】
[0058]セメント系反応性粉末は、ポルトランドセメントを含み、また高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュも含むことによって水と共にスラリーを形成することができる。セメント系反応性粉末は、骨材などの不活性材を含まない。
【0043】
[0059]本発明のセメント系反応性粉末が、ポルトランドセメントとフライアッシュのみを含む場合、セメント系反応性粉末は、好ましくは、40〜90重量%のポルトランドセメントと10〜60重量%のフライアッシュ、又は40〜80重量%のポルトランドセメントと20〜60重量%のフライアッシュを含み、重量%は、ポルトランドセメントとフライアッシュの和に基づく。
【0044】
[0060]セメント系反応性粉末は、小用量で添加することによって結合材の凝結及び水和特性に影響を及ぼす石こう(ランドプラスタ)又は高アルミナセメントなど1つ又は他の成分も任意選択で含むことができる。かかる他の成分が存在する場合、セメント系反応性粉末は、各成分の和に対して40〜80重量%のポルトランドセメントと、0〜20重量%の高アルミナセメントと、0〜7重量%の硫酸カルシウムと、0〜55重量%のフライアッシュとを含む。
【0045】
[0061]したがって、セメント系スラリーのセメント系反応性粉末ブレンドは、反応性粉末ブレンドの最大55重量%までの、ポゾラン材料などの鉱物性添加材を非常に高い濃度で含むことができる。鉱物性添加材、例えばフライアッシュの含量を増加させると、製品のコストを大幅に下げるのに役立つと思われる。さらには、スラリー中にポゾラン材料を使用すると、ポゾラン反応の結果として、製品の長期耐久性を向上させる助けとなる。
【0046】
[0062]セメント系スラリーの反応性粉末ブレンドは、外部から添加する石灰を含まない場合がある。石灰含量の低減は、セメント系マトリックスのアルカリ度を下げる助けとなり、それによって製品の長期耐久性を増進させる。
【0047】
(水硬性セメント)
[0063]水硬性セメント、特にポルトランドセメントは、本発明のスラリーのうちの相当な量を構成する。通常はいくらかの石こうがポルトランドセメント中に含まれるが、本明細書では、「水硬性セメント」は、水の存在下で強度を発現しない石こうを含まないことを理解されたい。
【0048】
[0064]ポルトランドセメントに対するASTM C 150標準規格は、ポルトランドセメントを、水硬性ケイ酸カルシウムから基本的になり、同時粉砕用添加物として1つ又は複数の形態の硫酸カルシウムを通常含むクリンカを粉砕することによって製造される水硬性セメントとして定義する。より一般的には、その他の水硬性セメント、例えば、カルシウムスルホアルミネート系セメントは、ポルトランドセメントを代替することができる。ポルトランドセメントを製造するためには、石灰石と粘土の密接な混合物をキルンで焼成してポルトランドセメントクリンカを形成する。ポルトランドセメントの以下の4つの主たる相、即ち、ケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO2、C3Sとも呼ばれる)、ケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO2、C2Sと呼ばれる)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al2O3又はC3A)及びアルミン酸鉄四カルシウム(4CaO・Al2O3・Fe2O3又はC4AF)がクリンカ中に存在する。上記の化合物を含む生成クリンカを所望の微細度まで硫酸カルシウムと同時に粉砕することによってポルトランドセメントを生産する。
【0049】
[0065]ポルトランドセメント中に少量存在するその他の化合物として、硫酸アルカリの複塩、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが挙げられる。セメントボードを作製しようとする場合、ポルトランドセメントは、ブレーン表面積法(ASTMC 204)によって測定した場合、粒子の表面積が4,000cm2/グラム超、通常5,000〜6,000cm2/グラムであるような非常に微細な粒子の形態で通常存在することになる。ポルトランドセメントの広く認められている多様なクラスのなかで、ASTMIII型ポルトランドセメントが、本発明のセメント系スラリーのセメント系反応性粉末において最も好ましい。これは、このセメントの反応性が比較的速やかであり、早期強度の発現が大きいからである。
【0050】
[0066]本発明では、III型ポルトランドセメントを使用する必要性は、最小化されており、III型ポルトランドセメントの代わりに他のセメントを使用しても比較的速やかな早期強度の発現を得ることができる。本発明のスラリーにおいてIII型ポルトランドセメントを代替又は補助するのに使用できるその他の広く認められた型のセメントとして、I型ポルトランドセメント、又は、白色セメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、ポゾラン混入セメント、膨張セメント、スルホアルミネートセメント、及び油井セメントを含めての他の水硬性セメントが挙げられる。
(鉱物性添加材)
セメント系スラリーのセメント系反応性粉末ブレンドは、ポゾラン材料及び/又は非ポゾラン骨材、例えば、炭酸カルシウム、雲母、タルクなどの鉱物性添加材を高濃度で含むことができる。
【0051】
[0067]ASTM C618−97は、ポゾラン性材料を、「それ自体はほとんど又は全くセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、及び水分の存在下で常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」として定義する。天然及び人工の多様な材料が、ポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の一部の例として、軽石、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、メタカオリン、造粒高炉スラグ粉砕物、及びフライアッシュが挙げられる。こうしたポゾラン材料は全て、本発明のセメント系反応性粉末の一部として単独で又は組み合わせて使用することができる。
【0052】
[0068]フライアッシュは、本発明のセメント系反応性粉末ブレンドにおける好ましいポゾランである。酸化カルシウム及びアルミン酸カルシウムの含量が大きいフライアッシュ(ASTM C618標準のC級フライアッシュなどの)は、以下で説明されるように好ましい。炭酸カルシウム、粘土及び粉砕雲母など他の鉱物性添加材も、鉱物性添加材として含ませることができる。
【0053】
[0069]フライアッシュは、石炭の燃焼に由来して形成される微粉末副生物である。
微粉炭を燃焼させる電力プラント事業用ボイラーによって最も市場に適したフライアッシュが生産される。こうしたフライアッシュは、主として、ガラス状球形粒子、並びにヘマタイトとマグネタイトの残分、炭、及び冷却中に形成されるいくつかの結晶相からなる。フライアッシュ粒子の構造、組成及び特性は、石炭の構造と組成、及びフライアッシュが形成される燃焼プロセスによって決まる。ASTM C618標準では、コンクリートで使用されるフライアッシュの2つの主要な級−C級及びF級が認定されている。フライアッシュのこれら2つの級は、地質時代に行われた石炭形成プロセスの相違の結果である石炭の種類の相違に由来する。F級フライアッシュは、通常、無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成し、C級フライアッシュは、通常、亜炭又は亜瀝青炭から生成する。
【0054】
[0070]ASTM C618標準は、主としてそのポゾラン特性によってF級及びC級フライアッシュを区別する。したがって、ASTM C618標準では、C級フライアッシュとF級フライアッシュの主要な規格上の相違は、組成におけるSiO2+Al203+Fe203の最低限界である。F級フライアッシュに対するSiO2+Al203+Fe203の最低限界は、70%であり、C級フライアッシュでは50%である。したがって、F級フライアッシュは、C級フライアッシュよりポゾラン性が高い。ASTM C618標準では明確に認定されていないが、C級フライアッシュは、通常、酸化カルシウム含量が大きい。酸化カルシウムが多く存在するために、C級フライアッシュはセメント様特性を有するようになり、それによって、水と混合した場合に、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム水和物が形成される。以下の実施例で分かるように、C級フライアッシュは、特に、高アルミナセメント及び石こうが使用されない好ましい配合物において、優れた結果をもたらすことが分かっている。
【0055】
[0071]本発明のセメント系スラリーで使用されるセメント系反応性粉末ブレンドにおけるポゾラン材料とポルトランドセメントの重量比は、約0/100〜150/100、好ましくは、25/100〜125/100であることができる。例えば、典型的なセメント系反応性粉末ブレンドでは、フライアッシュが10〜60重量%で、ポルトランドセメントが40〜90重量%である。
