CN115734954A - 由纤维增强的固化体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供包含(A)硅铝酸盐源、(B)碱活化剂及(C)耐碱性纤维的固化性组合物的固化体，其中，硅铝酸盐源(A)包含高炉矿渣，高炉矿渣的含有率相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分为40质量％以上，碱活化剂(B)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为10质量％以下，固化体的含水率相对于固化体的总质量为10.0质量％以下。

Description

由纤维增强的固化体
技术领域
本发明涉及由纤维增强的固化体。
背景技术
现有的水泥类材料由于其制造通用性而用于广泛的领域，特别是土木建筑领域。但是，为了制造水泥需要非常多的能量，与此相伴，二氧化碳的大量排放被视为问题。因此，近年来研究了地聚合物(geopolymer)这样的技术。地聚合物是通过使硅铝酸盐与碱金属硅酸盐反应而制造的无机聚合物，与水泥类材料相比，耐久性及耐酸性等优异，并且从原材料的制造到产品的制造的二氧化碳排放量非常少，因此，作为环境友好的原材料而备受关注。
例如，在专利文献1中，为了不损害固化性组合物的流动性，并且提高其固化体的韧性，记载了一种在含有硅酸铝、碱金属硅酸盐、增强纤维及水的固化性组合物中添加有特定的矿渣粒子的固化性组合物。
专利文献2中记载了一种高强度复合材料，其通过将由高炉水淬矿渣、碱激发剂、水溶性高分子、超微粉状物质、有机质短纤维及水形成的组合物进行混炼、成形，然后进行湿润熟化而得到，并且记载了该复合材料对于火焰具有优异的抗性。
专利文献3中记载了一种地聚合物组合物，其由包含粉煤灰、高炉矿渣、下水焚烧污泥、高岭土中至少一种的活性填料、二氧化硅或二氧化硅化合物、以及碱性溶液形成，溶液中所含的二氧化硅量与碱量的摩尔比为0.50以下，并且记载了该地聚合物组合物具有提高的耐久性。
如上所述，地聚合物具有环境友好这样的优点，另一方面，具有非常高的脆性。因此，如专利文献1、2所记载，已知有通过纤维进行增强的改进方案。但是，地聚合物的固化性组合物的粘性也非常高，而且适用期短，因此，难以进行纤维的均匀混合，其结果是，难以充分地发挥由纤维带来的增强效果。此外，在纤维未被均匀地混合的状态下会产生纤维块，结果是存在尺寸稳定性变差的隐患。另外，对于通常的地聚合物而言，为了使硅铝酸盐反应而使用大量的碱活化剂，因此，得到的固化体的尺寸稳定性不高。即使是专利文献3所记载那样的碱活化剂的量，在将得到的固化体浸渍在水中时，碱成分也会溶出，结果是存在尺寸稳定性变差的隐患。由于这些情况，难以得到兼顾高弯曲强度和高尺寸稳定性的固化体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-184221号公报
专利文献2：日本特开平5-097495号公报
专利文献3：日本特开2015-157731号公报
发明内容
发明所要解决的问题
鉴于上述的情况，本发明的课题在于提供由纤维增强的具有高弯曲强度及高尺寸稳定性的固化体。
用于解决问题的方法
本发明人等为了解决上述课题而对固化体进行了深入研究，结果最终完成了本发明。即，本发明包含以下的适当的方式。
[1]一种固化性组合物的固化体，所述固化性组合物包含(A)硅铝酸盐源、(B)碱活化剂及(C)耐碱性纤维，
硅铝酸盐源(A)包含高炉矿渣，高炉矿渣的含有率相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分为40质量％以上，
碱活化剂(B)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为10质量％以下，
固化体的含水率相对于固化体的总质量为10.0质量％以下。
[2]根据上述[1]所述的固化体，其中，硅铝酸盐源(A)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为20质量％以上且75质量％以下。
[3]根据上述[1]或[2]所述的固化体，其中，耐碱性纤维(C)为选自聚乙烯醇类纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维及尼龙纤维中的至少一种。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的固化体，其中，耐碱性纤维(C)的含有率相对于固化体的总固体成分为0.05质量％以上且5质量％以下。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的固化体，其中，耐碱性纤维(C)的纤维凝聚度为10％以下。
[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的固化体，其中，从所述固化体的整体或一部分切出10g的切出片，10个切出片中所含的耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数为30％以下。
[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的固化体，其中，固化体还包含骨料(E)，骨料(E)的含有率相对于固化体的总固体成分为15质量％以上且75质量％以下。
[8]根据上述[1]～[7]中任一项所述的固化体，其中，硅铝酸盐源(A)还包含选自粉煤灰、偏高岭土及赤泥中的至少一种。
[9]根据上述[1]～[8]中任一项所述的固化体，其中，固化体还包含矿渣激发剂(D)，矿渣激发剂(D)的含有率相对于固化体的总固体成分为0.01质量％以上且3质量％以下。
[10]根据上述[1]～[9]中任一项所述的固化体，其中，固化体还包含硫酸钙衍生物，硫酸钙衍生物的含有率相对于固化体的总固体成分为0.01质量％以上且20质量％以下。
发明的效果
根据本发明，能够提供由纤维增强的具有高弯曲强度及高尺寸稳定性的固化体。
具体实施方式
本发明的固化体是包含(A)硅铝酸盐源、(B)碱活化剂及(C)耐碱性纤维而成的固化性组合物的固化体。硅铝酸盐源(A)包含高炉矿渣，高炉矿渣的含有率相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分为40质量％以上，碱活化剂(B)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为10质量％以下，固化体的含水率相对于固化体的总质量为10.0质量％以下。
在固化体的含水率相对于固化体的总质量高于10.0质量％时，固化体难以具有高弯曲强度及高弯曲韧性。
本发明人等发现，通过使包含特定的硅铝酸盐源(A)、特定的比例的碱活化剂(B)及耐碱性纤维(C)的固化性组合物的固化体相对于固化体的总质量具有10.0质量％以下的含水率，能够使固化体兼具高弯曲强度和高尺寸稳定性。固化体的含水率例如可以通过后述的方法对熟化后得到的未干燥的固化体进行干燥而调节为10.0质量％以下的值。通常，在对未干燥的固化体进行干燥时，在以较高的温度(例如高于100℃的温度)进行干燥的情况下，特别是会在未干燥的固化体的表面及内部产生裂纹，其结果是，固化体的力学强度降低。特别是对于未被纤维增强的未干燥的固化体而言，产生大量裂纹，固化体的力学强度明显降低。但是，在本发明中，可以认为固化体基于具有特定组成的固化性组合物而避免了这样的力学强度的降低，能够得到提高的力学强度。即，通过干燥(优选为较高温度下的干燥)，使固化反应实质上完全进行，并且实现纤维和聚合物基质的进一步致密化，由此，能够增进纤维增强效果，其结果是可以认为能够实现固化体的高弯曲强度及高弯曲韧性。但是，上述为推定，本发明并不限定于这些作用机制。
相对于固化体的总质量，固化体的含水率优选为9.0质量％以下，更优选为8.0质量％以下，进一步优选为5.0质量％以下，特别优选为3.0质量％以下。当固化体的含水率为上述上限值以下时，易于得到具有更高的弯曲强度及更高的弯曲韧性的固化体。固化体的含水率例如可以通过后述的方法对熟化后得到的未干燥的固化体进行干燥而调节为上述上限值以下的值。固化体的含水率的下限值没有特别限定。固化体的含水率也可以为0质量％。固化体的含水率可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
