水泥用促凝劑的製作方法
2023-05-28 19:03:36 1
專利名稱：水泥用促凝劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及新的水泥用促凝劑、水泥組合物及其製造方法。更具體來說，涉及含有被調整為平均粒徑小於等於3μm的氫氧化鈣的水泥用促凝劑、含有該促凝劑的水泥組合物及其製造方法。
背景技術：
在使用灰漿、混凝土等水泥類水硬性組合物的工程中，從確保施工效率、縮短工期、實現維護設備的簡單化等觀點考慮，要求進行凝結硬化時間的控制。其中，對於以縮短工期、實現維護設備的簡單化、確保寒冷地區的施工效率等為目的的促凝效果的要求逐漸提高，期待能夠開發出具有較高的促凝效果的促凝劑。
作為以往所提出的代表性的促凝劑，可以舉出氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀等氯化物，氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼性化合物，可以獲得較高的促凝效果。
但是，當使用這些化合物時，由於硬化體中的氯化物量或者鹼量增加而產生鋼筋腐蝕或者鹼性骨料反應之類的對硬化體的耐久性造成不良影響的現象的可能性提高，因此從確保硬化體的耐久性的觀點考慮，其用途受到極大的限制，現狀是實用例非常少。
迄今為止，所述化合物以外的有用的促凝劑尚未被實用化，期望開發出具有高促凝效果，並且對硬化後的質量，特別是耐久性不會造成不良影響的促凝劑。
另一方面，當添加到水泥類水硬性組合物中時，作為不產生所述問題的化合物，可以舉出氫氧化鈣。
在陶瓷業協會志第93卷4號、45～52頁、1985年中，公布有如下的情況，即，向水泥中添加1％的氫氧化鈣，用試驗磨粉機(testmill)粉碎而製成了勃氏比表面積為3,200cm2/g的水泥，將該水泥利用氣噴射篩分為5個粒組，利用甘油-醇法將各粒組的游離CaO量定量，其結果是，在粒徑小於等於10μm的粒組中存在有大約0.5％的CaO，該水泥的初凝時間及終凝時間與未添加氫氧化鈣的情況相比被縮短。
但是，所述文獻中，對於氫氧化鈣的粒度和水泥的凝固時間的關係沒有任何說明，只是如上所述，說明了氫氧化鈣在10μm附近的粒徑中會促進水泥的凝聚。
發明內容
所以，本發明的目的在於，提供在添加到水泥類水硬性組合物中時，具有較高的促凝效果，並且對於硬化後的品質特別是耐久性不會產生不良影響的促凝劑。
本發明的其他的目的在於，提供一種水泥用促凝劑，是水泥的水合生成物的一種，能夠將以往未被作為促凝劑實際應用的氫氧化鈣調節為特定的粒度而能體現出高的促凝效果的水泥用促凝劑。
本發明的其他的目的在於，提供含有所述水泥用促凝劑的水泥組合物。
本發明的其他的目的在於，提供所述水泥用組合物的製造方法。
本發明的其他的目的及優點可以從以下的說明中闡明。
根據本發明，本發明的所述目的及優點第一可以利用具有如下特徵的水泥用促凝劑來實現，即，由平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子構成。
根據本發明，本發明的所述目的及優點第二可以利用具有如下特徵的水泥組合物來實現，即，含有100重量份水泥及0.05～10重量份作為本發明的所述水泥用促凝劑的氫氧化鈣。
根據本發明，本發明的所述目的及優點第三可以利用具有如下特徵的水泥組合物的製造方法來實現，即，向水泥中添加平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子的水漿(slurry)。
具體實施例方式
下面將對本發明進一步詳細說明。
本發明中，構成促凝劑的氫氧化鈣粒子的平均粒徑被調整為小於等於3μm是重要的。此種平均粒徑更優選被調整為小於等於2μm，進一步優選被調整為小於等於1μm。即，通過將氫氧化鈣的平均粒徑設為上述範圍內，可以大幅度提高其促凝效果，作為促凝劑可以發揮實用的功能。
