JP7390885B2 - Cement composition for modeling - Google Patents
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Description
本発明は、造形用セメント組成物に関する。 The present invention relates to a cement composition for modeling.
近年、樹脂等の造形用材料を、連続的に積載台(台座)の上に押し出しながら逐次固化させて積層することにより、繊細な形状を造形することができる付加製造装置が普及している。
そして、最近では樹脂のほかに、セメントや石膏等の水硬性材料と付加製造装置を用いて造形物を造形する方法が提案されている。例えば、特許文献1には、セメント質混錬物と付加製造装置を用いて、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を製造できる付加製造方法として、(A)造形用セメント組成物と水を混錬してセメント質混錬物を得るための混錬工程と、(B)該セメント質混錬物を押し出して硬化させて造形物を得るための押し出し工程を、少なくとも含む、付加製造方法が記載されている。
BACKGROUND ART In recent years, additive manufacturing devices that can mold delicate shapes by continuously extruding molding materials such as resin onto a loading table (pedestal), solidifying and layering them one after another have become popular.
Recently, methods have been proposed for forming objects using hydraulic materials such as cement and gypsum, in addition to resins, and additive manufacturing equipment. For example, Patent Document 1 describes (A) mixing a cement composition for modeling and water as an additive manufacturing method that can manufacture modeling objects with delicate and diverse designs using a cementitious mixture and an additive manufacturing device. An additive manufacturing method is described that includes at least a kneading step for kneading to obtain a cementitious kneaded product, and (B) an extrusion step for extruding and hardening the cementitious kneaded product to obtain a shaped object. has been done.
一方、特許文献2には、埋め込み金具などの拘束によるひび割れを防止する目的で、尿素を配合したセメント組成物を用いたセメント質硬化体の製造方法として、セメント、BET比表面積5~25m2/gの微粉末、細骨材、減水剤及び水に加えて、収縮低減剤及び/又は尿素を含む配合物を成形し、一次養生し、脱型した後、さらに二次養生するセメント質硬化体の製造方法であって、収縮低減剤及び/又は尿素の配合量が、セメント100質量部に対して0.5~3.0質量部であることを特徴とするセメント質硬化体の製造方法が記載されている。 On the other hand, Patent Document 2 describes a method for producing a cementitious hardened body using a cement composition containing urea for the purpose of preventing cracks due to restraint of embedded metal fittings, etc. g fine powder, fine aggregate, water reducing agent, water, and a mixture containing a shrinkage reducing agent and/or urea are molded, first cured, demolded, and then further secondarily cured. A method for producing a hardened cementitious material, characterized in that the amount of shrinkage reducing agent and/or urea is 0.5 to 3.0 parts by mass per 100 parts by mass of cement. Are listed.
本発明の目的は、造形用セメント組成物と水を混合してなる造形物製造用組成物を、調製(混合)直後に適度の流動性を有し、かつ、該流動性を長時間(例えば、2時間)維持しうるものにすることができ、付加製造技術においてノズル等を用いて造形を行う際に、上記造形物製造用組成物の造形直後の形状が崩れず、かつ、上記造形物製造用組成物が速硬性に優れることから、上記造形物製造用組成物を積層しても、造形物の形状(特に、積層された造形物の下部分)が崩れず、更には、寸法安定性に優れた造形物(硬化体)を得ることができる造形用セメント組成物を提供することである。 An object of the present invention is to provide a composition for manufacturing a model, which is obtained by mixing a cement composition for model and water, to have appropriate fluidity immediately after preparation (mixing), and to maintain the fluidity for a long period of time (e.g. , 2 hours), and when modeling using a nozzle or the like in additive manufacturing technology, the shape of the composition for producing a shaped object immediately after modeling does not collapse, and the shaped object Since the manufacturing composition has excellent quick hardening properties, even if the above-mentioned composition for manufacturing a modeled object is laminated, the shape of the modeled object (especially the lower part of the stacked object) does not collapse, and furthermore, the dimensional stability is maintained. It is an object of the present invention to provide a cement composition for modeling that allows obtaining a shaped object (hardened body) with excellent properties.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポルトランドセメント、超速硬セメント、繊維、及び凝結遅延剤を特定の量で含む造形用セメント組成物によれば、上記目的を達成でできることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[4]を提供するものである。
[1] ポルトランドセメント、超速硬セメント、繊維、及び凝結遅延剤を含む造形用セメント組成物であって、上記ポルトランドセメントと上記超速硬セメントの合計100質量%中の上記超速硬セメントの割合が20~80質量%であり、上記ポルトランドセメントと上記超速硬セメントの合計100質量部に対して、上記繊維の量が0.3~4.8質量部であり、上記凝結遅延剤の量が0.1~5質量部であることを特徴とする造形用セメント組成物。
[2] 凝結促進剤を含み、かつ、上記ポルトランドセメントと上記超速硬セメントの合計100質量部に対して、上記凝結促進剤の量が5質量部以下である前記[1]に記載の造形用セメント組成物。
[3] 細骨材を含む前記[1]又は[2]に記載の造形用セメント組成物。
[4] 前記[1]~[3]のいずれかに記載の造形用セメント組成物を用いた、造形物の製造方法であって、上記造形用セメント組成物を構成する各材料、及び、水を混合して、造形物製造用組成物を調製する工程、及び、上記造形物製造用組成物を用いた付加製造技術によって、上記造形物を作製する工程、を含む造形物の製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the above-mentioned objects can be achieved with a modeling cement composition containing specific amounts of Portland cement, super-fast hardening cement, fibers, and a setting retarder. They discovered what they could do and completed the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [4].