＜(A)硅铝酸盐源＞
硅铝酸盐源(A)含有硅铝酸盐(xM2O·yAl2O3·zSiO2·nH2O，M为碱金属)作为主成分。这里，主成分是指硅铝酸盐源中质量最多的成分。硅铝酸盐源通过与高碱性溶液〔碱活化剂(B)的水溶液〕的接触而溶出铝及硅等的阳离子，这些阳离子缩聚，由此形成牢固的SiO4·AlO4的聚合物网络(地聚合物)。
硅铝酸盐源(A)包含高炉矿渣，高炉矿渣的含有率相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分为40质量％以上。在高炉矿渣的含有率低于40质量％时，固化体难以具有高弯曲强度、高弯曲韧性及高尺寸稳定性。相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分，高炉矿渣的含有率优选为50质量％以上，更优选为60质量％以上，进一步优选为65质量％以上，特别优选为70质量％以上，可以为100质量％。在高炉矿渣的含有率为上述下限值以上时，得到的固化体容易成为更致密的结构，因此，易于得到具有更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性的固化体。另外，高炉矿渣是比偏高岭土等更廉价的原料，因此，高炉矿渣的使用具有与制造成本相关的优点。
高炉矿渣中具有作为结晶质的慢冷矿渣和作为非晶质的水淬矿渣，本发明中均可使用。从容易使固化体进一步提高强度或促进熟化的观点考虑，优选使用水淬矿渣。
作为高炉矿渣以外的硅铝酸盐源(A)的适当的例子，可以举出粉煤灰、赤泥及下水污泥焚烧灰等工业废弃物；天然硅酸铝矿物及它们的煅烧物(例如偏高岭土)、以及火山灰等。这些物质是市售的，在本发明中，可以将这些物质单独使用，或者也可以组合两种以上使用。
在本发明的一个方式中，硅铝酸盐源(A)除了高炉矿渣之外，还包含选自粉煤灰、偏高岭土及赤泥中的至少一种。在该方式中，与单独使用高炉矿渣作为硅铝酸盐源(A)的情况相比，固化体的致密性更容易提高，因此，易于得到具有更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性的固化体。在该方式中，相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分，选自粉煤灰、偏高岭土及赤泥中的至少一种的含有率优选为5质量％以上，更优选为10质量％以上，进一步优选为15质量％以上，优选为60质量％以下，更优选为50质量％以下，进一步优选为40质量％以下，相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分，高炉矿渣的含有率为40质量％以上，相对于50质量％以上，更优选为60质量％以上，优选为95质量％以下，更优选为90质量％以下，进一步优选为85质量％以下。
高炉矿渣的比表面积优选为1000～9000cm2/g，更优选为2000～8000cm2/g以上，进一步优选为3000～7000cm2/g。高炉矿渣的比表面积为上述下限值以上且上述上限值以下时，高炉矿渣容易具有充分的反应位点及适当的平均粒径，其结果是，对于制造的固化体而言，易于获得更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性。高炉矿渣的比表面积例如可以通过对高炉矿渣进行粉碎分级并使用特定的级分而调整为上述下限值以上且上述上限值以下。高炉矿渣的比表面积例如可以通过激光衍射/散射法进行测定。
相对于固化性组合物的总固体成分，硅铝酸盐源(A)的含有率优选为20质量％以上，更优选为30质量％以上，进一步优选为35质量％以上，特别优选为40质量％以上，优选为75质量％以下，更优选为70质量％以下，进一步优选为65质量％以下，特别优选为60质量％以下。本发明中的固化体通常通过包括将固化性组合物成形的工序的方法来制造。例如，在通过浇注成形或挤出成形法来制造固化体的情况下，硅铝酸盐源(A)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分优选为25质量％以上，更优选为35质量％以上，进一步优选为40质量％以上，优选为70质量％以下，更优选为65质量％以下，进一步优选为60质量％以下。在硅铝酸盐源(A)的含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于得到具有更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性的固化体。
＜(B)碱活化剂＞
本发明中使用的碱活化剂(B)在水中呈现高碱性，在与上述硅铝酸盐源(A)接触时，具有使其活性化而使Al及Si等的阳离子溶出的作用。
相对于固化性组合物的总固体成分，碱活化剂(B)的含有率为10质量％以下。在碱活化剂(B)的含有率高于10质量％时，难以获得固化体的高尺寸稳定性。
作为碱活化剂(B)的例子，可以举出氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化锂等碱金属氢氧化物、碳酸钠、碳酸钾及碳酸锂等碱金属碳酸盐，它们可以单独使用，或者也可以组合2种以上使用。
在本发明中的固化性组合物含有这些示例出的碱活化剂(B)的情况下，相对于固化性组合物的总固体成分，其含有率优选为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为1质量％以上，为10质量％以下，优选为9质量％以下，更优选为8质量％以下，进一步优选为7质量％以下，特别优选为6质量％以下。在该含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于进行硅铝酸盐源(A)的活性化，因此，对于制造的固化体而言，易于获得更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性。
作为碱活化剂(B)的另一例，可以举出碱金属硅酸盐。碱金属硅酸盐与硅铝酸盐源(A)接触时，除了具有使其活性化的作用以外，还可成为形成地聚合物的硅酸单体〔Si(OH)4〕的供给源。
作为碱金属硅酸盐的适当的例子，可以举出硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等，在本发明中，它们可以单独使用，或者可以组合2种以上使用。从廉价的观点考虑，优选使用硅酸钠。另外，在不妨害制造成本这样的优点的范围内，也可以将硅酸钠的一部分置换为硅酸钾。硅酸钠可以以通过将硅酸钠溶于水中进行加热而得到的水玻璃(浓的硅酸钠水溶液)的方式使用。
碱金属硅酸盐通常以水溶液的方式使用。碱金属硅酸盐水溶液中的碱金属/水的摩尔比优选为0.02以上。摩尔比越高，得到的固化体的强度越高，因此，上述摩尔比越高越好，但水越少，含有硅铝酸盐源(A)、碱活化剂(B)及耐碱性纤维(C)的固化性组合物的流动性越降低，难以进行成形。因此，上述摩尔比优选为0.03～0.20，更优选为0.04～0.15，特别优选为0.06～0.12。
在本发明中的固化性组合物含有碱金属硅酸盐作为碱活化剂(B)的情况下，相对于固化性组合物的总固体成分，其含有率优选为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为1质量％以上，为10质量％以下，优选为8质量％以下，更优选为7质量％以下，进一步优选为6质量％以下，特别优选为5质量％以下。在该含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，对于制造的固化体而言，易于获得更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性。
对于本发明中的固化性组合物而言，作为碱活化剂(B)，可以含有上述的碱金属氢氧化物和/或碱金属碳酸盐与上述的碱金属硅酸盐的组合，优选可以含有上述的碱金属氢氧化物与上述的碱金属硅酸盐的组合。在本发明中的固化性组合物含有这样的组合作为碱活化剂(B)的情况下，易于得到具有更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及高的尺寸稳定性的固化体。
