高い早期圧縮強度を有する超急結性セメント系組成物
セメントボード用の急結性組成物を作製する方法を開示する。ポルトランドセメント、フライアッシュ、石こう、アルカノールアミン及びリン酸塩を含む組成物を開示する。アルカノールアミンとリン酸塩の間の相乗的な相互作用のために、促進反応の効果が増進し、それによって急結性で、早期圧縮強度が増加した組成物を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
[001]本発明は、一般には、急速硬化及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できる超急結性セメント系組成物に関する。詳細には、本発明は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたボードを作製するのに使用できるセメント系組成物に関する。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメント系混合物が注がれたらあまり間をおかずにボードの取扱いができるように、セメント系混合物が急結する条件下で作製される。理想的には、セメント混合物のこうした凝結は、セメント混合物を適量の水と混合した後、わずか約３０分で、好ましくは、わずか２０分で、より好ましくは、わずか１０分で、最も好ましくは、わずか５分で実現することができる。
【０００２】
［発明の背景］
[002]参照により本明細書に組み込まれているＰｅｒｅｚ−Ｐｅｎａらの米国特許第６，８６９，４７４号では、セメントボードなどのセメント系製品を製造するためのセメント系組成物の超急結性が議論されており、その超急結性は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメントにアルカノールアミンを添加し、初期スラリー温度が９０°Ｆ（３２℃）以上である条件下で水を用いてスラリーを形成することによって実現される。追加の反応性材料として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシュなどのポゾラン性材料なども挙げることができる。超急結性によって、セメント系製品を速やかに生産することが可能になる。トリエタノールアミンの添加により、フライアッシュ及び石こう濃度を上昇させても、アルミン酸カルシウムセメントを必要とせずに、凝結の終結時間（ｆｉｎａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ）が比較的短い配合物を製造することができ、トリエタノールアミンが非常に強力な促進効果を示すことが分かった。しかし、トリエタノールアミンを含む配合物は、アルミン酸カルシウムセメントを含むセメントボード配合物に比較して早期圧縮強度が相対的に低かった。
【０００３】
[003]参照により本明細書に組み込まれているＧａｌｅｒらの米国特許第４，４８８，９０９号では、急結できるセメント系組成物が議論されている。この組成物では、水と混合した後、エトリンガイトになり得る可能性のあるもののうち、基本的にすべてから約２０分以内にエトリンガイトを形成することによって耐二酸化炭素性のセメントボードを高速で生産することができる。このセメント系組成物の基本的な成分は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び石灰である。フライアッシュ、モンモリロナイト粘土、珪藻土及び軽石粉などのポゾランは、最大約２５％まで添加することができる。このセメント組成物は、約１４〜２１重量％の高アルミナセメントを含むので、その他の成分と組み合わされたこの高アルミナセメントによって、セメント系混合物の急結の原因となるエトリンガイト及びその他のアルミン酸カルシウム水和物を早期に形成することができる。彼らの発明では、Ｇａｌｅｒらは、高アルミナセメント（ＨＡＣ）を用いてアルミン酸塩を供給し、石こうを用いて硫酸塩イオンを供給することによってエトリンガイトを形成し、セメント系混合物の急結性を実現した。
【０００４】
[004]エトリンガイトは、式Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３・３２Ｈ２Ｏ、或は３ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏを有する硫酸アルミニウムカルシウム化合物である。エトリンガイトは、長い針状晶として形成され、セメントボードに速やかに早期強度を提供し、その結果としてセメントボードは、型枠内に、又は連続式鋳込み成型ベルト上に注がれた後、間もなく取り扱うことができる。
【０００５】
[005]一般には、Ｇａｌｅｒらの急結性配合物は、数種の制約を受ける。以下に強調されているようなこうした制約は、セメントボードなどのセメント系製品を製造する場合、大きな関心事である。
【０００６】
[006]セメント系混合物の凝結の終結時間は、通常、９分を超える。凝結の終結時間は、以下の実施例でさらに定義されるが、より一般的には、セメント系混合物は、それから作製したセメント系製品が、化学反応はさらに長期間続く場合もあるが、取り扱ったり積層したりすることができる程度まで凝結している。
【０００７】
[007]反応性粉末ブレンド中の高アルミナセメント（アルミン酸カルシウムセメントとも呼ばれる）の量は、非常に多い。通常、高アルミナセメントは、反応性粉末ブレンドのうち１４重量％を超える。
【０００８】
[008]ポゾラン材料の量は、反応性粉末ブレンドの２５重量％までに限定される。
【０００９】
[009]石灰は、急結性を得るための追加の成分として必要である。セメントボード中に石灰が過剰に存在することは、その長期の耐久性能にとって有害である。セメントボードは、ポリマーコート付グラスファイバメッシュで補強される場合が多く、このメッシュは、高アルカリ環境中で強度及び延性を失い、劣化する。過剰の石灰の存在によって、セメント系マトリックスのアルカリ度が上昇し、それによってポリマーコート付グラスファイバメッシュ及び生成セメントボードの長期の耐久性能が負の影響を受ける。加えて、過剰の石灰の存在によって、コンクリートが硫酸塩による攻撃も受け易くなり、それによってその耐久性が影響される。
【００１０】
［発明の概要］
[0010]本発明の目的は、高温の水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩とを混合するステップを含む、急結性スラリーを提供する方法を提供することである。
【００１１】
[0011]本発明の別の目的は、速やかな終結性能が増進し、早期圧縮強度が増進したセメント系組成物を提供することである。このセメント系組成物は、アルカノールアミンとポリリン酸塩を含む。
【００１２】
[0012]したがって、本発明は、一般には、急速硬化及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できる超急結性セメント系組成物、及びかかる組成物を作製する方法に関する。スラリーを高温で形成する際にセメント系組成物の凝結を促進するためにポリリン酸塩と組み合わせてアルカノールアミンを使用すると、アルカノールアミン濃度を低減しつつ、セメントボードなどのセメント系製品の生産速度を上昇させることが可能になる。
【００１３】
[0013]本発明のセメント系組成物は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品を作製するのに使用することができる。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメント系混合物が注がれたらあまり間をおかずにボードの取り扱いができるように、セメント系混合物が急結する条件下で作製される。
【００１４】
[0014]急結性は、周囲の温度を越える温度、例えば、約９０°Ｆ（３２．２℃）以上、より好ましくは、約１００°Ｆ（３８℃）以上、又約１０５°Ｆ（４１℃）以上、又は約１１０°Ｆ（４３℃）以上で、水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、凝結促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩との混合物を含むスラリーを調製することによって実現される。通常、スラリーは、約９０°Ｆ〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）、又は約９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）、最も好ましくは、約１２０〜１３０°Ｆ（４９〜５４℃）の初期温度を有する。
【００１５】
[0015]ギルモア針によって測定した場合の、セメント系組成物の凝結の終結時間（即ち、その時間後では、セメントボードを取り扱うことができる時間）は、適量の水と混合後、長くとも３０分、好ましくは、長くとも２０分、より好ましくは、長くとも１０分又は長くとも５分であるべきである。凝結時間が短くなり、早期圧縮強度が大きくなることにより、生産量の増加、及び製品製造コストの低減を促進する。
【００１６】
[0016]スラリー中へのアルカノールアミンの用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．０２５〜４．０重量％、より好ましくは、約０．０２５〜２．０重量％、さらに好ましくは、約０．０２５〜１重量％又は約０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、約０．０５〜０．１重量％の範囲である。トリエタノールアミンは、好ましいアルカノールアミンである。しかし、モノエタノールアミン及びジエタノールアミンなどの他のアルカノールアミンも、トリエタノールアミンを代替することができ、或は、トリエタノールアミンと組み合わせて使用することができる。
【００１７】
[0017]ポリリン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．１５〜１．５重量％、好ましくは、約０．３〜１．０重量％、より好ましくは、約０．４〜０．７５重量％である。好ましいリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であるが、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などの他のポリリン酸塩との配合物も、トリエタノールアミン濃度を低下させた場合に、凝結の終結性能を向上させ、圧縮強度を向上させる。
【００１８】
[0018]上述したように、こうした重量％は、反応性成分（セメント系反応性粉末）の重量に対するものである。このセメント系反応性粉末は、少なくとも水硬性セメント、好ましくは、ポルトランドセメントを含むことになり、又、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム、及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュも含んで水と共にスラリーを形成することができる。セメント系反応性粉末は、骨材などの不活性物を含まない。
【００１９】
[0019]典型的なセメント系反応性粉末は、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、約２０〜６０重量％のフライアッシュとを含み、この場合、重量％は、ポルトランドセメントとフライアッシュの和を基準としたものである。
【００２０】
[0020]別の典型的なセメント系反応性粉末は、ポルトランドセメントと、アルミン酸カルシウムセメントと、硫酸カルシウムとフライアッシュとの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含む。したがって、セメント系組成物のセメント系反応性粉末ブレンドは、反応性粉末ブレンドの最大５５重量％までのポゾラン性材料などある濃度の鉱物性添加材を含むことができる。鉱物性添加材、例えば、フライアッシュの含有量を増加させることにより、製品コストが実質的に低下するようになると思われる。さらには、組成物においてポゾラン性材料を使用することにより、ポゾラン反応の結果として製品の長期耐久性を向上させるようにもなると思われる。
【００２１】
[0021]セメント系組成物の反応性粉末ブレンドは、石灰を外部から添加すべきではない。石灰含量を低下させることは、セメント系マトリックスのアルカリ度を低下させ、これにより、製品の長期耐久性を増進させるようになると思われる。
【００２２】
[0022]ポリリン酸塩とアルカノールアミンの間には相乗的相互作用が存在する。ポリリン酸塩及びアルカノールアミンの添加は、ポリリン酸塩を含まない組成物に比較してアルカノールアミン用量を低減した組成物における凝結の終結時間が短くなり、早期圧縮強度が上昇するという利点を有する。
【００２３】
[0023]加えて、ポリリン酸塩を添加すると、硫酸アルミニウムなどの他の促進剤と異なり、混合物の流動性が改良される。これは、硫酸アルミニウムでは、コンクリート混合物の固化が早過ぎる恐れがあるからである。
【００２４】
[0024]接着特性が実質的にある、ほとんどない、又はまったくない鉱物性添加材を本発明の急結性複合材に含ませることができる。クラスＣフライアッシュなど、ポゾラン特性を有する鉱物性添加材は、本発明の反応性粉末ブレンドにおいて特に好ましい。骨材及びフィラーは、本発明の急結性セメント系組成物の用途に応じて添加することができる。
【００２５】
[0025]１つ又は複数の、砂、骨材、軽量フィラー、高性能減水剤（ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）などの減水剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、空気連行剤、発泡剤、収縮調節剤、スラリー粘度調整剤（増粘剤）、着色剤及び内部養生剤などのその他の添加剤は、本発明のセメント系組成物の作業性及び用途に応じて所望通り含ませることができる。
【００２６】
[0026]所望により、本発明の反応性粉末ブレンドは、アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）（通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる）及び／又は硫酸カルシウムを含んでも、含まなくてもよい。別の実施形態では、反応性粉末ブレンドは、高アルミナセメントを含まず、反応性粉末成分としてポルトランドセメントのみと、任意選択の鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュと、少なくとも１つのアルカノールアミンと、少なくとも１つのリン酸塩と、添加剤とを含む。
【００２７】
[0027]別段の指定がない限り、本明細書では、百分率、比及び割合はすべて、重量による。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＳＴＭＰの増加が、トリエタノールアミン０．０５％を含む混合物の温度上昇に及ぼす効果を示す実施例１の結果のグラフである。
【図２】１００重量部のＩＩＩ型ポルトランドセメントと、４０重量部のクラスＣフライアッシュと、２０重量部のランドプラスタと、０．１０重量％のトリエタノールアミンと、０．７５重量％のトリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、又はトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）のうちの１つとを含む混合物における温度上昇の比較を示す実施例５の結果のグラフである。
【００２９】
［発明の詳細な説明］
[0030]本発明は、９０°Ｆ（３２．２℃）以上の初期スラリー温度でセメント系反応性粉末をアルカノールアミン、ポリリン酸塩及び水と混合することによって、３０分未満、より好ましくは、２０分未満、最も好ましくは、１０分未満又は５分未満の急結性が得られる。
【００３０】
[0031]本発明は、速やかな終結性能が向上し、早期圧縮強度が向上したセメント系組成物も提供する。
【００３１】
[0032]特定の理論に拘泥されるものではないが、急結性は、例えば、４０〜８０重量％のポルトランドセメント、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメント、０〜７重量％の硫酸カルシウム及び０〜５５重量％の鉱物性添加材からなるセメント系反応性粉末を供給し、エトリンガイト及び／又はアルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物の形成がこの反応性粉末ブレンドの水和の結果として生じ得るように、９０°Ｆ（３２．２℃）超の高温で該セメント系反応性粉末、アルカノールアミン、ポリリン酸塩及び水を混合してスラリーを形成することによって実現されることが理論化されている。
【００３２】
[0033]したがって、適量の水を供給してセメント系反応性粉末を水和させ、エトリンガイト、アルミン酸カルシウム化合物の他の水和物及び／又はリン酸カルシウムを速やかに形成する。一般には、添加される水の量は、セメント系反応性粉末の水和に理論的に必要とされる量より多いことになる。水の含有量をこのように増加させると、セメント系スラリーの作業性が増進される。
【００３３】
[0034]通常、スラリーにおいて、セメント系反応性粉末ブレンドに対する水の重量比は、約０．２０／１〜０．８０／１、好ましくは、約０．３０／１〜０．６０／１である。水の量は、セメント系組成物中にその必要性により存在する個別の材料によって決まる。
【００３４】
[0035]エトリンガイト、アルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物は、水和過程において非常に速やかに形成され、それによって、本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末ブレンドによって作製された混合物は急結性及び、剛性を賦与される。セメントボードなどのセメント系製品の製造では、本発明のセメント系組成物が適量の水と混合された後、数分以内にセメントボードのハンドリングを可能にするのは、主として、エトリンガイト、他のアルミン酸カルシウム水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物の形成による。
【００３５】
[0036]組成物の凝結は、ＡＳＴＭ Ｃ２６６試験手順に規定されたギルモア針を使用して測定される始発時間及び終結時間によって特徴づけられる。終結時間は、セメント系製品、例えば、セメントボードが、十分に硬化してハンドリングできるようになった時間にも対応する。終結時間に到達した後も硬化反応はそれ以後の期間も続くことは当業者には理解されよう。
【００３６】
[0037]組成物の早期強度は、ＡＳＴＭ Ｃ１０９に規定された養生５時間後の圧縮強度を測定することによって特徴づけられる。早期強度が大きいことによって、積層されたパネルを容易にハンドリングすることが可能になる。
【００３７】
＜セメント系反応性粉末＞
[0038]本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末の主成分は、水硬性セメント、好ましくは、ポルトランドセメントである。
【００３８】
[0039]その他の成分として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュなどのポゾランを挙げることができる。好ましくは、水硬性セメント、鉱物性添加材、並びに促進剤としてのアルカノールアミン及びリン酸塩を残し、アルミン酸カルシウムセメント及び硫酸カルシウムが少量使用され、使用されないことが好ましい。