[1] A modeling cement composition containing Portland cement, super-fast-hardening cement, fiber, and a setting retardant, wherein the proportion of the super-fast-hardening cement in the total of 100% by mass of the Portland cement and the super-fast-hardening cement is 20%. to 80% by mass, the amount of the fibers is 0.3 to 4.8 parts by mass, and the amount of the setting retarder is 0.3 to 4.8 parts by mass, based on a total of 100 parts by mass of the Portland cement and the ultra-fast hardening cement. A cement composition for modeling, characterized in that it contains 1 to 5 parts by mass.
[2] The molding material according to [1] above, which contains a setting accelerator and has an amount of 5 parts by mass or less based on a total of 100 parts by mass of the Portland cement and the ultra-fast hardening cement. cement composition.
[3] The modeling cement composition according to [1] or [2] above, which contains fine aggregate.
[4] A method for producing a shaped object using the cement composition for modeling according to any one of [1] to [3] above, comprising each material constituting the cement composition for modeling, and water. A method for manufacturing a shaped object, the method comprising the steps of: preparing a composition for producing a shaped article; and producing the shaped article by additive manufacturing technology using the composition for producing a shaped article.
本発明の造形用セメント組成物によれば、該造形用セメント組成物と水を混合してなる造形物製造用組成物を、調製(混合)直後に適度の流動性を有し、かつ、流動性を長時間(例えば、2時間)維持しうるものにすることができる。
また、付加製造技術においてノズル等を用いて造形を行う際に、上記造形物製造用組成物が適度な流動性を有する(すなわち、過剰な流動性を有さない)ため、造形直後の上記造形物製造用組成物の形状が崩れず、かつ、上記造形物製造用組成物が速硬性に優れるため、上記造形物製造用組成物を積層しても、造形物の形状(特に、積層された造形物の下部分)が崩れず、更には、寸法安定性に優れた造形物(硬化体)を得ることができる。
According to the cement composition for modeling of the present invention, the composition for producing a modeled object obtained by mixing the cement composition for modeling and water has appropriate fluidity immediately after preparation (mixing), and It is possible to maintain the sex for a long time (for example, 2 hours).
In addition, when modeling using a nozzle or the like in additive manufacturing technology, since the composition for manufacturing a shaped object has appropriate fluidity (that is, does not have excessive fluidity), the above-mentioned shape immediately after modeling The shape of the composition for manufacturing objects does not collapse, and the composition for manufacturing objects has excellent quick hardening properties. It is possible to obtain a shaped article (hardened body) in which the lower part of the shaped article does not collapse and has excellent dimensional stability.
本発明の造形用セメント組成物は、ポルトランドセメント、超速硬セメント、繊維、及び凝結遅延剤を含む造形用セメント組成物であって、ポルトランドセメントと超速硬セメントの合計100質量%中の超速硬セメントの割合が20~80質量%であり、ポルトランドセメントと超速硬セメントの合計100質量部に対して、繊維の量が0.3~4.8質量部であり、凝結遅延剤の量が0.1~5質量部であるものである。
ポルトランドセメントの例としては、白色ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントを挙げることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、着色を自由に行うことができ、意匠性に優れる観点から、白色ポルトランドセメントが好ましい。
The modeling cement composition of the present invention is a modeling cement composition containing Portland cement, super-fast-hardening cement, fiber, and a setting retarder, wherein the super-fast-hardening cement contains 100% by mass of the total of Portland cement and super-fast-hardening cement. The proportion of fibers is 0.3 to 4.8 parts by mass, and the amount of setting retarder is 0.3 to 4.8 parts by mass, based on a total of 100 parts by mass of Portland cement and super fast-hardening cement. The amount is 1 to 5 parts by mass.
Examples of Portland cement include various Portland cements such as white Portland cement, ordinary Portland cement, early strength Portland cement, moderate heat Portland cement, and low heat Portland cement. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, white Portland cement is preferred because it can be colored freely and has an excellent design.
