(57)【要約】不溶性の無水硫酸カルシウム（無水セッコウ）を用いることで、凝固を促進し、高アルミナセメントの使用量を減少することができる、セメントボードを製造するのに有用な急速凝固セメント組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性粉末混合物として
（ａ）  ３５〜９０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
および
（ｄ）  １〜８重量％の不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ
を含む、急速凝固セメント組成物。
【請求項２】
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およ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。
【請求項３】
前記ポゾランが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。
【請求項４】
前記フライアッシュが、１００重量部の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、請求項３に記載のセメント組成物。
【請求項５】
１種かそれ以上の軽量の骨材(アグリゲート)およ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。
【請求項６】
前記骨材(アグリゲート)およびフィラーが、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およ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、請求項５に記載のセメント組成物。
【請求項７】
前記軽量の骨材(アグリゲート)およびフィラーが、広義の頁岩、粘土およびそれらの混合物を含む、請求項５に記載のセメント組成物。
【請求項８】
前記軽量の骨材(アグリゲート)およびフィラーが、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５に記載のセメント組成物。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
さらに石灰を含む請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項１１】
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６に記載のセメント組成物。
【請求項１２】
前記添加物が、可塑剤、凝固遅延剤および凝固促進剤を有する、請求項１１に記載のセメント組成物。
【請求項１３】
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、メラニンサルフォネートおよびこれらの混合物からなる群から選ばれ、前記凝固遅延材が、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムおよびこれらの混合物からなる群から選ばれ、およ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およびそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項１２に記載のセメント組成物。
【請求項１４】
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および炭酸ナトリウムを含む請求項１２に記載のセメント組成物。
【請求項１５】
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１２に記載のセメント組成物。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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、約３/１である、請求項１６に記載のセメント組成物。
【請求項１８】
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５に記載のセメント組成物。
【請求項１９】
前記反応性粉末混合物に対する前記水の重量比が、約０．３０/１〜０．６０/１である、請求項１８に記載のセメント組成物。
【請求項２０】
前記反応性粉末混合物に対する前記水の重量比が、約０．４０/１である、請求項１９に記載のセメント組成物。
【請求項２１】
前記硬化可能なスラリーが、混合時において、約７５〜１５０°Ｆの温度を有する、請求項１８に記載のセメント組成物。
【請求項２２】
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２１記載のセメント組成物。
【請求項２３】
反応性粉末混合物として、
（ａ）  ３５〜９０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
および
（ｄ）  １〜８重量％の不溶性硫酸カルシウム無水セッコウ
を含む、セメント組成物およ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。
【請求項２４】
前記セメント組成物の反応性粉末混合物中に、前記ポルトランドセメントが８０〜９０重量％、前記高アルミナセメントが５〜１５重量％、および前記不溶性硫酸カルシウム無水セッコウが１〜８重量％含まれている、請求項２３に記載のセメントボード。
【請求項２５】
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、およ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２４に記載のセメント組成物。
【請求項２６】
前記ポゾランがフライアッシュである、請求項２５に記載のセメントボード。
【請求項２７】
前記フライアッシュが、１００重量部のポルトランドセメントに対して、７５〜１２５重量部の割合で存在している、請求項２５に記載のセメントボード。
【請求項２８】
さらに、軽量の骨材(アグリゲート)およびフィラーを含む、請求項２３に記載のセメントボード。