【0056】
(高アルミナセメント)
[0072]高アルミナセメント(HAC)は、本発明の一部の実施形態の反応性粉末ブレンドの成分を形成できる別の型の水硬性セメントである。
【0057】
[0073]高アルミナセメントは、通常、アルミナセメント又はアルミン酸カルシウムセメントとも呼ばれる。名称が示唆するように、高アルミナセメントは、アルミナ含量が高く、約36〜42%重量%が典型的である。より高純度の高アルミナセメントも市販されており、そのセメントでは、アルミナ含量は、80重量%にもなる場合がある。こうしたより高純度の高アルミナセメントは、他のセメントと比較して非常に高価になる傾向がある。本発明の一部の実施形態のスラリーで使用される高アルミナセメントは、アルミン酸塩が水性相に入るのを促進するように微細に粉砕されており、その結果として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物を速やかに形成させることができる。本発明のスラリーの一部の実施形態で使用し得る高アルミナセメントの表面積は、ブレーン表面積法(ASTM C 204)によって測定した場合、3,000cm2/グラム超、通常、約4,000〜6,000cm2/グラムになることになる。
【0058】
[0074]高アルミナセメントを製造するための数種類の製造法が世界全体で現れている。通常、高アルミナセメントの製造で使用される主原料は、ボーキサイト及び石灰石である。高アルミナセメントを生産するために米国で使用される1つの製造法を以下に説明する。最初にボーキサイト鉱を破砕し、乾燥させ、次いで石灰石と一緒に粉砕する。次いで、ボーキサイト及び石灰石からなる乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。キルンの燃料としては、粉砕した低灰分炭を使用する。ボーキサイトと石灰石の反応が、キルン内で起こり、溶融生成物が、キルンの低い方の末端部に集合し、底部の一連のトラフ内に注がれる。溶融クリンカを水で急冷することによって粒状クリンカを形成し、次いでストックパイルに輸送する。次いで、この粒状物を所望の粒度まで粉砕することによって最終のセメントを生産する。
【0059】
[0075]数種のアルミン酸カルシウム化合物が、高アルミナセメントを製造する過程の間に形成される。形成される主化合物は、アルミン酸一カルシウム(CA)である。形成される他のアルミン酸カルシウム化合物及びケイ酸カルシウム化合物として、Cl12A7、CA2、C2S、C2ASが挙げられる。比較的高い割合の酸化鉄を含む数種の他の化合物も形成される。こうしたものとして、CF及びC2Fなどのカルシウムフェライト、並びにC4AF、C6AF2、及びC6A2Fなどのカルシウムアルミノフェライトが挙げられる。高アルミナセメント中に存在する他の微量成分として、マグネシア(MgO)、チタニア(TiO2)、硫酸塩、及びアルカリが挙げられる。通常のポルトランドセメント中に見られるアルミン酸三カルシウム(C3A)は、高アルミナセメント中には見られないことに留意されたい。
【0060】
(硫酸カルシウム)
[0076]以下に示す多様な形態の硫酸カルシウムを本発明で使用することによってエトリンガイト及び他のカルシウムスルホアルミネート水和物化合物を形成するための硫酸塩イオンが提供される。
[0077]二水和物−CaSO4・2H2O(通常、石こうとして知られている)
[0078]半水和物−CaSO4・1/2H2O(通常、スタッコとして知られている)
[0079]無水物−CaSO4(無水硫酸カルシウムとも呼ばれる)
【0061】
[0080]ランドプラスタは、比較的純度の低い石こうであり、経済的な見地から好ましい。ただし、純度が高い方の等級の石こうも使用できる。ランドプラスタは、採掘された石こうから作製され、ブレーン表面積法(ASTM C 204)によって測定した場合、比表面積が2,000cm2/グラム超、通常約4,000〜6,000cm2/グラムになるように比較的小さい粒子まで粉砕される。微細粒子は、容易に溶解し、エトリンガイトを形成するのに必要である石こうを供給する。多様な製造業からの副生物として得られる合成石こうも本発明で好ましい硫酸カルシウムとして使用することができる。他の2つの形態の硫酸カルシウム、即ち、半水和物及び無水物も石こう、つまり硫酸カルシウムの二水和物形態の代わりに本発明で使用することができる。
【0062】
(空気連行剤(発泡剤))
[0081]軽量セメントボードなどの本発明の軽量製品を生産したい場合、空気連行剤(発泡剤)をスラリー中に添加して製品を軽量化することができる。空気連行剤は、一般に、最終製品中に安定で均一な構造の空隙を形成する適切な界面活性剤である。したがって、スラリーは、所望の程度の空気の連行をもたらすような量において適切な空気連行剤又は発泡剤を含む。
【0063】
[0082]通常、空気連行剤又は発泡剤は、スラリーの全重量に対して、約0.0015〜0.03重量%の量で供給される界面活性剤である。より好ましくは、こうした界面活性剤は、スラリーの全重量に対して、0.002〜0.02重量%の範囲である。例えば、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸アンモニウム、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム(AOS)、デセト硫酸ナトリウム、デセト硫酸アンモニウム、ラウレト硫酸ナトリウム又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは、本発明のセメント系スラリーで使用できる適切な空気連行及び発泡界面活性剤である。
【0064】
[0083]本発明のセメント系スラリーでは、好ましくは、外部で製造した泡を使用することによってスラリー及び製品の密度を減少させる。泡発生装置で組み合わせる適切な割合の水及び空気と一緒に適切な界面活性剤(発泡剤)を使用して、泡を調製する。次いで、そうして製造された泡は、セメント系スラリーを調製しつつ、混合操作中に湿った混合物内に直接導入される。
【0065】
(アルカノールアミン)
[0084]本発明では、多様なアルカノールアミンを単独で又は組み合わせて使用することによって本発明のセメント系スラリーの凝結性を促進することができる。アルカノールアミンは、強力なアルカリ性で、カチオン活性であるアミノアルコールである。トリエタノールアミン[N(CH2−CH2OH)3]は、好ましいアルカノールアミンである。しかし、モノエタノールアミン[NH2(CH2−CH2OH)]、ジエタノールアミン[NH(CH2−CH2OH)2]など他のアルカノールアミンをトリエタノールアミン(TEA)の代わりに使用することができ、又はTEAと組み合わせて使用することができる。
【0066】
[0085]高温、例えば、90°F(32℃)を超えるスラリー温度で、開始した場合、単独で又はリン酸塩に加えて(以下で説明)アルカノールアミンを添加すると、本発明のセメント系スラリーの急結特性に大幅な影響がもたらされる。通常、スラリーは、初期温度が約90〜150°F(32〜66℃)である。
【0067】
[0086]リン酸塩なしで使用する場合、スラリー中の促進剤として用いられるアルカノールアミン、好ましくは、トリエタノールアミンの用量は、通常、セメント系反応性粉末の重量に対して、約0.025〜4.0重量%、0.05〜2重量%、0.05〜1重量%、0.05〜0.40重量%、0.05〜0.20重量%又は0.05〜0.10重量%である。
【0068】
[0087]したがって、例えば、セメント系反応性粉末各100ポンドに対して、混合物中にアルカノールアミン約0.025〜4.0ポンドが存在する。
【0069】
(リン酸塩)
[0088]所望であれば、リン酸塩は、促進剤としてアルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミンと一緒に任意選択で使用することができる。かかるリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)、トリポリリン酸カリウム(KTPP)及びトリポリリン酸ナトリウム(STPP)のうちの1つ又は複数であってよい。
【0070】
[0089]リン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約0〜1.5重量%、又は、約0.15〜1.5重量%、又は、約0.3〜1.0重量%、又は0.5〜0.75重量%である。したがって、例えば、セメント系反応性粉末100ポンドに対して、リン酸塩約0〜1.5ポンドが存在し得る。
【0071】
[0090]約90°F(32℃)超のスラリー温度が得られる条件下で適切な用量のリン酸塩を添加することによって得られる急結性によって、高アルミナセメントがなくてもアルカノールアミンを大幅に低減することが可能になる。
【0072】
(遅延剤)