超速硬セメントの例としては、C12A7(12CaO・7Al2O3)、C3A(3CaO・Al2O3)、C11A7・CaF2(11CaO・7Al2O3・CaF2)、NC8A3(Na2O・8CaO・3Al2O3)、アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)、CA(CaO・Al2O3)、CA2(CaO・2Al2O3)から選ばれる1種以上の鉱物を15質量%以上含むセメントが挙げられる。
中でも、速硬性に優れ、凝結遅延剤による可使時間のコントロールが容易である観点から、アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を15質量%以上含むセメントが好適である。
アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を15~35質量%含むセメントの市販品としては、太平洋セメント社製の商品名「スーパージェットセメント」が挙げられる。
Examples of super-fast hardening cements include C 12 A 7 (12CaO・7Al 2 O 3 ), C 3 A (3CaO・Al 2 O 3 ), and C 11 A 7・CaF 2 (11CaO・7Al 2 O 3・CaF 2 ), NC 8 A 3 (Na 2 O・8CaO・3Al 2 O 3 ), Auin (3CaO・3Al 2 O 3・CaSO 4 ), CA (CaO・Al 2 O 3 ), CA 2 (CaO・2Al 2 O Examples include cement containing 15% by mass or more of one or more minerals selected from 3 ).
Among these, cement containing 15% by mass or more of Auin (3CaO.3Al 2 O 3 .CaSO 4 ) is preferred from the viewpoint of excellent quick hardening properties and easy control of pot life using a setting retarder.
A commercially available cement containing 15 to 35% by mass of Auin (3CaO.3Al 2 O 3.CaSO 4 ) includes the trade name "Super Jet Cement" manufactured by Taiheiyo Cement Co., Ltd.
ポルトランドセメントと超速硬セメントの合計100質量%中の超速硬セメントの割合は、20~80質量%、好ましくは25~75質量%、より好ましくは28~72質量%である。上記割合が20質量%未満であると、調製直後の流動性が過剰になる。上記割合が80質量%を超えると、造形物の寸法安定性が低下する。 The proportion of the super fast hardening cement in the total of 100% by mass of the Portland cement and the super fast hardening cement is 20 to 80 mass%, preferably 25 to 75 mass%, more preferably 28 to 72 mass%. If the above ratio is less than 20% by mass, the fluidity immediately after preparation will be excessive. If the above ratio exceeds 80% by mass, the dimensional stability of the shaped object will decrease.
本発明の造形用セメント組成物は、ポルトランドセメント及び超速硬セメント以外のセメントを、本発明の目的を阻害しない範囲内で含んでいてもよい。
他のセメントの例としては、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。
造形用セメント組成物中の他のセメントの含有率は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。
The modeling cement composition of the present invention may contain cement other than Portland cement and ultra-fast hardening cement within a range that does not impede the object of the present invention.
Examples of other cements include mixed cements such as blast furnace cement and fly ash cement, and ecocement.
The content of other cements in the modeling cement composition is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, particularly preferably 3% by mass or less.
繊維の例としては、ガラス繊維、金属繊維、有機繊維、炭素繊維等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、経済性とセメントの親和性の観点から、ガラス繊維が好適である。
繊維の形状および寸法は、好ましくは、長さが0.1mm以上、長さ/直径の比が20以上であり、より好ましくは、長さが0.1~30mm、長さ/直径の比が20~1,000であり、さらに好ましくは、長さが1~10mmで、長さ/直径の比が50~500であり、さらに好ましくは、長さが2~5mm、長さ/直径の比が100~400である。
繊維の長さが0.1mm以上であれば、強度(例えば、曲げ強度や破壊強度)の向上効果がより大きくなる。該長さが30mm以下であれば、混練の際にファイバーボールがより生じにくくなる。
また、繊維の長さ/直径の比が20以上であれば、同一配合量(同一体積)での繊維の本数が多くなり、強度(例えば、曲げ強度や破壊強度)の向上効果がより大きくなる。また、該比が1,000以下であると、繊維自身の強度が十分となり、張力を受けた際により切れにくくなる。
Examples of fibers include glass fibers, metal fibers, organic fibers, carbon fibers, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, glass fiber is preferred from the viewpoint of economy and compatibility with cement.
The shape and dimensions of the fibers are preferably such that the length is 0.1 mm or more and the length/diameter ratio is 20 or more, more preferably the length is 0.1 to 30 mm and the length/diameter ratio is 20 or more. 20 to 1,000, more preferably a length of 1 to 10 mm, and a length/diameter ratio of 50 to 500, and even more preferably a length of 2 to 5 mm, and a length/diameter ratio of 50 to 500. is 100-400.
If the fiber length is 0.1 mm or more, the effect of improving strength (for example, bending strength and breaking strength) will be greater. If the length is 30 mm or less, fiber balls are less likely to form during kneading.
In addition, if the fiber length/diameter ratio is 20 or more, the number of fibers in the same amount (same volume) will increase, and the effect of improving strength (for example, bending strength and breaking strength) will be greater. . Further, when the ratio is 1,000 or less, the strength of the fiber itself is sufficient and it becomes difficult to break when subjected to tension.