【００３９】
[0040]本発明のセメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント及びフライアッシュのみを含む場合、反応性粉末は、通常、ポルトランドセメントとフライアッシュの和を基準にして、４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、２０〜６０重量％のフライアッシュとを含む。
【００４０】
[0041]その他の成分が存在する場合、セメント系反応性粉末は、通常、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシの和を基準にして、４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含むことができる。
【００４１】
＜水硬性セメント＞
[0042]ポルトランドセメントなどの水硬性セメントは、本発明の組成物のうちの相当な量を構成する。通常はいくらかの石こうがポルトランドセメント中に含まれるが、本明細書では、「水硬性セメント」は、水の存在下で強度を発現しない石こうを含まないことを理解されたい。ポルトランドセメントに対するＡＳＴＭ Ｃ １５０標準規格は、ポルトランドセメントを、水硬性ケイ酸カルシウムから基本的になり、同時粉砕用添加物（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ）として１以上の形態の硫酸カルシウムを通常含むクリンカを粉砕することによって製造される、水硬性セメントとして定義する。より一般的には、その他の水硬性セメント、例えば、カルシウムスルホアルミネート系セメントは、ポルトランドセメントを代替することができる。ポルトランドセメントを製造するためには、石灰石と粘土との密接な混合物をキルンで焼成してポルトランドセメントクリンカを形成する。ポルトランドセメントの以下の４つの主たる相、即ち、ケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ３Ｓとも呼ばれる）、ケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ２Ｓと呼ばれる）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３又はＣ３Ａ）及びアルミン酸鉄四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３又はＣ４ＡＦ）がクリンカ中に存在する。上記の化合物を含む生成クリンカを所望の微細度まで硫酸カルシウムと同時に粉砕する（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ）ことによってポルトランドセメントを生産する。
【００４２】
[0043]ポルトランドセメント中に少量存在するその他の化合物として、硫酸アルカリの複塩、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが挙げられる。セメントボードを作製しようとする場合、ポルトランドセメントは、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、粒子の表面積が４，０００ｃｍ２／グラム超、通常５，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムであるような非常に微細な粒子の形態で通常存在することになる。ポルトランドセメントの広く認められている多様なクラスのなかで、ＡＳＴＭＩＩＩ型ポルトランドセメントが、本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末において最も好ましい。これは、このセメントの反応性が比較的速やかであり、早期強度の発現が大きいからである。
【００４３】
[0044]本発明では、ＩＩＩ型ポルトランドセメントを使用する必要性は、最小化されており、ＩＩＩ型ポルトランドセメントの代わりに他のセメントを使用しても比較的速やかな早期強度の発現を得ることができる。本発明の組成物においてＩＩＩ型ポルトランドセメントを代替又は補助するのに使用できるその他の広く認められた型のセメントとして、Ｉ型ポルトランドセメント、又は、ＩＩ型ポルトランドセメント、白色セメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、ポゾラン混入セメント、膨張セメント、スルホアルミネートセメント、及び油井セメントを含めての他の水硬性セメントが挙げられる。
【００４４】
＜鉱物性添加材＞
[0045]水硬性セメントは、接着特性が相当にある、ほとんどない、又はまったくない鉱物性添加材によって部分的に代替することができる。フライアッシュなどのポゾラン特性を有する鉱物性添加材は、本発明のセメント系反応性粉末において特に好ましい。
【００４５】
[0046]ＡＳＴＭ Ｃ６１８−９７は、ポゾラン性材料を、「それ自体はほとんど又はまったくセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、水分の存在下、常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」として定義する。天然及び人工の多様な材料が、ポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の例として、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、メタカオリン、造粒高炉スラグ粉砕物、及びフライアッシュが挙げられる。こうしたポゾラン材料はすべて、本発明のセメント系反応性粉末の一部として単独で又は組み合わせて使用することができる。フライアッシュは、本発明のセメント系反応性粉末ブレンドにおける好ましいポゾランである。酸化カルシウム及びアルミン酸カルシウムの含有量が大きいフライアッシュ（ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準のクラスＣフライアッシュなどの）は、以下で説明されるように好ましい。炭酸カルシウム、バーミキュライト、粘土及び粉砕雲母など他の鉱物性添加材も、鉱物性添加材として含ませることができる。
【００４６】
[0047]フライアッシュは、石炭の燃焼に由来して形成される微粉末副生物である。微粉炭を燃焼させる電力プラント事業用ボイラーによって最も市場に適したフライアッシュが生産される。こうしたフライアッシュは、主として、ガラス状球形粒子、並びにヘマタイトとマグネタイトの残分、炭、及び冷却中に形成されるいくつかの結晶相からなる。フライアッシュ粒子の構造、組成及び特性は、石炭の構造と組成、及びフライアッシュが形成される燃焼プロセスによって決まる。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、コンクリートで使用されるフライアッシュの２つの主要なクラス−クラスＣ及びクラスＦが認定されている。フライアッシュのこれら２つのクラスは、地質時代に行われた石炭形成プロセスの相違の結果である石炭の種類の相違に由来する。クラスＦフライアッシュは、通常、無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成し、クラスＣフライアッシュは、通常、亜炭又は亜瀝青炭から生成する。
【００４７】
[0048]ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準は、主としてそのポゾラン特性によってクラスＦ及びクラスＣフライアッシュを区別する。したがって、ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、クラスＣフライアッシュとクラスＦフライアッシュの主要な規格上の相違点は、組成におけるＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界によるものである。クラスＦフライアッシュに対するＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界は、７０％であり、クラスＣフライアッシュでは５０％である。したがって、クラスＦフライアッシュは、クラスＣフライアッシュよりポゾラン性が高い。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では明確に認定されていないが、クラスＣフライアッシュは、通常、酸化カルシウム含有量が大きい。酸化カルシウムが多く存在するために、クラスＣフライアッシュはセメント様特性を有するようになり、それによって、水と混合した場合に、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム水和物が形成される。以下の実施例で分かるように、クラスＣフライアッシュは、特に、アルミン酸カルシウムセメント及び石こうが使用されない好ましい配合物において、優れた結果をもたらすことが分かっている。
【００４８】
[0049]本発明のセメント系組成物で使用されるセメント系反応性粉末ブレンドにおけるポルトランドセメントに対するポゾラン材料の重量比は、約０／１００〜１５０／１００、好ましくは、７５／１００〜１２５／１００である。一部のセメント系反応性粉末ブレンドでは、ポルトランドセメントが約４０〜８０重量％、フライアッシュが２０〜６０重量％である。
【００４９】
＜アルミン酸カルシウムセメント＞
[0050]アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、本発明の一部の実施形態の反応性粉末ブレンドの成分を形成できる別の型の水硬性セメントである。
【００５０】
[0051]アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる。アルミン酸カルシウムセメントは、アルミナ含有量が高く、約３６〜４２％重量％が典型的である。より高純度のアルミン酸カルシウムセメントも市販されており、そのセメントでは、アルミナ含有量は、８０重量％にもなる場合がある。こうしたより高純度のアルミン酸カルシウムセメントは、他のセメントと比較して非常に高価になる傾向がある。本発明の一部の実施形態の組成物で使用されるアルミン酸カルシウムセメントは、アルミン酸塩が水性相に入るのを促進するように微細に粉砕されており、その結果として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物を速やかに形成させることができる。本発明の一部の実施形態で使用し得るアルミン酸カルシウムセメントの表面積は、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、３，０００ｃｍ２／グラム超、通常、約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムになることになる。
【００５１】
[0052]アルミン酸カルシウムセメントを生産するための数種類の製造法が世界全体で現れている。通常、アルミン酸カルシウムセメントの製造で使用される主原料は、ボーキサイト及び石灰石である。アルミン酸カルシウムセメントを生産するためにＵＳで使用されてきた１つの製造法を以下に説明する。最初にボーキサイト鉱を破砕し、乾燥させ、次いで石灰石と一緒に粉砕する。次いで、ボーキサイト及び石灰石を含む乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。キルンの燃料としては、粉砕した低灰分炭を使用する。ボーキサイトと石灰石の反応が、キルン内で行われ、溶融生成物が、キルンの低い方の末端部に集合し、底部の一連のトラフ内に注がれる。溶融クリンカを水で急冷することによって粒状クリンカを形成し、次いでストックパイルに輸送する。次いで、この粒状物を所望の粒度まで粉砕することによって最終のセメントを生産する。
【００５２】
[0053]数種のアルミン酸カルシウム化合物が、アルミン酸カルシウムセメントを製造する過程の間に形成される。形成される主化合物は、アルミン酸一カルシウム（ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＣＡとも呼ばれる）である。形成される他のアルミン酸カルシウム化合物及びケイ酸カルシウム化合物として、Ｃ１２Ａ７とも呼ばれるｌ２ＣａＯ・７Ａ１２Ｏ３、ＣＡ２とも呼ばれるＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ケイ酸二カルシウム（Ｃ２Ｓと呼ばれる２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ケイ酸アルミナ二カルシウム（Ｃ２ＡＳと呼ばれる、２ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・ＳｉＯ２）が挙げられる。酸化鉄を比較的高い割合で含む数種の他の化合物も形成される。こうしたものとして、ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣＦ及び２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ２Ｆなどのカルシウムフェライト、並びにテトラカルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ４ＡＦ）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６ＡＦ２、及び６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６Ａ２Ｆなどのカルシウムアルミノフェライトが挙げられる。アルミン酸カルシウムセメント中に存在する他の微量成分として、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ２）、硫酸塩、及びアルカリが挙げられる。
【００５３】
＜硫酸カルシウム＞
[0054]以下に示す多様な形態の硫酸カルシウムを本発明で使用することによってエトリンガイト及び他のカルシウムスルホアルミネート水和物化合物を形成するための硫酸塩イオンが提供される。
【００５４】
[0055]二水和物−ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ（通常、石こう又はランドプラスタとして知られている）
【００５５】
[0056]半水和物−ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ（通常、スタッコ又はプラスタオブパリス若しくは単にプラスタとして知られている）
【００５６】
[0057]無水物−ＣａＳＯ４（無水硫酸カルシウムとも呼ばれる）
【００５７】
[0058]ランドプラスタは、比較的純度の低い石こうであり、経済的な見地から好ましい。但し、純度が高い方の等級の石こうも使用できる。ランドプラスタは、採掘された石こうから作製され、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、比表面積が２，０００ｃｍ２／グラム超、通常約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムになるように比較的小さい粒子まで粉砕される。微細粒子は、容易に溶解し、エトリンガイトを形成するのに必要である石こうを供給する。多様な製造業からの副生物として得られる合成石こうも本発明の好ましい硫酸カルシウムとして使用することができる。他の２つの形態の硫酸カルシウム、即ち、半水和物及び無水物も、石こうつまり硫酸カルシウムの二水和物形態の代わりに本発明で使用することができる。
【００５８】
＜アルカノールアミン＞
[0059]本発明では、多様なアルカノールアミンを単独で又は組み合わせて使用することによって本発明のセメント系組成物の凝結性を促進することができる。本発明で使用するアルカノールアミンの典型的な群は、ＮＨ３−ｎ（ＲＯＨ）ｎであり、式中、ｎは、１、２又は３であり、Ｒは炭素原子を１、２又は３個を有するアルキルである。有用なアルカノールアミンの例として、モノエタノールアミン［ＮＨ２（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）］、ジエタノールアミン［ＮＨ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）２］、及びトリエタノールアミン［Ｎ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）３］が挙げられる。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）は、本発明において最も好ましいアルカノールアミンである。
【００５９】
[0060]アルカノールアミンは、強力なアルカリ性で、カチオン活性であるアミノアルコールである。アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミンは、通常、本発明のセメント系反応性粉末の重量に対して、約０．０２５〜４．０重量％、好ましくは、約０．０２５〜２．０重量％、より好ましくは、約０．０２５〜１．０重量％、さらに好ましくは、約０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、約０．０５〜０．１重量％の用量で使用される。したがって、例えば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、アルカノールアミン０．０２５〜４．０ポンドが存在する。
【００６０】
[0061]アルカノールアミン及びポリリン酸塩（以下に記載の）を添加すると、高温で開始した場合、本発明のセメント系組成物の急結特性に対して有意な影響がもたらされる。約９０°Ｆ（３２℃）超のスラリー温度が得られる条件下で適量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩を添加すると、凝結の終結時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００６１】
＜ポリリン酸塩＞
[0062]好ましいポリリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であるが、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などの他のリン酸塩を含む配合物も、アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミン濃度を減らした場合に、終結性能を向上させ、圧縮強度を向上させた配合物を提供する。
【００６２】
[0063]ポリリン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．１５〜１．５重量％、好ましくは、約０．３〜１．０重量％、より好ましくは、約０．５〜０．７５重量％である。したがって、例えば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、ポリリン酸塩約０．１５〜１．５ポンドが存在する。
【００６３】
[0064]約９０°Ｆ（３２℃）超のスラリー温度が得られる条件下で適切な用量のポリリン酸塩を添加することによって得られる急結性によって、高アルミナセメントがなくてもトリエタノールアミンを大幅に低減することが可能になる。
【００６４】
[0065]用いられるポリリン酸塩又は縮合リン酸塩は、１個以上のリン原子を有し、リン原子は、相互に結合していない。しかし、対になった各リン原子は、少なくとも１つの同じ酸素原子に、例えば、Ｐ−Ｏ−Ｐのように結合している。本出願における一般のクラスの縮合リン酸塩として、メタリン酸塩及びピロリン酸塩が挙げられる。用いられるポリリン酸塩は、通常、アルカリ金属ポリリン酸塩から選択される。