【請求項２９】
前記軽量の骨材（アグリゲート）およびフィラーが、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およ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、請求項２８に記載のセメントボード。
【請求項３０】
前記軽量の骨材(アグリゲート)およびフィラーが、広義の頁岩、粘土およびそれらの混合物を含む、請求項２９に記載のセメントボード。
【請求項３１】
前記軽量の骨材(アグリゲート)およびフィラーが、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２８に記載のセメントボード。
【請求項３２】
前記セメント組成物が、さらに石灰を含む、請求項２３に記載のセメントボード。
【請求項３３】
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２３に記載のセメントボード。
【請求項３４】
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２３に記載のセメントボード。
【請求項３５】
前記添加物が、可塑剤、凝固遅延剤および凝固促進剤を含む、請求項３４に記載のセメント組成物。
【請求項３６】
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、メラニンサルフォネートおよびこれらの混合物からなる群から選ばれ、前記凝固遅延材が、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムおよ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およびそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項３５に記載のセメント組成物。
【請求項３７】
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および炭酸ナトリウムを含む、請求項３６に記載のセメントボード。
【請求項３８】
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３４に記載のセメントボード。
【請求項３９】
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２３に記載のセメントボード。
【請求項４０】
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、約３/１である、請求項３９に記載のセメントボード。
【請求項４１】
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２３に記載のセメントボード。
【請求項４２】
前記反応性粉末混合物に対する、前記水の重量比が、約０．３０/１〜０．６０/１である、請求項４１に記載のセメントボード。
【請求項４３】
前記反応性粉末混合物に対する、前記水の重量比が、約０．４０/１である、請求項４２に記載のセメントボード。
【請求項４４】
前記硬化可能なスラリーが、混合時において、約７５〜１５０°Ｆの温度を有する、請求項４１記載のセメントボード。
【請求項４５】
前記硬化可能なスラリーが、混合時において、約１２０°Ｆの温度を有する、請求項４４記載のセメントボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速硬化および早強性が望まれる様々な用途で利用することのできる、急速に凝固するセメント組成物に関する。特に、本発明は、例えば、ＵＳＧ（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｇｙｐｓｕ  Ｃｏｍｐａｎｙ）製のＤｕｒｏｃｋボードのような、建物の濡れた場所、湿った場所でボードを製造することができるセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなボードは、ボードが、セメント混合物が、静止しているあるいは動いている型、連続的に動いているベルトに注ぎ込まれてすぐに取り扱われることができるためにセメント混合物の急速な凝固を条件とする条件下で作られる。理想的には、セメント混合物の凝固は１０分で行われるのが好ましいが、実際には、適切な量の水と混合されてから約２０分程度かかっている可能性がある。
【０００３】
ＵＳ特許４，４８８，９０９において、Ｇａｌｅｒらは、このような急速な凝固の可能性のあるセメント組成物について述べている。それらの組成物は、その組成物が水と混ぜられた後２０分以内に、潜在するエトリンジャイトの全てを形成することによって、二酸化炭素に抵抗のあるセメントボードの高速製造が可能となる。これらのセメント組成物の本質的な組成は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウムおよび石灰である。フライアッシュ、モンモリナイト粘土、珪藻土および軽石のようなポゾランが、約２５％まで加えられてもよい。このセメント組成物は、他の組成物との組み合わせでエトリンジャイトおよびセメント混合物の早期凝固に関与する他のアルミン酸カルシウム水和物の早期形成を可能にする、１４〜２１重量％の高アルミナセメントを含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、Ｇａｌｅｒの論述は、いくつかの大きな限界に苦しむ。これらの限界は、下に示すように、セメントボードを製造する上で、一層の懸念事項でさえある。
・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。
【０００５】
エトリンジャイトは次のような化学式で表される、カルシウム硫酸アルミニウム合成物の化合物である。
Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３・３２Ｈ２Ｏ
あるいは
３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ
【０００６】