ポルトランドセメントと超速硬セメントの合計(以下、「セメント合計」ともいう。)100質量部に対する繊維の量は、0.3~4.8質量部、好ましくは0.4~4.6質量部、より好ましくは0.5~4.4質量部である。上記量が0.3質量部未満であると、造形物の曲げ強度や破壊エネルギーが低下する。上記量が4.8質量部を超えると、混練直後の流動性が低下する。また、混練時の作業性等を確保するために単位水量が増加し、造成物の強度の低下を招くことがある。 The amount of fibers is 0.3 to 4.8 parts by mass, preferably 0.4 to 4.6 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total of Portland cement and ultra-fast hardening cement (hereinafter also referred to as "total cement"). More preferably, it is 0.5 to 4.4 parts by mass. If the amount is less than 0.3 parts by mass, the bending strength and fracture energy of the shaped object will decrease. If the amount exceeds 4.8 parts by mass, fluidity immediately after kneading will decrease. Furthermore, in order to ensure workability during kneading, the unit amount of water is increased, which may lead to a decrease in the strength of the constructed product.
ガラス繊維の例としては、耐アルカリ性のガラス繊維等が挙げられる。耐アルカリ性のガラス繊維は、セメントとの親和性や経済性の観点から好適である。
耐アルカリ性のガラス繊維の例としては、酸化ジルコニウム(ZrO2)を14質量%以上含有するものが挙げられる。
ガラス繊維の形状および寸法は、好ましくは、長さが2mm以上で、長さ/直径の比が20以上であり、より好ましくは、長さが2~30mmで、長さ/直径の比が20~200である。ガラス繊維の長さが2mm以上であれば、曲げ強度の向上効果がより大きくなる。該長さが30mm以下であれば、混練の際にファイバーボールがより生じにくくなる。
また、ガラス繊維の長さ/直径の比が20以上であれば、同一配合量(同一体積)でのガラス繊維の本数が多くなり、曲げ強度の向上効果がより大きくなる。また、該比が200以下であると、ガラス繊維自身の強度が十分となり、張力を受けた際により切れにくくなる。
Examples of glass fibers include alkali-resistant glass fibers. Alkali-resistant glass fiber is suitable from the viewpoint of affinity with cement and economic efficiency.
Examples of alkali-resistant glass fibers include those containing 14% by mass or more of zirconium oxide (ZrO 2 ).
The shape and dimensions of the glass fibers are preferably such that the length is 2 mm or more and the length/diameter ratio is 20 or more, more preferably the length is 2 to 30 mm and the length/diameter ratio is 20. ~200. If the length of the glass fiber is 2 mm or more, the effect of improving bending strength will be greater. If the length is 30 mm or less, fiber balls are less likely to form during kneading.
Furthermore, if the length/diameter ratio of glass fibers is 20 or more, the number of glass fibers in the same amount (same volume) increases, and the effect of improving bending strength becomes greater. Moreover, when the ratio is 200 or less, the strength of the glass fiber itself is sufficient, and it becomes more difficult to break when subjected to tension.
金属繊維の例としては、鋼繊維およびアモルファス繊維等が挙げられる。これらの中でも、鋼繊維は、高い強度を有し、かつコストや入手のし易さの点でも優れているため好適である。
金属繊維の寸法、長さ/直径の比および配合量は、ガラス繊維と同様である。
Examples of metal fibers include steel fibers and amorphous fibers. Among these, steel fibers are preferred because they have high strength and are excellent in terms of cost and availability.
The dimensions, length/diameter ratio and loadings of the metal fibers are similar to those of the glass fibers.
有機質繊維の例としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、および炭素繊維からなる群から選ばれる1種以上が挙げられる。これらの中でも、ビニロン繊維およびポリプロピレン繊維は、高い強度を有し、かつコストが低く入手のし易さの点でも優れているため好適である。
有機質繊維の形状および寸法は、好ましくは、長さが2mm以上で、長さ/直径の比が20以上であり、より好ましくは、長さが2~30mmで、長さ/直径の比が20~500である。有機質繊維の長さが2mm以上であれば、破壊強度の向上効果がより大きくなる。該長さが30mm以下であれば、混練の際にファイバーボールがより生じにくくなる。
また、有機質繊維の長さ/直径の比が20以上であれば、同一配合量(同一体積)での有機質繊維の本数が多くなり、破壊強度の向上効果がより大きくなる。また、該比が500以下であると、有機質繊維自身の強度が十分となり、張力を受けた際により切れにくくなる。
Examples of organic fibers include one or more selected from the group consisting of vinylon fibers, polypropylene fibers, polyethylene fibers, aramid fibers, and carbon fibers. Among these, vinylon fibers and polypropylene fibers are preferred because they have high strength, are low in cost, and are easily available.
The shape and dimensions of the organic fibers are preferably such that the length is 2 mm or more and the length/diameter ratio is 20 or more, and more preferably the length is 2 to 30 mm and the length/diameter ratio is 20 or more. ~500. If the length of the organic fiber is 2 mm or more, the effect of improving the breaking strength will be greater. If the length is 30 mm or less, fiber balls are less likely to form during kneading.