【００６５】
[0066]メタリン酸塩は、イオン性部分（（ＰＯ３）ｎ）ｎ−を含む環式構造であるポリリン酸塩であり、ｎは、少なくとも３であり、例えば、（Ｎａ３（ＰＯ３）３）である。ウルトラリン酸塩は、ＰＯ４四面体の少なくとも一部が隅の酸素原子３個を共有するポリリン酸塩である。ピロリン酸塩は、（Ｐ２Ｏ７）４−イオンを有するポリリン酸塩、例えば、ＮａｎＨ４−ｎ（Ｐ２Ｏ７）であり、ｎは０〜４である。
【００６６】
＜凝結遅延剤＞
[0067]本発明の組成物における成分として凝結遅延剤を使用することは、セメント系製品を成型するのに使用される初期スラリー温度が、特に高い、通常１００°Ｆ（３８℃）超であるような状況では特に助けとなる。かかる比較的高い初期スラリー温度では、クエン酸ナトリウム又はクエン酸などの遅延剤は、組成物中の多様な反応成分間の相乗的な物理的及び化学的反応を促進し、スラリー温度上昇に対する好ましい応答及び好ましい急結挙動がもたらされる。遅延剤を添加しないと、水を混合物に添加した直後に、本発明の反応性粉末ブレンドの固化が非常に速やかに生ずる恐れがある。「偽凝結」とも呼ばれる、混合物の速やかな固化は、望ましくない。というのは、この偽凝結は、エトリンガイトの適切かつ完全な形成を妨害し、それより遅い段階でのケイ酸カルシウム水和物の正常な形成を妨害し、硬化セメントモルタルの極端に不良で脆弱な微細構造が発達する原因になるからである。
【００６７】
[0068]組成物中の遅延剤の主たる機能は、スラリー混合物の固化が速やかすぎるのを防止し、それによって多様な反応成分間の相乗的な物理的相互作用及び化学的反応を促進することである。組成物に遅延剤を添加することに由来する他の二次的な利点として、作業可能な硬さを有するスラリー混合物を実現するのに必要な高性能減水剤及び／又は水の量を低減することが挙げられる。前記の利点のすべては、偽凝結を抑制するために実現される。いくつかの有用な凝結遅延剤の例として、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。本発明の組成物では、クエン酸ナトリウムが好ましい凝結遅延剤である。さらには、凝結遅延剤は、スラリー混合物の固化が速やかすぎるのを防止するので、その添加は重要な役割を果たし、セメントボード製造過程の間に良好な端部を形成するのに役立つ。セメント系反応性粉末ブレンドに対する凝結遅延剤の重量比は、一般に、１．０重量％未満、好ましくは、約０．０４〜０．３重量％である。
【００６８】
＜二次無機凝結促進剤＞
[0069]上記で議論したように、ポリリン酸塩と組み合わせたアルカノールアミンは、セメント系混合物を超急結させるための主因である。しかし、アルカノールアミン及びポリリン酸塩と組み合わせて、他の無機凝結促進剤を二次無機凝結促進剤として本発明のセメント系組成物に添加することができる。
【００６９】
[0070]こうした二次無機凝結促進剤の添加は、アルカノールアミンとポリリン酸塩の組合せを添加することによって実現される短縮に比較して凝結時間の短縮はわずかしか期待できない。かかる二次無機凝結促進剤の例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。セメントボード用のファスナーの腐食が心配である場合は、塩化カルシウムの使用は避けるべきである。セメント系反応性粉末ブレンドに対する二次無機凝結促進剤の重量比は、通常、２重量％未満、好ましくは、約０．１〜１重量％となろう。換言すれば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、二次無機凝結促進剤が、通常、２ポンド未満、好ましくは、０．１〜１ポンド存在する。こうした二次無機凝結促進剤は、単独でも組み合わせても使用することができる。
【００７０】
＜他の化学添加剤及び成分＞
[0071]減水剤（高性能減水剤）などの化学添加剤は、本発明の組成物中に含ませることができる。それらは、乾燥形態で添加しても、溶液形態で添加してもよい。高性能減水剤により、混合物において必要になる水の量を低減することができる。高性能減水剤の例として、ポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリカルボキシレート、リグノスルホネート、メラミンスルホネートなどが挙げられる。用いる高性能減水剤の型によるが、反応性粉末ブレンドに対する高性能減水剤（乾燥粉末基準）の重量比は、通常、約２重量％以下、好ましくは、約０．１〜１．０重量％となろう。
【００７１】
[0072]軽量セメントボードなどの軽量製品を生産したい場合、空気連行剤（又は発泡剤）を組成物中に添加して製品を軽量化することができる。
【００７２】
[0073]空気連行剤は、セメント系スラリーに添加されてｉｎ ｓｉｔｕで気泡（泡）を形成する。空気連行剤は、通常、コンクリート中に意図的に微細な気泡を捕捉するのに使用される界面活性剤である。或は、空気連行剤は、外部で泡を製造するために用いられ、その泡は、混合操作中に本発明の組成物の混合物内に導入されて製品密度を低減させる。通常、外部で泡を製造するために、空気連行剤（液体発泡剤としても知られている）、空気及び水は、混合されて適切な泡発生装置で泡を形成し、次いで、その泡がセメントスラリーに添加される。
【００７３】
[0074]空気連行剤／発泡剤の例として、とりわけ、アルキルスルホネート、アルキルベンゾールスルホネート、アルキルエーテルスルフェートオリゴマーが挙げられる。こうした発泡剤に対する一般式の詳細は、米国特許第５，６４３，５１０号で知ることができる。
【００７４】
[0075]ＡＳＴＭ Ｃ ２６０「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｉｒ−Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」（２００６年８月１日）に規定された標準に合致するものなどの空気連行剤（発泡剤）を用いることができる。かかる空気連行剤は、当業者には周知であり、Ｋｏｓｍａｔｋａらの「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」第４版、Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、詳細には、「Ａｉｒ Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」というタイトルの８章（米国特許出願第２００７／００７９７３３ Ａｌに引用されている）に記載されている。市販の空気連行剤として、ビンゾール木質樹脂、スルホン化炭化水素、脂肪族樹脂酸；スルホン化リグニン塩、及び通常、アニオン性又は非イオン性界面活性剤の形態をとる多数の他の界面活性材料などの脂肪族置換アリールスルホネート；アビエチン酸ナトリウム、飽和又は不飽和脂肪酸及びそれらの塩、テンサイド、アルキルアリールスルホネート、フェノールエトキシレート、リグノスルホネート、樹脂石けん、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、硫酸ラウリル、ＡＢＳ（アルキルベンゼンスルホネート）、ＬＡＳ（直鎖アルキルベンゼンスルホネート）、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテル、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルスルフェートエステル又はそれらの塩、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルホスフェートエステル又はそれらの塩、タンパク質材料、アルケニルスルホスクシネート、α−オレフィンスルホネート、α−オレフィンスルホネートのナトリウム塩、又はラウリル硫酸ナトリウム若しくはラウリルスルホン酸ナトリウム及びそれらの混合物が挙げられる。
【００７５】
[0076]通常は、空気連行（発泡）剤は、セメント系組成物全体の重量の約０．０１〜１重量％である。
【００７６】
[0077]収縮制御剤、着色剤、粘度調整剤（増粘剤）及び内部養生剤などの他の化学添加剤も、所望であれば、本発明の組成物に添加することができる。
【００７７】
＜スクリム＞
[0078]多様な型の個々の補強繊維も本発明のセメント系組成物に含めることができる。ポリマー被覆グラスファイバ、並びにポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロンなどのポリマー材料などの材料から作製したスクリムを使用して、セメント系製品をその機能及び用途に応じて補強することができる。本発明に従って生産されたセメントボードは、通常、ポリマー被覆グラスファイバから作製されたスクリムを用いて補強される。
【００７８】
＜骨材及びフィラー＞
[0079]開示されたセメント系反応性粉末ブレンドは、本発明のセメント系組成物の急結成分を規定するものであるが、所期の使用及び用途に応じて、他の材料もこの組成物に含め得ることを当業者は理解されたい。
【００７９】
[0080]例えば、セメントボードの用途では、製品の所望の機械特性を不当に低下させることなく軽量ボードを生産することが望ましい。この目的は、軽量骨材及びフィラーを添加することによって実現される。有用な軽量骨材及びフィラーの例として、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石；粘土、頁岩、及びパーライトの膨張形態；中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどが挙げられる。セメントボードを生産するためには、膨張粘土及び頁岩性骨材は、特に有用である。膨張プラスチックビーズ及び中空プラスチック球は、本発明組成物で使用する場合、それらのかさ密度が極めて低いので、重量基準では非常に少ない量しか必要ではない。
【００８０】
[0081]選択した軽量骨材又はフィラーの種類に応じて、反応性粉末ブレンドに対する軽量骨材又はフィラーの重量比は、約１／１００〜２００／１００、好ましくは、約２／１００〜１２５／１００であってもよい。例えば、軽量セメントボードを作製する場合、反応性粉末ブレンドに対する軽量骨材又はフィラーの重量比は好ましくは、約２／１００〜１２５／１００となろう。製品が軽量であるという特徴が、重要な基準にならない用途では、コンクリート建造物で通常使用されるか川砂及び粗骨材を本発明の組成物の一部分として利用することもできる。
【００８１】
＜初期スラリー温度＞
[0082]本発明では、初期のスラリー温度を高くする条件下でスラリーを形成することが、セメント系配合物を急結させ、速やかに硬化させるために重要であることが分かった。初期スラリー温度は、約９０°Ｆ（３２℃）以上であるべきである。スラリー温度が、９０°Ｆ〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）又は９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）の範囲であると、凝結時間が非常に短くなる。初期スラリー温度は、好ましくは、約１２０°Ｆ〜１３０°Ｆ（４９℃〜５４℃）である。
【００８２】
[0083]一般には、この範囲では、スラリーの初期温度が上昇すると、反応の進行と共に温度上昇速度が増加し、凝結時間が短縮される。したがって、９５°Ｆ（３５℃）の初期スラリー温度は、９０°Ｆ（３２℃）の初期スラリー温度より好ましく、温度１００°Ｆ（３８℃）は、９５°Ｆ（３５℃）より好ましく、温度１０５°Ｆ（４１℃）は、１００°Ｆ（３８℃）より好ましく、温度１１０°Ｆ（４３℃）は、１０５°Ｆ（４１℃）より好ましい、以下同様である。初期スラリー温度を上昇させる利点は、ボード温度範囲の上限に接近するにつれて減少すると考えられている。
【００８３】
[0084]当業者には理解されるように、初期スラリー温度の実現は、１以上の方法によって達成することができる。おそらく、最も好都合な方法は、スラリーの１つ又は複数の成分を加熱することである。実施例では、本発明者らは、水を乾燥した反応性粉末及び非反応性固体に添加した場合、生成スラリーが所望の温度になるような温度まで加熱した水を供給した。或は、所望なら、固体は周囲温度より高い温度で供給することもできると思われる。スラリーに熱を供給するために蒸気を使用することも採用可能な別の可能な方法である。
【００８４】
[0085]おそらくはより遅くなると思われるが、スラリーは、周囲温度で調製し、急速に（例えば、約１０、５、２又は１分以内に）加熱して約９０°Ｆ（又は、その他の上記に列挙した範囲で任意のもの）以上まで温度を上昇させることもできると思われ、それでも本発明の利点は実現される。
【００８５】
＜セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品の製造＞
[0086]セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、連続プロセスで最も効率的に製造され、その連続プロセスでは、反応性粉末ブレンドは、骨材、フィラー及びその他の必要な成分とブレンドされた後に、型枠中に又は連続式鋳込み成型ベルト上に混合物を配置する直前に水及び他の化学添加剤が添加される。
【００８６】
[0087]セメント系混合物が急結特性を有するので、セメント系ブレンドの乾燥成分と水の混合は、通常、鋳込み操作の直前に実施されることになることを理解されたい。アルミン酸カルシウム化合物の水和物の形成、及びそれに伴う多量の水の消費の結果として、セメント系製品は剛性を示し、更なる養生のための、切断、ハンドリング及び積層可能な状態になる。
【００８７】
［実施例］
[0088]以下の実施例は、アルカノールアミン及びポリリン酸塩の添加が、反応性粉末の成分としてポルトランドセメントと、クラスＣフライアッシュと、硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）との混合物を含む本発明のセメント系組成物の、スラリー温度の上昇挙動、凝結特性、及び立方体の圧縮強度（ＣＣＳ）に及ぼす影響を示す。使用される添加物は、トリエタノールアミン、及びポリリン酸塩、例えば、トリメタリン酸ナトリウムであり、両者は水溶液として添加された。
【００８８】
[0089]加えて、クエン酸ナトリウム凝結遅延剤及びスルホン化ナフタレン高性能減水剤を添加して混合物の流動性を制御した。こうした添加剤を全反応性粉末の重量％として添加した。
【００８９】
[0090]セメント（反応性粉末）に対する水の重量比０．４３／１及びセメント（反応性粉末）に対する膨張粘土骨材の重量比０．８０／１を使用して、実施例１〜５に含まれる組成物が混合された。
【００９０】
[0091]米国特許第６，８６９，４７４号に含まれる組成物との比較のために、セメント（反応性粉末）に対する水の重量比０．４０／１及びセメント（反応性粉末）に対する膨張粘土骨材の重量比０．９０／１を使用して、実施例６に含まれる組成物が混合された。
【００９１】
[0092]液体の温度をセメントと混合する前に調整して特定の混合物温度を得た。ホバートミキサー中で混合した後、混合物（約２８０グラム）を６オンスのスタイロホームカップ中に入れ、断熱スタイロホームボックスに入れた。データ収集用のコンピュータプログラムを使用して、温度応答を連続的に測定した。最高温度上昇速度、並びに最高温度及び最高温度までの時間を実験用混合物の反応性の指標として使用した。
【００９２】
[0093]始発時間及び終結時間をＡＳＴＭ Ｃ２６６に従ってギルモア針を用いて測定した。目標は、混合後、１０分未満、好ましくは５〜７分以内に終結に到達することであった。圧縮強度のために、試験用立方体（２インチ×２インチ×２インチ）（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）で湿ったタオルを含む密封プラスチックバッグ内に保持した。それぞれの混合物からの３個の立方体の圧縮強度を、混合物用液体の添加後５時間後に測定した。ＡＳＴＭ Ｃ１０９の手順に指定された荷重速度を満足するようにプログラムされたＳＡＴＥＣ ＵＴＣ １２ＯＨＶＬ圧縮機を使用して、立方体を押しつぶすのに必要な最大荷重を測定した。
【００９３】
[0094]こうした調査で使用した原料及び成分は以下の通りであった：
[0095]ＩＩＩ型ポルトランドセメント
[0096]石こう（ランドプラスタ）
[0097]クラスＣフライアッシュ
[0098]膨張粘土／頁岩骨材
[0099]トリエタノールアミン（ＴＥＡ）
[00100]クエン酸ナトリウム
[00101]スルホン化ナフタレン縮合体の高性能減水剤
[00102]トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）
【００９４】
[00103]以下の実施例では、初期スラリー温度が周囲より高い条件下で乾燥反応性粉末成分及び使用された任意の骨材を水と混合した。初期温度が９０°〜１３５°Ｆ（３２〜５７℃）の範囲内にあるスラリーを生成する温度を有する熱水を通常使用した。
【００９５】
[00104]実施例は、凝結遅延剤（クエン酸ナトリウム）、アルカノールアミン（トリエタノールアミン）、ポリリン酸塩及びスラリー温度の相乗的な役割を実際に示すものである。実施例によって、ＡＳＴＭ Ｃ２６６の試験手順で指定された上記のギルモア針を用いて測定した、始発及び終結時間によって特徴づけられる組成物の凝結、並びにＡＳＴＭ Ｃ１０９による初期の高圧縮強度が報告される。
【００９６】
＜実施例１（混合物１〜６）＞
[00105]０〜０．０５％の範囲のトリエタノールアミン及び０〜１．０％の範囲のトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）（セメント系反応性粉末の重量に対して）を含む配合物を使用して、これらの組成物の終結及び温度上昇特性に及ぼすＳＴＭＰ及びトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の効果を測定した。本実施例では、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ及びランドプラスタを重量比（部数）１００／４０／１０で添加した。高性能減水剤及びクエン酸塩を本実施例で使用した混合物に水溶液として添加した。図１は、ＳＴＭＰの水準を上昇させると、かかる混合物の温度上昇が促進されたことを示す。
【００９７】
[00106]表１は、ＳＴＭＰ用量の変動が、図１に示された温度上昇曲線の特徴、及びこれらの混合物に対して測定された終結時間に及ぼす効果を要約する。こうした結果は、０．０２５〜０．０５％の範囲のＴＥＡ及び０．７５〜１．０％の範囲のＳＴＭＰを含む配合物の終結時間が７〜８分であったことを示す。加えて、０．０５％のＴＥＡ及び０．３０％のＳＴＭＰを含む配合物は、凝結時間が１４分未満であった。
【００９８】
[00107]
【表１】
【００９９】
＜実施例２（混合物１〜８）＞
[00108]１〜８と標識された別の組の混合物を調製した。表２は、ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ、及びランドプラスタを重量比（部）１００／４０／１５（混合物１〜４）及び１００／７０／２５（混合物５〜８）で含むこうした配合物を示す。表２は又、混合物１、２、３及び４がＴＥＡ０．０５％を含み、ＳＴＭＰ用量が、それぞれ、０、０．３０、０．７５及び１．０％であったことを示す。混合物５、６、７及び８では、ＴＥＡ用量を０．１％に保持し、ＳＴＭＰ水準は、それぞれ、０、０．５０、０．７５及び１．０％であった。
【０１００】
