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技術 シリカ材料、セメント成形品、セメント成形品の製造方法

出願人 ケイミュー株式会社
発明者 樫田雅弘若松憲彦
出願日 2008年3月12日 (12年9ヶ月経過) 出願番号 2008-063054
公開日 2009年9月24日 (11年3ヶ月経過) 公開番号 2009-215139
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 乾燥比重 セメント成形材料 成形ベルト 三次粒子 セメント成形品 シリカ材料 材料成分 セメントマトリックス
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この項目の情報は公開日時点(2009年9月24日)のものです。
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課題

シリカフュームの配合による強度向上の効果を高く得ることができるシリカ材料を提供する。

解決手段

珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって得られた、珪石粉とシリカフュームを含むシリカ材料に関する。シリカフュームを凝集することなく均一に分散した状態で、また珪石が粉砕された珪石粉の表面に付着させた状態でシリカフュームを混合したシリカ材料を得ることができる。このシリカ材料を用いることによって、シリカフュームの配合による強度向上の効果が高いセメント成形品を得ることができる。

概要

背景

セメント成形品は、セメントに、珪石粉シリカフューム骨材補強繊維等を配合してセメント成形材料を調製し、このセメント成形材料を成形して、養生硬化することによって製造されている。

このようにセメント成形品を製造するにあたって、乾式で成形する場合、セメント成形材料は各材料成分を乾式で混合することによって調製される。すなわち、乾式混合機にセメント、珪石粉、シリカフューム、骨材、補強繊維等を投入し、これらを混合することによって乾式のセメント成形材料を得ることができるものである。

ここで、シリカフュームはシリコンフェロシリコンなどを製造する際に発生する煙霧状の排ガス集塵して得られる副産物であり、非晶質シリカを主成分とする一次粒子径が1μm以下の微粒子である。シリカフュームはこのように微粒子であるため、水和活性が大であり、セメント粒子間に分散されて、セメントマトリックスが緻密になり、高い強度が発現されるものである。

そしてシリカフュームはこのように微粒子であるため、煙状に飛散して取り扱いが困難であり、またセメント成形材料の他の材料成分と均一に混合することが困難である。特にセメント成形材料を乾式混合して調製する場合、シリカフュームは凝集して粗大な粒子となり易く、シリカフュームを配合することによる強度向上の効果を十分に得ることができないという問題があった。

そこで、特許文献1では、高炉スラグ粉砕する際に、高炉スラグにシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって、高炉スラグの粉砕物にシリカフュームを凝集しない状態で分散させるようにしている。そしてこのようにシリカフュームを分散させた高炉スラグの粉砕物を他の材料成分に配合して混合することによって、シリカフュームを凝集させることなく均一に分散させたセメント成形材料を調製することができるのである。
特許第3116477号公報

概要

シリカフュームの配合による強度向上の効果を高く得ることができるシリカ材料を提供する。珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって得られた、珪石粉とシリカフュームを含むシリカ材料に関する。シリカフュームを凝集することなく均一に分散した状態で、また珪石が粉砕された珪石粉の表面に付着させた状態でシリカフュームを混合したシリカ材料を得ることができる。このシリカ材料を用いることによって、シリカフュームの配合による強度向上の効果が高いセメント成形品を得ることができる。なし

目的

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シリカフュームの配合による強度向上の効果を高く得ることができるシリカ材料を提供することを目的とするものであり、また強度を向上したセメント成形品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

珪石粉シリカフュームを含むシリカ材料であって、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって得られたものであることを特徴とするシリカ材料。

請求項2

シリカフュームと珪石の混合比率が、シリカフューム1に対して珪石2以上の質量比率であることを特徴とする請求項1に記載のシリカ材料。

請求項3

セメントとシリカ材料を主成分とするセメント成形材料成形硬化してなるセメント成形品であって、シリカ材料の少なくとも一部が、請求項1又は2に記載のシリカ材料であることを特徴とするセメント成形品。