Further, if the length/diameter ratio of the organic fibers is 20 or more, the number of organic fibers in the same amount (same volume) increases, and the effect of improving the breaking strength becomes greater. Moreover, when the ratio is 500 or less, the strength of the organic fiber itself is sufficient, and it becomes more difficult to break when subjected to tension.
また、炭素繊維の例としては、PAN系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が挙げられる。また、炭素繊維の寸法、アスペクト比および配合量は、有機繊維と同様である。 Furthermore, examples of carbon fibers include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers. Further, the dimensions, aspect ratio and blending amount of carbon fibers are the same as those of organic fibers.
凝結遅延剤の例としては、クエン酸及びその塩、ヘプトン酸及びその塩、コハク酸及びその塩、酒石酸及びその塩、グルコン酸及びその塩、リンゴ酸及びその塩等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、造形物製造用組成物の流動性をより長時間保持することができる観点から、クエン酸が好ましい。
セメント合計100質量部に対する凝結遅延剤の量は、0.1~5質量部、好ましくは0.5~3質量部、より好ましくは0.8~2質量部、特に好ましくは1.0~1.8質量部である。該量が0.1質量部未満であると、造形物製造用組成物の流動性を長時間(例えば、2時間)保持することができず、可使時間が短くなる。該量が5質量部を超えると、造形物製造用組成物の凝結が終結するまでの時間が過度に長くなる。
Examples of setting retarders include citric acid and its salts, heptonic acid and its salts, succinic acid and its salts, tartaric acid and its salts, gluconic acid and its salts, malic acid and its salts, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, citric acid is preferred from the viewpoint of being able to maintain the fluidity of the composition for producing a shaped object for a longer period of time.
The amount of setting retarder relative to 100 parts by mass of cement is 0.1 to 5 parts by mass, preferably 0.5 to 3 parts by mass, more preferably 0.8 to 2 parts by mass, particularly preferably 1.0 to 1 part by mass. .8 parts by mass. If the amount is less than 0.1 part by mass, the fluidity of the composition for producing a shaped object cannot be maintained for a long time (for example, 2 hours), and the pot life becomes short. If the amount exceeds 5 parts by mass, it will take too long for the composition for producing a shaped object to finish coagulating.
本発明の造形用セメント組成物は、凝結促進剤を含んでもよい。
凝結促進剤の例としては、硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、乳酸カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、入手の容易性等の観点から、硫酸ナトリウムが好ましい。
セメント合計100質量部に対する凝結促進剤の量は、好ましくは5質量部以下、より好ましくは0.1~4質量部、さらに好ましくは0.5~3質量部、特に好ましくは0.8~2.5質量部である。造形用セメント組成物が凝結促進剤を5質量部以下の量で含むことで、造形物製造用組成物の凝結が開始するまでの時間を短くすることができ、作業性を向上することができる。
The modeling cement composition of the present invention may also contain a setting accelerator.
Examples of setting accelerators include sodium sulfate, sodium thiosulfate, calcium lactate, sodium carbonate, potassium sulfate, aluminum sulfate, ferrous sulfate, ferric sulfate, magnesium nitrate, calcium nitrate, potassium nitrite, sodium carbonate, etc. Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, sodium sulfate is preferred from the viewpoint of ease of acquisition.
The amount of setting accelerator relative to 100 parts by mass of cement is preferably 5 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 4 parts by mass, even more preferably 0.5 to 3 parts by mass, particularly preferably 0.8 to 2 parts by mass. .5 parts by mass. When the cement composition for modeling contains a setting accelerator in an amount of 5 parts by mass or less, it is possible to shorten the time until setting of the composition for manufacturing a model starts, and improve workability. .
本発明の造形用セメント組成物は、発熱量を下げる観点から細骨材を含むことが好ましい。
細骨材の例としては、石灰石粉末、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、着色を自由に行うことができ、意匠性に優れる観点から、石灰石粉末を使用することが好ましい。
セメント合計100質量部に対する細骨材の量は、好ましくは100~700質量部、より好ましくは120~500質量部、特に好ましくは150~400質量部である。
The modeling cement composition of the present invention preferably contains fine aggregate from the viewpoint of lowering the calorific value.
Examples of fine aggregates include limestone powder, river sand, mountain sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, slag fine aggregate, lightweight fine aggregate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, it is preferable to use limestone powder because it can be colored freely and has an excellent design.
The amount of fine aggregate relative to 100 parts by mass of cement is preferably 100 to 700 parts by mass, more preferably 120 to 500 parts by mass, particularly preferably 150 to 400 parts by mass.
本発明の造形用セメント組成物は、必要に応じて他の材料を含んでもよい。必要に応じて含まれる他の材料としては、粗骨材や、AE剤、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、及び高性能AE減水剤等の各種混和剤や、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末等の各種混和材等が挙げられる。
なお、本発明において、造形用セメント組成物とは、ペースト、モルタルまたはコンクリートを調製するための水は含まれないものとする。
The modeling cement composition of the present invention may contain other materials as necessary. Other materials that may be included as necessary include coarse aggregate, various admixtures such as AE agents, water reducers, AE water reducers, high performance water reducers, and high performance AE water reducers, fly ash, silica fume, Examples include various admixtures such as pulverized blast furnace slag powder.