在本发明中的固化性组合物含有上述的组合作为碱活化剂(B)的情况下，相对于固化性组合物的总固体成分，其含有率优选为0.6质量％以上，更优选为1.5质量％以上，进一步优选为3质量％以上，为10质量％以下，优选为9质量％以下，更优选为8质量％以下，进一步优选为7质量％以下，特别优选为6质量％以下。在该含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，对于制造的固化体而言，易于获得更高的弯曲强度、更高的弯曲韧性及更高的尺寸稳定性。
＜(C)耐碱性纤维＞
本发明中使用的耐碱性纤维(C)具有提高固化体的弯曲强度及弯曲韧性的作用。另外，通过抑制在对固化性组合物进行熟化、干燥的过程中可能产生的裂纹，可以防止固化体的弯曲强度、尺寸稳定性的降低。
耐碱性纤维(C)只要具有对碱的化学耐久性即可，可以是无机纤维，也可以是有机纤维。作为耐碱性无机纤维的例子，可以举出耐碱性玻璃纤维、钢纤维(steel fiber)、不锈钢纤维及碳纤维等。作为耐碱性有机纤维的例子，可以举出聚乙烯醇(以下，有时称为PVA)类纤维、聚烯烃类纤维(例如，聚乙烯纤维及聚丙烯纤维等)、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺类纤维(聚酰胺6、聚酰胺6,6、及聚酰胺6,10等)、芳族聚酰胺纤维(特别是对芳族聚酰胺纤维)、聚对苯撑苯并二
Figure BDA0004022261310000081
唑类纤维〔例如聚对苯撑苯并二
Figure BDA0004022261310000082
唑(PBO)纤维〕、尼龙纤维、丙烯酸纤维、人造丝类纤维(例如，富强纤维及溶剂纺丝纤维素纤维等)、聚苯硫醚纤维(PPS纤维)、以及聚醚醚酮纤维(PEEK纤维)等各种耐碱性纤维等。这些耐碱性纤维可以单独使用，或者可以组合2种以上使用。
在这些纤维中，从容易对固化体赋予更优异的增强性、能够以低成本制造的观点考虑，优选使用聚乙烯醇类纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维及尼龙纤维。因此，在本发明的一个方式中，耐碱性纤维(C)优选为选自聚乙烯醇类纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维及尼龙纤维中的至少一种。
耐碱性纤维(C)的平均纤维直径优选为1000μm以下，更优选为500μm以下，进一步优选为250μm以下，更进一步优选为150μm以下，特别优选为75μm以下。耐碱性纤维(C)的平均纤维直径通常为3μm以上，优选为5μm以上，更优选为7μm以上。在耐碱性纤维(C)的平均纤维直径为上述上限值以下时，这样的耐碱性纤维(C)兼具足够的纤维强度，易于在工业上稳定地生产。在耐碱性纤维(C)的平均纤维直径为上述下限值以上时，纤维在聚合物基质中容易更均匀地分散。这里，在本发明中，聚合物基质(以下，也有时称为“基质”)是指固化体中将耐碱性纤维(C)结合在一起的聚合物部。
对于耐碱性纤维(C)而言，从容易兼顾固化性组合物中的纤维的良好的分散性和固化性组合物在固化后的良好的增强性的观点考虑，其长径比优选为15以上，更优选为30以上，进一步优选为40以上，特别优选为50以上，优选为2500以下，更优选为2000以下，进一步优选为1000以下，特别优选为500以下。这里，在本发明中，长径比是指纤维长度L与纤维直径D之比(L/D)。
耐碱性纤维(C)的平均纤维直径及长径比可以依据JIS L 1015“化学纤维短纤维试验方法(8.5.1)”而求得。
从容易兼顾固化性组合物中的纤维的良好的分散性和固化性组合物在固化后的良好的增强性的观点考虑，耐碱性纤维(C)的平均纤维长度优选为0.5～40mm，更优选为1～15mm。
本发明中的耐碱性纤维(C)的纤维拉伸强度优选为3cN/dtex以上，更优选为5cN/dtex以上，特别优选为7cN/dtex以上。在耐碱性纤维(C)的纤维拉伸强度为上述下限值以上时，容易进一步提高对于固化体的增强性能。本发明的耐碱性纤维(C)的纤维拉伸强度的上限值可以根据纤维的种类而适当设定，例如为30cN/dtex以下。需要说明的是，纤维拉伸强度可以依据JIS L1015“化学纤维短纤维试验方法(8.5.1)”而求得。
在使用PVA类纤维、例如维尼纶纤维作为耐碱性纤维(C)的情况下，也可以使用具有下述特性的PVA类纤维。构成PVA类纤维的PVA类聚合物的聚合度可以根据目的而适当选择，没有特别限定。在考虑得到的纤维的机械特性等时，根据30℃水溶液的粘度求得的PVA类聚合物的平均聚合度优选为500～20000左右，更优选为800～15000左右，特别优选为1000～10000左右。其中，从得到纤维的强度的观点考虑，PVA类聚合物的平均聚合度优选为1000以上，更优选为1200以上，更优选为1500以上，特别优选为1750以上。PVA类聚合物可以是平均聚合度1000以上且低于3000的中聚合度产品，也可以是平均聚合度3000以上的高聚合度产品。
PVA类聚合物的皂化度也可以根据目的而适当选择，没有特别限定。从得到的纤维的力学物性的观点考虑，PVA类聚合物的皂化度例如可以为95摩尔％以上，优选可以为98摩尔％以上。PVA类聚合物的皂化度可以为99摩尔％以上，也可以为99.8摩尔％以上。在PVA类聚合物的皂化度为上述下限值以上时，对于得到的纤维，易于获得良好的机械特性、工序通过性及制造成本等。
本发明中使用的PVA类纤维通过如下方式制造：将这样的PVA类聚合物溶解于溶剂中，通过湿式、干湿式或干式中的任意方法进行纺丝，并进行干热拉伸。湿式纺丝是从纺丝喷嘴直接向固化浴喷出纺丝原液的方法。干湿式纺丝是从纺丝喷嘴向任意距离的空气中或非活性气体中暂时喷出纺丝原液，然后导入固化浴的方法。干式纺丝是向空气中或非活性气体中喷出纺丝原液的方法。PVA类纤维可以在纺丝后根据需要进行拉伸处理。另外，也可以进行在PVA类纤维中通常进行的缩醛化处理等。
作为PVA类纤维的纺丝原液所使用的溶剂，只要是能够溶解PVA的溶剂即可，没有特别限定。例如，可以将水、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺及多元醇(例如，甘油、乙二醇及三乙二醇等)等中的1种或2种以上组合使用。在本发明中，在进行湿式纺丝的情况下，作为溶剂，优选使用水或有机类的溶剂。其中，从供给容易性及对环境负担的影响的观点考虑，特别优选为水及DMSO。纺丝原液中的聚合物浓度根据PVA类聚合物的组成及聚合度、以及溶剂的种类而不同，一般为6～60质量％。
在干式纺丝中也可以使用上述的溶剂。在该情况下，可以使用水，也可以使用有机类的溶剂。
只要是不妨害本发明效果的范围，则在纺丝原液中，除了PVA类聚合物以外，还可以根据目的而包含添加剂等。作为添加剂的例子，可举出硼酸、表面活化剂、抗氧剂、分解抑制剂、防冻剂、pH调整剂、遮蔽剂、着色剂及油剂等。
固化浴所使用的溶剂可以根据纺丝原液所使用的溶剂种类而适当选择。在纺丝原液为水溶液的情况下，作为固化浴，可以使用对于PVA类聚合物具有固化能力的无机盐类(例如，硫酸钠、硫酸铵、碳酸钠或氢氧化钠等)的水溶液及碱性水溶液。在纺丝原液为有机溶剂溶液的情况下，作为固化浴，例如，可以使用甲醇、乙醇、丙醇或丁醇等醇类、丙酮、甲乙酮或甲基异丁基酮等酮类等对于PVA类聚合物具有固化能力的有机溶剂。
在本发明中，从纤维拉伸强度的观点考虑，优选为通过干式纺丝而得到的PVA类纤维、或者由以水或有机溶剂作为溶剂的纺丝原液通过湿式纺丝而得到的PVA类纤维。
为了从固化后的原丝中提取去除纺丝原液的溶剂，可以使其通过提取浴，也可以在提取时同时将原丝进行湿拉伸。另外，在湿拉伸后，使纤维干燥，可以根据需要进一步进行干热拉伸。在进行拉伸的情况下，作为总拉伸倍率(湿拉伸与干燥后的拉伸倍率之积)，例如可以进行5～25倍、优选进行8～20倍左右的拉伸。
作为耐碱性纤维(C)，可以使用市售的纤维，作为其例子，可以举出株式会社可乐丽制聚乙烯醇类纤维、BarChip公司制聚丙烯纤维、东丽株式会社制尼龙纤维等有机纤维、以及日本电气硝子株式会社制及Taiheiyo Materials公司制玻璃纤维等无机纤维。