エトリンジャイトは長い針状の結晶を形成し、セメントボードの早急な凝固に寄与する。よってこのセメントボードは、モールドに入れられてすぐ、あるいは、連続的な鋳込みおよび成型ベルトで取り扱われるのが可能である。Ｇａｌｅｒらの組成物では、エトリンジャイトの形成に必要とされるアルミナは、通常、３６〜４２重量％のアルミナを含有する高アルミナセメント（ＨＡＣ）によって供給される。エトリンジャイト形成のために必要な硫酸イオンの大部分は、水に通常に溶ける、加えられるセッコウから供給される。エトリンジャイト形成に必要とされる石灰は、ポルトランドセメントおよび加えられた石灰から供給される。高アルミナセメントは溶けにくく、通常、エトリジャイト生成に必要な量より過剰に存在する。故に、セッコウおよび添加された石灰は、エトリンジャイトの形成により大幅に消費される。高アルミナセメントの利用度は、細かく粉末にしたものを利用するころにより、増加する。
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。
【０００７】
高アルミナセメントは、最大強度をより早期に上げることができるので、ポルトランドセメントよりも利点を持つ。しかしながら、二次反応発生の時間を越えて、強度を維持することができない。特筆すべきは、ＨＡＣはそれ自身では急速に凝固せず、ＨＡＣがエトリンジャイトの形成に貢献することが、セメントボードの製造を価値の高いものにしている。故に、セメントボードに使用されるＨＡＣ量は、セメントボードを取り扱うのに十分なエトリンジャイトを形成するために必要な量に制限されるべきである。また、ＨＡＣはポルトランドセメントより高価であるので、セメントボードの製造原価は、ＨＡＣがより少量に制限される、もしくは使用されないことにより、かなり減らすことができる。
【０００８】
Ｇａｌｅｒらの組成物では、約７２〜８０重量％がポルトランドセメント、約１４〜２１重量％がＨＡＣ、約３．５〜１０重量％が硫酸カルシウムおよび約０．４〜０．７重量％が消石灰である。ポゾラン物質のような他の物質、例えば、フライアッシュ、可塑剤およびその他のセメント添加物が含まれてもよい。硫酸カルシウムは、セッコウ（二水和物）、半水化物、無水セッコウ又は合成のＣａＳＯ４いずれかの状態にあるといわれていた。セッコウは、エトリンジャイトを形成するために使用されるの成分の中で、もっとも水に溶けやすい成分であるとＧａｌｅｒ が述べており、二水和物の商品が、‘９０９特許において好ましい形態として示されていた。これより、当業者は、セッコウの水溶性が、セメントボード製造に使用する硫酸カルシウムを選ぶための、重要な基準であると結論づけたであろう。しかしながら本発明者は、硫酸カルシウムの不溶性形態が、セメントボードを作ることに使うことができるのみではなく、無水の硫酸カルシウム（無水セッコウ）の不溶性形態が、エトリンジャイトが形成される速度を増加させていることを、見出した。この発見は、セメント混合物の極めて急速な凝固をするセメントボード中における高アルミナセメント量の減少を可能にした。また、セメントボードが製造される速度が、使用されるＨＡＣ量を増加させることなしに、増加させることができた。さらに、本発明においては、本発明の急速凝固セメント組成物を得るために、付加的な石灰を添加することなく、フライアッシュのような高比率のポゾラン物質を用いることができることが見出された。
【０００９】
極めて急速な凝固を可能にするセメント組成物を改良することが本発明の目的であり、このことは同時に、以下の条件をも満足させるものである。
・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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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および不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウを含む、急速凝固セメント組成物は、従来のセメントセメント組成物に比べて、減縮した凝固時間を提供する。この組成物は好ましくは、反応性粉末混合物として、３５〜９０重量％のポルトライドセメント、０〜５５重量％のポゾラン、５〜１５重量％の高アルミナセメントおよび１〜８重量％の不溶性硫酸カルシウム無水セッコウを含有する。従来の水溶性セッコウ（二水和物）を不溶性硫酸カルシウム無水セッコウにかえることは、非常に多くのポゾラン物質、好ましくはフライアッシュ、使用にもかかわらず、放熱を上昇させ、凝固時間を短縮させる。また、セメント組成物は、軽量な骨材およびフィラー、さらには、例えば可塑剤、凝結遅延剤および硬化促進剤等の有用な好ましい性質を付与するような添加剤を含んでもよい。
【００１１】
他の形態として、本発明は、上記したような急速凝固セメント組成物を使ったセメントボードのような、プレキャストコンクリートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
反応性粉末混合物
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。
【００１３】
ポルトランドセメント
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。
【００１４】
ポゾラン
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。
【００１５】
フライアッシュは、石炭の燃焼から形成される、細かい粉状の副産物である。微粉炭を燃焼している電力工場設備ボイラーが、最も商用的に利用価値の高いフライアッシュを製造する。これらフライアッシュは、主に、ガラス質の球形の粒子からなり、冷却中に形成された結晶相、ヘマタイト、マグネタイトおよび炭化物を残留物として含む。フライアッシュ粒子の構造、組成および特性は、元となる石炭の構造や組成、フライアッシュが形成された燃焼プロセスに依存する。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８規格は、コンクリートに使用できるフライアッシュとしてクラスＣとクラスＦの２つがある。フライアッシュのこれら２つのクラスは、地質時代起こった石炭形成過程の違いの結果である、石炭の違いに由来する。クラスＦフライアッシュは、通常、無煙炭あるいは軟炭の燃焼により製造され、一方、クラスＣフライアッシュは褐炭、亜レキ青炭から製造される。