In the present invention, the cement composition for modeling does not include water for preparing paste, mortar, or concrete.
上述した造形用セメント組成物を用いた造形物の製造方法の一例としては、造形用セメント組成物を構成する各材料、及び、水を混合して、造形物製造用組成物を調製する工程、及び、上記造形物製造用組成物を用いた付加製造技術によって、造形物を作製する工程を含む造形物の製造方法等が挙げられる。
水としては、特に限定されず、水道水、スラッジ水等を使用することができる。
水と造形用セメント組成物の質量比(水/造形用セメント組成物)は、好ましくは0.10~0.60、より好ましくは0.11~0.40、特に好ましくは0.12~0.30である。該比が0.10以上であれば、付加製造技術によって造形物を作製するのに必要な流動性を確保することができる。該比が0.60以下であれば、造形物の強度をより向上することができる。
An example of a method for producing a modeled object using the above-described cement composition for modeling includes a step of mixing each material constituting the cement composition for modeling and water to prepare a composition for producing a modeled object; Further, there may be mentioned a method for producing a shaped article, which includes a step of producing a shaped article by an additive manufacturing technique using the composition for producing a shaped article.
The water is not particularly limited, and tap water, sludge water, etc. can be used.
The mass ratio of water to the cement composition for modeling (water/cement composition for modeling) is preferably 0.10 to 0.60, more preferably 0.11 to 0.40, particularly preferably 0.12 to 0. It is .30. If the ratio is 0.10 or more, fluidity necessary for producing a shaped article by additive manufacturing technology can be ensured. If the ratio is 0.60 or less, the strength of the shaped object can be further improved.
各材料を混合する手段としては、特に限定されるものではなく、モルタルやコンクリートの練り混ぜにおいて一般的に使用されるミキサを使用することができる。
具体的には、縦型ミキサ、横型ミキサ、ナウターミキサ、傾胴ミキサ、強制ミキサ、二軸ミキサ等が挙げられる。縦型ミキサとしては、例えば、ホバート社製の「ホバートミキサ」、ヘンシェル社製の「ヘンシェルミキサ」等が挙げられる。横型ミキサとしては、例えば、レディゲ社製の「レディゲミキサ」等が挙げられる。
付加製造技術によって造形物を作製する方法の例としては、造形物製造用組成物を、ノ
ズル等から押し出して堆積させる方法等が挙げられる。造形物の作成手段としては、市販されている付加製造装置(3Dプリンタ)を用いることができる。
The means for mixing each material is not particularly limited, and a mixer commonly used for mixing mortar and concrete can be used.
Specifically, a vertical mixer, a horizontal mixer, a Nauta mixer, a tilting mixer, a forced mixer, a biaxial mixer, etc. may be mentioned. Examples of the vertical mixer include "Hobart Mixer" manufactured by Hobart, "Henschel Mixer" manufactured by Henschel, and the like. Examples of the horizontal mixer include "Ledige Mixer" manufactured by Ledige Co., Ltd.
An example of a method for producing a shaped object using an additive manufacturing technique includes a method in which a composition for producing a shaped article is extruded from a nozzle or the like and deposited. A commercially available additive manufacturing device (3D printer) can be used as a means for creating the shaped object.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[使用材料]
(1)ポルトランドセメント;白色ポルトランドセメント、太平洋セメント社製
(2)超速硬セメント;アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)の含有率;15~35質量%、太平洋セメント社製、商品名「スーパージェットセメント」
(3)繊維;耐アルカリガラス繊維、長さ:3mm、直径:13.5μm、長さ/直径:222、日本電気硝子社製
(4)細骨材;石灰石砂、最大粒径0.3mm
(5)減水剤;粉末状のポリカルボン酸系減水剤、太平洋マテリアル社製、商品名:NF-200
(6)凝結促進剤;硫酸ナトリウム、試薬
(7)凝結遅延剤;クエン酸、試薬
(8)水;上水道水
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[Materials used]
(1) Portland cement; white Portland cement, manufactured by Taiheiyo Cement Co., Ltd. (2) Super fast-hardening cement; content of Auin (3CaO・3Al 2 O 3・CaSO 4 ); 15 to 35% by mass, manufactured by Taiheiyo Cement Co., Ltd., product name "Super Jet Cement"
(3) Fiber: alkali-resistant glass fiber, length: 3 mm, diameter: 13.5 μm, length/diameter: 222, manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. (4) Fine aggregate: limestone sand, maximum particle size 0.3 mm
(5) Water reducing agent; powdered polycarboxylic acid water reducing agent, manufactured by Taiheiyo Materials Co., Ltd., product name: NF-200
(6) Set accelerator; sodium sulfate, reagent (7) Set retarder; citric acid, reagent (8) Water; tap water
[実施例1~5、比較例1~2]
表1に示す配合量の上記各材料を、ホバートミキサに投入して、2分間混合して、造形物製造用組成物を調製した。
得られた造形物製造用組成物について、以下の方法に従って、モルタルフロー値、終結時間、長さ変化率を得た。結果を表1に示す。
[Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 2]
The above-mentioned materials in the amounts shown in Table 1 were put into a Hobart mixer and mixed for 2 minutes to prepare a composition for manufacturing a shaped object.