[0091]本発明のスラリーにおける成分として凝結遅延剤を使用することは、セメント系製品を成型するのに使用される初期スラリー温度が、特に高い、通常100°F(38℃)超であるような状況では特に助けとなる。かかる比較的高い初期スラリー温度では、クエン酸ナトリウム又はクエン酸などの遅延剤は、スラリー中の多様な反応成分間の相乗的な物理的及び化学的反応を促進し、スラリー温度上昇に対する好ましい応答及び好ましい急結挙動がもたらされる。遅延剤を添加しないと、水を混合物に添加した直後に、本発明の反応性粉末ブレンドの固化が非常に速やかに生ずる恐れがある。「偽凝結」とも呼ばれる、混合物の速やかな固化は、望ましくない。というのは、この偽凝結は、エトリンガイトの適切で完全な形成を妨害し、それより遅い段階でのケイ酸カルシウム水和物の正常な形成を妨害し、硬化セメントモルタルの極端に不良で弱い微細構造が発達する元になるからである。
【0073】
[0092]スラリー中の遅延剤の主たる機能は、スラリー混合物の固化が速やか過ぎるのを防止し、それによって多様な反応成分間の相乗的な物理的相互作用及び化学的反応を促進することである。スラリーに遅延剤を添加することに由来する他の二次的な利点として、作業可能なコンシステンシーを有するスラリー混合物を実現するのに必要な高性能AE減水剤及び/又は水の量を低減することが挙げられる。前記の利点の全ては、偽凝結が抑制されるために実現される。いくつかの有用な凝結遅延剤の例として、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。本発明のスラリーでは、クエン酸ナトリウムが好ましい凝結遅延剤である。さらには、凝結遅延剤は、スラリー混合物の固化が速やか過ぎるのを防止するので、その添加は重要な役割を果たし、セメントボード製造過程の間に良好な端部を形成するのに役立つ。凝結遅延剤とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、一般に、1.0重量%未満、好ましくは、約0.04〜0.3重量%である。
【0074】
(二次無機凝結促進剤)
[0093]上記のアルカノールアミン及び任意選択のリン酸塩と組み合わせて、他の無機凝結促進剤を二次無機凝結促進剤として本発明のセメント系スラリーに添加することができる。
【0075】
[0094]こうした二次無機凝結促進剤の添加は、アルカノールアミンと任意選択のリン酸塩の組合せを添加することによって実現される短縮に比較して凝結時間の短縮はわずかしか期待できない。かかる二次無機凝結促進剤の例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。セメントボード用のファスナーの腐食が心配である場合は、塩化カルシウムの使用は避けるべきである。
【0076】
[0095]二次無機凝結促進剤とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、通常、2重量%未満、好ましくは、約0.1〜1重量%となろう。換言すれば、セメント系反応性粉末100ポンドに対して、二次無機凝結促進剤が、通常、2ポンド未満、好ましくは、0.0〜1ポンド存在する。こうした二次無機凝結促進剤は、単独でも組み合わせても使用することができる。
【0077】
(他の化学添加剤及び成分)
[0096]高性能AE減水剤などの減水剤、収縮制御剤、スラリー粘度調整剤(増粘剤)、着色剤、及び内部養生剤を含めての他の添加剤も、所望であれば、本発明のセメント系スラリーの加工性及び用途に応じて含めることができる。
【0078】
[0097]減水剤(高性能AE減水剤)などの化学添加剤は、本発明のスラリー中に含ませ、乾燥形態、又は溶液形態で添加することができる。高性能AE減水剤は、混合物の水要求量を低減する助けとなる。高性能AE減水剤の例として、ポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリカルボキシレート、リグノスルホネート、メラミンスルホネートなどが挙げられる。
【0079】
[0098]用いる高性能AE減水剤の型に応じて、高性能AE減水剤(乾燥粉末基準)と反応性セメント系粉末の重量比は、通常、約2重量%以下、好ましくは、約0.1〜1.0重量%、より好ましくは、約0.0〜0.50重量%、最も好ましくは、約0.0〜0.20重量%となろう。したがって、例えば、高性能AE減水剤が、0.1〜1.0重量%の範囲で存在する場合、混合物中のセメント系反応性粉末各100ポンドに対して、約0.1〜1ポンドの高性能AE減水剤が存在し得る。
【0080】
[0099]収縮制御剤、着色剤、粘度調整剤(増粘剤)、及び内部養生剤など他の化学添加剤も、本発明のスラリー中に所望であれば、添加することもできる。
【0081】
(骨材、フィラー及びスクリム)
[00100]開示されたセメント系反応性粉末ブレンドは、本発明のセメント系スラリーの急結成分を規定するものであるが、所期の使用及び用途に応じて、他の材料もこのスラリーに含め得ることを当業者は理解されたい。
【0082】
[00101]例えば、セメントボードの用途では、製品の所望の機械特性を不当に低下させることなく軽量ボードを生産することが望ましい。この目的は、軽量骨材及びフィラーを添加することによって実現される。有用な軽量骨材及びフィラーの例として、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石;粘土、頁岩の膨張形態;中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどが挙げられる。セメントボードを生産するためには、膨張粘土及び頁岩性骨材は、特に有用である。膨張プラスチックビーズ及び中空プラスチック球は、本発明スラリーで使用する場合、それらのかさ密度が極めて低いので、重量基準では非常に少ない量しか必要ではない。
【0083】
[00102]軽量骨材として使用される軽石は、水和骨材(フィラー)であり、セメントではない。逆に、ポゾラン性鉱物性添加材(「鉱物性添加材」という名称の上記のセクションで説明されている)として使用される軽石は、非水和形態であり、「それ自体はほとんど又は全くセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、及び水分の存在下で常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」としてASTM C618−97に定義されたポゾラン性材料の中に入る。
【0084】
[00103]選択した軽量骨材又はフィラーの種類に応じて、軽量骨材又はフィラーと反応性粉末ブレンドの重量比は、約1/100〜200/100、好ましくは、約2/100〜125/100であってもよい。例えば、軽量セメントボードを作製する場合、軽量骨材又はフィラーと反応性粉末ブレンドの重量比は、約2/100〜125/100となろう。
【0085】
[00104]しかし、上記したように、好ましくは、化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、二次フィラー、例えば、膨張粘土、頁岩骨材及び/又は軽石の合計は、少なくとも20重量%である。
【0086】
[00105]骨材の水分含量は、セメント系混合物の凝結時間に有害な影響を及ぼす。したがって、水分含量が低い骨材及びフィラーは、本発明において好ましい。
【0087】
[00106]多様な型のディスクリートな補強繊維も本発明のセメント系スラリーに含めることができる。ポリマー被覆グラスファイバ、並びにポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロンなどのポリマー材料などの材料から作製したスクリムを使用して、セメント系製品をその機能及び用途に応じて補強することができる。本発明に従って生産されたセメントボードは、通常、ポリマー被覆グラスファイバから作製されたスクリムを用いて補強される。
【0088】
(セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品の製造)
[00107]セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、連続プロセスで最も効率的に製造され、その連続プロセスでは、反応性粉末ブレンドは、骨材、フィラー及びその他の必要な成分とブレンドされた後に、型枠中に又は連続式鋳込み成型ベルト上に混合物を配置する直前に水及び他の化学添加剤が添加される。
【0089】
[00108]セメント系混合物が急結特性を有するので、セメント系ブレンドの乾燥成分と水の混合は、通常、鋳込み操作の直前に実施されることになる。アルミン酸カルシウム化合物の水和物の形成、及びそれに伴う多量の水の消費の結果として、セメント系製品は剛性を示し、さらなる養生のために、切断、ハンドリング及び積層可能な状態になる。
【0090】
[00109]したがって、本発明のセメント系反応性スラリーを適量の水と合わせることによってセメント系反応性粉末が水和し、エトリンガイト及びアルミン酸カルシウム化合物の他の水和物が速やかに形成される。一般に、添加される水量は、セメント系反応性粉末の水和に理論的に必要とされる量より多くなることになる。この水要求量の増加によって、セメント系スラリーの作業性の増進が可能になる。通常、水とセメント系反応性粉末ブレンドの重量比は、約0.20/1〜0.80/1、好ましくは、約0.45/1〜0.65/1である。水量は、セメント系スラリー中に存在する個々の材料の必要量によって決まる。
