(57)【要約】【課題】高い曲げ強度を有するセメント硬化物を提供する。【解決手段】アルミナセメントと、水ガラスと、水とを混練して、セメント組成物とする。水ガラスは、固形分としてアルミナセメントに対して、Ｓ／Ｃが１０〜８０％混合する。かかるセメント組成物の曲げ強度は、２５Ｎ／ｍｍ２以上にも達し、従来のポルトランドセメントの硬化物では得られない高い曲げ強度が得られた。また、養生に際しても、従来とは異なり、乾燥空気中で加熱することにより硬化させることができ、蒸気の発生は不要である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナセメントと、水ガラスと、水のみからなることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
請求項１記載のセメント組成物において、
前記水ガラスの固形分の前記アルミナセメントに対する重量割合（Ｓ／Ｃ）は、１０％以上、８０％以下であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項３】
アルミナセメントに対して、重量割合（Ｓ／Ｃ）で、１０％以上、８０％以下の範囲で、水ガラスの固形分を含むことを特徴とするセメント組成物。
【請求項４】
アルミナセメントと水ガラスと水とを有するセメント組成物を硬化させる硬化方法であって、
前記セメント組成物を、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気中で保持することを特徴とするセメント組成物の硬化方法。
【請求項５】
アルミナセメントと水ガラスと水とを有するセメント組成物を硬化させる硬化方法であって、
前記セメント組成物を、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気中で加熱することを特徴とするセメント組成物の硬化方法。
【請求項６】
請求項５記載のセメント組成物の硬化方法において、
前記加熱に際しての温度は、５０℃以上、２５０℃以下であることを特徴とするセメント組成物の硬化方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物が用いられていることを特徴とするセメント硬化物。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のセメント組成物の硬化方法により硬化させられたことを特徴とするセメント硬化物。
【請求項９】
請求項７または８に記載のセメント硬化物において、
曲げ強度が、補強繊維を使用せずに２５Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴とするセメント硬化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセメント組成物に関する技術で、特にアルミナセメントと水ガラスとを有する曲げ強度が著しく高いセメント硬化物に適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
セメント組成物については、種々の組成が開示されている。かかるセメントの組成物から作られたセメント硬化物は、圧縮強度は高いものの曲げ強度が十分に得られないという難点が指摘されている。
【０００３】
一般に広くコンクリート、あるいはモルタルに使用されているポルトランドセメントのセメント硬化物は、材令２８日で圧縮強度は３７Ｎ／ｍｍ２程度である。しかし、曲げ強度に至っては、７Ｎ／ｍｍ２程度と極めて弱い値でしかない。かかる点を考慮して、コンクリート部材の許容応力も、曲げ応力については圧縮応力の１／１０と規定されている。
【０００４】
一方、セメント組成物において、その成分に水ガラスを有するものとしては、例えば、特許文献１にその開示がある。耐酸性を付与する水ガラスコンクリートで、その乾燥収縮を防ぐためにアルコールを添加した構成が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、無機質複合物に、珪酸アルカリ溶液、金属珪素またはその合金、セメントとからなるバインダーＡを含有させるに際して、珪酸アルカリ溶液の一つの選択肢として、水ガラスの使用が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２７４９２７号公報