[00109]表２に含まれた結果は、ＳＴＭＰ用量が増加すると、終結時間が大幅に短縮されることを示す。例えば、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ１５部を含み、ＳＴＭＰが０％である混合物１では、終結は、１８７分と測定された。又、１．０％のＳＴＭＰを含み、フライアッシュ及びランドプラスタ含有量が混合物１と同じである混合物４では、終結は、約１０分まで短縮された。同様に、ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含む混合物５の終結時間は、０．７５及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物７及び８の場合の丁度１２〜１７分に比較して４時間超であることが分かった。
【０１０１】
[00110]加えて、表２に含まれる圧縮強度データは、比較的高用量のＳＴＭＰを含む混合物が、中程度のＳＴＭＰを含む混合物に比較して比較的大きい圧縮強度と十分な急結性を合わせて有することを示すように思われる。例えば、フライアッシュ４０部及びランドプラスタ１５部を有し、それぞれ、０、０．７５及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物１、３及び４は、ＳＴＭＰ０．３０％を含む混合物２の場合の圧縮強度９１３ｐｓｉに比較して、２００４、１１６５及び１６９３ｐｓｉであった。同様に、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、フライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含み、それぞれ、０．７５％及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物７及び８は、ＳＴＭＰ０．５０％を含む混合物６の場合の圧縮強度５００ｐｓｉに比較して、６６２及び８８０ｐｓｉであった。
【０１０２】
[00111]対照的に、ＳＴＭＰを含まない混合物１及び５は、比較的、終結時間が長かった。ＳＴＭＰ０％を含む混合物１は、２００４ｐｓｉという比較的大きい圧縮強度を有するが、その終結時間１８７分は、本発明で計画された使用には不適当である。
【０１０３】
[00112]
【表２】
【０１０４】
＜実施例３（混合物１〜８）＞
[00113]１〜８と標識された別の組の混合物を作製した。トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）促進剤をトリエタノールアミン（ＴＥＡ）促進剤と共に含むこうした配合物を、ＴＥＡと組み合わせた硫酸アルミニウム（アラム）を含む配合物と比較した。ＳＴＭＰの用量を変動させ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００重量部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部を含む混合物に対する温度上昇及び終結時間を、ＴＥＡ０．２５％と組み合わせたアラム０．０５％を含み、フライアッシュとランドプラスタの比が同じ（４０／２０）である混合物と比較した。加えて、ＳＴＭＰの用量を変動させ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部を含む混合物に対する温度上昇及び終結時間を、ＴＥＡ０．２５％と組み合わせたアラム０．０５％を含み、フライアッシュとランドプラスタの比が同じ（６０／２０）である混合物と比較した。
【０１０５】
[00114]表３は、使用されたそれぞれの混合物に対する詳細な組成物、及びそれぞれの混合物に特徴的な温度上昇に加えてそれらの対応する終結時間を示す。表３は、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部とフライアッシュとランドプラスタとの比が１００／４０／２０で、０．１０％のＴＥＡ及び０％のＳＴＭＰを含む混合物２に対して測定された終結時間４２分が、０．２５％のＴＥＡ及び０．０５％のアラムを含み、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部とフライアッシュとランドプラスタの比が同じである混合物１の終結時間約７分と比較した場合、大幅に長いことを示す。対照的に、０．３及び０．７５％のＳＴＭＰを含む混合物３及び４では、７分未満の終結時間が実現される。
【０１０６】
[00115]加えて、混合物３及び４では、５時間後の圧縮強度は、０．２５％のＴＥＡ及び０．０５％のアラムを含む混合物１の場合の７０３ｐｓｉと比較して、７２２及び１１９１ｐｓｉと測定された。同様な結果を、表３に含まれた混合物５、６、７及び８の場合の結果によって示されるように、ＩＩＩ型ポルトランドセメントとフライアッシュとランドプラスタの比が１００／６０／２０である混合物について得た。
【０１０７】
[00116]
【表３】
【０１０８】
＜実施例４（混合物１〜１２）＞
[00117]１〜１２と標識された別の組の混合物を作製した。トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）を多様に組み合わせ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部を含むこれらの混合物に対する圧縮強度を評価した。表４は、用いたそれぞれの混合物に対する詳細な組成、並びにそれらに対応する終結時間及び温度上昇パラメータを示す。表４は、０．０５％のＴＥＡ及び０．６０％のＳＴＭＰを含む混合物１２が、終結時間（９．３分）と圧縮強度（８３６ｐｓｉ）の最良の組合せであることを示す。０％のＴＥＡ及び０．６５％のＳＴＭＰを含む混合物１１は、１３９６ｐｓｉと測定された最高の圧縮強度を有するが、この混合物について測定された終結時間は、１３８分まで伸びた。０．６５％のＴＥＡ及び０％のＳＴＭＰを含む混合物１０は、終結時間５．５分未満であったが、６４９ｐｓｉという圧縮強度は、混合物１２のそれに比較して大幅に低い。
【０１０９】
[00118]表４に含まれた圧縮強度のデータは、最大の圧縮強度を有する混合物が、０．０５〜０．１０％の範囲のＴＥＡ及び０．５０〜０．６０％の範囲のＳＴＭＰを含むことを示す。
【０１１０】
[00119]
【表４】
【０１１１】
＜実施例５（混合物１〜１２）＞
[00120]混合物１〜１２の別の組を作製した。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）と３つの異なるポリリン酸塩、即ち、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、及びトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を多様に組み合わせ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部を含むこれらの混合物に対する５時間圧縮強度及び温度上昇を比較した。表５に含まれたデータは、０．６０％のＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ又はＳＴＭＰを使用し、０．１５重量％のＴＥＡを含む混合物１、５又は９が６〜８分の範囲の許容できる終結、及び１３３３〜２３７４ｐｓｉの圧縮強度を有する混合物を生成することを示す。しかし、ＴＥＡを０．０５〜０．１０％まで低減すると、０．７５及び０．８５重量％のＳＴＭＰを含む混合物１０及び１１のみが、約５〜６分の許容できる終結、及び１７６９〜２０３２ｐｓｉの範囲の圧縮強度を有する配合物を生成する。
【０１１２】
[00121]表５は、それぞれ、０．６０％、０．７５％、０．８５％及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物９、１０、１１及び１２が、ＴＥＡが類似の用量で、ＫＴＰＰを含む混合物１、２、３及び４並びにＳＴＰＰを含む混合物５、６、７及び８と比較して、比較的より大きい温度上昇速度及びより高い最高温度を有することを示す。図２は、それぞれ０．７５％のＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ及びＳＴＭＰを含み、０．１０％のＴＥＡを含む混合物２、６及び１０を比較する。図２は、ＳＴＭＰを含む混合物１０が、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含む混合物２及び６に比較して、より速やかにより高い温度に達したことを示す。最後の結果は、上昇速度（表５に示すように１３°Ｆ／分に近い）であり、その速度は、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含む混合物について測定された温度上昇速度（７°Ｆ／分）のほぼ２倍であった。
【０１１３】
[00122]
【表５】
【０１１４】
＜実施例６＞
[00123]この実施例は、米国特許第６，８６９，４７４号のものと類似の組成を有する混合物を評価した。
【０１１５】
[00124]ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部及びクラスＣフライアッシュ９０部を含むセメント粉末混合物を、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の多様な組合せにおいて、膨張粘土骨材９０部と混合した。各混合物からの３つの立方体の圧縮強度を、水と混合して５時間後に測定した。立方体を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）に保持した。表６は、使用された各混合物に対する詳細な組成、及び上記の試験手順ＡＳＴＭ Ｃ１０９によって終結時間及び圧縮強度を測定した場合の各混合物に対応した試験結果を示す。
【０１１６】
[00125]表６は、それぞれ０．６０、０．７０及び０．７５％のＳＴＭＰを含み、０．２０、０．１０％及び０．０５％のＴＥＡを含む本発明の混合物番号１１、１２及び１３が、それぞれ、終結時間４．５、６．５及び８．５分と５時間圧縮強度９２３、１０４２及び１６７６ｐｓｉの最良の組合せであることを示す。この実施例は、高強度と速やかな終結時間という有利な組合せを示す組成物を実現する場合においてＳＴＭＰとＴＥＡを合わせることの利点を示す。
【０１１７】
【表６】
【０１１８】
[00126]本発明を実施するための好ましい実施形態を説明してきたが、本開示が対象としている当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する改変及び付加を実施することができることを理解されたい。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
[001]本発明は、一般には、急速硬化及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できる超急結性セメント系組成物に関する。詳細には、本発明は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたボードを作製するのに使用できるセメント系組成物に関する。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメント系混合物が注がれたらあまり間をおかずにボードの取扱いができるように、セメント系混合物が急結する条件下で作製される。理想的には、セメント混合物のこうした凝結は、セメント混合物を適量の水と混合した後、わずか約３０分で、好ましくは、わずか２０分で、より好ましくは、わずか１０分で、最も好ましくは、わずか５分で実現することができる。
【０００２】
［発明の背景］
[002]参照により本明細書に組み込まれているＰｅｒｅｚ−Ｐｅｎａらの米国特許第６，８６９，４７４号では、セメントボードなどのセメント系製品を製造するためのセメント系組成物の超急結性が議論されており、その超急結性は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメントにアルカノールアミンを添加し、初期スラリー温度が９０°Ｆ（３２℃）以上である条件下で水を用いてスラリーを形成することによって実現される。追加の反応性材料として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシュなどのポゾラン性材料なども挙げることができる。超急結性によって、セメント系製品を速やかに生産することが可能になる。トリエタノールアミンの添加により、フライアッシュ及び石こう濃度を上昇させても、アルミン酸カルシウムセメントを必要とせずに、凝結の終結時間（ｆｉｎａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ）が比較的短い配合物を製造することができ、トリエタノールアミンが非常に強力な促進効果を示すことが分かった。しかし、トリエタノールアミンを含む配合物は、アルミン酸カルシウムセメントを含むセメントボード配合物に比較して早期圧縮強度が相対的に低かった。
【０００３】
[003]参照により本明細書に組み込まれているＧａｌｅｒらの米国特許第４，４８８，９０９号では、急結できるセメント系組成物が議論されている。この組成物では、水と混合した後、エトリンガイトになり得る可能性のあるもののうち、基本的にすべてから約２０分以内にエトリンガイトを形成することによって耐二酸化炭素性のセメントボードを高速で生産することができる。このセメント系組成物の基本的な成分は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び石灰である。フライアッシュ、モンモリロナイト粘土、珪藻土及び軽石粉などのポゾランは、最大約２５％まで添加することができる。このセメント組成物は、約１４〜２１重量％の高アルミナセメントを含むので、その他の成分と組み合わされたこの高アルミナセメントによって、セメント系混合物の急結の原因となるエトリンガイト及びその他のアルミン酸カルシウム水和物を早期に形成することができる。彼らの発明では、Ｇａｌｅｒらは、高アルミナセメント（ＨＡＣ）を用いてアルミン酸塩を供給し、石こうを用いて硫酸塩イオンを供給することによってエトリンガイトを形成し、セメント系混合物の急結性を実現した。
【０００４】
[004]エトリンガイトは、式Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３・３２Ｈ２Ｏ、或は３ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏを有する硫酸アルミニウムカルシウム化合物である。エトリンガイトは、長い針状晶として形成され、セメントボードに速やかに早期強度を提供し、その結果としてセメントボードは、型枠内に、又は連続式鋳込み成型ベルト上に注がれた後、間もなく取り扱うことができる。
【０００５】
[005]一般には、Ｇａｌｅｒらの急結性配合物は、数種の制約を受ける。以下に強調されているようなこうした制約は、セメントボードなどのセメント系製品を製造する場合、大きな関心事である。
【０００６】
[006]セメント系混合物の凝結の終結時間は、通常、９分を超える。凝結の終結時間は、以下の実施例でさらに定義されるが、より一般的には、セメント系混合物は、それから作製したセメント系製品が、化学反応はさらに長期間続く場合もあるが、取り扱ったり積層したりすることができる程度まで凝結している。
【０００７】
[007]反応性粉末ブレンド中の高アルミナセメント（アルミン酸カルシウムセメントとも呼ばれる）の量は、非常に多い。通常、高アルミナセメントは、反応性粉末ブレンドのうち１４重量％を超える。
【０００８】
[008]ポゾラン材料の量は、反応性粉末ブレンドの２５重量％までに限定される。
【０００９】
[009]石灰は、急結性を得るための追加の成分として必要である。セメントボード中に石灰が過剰に存在することは、その長期の耐久性能にとって有害である。セメントボードは、ポリマーコート付グラスファイバメッシュで補強される場合が多く、このメッシュは、高アルカリ環境中で強度及び延性を失い、劣化する。過剰の石灰の存在によって、セメント系マトリックスのアルカリ度が上昇し、それによってポリマーコート付グラスファイバメッシュ及び生成セメントボードの長期の耐久性能が負の影響を受ける。加えて、過剰の石灰の存在によって、コンクリートが硫酸塩による攻撃も受け易くなり、それによってその耐久性が影響される。
【００１０】
［発明の概要］
[0010]本発明の目的は、高温の水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩とを混合するステップを含む、急結性スラリーを提供する方法を提供することである。
【００１１】
[0011]本発明の別の目的は、速やかな終結性能が増進し、早期圧縮強度が増進したセメント系組成物を提供することである。このセメント系組成物は、アルカノールアミンとポリリン酸塩を含む。
【００１２】
[0012]したがって、本発明は、一般には、急速硬化及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できる超急結性セメント系組成物、及びかかる組成物を作製する方法に関する。スラリーを高温で形成する際にセメント系組成物の凝結を促進するためにポリリン酸塩と組み合わせてアルカノールアミンを使用すると、アルカノールアミン濃度を低減しつつ、セメントボードなどのセメント系製品の生産速度を上昇させることが可能になる。
【００１３】
[0013]本発明のセメント系組成物は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品を作製するのに使用することができる。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメント系混合物が注がれたらあまり間をおかずにボードの取り扱いができるように、セメント系混合物が急結する条件下で作製される。
【００１４】
[0014]急結性は、周囲の温度を越える温度、例えば、約９０°Ｆ（３２．２℃）以上、より好ましくは、約１００°Ｆ（３８℃）以上、又約１０５°Ｆ（４１℃）以上、又は約１１０°Ｆ（４３℃）以上で、水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、凝結促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩との混合物を含むスラリーを調製することによって実現される。通常、スラリーは、約９０°Ｆ〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）、又は約９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）、最も好ましくは、約１２０〜１３０°Ｆ（４９〜５４℃）の初期温度を有する。
【００１５】
[0015]ギルモア針によって測定した場合の、セメント系組成物の凝結の終結時間（即ち、その時間後では、セメントボードを取り扱うことができる時間）は、適量の水と混合後、長くとも３０分、好ましくは、長くとも２０分、より好ましくは、長くとも１０分又は長くとも５分であるべきである。凝結時間が短くなり、早期圧縮強度が大きくなることにより、生産量の増加、及び製品製造コストの低減を促進する。
【００１６】
[0016]スラリー中へのアルカノールアミンの用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．０２５〜４．０重量％、より好ましくは、約０．０２５〜２．０重量％、さらに好ましくは、約０．０２５〜１重量％又は約０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、約０．０５〜０．１重量％の範囲である。トリエタノールアミンは、好ましいアルカノールアミンである。しかし、モノエタノールアミン及びジエタノールアミンなどの他のアルカノールアミンも、トリエタノールアミンを代替することができ、或は、トリエタノールアミンと組み合わせて使用することができる。