本發明中，為了獲得平均粒徑3μm的氫氧化鈣粒子，推薦使用粉碎效率高、能夠實現高度粉碎的溼式粉碎。具體來說，可以舉出使用以球磨等為代表的粉碎機進行溼式粉碎的方法。作為所述溼式粉碎中所使用的分散劑，如果考慮用漿添加到水泥中時的反應性、操作性，水最為合適。
另外，在所述粉碎中，為了提高粉碎效率，並且獲得操作性良好的氫氧化鈣的濃度為20～60重量％的高濃度的料漿，優選在粉碎時使用分散劑。
作為所述分散劑，只要是具有將氫氧化鈣粒子分散的效果的材料，就可以沒有特別限制地使用。具體來說，作為合適的例子可以舉出以木質磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽、萘磺酸鹽、聚碳酸鹽等為主成分的水泥分散劑。其中，更優選聚碳酸鹽。特別是，在化合物中具有聚乙二醇鏈的物質由於具有高分散性能，因此優選。
所述化合物一般來說多被作為水泥分散劑在市場上銷售，可以很容易地獲得。
另外，作為為了獲得微細的氫氧化鈣而合適的方法，可以舉出在水溶劑中使石膏與氫氧化鹼反應，作為微細沉澱獲得氫氧化鈣的方法。根據此種反應，能夠在工業水平並且很容易地獲得平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子。
如果對所述方法進行更為具體的說明，則作為與氫氧化鹼反應的石膏，使用平均粒徑被調整為0.1～500μm左右，優選使用被調整為5～100μm左右的石膏。另外，作為氫氧化鹼水溶液，如果考慮與石膏的反應性等，則優選具有0.1～50重量％，特別優選5～15重量％的濃度。此種濃度的氫氧化鹼水溶液可以通過將30～48重量％左右的濃度的氫氧化鹼水溶液利用水稀釋而有利地獲得。作為所述氫氧化鹼，例如代表性的有氫氧化鈉、氫氧化鉀，特別優選氫氧化鈉。
作為使所述石膏與氫氧化鹼在水中反應的方法，具體來說，可以舉出在帶有攪拌機的反應槽內混合的方法、在配管內使用混合機混合的方法、利用高壓活塞泵從噴嘴中噴射處理流體繼而使之打到固定板上的方式的加壓噴嘴式攪拌機等。
另外，石膏與氫氧化鹼的比例為，相對於1摩爾份石膏，優選氫氧化鹼為1.0～1.5摩爾份，更優選1.0～1.1摩爾份。另外，接觸時的溫度優選10～40℃。另外，壓力優選為常壓。
所述反應時間雖然也由氫氧化鹼的濃度、粉碎物的粒徑來決定，合適的是5～60分鐘。該反應中，在同一反應液中生成氫氧化鈣的沉澱物。
作為將所生成的氫氧化鈣的沉澱物回收的方法，在與液相部的分離中，例如優選使用旋轉篩、圓桶過濾器、圓盤過濾器、nature filter、壓濾機、螺旋壓濾機、管壓機等過濾器，螺旋沉降器、篩式沉降器等離心分離機等。所得的氫氧化鈣的沉澱物優選進行充分的水洗。
作為獲得氫氧化鈣的微細沉澱物的方法，除了所述的方法以外，還可以使用在水溶劑中使氯化鈣和氫氧化鹼反應的方法等。
構成本發明的促凝劑的氫氧化鈣粒子，為了實現其微細的粒徑，最好以將水作為分散劑的漿的形態使用。即，在利用所述的方法得到的氫氧化鈣粒子，其在乾燥時，有可能產生粒子的凝聚，使得平均粒徑超過3μm。所以，不需要從進行所述溼式粉碎得到的漿或利用所述反應得到的漿中將水除去而進行的乾燥、直接作為促凝劑使用的方式是合適的。
而且，本發明中，當將所述氫氧化鈣以所述漿的形態使用時，為了降低漿的粘性，最好添加所述分散劑。
本發明的促凝劑添加到水泥中而構成水泥組合物，而其在水泥組合物中的含量被調整為，相對於100重量份水泥，氫氧化鈣達到0.05～10重量份，優選達到0.1～6重量份的比例。當氫氧化鈣的添加量少於0.05重量份時，則無法獲得足夠的促凝效果，另外，當超過10重量份時，則由於促凝效果已經到頂，因此從經濟性的觀點考慮不夠理想。
本發明中，促凝劑的添加方法雖然沒有特別限制，然而優選以所述漿的形態添加到水泥中的方法。具體來說，可以舉出在將水泥用水混勻調製以水泥漿、灰漿及混凝土為代表的水泥類水硬性組合物時以漿的形式添加的方法、在已經被調整了的水泥類水硬性組合物中後續添加漿而混勻的方法等。
在以所述漿的形式添加的製造方法中，通過使用因預先添加分散劑而降低了粘性的漿，就能夠更為容易地添加到水泥中。
