(57)【要約】【課題】ビーライトの含有率を適正に規定することで、強度が優れた成形品を得るとともに、蒸気養生時の強度発現に必要なエーライトを含有させ、かつアルミネート相の含有率の適正化を図ることにより、蒸気養生後の取り扱いが容易で、かつ高い流動性を有しながら低コストのセメント組成物を提供する。【解決手段】ビーライトを２０〜７０重量％含有し、エーライトを１０〜５０重量％含有するとともに、アルミネート相を５〜９重量％含有することを特徴とするセメント組成物とした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーライトを２０〜７０重量％含有し、エーライトを１０〜５０重量％含有するとともに、アルミネート相を５〜９重量％含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
比表面積が、４０００〜７０００ｃｍ2／ｇであることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ビーライトとエーライト、およびアルミネート相を含有するセメント組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に市販されている、いわゆる普通ポルトランドセメントにおいては、ビーライトを１５重量％程度含有しており、また、エーライトについては６０重量％程度の含有率であって、さらに、アルミネート相の含有率は１０重量％以上となっている。
【０００３】
上記普通ポルトランドセメントは、セメント全体の需要の７０％以上を占めており、土木工事や建築工事等に広く用いられているが、水と混練する際に、エーライトの水和反応による発熱が大きく、かつアルミネート相により流動性が悪化するという施工上の課題があった。
【０００４】
このため、水和反応時の発熱を低減する作用をもつビーライトを主成分とし、エーライトを０〜３５重量％含有するとともに、さらにアルミネート相の含有率を０〜８重量％まで低減した組成をもつセメント組成物が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
上記のセメント組成物を用いることにより、水和反応時の発熱を低減させて、発熱に伴う温度上昇によるひび割れ等を防止し、かつ流動性を高めることで施工性の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開平６−１９９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記背景技術の特許文献１に記載のセメント組成物を、高い強度が要求される外装材や瓦等に使用する場合においては、まず、蒸気養生を行ってエーライトによる強度発現を促進させた後、さらにオートクレーブ養生を行うことにより、水和時の発熱を抑える以外に、オートクレーブ養生によってセメント組成物の強度を、より高める作用を備えたビーライトの強度発現を促進する必要がある。
【０００７】
ところが上記セメント組成物においては、ビーライトの含有率が規定されていないために、成形品の強度が低下する場合があった。
【０００８】
また、ビーライトの含有率が例えば９０重量％以上まで高くなった際は、エーライトの含有率が１０重量％未満となってしまい、このため、蒸気養生においてエーライトによる強度促進を十分に行うことができず、蒸気養生後の強度不足により取り扱いが困難になることがあった。
【０００９】
さらに、アルミネート相を生成する酸化アルミニウムは、セメント組成物の原料のひとつである粘土に含まれているために、特にアルミネート相の含有率を５重量％未満にすることは、粘土の配合量を減少させたとしても困難であることから、セメント組成物の生成工程に、酸化アルミニウムを除去する工程を追加する必要が生じてしまい、その結果、セメント組成物のコストが上昇してしまうといった問題点があった。
【００１０】
本願発明はこのような上記背景技術の課題を解決するものであり、蒸気養生後の取り扱いが容易で、かつ混練時の流動性を維持しながら低コストのセメント組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明は、ビーライトを２０〜７０重量％含有し、エーライトを１０〜５０重量％含有するとともに、アルミネート相を５〜９重量％含有することを特徴としている。
【００１２】
本願請求項２記載の発明は、上記請求項1記載のセメント組成物において、比表面積が、４０００〜７０００ｃｍ2／ｇであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１記載の発明のセメント組成物においては、ビーライトの含有率を２０〜７０重量％と規定することにより、強度が優れた成形品を得ることができる。
【００１４】
また、エーライトを１０〜５０重量％含有することにより、蒸気養生時にエーライトによる強度発現を確実に行うことで、蒸気養生後の取り扱いが容易なセメント組成物を提供することができる。