【0091】
[00110]エトリンガイト及びアルミン酸カルシウム化合物の他の水和物は、水和過程で非常に速やかに形成され、それによって、本発明のセメント系スラリーの反応性粉末ブレンドで作製された混合物が急結し、剛性が賦与される。セメントボードなどのセメント系製品の製造では、本発明のセメント系スラリーが適量の水と混合された後、数分以内にセメントボードのハンドリングを可能にするのは、主として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物の形成である。
【0092】
[00111]本スラリーの凝結の特徴は、ASTM C266試験手順に指定されたギルモア針を使用して測定される始発及び終結時間、並びに大きな初期圧縮強度である。終結時間はまた、セメント系製品、例えば、セメントボードが十分硬化した結果ハンドリングできるようになる時間にも対応する。硬化反応は、終結時間に到達した後の期間も引き続き行われることは当業者には理解されよう。
【0093】
[00112]スラリーは、通常、初期のスラリー温度が高くなる条件下で形成される。初期のスラリー温度は、低くとも約40°F(4.4℃)であるべきである。例えば、初期のスラリー温度は、低くとも約90°F(32℃)であってよい。90°F〜150°F(32°〜66℃)の範囲のスラリー温度では、凝結時間が非常に短い。一般には、この範囲では、スラリーの初期温度が上昇すると、反応の進行と共に温度上昇速度が増加し、凝結時間が短縮される。したがって、95°F(35℃)の初期スラリー温度は、90°F(32℃)の初期スラリー温度より好ましく、温度100°F(38℃)は、95°F(35℃)より好ましく、温度105°F(41℃)は、100°F(38℃)より好ましく、温度110°F(43℃)は、105°F(41℃)より好ましい、以下同様である。初期スラリー温度を上昇させる利点は、ボード温度範囲の上限に接近するにつれて減少すると考えられている。
【0094】
[00113]当業者には理解されるように、初期スラリー温度の実現は、1つを超える方法によって達成することができる。おそらく、最も好都合な方法は、スラリーの1つ又は複数の成分を加熱することである。実施例では、本発明人らは、水を乾燥した反応性粉末及び非反応性固体に添加した場合、生成スラリーが所望の温度になるような温度まで加熱した水を供給した。或いは、所望なら、固体は周囲温度より高い温度で供給することもできると思われる。スラリーに熱を供給するために蒸気を使用することも採用可能と思われる別の可能な方法である。好ましいとは言えないが、スラリーは、周囲温度で調製し、急速に加熱して約90°F以上まで温度を上昇させることもでき、それでも本発明の利点は実現される。初期スラリー温度は、好ましくは120°F〜130°F(49°〜54℃)である。
【0095】
[00114]実施例1
[00115]以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、III型ポルトランドセメント、F級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物(ランドプラスタ)からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤であった。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能AE減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量%として添加した。
【0096】
[00116]表2は、約56ポンド/立方フィート(pcf)(0.9g/cc)の密度を有する厚さ0.5インチ(1.27cm)の軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【0097】
[00117]
【表2】
【0098】
[00118]化学的にコートされたパーライトは、40ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するSILBRICOブランドのパーライトのモデルSIL−CELL35−23であった。
【0099】
[00119]ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム(AOS)界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は0.90重量%であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【0100】
[00120]製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたポリ塩化ビニル(PVC)でコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Saint−Gobain Technical Fabricsによって製造された。
【0101】
[00121]実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント(セメント系反応性粉末)の重量比0.54:1及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比0.45:1を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。125°〜140°F(51.7°〜60.0℃)の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。
【0102】
[00122]多様な化学的添加剤(トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能AE減水剤)の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【0103】
[00123]製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後10分以内にハンドリングすることができた。
【0104】
[00124]機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。
【0105】
[00125]曲げ強度をASTM C 947による試験に従って測定した。
【0106】
[00126]ASTM C 947による曲げを試験した供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から1/3の荷重点における供試体の変位を表す。
【0107】
[00127]ASTM D1037による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【0108】
[00128]製造2日後に、ASTM C947による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表3は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【0109】
[00129]
【表3】
【0110】
[00130]表4は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が0.375インチ(10mm)で、胴部直径が0.121インチ(3mm)である屋根釘を利用して試験法D 1037に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表4に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【0111】
[00131]
【表4】
【0112】
[00132]実施例2
[00133]以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、III型ポルトランドセメント、F級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物(ランドプラスタ)からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤である。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能AE減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量%として添加した。
【0113】
[00134]表5は、約60ポンド/立方フィート(pcf)(0.96g/cc)の密度を有する厚さ0.5インチの軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【0114】
[00135]
【表5】