本發明中，水泥只要是一般所使用的材料，就可以沒有特別限制地使用。例如，可以使用由JIS R 5210「波特蘭水泥」規定的波特蘭水泥、由JIS R 5211「高爐水泥」規定的高爐水泥、由JIS R 5212「氧化矽水泥」規定的氧化矽水泥、由JIS R 5213「飛灰水泥」規定的飛灰水泥等。
其中，更優選使用波特蘭水泥。另外，所述水泥優選使用勃氏值為2,000～5,000cm2/g的水泥。
另外，所述波特蘭水泥的3CaO·SiO2含量在大於等於50重量％的，更優選大於等於60重量％的，由於不僅可以實現促凝效果，而且還可以在材料使用期限的初期中發揮高強度體現性，因此優選。另外，3CaO·SiO2含量的上限一般來說為75重量％。
一般來說，所述3CaO·SiO2含量在大於等於50重量％而小於60重量％的情況下，對於普通波特蘭水泥是3CaO·SiO2含量在大於等於60重量％的情況下，優選使用早強波特蘭水泥。
當將本發明的促凝劑與大量的鋁酸鈣類等鋁化合物並用時，由於有可能妨礙促凝效果，因此該鋁化合物的存在量最好被調整為相對於100重量份水泥在小於等於5重量份。但是，作為水泥的組成而含有的鋁酸鈣等各種鋁化合物並不包含於這裡所說的鋁化合物的存在量中。
本發明的促凝劑在不明顯妨礙本發明的效果的範圍中，也可以與水泥分散劑、空氣量調節劑、防鏽劑、降低分離劑、增粘劑、降低收縮劑、膨脹材料、平均粒徑超過3μm的氫氧化鈣、促凝劑、石膏、高爐渣、飛灰、矽灰、石灰石微粉、礦物質微粉等公知的混合材料同時使用。
如上所述，本發明的水泥用促凝劑具有優良的促凝效果，並且不含有對硬化後的水泥硬化體的耐久性造成不良影響的成分，因此可以不限制用途地作為水泥漿、灰漿及混凝土等水泥類水硬性組合物的促凝劑廣泛地使用。其工業價值極高。
實施例下面，將利用實施例對本發明的構成及效果進行說明，然而本發明並不限定於這些實施例。
(1)平均粒徑的評價方法作為分散介質使用乙醇，使用雷射衍射式粒度分布測定器來測定氫氧化鈣的粒度分布，根據測定結果算出體積平均粒徑，將其作為平均粒徑。
(2)凝結時間的評價方法對於添加了促凝劑的水泥漿的凝結時間，利用由JIS R 5201「水泥的物理試驗方法」規定的方法測定。氫氧化鈣添加到水泥中，其比例的計算是氫氧化鈣量也包括在總量之內加以計算。
實施例1～3將利用以水作為分散劑的溼式粉碎得到的、平均粒徑為2.5、1.3及0.5μm的氫氧化鈣粒子各自以漿的形態，分別按照以水泥的比例量(該比例量包括氫氧化鈣的量)表示達到3.1重量％的方式，與水泥及離子交換水混勻，得到水泥漿，測定了其凝結時間。而且，水泥使用了市售的普通波特蘭水泥。將結果表示於表1中。
比較例1未添加氫氧化鈣，其他的條件與實施例1相同，測定了水泥漿的凝結時間。將結果表示於表1中。
比較例2～5使用平均粒徑為62.0、23.5、6.5及3.8μm的氫氧化鈣，其他的條件與實施例1相同，得到水泥漿，測定了其凝結時間。將結果表示於表1中。
表1 實施例4～5將利用以水作為分散劑的溼式粉碎得到的、平均粒徑為0.5μm的氫氧化鈣粒子以漿的形態，按照以水泥的比例量(該比例量包括氫氧化鈣的量)表示分別達到2.0及4.0重量％的方式，添加到水泥中，除此以外，在與實施例1相同的條件下，得到水泥漿，測定了其凝結時間。將結果表示於表2中。
表2 實施例6～8
將利用以水作為分散劑的溼式粉碎得到的、平均粒徑為0.2μm的氫氧化鈣粒子以按照使聚碳酸類水泥分散劑達到氫氧化鈣的9.0重量％的方式添加的漿的形態，按照以水泥的比例量(該比例量包括氫氧化鈣的量)表示達到0.9、1.8、3.2重量％的方式，與水泥及離子交換水混勻，得到水泥漿，測定了其凝結時間。而且，水泥使用了市售的普通波特蘭水泥。將結果表示於表3中。
表3 實施例9將利用以水作為分散劑的溼式粉碎得到的、平均粒徑為0.5μm的氫氧化鈣粒子以漿的形態，按照以水泥的比例量(該比例量包括氫氧化鈣的量)表示達到3.1重量％的方式，與水泥及離子交換水混勻，得到水泥漿，測定了其凝結時間。而且，水泥使用了低熱波特蘭水泥(2CaO·SiO2含量為62重量％)。將結果表示於表4中。