【００１７】
[0017]ポリリン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．１５〜１．５重量％、好ましくは、約０．３〜１．０重量％、より好ましくは、約０．４〜０．７５重量％である。好ましいリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であるが、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などの他のポリリン酸塩との配合物も、トリエタノールアミン濃度を低下させた場合に、凝結の終結性能を向上させ、圧縮強度を向上させる。
【００１８】
[0018]上述したように、こうした重量％は、反応性成分（セメント系反応性粉末）の重量に対するものである。このセメント系反応性粉末は、少なくとも水硬性セメント、好ましくは、ポルトランドセメントを含むことになり、又、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム、及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュも含んで水と共にスラリーを形成することができる。セメント系反応性粉末は、骨材などの不活性物を含まない。
【００１９】
[0019]典型的なセメント系反応性粉末は、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、約２０〜６０重量％のフライアッシュとを含み、この場合、重量％は、ポルトランドセメントとフライアッシュの和を基準としたものである。
【００２０】
[0020]別の典型的なセメント系反応性粉末は、ポルトランドセメントと、アルミン酸カルシウムセメントと、硫酸カルシウムとフライアッシュとの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含む。したがって、セメント系組成物のセメント系反応性粉末ブレンドは、反応性粉末ブレンドの最大５５重量％までのポゾラン性材料などある濃度の鉱物性添加材を含むことができる。鉱物性添加材、例えば、フライアッシュの含有量を増加させることにより、製品コストが実質的に低下するようになると思われる。さらには、組成物においてポゾラン性材料を使用することにより、ポゾラン反応の結果として製品の長期耐久性を向上させるようにもなると思われる。
【００２１】
[0021]セメント系組成物の反応性粉末ブレンドは、石灰を外部から添加すべきではない。石灰含量を低下させることは、セメント系マトリックスのアルカリ度を低下させ、これにより、製品の長期耐久性を増進させるようになると思われる。
【００２２】
[0022]ポリリン酸塩とアルカノールアミンの間には相乗的相互作用が存在する。ポリリン酸塩及びアルカノールアミンの添加は、ポリリン酸塩を含まない組成物に比較してアルカノールアミン用量を低減した組成物における凝結の終結時間が短くなり、早期圧縮強度が上昇するという利点を有する。
【００２３】
[0023]加えて、ポリリン酸塩を添加すると、硫酸アルミニウムなどの他の促進剤と異なり、混合物の流動性が改良される。これは、硫酸アルミニウムでは、コンクリート混合物の固化が早過ぎる恐れがあるからである。
【００２４】
[0024]接着特性が実質的にある、ほとんどない、又はまったくない鉱物性添加材を本発明の急結性複合材に含ませることができる。クラスＣフライアッシュなど、ポゾラン特性を有する鉱物性添加材は、本発明の反応性粉末ブレンドにおいて特に好ましい。骨材及びフィラーは、本発明の急結性セメント系組成物の用途に応じて添加することができる。
【００２５】
[0025]１つ又は複数の、砂、骨材、軽量フィラー、高性能減水剤（ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）などの減水剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、空気連行剤、発泡剤、収縮調節剤、スラリー粘度調整剤（増粘剤）、着色剤及び内部養生剤などのその他の添加剤は、本発明のセメント系組成物の作業性及び用途に応じて所望通り含ませることができる。
【００２６】
[0026]所望により、本発明の反応性粉末ブレンドは、アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）（通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる）及び／又は硫酸カルシウムを含んでも、含まなくてもよい。別の実施形態では、反応性粉末ブレンドは、高アルミナセメントを含まず、反応性粉末成分としてポルトランドセメントのみと、任意選択の鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュと、少なくとも１つのアルカノールアミンと、少なくとも１つのリン酸塩と、添加剤とを含む。
【００２７】
[0027]別段の指定がない限り、本明細書では、百分率、比及び割合はすべて、重量による。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＳＴＭＰの増加が、トリエタノールアミン０．０５％を含む混合物の温度上昇に及ぼす効果を示す実施例１の結果のグラフである。
【図２】１００重量部のＩＩＩ型ポルトランドセメントと、４０重量部のクラスＣフライアッシュと、２０重量部のランドプラスタと、０．１０重量％のトリエタノールアミンと、０．７５重量％のトリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、又はトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）のうちの１つとを含む混合物における温度上昇の比較を示す実施例５の結果のグラフである。
【００２９】
［発明の詳細な説明］
[0030]本発明は、９０°Ｆ（３２．２℃）以上の初期スラリー温度でセメント系反応性粉末をアルカノールアミン、ポリリン酸塩及び水と混合することによって、３０分未満、より好ましくは、２０分未満、最も好ましくは、１０分未満又は５分未満の急結性が得られる。
【００３０】
[0031]本発明は、速やかな終結性能が向上し、早期圧縮強度が向上したセメント系組成物も提供する。
【００３１】
[0032]特定の理論に拘泥されるものではないが、急結性は、例えば、４０〜８０重量％のポルトランドセメント、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメント、０〜７重量％の硫酸カルシウム及び０〜５５重量％の鉱物性添加材からなるセメント系反応性粉末を供給し、エトリンガイト及び／又はアルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物の形成がこの反応性粉末ブレンドの水和の結果として生じ得るように、９０°Ｆ（３２．２℃）超の高温で該セメント系反応性粉末、アルカノールアミン、ポリリン酸塩及び水を混合してスラリーを形成することによって実現されることが理論化されている。
【００３２】
[0033]したがって、適量の水を供給してセメント系反応性粉末を水和させ、エトリンガイト、アルミン酸カルシウム化合物の他の水和物及び／又はリン酸カルシウムを速やかに形成する。一般には、添加される水の量は、セメント系反応性粉末の水和に理論的に必要とされる量より多いことになる。水の含有量をこのように増加させると、セメント系スラリーの作業性が増進される。
【００３３】
[0034]通常、スラリーにおいて、セメント系反応性粉末ブレンドに対する水の重量比は、約０．２０／１〜０．８０／１、好ましくは、約０．３０／１〜０．６０／１である。水の量は、セメント系組成物中にその必要性により存在する個別の材料によって決まる。
【００３４】
[0035]エトリンガイト、アルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物は、水和過程において非常に速やかに形成され、それによって、本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末ブレンドによって作製された混合物は急結性及び、剛性を賦与される。セメントボードなどのセメント系製品の製造では、本発明のセメント系組成物が適量の水と混合された後、数分以内にセメントボードのハンドリングを可能にするのは、主として、エトリンガイト、他のアルミン酸カルシウム水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物の形成による。
【００３５】
[0036]組成物の凝結は、ＡＳＴＭ Ｃ２６６試験手順に規定されたギルモア針を使用して測定される始発時間及び終結時間によって特徴づけられる。終結時間は、セメント系製品、例えば、セメントボードが、十分に硬化してハンドリングできるようになった時間にも対応する。終結時間に到達した後も硬化反応はそれ以後の期間も続くことは当業者には理解されよう。
【００３６】
[0037]組成物の早期強度は、ＡＳＴＭ Ｃ１０９に規定された養生５時間後の圧縮強度を測定することによって特徴づけられる。早期強度が大きいことによって、積層されたパネルを容易にハンドリングすることが可能になる。
【００３７】
＜セメント系反応性粉末＞
[0038]本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末の主成分は、水硬性セメント、好ましくは、ポルトランドセメントである。
【００３８】
[0039]その他の成分として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及び鉱物性添加材、好ましくは、フライアッシュなどのポゾランを挙げることができる。好ましくは、水硬性セメント、鉱物性添加材、並びに促進剤としてのアルカノールアミン及びリン酸塩を残し、アルミン酸カルシウムセメント及び硫酸カルシウムが少量使用され、使用されないことが好ましい。
【００３９】
[0040]本発明のセメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント及びフライアッシュのみを含む場合、反応性粉末は、通常、ポルトランドセメントとフライアッシュの和を基準にして、４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、２０〜６０重量％のフライアッシュとを含む。
【００４０】
[0041]その他の成分が存在する場合、セメント系反応性粉末は、通常、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシの和を基準にして、４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含むことができる。
【００４１】
＜水硬性セメント＞
[0042]ポルトランドセメントなどの水硬性セメントは、本発明の組成物のうちの相当な量を構成する。通常はいくらかの石こうがポルトランドセメント中に含まれるが、本明細書では、「水硬性セメント」は、水の存在下で強度を発現しない石こうを含まないことを理解されたい。ポルトランドセメントに対するＡＳＴＭ Ｃ １５０標準規格は、ポルトランドセメントを、水硬性ケイ酸カルシウムから基本的になり、同時粉砕用添加物（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ）として１以上の形態の硫酸カルシウムを通常含むクリンカを粉砕することによって製造される、水硬性セメントとして定義する。より一般的には、その他の水硬性セメント、例えば、カルシウムスルホアルミネート系セメントは、ポルトランドセメントを代替することができる。ポルトランドセメントを製造するためには、石灰石と粘土との密接な混合物をキルンで焼成してポルトランドセメントクリンカを形成する。ポルトランドセメントの以下の４つの主たる相、即ち、ケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ３Ｓとも呼ばれる）、ケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ２Ｓと呼ばれる）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３又はＣ３Ａ）及びアルミン酸鉄四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３又はＣ４ＡＦ）がクリンカ中に存在する。上記の化合物を含む生成クリンカを所望の微細度まで硫酸カルシウムと同時に粉砕する（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ）ことによってポルトランドセメントを生産する。
【００４２】
[0043]ポルトランドセメント中に少量存在するその他の化合物として、硫酸アルカリの複塩、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが挙げられる。セメントボードを作製しようとする場合、ポルトランドセメントは、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、粒子の表面積が４，０００ｃｍ２／グラム超、通常５，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムであるような非常に微細な粒子の形態で通常存在することになる。ポルトランドセメントの広く認められている多様なクラスのなかで、ＡＳＴＭＩＩＩ型ポルトランドセメントが、本発明のセメント系組成物のセメント系反応性粉末において最も好ましい。これは、このセメントの反応性が比較的速やかであり、早期強度の発現が大きいからである。
【００４３】
[0044]本発明では、ＩＩＩ型ポルトランドセメントを使用する必要性は、最小化されており、ＩＩＩ型ポルトランドセメントの代わりに他のセメントを使用しても比較的速やかな早期強度の発現を得ることができる。本発明の組成物においてＩＩＩ型ポルトランドセメントを代替又は補助するのに使用できるその他の広く認められた型のセメントとして、Ｉ型ポルトランドセメント、又は、ＩＩ型ポルトランドセメント、白色セメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、ポゾラン混入セメント、膨張セメント、スルホアルミネートセメント、及び油井セメントを含めての他の水硬性セメントが挙げられる。
【００４４】
＜鉱物性添加材＞
[0045]水硬性セメントは、接着特性が相当にある、ほとんどない、又はまったくない鉱物性添加材によって部分的に代替することができる。フライアッシュなどのポゾラン特性を有する鉱物性添加材は、本発明のセメント系反応性粉末において特に好ましい。
【００４５】
[0046]ＡＳＴＭ Ｃ６１８−９７は、ポゾラン性材料を、「それ自体はほとんど又はまったくセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、水分の存在下、常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント系特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」として定義する。天然及び人工の多様な材料が、ポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の例として、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、メタカオリン、造粒高炉スラグ粉砕物、及びフライアッシュが挙げられる。こうしたポゾラン材料はすべて、本発明のセメント系反応性粉末の一部として単独で又は組み合わせて使用することができる。フライアッシュは、本発明のセメント系反応性粉末ブレンドにおける好ましいポゾランである。酸化カルシウム及びアルミン酸カルシウムの含有量が大きいフライアッシュ（ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準のクラスＣフライアッシュなどの）は、以下で説明されるように好ましい。炭酸カルシウム、バーミキュライト、粘土及び粉砕雲母など他の鉱物性添加材も、鉱物性添加材として含ませることができる。
【００４６】
[0047]フライアッシュは、石炭の燃焼に由来して形成される微粉末副生物である。微粉炭を燃焼させる電力プラント事業用ボイラーによって最も市場に適したフライアッシュが生産される。こうしたフライアッシュは、主として、ガラス状球形粒子、並びにヘマタイトとマグネタイトの残分、炭、及び冷却中に形成されるいくつかの結晶相からなる。フライアッシュ粒子の構造、組成及び特性は、石炭の構造と組成、及びフライアッシュが形成される燃焼プロセスによって決まる。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、コンクリートで使用されるフライアッシュの２つの主要なクラス−クラスＣ及びクラスＦが認定されている。フライアッシュのこれら２つのクラスは、地質時代に行われた石炭形成プロセスの相違の結果である石炭の種類の相違に由来する。クラスＦフライアッシュは、通常、無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成し、クラスＣフライアッシュは、通常、亜炭又は亜瀝青炭から生成する。
【００４７】
[0048]ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準は、主としてそのポゾラン特性によってクラスＦ及びクラスＣフライアッシュを区別する。したがって、ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では、クラスＣフライアッシュとクラスＦフライアッシュの主要な規格上の相違点は、組成におけるＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界によるものである。クラスＦフライアッシュに対するＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界は、７０％であり、クラスＣフライアッシュでは５０％である。したがって、クラスＦフライアッシュは、クラスＣフライアッシュよりポゾラン性が高い。ＡＳＴＭ Ｃ６１８標準では明確に認定されていないが、クラスＣフライアッシュは、通常、酸化カルシウム含有量が大きい。酸化カルシウムが多く存在するために、クラスＣフライアッシュはセメント様特性を有するようになり、それによって、水と混合した場合に、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム水和物が形成される。以下の実施例で分かるように、クラスＣフライアッシュは、特に、アルミン酸カルシウムセメント及び石こうが使用されない好ましい配合物において、優れた結果をもたらすことが分かっている。
【００４８】
[0049]本発明のセメント系組成物で使用されるセメント系反応性粉末ブレンドにおけるポルトランドセメントに対するポゾラン材料の重量比は、約０／１００〜１５０／１００、好ましくは、７５／１００〜１２５／１００である。一部のセメント系反応性粉末ブレンドでは、ポルトランドセメントが約４０〜８０重量％、フライアッシュが２０〜６０重量％である。
【００４９】
＜アルミン酸カルシウムセメント＞