【特許文献２】特開平１１−３０２０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、従来のセメント硬化物における曲げ強度を現状よりも格段に向上させたいと考えた。
【０００７】
かかる曲げ強度の向上が図れれば、高い曲げ強度が必要とされる箇所へのセメント硬化物の新たな需要が期待できる。
【０００８】
また、これまでのセメント硬化物を使用したコンクリート等では十分な曲げ強度が得られず、部材厚を厚くして対応していた場合についても、部材厚を薄くすることが可能となり、その軽量化が併せて行える。
【０００９】
本発明の目的は、高い曲げ強度を有するセメント硬化物の技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明のセメント組成物は、アルミナセメントと、水ガラスと、水のみからなることを特徴とする。かかる構成において、前記水ガラスの固形分の前記アルミナセメントに対する重量割合（Ｓ／Ｃ）は、１０％以上、８０％以下であることを特徴とする。また、本発明は、アルミナセメントに対して、重量割合（Ｓ／Ｃ）で、１０％以上、８０％以下の範囲で、水ガラスの固形分を含むことを特徴とするセメント組成物である。
【００１３】
本発明は、アルミナセメントと水ガラスと水とを有するセメント組成物を硬化させる硬化方法であって、前記セメント組成物を、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気中で保持することを特徴とする。本発明は、アルミナセメントと水ガラスと水とを有するセメント組成物を硬化させる硬化方法であって、前記セメント組成物を、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気中で加熱することを特徴とする。かかる構成において、前記加熱に際しての温度は、５０℃以上、２５０℃以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のセメント硬化物は、前記いずれかの構成のセメント組成物が用いられていることを特徴とする。本発明のセメント硬化物は、前記いずれかの構成のセメント組成物の硬化方法により硬化させられたことを特徴とする。かかるセメント硬化物においては、曲げ強度が、補強繊維を使用せずに２５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
本発明によれば、少なくとも、アルミナセメントと、水ガラスと、水とのセメント組成物を硬化させることで、２５Ｎ／ｍｍ２以上の曲げ強度を実現することができる。
【００１７】
かかる曲げ強度の高いセメント硬化物は、従来のセメント硬化物の養生とは異なり、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気、例えば乾燥空気中等での加熱で済ませることができ、養生自体の簡略化をも図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明では、従来使われていたポルトランドセメントの硬化物より、大幅に高い曲げ強度を有するセメント硬化物の提供を目的としている。本発明によれば、例えば、曲げ強度が、２５Ｎ／ｍｍ２以上、３２Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは４４Ｎ／ｍｍ２以上の極めて高い曲げ強度を有するセメント硬化物を提供することができる。
【００２０】
かかる曲げ強度が高いセメント硬化物は、アルミナセメント、水ガラス及び水の極めて簡単な構成のセメント組成物から製造することができる。また、その硬化のための養生についても、これまでの蒸気養生とは異なり、飽和水蒸気圧未満の水蒸気圧雰囲気で、例えば乾燥空気中等で加熱することで極めて簡単に行うことができ、養生の簡略化をも図ることができる。
【００２１】
本発明のセメント組成物は、アルミナセメントと、水ガラスと、水とから構成されている。基本的には、かかる成分のみで構わない。勿論、骨材その他のものを混ぜることもできる。かかる骨材等の混合量は、必要に応じて適宜その量は決めればよい。
【００２２】
使用するアルミナセメントは、特に限定する必要はない。すなわち、従来市販されているアルミナセメントを使用することができる。例えば、電気化学工業社製のＢ種のアルミナセメント２号等を使用することができる。
【００２３】