在本发明的一个方式中，相对于固化体的总固体成分，耐碱性纤维(C)的含有率优选为0.05质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为0.2质量％以上，特别优选为0.3质量％以上，优选为5质量％以下，更优选为4质量％以下，进一步优选为3质量％以下。在耐碱性纤维的含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，对于制造的固化体而言，易于获得更高的弯曲强度及更高的弯曲韧性。固化体中的耐碱性纤维(C)的含有率可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
＜(D)矿渣激发剂＞
本发明中的固化体可以进一步包含矿渣激发剂(D)。在向本发明的固化性组合物中添加矿渣激发剂(D)时，易于得到具有更高的弯曲强度和/或更高的弯曲韧性的固化体。而且，也能够缩短熟化时间，并且即使是缩短的熟化时间，也易于得到具有更高的弯曲强度和/或更高的弯曲韧性的固化体。
作为矿渣激发剂(D)的例子，可以举出硫酸铝、氢氧化钙、硫酸钠及铝酸钠等，它们可以单独使用，或者可以组合2种以上使用。其中，从易于获得高弯曲韧性或高尺寸稳定性的观点考虑，优选固化体包含选自硫酸铝、氢氧化钙及铝酸钠中的1种以上。
在本发明的固化体包含矿渣激发剂(D)的情况下，相对于固化体的总固体成分，其含有率优选为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为0.2质量％以上，特别优选为0.3质量％以上，优选为3质量％以下，更优选为2.5质量％以下，进一步优选为2质量％以下，特别优选为1.5质量％以下。在上述含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于获得上述的矿渣激发剂(D)的添加所带来的效果。
＜(E)骨料＞
本发明的固化体可以进一步包含骨料(E)。在本发明的固化体包含骨料(E)的情况下，相对于固化体的总固体成分，其含有率优选为15质量％以上，更优选为20质量％以上，进一步优选为25质量％以上，特别优选为40质量％以上，优选为75质量％以下，更优选为70质量％以下，进一步优选为65质量％以下，特别优选为60质量％以下。
因此，在本发明优选的一个方式中，固化体还包含骨料(E)，骨料(E)的含有率相对于固化体的总固体成分为15质量％以上且75质量％以下。
在上述含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于获得上述的骨料(E)的添加所带来的效果。
作为骨料(E)，可以使用通常用于混凝土或砂浆的骨料。骨料(E)与先前记载的硅铝酸盐源(A)不同。骨料可根据粒子的大小而分类成细骨料和粗骨料，可根据来源而分类成天然骨料和人工骨料，可根据密度而分类成轻质骨料、普通骨料及重质骨料。这些骨料可以分别单独使用，或者可以组合2种以上使用。
细骨料可以是粒径为5mm以下的骨料，作为其例子，可以举出粒径为5mm以下的砂类；将硅石、矿渣、矿渣粒子、各种污泥及岩石矿物等无机质材料进行粉末化或颗粒状化而成的细骨料等。作为砂类的例子，可以举出河砂、山砂、海砂、碎砂、硅砂、炉渣、玻璃砂、铁砂、灰砂、碳酸钙及人造砂等的砂类。这些细骨料也可以分别单独使用，或者可以组合2种以上使用。
粗骨料是基于粗骨料的总量包含85质量％以上的粒径5mm以上的粒子的骨料。粗骨料也可以包含粒径超过5mm的粒子。作为粗骨料的例子，可以举出各种砂砾类、人工骨料及再生骨料(建筑废料的再生骨料等)等。这些粗骨料可以分别单独使用，或者可以组合2种以上使用。
作为轻质骨料的例子，可以举出火山砂砾、膨胀矿渣及煤渣等天然轻质骨料、以及发泡真珠岩、发泡珍珠岩、发泡黑曜石、蛭石、白砂中空球(shirasuballoon)及粉煤灰微球等人工轻质骨料。这些轻质骨料可以分别单独使用，或者可以组合2种以上使用。
另外，本发明的固化体除了上述骨料(E)以外，可以进一步包含功能性骨料。作为功能性骨料的例子，可以举出有色的骨料、硬质的骨料、具有弹性的骨料、以及具有特定形状的骨料等，具体而言，可以举出层状硅酸盐(例如，云母、滑石及高岭土)、氧化铝及二氧化硅等。功能性骨料相对于骨料的比例可以根据各种类而适当设定，例如，骨料与功能性骨料的质量比(骨料/功能性骨料)可以为99/1～70/30，可以优选为98/2～75/25，也可以更优选为97/3～80/20。这些功能性骨料可以分别单独使用，或者可以组合2种以上使用。
＜(F)其它粉体＞
对于本发明的固化体而言，作为其它粉体(F)，可以进一步包含硅铝酸盐源(A)及骨料(E)以外的粉体。作为其它粉体(F)的例子，可以举出微粉状物质(例如，硅粉(silicafume)、消石灰、生石灰、氧化铝及膨润土等)、硫酸钙衍生物(例如，二水石膏、α型或β型的半水石膏、以及无水石膏等)、发泡剂(例如，铝粉末等)、发泡助剂(例如，硬脂酸金属盐、棕榈酸金属盐等金属皂等)、流化剂(例如，葡糖酸钠、L-酒石酸钠等)，它们可以单独使用，或者可以组合2种以上使用。其中，从易于获得高弯曲强度、高尺寸稳定性的观点考虑，优选固化体包含选自硅粉、硫酸钙衍生物及流化剂中的1种以上。特别是在固化体包含硫酸钙衍生物时，容易在固化体中抑制裂纹，因此是优选的。另外，在固化性组合物包含流化剂时，能够延长固化体组合物的适用期，其结果是容易将纤维均匀地混合，因此是优选的。另外，通过使用发泡剂或发泡助剂，或者增多其它粉体(F)的配合量，可以使固化体轻质化。
在本发明的固化体包含其它粉体(F)的情况下，相对于固化体的总固体成分，其含有率优选为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为0.5质量％以上，特别优选为1质量％以上，优选为50质量％以下，更优选为40质量％以下，进一步优选为30质量％以下，更进一步优选为25质量％以下，特别优选为20质量％以下，进一步优选为15质量％以下。另外，在另一方式中，优选上述含有率为10质量％以下、7质量％以下、5质量％以下、或3质量％以下。在上述含有率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于获得上述的其它粉体(F)的添加所带来的效果。
在本发明优选的一个方式中，固化体还包含硫酸钙衍生物，相对于固化体的总固体成分，硫酸钙衍生物的含有率为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，为20质量％以下，更优选为15质量％以下。另外，在另一方式中，也优选上述含有率为3质量％以下、或2质量％以下。
＜(G)成形助剂＞
本发明的固化体通常通过包括将固化性组合物成形的工序的方法而制造。因此，可以根据需要在固化性组合物中添加成形助剂(G)。通过添加成形助剂(G)，能够减少固化性组合物的成形不均。
作为成形助剂(G)的例子，可以举出浆粕、增粘剂(例如，作为水溶性高分子物质的甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素及羟乙基纤维素等纤维素醚、聚乙烯醇、聚丙烯酸、木质素磺酸盐等)及各种混和剂(例如，AE剂、流化剂、减水剂、高性能减水剂、AE减水剂、高性能AE减水剂、保水剂、拒水剂、膨胀剂、固化促进剂)。可以将它们单独使用，或组合两种以上使用。在固化性组合物中添加成形助剂(G)的情况下，相对于固化性组合物的总固体成分，其添加率优选为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上，进一步优选为0.5质量％以上，特别优选为1质量％以上，优选为10质量％以下，更优选为7质量％以下，进一步优选为6质量％以下，特别优选为5质量％以下。在上述添加率为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于获得上述的成形助剂的添加所带来的效果。
在纤维在固化体中凝聚时，物性由于该部位而降低，因此，在获得固化体的高弯曲强度及高尺寸稳定性方面，减小纤维凝聚度是非常重要的。固化体的纤维凝聚度优选为10％以下，更优选为8％以下，进一步优选为6％以下。纤维凝聚度的下限值可以为0％以上。需要说明的是，本说明书中的纤维凝聚度可通过后述的实施例中记载的方法而求得。在纤维凝聚度为上述的上限值以下的情况下，容易提高最终得到的成形体的力学强度。