【００１５】
さらに、アルミネート相の含有率を５〜９重量％とすることにより、混練後の流動性に優れて施工性が良く、かつ低コストのセメント組成物を提供できる。
【００１６】
本願請求項２記載の発明のセメント組成物においては、特に、上記セメント組成物の比表面積を４０００〜７０００ｃｍ2／ｇとすることで、オートクレーブ養生時におけるビーライトの反応性を高めることができるために、オートクレーブ養生後の強度をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本願発明の実施形態であるセメント組成物は、ビーライトを２０〜７０重量％含有し、エーライトを１０〜５０重量％含有するとともに、アルミネート相を５〜９重量％含有している。
【００１８】
また、上記セメント組成物の比表面積を、４０００〜７０００ｃｍ2／ｇとしてもよい。
【００１９】
以下、この実施形態のセメント組成物を、より具体的詳細に説明する。まず、上記セメント組成物におけるビーライトの含有率は２０〜７０重量％であり、好ましくは３０〜４０重量％である。
【００２０】
いわゆる、普通ポルトランドセメントのビーライトの含有率は、１５重量％程度であるが、本願実施形態のセメント組成物は、高い強度が要求される外装材や瓦等に使用されるため、オートクレーブ養生によるビーライトの強度発現を促進させるために、ビーライトの含有率を高くする必要があることから、含有率の下限値を２０重量％としている。また、ビーライトの含有率が７０重量％を超えたセメント組成物を生成することが困難であるために、含有率の上限は７０重量％としている。
【００２１】
次に、エーライトの含有率は１０〜５０重量％であり、好ましくは３０〜５０重量％で、さらに好ましくは３６〜４０重量％ある。エーライトの含有率が１０重量％を下回ると、蒸気養生時に十分な強度発現をすることができずに、蒸気養生後の取り扱いが困難になってしまうため、含有率の下限値は１０重量％としている。
【００２２】
一方、エーライトの含有率が５０重量％を超えた場合は、蒸気養生における強度発現を十分行うことができるものの、蒸気養生において生成されるケイ酸カルシウム水和物（以後ＣＳＨと称する）が増加してしまい、このＣＳＨがビーライトの表面を覆うことにより、オートクレーブ養生時のビーライトによる強度発現を阻害するため、含有率の上限を５０重量％としている。
【００２３】
次に、アルミネート相の含有率は５〜９重量％であり、好ましくは７〜９重量％である。アルミネート相の含有率を５重量％未満とするためには、上述したように、アルミネート相を生成する酸化アルミニウムを含む粘土の配合率を減少させるだけでは困難であるために、含有率の下限値を５重量％としている。
【００２４】
一方、アルミネート相の含有率が１０重量％以上になると、水との混練時にアルミネート相との反応により生成されるエトリンガイトが増加して、セメント組成物の流動性を悪化させるために、含有率の上限を１０重量％としている。
【００２５】
次に、上述したように比表面積を高くすることによって、オートクレーブ養生時におけるビーライトの反応性を高めて、オートクレーブ養生後の強度をより高めることができるが、市販されている普通ポルトランドセメントの比表面積は３２００ｃｍ２／ｇ程度であることから、ビーライトの反応性を高める場合においては、セメント組成物の比表面積の下限を４０００ｃｍ2／ｇとすることが好ましい。
【００２６】
また、比表面積を７０００ｃｍ2／ｇより高くするためには、セメント組成物の粉砕に非常に時間を要するため、特にコストの増大につながることから、比表面積の上限を７０００ｃｍ2／ｇとすることが好ましい。
【００２７】
上述したエーライトとビーライト、およびアルミネート相の含有率を有するセメント組成物の原料を配合する際には、炭酸カルシウムを含む石灰岩と、ケイ酸成分を含む軟珪石とを、所定のカルシウム／ケイ酸モル比（以下Ｃ／Ｓ比と記す）にて配合した後、酸化アルミニウムを含んだ粘土を配合し、さらに、この粘土中の鉄成分が不足する場合は酸化鉄を追加する。
【００２８】
次に、配合した原料をよく混合した後に白金ルツボに入れ、バッチ方式のマッフル炉の中で焼成して、中間生成物としてのクリンカを生成する際は、焼成時にエーライトの含有率が過剰に高くならないようにするために、焼成温度を１４００℃以下とすることが好ましい。ただしその場合は、焼成後の冷却中にビーライトの結晶構造が転移することによって発生する、いわゆるダスティングを防止する必要があるため、セメント組成物に含まれるケイ酸成分については、石英等の結晶性の材料が含まれないものが好ましい。
【００２９】
このとき、ケイ酸成分としては、アルミナや鉄を適度に含んだフライアッシュ（以下ＦＡと記す）、またはそのＦＡを用いた廃建材等を用いることが好ましい。
【００３０】
以下、本願発明の実施例および比較例について説明する。
【００３１】
（実施例１）