また、水ガラスについても、アルミナセメントと同様、特段限定する必要はない。市販のものが使用でき、例えば、ＪＩＳ規格の１号、２号、３号の他、水ガラスメーカーで製造販売されているＪＩＳ規格外の製品も使用可能である。
【００２４】
かかるセメント組成物の配合は、水ガラス固形分のアルミナセメントに対する重量割合（Ｓ／Ｃ）が、１０％以上、８０％以下となるように、アルミナセメントが５６重量％以上、９１重量％以下、水ガラス固形分が９重量％以上、４４重量％以下とし、両者合わせて１００重量％となるように配合する。セメント組成物が必要な流動性を持つように、固形物全体に対して１５％〜３０％程度の水を加え、ミキサー等で混合、混練してセメント組成物を製造すればよい。
【００２５】
また、セメント組成物に骨材を配合してモルタルやコンクリートを造る際には、骨材の混合量や水分量は、必要に応じて適宜決めればよい。
【００２６】
かかるセメント組成物の製造に際しては、基本的には、水の使用量は少なければ少ない程よいので、アルミナセメントが均一に混合する範囲の必要最小限度の添加量で構わない。しかし、実際には、型枠に流し込む等の作業性を考慮して、当該作業が円滑に行える範囲で流動性を調整し、適当なペースト状の混合物であるセメント組成物が得られるように水の量を加減すればよい。
【００２７】
かかる方法により製造されたセメント組成物を用いて、セメント組成物の硬化物を製造する製造方法を以下に説明する。製造に際しては、これまでの蒸気養生とは、異なる方法を採用する。
【００２８】
図１に示すように、ステップＳ１００で、混練したセメント組成物を用意する。ステップＳ１１０で、混練したセメント組成物を型枠に入れる。適当な型枠に打ち込む等して、成形すればよい。かかる型枠を用いた成形方法に関しては、従来通りで構わない。セメント組成物は、脱型に必要な強度が発現するまで型枠内に静置して、強度が発現した状態でステップＳ２００で脱型する。
【００２９】
脱型後、ステップＳ２１０で、飽和水蒸気圧に満たない水蒸気圧雰囲気で保持する。例えば乾燥空気中で５０℃以上、２５０℃以下の温度範囲で加熱する。加熱に要する時間は、部材の大きさにもよるが、少なくとも１００℃以上では下記の実施例に示す如く平均で１５分程度である。その後、冷却すれば、セメント組成物の硬化物の完成となる。
【００３０】
尚、５０℃では、加熱に要する時間は８時間程度が必要である。加熱に要する温度がこのように１００℃未満の低い場合には、温度にもよるが、硬化して所要の曲げ強度が発現するまでにはかなりの時間が必要となる場合があることが確認された。
【００３１】
通常のポルトランドセメントを使用したコンクリート部材の加熱養生の場合には、蒸気による加熱がよく行われる。しかし、本発明の場合には、蒸気による加熱は強度を低下させるため好ましくない。飽和水蒸気圧未満の乾燥空気中で加熱するのがよい。因みに、乾燥空気とは、加熱した温度での飽和水蒸気圧に満たない水蒸気を含む空気を言う。
【００３２】
また上記脱型後に乾燥空気中で加熱する方法の他に、型枠内においた状態で加熱硬化させる方法もある。すなわち、図１に示すように、ステップＳ１００で用意したセメント組成物を、ステップＳ１１０で型枠に入れる。「形状を拘束できる型枠」を使用すればよい。
【００３３】
ステップＳ１１０で型枠内にセメント組成物を入れた状態で、直ちに、ステップＳ３００で飽和水蒸気圧未満の水蒸気圧雰囲気で保持する。例えば、乾燥空気中で加熱して養生する。加熱養生に際しては、例えば、５０℃以上、２５０℃以下で加熱すればよい。加熱に要する時間としては、少なくとも１００℃以上では約１５程度、５０℃では約８時間が必要である。その後、冷却してから、ステップＳ３１０で脱型すれば、セメント硬化物の完成となる。
【００３４】
このようにして製造された本発明のセメント組成物の硬化物は、アルミナセメント、水ガラス、水のみの単純な組成物から製造されたものでありながら、十分に高い曲げ強度を発揮することができる。このようにして製造されたセメント組成物の曲げ強度は、例えば、少なくとも２５Ｎ／ｍｍ２を超えることが確認できた。かかる高い曲げ強度を有するセメント組成物の硬化物は、現在知られていない。
【００３５】
これまで知られている曲げ強度が高いものとしては、補強繊維を入れて曲げ強度が精々２５Ｎ／ｍｍ２やっとの水準である。本発明では、かかる補強繊維を入れないで、少なくとも２５Ｎ／ｍｍ２以上の曲げ強度の確保が行える。
【００３６】
本発明のセメント硬化物は、さらに骨材を含有せしめることができ、コンクリートまたはモルタルとして使用することができる。