以成为10g的方式从固化体的整体或一部分切出的10个切出片中所含的耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数优选为30％以下，更优选为25％以下，特别优选为20％以下。这是指，耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数越小，固化体中包含的耐碱性纤维(C)越更均匀地分散，因此，对于固化体而言，易于获得更稳定的品质、更高的强度。上述变动系数可通过后述的实施例中记载的方法而求得。
固化体的依据JIS A 1408测定的弯曲比例极限强度(proportional limit ofbending strength)优选为3N/mm2以上，更优选为5N/mm2以上，进一步优选为5.5N/mm2以上，更进一步优选为6N/mm2以上，特别优选为7N/mm2以上。弯曲比例极限强度的上限值没有特别限定。弯曲比例极限强度通常为30N/mm2以下。
固化体的依据JIS A 1408测定的最大弯曲强度优选为3N/mm2以上，更优选为5N/mm2以上，进一步优选为7N/mm2以上。最大弯曲强度的上限值没有特别限定。最大弯曲强度通常为50N/mm2以下。
固化体的依据JIS A 1408测定的弯曲韧性优选为50N/mm以上，更优选为100N/mm以上，进一步优选为200N/mm以上。弯曲韧性的上限值没有特别限定。弯曲韧性通常为1500N/mm以下。
固化体的依据JIS A 5430测定的尺寸变化率优选为0.12％以下，更优选为0.10％以下，进一步优选为0.08％以下。
＜固化体的制造方法＞
本发明的固化体可以通过如下方法制造，例如，该方法包含：
将包含硅铝酸盐源(A)及碱活化剂(B)的成分与水一起混合的工序；
通过向得到的混合物中添加耐碱性纤维(C)并进一步混合，从而制备固化性组合物的工序；以及
通过对得到的固化性组合物进行成形、熟化及干燥，从而得到固化体的工序。
在使用根据需要而任选使用的矿渣激发剂(D)、骨料(E)、其它粉体(F)及成形助剂(G)的情况下，这些任意成分可以在将包含硅铝酸盐源(A)及碱活化剂(B)的成分与水进行混合的最初的混合工序中添加。
作为该制造方法中使用的硅铝酸盐源(A)、碱活化剂(B)及耐碱性纤维(C)、以及可以任意使用的矿渣激发剂(D)、骨料(E)、其它粉体(F)及成形助剂(G)，可以分别使用先前的＜(A)硅铝酸盐源＞、＜(B)碱活化剂＞、＜(C)耐碱性纤维＞、＜(D)矿渣激发剂＞、＜(E)骨料＞、＜(F)其它粉体＞及＜(G)成形助剂＞的段落中记载的物质。
最初的混合工序中的混合方法没有特别限定，通常可以在室温(例如25℃)下，使用公知或惯用的混合机等(例如，砂浆混合机、倾斜式混合机、卡车混合机、双螺杆式混合机、OMNI混合机、盘式混合机、行星式混合机及艾氏(EIRICH)混合机等)进行混合。将各成分投入混合机等的顺序没有特别限定。水的量也没有特别限定，从固化性组合物不含有过量的水而易于得到均匀的固化性组合物的观点考虑，通常，相对于硅铝酸盐源(A)100质量份为30～300质量份。水可以独立添加，或者在使用水玻璃作为碱活化剂(B)的情况下，也可以以作为其溶剂的水的方式添加。可以在将水溶性的物质[例如，碱活化剂(B)、以及在添加的情况下为水溶性的任意成分〔例如，作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝〕]预先溶解于水中而制成水溶液后，将得到的水溶液与水不溶性成分〔例如，硅铝酸盐源(A)，在添加的情况下为水不溶性的任意成分(例如，骨料(E))〕进行混合。此时，可以将上述水溶液、和将上述水不溶性成分单独混合而得到的混合物进行混合。另外，任意的混合时间也没有特别限定，只要混合至可得到均匀的混合物即可。
接着，向得到的混合物中添加耐碱性纤维(C)并进一步混合。耐碱性纤维(C)可以一次性添加给定量，或者分为两次以上添加。作为添加耐碱性纤维(C)的方法，从易于得到均匀的固化性组合物的观点考虑，优选添加沿一个方向拉齐而成束的状态的纤维。添加了纤维之后的混合时间没有特别限定，只要混合至可得到均匀的固化性组合物即可。另外，在均匀地混合耐碱性纤维(C)方面，混合时的混合物的温度也是非常重要的。混合物的温度优选为10～50℃，更优选为15～40℃，进一步优选为20～35℃。在该混合物的温度为上述下限值以上且上述上限值以下时，易于将纤维均匀地混合。
接着，在将得到的固化性组合物成形后，实施固化性组合物的熟化，以便可耐受脱模或转移等制造工序。在本发明的制造方法中，得到的固化性组合物可以通过采用将固化性组合物流入开放的模框中的所谓的浇注成型、将固化性组合物进行加压或抽吸而脱水的脱水成形法、向密闭的模框中注入固化性组合物的注塑成形法、或通过喷头而能够成形为一定形状的挤出成形法等公知的技术进行成形。挤出成形法中可以利用真空挤出机。另外，在成形时，可以根据需要施加压力和/或振动，也可以使用上表面成形模或辊等通过加压而挤压固化性组合物。熟化通常可以在常压或加压下以20～95℃的温度、例如25℃或90℃且20～99％的相对湿度进行。熟化时间可根据实施熟化的压力、温度和/或湿度而适当设定。压力、温度及湿度越高，熟化时间可越短，压力、温度及湿度越低，熟化时间可越长。例如在以温度80℃、湿度90％以上进行常压蒸气熟化(湿润熟化)的情况下，只要熟化4～24小时左右即可。通过熟化，固化性组合物发生固化。然后，也可以实施追加熟化，在该情况下，追加熟化的熟化条件可以与最初的熟化相同，也可以不同。
将在熟化后得到的未干燥的固化体干燥至可得到给定的含水率为止。对于固化体而言，通过具有特定的含水率，能够同时兼具高弯曲强度和高尺寸稳定性。
从易于获得更高的弯曲强度及更高的弯曲韧性的观点考虑，干燥温度优选为60℃以上，更优选为80℃以上，进一步优选为100℃以上，特别优选为高于100℃的温度(例如105℃以上)。从容易避免过高的温度所导致的产生裂纹的问题的观点考虑，干燥温度优选为250℃以下，更优选为200℃以下，特别优选为160℃以下。
干燥时间可以根据未干燥的固化体的尺寸或形状、干燥温度等而适当选择。
未干燥的固化体的干燥方法没有特别限定。例如，可以采用热风干燥方式干燥。为了高效地进行干燥，优选使干燥机内在一定时间内升温(例如30℃/h)，使待干燥的固化体的温度均匀地升温后，以给定的干燥温度/时间进行干燥。
对于得到的固化体而言，基于具有由特定组成所带来的优异的均匀性的固化性组合物而具有特定的含水率，而且，可以认为，通过上述方法进行制造而使固化反应实质上完全进行，可实现纤维与聚合物基质的进一步致密化，因此，能够同时兼具高弯曲强度及高尺寸稳定性。
实施例
以下，通过实施例及比较例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。需要说明的是，实施例及比较例中的各物性通过以下的方法进行了测定或评价。
[固化体的含水率]
为了将测定固化体的含水率时的固化体的初始的含水率调整成一定值，在设定为40℃的干燥机中，将待测定的固化体干燥72小时，测定了固化体的质量。将该质量作为固化体的基准质量W1(g)。
接着，在设定为100℃的干燥机中，将固化体干燥24小时，测定了固化体的质量W2(g)。通过下述式，计算出固化体的含水率X(质量％)。
[数学式1]
固化体的含水率X(质量％)＝{(W2-W1)/W1}×100
[固化体的弯曲强度及弯曲韧性]
为了将测定固化体的弯曲强度及弯曲韧性时的固化体的含水率调整成一定值，在设定为40℃的干燥机中，将待测定的固化体干燥72小时。接着，依据JIS A 1408测定了固化体的弯曲强度及弯曲韧性。对于弯曲强度而言，使用株式会社岛津制作所制造的Autograph“AG-50kNX”，以中央载荷方式在弯曲跨度14.6cm及试验速度(载荷头速度)2mm/分的条件下进行了测定。表5中的LOP及MOR分别是指弯曲比例极限强度及最大弯曲强度。
[尺寸变化率的测定方法]
固化体的尺寸变化率依据JIS A 5430进行了测定。