【0115】
[00136]化学的にコートされたパーライトは、40ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するSILBRICOブランドのパーライトのモデルSIL−CELL35−23であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム(AOS)界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は0.90重量%であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【0116】
[00137]製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたPVCでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Saint−Gobain Technical Fabricsによって製造された。
【0117】
[00138]実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント(セメント系反応性粉末)の重量比0.62:1及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比0.35:1を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。125°〜140°F(51.7°〜60.0℃)の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。多様な化学的添加剤(トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能AE減水剤)の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【0118】
[00139]製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後10分以内にハンドリングすることができた。
【0119】
[00140]機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をASTM C 947による試験に従って測定した。ASTM C947による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から1/3の荷重点における供試体の変位を表す。ASTM D1037による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【0120】
[00141]製造2日後に、ASTM C947による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表6は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【0121】
[00142]
【表6】
【0122】
[00143]表7は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が0.375インチ(9.5mm)で、胴部直径が0.121インチ(3mm)である屋根釘を利用して試験法D 1037に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表6に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【0123】
[00144]
【表7】
【0124】
[00145]実施例3
[00146]実施例2からのメッシュ補強セメント系パネルについて、セラミックタイル結合用の基材としての適性を試験した。ANSI A118.4標準に準拠するラテックス改質セメント系薄塗りモルタルを利用して、ダイアモンド型タイルを実施例2のセメントパネルに結合させた。ラティクレテ(LATICRETE)(登録商標)317 Floor N’ Wall薄塗りモルタルをラティクレテ(登録商標)333 Super Flexible Additiveと混合してセメントボードにタイルを結合させるための薄塗りモルタルを調製した。調製された供試体を28日間硬化させ、ANSI A1l8.10標準によって試験してせん断結合強度を明らかにした。表8は、試験された供試体のせん断結合強度を示す。データから、供試体は241psi(1.66MPa)のせん断結合強度を発現したことを知ることができ、これは、ANSI A1l8.10標準による最小せん断結合強度要件である50psi(0.34 MPa)をはるかに超えている。この試験は、本発明のセメント系配合物及び製品が、セラミックタイルとセメントモルタルの間に極めて良好なせん断結合強度を発現することを実際に示している。
【0125】
[00147]
【表8】
【0126】
[00148]実施例4
[00149]パネルの上面に静圧24インチ(61cm)を印加した場合のパネルの厚さ方向への耐水浸透能を明らかにすることによって、実施例2からのメッシュ補強セメント系パネルの耐水性を試験した。長さ24インチ(61cm)、内径2インチ(5.1cm)の中空プラスチック管をパネル上面に接着した。管内を高さ24インチ(61cm)まで水で満たした。48時間後、パネルの底面の濡れ又は水滴の形成を調べるためモニターした。48時間後、パネルの底面の濡れ又は水滴の形成は観察されなかった。したがって、この結果は、ANSI A118.10標準によるパネルの耐水特性を実際に示す。本発明のパネルは、極めて高い空隙率にも拘らず耐水特性を示すことに特に留意されたい。実際、セメント系心材に溌水性を提供し、製品厚さ方向への水の浸透に耐えるのは、SILCELL35−23粒子へのシラン化学コーティングである。
【0127】
[00150]実施例5
[00151]実施例2からのメッシュ補強セメント系パネルについて、凍結融解に繰返し曝露された場合の安定性及び耐久性を試験した。パネルをASTM C1185標準による凍結融解の複数サイクルにかけた。1回の凍結融解サイクルは以下のものからなっていた:i.4℃で1時間試料を保持するステップ、ii.次の1時間で温度−17℃まで試料を冷却するステップ、iii.−17℃でさらに1時間試料を保持するステップ、及び最後に、iv.温度4℃まで次の1時間で試料を融解するステップ。パネルを全部で300サイクルの凍結融解にかけた。300サイクルの凍結融解の完了後、試験パネルは、亀裂、剥離又は任意の他の型の損傷を発現しなかった。したがって、この試験は、本発明のパネルが、優れた凍結融解安定性及び耐久性能を有することを実際に示した。
【0128】
[00152]実施例6
[00153]実施例2からのメッシュ補強セメント系パネルについて、ASTM D3273による抗かび成長性、ASTM G21による耐真菌成長性及びASTM G22による耐細菌成長性を試験した。表9は、この調査で得られた結果を要約する。表9に示された結果から、本発明のセメント配合物及び製品は、本質的に、かび、細菌及び真菌成長性に対して極めて良好な耐性を有することを明白に知ることができる。
【0129】
[00154]
【表9】
【0130】
[00155]実施例7
[00156]以下の実施例は、本発明のセメント系スラリーを使用して、工業的製造工程で約50ポンド/立方フィート(pcf)(0.8g/cc)の密度を有する軽量セメントボードを製造するステップを例示する。使用する原材料は、III型ポルトランドセメント、F級フライアッシュ及び硫酸カルシウム二水和物(ランドプラスタ)からなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張粘土及び頁岩骨材、並びに添加液体を含んでいた。液体、例えば、トリエタノールアミンは、水溶液として添加される混合剤である。加えて、クエン酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能AE減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量%として添加した。
【0131】
[00157]表10は、約50pcf(0.8g/cc)の密度を有する厚さ0.5インチ(1.27cm)の軽量セメントパネルを製造するのに使用した特定のスラリーを示す。
【0132】
[00158]
【表10】
【0133】
[00159]化学的にコートされたパーライトは、40ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するSILBRICOブランドのパーライトのモデルSIL−CELL 35−23であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のα−オレフィンスルホン酸ナトリウム(AOS)界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は0.90重量%であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【0134】