比較例6未添加氫氧化鈣，其他的條件與實施例9相同，測定了水泥漿的凝結時間。將結果表示於表4中。
表4 實施例10將水泥使用市售的高爐水泥B種，其他的條件與實施例9相同，測定了水泥漿的凝結時間。將結果表示於表5中。
比較例7未添加氫氧化鈣，其他的條件與實施例9相同，測定了水泥漿的凝結時間。將結果表示於表5中。
表5 實施例11～12向市售的普通波特蘭水泥100重量份中，以料漿的形態添加1.0及3.1重量份利用以水作為分散劑的溼式粉碎得到的平均粒徑為0.4μm的氫氧化鈣粒子，測定了將水、水泥、氫氧化鈣、細骨料、粗骨料及AE減水劑標準形以表6所示的比例混合的混凝土組合物的凝結時間。混凝土的混合條件為，塌落度18.0±2.5cm、空氣量4.5±1.5％。凝結時間利用JIS A 1147「混凝土的凝結時間試驗方法」測定。試驗溫度設為5℃。將結果表示於表7中。
比較例8未添加氫氧化鈣，其他的條件與實施例11相同，測定了混凝土的凝結時間及壓縮強度。將配比表示於表6中，將結果表示於表7中。
表6
表7 實施例13向市售的早強波特蘭水泥100重量份中，添加5.3重量份平均粒徑0.45μm的氫氧化鈣粒子，測定了將水、水泥、氫氧化鈣粒子、細骨料、粗骨料及市售的聚碳酸類高性能AE減水劑以表8所示的比例混合的混凝土組合物的壓縮強度。混凝土的混合條件為，塌落度8.0±2.5cm、空氣量3.0±1.0％。壓縮強度利用JIS A 1108「混凝土的壓縮強度試驗方法」測定。試驗溫度設為20℃。將結果表示於表9中。
實施例14除了將氫氧化鈣粒子的添加量設為7.9重量份以外，進行了與實施例13相同的試驗。將結果表示於表9中。
實施例15除了將氫氧化鈣粒子的平均粒徑設為1.6μm以外，進行了與實施例13相同的試驗。將結果表示於表9中。
實施例16向市售的普通波特蘭水泥100重量份中，添加5.7重量份平均粒徑0.18μm的氫氧化鈣粒子，對將水、水泥、氫氧化鈣、細骨料、粗骨料及市售的聚碳酸類高性能AE減水劑以表8所示的比例配合的混凝土組合物進行調整，進行了與實施例13相同的試驗。將結果表示於表9中。
比較例9使用市售的早強波特蘭水泥，對將水、水泥、細骨料、粗骨料及市售的聚碳酸類高性能AE減水劑以表8所示的比例混合的混凝土組合物進行調整，進行了與實施例13相同的試驗。將結果表示於表9中。
比較例10向市售的早強波特蘭水泥100重量份中，添加5.3重量份平均粒徑12.0μm的氫氧化鈣粒子，對將水、水泥、氫氧化鈣、細骨料、粗骨料及市售的聚碳酸類高性能AE減水劑以表8所示的比例混合的混凝土組合物進行調整，進行了與實施例13相同的試驗。將結果表示於表9中。
表8 表9
權利要求
1.一種水泥用促凝劑，其特徵是，由平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子構成。
2.根據權利要求1所述的水泥用促凝劑，其特徵是，處於漿的形態。
3.一種水泥組合物，其特徵是，含有100重量份的水泥及0.05～10重量份的作為權利要求1或2所述的水泥用促凝劑的氫氧化鈣。
4.一種水泥組合物的製造方法，其特徵是，向水泥中添加平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子的水漿。
5.一種平均粒徑在小於等於3μm的氫氧化鈣粒子作為水泥用促凝劑的用途。
全文摘要
本發明提供由平均粒徑被調整為小於等於3μm的氫氧化鈣粒子構成的水泥用促凝劑及在100重量份水泥中含有0.05～10重量份的該促凝劑的水泥組合物。作為所述氫氧化鈣粒子，可以使用氫氧化鈣的溼式粉碎物、利用鈣鹽和氫氧化鹼的反應生成的微細沉澱物。該促凝劑顯示出很高的促凝效果，並且不會對水泥的硬化後的品質，特別是耐久性產生不良影響。
文檔編號C04B28/00GK1867525SQ20048003024
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優先權日2003年10月16日
發明者加藤弘義, 平中晉吾, 多賀玄治 申請人:株式會社德山