首先，将待测定的固化体放入干燥机，将其温度以60℃±3℃保持24小时，然后取出。将取出的固化体放入由硅胶调湿的干燥器中，放置至20±1.5℃。接着，在固化体贴合乳白色玻璃，并刻上标记线，使得标记线间为约140mm，利用具有1/500mm的精度的比长仪测定标记线间的长度，将该长度作为L1(mm)。接着，以固化体的长度方向成为水平的方式竖立，使固化体的上端位于水面下约30mm，浸渍于20℃±1.5℃的水中。24小时后，从水中取出固化体，将附着于表面的水擦去，再次测定标记线间的长度，将该长度作为L2(mm)。通过下述式，计算出由吸水所引起的尺寸变化率Y(％)。
[数学式2]
由吸水所引起的尺寸变化率Y(％)＝{(L2-L1)/L1}×100
是指尺寸变化率Y越小，尺寸稳定性越高。
[耐碱性纤维(C)的含有率及平均含有率的变动系数]
从固化体切出片，使其为10g，在这些切出片中任意选择11个，以105℃干燥3小时后，测定了各切出片的重量(W1～W11(g))。
利用乳钵将11个切出片中的一个粉碎。这里，以将具有W11(g)的重量的切出片进行粉碎的情况进行说明。在粉碎后，向粉碎物中添加水并利用10目的金属丝网过滤，由此，将耐碱性纤维(C)和基质分离。接着，通过利用滤纸进一步过滤滤液，从而回收基质，以105℃干燥3小时后，准确称量了基质的重量W11-1(g)。然后，投入600℃的马弗炉30分钟后，进行冷却，测量基质的重量W11-2(g)，通过下述式计算出基质的重量减少率X(％)。
[数学式3]
基质的重量减少率X(％)＝{(W11-1-W11-2)/W11-1}×100
接着，将剩余10个切出片(具有W1～W10(g)的重量的切出片)投入600℃的马弗炉中30分钟，使切出片中包含的耐碱性纤维(C)燃烧后，进行冷却，测定了各自的重量(W1-1～W10-1(g))。
通过下述式，计算出具有W1(g)的重量的切出片中的耐碱性纤维(C)的含有率。
[数学式4]
具有W1(g)的重量的切出片中的耐碱性纤维(C)的含有率(％)＝[{W1×(100-X)/100-W1-1}/W1]×100
具有W2～W10(g)的重量的切出片也同样地分别计算出耐碱性纤维(C)的含有率。
进一步计算出具有W1～W10(g)的重量的切出片的耐碱性纤维(C)的含有率的标准偏差和平均值，通过下述式，计算出耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数。
[数学式5]
耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数(％)＝{各切出片的耐碱性纤维(C)的含有率(％)的标准偏差/耐碱性纤维(C)的含有率的平均值(％)}×100
另外，根据通过上述方法求得的具有W1～W10(g)的重量的切出片各自的耐碱性纤维(C)的含有率，计算出相对于各切出片100质量份的耐碱性纤维(C)的份数，求出其平均值，作为相对于固化体100质量份的耐碱性纤维(C)的份数。
[固化体的纤维凝聚度]
从固化体切出片，使其为100g，利用乳钵粉碎。粉碎后，向粉碎物中添加水，利用10目的金属丝网过滤，由此，将耐碱性纤维(C)和基质分离。用镊子从残留于金属丝网上的纤维中取出因纤维的凝聚而形成的纤维球(20根以上的纤维成为束或块的凝聚物)，将残留于金属丝网上的纤维也取出，将各个纤维在设定为100℃的干燥机中干燥24小时，分别测定了分散的纤维的质量Wa(g)、因纤维的凝聚而形成的纤维球的质量Wb(g)。纤维凝聚度(相对于固化体中包含的耐碱性纤维(C)的总质量的纤维球的质量)通过下述式计算。
[数学式6]
固化体的纤维凝聚度(％)＝＝{Wb/(Wa+Wb)}×100
[实施例1]
使用后面记载的表1及表2所述的材料，以表2所述的比例制备固化性组合物，制造了得到的固化性组合物的固化体。
具体而言，首先，将氢氧化钠溶解于相对于硅铝酸盐源(A)及其它粉体(F)的总质量相当于35质量％的量的水中，制备了碱活化剂(B)的溶液。接着，将作为硅铝酸盐源(A)的高炉水淬矿渣(Fine Cerament 20A：比表面积6000cm2/g)36.8质量％及粉煤灰(YondenBusiness公司制：Yonden fly ash type II)9.7质量％、作为其它粉体(F)的硅粉(巴工业株式会社制：EFACO SILICA FUME)2.0质量％、以及作为骨料(E)的砂(2∶1的质量比例的东北硅砂株式会社制5号硅砂及东北硅砂株式会社制7号硅砂)48.0质量％投入砂浆混合机中混合1分钟后，将上述碱活化剂溶液投入砂浆混合机中混合1分钟。接着，将0.1质量％的作为其它粉体(F)的葡糖酸钠投入砂浆混合机中进一步混合3分钟。然后，将作为耐碱性纤维(C)的沿一个方向拉齐而成束的0.7质量％的PVA纤维(株式会社可乐丽制聚乙烯醇类纤维，以下称为“PVA1”)投入砂浆混合机中进一步混合1分钟，得到了固化性组合物。将得到的固化性组合物流入宽度4cm×长度18cm×厚度1cm的模框，在常压下、90℃×RH95％的条件下熟化24小时后，进行脱模。通过在设定为110℃的送风恒温干燥机中干燥4小时，制造了固化体。
对于得到的固化体，如上所述实施了评价。将结果示于表5。
[实施例2～3]
除了将干燥条件变更为表2所述的条件以外，与实施例1同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例4]
如表2所述，将耐碱性纤维的比例从0.7质量％变更为1.4质量％，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例5]
如表2所述，变更耐碱性纤维的种类及比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、硅粉的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例6]
如表2所述，变更耐碱性纤维的种类及比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例及粉煤灰的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例7]
如表2所述，变更耐碱性纤维的种类及比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例8]
如表2所述，变更高炉矿渣的比例及粉煤灰的比例，与此相伴，变更了作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例9]
将氢氧化钠及水玻璃3号溶解于相对于硅铝酸盐源(A)及其它粉体(F)的总质量相当于30质量％的量的水中而制备了碱活化剂(B)的溶液，以此来代替将氢氧化钠溶解于相对于硅铝酸盐源(A)及其它粉体(F)的总质量相当于35质量％的量的水中而制备碱活化剂(B)的溶液，并且变更了耐碱性纤维(C)及葡糖酸钠以外的各材料的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例10]
将干燥条件变更为表2所述的条件，除此以外，与实施例9同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例11]
如表2所述，使用高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土来代替作为硅铝酸盐源(A)的高炉矿渣及粉煤灰，并且变更了耐碱性纤维(C)及骨料(E)以外的各材料的比例，除此以外，与实施例9同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例12]
将干燥条件变更为表2所述的条件，除此以外，与实施例11同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例13]
代替将作为硅铝酸盐源(A)的高炉水淬矿渣及粉煤灰、作为其它粉体(F)的硅粉、以及骨料(E)投入砂浆混合机，除了上述材料之外还将作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝投入砂浆混合机，并且变更了高炉水淬矿渣及骨料(E)的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例14]