[00160]製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたPVCでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、Saint−Gobain Technical Fabricsによって製造された。
【0135】
[00161]実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント(セメント系反応性粉末)の重量比0.62:1及び膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比0.35:1を使用して組み合わせた。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲温度を越える初期スラリー温度を提供する条件下で水と共に混合した。125°〜140°F(51.7°〜60.0℃)の範囲内の初期温度を有するスラリーを生成する温度を有する熱水を使用した。多様な化学的添加剤(トリエタノールアミン、クエン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びスルホン酸ナフタレン高性能AE減水剤)の用量割合を、所望の流動挙動及び急結特性が実現されるように調整した。
【0136】
[00162]製造されたセメントボードは、硬く、スラリーを調製しボードを形成した後10分以内にハンドリングすることができた。
【0137】
[00163]機械的試験を実施して製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をASTM C 947による試験に従って測定した。ASTM C947による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から1/3の荷重点における供試体の変位を表す。ASTM D1037による試験によって、釘引抜き強度を測定した。
【0138】
[00164]製造2日後に、ASTM C947による曲げ性能を明らかにするためにボードを試験した。表11は、試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが優れた曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。
【0139】
[00165]
【表11】
【0140】
[00166]表12は、製造されたパネルの釘引抜き性能を示す。頭部直径が0.375インチ(9.5mm)で、胴部直径が0.121インチ(3mm)である屋根釘を利用して試験法D 1037に従ってパネルの釘引抜き強度を試験した。表6に示されたデータは、本発明のパネルの釘引抜き性能が満足であることを実際に示している。
【0141】
[00167]
【表12】
【0142】
[00168]実施例8
[00169]参照により本明細書に組み込まれているASTM C627ロビンソン床試験を使用して、実施例7からの厚さ1/2インチ(1.27cm)のパネルの耐久性能を試験した。中心で16インチ間隔に置かれた木製ジョイスト上に配向された厚さ23/32インチ(1.83cm)の合板パネル上に試験用の試料床を調製した。ラテックス改質薄塗りモルタル、及び中心上8インチ(20cm)間隔で置かれた機械式ファスナー(長さ1−5/8インチ(4.13cm)の木ネジ)を使用して、厚さ1/2インチ(1.27cm)のセメントパネルを合板に取り付けた。次いで、ラテックス改質薄塗りモルタルを使用してセメントボード上に幅2インチのセラミックタイルを置いた後に、セラミックタイルを装着して24時間後にタイルジョイントにグラウトを圧入した。試験を実施する前に、床試料を製造の日から28日間硬化させた。
【0143】
[00170]ロビンソン床試験中に、多様な固さを有し、多様な荷重を支える車輪が、仕上げ済みのタイル表面上をそれぞれ900回転分、順次移動した。各サイクルの終了後、タイルを検査して、緩んだり、破壊されたり又は削られたりしたものがないかを調査した。グラウトを検査して、破裂したり、亀裂したり又は粉化したりしていないかを確認した。
【0144】
[00171]試験の11回目のサイクルまでは、試験床には、タイル又はグラウトの欠陥は見られなかった。床は、12回目のサイクルで破損したが、これは、北米タイル協会(TCNA)から出版されたTCA 2007 Handbook for Ceramic Tile Installationによる「Moderate Commercial」級を達成したことになる。
【0145】
[00172]実施例9
[00173]この実施例は、本発明の選択されたパーライトフィラーに及ぼす施用された化学コーティングの有効性及び効果を実際に示す。
【0146】
[00174]パーライトフィラーの3つの異なる型を調査した:
1.SIL−CELL35−BCパーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、及び粒子表面にコーティングが施用されていない。
2.SIL−CELL35−23パーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。基本的には、SIL−CELL35−23パーライトは、SIL−CELL35−BCパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシランコーティングが施用されている。
3.SIL−CELL35−34パーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。基本的には、SIL−CELL35−34パーライトは、SIL−CELL35−BCパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【0147】
[00175]調査された3つのパーライトフィラーは全て、Silbrico Corporationによって製造された。表13は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。
【0148】
[00176]
【表13】
【0149】
[00177]この調査では、液体添加剤及び連行空気は使用しなかった。70°F(21℃)の室温における周囲条件下で材料を全て一緒に混合した。表14は、調査による結果を要約する。重要な結果及び結論を以下で議論する:
【0150】
[00178]・未コートパーライト(SIL−CELL35−BC)を含むミックス#1は、極めて硬いコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。他方、コートパーライトを含むミックス#2及び#3は、流動性のコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。未コートSIL−CELL35−BCフィラーは、大量のミックス水を吸収し、それによってセメントペーストに利用可能な水量が減少する。このために、スラリーが極めて硬く、作業性が悪くなる。他方、SILCELL35−23及びSIL−CELL35−34パーライト粒子は、溌水性の化学コーティングを粒子表面上に有する。こうしたコーティングによって、粒子それ自体によって吸収される量が大きく減少する。したがって、こうした2つのコート付パーライトフィラーを含むスラリー(ミックス#2及び#3)は、セメントペースト中で利用できる水量がより多いので、大幅に良好なコンシステンシーを有し、優れた流動特性を有する。
【0151】
[00179]・未コートパーライト(SIL−CELL35−BC)を含むミックス#1は、最大のスラリー密度を有するスラリーをもたらした。他方、コート付パーライトフィラーを含むミックス#2及び#3は、未コートパーライトを含むミックス#1よりも大幅に小さいスラリー密度を有するスラリーをもたらした。この実施例で調査された3つのミックスは全て、同じ量のパーライトフィラーを有するが、3つのミックスにおける生成スラリーは、最終的に非常に異なる密度になったことに留意されたい。ミックス#1中の未コートパーライト(SIL−CELL35−BC)は水を吸収したために、混合中にパーライトフィラーの重量及び密度が増加した。したがって、水を吸収した結果、SIL−CELL35−BCパーライトフィラーの密度が上昇したために、ミックス#1では、スラリー密度が比較的大きくなった。他方、コート付パーライトフィラー(SIL−CELL35−23及びSIL−CELL35−34)の水の吸収は、最小であり、したがって、混合中にコート付パーライトフィラーの重量及び密度は、大きくは増加しなかった。SIL−CELL35−23及びSIL−CELL35−34パーライトフィラーの水の吸収が極めて小さく、その結果として有効密度が小さいので、ミックス#2及び#3では、スラリー密度が最終的により小さかった。
【0152】
[00180]・未コート付パーライトフィラー、即ち、SIL−CELL35−BCパーライトの有効粒子密度は、0.45g/ccであることが分かった。比較した場合、コート付パーライトフィラーは、大幅に小さい有効粒子密度を有することが分かった。例えば、シランコート付のSIL−CELL35−23パーライトフィラーは、有効粒子密度が0.25g/ccであることが分かった。