[0050]アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、本発明の一部の実施形態の反応性粉末ブレンドの成分を形成できる別の型の水硬性セメントである。
【００５０】
[0051]アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる。アルミン酸カルシウムセメントは、アルミナ含有量が高く、約３６〜４２％重量％が典型的である。より高純度のアルミン酸カルシウムセメントも市販されており、そのセメントでは、アルミナ含有量は、８０重量％にもなる場合がある。こうしたより高純度のアルミン酸カルシウムセメントは、他のセメントと比較して非常に高価になる傾向がある。本発明の一部の実施形態の組成物で使用されるアルミン酸カルシウムセメントは、アルミン酸塩が水性相に入るのを促進するように微細に粉砕されており、その結果として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物を速やかに形成させることができる。本発明の一部の実施形態で使用し得るアルミン酸カルシウムセメントの表面積は、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、３，０００ｃｍ２／グラム超、通常、約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムになることになる。
【００５１】
[0052]アルミン酸カルシウムセメントを生産するための数種類の製造法が世界全体で現れている。通常、アルミン酸カルシウムセメントの製造で使用される主原料は、ボーキサイト及び石灰石である。アルミン酸カルシウムセメントを生産するためにＵＳで使用されてきた１つの製造法を以下に説明する。最初にボーキサイト鉱を破砕し、乾燥させ、次いで石灰石と一緒に粉砕する。次いで、ボーキサイト及び石灰石を含む乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。キルンの燃料としては、粉砕した低灰分炭を使用する。ボーキサイトと石灰石の反応が、キルン内で行われ、溶融生成物が、キルンの低い方の末端部に集合し、底部の一連のトラフ内に注がれる。溶融クリンカを水で急冷することによって粒状クリンカを形成し、次いでストックパイルに輸送する。次いで、この粒状物を所望の粒度まで粉砕することによって最終のセメントを生産する。
【００５２】
[0053]数種のアルミン酸カルシウム化合物が、アルミン酸カルシウムセメントを製造する過程の間に形成される。形成される主化合物は、アルミン酸一カルシウム（ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＣＡとも呼ばれる）である。形成される他のアルミン酸カルシウム化合物及びケイ酸カルシウム化合物として、Ｃ１２Ａ７とも呼ばれるｌ２ＣａＯ・７Ａ１２Ｏ３、ＣＡ２とも呼ばれるＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ケイ酸二カルシウム（Ｃ２Ｓと呼ばれる２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ケイ酸アルミナ二カルシウム（Ｃ２ＡＳと呼ばれる、２ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・ＳｉＯ２）が挙げられる。酸化鉄を比較的高い割合で含む数種の他の化合物も形成される。こうしたものとして、ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣＦ及び２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ２Ｆなどのカルシウムフェライト、並びにテトラカルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ４ＡＦ）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６ＡＦ２、及び６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６Ａ２Ｆなどのカルシウムアルミノフェライトが挙げられる。アルミン酸カルシウムセメント中に存在する他の微量成分として、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ２）、硫酸塩、及びアルカリが挙げられる。
【００５３】
＜硫酸カルシウム＞
[0054]以下に示す多様な形態の硫酸カルシウムを本発明で使用することによってエトリンガイト及び他のカルシウムスルホアルミネート水和物化合物を形成するための硫酸塩イオンが提供される。
【００５４】
[0055]二水和物−ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ（通常、石こう又はランドプラスタとして知られている）
【００５５】
[0056]半水和物−ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ（通常、スタッコ又はプラスタオブパリス若しくは単にプラスタとして知られている）
【００５６】
[0057]無水物−ＣａＳＯ４（無水硫酸カルシウムとも呼ばれる）
【００５７】
[0058]ランドプラスタは、比較的純度の低い石こうであり、経済的な見地から好ましい。但し、純度が高い方の等級の石こうも使用できる。ランドプラスタは、採掘された石こうから作製され、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ Ｃ ２０４）によって測定した場合、比表面積が２，０００ｃｍ２／グラム超、通常約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムになるように比較的小さい粒子まで粉砕される。微細粒子は、容易に溶解し、エトリンガイトを形成するのに必要である石こうを供給する。多様な製造業からの副生物として得られる合成石こうも本発明の好ましい硫酸カルシウムとして使用することができる。他の２つの形態の硫酸カルシウム、即ち、半水和物及び無水物も、石こうつまり硫酸カルシウムの二水和物形態の代わりに本発明で使用することができる。
【００５８】
＜アルカノールアミン＞
[0059]本発明では、多様なアルカノールアミンを単独で又は組み合わせて使用することによって本発明のセメント系組成物の凝結性を促進することができる。本発明で使用するアルカノールアミンの典型的な群は、ＮＨ３−ｎ（ＲＯＨ）ｎであり、式中、ｎは、１、２又は３であり、Ｒは炭素原子を１、２又は３個を有するアルキルである。有用なアルカノールアミンの例として、モノエタノールアミン［ＮＨ２（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）］、ジエタノールアミン［ＮＨ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）２］、及びトリエタノールアミン［Ｎ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）３］が挙げられる。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）は、本発明において最も好ましいアルカノールアミンである。
【００５９】
[0060]アルカノールアミンは、強力なアルカリ性で、カチオン活性であるアミノアルコールである。アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミンは、通常、本発明のセメント系反応性粉末の重量に対して、約０．０２５〜４．０重量％、好ましくは、約０．０２５〜２．０重量％、より好ましくは、約０．０２５〜１．０重量％、さらに好ましくは、約０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、約０．０５〜０．１重量％の用量で使用される。したがって、例えば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、アルカノールアミン０．０２５〜４．０ポンドが存在する。
【００６０】
[0061]アルカノールアミン及びポリリン酸塩（以下に記載の）を添加すると、高温で開始した場合、本発明のセメント系組成物の急結特性に対して有意な影響がもたらされる。約９０°Ｆ（３２℃）超のスラリー温度が得られる条件下で適量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩を添加すると、凝結の終結時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００６１】
＜ポリリン酸塩＞
[0062]好ましいポリリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であるが、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などの他のリン酸塩を含む配合物も、アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミン濃度を減らした場合に、終結性能を向上させ、圧縮強度を向上させた配合物を提供する。
【００６２】
[0063]ポリリン酸塩の用量は、本発明のセメント系反応性成分に対して、約０．１５〜１．５重量％、好ましくは、約０．３〜１．０重量％、より好ましくは、約０．５〜０．７５重量％である。したがって、例えば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、ポリリン酸塩約０．１５〜１．５ポンドが存在する。
【００６３】
[0064]約９０°Ｆ（３２℃）超のスラリー温度が得られる条件下で適切な用量のポリリン酸塩を添加することによって得られる急結性によって、高アルミナセメントがなくてもトリエタノールアミンを大幅に低減することが可能になる。
【００６４】
[0065]用いられるポリリン酸塩又は縮合リン酸塩は、１個以上のリン原子を有し、リン原子は、相互に結合していない。しかし、対になった各リン原子は、少なくとも１つの同じ酸素原子に、例えば、Ｐ−Ｏ−Ｐのように結合している。本出願における一般のクラスの縮合リン酸塩として、メタリン酸塩及びピロリン酸塩が挙げられる。用いられるポリリン酸塩は、通常、アルカリ金属ポリリン酸塩から選択される。
【００６５】
[0066]メタリン酸塩は、イオン性部分（（ＰＯ３）ｎ）ｎ−を含む環式構造であるポリリン酸塩であり、ｎは、少なくとも３であり、例えば、（Ｎａ３（ＰＯ３）３）である。ウルトラリン酸塩は、ＰＯ４四面体の少なくとも一部が隅の酸素原子３個を共有するポリリン酸塩である。ピロリン酸塩は、（Ｐ２Ｏ７）４−イオンを有するポリリン酸塩、例えば、ＮａｎＨ４−ｎ（Ｐ２Ｏ７）であり、ｎは０〜４である。
【００６６】
＜凝結遅延剤＞
[0067]本発明の組成物における成分として凝結遅延剤を使用することは、セメント系製品を成型するのに使用される初期スラリー温度が、特に高い、通常１００°Ｆ（３８℃）超であるような状況では特に助けとなる。かかる比較的高い初期スラリー温度では、クエン酸ナトリウム又はクエン酸などの遅延剤は、組成物中の多様な反応成分間の相乗的な物理的及び化学的反応を促進し、スラリー温度上昇に対する好ましい応答及び好ましい急結挙動がもたらされる。遅延剤を添加しないと、水を混合物に添加した直後に、本発明の反応性粉末ブレンドの固化が非常に速やかに生ずる恐れがある。「偽凝結」とも呼ばれる、混合物の速やかな固化は、望ましくない。というのは、この偽凝結は、エトリンガイトの適切かつ完全な形成を妨害し、それより遅い段階でのケイ酸カルシウム水和物の正常な形成を妨害し、硬化セメントモルタルの極端に不良で脆弱な微細構造が発達する原因になるからである。
【００６７】
[0068]組成物中の遅延剤の主たる機能は、スラリー混合物の固化が速やかすぎるのを防止し、それによって多様な反応成分間の相乗的な物理的相互作用及び化学的反応を促進することである。組成物に遅延剤を添加することに由来する他の二次的な利点として、作業可能な硬さを有するスラリー混合物を実現するのに必要な高性能減水剤及び／又は水の量を低減することが挙げられる。前記の利点のすべては、偽凝結を抑制するために実現される。いくつかの有用な凝結遅延剤の例として、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。本発明の組成物では、クエン酸ナトリウムが好ましい凝結遅延剤である。さらには、凝結遅延剤は、スラリー混合物の固化が速やかすぎるのを防止するので、その添加は重要な役割を果たし、セメントボード製造過程の間に良好な端部を形成するのに役立つ。セメント系反応性粉末ブレンドに対する凝結遅延剤の重量比は、一般に、１．０重量％未満、好ましくは、約０．０４〜０．３重量％である。
【００６８】
＜二次無機凝結促進剤＞
[0069]上記で議論したように、ポリリン酸塩と組み合わせたアルカノールアミンは、セメント系混合物を超急結させるための主因である。しかし、アルカノールアミン及びポリリン酸塩と組み合わせて、他の無機凝結促進剤を二次無機凝結促進剤として本発明のセメント系組成物に添加することができる。
【００６９】
[0070]こうした二次無機凝結促進剤の添加は、アルカノールアミンとポリリン酸塩の組合せを添加することによって実現される短縮に比較して凝結時間の短縮はわずかしか期待できない。かかる二次無機凝結促進剤の例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。セメントボード用のファスナーの腐食が心配である場合は、塩化カルシウムの使用は避けるべきである。セメント系反応性粉末ブレンドに対する二次無機凝結促進剤の重量比は、通常、２重量％未満、好ましくは、約０．１〜１重量％となろう。換言すれば、セメント系反応性粉末１００ポンドに対して、二次無機凝結促進剤が、通常、２ポンド未満、好ましくは、０．１〜１ポンド存在する。こうした二次無機凝結促進剤は、単独でも組み合わせても使用することができる。
【００７０】
＜他の化学添加剤及び成分＞
[0071]減水剤（高性能減水剤）などの化学添加剤は、本発明の組成物中に含ませることができる。それらは、乾燥形態で添加しても、溶液形態で添加してもよい。高性能減水剤により、混合物において必要になる水の量を低減することができる。高性能減水剤の例として、ポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリカルボキシレート、リグノスルホネート、メラミンスルホネートなどが挙げられる。用いる高性能減水剤の型によるが、反応性粉末ブレンドに対する高性能減水剤（乾燥粉末基準）の重量比は、通常、約２重量％以下、好ましくは、約０．１〜１．０重量％となろう。
【００７１】
[0072]軽量セメントボードなどの軽量製品を生産したい場合、空気連行剤（又は発泡剤）を組成物中に添加して製品を軽量化することができる。
【００７２】
[0073]空気連行剤は、セメント系スラリーに添加されてｉｎ ｓｉｔｕで気泡（泡）を形成する。空気連行剤は、通常、コンクリート中に意図的に微細な気泡を捕捉するのに使用される界面活性剤である。或は、空気連行剤は、外部で泡を製造するために用いられ、その泡は、混合操作中に本発明の組成物の混合物内に導入されて製品密度を低減させる。通常、外部で泡を製造するために、空気連行剤（液体発泡剤としても知られている）、空気及び水は、混合されて適切な泡発生装置で泡を形成し、次いで、その泡がセメントスラリーに添加される。
【００７３】
[0074]空気連行剤／発泡剤の例として、とりわけ、アルキルスルホネート、アルキルベンゾールスルホネート、アルキルエーテルスルフェートオリゴマーが挙げられる。こうした発泡剤に対する一般式の詳細は、米国特許第５，６４３，５１０号で知ることができる。
【００７４】
[0075]ＡＳＴＭ Ｃ ２６０「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｉｒ−Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」（２００６年８月１日）に規定された標準に合致するものなどの空気連行剤（発泡剤）を用いることができる。かかる空気連行剤は、当業者には周知であり、Ｋｏｓｍａｔｋａらの「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」第４版、Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、詳細には、「Ａｉｒ Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」というタイトルの８章（米国特許出願第２００７／００７９７３３ Ａｌに引用されている）に記載されている。市販の空気連行剤として、ビンゾール木質樹脂、スルホン化炭化水素、脂肪族樹脂酸；スルホン化リグニン塩、及び通常、アニオン性又は非イオン性界面活性剤の形態をとる多数の他の界面活性材料などの脂肪族置換アリールスルホネート；アビエチン酸ナトリウム、飽和又は不飽和脂肪酸及びそれらの塩、テンサイド、アルキルアリールスルホネート、フェノールエトキシレート、リグノスルホネート、樹脂石けん、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、硫酸ラウリル、ＡＢＳ（アルキルベンゼンスルホネート）、ＬＡＳ（直鎖アルキルベンゼンスルホネート）、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテル、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルスルフェートエステル又はそれらの塩、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルホスフェートエステル又はそれらの塩、タンパク質材料、アルケニルスルホスクシネート、α−オレフィンスルホネート、α−オレフィンスルホネートのナトリウム塩、又はラウリル硫酸ナトリウム若しくはラウリルスルホン酸ナトリウム及びそれらの混合物が挙げられる。
【００７５】
[0076]通常は、空気連行（発泡）剤は、セメント系組成物全体の重量の約０．０１〜１重量％である。
【００７６】
[0077]収縮制御剤、着色剤、粘度調整剤（増粘剤）及び内部養生剤などの他の化学添加剤も、所望であれば、本発明の組成物に添加することができる。
【００７７】
＜スクリム＞
[0078]多様な型の個々の補強繊維も本発明のセメント系組成物に含めることができる。ポリマー被覆グラスファイバ、並びにポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロンなどのポリマー材料などの材料から作製したスクリムを使用して、セメント系製品をその機能及び用途に応じて補強することができる。本発明に従って生産されたセメントボードは、通常、ポリマー被覆グラスファイバから作製されたスクリムを用いて補強される。
【００７８】
＜骨材及びフィラー＞
[0079]開示されたセメント系反応性粉末ブレンドは、本発明のセメント系組成物の急結成分を規定するものであるが、所期の使用及び用途に応じて、他の材料もこの組成物に含め得ることを当業者は理解されたい。
【００７９】
[0080]例えば、セメントボードの用途では、製品の所望の機械特性を不当に低下させることなく軽量ボードを生産することが望ましい。この目的は、軽量骨材及びフィラーを添加することによって実現される。有用な軽量骨材及びフィラーの例として、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石；粘土、頁岩、及びパーライトの膨張形態；中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどが挙げられる。セメントボードを生産するためには、膨張粘土及び頁岩性骨材は、特に有用である。膨張プラスチックビーズ及び中空プラスチック球は、本発明組成物で使用する場合、それらのかさ密度が極めて低いので、重量基準では非常に少ない量しか必要ではない。
