(57)【要約】  水硬セメントならびに前記セメント及び水に添加又は混合された一つ以上の骨材を含むセメント質組成物。セメントは２０重量％を超える微粉化アプライトを含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬セメントならびに好ましくは前記セメント及び水に添加又は混合された一つ以上の骨材を含むセメント質組成物であって、前記セメントが２０重量％超えの微粉化アプライトを含有するセメント質組成物。
【請求項２】
前記セメントが微粉化アプライトからなる、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項３】
前記セメントが微粉化アプライト８０〜２０重量％及び水硬セメント２０〜８０重量％を含有する、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項４】
前記セメントが微粉化アプライトを少なくとも５０重量％含有する、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項５】
前記セメントが微粉化アプライト７５重量％及び水硬セメント２５重量％を含有する、請求項３記載のセメント質組成物。
【請求項６】
前記水硬セメントが、ポルトランドセメント、ポゾランセメント、石膏セメント、アルミナセメント、シリカセメント及びスラグセメントから選択される、請求項１〜５のいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項７】
前記アプライトの少なくとも８０％が２００ミクロン未満の粒径を有する、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項８】
前記アプライトが約７５ミクロン未満の粒径を有する、請求項１又は７記載のセメント質組成物。
【請求項９】
前記アプライトが、シリカ（石英）を６０〜９５重量％の範囲、より好ましくは６８〜９０重量％の範囲の量で含有する、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項１０】
アプライト以外の供給源からの石英を含有する、請求項１記載のセメント質組成物。
【請求項１１】
微粉砕カルサイトが約２０重量％までの量で加えられている、請求項１〜１０のいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項１２】
１〜１００mm、好ましくは３〜７０mmの長さを有する炭素繊維が加えられている、請求項１〜１１のいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項１３】
前記炭素繊維が、１〜１５μm、好ましくは３〜１０μm、より好ましくは６〜８μmの範囲の直径を有する、請求項１２記載のセメント質組成物。
【請求項１４】
アプライト粒質物からなる骨材が加えられている、請求項１〜１３ののいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項１５】
砂、砂岩、硬石膏、ガラス及び気泡ガラスの少なくとも一つ以上が骨材として使用されている、請求項１〜１４ののいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項１６】
硬化したときの収縮量が３％未満、好ましくは１．５％未満、もっとも好ましくは０．７％未満である、請求項１〜１４ののいずれか１項記載のセメント質組成物。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項記載のセメント質組成物から製造されたコンクリート。
【請求項１８】
セメント質組成物中のセメントの２０％を超える成分としての微粉化アプライトの適用。
【請求項１９】
前記アプライトが、２００ミクロン未満の粒径を有し、前記セメントの少なくとも５０重量％を構成する、請求項１８記載の適用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に示されるセメント質組成物及び当該セメント組成物のコンクリートに関する。
【０００２】
背景
水硬セメントを含有するセメント質組成物が長らく開発されてきた。通常、ポルトランドセメント又は「標準セメント」、すなわちＩＳＯ規格に準じるセメントからなるコンクリートが流し込まれる。コンクリートは、石灰石および種々の修正材料、とりわけ石膏及び石英の組成物を約１５００℃で焼成したものに基づくことができる。焼成されたクリンカは粉砕され、少量の石灰石、石膏及び硫酸第一鉄、おそらくは同じくフライアッシュ及びシリカが加えられる。この組成物に水が加えられると、複雑な反応が起こってセメントを硬化させる。通常、種々の骨材が粘稠な素材に加えられて、様々な目的に適した最終生成物特性を与える。このようにして、いくつか異なるタイプのコンクリートが作られる。建築目的のコンクリートにおいては、砂およびグリットならびに他の種々の鉱物からなる骨材が非常に一般的である。