【００３７】
かかる構成の曲げ強度が高いセメント硬化物からできるコンクリートまたはモルタルを使用して、プレキャストコンクリート部材を作れば、曲げ強度が高いので、部材寸法、部材厚を小さくすることができ、安価な部材を提供することができる。また、壁面等に使用するボードとしても、補強繊維の混入等の方法で、靱性を高めることにより、高品質で安価なものを提供することができる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
本実施例では、上記セメント組成物の硬化物について、アルミナセメントと水ガラスとの混合重量比による曲げ強度への影響を調べた。アルミナセメントと水ガラスの混合重量比を変化させて供試体を作製し、それぞれの供試体について曲げ破壊試験を行った。その結果を表１に示した。
【００３９】
尚、以下の説明では、水ガラスのアルミナセメントに対する重量混合比(重量割合)をＳ／Ｃ（％）と略記して示した。
【００４０】
曲げ破壊試験には、６種の供試体を使用した。表１に示す如く、供試体１は、アルミナセメント５６重量％に対して水ガラスの固形分４４重量％を配合し、Ｓ／Ｃは７９％である。供試体２は、アルミナセメント６３重量％に対して水ガラスの固形分３７重量％を配合し、Ｓ／Ｃは５９％である。供試体３は、アルミナセメント７７重量％に対して水ガラスの固形分２３重量％を配合し、Ｓ／Ｃは３０％である。
【００４１】
供試体４は、アルミナセメント８３重量％に対して水ガラスの固形分１７重量％を配合し、Ｓ／Ｃは２０％である。供試体５は、アルミナセメント８７重量％に対して水ガラスの固形分１３重量％を配合し、Ｓ／Ｃは１５％である。供試体６は、アルミナセメント９１重量％に対して水ガラスの固形分９重量％を配合し、Ｓ／Ｃは１０％である。
【００４２】
また、かかるアルミナセメントと水ガラスの固形分を合わせて１００重量％に対して、表１に示すように、例えば供試体１〜６では、それぞれ水を１４重量％、１６重量％、１９重量％、２２重量％、２５重量％、２９重量％使用した。
【００４３】
【表１】
2007161546.tif 000002
【００４４】
供試体の作製に際しては、アルミナセメントとして電気化学工業社製のアルミナセメント２号を、水ガラスとして林ケミカルズ社製のものをそれぞれ使用した。表１に示す各供試体の混合比となるように、アルミナセメント、水ガラス（固形分相当）、水をそれぞれ計量して混練した。計量に際しては、水ガラス中の水分を考慮して水を添加して水分合計を表１の混合比に合わせるようにして調整した。
【００４５】
このようにして混練したセメント組成物を、高さ２ｍｍ、巾１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの金属製の型枠に打ち込んだ。そのまま、セメント組成物を入れた状態で型枠を電気炉に入れ、１５０℃にて１５分間加熱した。電気炉より取り出した型枠から脱型した供試体を空冷し、その後に曲げ破壊試験を行った。
【００４６】
供試体の大きさは、巾１０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×高さ２ｍｍの板状で、これを図２に示すように、２４ｍｍ間隔で単純に支持し、中央に荷重を載荷して曲げ破壊試験を行った。
【００４７】
表１から、６種の供試体は、曲げ強度が２５Ｎ／ｍｍ２以上の値を示していることが分かる。供試体６が２５Ｎ／ｍｍ２、供試体１が３２Ｎ／ｍｍ２、供試体２〜５迄がいずれも４４Ｎ／ｍｍ２以上の曲げ強度を示している。
【００４８】
Ｓ／Ｃが１５％、２０％、３０％、５９％の供試体では、少なくとも曲げ強度は４４Ｎ／ｍｍ２以上を示した。Ｓ／Ｃが１０％、７９％の供試体では、曲げ強度は２５Ｎ／ｍｍ２、３２Ｎ／ｍｍ２と４４Ｎ／ｍｍ２より低い値を示しているが、それでも通常のセメント硬化物に比べると格段に高い曲げ強度を示している。
【００４９】
従って、Ｓ／Ｃが１０％以上、８０％以下では、曲げ強度が２５Ｎ／ｍｍ２以上と十分な強度を示すことが確認される。より好ましくは、Ｓ／Ｃが１５％以上、５９％以下であれば、曲げ強度４４Ｎ／ｍｍ２以上を示すことが分かる。
【００５０】
本発明者は、供試体６の曲げ強度に関しては、水ガラス分が少なくアルミナセメントに対して、十分硬化に必要な量の水ガラスが行き渡っていないために、その強度が小さくなったと推察した。一方、供試体１の曲げ強度の低下原因については、破断面からみると、水ガラス分が多く、加熱処理の際に供試体内部に発生する気泡の粒径が大きくなることで、曲げ強度が低下するものと推察した。