請求項4

珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕する工程、この工程で得られた珪石粉とシリカフュームの混合物を含むシリカ材料をセメントに配合してセメント成形材料を調製する工程、このセメント成形材料を成形・硬化する工程、を有することを特徴とするセメント成形品の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、珪石粉シリカフュームを含むシリカ材料、このシリカ材料を原料の一つとするセメント成形品及びその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

セメント成形品は、セメントに、珪石粉、シリカフューム、骨材補強繊維等を配合してセメント成形材料を調製し、このセメント成形材料を成形して、養生硬化することによって製造されている。

0003

このようにセメント成形品を製造するにあたって、乾式で成形する場合、セメント成形材料は各材料成分を乾式で混合することによって調製される。すなわち、乾式混合機にセメント、珪石粉、シリカフューム、骨材、補強繊維等を投入し、これらを混合することによって乾式のセメント成形材料を得ることができるものである。

0004

ここで、シリカフュームはシリコンフェロシリコンなどを製造する際に発生する煙霧状の排ガス集塵して得られる副産物であり、非晶質シリカを主成分とする一次粒子径が1μm以下の微粒子である。シリカフュームはこのように微粒子であるため、水和活性が大であり、セメント粒子間に分散されて、セメントマトリックスが緻密になり、高い強度が発現されるものである。

0005

そしてシリカフュームはこのように微粒子であるため、煙状に飛散して取り扱いが困難であり、またセメント成形材料の他の材料成分と均一に混合することが困難である。特にセメント成形材料を乾式混合して調製する場合、シリカフュームは凝集して粗大な粒子となり易く、シリカフュームを配合することによる強度向上の効果を十分に得ることができないという問題があった。

0006

そこで、特許文献1では、高炉スラグ粉砕する際に、高炉スラグにシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって、高炉スラグの粉砕物にシリカフュームを凝集しない状態で分散させるようにしている。そしてこのようにシリカフュームを分散させた高炉スラグの粉砕物を他の材料成分に配合して混合することによって、シリカフュームを凝集させることなく均一に分散させたセメント成形材料を調製することができるのである。
特許第3116477号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上記の特許文献1のように、高炉スラグにシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なって、シリカフュームを凝集しない状態で高炉スラグの粉砕物に分散させることで、シリカフュームを均一に分散させたセメント成形材料を調製することが可能であるが、この方法では、セメント成形材料にシリカフュームが均一に分散して配合されることによる強度向上の効果が得られるだけであり、それ以上の効果を期待することはできない。

0008

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シリカフュームの配合による強度向上の効果を高く得ることができるシリカ材料を提供することを目的とするものであり、また強度を向上したセメント成形品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明に係るシリカ材料は、珪石粉とシリカフュームを含むシリカ材料であって、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって得られたものであることを特徴とするものである。

0010

また本発明は、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕するにあたって、シリカフュームと珪石の混合比率が、シリカフューム1に対して珪石2以上の質量比率であることを特徴とするものである。

0011

本発明に係るセメント成形品は、セメントとシリカ材料を主成分とするセメント成形材料を成形・硬化してなるセメント成形品であって、シリカ材料の少なくとも一部が、上記のシリカ材料であることを特徴とするものである。

0012

また本発明に係るセメント成形品の製造方法は、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕する工程、この工程で得られた珪石粉とシリカフュームの混合物を含むシリカ材料をセメントに配合してセメント成形材料を調製する工程、このセメント成形材料を成形・硬化する工程、を有することを特徴とするものである。

発明の効果

0013

本発明によれば、安価な窯業系材料の中で最も硬質な珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕することによって、シリカフュームを凝集することなく均一に分散した状態で、また珪石が粉砕された珪石粉の表面にシリカフュームを付着させた状態で混合したシリカ材料を得ることができるものである。