本実施例１のセメント組成物の原料の配合に際しては、炭酸カルシウムを含む石灰岩と、ケイ酸成分を含む軟珪石とを、Ｃ／Ｓ比が３．０になるように配合し、アルミネート相の含有率を低減させるために、原料中の粘土の配合量については、普通ポルトランドセメントより少なくした。
【００３２】
そしてこれらの配合物を９０ｍｍアンダーになるよう粉砕混合した後、白金ルツボに入れ、バッチ方式のマッフル炉の中で温度１３５０℃において１５分間焼成を行った。そして得られたクリンカーを急冷した後、石膏を普通ポルトランドセメントと同程度に添加して、比表面積が３２００ｃｍ2／ｇになるまでボールミルで粉砕を行ってセメント組成物を生成した。
【００３３】
【表１】
2007254209.tif 000002
【００３４】
生成されたセメント組成物の組成を蛍光Ｘ線分析装置により分析した結果、表１に示すように、エーライトが３０重量％とビーライトが４０重量％含有されており、一方、アルミネート相の含有率は７重量％、フェライト相の含有率は１０重量％であった。
【００３５】
次いで、得られたセメント組成物を４０重量％と、ＦＡを４０重量％と、粉末状の珪石を９重量％と、解繊されたパルプを１０重量％と、流動化剤としてのメチルセルロースを０．７重量％、および軽量骨材を０．３重量％の割合で配合し、さらにこの配合物に対して、水を５０重量％と、カルボン酸系の分散剤を０．３重量％の割合で添加した後、アイリッヒミキサーを用いて５分間混練を行った。
【００３６】
このとき、上記アイリッヒミキサーに、あらかじめトルクセンサを設置して混練中のトルクの測定を行い、測定されたトルクについて、以下の評価基準により混練性の評価を行った。
【００３７】
低：トルクが低い（混練性良好）
高：トルクが高い（混練性不良）
次いで上記混練物を、押出成形機により押出成形を行い、厚さ１０ｍｍの板状のシートを成形した。このとき、あらかじめ押出成形機の出口付近に圧力センサを設けて押出成形時の圧力を測定し、測定された圧力について以下の評価基準により押出性の評価を行った。
【００３８】
低：圧力が低い（押出性良好）
高：圧力が高い（押出性不良）
また、成形されたシートの表面状態である、いわゆる地合についても目視で確認を行い、確認された地合からも以下の評価基準により押出性の評価を行った。
【００３９】
良  ：地合良好（押出性良好）
不良：地合不良（押出性不良）
次に、上記シートを、温度８０℃および湿度９０％において５時間蒸気養生を行ない、エーライトによる強度発現を促進させた。その後、さらに温度１８０℃および圧力１０気圧において４時間オートクレーブ養生を行い、さらにビーライトの結晶化反応による強度発現の促進を行った。
【００４０】
そして、蒸気養生後およびオートクレーブ養生後に、それぞれランニングソー等を用いて、上記シートを縦１５０ｍｍ、横（幅）２５０ｍｍおよび厚さ１０ｍｍのサイズに切断し、曲げ強度試験用のサンプルを作成し、スパン１００ｍｍおよび速度２ｍｍ／分において３点曲げ強度試験を行い、各々のサンプルの強度について以下の評価基準により曲げ強度の評価を行った。
【００４１】
小：強度が小さい（強度が不足）
中：強度が中程度（必要な強度を有する）
大：強度が大きい（十分な強度を有する）
結果は表２に示すように、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに低く、成形後の地合も良好であり、混練性および押出性は良好であった。さらに、蒸気養生後の強度は中程度であり必要な強度が得られていて、オートクレーブ養生後の強度は大きく、十分な強度が得られていた。
【００４２】
【表２】
2007254209.tif 000003
【００４３】
（実施例２）
ボールミルの粉砕条件を調整して、比表面積が６０００ｃｍ2／ｇになるまで粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてセメント組成物を生成した。次いで、実施例１と同様にして混練性、押出性、曲げ強度の評価を行った。
【００４４】
上記実施例１と同様に、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに低く、成形後の地合も良好であり、混練性および押出性は良好であった。さらに、蒸気養生後の強度は中程度であり必要な強度が得られていて、オートクレーブ養生後の強度は大きく、十分な強度が得られていた。
【００４５】
（実施例３）
焼成温度を１４００℃とすることで、蛍光Ｘ線分析装置による組成分析の結果、エーライトの含有率が４０重量％となり、かつビーライトの含有率が３０重量％になったことと、ボールミルの粉砕条件を調整して、比表面積が６０００ｃｍ2／ｇになるまで粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてセメント組成物を生成した。次いで、実施例１と同様にして混練性、押出性、曲げ強度の評価を行った。
【００４６】
上記実施例１と同様に、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに低く、成形後の地合も良好であり、混練性および押出性は良好であった。また、オートクレーブ養生後の強度は大きく、十分な強度が得られていた。一方、蒸気養生後の強度は大きくなっており、十分な強度が得られていた。
