JP2000109377A - 低熱伝導性の軽量気泡コンクリート製断熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保冷性及び圧縮強度の両面が優れているととも
に、製造コストも安価で、特に大きな荷重がかかる低温
タンクの基礎部に好適な低熱伝導性の軽量気泡コンクリ
ート製断熱材を提供する。 【解決手段】次の条件をすべて具備する低熱伝導性の軽
量気泡コンクリート製断熱材。 （Ａ）主構成物質がトバモライトを主成分とするケイ酸
カルシウム水和物であること、（Ｂ）全体積の４０〜６
０％が直径５０〜１５００μｍの独立気泡であること、
（Ｃ）２５℃から−１９０℃の範囲の雰囲気での圧縮強
度が１．５〜４．５ＭＰであること、（Ｄ）嵩密度が２
８０〜３８０ｋｇ／ｍ³ であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に低温域の保冷
性及び圧縮強度に優れた低熱伝導性の軽量気泡コンクリ
ート製断熱材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度の保温性、断熱性等が要求される分
野において、ＬＮＧ，ＬＰＧなどの低温タンクの基礎部
や大型冷凍室の壁、床等のように、低温の保冷性が要求
される分野、部位も多い。そして、その部位に適用され
る保冷材として種々の材質が有るが、代表的な材質とし
て独立気泡を有する泡ガラスがある。また、一部にＪＩ
Ｓで規定されている通常のＡＬＣ（軽量気泡コンクリー
ト）などがあり、さらにそれらの組み合わせなどがあ
る。

【０００３】特に、上記低温タンクの基礎部には大きな
荷重がかかるため、特開平９−３２３３９号公報に示さ
れているように、泡ガラス層とその下に種々の補助保冷
ブロック等が用いられることも多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、保冷材として
使用される泡ガラスは、泡を取り囲むガラス壁の厚さが
非常に薄いため、圧縮応力に対して容易に座屈破壊を起
こしてしまう。さらに泡ガラスを段積みする際、泡ガラ
スの切断面同士を直接接するように積むと、両切断面で
接触している部分が点になってしまい、座屈破壊はより
著しくなる。

【０００５】以上のような理由から、特に前記のような
大きな荷重がかかる低温タンクの基礎部に保冷材として
適用する場合は、他の部材で強度を補う必要があった。
また泡ガラス単独では大型の低温タンクには適用困難な
場合もあった。さらに、泡ガラスは製造時の溶融温度が
高いため、大きなエネルギーを必要とし、製造コストが
高くなるという問題点もある。

【０００６】また、ＪＩＳで規定されている通常のＡＬ
Ｃ製の保冷材は、圧縮強度の面は満たされるが、保冷性
が劣るため十分な保冷性を確保し、特に上記の低温タン
クなどに適用する際は、その厚みをかなり厚くする必要
があった。そのため、施工性および材料の量、運搬等総
合的な面でコスト高になるという問題点があった。その
ため、実際は他の保冷材の上面（あるいは下面）のレベ
ル合わせ、または局所への集中応力を緩和させるため
に、ごく一部しか使用されていない。

【０００７】そこで、本発明の課題は、保冷性及び圧縮
強度の両面が優れているとともに、製造コストも安価
で、特に大きな荷重がかかる低温タンクの基礎部に好適
な低熱伝導性の軽量気泡コンクリート製断熱材を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決する本
発明は、次の条件をすべて具備することを特徴とする低
熱伝導性の軽量気泡コンクリート製断熱材である。 （Ａ）主構成物質がトバモライトを主成分とするケイ酸
カルシウム水和物であること、（Ｂ）全体積の４０〜６
５％が直径５０〜１５００μｍの独立気泡であること、
（Ｃ）２５℃から−１９０℃の範囲の雰囲気での圧縮強
度が１．５〜４．５ＭＰであること、（Ｄ）嵩密度が２
８０〜３８０ｋｇ／ｍ³ であること、

【０００９】本発明における嵩密度、圧縮強度、独立気
泡の各測定方法は次の方法による。 嵩密度：材料を直方体もしくは正方体に切断し、切断寸
法からその材料の体積を求める。材料は１００±５℃の
送風式乾燥機で、重量が恒量になるまで乾燥させる（約
２４時間）。その恒量値を材料の重量とする。嵩密度は
この材料の重量を前述の材料体積で除した値をいう。