将熟化时间从12小时变更为24小时，除此以外，与实施例13同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例15]
如表2所述，变更作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝的比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例14同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例16]
如表2所述，变更作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝的比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、硅粉的比例、以及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例14同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例17]
将氢氧化钠及水玻璃3号溶解于相对于硅铝酸盐源(A)、矿渣激发剂(D)及其它粉体(F)的总质量相当于30质量％的量的水中而制备了碱活化剂(B)的溶液，以此来代替将氢氧化钠溶解于相对于硅铝酸盐源(A)及其它粉体(F)的总质量相当于35质量％的量的水中制备碱活化剂(B)的溶液，并且变更了耐碱性纤维(C)及葡糖酸钠以外的各材料的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例18]
将干燥条件变更为表2所述的条件，除此以外，与实施例17同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例19]
代替将作为硅铝酸盐源(A)的高炉水淬矿渣及粉煤灰、作为其它粉体(F)的硅粉、以及骨料(E)投入砂浆混合机，除了上述材料以外还将作为其它粉体(F)的二水石膏投入砂浆混合机，并且变更了骨料(E)的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例20]
如表2所述，变更二水石膏的比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例、及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例19同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例21]
如表2所述，变更二水石膏的比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例19同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例22]
代替将作为硅铝酸盐源(A)的高炉水淬矿渣及粉煤灰、作为其它粉体(F)的硅粉、以及骨料(E)投入砂浆混合机中，除了上述材料之外还将作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝及作为其它粉体(F)的二水石膏投入砂浆混合机中，并且变更了高炉水淬矿渣、粉煤灰及骨料(E)的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例23]
将氢氧化钠溶解于相对于硅铝酸盐源类(A)、其它粉体(F)及成形助剂(G)的总质量相当于54质量％的量的水中，制备了碱活化剂溶液。接着，将作为硅铝酸盐源(A)的高炉水淬矿渣(Fine Cerament 20A：比表面积6000cm2/g)36.8质量％及粉煤灰(YondenBusiness公司制：Yonden fly ash type II)9.9质量％、作为其它粉体(F)的硅粉(巴工业株式会社制：EFACO SILICA FUME)2.0质量％、作为成形助剂(G)的浆粕(LBKP)2.0质量％及增粘剂(羧甲基纤维素)0.7质量％、以及作为骨料(E)的砂(2∶1的质量比例的东北硅砂株式会社制5号硅砂及东北硅砂株式会社制7号硅砂)42.9质量％投入艾氏混合机中混合1分钟后，将上述碱活化剂溶液投入艾氏混合机混合3分钟。将得到的粗混炼物和0.1质量％的作为其它粉体(F)的葡糖酸钠投入双辊捏合机中混合4分钟。接着，将0.8质量％的PVA纤维(株式会社可乐丽制聚乙烯醇类纤维，“PVA2”)投入双辊捏合机中，进一步混合2分钟。使用真空挤出机，在740mmHg的减压下将粘土状的混炼物挤出成形为宽度30cm、厚度1cm的板状。在得到的成形板上放置乙烯基树脂片，在常压下、90℃×RH95％的条件下熟化24小时。将其在设定为110℃的送风恒温干燥机中干燥8小时后，切成宽度4cm×长度18cm，制造了固化体。
对于得到的固化体，如上所述实施了评价。将结果示于表5。
[实施例24]
将熟化时间从12小时变更为24小时，除此以外，与实施例23同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例25]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的比例、以及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例26～27]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例及粉煤灰的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例28]
将熟化温度从90℃变更为60℃，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例29]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的比例、耐碱纤维(C)的比例、以及作为骨料(E)的砂的比例，使用铝粉末及消石灰来代替作为其它粉体(F)的硅粉及葡糖酸钠，而且，在投入并混合了与实施例2同样的耐碱性纤维(C)之后，进一步投入并混合了铝粉末，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例30]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的比例、耐碱纤维(C)的比例、作为骨料(E)的砂的比例、以及二水石膏的比例，未使用硅粉及葡糖酸钠而使用了铝粉末及消石灰，而且，在投入并混合了与实施例19同样的耐碱性纤维(C)之后，进一步投入并混合了铝粉末，除此以外，与实施例19同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例31]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的比例、耐碱纤维(C)的比例、作为骨料(E)的砂的比例、以及二水石膏的比例，进一步使用了赤泥作为硅铝酸盐源(A)，未使用硅粉及葡糖酸钠而使用了铝粉末及消石灰，而且，在投入并混合了与实施例19同样的耐碱性纤维(C)之后，进一步投入并混合了铝粉末，除此以外，与实施例19同样地制造固化体并实施了评价。
[实施例32]
如表3所述，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的比例、耐碱纤维(C)的比例、作为骨料(E)的砂的比例、以及二水石膏的比例，进一步使用了赤泥作为硅铝酸盐源(A)、并且未使用硅粉及葡糖酸钠而使用了消石灰，除此以外，与实施例19同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例1]