【００８０】
[0081]選択した軽量骨材又はフィラーの種類に応じて、反応性粉末ブレンドに対する軽量骨材又はフィラーの重量比は、約１／１００〜２００／１００、好ましくは、約２／１００〜１２５／１００であってもよい。例えば、軽量セメントボードを作製する場合、反応性粉末ブレンドに対する軽量骨材又はフィラーの重量比は好ましくは、約２／１００〜１２５／１００となろう。製品が軽量であるという特徴が、重要な基準にならない用途では、コンクリート建造物で通常使用されるか川砂及び粗骨材を本発明の組成物の一部分として利用することもできる。
【００８１】
＜初期スラリー温度＞
[0082]本発明では、初期のスラリー温度を高くする条件下でスラリーを形成することが、セメント系配合物を急結させ、速やかに硬化させるために重要であることが分かった。初期スラリー温度は、約９０°Ｆ（３２℃）以上であるべきである。スラリー温度が、９０°Ｆ〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）又は９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）の範囲であると、凝結時間が非常に短くなる。初期スラリー温度は、好ましくは、約１２０°Ｆ〜１３０°Ｆ（４９℃〜５４℃）である。
【００８２】
[0083]一般には、この範囲では、スラリーの初期温度が上昇すると、反応の進行と共に温度上昇速度が増加し、凝結時間が短縮される。したがって、９５°Ｆ（３５℃）の初期スラリー温度は、９０°Ｆ（３２℃）の初期スラリー温度より好ましく、温度１００°Ｆ（３８℃）は、９５°Ｆ（３５℃）より好ましく、温度１０５°Ｆ（４１℃）は、１００°Ｆ（３８℃）より好ましく、温度１１０°Ｆ（４３℃）は、１０５°Ｆ（４１℃）より好ましい、以下同様である。初期スラリー温度を上昇させる利点は、ボード温度範囲の上限に接近するにつれて減少すると考えられている。
【００８３】
[0084]当業者には理解されるように、初期スラリー温度の実現は、１以上の方法によって達成することができる。おそらく、最も好都合な方法は、スラリーの１つ又は複数の成分を加熱することである。実施例では、本発明者らは、水を乾燥した反応性粉末及び非反応性固体に添加した場合、生成スラリーが所望の温度になるような温度まで加熱した水を供給した。或は、所望なら、固体は周囲温度より高い温度で供給することもできると思われる。スラリーに熱を供給するために蒸気を使用することも採用可能な別の可能な方法である。
【００８４】
[0085]おそらくはより遅くなると思われるが、スラリーは、周囲温度で調製し、急速に（例えば、約１０、５、２又は１分以内に）加熱して約９０°Ｆ（又は、その他の上記に列挙した範囲で任意のもの）以上まで温度を上昇させることもできると思われ、それでも本発明の利点は実現される。
【００８５】
＜セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品の製造＞
[0086]セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、連続プロセスで最も効率的に製造され、その連続プロセスでは、反応性粉末ブレンドは、骨材、フィラー及びその他の必要な成分とブレンドされた後に、型枠中に又は連続式鋳込み成型ベルト上に混合物を配置する直前に水及び他の化学添加剤が添加される。
【００８６】
[0087]セメント系混合物が急結特性を有するので、セメント系ブレンドの乾燥成分と水の混合は、通常、鋳込み操作の直前に実施されることになることを理解されたい。アルミン酸カルシウム化合物の水和物の形成、及びそれに伴う多量の水の消費の結果として、セメント系製品は剛性を示し、更なる養生のための、切断、ハンドリング及び積層可能な状態になる。
【００８７】
［実施例］
[0088]以下の実施例は、アルカノールアミン及びポリリン酸塩の添加が、反応性粉末の成分としてポルトランドセメントと、クラスＣフライアッシュと、硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）との混合物を含む本発明のセメント系組成物の、スラリー温度の上昇挙動、凝結特性、及び立方体の圧縮強度（ＣＣＳ）に及ぼす影響を示す。使用される添加物は、トリエタノールアミン、及びポリリン酸塩、例えば、トリメタリン酸ナトリウムであり、両者は水溶液として添加された。
【００８８】
[0089]加えて、クエン酸ナトリウム凝結遅延剤及びスルホン化ナフタレン高性能減水剤を添加して混合物の流動性を制御した。こうした添加剤を全反応性粉末の重量％として添加した。
【００８９】
[0090]セメント（反応性粉末）に対する水の重量比０．４３／１及びセメント（反応性粉末）に対する膨張粘土骨材の重量比０．８０／１を使用して、実施例１〜５に含まれる組成物が混合された。
【００９０】
[0091]米国特許第６，８６９，４７４号に含まれる組成物との比較のために、セメント（反応性粉末）に対する水の重量比０．４０／１及びセメント（反応性粉末）に対する膨張粘土骨材の重量比０．９０／１を使用して、実施例６に含まれる組成物が混合された。
【００９１】
[0092]液体の温度をセメントと混合する前に調整して特定の混合物温度を得た。ホバートミキサー中で混合した後、混合物（約２８０グラム）を６オンスのスタイロホームカップ中に入れ、断熱スタイロホームボックスに入れた。データ収集用のコンピュータプログラムを使用して、温度応答を連続的に測定した。最高温度上昇速度、並びに最高温度及び最高温度までの時間を実験用混合物の反応性の指標として使用した。
【００９２】
[0093]始発時間及び終結時間をＡＳＴＭ Ｃ２６６に従ってギルモア針を用いて測定した。目標は、混合後、１０分未満、好ましくは５〜７分以内に終結に到達することであった。圧縮強度のために、試験用立方体（２インチ×２インチ×２インチ）（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）で湿ったタオルを含む密封プラスチックバッグ内に保持した。それぞれの混合物からの３個の立方体の圧縮強度を、混合物用液体の添加後５時間後に測定した。ＡＳＴＭ Ｃ１０９の手順に指定された荷重速度を満足するようにプログラムされたＳＡＴＥＣ ＵＴＣ １２ＯＨＶＬ圧縮機を使用して、立方体を押しつぶすのに必要な最大荷重を測定した。
【００９３】
[0094]こうした調査で使用した原料及び成分は以下の通りであった：
[0095]ＩＩＩ型ポルトランドセメント
[0096]石こう（ランドプラスタ）
[0097]クラスＣフライアッシュ
[0098]膨張粘土／頁岩骨材
[0099]トリエタノールアミン（ＴＥＡ）
[00100]クエン酸ナトリウム
[00101]スルホン化ナフタレン縮合体の高性能減水剤
[00102]トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）
【００９４】
[00103]以下の実施例では、初期スラリー温度が周囲より高い条件下で乾燥反応性粉末成分及び使用された任意の骨材を水と混合した。初期温度が９０°〜１３５°Ｆ（３２〜５７℃）の範囲内にあるスラリーを生成する温度を有する熱水を通常使用した。
【００９５】
[00104]実施例は、凝結遅延剤（クエン酸ナトリウム）、アルカノールアミン（トリエタノールアミン）、ポリリン酸塩及びスラリー温度の相乗的な役割を実際に示すものである。実施例によって、ＡＳＴＭ Ｃ２６６の試験手順で指定された上記のギルモア針を用いて測定した、始発及び終結時間によって特徴づけられる組成物の凝結、並びにＡＳＴＭ Ｃ１０９による初期の高圧縮強度が報告される。
【００９６】
＜実施例１（混合物１〜６）＞
[00105]０〜０．０５％の範囲のトリエタノールアミン及び０〜１．０％の範囲のトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）（セメント系反応性粉末の重量に対して）を含む配合物を使用して、これらの組成物の終結及び温度上昇特性に及ぼすＳＴＭＰ及びトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の効果を測定した。本実施例では、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ及びランドプラスタを重量比（部数）１００／４０／１０で添加した。高性能減水剤及びクエン酸塩を本実施例で使用した混合物に水溶液として添加した。図１は、ＳＴＭＰの水準を上昇させると、かかる混合物の温度上昇が促進されたことを示す。
【００９７】
[00106]表１は、ＳＴＭＰ用量の変動が、図１に示された温度上昇曲線の特徴、及びこれらの混合物に対して測定された終結時間に及ぼす効果を要約する。こうした結果は、０．０２５〜０．０５％の範囲のＴＥＡ及び０．７５〜１．０％の範囲のＳＴＭＰを含む配合物の終結時間が７〜８分であったことを示す。加えて、０．０５％のＴＥＡ及び０．３０％のＳＴＭＰを含む配合物は、凝結時間が１４分未満であった。
【００９８】
[00107]
【表１】
【００９９】
＜実施例２（混合物１〜８）＞
[00108]１〜８と標識された別の組の混合物を調製した。表２は、ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ、及びランドプラスタを重量比（部）１００／４０／１５（混合物１〜４）及び１００／７０／２５（混合物５〜８）で含むこうした配合物を示す。表２は又、混合物１、２、３及び４がＴＥＡ０．０５％を含み、ＳＴＭＰ用量が、それぞれ、０、０．３０、０．７５及び１．０％であったことを示す。混合物５、６、７及び８では、ＴＥＡ用量を０．１％に保持し、ＳＴＭＰ水準は、それぞれ、０、０．５０、０．７５及び１．０％であった。
【０１００】
[00109]表２に含まれた結果は、ＳＴＭＰ用量が増加すると、終結時間が大幅に短縮されることを示す。例えば、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ１５部を含み、ＳＴＭＰが０％である混合物１では、終結は、１８７分と測定された。又、１．０％のＳＴＭＰを含み、フライアッシュ及びランドプラスタ含有量が混合物１と同じである混合物４では、終結は、約１０分まで短縮された。同様に、ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含む混合物５の終結時間は、０．７５及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物７及び８の場合の丁度１２〜１７分に比較して４時間超であることが分かった。
【０１０１】
[00110]加えて、表２に含まれる圧縮強度データは、比較的高用量のＳＴＭＰを含む混合物が、中程度のＳＴＭＰを含む混合物に比較して比較的大きい圧縮強度と十分な急結性を合わせて有することを示すように思われる。例えば、フライアッシュ４０部及びランドプラスタ１５部を有し、それぞれ、０、０．７５及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物１、３及び４は、ＳＴＭＰ０．３０％を含む混合物２の場合の圧縮強度９１３ｐｓｉに比較して、２００４、１１６５及び１６９３ｐｓｉであった。同様に、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、フライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含み、それぞれ、０．７５％及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物７及び８は、ＳＴＭＰ０．５０％を含む混合物６の場合の圧縮強度５００ｐｓｉに比較して、６６２及び８８０ｐｓｉであった。
【０１０２】
[00111]対照的に、ＳＴＭＰを含まない混合物１及び５は、比較的、終結時間が長かった。ＳＴＭＰ０％を含む混合物１は、２００４ｐｓｉという比較的大きい圧縮強度を有するが、その終結時間１８７分は、本発明で計画された使用には不適当である。
【０１０３】
[00112]
【表２】
【０１０４】
＜実施例３（混合物１〜８）＞
[00113]１〜８と標識された別の組の混合物を作製した。トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）促進剤をトリエタノールアミン（ＴＥＡ）促進剤と共に含むこうした配合物を、ＴＥＡと組み合わせた硫酸アルミニウム（アラム）を含む配合物と比較した。ＳＴＭＰの用量を変動させ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００重量部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部を含む混合物に対する温度上昇及び終結時間を、ＴＥＡ０．２５％と組み合わせたアラム０．０５％を含み、フライアッシュとランドプラスタの比が同じ（４０／２０）である混合物と比較した。加えて、ＳＴＭＰの用量を変動させ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部を含む混合物に対する温度上昇及び終結時間を、ＴＥＡ０．２５％と組み合わせたアラム０．０５％を含み、フライアッシュとランドプラスタの比が同じ（６０／２０）である混合物と比較した。
【０１０５】
[00114]表３は、使用されたそれぞれの混合物に対する詳細な組成物、及びそれぞれの混合物に特徴的な温度上昇に加えてそれらの対応する終結時間を示す。表３は、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部とフライアッシュとランドプラスタとの比が１００／４０／２０で、０．１０％のＴＥＡ及び０％のＳＴＭＰを含む混合物２に対して測定された終結時間４２分が、０．２５％のＴＥＡ及び０．０５％のアラムを含み、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部とフライアッシュとランドプラスタの比が同じである混合物１の終結時間約７分と比較した場合、大幅に長いことを示す。対照的に、０．３及び０．７５％のＳＴＭＰを含む混合物３及び４では、７分未満の終結時間が実現される。
【０１０６】
[00115]加えて、混合物３及び４では、５時間後の圧縮強度は、０．２５％のＴＥＡ及び０．０５％のアラムを含む混合物１の場合の７０３ｐｓｉと比較して、７２２及び１１９１ｐｓｉと測定された。同様な結果を、表３に含まれた混合物５、６、７及び８の場合の結果によって示されるように、ＩＩＩ型ポルトランドセメントとフライアッシュとランドプラスタの比が１００／６０／２０である混合物について得た。
【０１０７】
[00116]
【表３】
【０１０８】
＜実施例４（混合物１〜１２）＞
[00117]１〜１２と標識された別の組の混合物を作製した。トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）を多様に組み合わせ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部を含むこれらの混合物に対する圧縮強度を評価した。表４は、用いたそれぞれの混合物に対する詳細な組成、並びにそれらに対応する終結時間及び温度上昇パラメータを示す。表４は、０．０５％のＴＥＡ及び０．６０％のＳＴＭＰを含む混合物１２が、終結時間（９．３分）と圧縮強度（８３６ｐｓｉ）の最良の組合せであることを示す。０％のＴＥＡ及び０．６５％のＳＴＭＰを含む混合物１１は、１３９６ｐｓｉと測定された最高の圧縮強度を有するが、この混合物について測定された終結時間は、１３８分まで伸びた。０．６５％のＴＥＡ及び０％のＳＴＭＰを含む混合物１０は、終結時間５．５分未満であったが、６４９ｐｓｉという圧縮強度は、混合物１２のそれに比較して大幅に低い。
【０１０９】
[00118]表４に含まれた圧縮強度のデータは、最大の圧縮強度を有する混合物が、０．０５〜０．１０％の範囲のＴＥＡ及び０．５０〜０．６０％の範囲のＳＴＭＰを含むことを示す。
【０１１０】
[00119]
【表４】
【０１１１】
＜実施例５（混合物１〜１２）＞
[00120]混合物１〜１２の別の組を作製した。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）と３つの異なるポリリン酸塩、即ち、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、及びトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を多様に組み合わせ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部を含むこれらの混合物に対する５時間圧縮強度及び温度上昇を比較した。表５に含まれたデータは、０．６０％のＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ又はＳＴＭＰを使用し、０．１５重量％のＴＥＡを含む混合物１、５又は９が６〜８分の範囲の許容できる終結、及び１３３３〜２３７４ｐｓｉの圧縮強度を有する混合物を生成することを示す。しかし、ＴＥＡを０．０５〜０．１０％まで低減すると、０．７５及び０．８５重量％のＳＴＭＰを含む混合物１０及び１１のみが、約５〜６分の許容できる終結、及び１７６９〜２０３２ｐｓｉの範囲の圧縮強度を有する配合物を生成する。
【０１１２】
[00121]表５は、それぞれ、０．６０％、０．７５％、０．８５％及び１．０％のＳＴＭＰを含む混合物９、１０、１１及び１２が、ＴＥＡが類似の用量で、ＫＴＰＰを含む混合物１、２、３及び４並びにＳＴＰＰを含む混合物５、６、７及び８と比較して、比較的より大きい温度上昇速度及びより高い最高温度を有することを示す。図２は、それぞれ０．７５％のＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ及びＳＴＭＰを含み、０．１０％のＴＥＡを含む混合物２、６及び１０を比較する。図２は、ＳＴＭＰを含む混合物１０が、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含む混合物２及び６に比較して、より速やかにより高い温度に達したことを示す。最後の結果は、上昇速度（表５に示すように１３°Ｆ／分に近い）であり、その速度は、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含む混合物について測定された温度上昇速度（７°Ｆ／分）のほぼ２倍であった。
【０１１３】
[00122]
【表５】
【０１１４】
＜実施例６＞
[00123]この実施例は、米国特許第６，８６９，４７４号のものと類似の組成を有する混合物を評価した。
【０１１５】
[00124]ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部及びクラスＣフライアッシュ９０部を含むセメント粉末混合物を、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の多様な組合せにおいて、膨張粘土骨材９０部と混合した。各混合物からの３つの立方体の圧縮強度を、水と混合して５時間後に測定した。立方体を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）に保持した。表６は、使用された各混合物に対する詳細な組成、及び上記の試験手順ＡＳＴＭ Ｃ１０９によって終結時間及び圧縮強度を測定した場合の各混合物に対応した試験結果を示す。