【００４７】
（比較例１）
セメント組成物の原料に、Ｃ／Ｓ比が３．３の市販の普通ポルトランドセメントを用いて焼成温度を１４５０℃とすることで、蛍光Ｘ線分析装置による組成分析の結果、エーライトが６０重量％、およびビーライトが１５重量％含有されており、アルミネート相の含有率は１０重量％であったこと以外は、実施例１と同様にしてセメント組成物を生成した。次いで、実施例１と同様にして混練性、押出性、曲げ強度の評価を行った。
【００４８】
結果は表２に示すように、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに高くなっており、成形後の地合は不良で、混練性および押出性ともに不良であった。さらに、蒸気養生後の強度は高く十分な強度が得られたが、オートクレーブ養生後の強度は小さく強度が不足していた。
【００４９】
（比較例２）
ボールミルの粉砕条件を調整して、比表面積が６０００ｃｍ2／ｇになるまで粉砕したこと以外は、比較例１と同様にしてセメント組成物を生成した。次いで、比較例１と同様にして混練性、押出性、曲げ強度の評価を行った。
【００５０】
上記比較例１と同様に、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに高く、成形後の地合も不良で、混練性および押出性は不良であった。さらに、蒸気養生後の強度は高く十分な強度が得られたが、オートクレーブ養生後の強度は小さく強度が不足していた。
【００５１】
（比較例３）
セメント組成物の原料の配合に際して、アルミネート相の含有率を増加させるために、原料中の粘土の配合量を普通ポルトランドセメントより多くしたことと、ボールミルの粉砕条件を調整して、比表面積が６０００ｃｍ2／ｇになるまで粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてセメント組成物を生成した。次いで、実施例１と同様にして混練性、押出性、曲げ強度の評価を行った。
【００５２】
結果は表２に示すように、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力はともに高くなっており、成形後の地合は不良で、混練性および押出性ともに不良であった。さらに、蒸気養生後の強度は中程度であり必要な強度が得られていて、オートクレーブ養生後の強度は大きく、十分な強度が得られていた。
【００５３】
（考察）
上記実施例１においては、表１、２に示すように、上記比較例１と比べてアルミネート相の含有率が低いために、混練時のトルクおよび押出成形時の圧力が低くなっており、成形後の地合も良好であることから、混練性および押出性に優れていると考えられる。
【００５４】
また、エーライトの含有率が適正な範囲において低いために、蒸気養生後の強度が上記比較例１より低いが必要な強度は得られており、蒸気養生後の取り扱いに問題は生じないと思われる。一方、オートクレーブ養生後の強度は、ビーライトの含有率が高いために、十分な強度が得られていると考えられる。
【００５５】
上記実施例２においては、表１、２に示すように上記比較例３と比べて、アルミネート相の含有率が低いために混練性および押出性に優れており、また、上記比較例２と比べて、上記実施例１と同様にエーライトの含有率が適正な範囲において低いために、強度が低下したものの蒸気養生後の取り扱いに問題は生じず、さらに、オートクレーブ養生後の強度は、ビーライトの含有率が高いために、十分な強度が得られていると考えられる。
【００５６】
上記実施例３の混練性と押出性については、表１、２に示すように、上記実施例２と同様な傾向を示していて、蒸気養生後の強度は、上記実施例２と比べてエーライトの含有率が高いため、大きな強度が得られており、蒸気養生後の取り扱いが容易になっていると思われる。
【００５７】
また、オートクレーブ養生後の強度については、上記実施例２と比べてビーライトの含有率が低くなっているが、比表面積は同様に高いために、オートクレーブ養生時にビーライトを効率よく反応させることができることから、十分な強度が得られていると考えられる。
【００５８】
以上のように上記実施例１から３によれば、アルミネート相の含有率を、原料の配合量の調製で可能な範囲において低くすることにより、混練性および押出性が高く施工性に優れ、かつ低コストのセメント組成物を提供することができる。
【００５９】
また、エーライトの含有率を、蒸気養生時の強度発現を確実に行うことができる範囲において規定することにより、蒸気養生後の取り扱いを容易にすることができる。
【００６０】
さらに、ビーライトの含有率を適正な範囲で規定することにより、強度が優れた成形品を得ることができるとともに、さらに、セメント組成物の比表面積を高くすることで、オートクレーブ養生時の強度発現を効率よく行い、オートクレーブ養生後の強度をより大きくすることができる。