0014

そしてこのシリカフュームが珪石粉の表面に付着して均一に分散されたシリカ材料を、セメントなどの他の材料成分と混合することによって、シリカフュームが均一に分散されたセメント成形材料を調製することができるものであり、シリカフュームの配合によって強度を向上したセメント成形品を得ることができるものである。しかも、珪石粉の表面に同材質のシリカフュームが付着していることによって、シリカフュームがポゾラン反応を誘発して、珪石粉の反応性を高めることができ、セメント成形品の強度向上の効果をより高く得ることができるものである。

0015

また、シリカフュームの一次粒子径は数十nmであって、空気中では煙の状態となって取り扱いが極めて困難であり、たとえ高分散ミキサー粉砕機で分散できても、その分散した煙状の粉体を計量、搬送、貯蔵するのは非常に難しいが、シリカフュームより粗い粒子の珪石粉に付着させることによって、空気中でも安定で取り扱いが容易になるものである。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

0017

セメント成形材料に配合される珪石粉は、珪石を粉砕することによって得られる。そこで本発明では珪石を珪石粉に粉砕する際に、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって、珪石粉とシリカフュームが混合されたシリカ材料調製し、このシリカ材料を用いるものである。この粉砕は乾式粉砕で行なうものであり、例えばボールミルを用いて行なうことができる。

0018

すなわち、ボールミルに珪石とシリカフュームを投入し、珪石とシリカフュームが混合された状態で珪石を粉砕する。シリカフュームは粒径1μm以下の微粒子であるが、メーカーから提供されるシリカフュームは凝集して二次粒子三次粒子になっており、このように珪石とシリカフュームが混合された状態で珪石を粉砕することによって、珪石を珪石粉に粉砕すると同時に、シリカフュームが凝集した二次粒子や三次粒子を粉砕して粒径1μm以下の一次粒子に粉砕することができるものであり、シリカフュームを凝集することなく珪石粉に均一に分散させた状態で混合することができるものである。しかも、珪石とシリカフュームが混合された状態で粉砕を行なうことによって、粉砕の際のボール等によって加わる圧力で、珪石が粉砕された珪石粉の表面にシリカフュームの微粉末が付着することになり、シリカフュームは多くが珪石粉の表面に付着した状態で珪石粉と均一に分散混合されることになる。

0019

ここで、上記のように珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうにあたって、シリカフュームと珪石の混合比率は、シリカフューム1に対して珪石2以上の質量比率に設定するのが好ましい。シリカフューム1に対して珪石の質量比率が2未満であると、珪石に対するシリカフュームの量が多すぎて、シリカフュームを十分に分散させることが難しくなり、またシリカフュームの断面積の総和に対する珪石粉の表面積不足することになって、珪石粉の表面に付着できなくなるシリカフュームの量が多くなる。また、シリカフュームに対する珪石の比率の上限は特に設定されないが、通常はシリカフューム1に対して珪石5以下の質量比率に設定するのが好ましい。また上記の粉砕は、珪石を粉砕して得られる珪石粉の粉末度が、ブレーン値で3000〜12000cm2/gの範囲になるまで行なうのが好ましい。

0020

上記のように珪石とシリカフュームを混合した状態で粉砕を行なうことによって得られる、珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を用いて、セメント成形材料を調製することができる。すなわち、セメント成形材料を例えば、セメント、珪石粉、シリカフューム、骨材、パルプポリプロピレン繊維などの補強繊維を配合して調製する場合、セメントに上記の珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を配合し、さらに骨材や補強繊維を配合し、これを混合することによって行なうことができる。この混合には周知のミキサを用いることができる。しかもシリカフュームは珪石粉の表面に付着しているので、シリカフュームが飛散したり、シリカフュームが凝集したりすることなく、アイリッヒミキサなどの乾式のミキサを用いてシリカフュームをセメント成形材料中に均一に分散させることができるものである。