【００１０】圧縮強度：材料を１０ｃｍ×１０ｃｍ×１
０ｃｍの正方体に切断し、６０℃の送風式乾燥機で１２
時間乾燥したものを油圧式試験機にて破壊するまで加圧
し、最大荷重を求める。その最大荷重を加圧面の面積で
除したものを圧縮強度とした。

【００１１】独立気泡：材料の切断面を光学式イメージ
スキャナーで画像化し、気泡形状が明確になるよう拡大
色調変更する。２００〜５００個の気泡が存在する正方
面を基準面とし、その基準面のもとの寸法（面積ａ）、
気泡数（ｍ）、各気泡の直径ｄ1 ，ｄ2，・・・ｄｍと
する（ただし、基準面とそれ以外の部分とにまたがる気
泡は、別にカウント）さらに隣または奥の気泡と連続性
を有する気泡の数（ｍｃ）およびその気泡の直径を測定
する。（ｄｃ1 ，ｄｃ2 ，・・・ｄｃｍｃ） なお、基準面とそれ以外の部分とにまたがって存在する
気泡（数をｍ´）の直径は、それぞれｄ´およびｄ´ｃ
とする。基準面に存在する気泡の面積Ｐは、

【数１】 連続気泡の面積Ｐｃは、

【数２】 したがって、気泡の占める体積割合は、

【数３】 連続気泡の占める体積割合は、

【数４】 よって、上記の差し引き分が独立気泡の占める体積割合
となる。

【００１２】本発明の第１構成要素は主構成物質が、ト
バモライトを主成分とするケイ酸カルシウム水和物で構
成されていることであり、このような組成物は１８０℃
程度の飽和水蒸気による水熱合成であるため、泡ガラス
のような約６００℃以上の溶融による製造よりも熱エネ
ルギーが小さくて済む。したがって、本発明の断熱材を
製造する際の種々の工程で有利になり、その製造コスト
が安価になる。

【００１３】また、本発明の第２構成要素として、全体
積の４０〜６５％が独立気泡であるとともにその直径が
５０〜１５００μｍである必要がある。なお、気泡形状
として、独立気泡と連続気泡とが存在するが、この種の
素材の断熱材においては、後述する理由により独立気泡
が少なく、また連続気泡が多いと十分な保冷性が得られ
ず、一方、独立気泡があまり多いと製造における水熱合
成での蒸気および温度が材料内部まで均一に伝わりにく
くなり、反応が不十分な状態を生じ、結果的に強度が低
下する。これを防止するには長い反応時間が必要とな
り、製造効率が悪くなる。さらに、気泡径も熱伝導率や
強度に影響する。そのため、保冷性と強度とを同時に満
足する軽量気泡コンクリート製断熱材を安価に得るため
には、上記の条件を満たす必要がある。

【００１４】すなわち、多孔質材料の熱の伝わりは、そ
の材料の熱伝導率と気泡中に存在する空気の伝導および
対流によって決まる。したがって、気泡が独立気泡の場
合はその気泡全体が壁（材質）で覆われているため空気
の対流が少なくなり、熱伝導率が低下する（保冷性が向
上する）。これに対して、連続気泡である場合、空気が
気泡を通過するため熱伝導率が上がる（保冷性が低下す
る）。

【００１５】また、独立気泡である場合、その気泡径は
小さいほど空気の熱伝導率、すなわち断熱性（保冷性）
が高くなる。その理由は、気泡径は小さいと気泡部とそ
の気泡壁との数が多くなるが、熱が伝熱する際にその数
の増加につれてその気泡部と壁部の伝熱を繰り返す回数
も多くなるのである。一方、気泡径が大きくなると、強
度面では増加するが上記理由の逆の作用により断熱性
（保冷性）が低くなる。