如表4所述，将作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的含有率变更为相对于固化性组合物的总固体成分多于10质量％的比例，与此相伴，变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例、硅粉的比例、以及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例2]
如表4所述，相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分，将高炉矿渣的含有率变更为低于40质量％，与此相伴，变更了粉煤灰的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例3]
未使用耐碱性纤维(C)，与此相伴，如表4所述变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例及作为骨料(E)的砂的比例，并且未实施干燥，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例4]
未使用耐碱性纤维(C)，与此相伴，如表4所述变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例1同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例5]
未使用耐碱性纤维(C)，与此相伴，如表4所述变更了高炉矿渣的比例、粉煤灰的比例及作为骨料(E)的砂的比例，除此以外，与实施例2同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例6]
除了未实施干燥以外，与实施例1同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例7]
除了未实施干燥以外，与实施例6同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例8]
除了未实施干燥以外，与实施例7同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例9]
除了未实施干燥以外，与实施例8同样地制造固化体并实施了评价。
[比较例10～11]
除了如表4所述变更了干燥条件以外，与实施例1同样地制造固化体并实施了评价。
将实施例及比较例中使用的纤维的特性示于下述表1。另外，将实施例中的组成及比较例中的组成示于表2～表4。在表5中示出了实施例及比较例的固化体的评价结果。
[表1]
表1：纤维的特性
Figure BDA0004022261310000261
Figure BDA0004022261310000271
Figure BDA0004022261310000281
Figure BDA0004022261310000291
[表5]
表5:实施例及比较例的固化体的评价结果
Figure BDA0004022261310000301
实施例1～32中制造的固化体均具有高弯曲强度、高弯曲韧性及高尺寸稳定性。另外，这些固化体具有更小的纤维平均含有率的变动系数。这是指，固化体中纤维的平均含有率的不均小，该不均越小，越能够提高固化体的尺寸稳定性。如实施例4的结果所示，虽然在固化体中的纤维含有率增加时，纤维凝聚度稍微变高，但通过使固化体具有本发明的构成，获得了足够小的纤维凝聚度，因此，对于固化体而言，能够实现高弯曲强度(MOR)。
如实施例9～10的结果所示，在使用水玻璃时，表现出更优异的弯曲强度及弯曲韧性。
在进一步添加作为矿渣激发剂(D)的硫酸铝时，如实施例13的结果所示，即使熟化时间短，也能够实现进一步提高的弯曲韧性。另外，对于实施例14～16的组成而言，除了进一步提高的弯曲韧性，还能够实现进一步提高的LOP。
在使用水玻璃及硫酸铝时，如实施例17～18的结果所示，获得了进一步提高的LOP及弯曲韧性。
在使用二水石膏作为其它粉体(F)时，如实施例19～21的结果所示，获得了更高的尺寸稳定性。而且，还改善了成形性，因此可知，更良好地抑制了裂纹。
实施例29～32是以固化体的轻质化为目的的配合。
另一方面，对于作为碱活化剂(B)的氢氧化钠的含有率相对于固化性组合物的总固体成分多于10质量％的比较例1的固化体而言，纤维的平均含有率的变动系数高，表现出高尺寸变化率。
对于高炉矿渣相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分的含有率低于40质量％的比较例2的固化体而言，纤维的平均含有率的变动系数及纤维凝聚度高，与对应的实施例2相比，表现出低LOP及低弯曲韧性，显示出高尺寸变化率。
对于不包含增强纤维、且固化体的含水率相对于固化体的总质量为高于10.0质量％的比较例3的固化体而言，表现出低弯曲强度(MOR)及明显低的弯曲韧性。
不包含增强纤维的比较例4～5的固化体表现出明显低的弯曲韧性。
对于固化体的含水率相对于固化体的总质量为高于10.0质量％的比较例6～9的固化体而言，与对应的实施例的固化体(实施例1、6、7及8)相比，弯曲强度及弯曲韧性明显更低。
对于固化体的含水率相对于固化体的总质量为高于10.0质量％的比较例10～11的固化体而言，与对应的实施例的固化体(实施例1)相比，弯曲强度及弯曲韧性低，尺寸变化率高。
工业实用性
本发明的固化体具有高弯曲强度及高尺寸稳定性。因此，本发明的固化体例如可以有效地用作砌块、地板材料、墙壁材料、天花板材料、隔板、屋顶材料及瓦等各种土木建筑材料而没有特别限定。

Claims (10)

1.一种固化性组合物的固化体，所述固化性组合物包含(A)硅铝酸盐源、(B)碱活化剂及(C)耐碱性纤维，
硅铝酸盐源(A)包含高炉矿渣，高炉矿渣的含有率相对于硅铝酸盐源(A)的总固体成分为40质量％以上，
碱活化剂(B)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为10质量％以下，
固化体的含水率相对于固化体的总质量为10.0质量％以下。
2.根据权利要求1所述的固化体，其中，
硅铝酸盐源(A)的含有率相对于固化性组合物的总固体成分为20质量％以上且75质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的固化体，其中，
耐碱性纤维(C)为选自聚乙烯醇类纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维及尼龙纤维中的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的固化体，其中，
耐碱性纤维(C)的含有率相对于固化体的总固体成分为0.05质量％以上且5质量％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的固化体，其中，
耐碱性纤维(C)的纤维凝聚度为10％以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的固化体，其中，
从所述固化体的整体或一部分切出10g的切出片，10个切出片中所含的耐碱性纤维(C)的平均含有率的变动系数为30％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的固化体，其中，
固化体还包含骨料(E)，骨料(E)的含有率相对于固化体的总固体成分为15质量％以上且75质量％以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的固化体，其中，
硅铝酸盐源(A)还包含选自粉煤灰、偏高岭土及赤泥中的至少一种。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的固化体，其中，
固化体还包含矿渣激发剂(D)，矿渣激发剂(D)的含有率相对于固化体的总固体成分为0.01质量％以上且3质量％以下。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的固化体，其中，
固化体还包含硫酸钙衍生物，硫酸钙衍生物的含有率相对于固化体的总固体成分为0.01质量％以上且20质量％以下。
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