The mortar flow value, completion time, and length change rate were obtained for the obtained composition for producing a shaped object according to the following method. The results are shown in Table 1.
[モルタルフロー値]
調製直後の造形物製造用組成物(造形用セメント組成物と水を混合してなるモルタル)のモルタルフロー値(0打)を、「JIS R 5201:2015(セメントの物理試験方法)」に記載の方法に準拠して、15回の落下運動を行わずに測定した。上記モルタルフロー値(0打)が120mm未満のものは、調製直後の流動性が適切であるとして「〇」と評価し、上記モルタルフロー値(0打)が120mm以上のものは「×」と評価した。
また、調製直後から、30分間経過毎に低速で10秒間の攪拌を行いながら、120分間経過後、造形物製造用組成物のモルタルフロー値(15打)を、「JIS R 5201:2015(セメントの物理試験方法)」に準拠して、15回の落下運動を行って測定した。上記モルタルフロー値(15打)が120mm以上のものは、造形物製造用組成物の流動性を長時間保持することができ、可使時間が長いものであるとして「〇」と評価し、上記モルタルフロー値(15打)が120mm未満のものは「×」と評価した。
[Mortar flow value]
The mortar flow value (0 stroke) of the composition for manufacturing a modeled object (mortar made by mixing a cement composition for modelling and water) immediately after preparation is described in "JIS R 5201:2015 (Physical test method for cement)" The measurement was carried out without performing 15 falling movements according to the method of . If the mortar flow value (0 strokes) is less than 120 mm, the fluidity immediately after preparation is considered to be appropriate, and it is evaluated as "〇", and if the mortar flow value (0 strokes) is 120 mm or more, it is evaluated as "x". evaluated.
Immediately after preparation, stirring was performed at low speed for 10 seconds every 30 minutes, and after 120 minutes, the mortar flow value (15 strokes) of the composition for manufacturing a shaped object was determined according to "JIS R 5201:2015 (Cement The measurement was performed by performing a falling motion 15 times in accordance with the physical test method (Physical Test Method). If the mortar flow value (15 strokes) is 120 mm or more, it is possible to maintain the fluidity of the composition for manufacturing a shaped object for a long time and has a long pot life, and is evaluated as "〇". Those with a flow value (15 strokes) of less than 120 mm were evaluated as "x".
[終結時間]
「JIS A 1147:2007(コンクリートの凝結時間試験方法)」に記載の方法に準拠して、造形用製造用組成物の凝結の終結時間を測定した。上記終結時間が4時間未満であるものは、速硬性に優れるものであるとして「〇」と評価し、上記終結時間が4時間以上である物は「×」と評価した。
[長さ変化率]
「JIS A 1129-3:2010(モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法-第3部:ダイヤルゲージ方法)」に記載の方法に準拠して、造形用製造用組成物の長さ変化率を測定した。該長さ変化率は、成形後24時間後に脱型した供試体の基長を測定し、次いで、該供試体を20℃の水中において保管した後、材齢28日における供試体の長さを測定し、これらの測定値を用いて算出した。
上記長さ変化率が1,000×10-6未満であるものは、寸法安定性に優れるものとして「〇」と評価し、上記長さ変化率が1,000×10-6以上であるものは「×」と評価した。
[Ending time]
In accordance with the method described in "JIS A 1147:2007 (Concrete setting time test method)", the completion time of setting of the composition for modeling production was measured. Those whose finishing time was less than 4 hours were evaluated as "Good" as having excellent quick hardening properties, and those whose finishing time was 4 hours or more were evaluated as "x".
[Length change rate]
Measure the length change rate of the composition for modeling according to the method described in "JIS A 1129-3:2010 (Length change measurement method for mortar and concrete - Part 3: Dial gauge method)" did. The rate of change in length is determined by measuring the base length of the specimen demolded 24 hours after molding, storing the specimen in water at 20°C, and measuring the length of the specimen at 28 days old. were measured and calculated using these measured values.
Items with the above rate of change in length less than 1,000 x 10 -6 are evaluated as "〇" as having excellent dimensional stability, and items with the rate of change in length above 1,000 x 10 -6 or more are evaluated as having excellent dimensional stability. was evaluated as "x".