0021

セメント成形材料の各材料成分の配合量は特に限定されるものではないが、例えば、セメント20〜40質量%、珪石粉20〜40質量%、シリカフューム3〜13質量%、パルプ3〜7質量%、骨材10〜40質量%、ポリプロピレン繊維0〜0.5質量%程度の範囲が好ましく、また必要に応じて湿り気を与える程度の適量の水を配合するものである。このとき、珪石にシリカフュームを混合した状態で粉砕して得られるシリカ材料において、珪石粉とシリカフュームの混合比率が、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率と異なる場合、シリカ材料を配合するだけでは、珪石粉とシリカフュームのうち一方が不足することになるが、この場合には不足する分を追加して、配合比率を調整するようにすればよい。ここで、シリカ材料におけるシリカフュームの混合比率が、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率以上になるようにしておけば、取り扱いが容易で、また均一に混合し易い珪石粉を追加して、セメント成形材料中の珪石粉とシリカフュームの配合比率を調整するようにすればよくなるので、混合の作業性や均一なセメント成形材料を得る上で、好ましいものである。

0022

このように調製したセメント成形材料を用いてセメント成形品を製造するにあたっては、任意の方法を採用することができる。例えば、ハチェック製法等の湿式製法押出製法、または乾式法等によって成形した後、オートクレーブなどで養生して硬化させることによって、セメント成形品を製造することができるものである。

0023

このようにしてセメント成形品を製造するにあたって、シリカフュームは珪石が粉砕された珪石粉の表面に付着した状態で均一に混合されているため、セメント成形材料中に凝集することなく均一に分散されており、シリカフュームを配合することによる効果を高く得ることができるものであり、セメント成形品の強度を向上する効果を高く得ることができるものである。特に、珪石粉の表面に同材質のシリカフュームが付着していることによって、シリカフュームがポゾラン反応を誘発して、珪石粉の反応性を高めることができるものであり、セメント成形品の強度向上の効果をより高く得ることができるものである。この結果、シリカフュームの使用量を低減しても高い強度を有するセメント成形品を得ることができるものであり、シリカフュームの使用量を低減して材料コストを低減することが可能になるものである。

0024

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

0025

(実施例1)
質量比率で3:1の珪石とシリカフューム(かさ比重0.5)をそれぞれボールミルに投入し、珪石がブレーン値4000cm2/gの珪石粉になるまで粉砕を行ない、珪石粉とシリカフュームの混合物からなるシリカ材料を得た。

0026

そして、セメント30.0質量部に、パルプを5.0質量部、砕石を15.0質量部、無機質板廃材の粉砕物を15質量部、ポリプロピレン繊維を0.2質量部配合し、また上記のシリカ材料を20.0質量部、さらに珪石粉を15.0質量部配合し、アイリッヒミキサで均一に混合することによって、セメント成形材料を調製した。尚、このセメント成形材料には珪石粉が30.0質量部、シリカフュームが5.0質量部含有されている。

0027

そして成形ベルトの上にセメント成形材料を層状に供給し、セメント成形材料に水を散布して供給しつつ、ロール圧縮成形することによってグリーンシートに成形した。次いでこのグリーンシートを180℃でオートクレーブ養生して硬化させることによって、セメント板としてセメント成形品を得た。

0028

(比較例1)
セメント30.0質量部に、珪石粉を30.0質量部、シリカフュームを5.0質量部、パルプを5.0質量部、砕石を15.0質量部、無機質板の廃材の粉砕物を15質量部、ポリプロピレン繊維を0.2質量部配合し、アイリッヒミキサで均一に混合することによって、セメント成形材料を調製した。そして、このセメント成形材料を用いて、実施例1と同様にしてセメント成形品を得た。

0029

上記のように実施例1及び比較例1で得たセメント成形品について、JIS A1408に準拠して曲げ強度を測定し、さらに乾燥比重を測定した。結果を表1に示す。

0030

0031

表1にみられるように、珪石とシリカフュームを混合して粉砕することによって得たシリカ材料を用いるようにした実施例1のものは、曲げ強度が1.06倍向上しており、強度向上の効果が高いことが確認される。

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