【0153】
[00181]・本実施例で調査された3つのミックス及び3つのパーライトフィラーに対するスラリー密度の結果を比較すると、任意の標的スラリー密度を実現するのに必要であるパーライトフィラーの量は、未コート付パーライトフィラー(即ち、SILCELL35−BCパーライト)を利用するスラリーで最大になると思われることを容易に理解することができる。
【0154】
[00182]
【表14】
【0155】
[00183]実施例10
[00184]この実施例は、コート付パーライト粒子の大きさがミックスの特性に及ぼす影響を実際に示す。2つの異なるパーライトフィラーを調査した:
1.SIL−CELL35−23パーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。
2.Ryolex Silicone−Treated Masonry Fillパーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約7pcf(0.11g/cc)であり、メジアン粒径が1180ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【0156】
[00185]調査された両方のパーライトフィラーは、Silbrico Corporationによって製造された。表15は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。
【0157】
[00186]
【表15】
【0158】
[00187]この調査では、液体添加剤及び連行空気は使用しなかった。
【0159】
[00188]70°F(21℃)の室温における周囲条件下で材料を全て一緒に混合した。表16は、調査による結果を要約する。重要な結果及び結論を以下で議論する:
【0160】
[00189]・大きい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー(Ryolex Silicone−Treated Masonry Fill)を含むミックス#2は、極めて硬いコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。他方、小さい方の粒径を有するコートパーライトフィラー(SIL−CELL35−23)を含むミックス#1は、流動性のコンシステンシーを有するスラリーをもたらした。大きい方のパーライト粒子は、弱く、混合中に破壊し易い傾向があると考えられる。混合中のパーライト粒子の破壊は、粒子の水の吸収を増加させ、それによってセメントペーストに利用できる水が減少する。このために、スラリーが極めて硬く、作業性が悪くなる。他方、SIL−CELL35−23パーライト粒子は、径が小さく、セルが閉じたハニカム構造であるために比較すれば大幅に強度が大きい。したがって、径が小さい方のパーライト粒子は、機械的な撹拌及び混合からの損傷に対する許容度がより大きい。こうした挙動のために、パーライト粒子の水の吸収性が低く保持され、セメントペーストに利用できる水の量が増加する。したがって、径が小さい方のパーライト粒子(SIL−CELL35−23)を含むスラリーは、セメントペースト中で利用できる水量がより多いので、大幅に良好なコンシステンシーを有し、優れた流動特性を有する。
【0161】
[00190]・大きい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー(Ryolex Silicone−Treated Masonry Fill)を含むミックス#2は、非常に大きいスラリー密度を有する混合物をもたらした。比較した場合、小さい方の粒径を有するコート付パーライトフィラー(SIL−CELL35−23)を含むミックス#1は、大幅に小さいスラリー密度を有する混合物をもたらした。この実施例で調査された両方のミックスは、同じ重量のパーライトフィラーを有するが、2つのミックスにおける生成混合物は、最終的に非常に異なるスラリー密度になったことに留意されたい。大きい方の径を有するパーライト粒子(Ryolex Silicone−Treated Masonry Fill)の粒子破壊及び大きい水吸収が、ミックス#2に対して大きい方のスラリー密度をもたらした主要な理由であると考えられる。
【0162】
[00191]・径が小さい方のパーライトフィラー(即ち、SIL−CELL35−23)の有効粒子密度は、0.25g/ccであることが分かった。比較した場合、径が大きい方のパーライトフィラー(Ryolex Silicone−Treated Masonry Fill)は、0.80g/ccに等しい大幅に大きい有効粒子密度を有することが分かった。ミックス#2で使用された大きい方の径を有するパーライトフィラーの粒子破壊及び大きい水吸収が、Ryolex Silicone−Treated Masonry Fillパーライトに対して極めて大きい有効粒子密度をもたらしたと考えられる。
【0163】
[00192]・本実施例で調査された2つのミックスに対するスラリー密度の結果を比較すると、任意の標的スラリー密度を実現するのに必要であるパーライトフィラーの量は、大きい方の径を有するパーライトフィラー(即ち、Ryolex Silicone−Treated Masonry Fillパーライト)を利用するスラリーで最大になると思われることを容易に理解することができる。
【0164】
[00193]
【表16】
【0165】
[00194]実施例11
[00195]この実施例は、本発明のセメント系スラリーの急結特性を実際に示す。異なるパーライトフィラーの型を含むミックスを調査した:
1.SIL−CELL35−BCパーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、及び粒子表面にコーティングが施用されていない。
2.SIL−CELL35−23パーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、粒子表面にシランコーティングが施用されている。基本的には、SIL−CELL35−23パーライトは、SIL−CELL35−BCパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシランコーティングが施用されている。
3.SIL−CELL35−34パーライト:このパーライトフィラーは、かさ密度が約8pcf(0.13g/cc)であり、メジアン粒径が40ミクロンであり、粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。基本的には、SIL−CELL35−34パーライトは、SIL−CELL35−BCパーライトと同じであるが、但し、さらに粒子表面にシリコーンコーティングが施用されている。
【0166】
[00196]調査された3つのパーライトフィラーは全て、Silbrico Corporationによって製造された。表17は、上記のパーライトフィラーを含む調査されたミックスの組成を示す。多様なミックスに添加されたパーライト及び全液体の量は、調査されたミックス間でスラリー密度及びスラリースランプが一定になるように調整されたことに留意されたい。
【0167】
[00197]
【表17】
【0168】
[00198]材料は全て、約125°F(52℃)の初期スラリー温度を得る条件下で一緒に混合した。調査されたミックスに対するスラリー温度の上昇応答を記録し、図1に示す。表18は、調査の結果を要約する。終結時間をASTM C266によるギルモア針を用いて測定した。
【0169】
[00199]
【表18】
【0170】
[00200]調査からの重要な結果及び結論を以下で議論する:
【0171】
[00201]コート付パーライトフィラーを含むミックス(ミックス2及びミックス3)に対する温度上昇応答は、未コートパーライトフィラーを含むミックス(ミックス1)より優れていた。
【0172】
[00202]コート付パーライトフィラーを含むミックス(ミックス2及びミックス3)の挙動は、凝結が非常に短く、速やかであった。これら2つのミックスに対する終結時間は、6〜7分であった。逆に、未コートパーライトを含むミックス(ミックス1)の挙動は、凝結が極めて遅かった。このミックスに対する終結時間は、スラリーを鋳込んでから2時間後でも到達しなかった。
【0173】
[00203]工業生産の見通しからは、コート付パーライトフィラーを含むミックスが好ましい(SIL−CELL35−23及びSILCELL35−34)。というのは、こうしたミックスは、スラリー中の水の使用が少ないために、製品の加工が速やかであり、製品の強度及び耐久性が優れていると思われるからである。
【0174】
[00204]実施例12
[00205]この実施例は、膨張粘土/頁岩骨材などの二次フィラーの添加が最終製品の物理特性に及ぼす影響を実際に示す。調査された2つのミックスを表19に示す。
【0175】
[00206]
【表19】
【0176】