表1から、本発明の造形用セメント組成物を用いた造形物製造用組成物(実施例1~5について、調製直後のモルタルフロー値(0打)が105~117mmであり、調整後120分間経過後のモルタルフロー(15打)が141~169mmであることから、実施例1~5の造形物製造用組成物は、調製直後に適度な流動性を有し、かつ、該流動性を2時間維持できることがわかる。
また、本発明の造形用セメント組成物を用いた造形物製造用組成物(実施例1~5)の終結時間が、2時間25分~3時間20分であることから、実施例1~5の造形物製造用組成物は、速硬性に優れたものであることがわかる。
さらに、本発明の造形用セメント組成物を用いた造形物製造用組成物(実施例1~5)の長さ変化率が、705~891×10-6であることから、実施例1~5の造形物製造用組成物は、寸法安定性に優れたものであることがわかる。
From Table 1, it can be seen that the mortar flow value (0 stroke) immediately after preparation was 105 to 117 mm for the composition for manufacturing a model using the cement composition for model of the present invention (Examples 1 to 5), and the mortar flow value (0 stroke) immediately after preparation was 105 to 117 mm. Since the mortar flow (15 strokes) after the elapse of time is 141 to 169 mm, the compositions for manufacturing shaped objects of Examples 1 to 5 have appropriate fluidity immediately after preparation, and the fluidity is 2. I know I can keep up with the time.
In addition, since the completion time of the composition for manufacturing a model (Examples 1 to 5) using the cement composition for model of the present invention is 2 hours and 25 minutes to 3 hours and 20 minutes, Examples 1 to 5 It can be seen that the composition for producing a shaped object has excellent quick hardening properties.
Furthermore, since the length change rate of the compositions for producing shaped objects (Examples 1 to 5) using the cement composition for modeling of the present invention is 705 to 891×10 -6 , Examples 1 to 5 It can be seen that the composition for producing a shaped object has excellent dimensional stability.
また、セメント合計100質量部に対する繊維の量が0.1質量部である比較例1の調製直後のモルタルフロー(0打)が134mmであることから、比較例1の造形物製造用組成物は、調製直後に適度な流動性を有していないことがわかる。
また、セメント合計100質量部に対する繊維の量が5.0質量部である比較例2の調製後120分間経過後のモルタルフロー(15打)は、流動性が全くなく測定不可であったことから、比較例2の造形物製造用組成物は、適度な流動性を2時間維持できないことがわかる。
In addition, since the mortar flow (0 stroke) immediately after preparation of Comparative Example 1 in which the amount of fibers was 0.1 part by mass based on 100 parts by mass of cement in total was 134 mm, the composition for manufacturing a modeled object of Comparative Example 1 was , it can be seen that it does not have adequate fluidity immediately after preparation.
In addition, the mortar flow (15 strokes) after 120 minutes of preparation in Comparative Example 2, in which the amount of fibers was 5.0 parts by mass based on 100 parts by mass of cement, had no fluidity and could not be measured. It can be seen that the composition for manufacturing a shaped object of Comparative Example 2 cannot maintain appropriate fluidity for 2 hours.
Claims (4)
上記超速硬セメントが、アウイン(3CaO・3Al 2 O 3 ・CaSO 4 )を15質量%以上の割合で含むセメントであり、
上記凝結促進剤が、硫酸ナトリウムであり、
上記ポルトランドセメントと上記超速硬セメントの合計100質量%中の上記超速硬セメントの割合が20~80質量%であり、
上記ポルトランドセメントと上記超速硬セメントの合計100質量部に対して、上記繊維の量が0.5~4.4質量部であり、上記凝結遅延剤の量が0.5~1.8質量部であり、上記凝結促進剤の量が0.8~2.5質量部であることを特徴とする造形用セメント組成物。 A modeling cement composition comprising portland cement, ultra-fast hardening cement, fibers , a setting retarder , and a setting accelerator, the composition comprising:
The ultra-rapid hardening cement is a cement containing Auin (3CaO・3Al 2 O 3 ・CaSO 4 ) in a proportion of 15% by mass or more,
The setting accelerator is sodium sulfate,
The proportion of the super-fast-hardening cement in the total of 100 mass% of the Portland cement and the super-fast-hardening cement is 20 to 80% by mass,
The amount of the fiber is 0.5 to 4.4 parts by mass, and the amount of the setting retarder is 0.5 to 1.8 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the Portland cement and the ultra-fast hardening cement. A cement composition for modeling , characterized in that the amount of the setting accelerator is 0.8 to 2.5 parts by mass .
「JIS R 5201:2015(セメントの物理試験方法)」に記載の方法に準拠して、15回の落下運動を行わずに測定したモルタルフロー値(0打)が120mm未満である、造形物製造用組成物。Manufacture of molded objects whose mortar flow value (0 stroke) measured without performing 15 falling motions is less than 120 mm in accordance with the method described in "JIS R 5201:2015 (Physical test method for cement)" Composition for use.
上記造形物製造用組成物を用いた付加製造技術によって、上記造形物を作製する工程、を含む造形物の製造方法。 A method for manufacturing a shaped object using the composition for manufacturing a shaped object according to claim 3 ,
A method for producing a shaped object, comprising the step of producing the shaped article by an additive manufacturing technique using the composition for producing a shaped article.
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