【０１１６】
[00125]表６は、それぞれ０．６０、０．７０及び０．７５％のＳＴＭＰを含み、０．２０、０．１０％及び０．０５％のＴＥＡを含む本発明の混合物番号１１、１２及び１３が、それぞれ、終結時間４．５、６．５及び８．５分と５時間圧縮強度９２３、１０４２及び１６７６ｐｓｉの最良の組合せであることを示す。この実施例は、高強度と速やかな終結時間という有利な組合せを示す組成物を実現する場合においてＳＴＭＰとＴＥＡを合わせることの利点を示す。
【０１１７】
【表６】
【０１１８】
[00126]本発明を実施するための好ましい実施形態を説明してきたが、本開示が対象としている当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する改変及び付加を実施することができることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合物の温度が約９０°Ｆ（３２℃）以上である条件下で、水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、凝結促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩と、を混合するステップを含む、急結性セメント系混合物を提供する方法。
【請求項２】
前記混合物の温度が約９０〜１３５°Ｆ（３２〜５７℃）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合物の温度が約１００°Ｆ（３８℃）以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物の温度が約１０５°Ｆ（４１℃）以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）からなる群の少なくとも１種から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．１５〜１．５重量％のリン酸塩量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．３〜１．０重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アルカノールアミンが、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０２５〜１重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルカノールアミンが、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．２５重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウムを含み、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％の量で供給され、前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミンを含み、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．１重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記セメント系反応性粉末が、水硬性セメントと、任意選択で、鉱物性添加材、アルミン酸カルシウムセメント、及び硫酸カルシウムからなる群の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記セメント系反応性粉末が、鉱物性添加材をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記セメント系反応性粉末が、フライアッシュをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記セメント系反応性粉末が、硫酸カルシウムをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシュの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント及びフライアッシュの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、２０〜６０重量％のフライアッシュとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物が骨材をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
凝結遅延剤、空気連行剤、二次無機凝結促進剤、及び高性能減水剤からなる群の少なくとも１種を前記混合物に添加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記混合物が凝結遅延剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合物が空気連行剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記混合物が二次無機凝結促進剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合物が高性能減水剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記混合物の温度が、１以上の混合物の成分を加熱することによって、前記混合物を形成した０〜５分後に実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合物をスラリーとして形成するのに十分な水を供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）水硬性セメント及び
（ｂ）任意選択の鉱物性添加材を含むセメント系反応性粉末と、
成分（ａ）及び（ｂ）に対する促進剤としてのアルカノールアミン及びポリリン酸塩と、
水と、の混合物を含み、
９０°Ｆ以上の温度で前記混合物を混合するステップを含む方法によって形成されるセメントボードを調製するための組成物。
【請求項２９】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、ピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３０】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．１５〜１．５重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３１】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．３〜１．０重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３２】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３３】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３４】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０２５〜１重量％のアルカノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３５】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．２５重量％のアルカノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３６】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％のリン酸塩と、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．１重量％のアルカノールアミンと、を含み、
該リン酸塩がトリメタリン酸ナトリウムを含み、
該アルカノールアミンがトリエタノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３７】
前記セメント系反応性粉末が、水硬性セメントと、任意選択で、鉱物性添加材、アルミン酸カルシウムセメント、及び硫酸カルシウムからなる群の少なくとも１種とを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３８】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３９】
前記混合物が鉱物性添加材をさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４０】
前記混合物がフライアッシュをさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４１】
骨材、凝結遅延剤、発泡剤、空気連行剤、二次無機凝結促進剤、高性能減水剤、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４２】
スラリーを形成するのに十分な水を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項１】
混合物の温度が約９０°Ｆ（３２℃）以上である条件下で、水と、水硬性セメントを含むセメント系反応性粉末と、凝結促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩と、を混合するステップを含む、急結性セメント系混合物を提供する方法。
【請求項２】
前記混合物の温度が約９０〜１３５°Ｆ（３２〜５７℃）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合物の温度が約１００°Ｆ（３８℃）以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物の温度が約１０５°Ｆ（４１℃）以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）からなる群の少なくとも１種から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．１５〜１．５重量％のリン酸塩量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．３〜１．０重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アルカノールアミンが、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０２５〜１重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルカノールアミンが、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．２５重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウムを含み、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％の量で供給され、前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミンを含み、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．１重量％の量で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記セメント系反応性粉末が、水硬性セメントと、任意選択で、鉱物性添加材、アルミン酸カルシウムセメント、及び硫酸カルシウムからなる群の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記セメント系反応性粉末が、鉱物性添加材をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記セメント系反応性粉末が、フライアッシュをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記セメント系反応性粉末が、硫酸カルシウムをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシュの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントと、０〜７重量％の硫酸カルシウムと、０〜５５重量％のフライアッシュとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記セメント系反応性粉末が、ポルトランドセメント及びフライアッシュの和を基準にして、約４０〜８０重量％のポルトランドセメントと、２０〜６０重量％のフライアッシュとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物が骨材をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
凝結遅延剤、空気連行剤、二次無機凝結促進剤、及び高性能減水剤からなる群の少なくとも１種を前記混合物に添加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記混合物が凝結遅延剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合物が空気連行剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記混合物が二次無機凝結促進剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合物が高性能減水剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記混合物の温度が、１以上の混合物の成分を加熱することによって、前記混合物を形成した０〜５分後に実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合物をスラリーとして形成するのに十分な水を供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）水硬性セメント及び
（ｂ）任意選択の鉱物性添加材を含むセメント系反応性粉末と、
成分（ａ）及び（ｂ）に対する促進剤としてのアルカノールアミン及びポリリン酸塩と、
水と、の混合物を含み、
９０°Ｆ以上の温度で前記混合物を混合するステップを含む方法によって形成されるセメントボードを調製するための組成物。
【請求項２９】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、ピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３０】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．１５〜１．５重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３１】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．３〜１．０重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３２】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％のリン酸塩を含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３３】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３４】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０２５〜１重量％のアルカノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３５】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．２５重量％のアルカノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３６】
前記混合物が、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．４〜０．７５重量％のリン酸塩と、前記セメント系反応性粉末の重量に対して約０．０５〜０．１重量％のアルカノールアミンと、を含み、
該リン酸塩がトリメタリン酸ナトリウムを含み、
該アルカノールアミンがトリエタノールアミンを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３７】
前記セメント系反応性粉末が、水硬性セメントと、任意選択で、鉱物性添加材、アルミン酸カルシウムセメント、及び硫酸カルシウムからなる群の少なくとも１種とを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３８】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項３９】
前記混合物が鉱物性添加材をさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４０】
前記混合物がフライアッシュをさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４１】
骨材、凝結遅延剤、発泡剤、空気連行剤、二次無機凝結促進剤、高性能減水剤、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含む、請求項２８に記載の組成物。
【請求項４２】
スラリーを形成するのに十分な水を含む、請求項２８に記載の組成物。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１０−５２８９７２（Ｐ２０１０−５２８９７２Ａ）
【公表日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１１２５８（Ｐ２０１０−５１１２５８）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６５２２８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５４１７９
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５９６１７２３２５）ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー (100)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６５２２８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５４１７９
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５９６１７２３２５）ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー (100)
【Ｆターム（参考）】
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