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８規格は、主にそのポゾラン特性に従って、クラスＦとクラスＣフライアッシュを区別している。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８規格において、クラスＣフライアッシュと、クラスＦフライアッシュとの間の大きな性質の違いは、組成物中のＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最小限値である。クラスＦフライアッシュのＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最小限値は７０％であり、クラスＣフライアッシュは５０％である。故に、クラスＦフライアッシュはクラスＣフライアッシュに比べて、ポゾラン性が強い。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８規格では、明確に認識されていないが、クラスＣフライアッシュは多くの酸化カルシウムを含む。多くの酸化カルシウムの存在は、クラスＣフライアッシュに、水と混ぜたとき、ケイ酸カルシウムおよびアルミン酸カルシウムの水和物の形成に結びつくようなセメント質の特性をもたせる。本発明のセメント組成物の中で使用する、反応性粉末混合物におけるポルトランドセメントに対する、ポゾラン物質の質量比は、約０／１００〜１５０／１００、好ましくは、７５／１００〜１２５／１００が良い。
【００１６】
高アルミナセメント
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。
【００１７】
いくつかの製造方法が、世界的に、高アルミナセメントを作るために明らかになっている。通常、高アルミナセメントを製造するために使われる原材料は、ボーキサイトおよび石灰石である。高アルミナセメントを製造するための、アメリカで実施されている１つの製造方法が、以下に示される。ボーキサイト鉱石が、最初に、粉砕され、乾燥され、そして石灰石と一緒に粉砕される。ボーキサイトと石灰石の混合している乾燥粉末は、回転式の窯に送り込まれる。粉砕された低アッシュ石炭が、窯の中で、燃料として使われる。ボーキサイトと石灰石の反応が、窯の中で起こり、溶けた製造物は、窯の低端部に集まり、底にある桶状の容器の中に注がれる。溶けたクリンカーは、クリンカーの粒を形成するために水で急冷され、貯蔵庫に搬送される。この粒は、最終のセメントを製造するために望まれる細かさに粉砕される。いくつかのアルミン酸カルシウム合成物が、高アルミナセメント製造プロセス中に形成される。形成された主な化合物は、モノカルシウムアルミネート（ＣＡ）である。形成されたその他のアルミン酸カルシウムおよびケイ酸カルシウム化合物は、Ｃ１２Ａ７，ＣＡ２，Ｃ２Ｓ，Ｃ２ＡＳを含む。比較的高い割合の酸化鉄を含んでいるいくつかの他の化合物が、さらに形成される。これらは、ＣＡおよびＣ２Ｆのようなカルシウムフェライト、Ｃ４ＡＦ,Ｃ６ＡＦ２,Ｃ６Ａ２Ｆのようなカルシウムアルミナフェライトを含む。高アルミナセメント中に存在する他の少量構成物質は、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ２）、硫化物およびアルカリを含む。通常のポルトランドセメントにみられるアルミン酸三カルシウムは高アルミナセメント中には見られないことは、特筆される必要がある。
【００１８】
硫酸カルシウム
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）
【００１９】
Ｇａｌｅｒらは、多くの種類の硫酸カルシウムが組成物の中に使用されることができると提言しているが、二水和物形態（セッコウ）が好ましい選択であるとしている。セッコウは、商用的に入手でき、水に良く溶けるので、エトリンジャイトに基づく急速凝固セメント組成物のためおよび急速凝固セメントボード製造のために選択されるべきである。本発明において、不溶性の無水硫酸カルシウム（無水セッコウ）は、最適な硫酸カルシウムとして使用されている。セッコウ（例えば、硫酸カルシウム二水和物）が焼成されると、水が硫酸カルシウム分子の構造から取り除かれる。１と１／２水分子が、セッコウの分子構造から離れると、半水化物が生じ、これとそれぞれの組成で用いた物質において、水の添加に続く硬化過程において再水和が起こる。水の２つの分子が、セッコウの分子構造から取り除かれると、無水セッコウを生じる。低い温度で焼成することによって形成された無水セッコウは、湿潤環境に置かれると、再水和することができる。しかしながら、もし、硫酸カルシウムが、７５０°Ｆかそれ以上の高温で焼成されると、硫酸カルシウムの不溶性形態を生じる。硫酸カルシウムの水溶性がエトリンジャイトを急速に形成する上で有利であると考えられているので、不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウが、セメントボードを製造のために使用されるものような急速凝固組成物に代用されたときに、改善された結果を提供するということは、予期していなかった。不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウは、二水和物あるいは半水化物中の硫酸カルシウムよりも、高いスラリー温度および早い凝固性を提供する、ということが、以下の実施例に見られる。しかしながら、不溶性の硫酸カルシウム無水セッコウほど効果的ではないが、水和物形態の硫酸カルシウムは、エトリンジャイトの形成に寄与するので、このような、硫酸カルシウムの水和物形態は、もし望むのであれば、含ませることができる。
【００２０】
本発明の反応粉末混合物中の１つの成分として使用された以下に示す商品化された硫酸カルシウムの性能が、本明細書の実施例において比較される。これらの硫酸カルシウムはイリノイ州の Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ によって製造されている。
【００２１】
ランドプラスター（Ｌａｎｄ  Ｐｌａｓｔｅｒ）： 
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。
【００２２】
テラアルバ（Ｔｅｒｒａ  Ａｌｂａ）：