【０００３】
花崗岩性アプライトの粒質物からなる骨材を加えて特に耐摩耗性のコンクリートを得ることが当該技術で公知である。しかし、このやり方は、密度が完全であり、かつ耐久性が高いコンクリートを創り出してはいない。アプライトは、とりわけ、米国バージニア州のMontpellier、米国カリフォルニア州のOwens Valley、ノルウェーのFinnvolldalen、イタリアのTuscanyならびにロシア及び日本の一部の地域で発見されている。アプライトは、イタリアのMaffei Natural Resources及び米国ウエストバージニア州のUS Silica Companyから市販されている。アプライトは通常、ケイ素、マグネシウム、鉄、ナトリウム、アルミニウム、カリウム、チタンおよびカルシウムからなり、最も重要な成分は、通常はそれぞれ６０〜８５重量％および１０〜２５重量％の相対量で存在する（酸化物の形態にある）ケイ素及びアルミニウムである。
【０００４】
日本国特許第７２０３３０４８号（Shiga-Ken、１９７２）は、アルミナセメントのセメント質組成物における主な骨材としてのアプライトの使用を開示している。これは、他の骨材及び発泡剤とともに、多孔質コンクリート製品を創り出している。
【０００５】
他にもいくつかの材料がセメントの成分として試用されている。たとえば、フレッシュセメントの水分含量を減らすため、多数の異なる可塑剤の添加が提案されている。これにもかかわらず、厳しい用途のための、より良質かつ強いセメントがなおも要望されている。
【０００６】
米国特許第６，０２４，７９１号は、ガラス、ヒュームドシリカ、アプライト及び高炉灰のような材料から選択される粉状材料２０重量％以下を含むセメント組成物を開示している。この特許では、これらの材料の特定の一つが他よりも好適であるという示唆はない。
【０００７】
米国特許第３，９４５，８４０号は、ａ）シリカを含有する無機化合物及び酸化カルシウムの供給源である無機化合物、ｂ）鉱物繊維ならびにｃ）ビチューメン（bitumen）、結晶アルミナ、硫黄、金属硫化物及び酸化バナジウムから選択される化合物から製造される不燃材料を開示している。アプライトはａ）の下で化合物の供給源になりうると示唆されている。この特許では、セメント又は石膏は、望ましくない製品特性を生じさせるため、組成の一部にすべきではないと記されている（カラム１、５４〜５８行）。
【０００８】
目的
本発明の主な目的は、高い強度、小さな収縮、稠密な構造及び高い耐久性が重要である様々な目的に利用することができる、改良されたセメント質組成物を提供することである。
【０００９】
さらなる目的は、公知のセメント及び種々の公知の骨材と組み合わせて使用するように適合させることができ、異例な要求、たとえば高い耐熱性、高い耐薬品性及び／又は高い耐圧性が課される様々な特殊目的に利用することができるセメント質組成物を提供することである。
【００１０】
建造物中および建設現場で、橋及び他の建造物の建設のため、プレート要素、容器などの製造のために現場でコンクリートの製造に使用することができる多様なセメント質組成物が要望されている。
【００１１】
本発明
第一の態様にしたがって、本発明は、請求項１に開示するセメント質組成物に関する。もう一つの態様にしたがって、本発明は、そのような組成物から製造され、請求項１７に開示するコンクリートに関する。本発明はさらに、請求項１８に開示するアプライトの使用に関する。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様は従属項から明らかになる。本明細書で使用する「微粉化」とは、粒径が約２００ミクロン以下、好ましくは７５ミクロン未満の範囲にある粉末材料をいう。このように定義された粒径は標準的なストレーナサイズと適合する。粒径が所与の値よりも小さいと示される場合、粒子の少なくとも５０容量％、好ましくは少なくとも８０容量％が、その所与のメッシュサイズを有するストレーナを通過することができる。場合によって、そのようなストレーナを通過することができる粒子の割合が小さすぎる場合、通過しなかった粒子を従来の粉砕装置における粉砕に回してもよい。
【００１３】
アプライトは、主に石英及び長石からなる花崗岩質の岩石である。上記のように、異なる大陸に存在し、異なる質のものが入手可能である。本発明に関しては、ＳｉＯ2の割合として測定した石英の含量が６８〜９０容量％の範囲、より好ましくは、６８〜９０容量％の範囲であることが望ましい。