【００５１】
（実施例２）
本実施例では、セメント組成物の硬化物における養生に際しての温度の影響について調べた。
【００５２】
前記実施例１で最大の曲げ強度が発現したＳ／Ｃが２０％の組成のセメント組成物を用い、５種の供試体を作製し、それぞれについて乾燥空気中で異なる温度で養生させて、その曲げ強度を測った。曲げ強度の測定は、前記実施例１と同様に、供試体を単純支持した状態で、供試体中央に荷重をかける破壊試験で行った。その結果を、表２に示した。
【００５３】
【表２】
2007161546.tif 000003
【００５４】
供試体７、８、９、１０、１１は、アルミナセメント８３重量％に対して水ガラスの固形分１７重量％を配合し、かかるアルミナセメントと水ガラスの固形分１００重量％に対して水を２２重量％配合して混合したもので、Ｓ／Ｃは２０％の同一組成のものである。かかる供試体７、８、９、１０、１１について、養生温度をそれぞれ５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃にし、供試体７を除いてそれぞれ同一の１５分間をかけて乾燥空気中で加熱養生した。供試体７の場合に、加熱には８時間を要した。
【００５５】
表２からは、供試体７〜１１の全てにおいて十分に大きな曲げ強度を有していることが分かる。しかし、供試体１０、１１では、供試体１０、１１自体そのものが少し黄色に変色していた。さらに、表面からは、過剰の水ガラス固形分が侵出しているのも確認された。
【００５６】
そこで、十分な曲げ強度を発現する実用的な養生温度の範囲は、１００℃以上、２００℃未満が現時点では、好ましいものと思われる。より好ましくは、加熱温度は硬化反応を促進させる温度であれば十分と考えられ、その意味では、１００℃以上、１５０℃以下でも、十分に有効な硬化をさせることができると考えられる。
【００５７】
本発明のセメント組成物の硬化に際しては、前述の如く、これまでのセメント硬化物の養生とは異なり、蒸気養生は使用できない。蒸気で加熱して養生すると、原因は分からないが、曲げ強度が低下するのである。
【００５８】
いずれにせよ、加熱温度は、硬化反応を促進させる温度であれば十分であり、この実験の様な小さな供試体では１００℃〜１５０℃が良いと思われる。成形物が大きくなると、温度を上げたり、加熱時間を増やす等の処置も必要となると思われる。
【００５９】
また、１００℃未満の温度でも、例えば供試体１のように試験を行ってみると、その結果は、時間をかけて加熱あるいは室温に放置等しておいても、曲げ強度が４４Ｎ／ｍｍ２以上の硬化物が得られることが確認された。すなわち、本発明においては、現時点では、例えば、２５Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは３２Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは４４Ｎ／ｍｍ２以上等の高い曲げ強度を得るためには、必ずしも加熱は必要ではないと思われる。しかし、実用的な時間範囲で硬化させるに際しては、加熱が有効であるとも言える。
【００６０】
そこで、現時点での実験では実用的加熱時間とは言えない場合も含まれるが、曲げ強度を得るとの目的の範囲内であれば、表２の結果の供試体７を含めた結果から、５０℃以上、２５０℃以下でも構わないと言える。特に、１００℃未満の低い温度で養生することができれば、将来、高温に弱い有機繊維を混ぜて使用する場合には有効となることが予想される。
【００６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、土木、建築等のセメント組成物を用いる分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のセメント組成物の硬化方法を示すフロー図である。
【図２】本発明における曲げ強度試験の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ１００、Ｓ１１０、Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ３００、Ｓ３１０  ステップ
【図１】
2007161546.tif 000004
【図２】
2007161546.tif 000005