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。
【００２３】
シーエスエー  グランド  ギプス  （ＣＳＡ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｇｙｐｓｕｍ）：
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。
【００２４】
ハイドロカル  （Ｃベースセッコウセメント）（Ｃ−Ｂａｓｅ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｃｅｍｅｎｔ）：
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。
【００２５】
スノーホワイト  Ｆ  ＆  Ｐ  （スノー  ホワイト  Ｆ＆Ｐ）：
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。
【００２６】
ＣＡＳ−２０−４：
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。
【００２７】
骨材(アグリゲート)およびフィラー
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。
【００２８】
化学的添加物質
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。
【００２９】
他の成分
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。
【００３０】
セメントボード
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。
【実施例】
【００３１】
スラリーの時間―温度反応およびスラリー凝固挙動に関する種々タイプの硫酸カルシウムの影響が、以下の実施例で示されている。１つの例が、セメントボードの機械的性質に関するセメント組成物中の硫酸カルシウムタイプの影響を明示するために、示されている。スラリーの時間−温度反応を示す図に見られるように、セメント組成物が水と混ぜられ後、数分以内に、スラリー温度が、エトリンジャイト形成により、急激に上昇しており、約３〜１０分でピークに到達する。硫酸カルシウムの水和物形態に比べて、より高温がより迅速に達成されるので、図は、硫酸カルシウムセッコウ無水物の不溶形態を使用することが有効であることを示している。実施例に示したＴａｂｌｅは、セメント組成物の初期と最終凝固時間に関する、いくつかの変数の効果を記録したものである。
【００３２】
示された実施例のセメント組成物の中で使用されたポルトランドセメントは、 Ｂｌｕｅ  Ｃｉｒｃｌｅ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｃｏ． ｏｆ  Ｍｉｃｈｉｇａｎ で製造された。
【００３３】
使用されたフライアッシュは、クラスＣで  ＩＳＧ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｈｉｇａｎ で製造された。
【００３４】
高アルミナセメント（ＨＡＣ）は  Ｌａｆａｒｇｅ  Ｃａｌｃｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎａｔｅｓ,  Ｉｎｃ  ｏｆ  Ｖｉｒｇｉｎｉａ で製造された。使用された高アルミナセメントのブランド名は、Ｃｉｍｅｎｔ  Ｆｏｕｄｕ  Ｌａｆａｒｇｅ である。
【００３５】
ハイダイト,広義の頁岩骨材（アグリゲート）は、Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｂｒｉｃｋ  Ｐｒｅｓｓ  Ｃｏ．ｏｆ  Ｏｈｉｏ で製造された。
【００３６】
反応粉末には、モールド内へのスラリー残留や、強度改善にともなう悪影響を防ぐために、スラリーの流動性を調整し、瞬間的な凝固を防ぐためにクエン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムまたはポリナフタレンスルフォネート（可塑剤）も少量、典型的には反応粉末の０．５重量％未満、含んでいる。これら実施例において、反応性粉末を基礎として、それぞれ、０．２重量％の可塑剤、０．２重量％の炭酸ナトリウムおよび０．０７重量％のクエン酸ナトリウムが使用された。
【００３７】
反応性粉末混合物に対する水の比率は、示された実施例で０．４０／１である。反応性粉末混合物比率に対する骨材（アグリゲート）は、それぞれの実施例において、０．９０/１であり、骨材は、平均粒径約１２００ミクロンを有する、広義の頁岩であった。
【００３８】
他に記述のない限り, 乾燥固体の混合物（セメントおよび骨材（アグリゲート））は、１３５°Ｆ（５７℃）で２４時間調整され、混合液体は、実験開始前に１４０°Ｆ（６０℃）に調整された。物質は、時間−温度反応および凝固時間測定の前に小さなホバートミキサーの中で３０秒間混ぜられた。
【００３９】
実施例１
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。
【００４０】
【表１】
2005531484.tif 000002
【００４１】
図１は、評価された４つの混合物に関する時間に対する温度の挙動を示している。次のような所見が、この図より得られた。
・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。
【００４２】
Ｔａｂｌｅ  １は、評価された様々な混合物に関して、Ｇｉｌｌｍｏｒｅ  ｎｅｅｄｌｅｓ  （ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６） を使って測定された初期と最終凝固時間を示している。次のような所見が、この結果より得られた。
・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。
【００４３】
【表２】
2005531484.tif 000003
【００４４】
実施例２
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
【００４５】