【００１４】
好ましくは、使用するアプライトは天然に存在するアプライトであるが、本明細書における用語「アプライト」の意味は、一般に、天然に存在するアプライトに含まれる最も重要な岩石の混合物を含む。
【００１５】
セメントは、最大で微粉化アプライト１００％からなることもできるが、好ましくは、微粉化アプライト２０〜８０重量％及びポルトランドセメントのような水硬セメント２０〜８０重量％からなるが、これに限定されない。ポゾランセメント、石膏セメント、アルミナセメント、シリカセメント及びスラグセメントを含む他の水硬セメントを使用することもできる。本発明のセメント質組成物の利点は、収縮に関して、３５重量％未満のアプライト含量ですでに明らかに認められ、アプライト含量が増すにつれ改善する。強度の増大としての利点が認められるためには、より高いアプライトの割合を要する。したがって、好ましくは、セメントは微粉化アプライトを少なくとも５０重量％含有し、セメントが微粉化アプライト７５重量％及びポルトランドセメント２５重量％からなるならば、これは特に有利である。セメント中かなりの量のアプライトの存在はいくつかの利点を呈するが、そのうち顕著な利点は、セメントが、硬化時、非常に低い体積減少（収縮）しか起こさないことである。収縮は、アプライトなしでは４体積％にも達することもあるが、２８％のアプライト含有率では１．２体積％と測定され、３３〜５０％のアプライト含有率では０．７体積％の低さであり、６０％のアプライト含有率では０．２体積％と測定される。硬化時の収縮は、好ましくは３体積％未満であり、より好ましくは１．５体積％未満であり、もっとも好ましくは０．７体積％未満である。
【００１６】
アプライトからの石英に加えて、望むならば、他の供給源からの石英をセメントに加えてもよい。
【００１７】
有利には、２０重量％までのカルサイトをセメント質組成物に加えてもよい。カルサイトは、石灰岩の一形態であり、セメントの主成分ほど強く微粉化される必要のない微粉砕形態で使用される。カルサイトの添加は主としてコンクリートの耐久性に寄与する。
【００１８】
有利には、セメント質組成物への炭素繊維の添加が異なるやり方でセメント質組成物に影響することができる。これらの利点のもっとも顕著な利点は、硬化時のセメントの特性に関して明らかに認められる。しかし、セメント中の炭素繊維はまた、特に好ましい状況でセメント質組成物の水分含量を維持して、セメントが湿った状態を保つ能力にも寄与する。湿分の損失は、たとえば、地下形成における流し込みの場合にしばしば問題になる。硬化したセメントの場合、炭素繊維の存在は、結果として、より高い圧縮及び引張り強さを生じさせる。炭素繊維は、個々の繊維（単繊維）の形態で提供することもできるし、繊維マット、織り物もしくは編み物又は他のやり方で連続ユニットに構造化された形態で提供することもできる。単繊維として、炭素繊維は通常、長さが１〜１００mm、好ましくは３〜７０mmの範囲、より好ましくは５〜１０mmの範囲である。好ましい繊維は、直径が１〜１５μm、より好ましくは３〜１０μm、もっとも好ましくは６〜８μmである。適当な繊維は、Devold AMT AS（ノルウェー、N-6030 Langevag）から市販されている。
【００１９】
有利には、アプライト粒質物からなる骨材をセメント質組成物に加えてもよい。他に可能な骨材は、砂、グリット（砂岩）、硬石膏、ガラス、気泡ガラスの一つ以上であろう。
【００２０】
セメント質組成物における成分としての微粉化アプライトの適用は本発明の範囲内である。
【００２１】
実施例
Nord-TrondelagのFinnvolldalenから市販されている、異なる割合の微粉化アプライトを含有し、ＳｉＯ2を７０〜９０重量％、平均で８２重量％含有するNorcem「G」タイプの標準的なポルトランドセメントを使用して試験を実施した。これを、そのような割合の微粉化アプライトを含有しないセメントと比較した。二つの異なる硬化温度及び硬化時間を使用した。Ultrasonic Cement Analyzer（UCA）を使用して「API Recommended Practice for Testing Well Cements」第２２版１９９７にしたがって測定を行った。結果を以下の表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１は、セメント中のアプライト含量の増加に伴う強度の増大及び収縮の減少を示す。したがって、セメント質組成物は、上述した本発明の目的を達成するのに十分に適している。たとえば骨材の選択により、上記実施例の場合に比べてコンクリートの強度を増すことが可能であろう。
【国際調査報告】
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