[00207]使用する原材料は、III型ポルトランドセメントからなるセメント系反応性粉末、化学的にコートされたパーライト、膨張頁岩骨材、及び添加液体を含んでいた。液体、例えば、クエン酸ナトリウムは、水溶液として添加される混合剤であった。加えて、炭酸ナトリウム及びスルホン化ナフタレン高性能AE減水剤を添加することによってミックスの流動性を制御した。こうした混合剤は、全反応性粉末の重量%として添加した。
【0177】
[00208]表19では、ミックス#1が、膨張頁岩骨材を含んでいなかったことに留意されたい。一方では、ミックス#2は、コート付パーライトフィラーに加えて、膨張頁岩骨材を含んでいた。
【0178】
[00209]表19に示されたスラリーを使用して、約60ポンド/立方フィート(pcf)(0.96g/cc)の密度を有する厚さ1/2インチ(1.3cm)の軽量セメントパネルを作製した。
【0179】
[00210]化学的にコートされたパーライトは、40ミクロンのメジアン粒子直径及びアルキルアルコキシシランコーティングを有するSILBRICOブランドのパーライトのモデルSIL−CELL35−23であった。ボード中の連行空気を、別に調製し、スラリーミキサー中で湿潤セメント系スラリーに直接添加した界面活性剤の泡によって導入した。水系溶液中のアルキルエーテルスルフェート界面活性剤を使用して泡を調製した。水系溶液中の界面活性剤濃度は1.00重量%であった。スラリー中の連行空気、パーライト及び膨張粘土骨材の組合せは、標的とした低スラリー密度が達成された原因であることに留意されたい。
【0180】
[00211]製造されたセメントボードは、セメント系スラリー中に埋め込まれたPVCでコートされた耐アルカリ性ファイバグラスメッシュを使用して、表皮補強された。補強メッシュは、CCX Inc.によって製造された。
【0181】
[00212]実施例中に含まれたスラリーを、水とセメント(セメント系反応性粉末)の重量比0.60:1を使用して組み合わせた。ミックス#2では、膨張頁岩骨材とセメント系反応性粉末の重量比0.35:1を使用した。ミックス#1は、膨張粘土造粒物を含まなかった。用いた乾燥反応性粉末成分、パーライト及び骨材を周囲条件下で水と共に混合した。水を含む原材料全てを室温で使用することによって約70°F(21℃)のスラリー温度を実現した。化学的添加剤(クエン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及びスルホン酸ナフタレン高性能AE減水剤)の用量割合を、所望の流動挙動及び凝結特性が実現されるように調整した。
【0182】
[00213]機械的試験を実施することによって、製造された軽量セメントボードの物理的特性を明らかにした。曲げ強度をASTM C 947による試験に従って測定した。ASTM C 947による曲げを試験された供試体に対して得られた曲げ荷重対たわみプロットを使用して最大たわみを測定した。最大たわみは、ピーク荷重に対応する中心から1/3の荷重点における供試体の変位を表す。
【0183】
[00214]製造17日後に、ボードのASTM C947による曲げ性能特性を試験した。表20は、乾燥及び湿潤条件下で試験したボードの曲げ性能を示す。表に示された結果は、パネルが十分な曲げ強度及び曲げ延性を発現したことを実際に示している。さらには、浸漬条件下のパネルは、十分な機械性能を実際に示した。
【0184】
[00215]
【表20】
【0185】
[00216]表21は、浸漬条件下のパネルの安定性を示す。パネルを水中に48時間浸漬した。パネルの厚さを浸漬の前後で測定した。表20では、膨張頁岩骨材を含まない(ミックス#1)パネルは、骨材を含む(ミックス#2)パネルよりわずかに大きく膨張したことを知ることができる。骨材を含まない(ミックス#1)パネルの膨潤厚さは、0.27%であったが、他方、膨張頁岩骨材を含むパネルのそれは、0.12%であった。この結果は、コート付パーライトを含む本発明の軽量セメント系スラリー中に膨張粘土骨材を含ませることによって提供されたパネルの寸法安定性が改良されることを実際に示すものである。
【0186】
[00217]
【表21】
【0187】
[00218]本発明を実施するための好ましい実施形態を説明しているが、本開示の対象である当業者であれば、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する改変形態及び付加形態を作成できることを理解されたい。
Claims (7)
- 湿基準で、35〜60重量%のポルトランドセメントを含むセメント系反応性粉末と、
湿基準で、2〜10重量%の化学的にコートされ、水密性で溌水性の閉じたセル状の膨張パーライトフィラーと、
20〜40重量%の水と、
湿基準で、0〜25重量%の二次フィラーと、
湿基準で、10〜50体積%の連行空気と、
減水剤、化学的凝結促進剤及び化学的凝結遅延剤からなる群のうちの少なくとも1つのメンバーから選択された添加剤と、の混合物を含むセメントボードを製造するための軽量セメント系スラリーであって、
このセメント系スラリーから作られるボードが45〜85ポンド/立方フィート(0.72〜1.36g/mL)の密度を有し、
前記水は、少なくとも初期温度40°F(4.4℃)の前記スラリーを生成する温度であり、
前記膨張パーライトフィラーは、0.50g/mL未満の有効粒子密度を有し、20〜150ミクロンの平均粒子直径を有することを特徴とする軽量セメント系スラリー。 - 湿基準で、35〜60重量%のポルトランドセメントを含むセメント系反応性粉末と、
湿基準で、2〜10重量%の化学的にコートされ、水密性で、溌水性の閉じたセル状の膨張パーライトフィラーと、
20〜40重量%の水と、
湿基準で、0〜25重量%の二次フィラーと、
湿基準で、10〜50体積%の連行空気と、
減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群のうちの少なくとも1つのメンバーから選択された添加剤と、を混合するセメントボードを製造するための軽量セメント系スラリーの製造方法であって、
前記水は、少なくとも初期温度40°F(4.4℃)の前記スラリーを生成する温度であり、
前記膨張パーライトフィラーは、0.50g/mL未満の有効粒子密度を有し、20〜150ミクロンの平均粒子直径を有し、
前記スラリーを凝結させて、40〜85ポンド/立方フィート(0.64〜1.36g/mL)の生成物密度を有する生成物を形成することを特徴とする軽量セメント系スラリーの製造方法。 - 前記膨張パーライトフィラーが、シラン、シロキサン、シリコーン及びそれらの混合物からなる群のうちの1つのメンバーでコートされていることを特徴とする請求項2に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
- 前記膨張パーライトフィラーが、アルキルアルコキシシランでコートされていることを特徴とする請求項2に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
- 前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメントとフライアッシュの和に対して、乾基準で、40〜90重量%のポルトランドセメントと、10〜60重量%のフライアッシュとを含み、かつ、鉱物性添加材、減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群より選ばれる少なくとも1つの添加剤を含むことを特徴とする請求項2に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。
- 湿基準で、35〜60重量%の、ポルトランドセメント及びフライアッシュを含むセメント系反応性粉末と、
湿基準で、4.8〜5.7重量%の化学的にコートされ、水密性で、溌水性の膨張パーライトフィラーと、
20〜40重量%の水と、
湿基準で、24.2〜32.5体積%の連行空気と、
高性能AE減水剤、減水剤、化学的凝結促進剤、化学的凝結遅延剤、空気連行剤、及び発泡剤からなる群のうちの少なくとも1つのメンバーから選択された添加剤と、
10〜25重量%の、膨張粘土、頁岩骨材及び軽石からなる群のうちの少なくとも1つのメンバーから選択された二次フィラーとを含み、
化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと二次フィラーの合計が、少なくとも20重量%であることを特徴とする請求項2に記載の軽量セメント系スラリーの製造方法。 - 35〜60重量部のポルトランドセメント系結合剤と、
4.8〜5.7重量部の化学的にコートされた膨張パーライトフィラーと、
24.2〜32.5体積%の連行空気と、
減水剤、化学的凝結促進剤及び化学的凝結遅延剤からなる群のうちの1つ又は複数のメンバーから選択された添加剤と、
膨張粘土、頁岩骨材及び軽石からなる群のうちの1つ又は複数のメンバーから選択された0〜25重量部の二次フィラーとを含むことを特徴とする請求項1に記載の軽量セメント系スラリーから作られるセメントボード。
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