前記硫酸カルシウムは、ポルトランドセメント１００部に対して、ＨＡＣが１２および１５部である２レベルで評価された。故に、合計８種類の混合物が評価された。それぞれの混合物に使用された反応性粉末の重量比は次の通りである。
【００４６】
【表３】
2005531484.tif 000004
【００４７】
次のような所見が、時間−温度結果（非表示）から得られた。
・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、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。
【００４８】
Ｔａｂｌｅ  ２およびＴａｂｌｅ  ３は、評価した様々な混合物に関して、Ｇｉｌｌｍｏｒｅ  ｎｅｅｄｌｅｓ  （ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６） を使用して測定された初期と最終凝固時間を示したものである。以下のような所見が得られた。
・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。
【００４９】
【表４】
2005531484.tif 000005
【００５０】
【表５】
2005531484.tif 000006
【００５１】
実施例３
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
【００５２】
前記の硫酸カルシウムが、１２、１５、１８部の３レベルのＨＡＣ量で評価された。故に、合計６つの混合物が評価された。さまざまの混合物に使用された反応粉末の重量比は以下の通りである。
【００５３】
【表６】
2005531484.tif 000007
【００５４】
次のような所見が、時間−温度の結果（非表示）から、得られた。
・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。
【００５５】
Ｔａｂｌｅ  ４は、評価された各種混合物に関して、Ｇｉｌｌｍｏｒｅ  ｎｅｅｄｌｅｓ  （ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６） を使って測定された初期と最終凝固時間を示している。次のような所見が得られた。
・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。
【００５６】
【表７】
2005531484.tif 000008
【００５７】
実施例４
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
【００５８】
前記硫酸カルシウムは、９、１２、１５、１８部からなるＨＡＣ４レベル、のそれぞれの１／３で評価された。故に、合計８つの混合物が、実施例で評価された。
【００５９】
図３は、評価された８つの混合物に関する時間と温度の関係の曲線を示している。次のような所見が得られた。
・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。
【００６０】
Ｔａｂｌｅ  ４は、評価された様々な混合物に関してＧｉｌｌｍｏｒｅ  ｎｅｅｄｌｅｓ  （ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６） を使って測定された初期と最終凝固時間を示している。以下のような所見が得られた。
・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。
【００６１】
【表８】
2005531484.tif 000009
【００６２】
実施例５
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
【００６３】
上記硫酸カルシウムは、１２と１５部からなる２つのレベルのＨＡＣにおいて評価された。１２部のＨＡＣにおいて、ＨＡＣ含有量が３３．３３％、５０．００％、１００％となるように、硫酸カルシウムの次の投入量が、テストされた。そして、１５部ＨＡＣにおいて、ＨＡＣ含有量の３３．３３％、６６．６７％、１００％となるように、硫酸カルシウムの次の投入量が、テストされた。故に、本実施例では、合計１２の混合物が評価された。
【００６４】
図４は、１５部のＨＡＣ投入量で評価された６つの混合物に関する時間−温度関係曲線を示している。次のような所見が、時間−温度の結果から得られた。
・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。
【００６５】
Ｔａｂｌｅ  ６は、ＨＡＣ投入量１２部で評価された各種混合物に関してＧｉｌｌｍｏｒｅ（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６）  ｎｅｅｄｌｅを使用して測定された初期および最終凝固時間を示している。同様に、Ｔａｂｌｅ  ７は、１５部のＨＡＣ投入量で評価された混合物に対する初期および最終凝固時間を示している。次のような所見が得られた。
・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。
【００６６】
【表９】
2005531484.tif 000010
【００６７】
【表１０】
2005531484.tif 000011
【００６８】
実施例６
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）
【００６９】
１つの混合物は、硫酸カルシウムなしで評価された。故に、合計７の混合物が、この実施例で評価された。乾燥固体（セメントと骨材（アグリゲート））の混合物は、１３５°Ｆ（５０℃）で２４時間調整され、混合した液体は、実験開始前に１２２°Ｆ（５０℃）に保持された。図５は、評価された各混合物に関する時間−温度関係曲線を示している。次のような所見が得られた。
・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。
【００７０】
Ｔａｂｌｅ  ８は、評価された各種混合物に関してＧｉｌｌｍｏｒｅ（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６）  ｎｅｅｄｌｅを使用して測定された初期および最終凝固時間を示している。次のような所見が得られた。
・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。
【００７１】
【表１１】
2005531484.tif 000012
【００７２】
実施例７
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
【００７３】
テストされたＨＡＣと対応する硫酸カルシウム投入量は、次の通りである。
・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
【００７４】
故に、合計８の混合物が評価された。
【００７５】
乾燥固体（セメントおよび骨材（アグリゲート））の混合物は、室温７５°F（２３．９℃）で調整され、混合液体は実験前に、１５８°F（７０℃）に保持された。図６は、本実施例において評価された種々の混合物に関する時間に対する温度の挙動を示している。次のような所見が、これらの図から得られた。
・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。
【００７６】
本実施例の中で、本シリーズに属する混合物に関する初期および最終凝固時間は報告されていない。これは、３と６重量部高アルミナセメント混合物の最終凝固時間が非常に長く（＞３０分）かかることがわかった後、凝固時間測定が中断されたためである。
【００７７】
実施例８
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
【００７８】
前記硫酸カルシウムは、１２、１５、１８部からなるＨＡＣ３レベルがそれぞれの１／３で評価された。故に、合計６つの混合物が評価された。
【００７９】
図２は、本実施例において評価された６つの混合物に関する時間−温度曲線を示している。次の所見を得ることができた。
・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、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。
【００８０】
Ｔａｂｌｅ  ９は、評価された各種混合物に関するＧｉｌｌｍｏｒｅ（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６６）  ｎｅｅｄｌｅを使用により測定された初期および最終凝固時間を示している。次のような所見が得られた。
・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、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。
【００８１】
【表１２】
2005531484.tif 000013
【００８２】
実施例９
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
【００８３】
ＡＥ（エアーエントレインド）、軽量コンクリート混合物の機械的性質の評価が、１２、１５、１８部からなる３レベルのＨＡＣ投入量において実施された（ポルトランドセメントタイプＩＩＩ-１００部 , フライアッシュ−９０部, 硫酸カルシウム-ＨＡＣの１／３部）。合計６つの混合物が、評価された。セメントボード成型物の密度は、おおよそ７８ｐｃｆである。軽量の広義の頁岩骨材（アグリゲート）が、ボードの密度を減じるため、組成物の一部として使用された。反応性粉末混合物に対する軽量骨材（アグリゲート）の重量比は、０．９０／１である。セメントボードの密度は、空気の混入によってさらに減少した。
【００８４】
半インチ厚み（１２．７ｍｍ）のセメントボードは、上記のように、異なったＨＡＣレベルを有する混合物の成型物である。ボードの上面と下面の両方が、ポリマーコートされたガラス繊維強化メッシュで補強されている。実験の結果から導かれるセメントボードの機械的性質は、以下に示される。
【００８５】
曲げ特性
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）
【００８６】
Ｔａｂｌｅ  １０は、評価された６つの混合組成物に関する試験結果を示している。これによれば、無水セッコウ（例えばスノー  ホワイト  Ｆ＆Ｐ）を含む混合物の曲げ特性は、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。
【００８７】
くぎ抜き強さ  （Ｎａｉｌ  Ｐｕｌｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）
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。
【００８８】
【表１３】
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【００８９】
【表１４】
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【００９０】
上に示された実施例から導くことのできる主な結論は以下の通りである。
・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。
【００９１】
要約すると、本発明の独特の特徴および具体的な利得は以下の通りである。
・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。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】実施例１における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例８における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例４における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例５における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例６における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例７における時間に対する温度測定結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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