【００１６】さらに、本発明の第３構成要素として、２
５℃から−１９０℃の範囲の雰囲気での圧縮強度が１．
５〜４．５ＭＰａである必要がある。このような範囲と
することにより、低温タンクの基礎部、大型冷凍室の壁
材、床材等の保冷材に適用可能となる。トバモライトを
主成分とするケイ酸カルシウム水和物は、温度によって
圧縮強度が変化する特性を有し、しかも、低温領域の方
が高くなる性質を有しているため、上記のような雰囲気
では優れた圧縮強度が得られ易く、特に、低温タンクの
基礎部のように荷重が大きくかかる保冷材等に最適な材
質となるのである。

【００１７】なお、その低温領域での圧縮強度が高くな
る理由は、次の理由によるものと考えられる。すなわ
ち、ケイ酸カルシウム水和物は比表面積が高いとともに
空気中の水分を吸着（含水率約５重量％）する性質があ
り、その水分を吸着した状態で低い温度に冷却すると吸
着した水分が低温雰囲気で凝結し、組織を強化する作用
効果が生ずるためと考えられる。

【００１８】さらに、トバモライトを主成分とするケイ
酸カルシウム水和物の圧縮強度は、上記の要素のみでな
く、材料全体中のトバモライト含有量、気泡の形状およ
びその比率、さらに次に述べる嵩密度等が微妙に影響す
るため、本発明の範囲の圧縮強度を得るにはこれらの要
素をも加味して調整することが必要となる。

【００１９】本発明の第４構成要素として、嵩密度が２
８０〜３８０ｋｇ／ｍ³ である必要がある。嵩密度が２
８０ｋｇ／ｍ³ より小さいと圧縮強度がかなり低下し、
特に大型の低温タンクの基礎部には適用困難になる。一
方、３８０ｋｇ／ｍ³ より大きいと熱伝導率が高くな
り、保冷性が劣るようになる。その理由は、嵩密度が高
くなることは、すなわち内在する空気（熱伝導性を低く
する）が少なくなるためである。

【００２０】本発明の軽量気泡コンクリート製断熱材は
次のような製造方法によって得られる。材料として、珪
石、石英などのケイ酸質原料、生石灰、消石灰、ポルト
ランドセメントなどの石灰質原料、石膏、メチルセルロ
ースなどの粘度調節剤、発泡剤を用い、これらに水を混
合して混合スラリーと成し、これを型枠に入れる。次に
発泡させるが、その方法はアルミニウムなどの金属粉末
から成る発泡剤を用い、そのガス発生によって発泡させ
る。

【００２１】しかる後に、発泡後半硬化状態でそのま
ま、あるいは所定の寸法に切断した後、オートクレーブ
蒸気養生あるいは高温高圧蒸気養生で水熱反応させ、ケ
イ酸カルシウム水和物を生成させる。なお、オートクレ
ーブ養生条件は１７５〜１９０℃、８〜１５気圧の範囲
の雰囲気で行う。以上のような原料、条件、範囲、方法
を適宜組み合わせることにより、本発明のような優れた
断熱性（保冷性）および圧縮強度を有する軽量気泡コン
クリート製断熱材を得ることができる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の軽量気泡コンクリート製断熱
材の製造方法の具体的な比較実施例とそれによって得ら
れた断熱材について述べる。 珪石粉末、早強ポルトランドセメント、生石灰、
石膏、予め早強ポルトランドセメントおよび生石灰
をカルシウム／シリカのモル比で０．５に配合し、水と
攪拌し４０〜８０℃で２４時間水和反応させたもの（以
下、クラストという）（表１の配合は固形分）水、
アルミニウム金属粉末および増粘剤としてメチルセル
ロースを表１に示した条件で混合し、型枠に流し込ん
だ。型枠内で発泡および水和反応させ、半固化状態まで
静置させ、その後オートクレーブ容器に入れ、１８０℃
１０気圧の飽和蒸気雰囲気で、５時間養生を行った。

【００２３】以上の方法、条件で製造した断熱材の気泡
状態、外観上の割れ、嵩密度、圧縮強度、熱電導率（保
冷性）を表２に示す。表２から明らかなように、本発明
の断熱材は室温における熱電導率が低く、保冷性が優れ
ている。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明の軽量気泡コンクリート製断熱材
は、保冷性及び圧縮強度の両面が優れているため、特に
大きな荷重がかかる低温タンクの基礎部に好適である。
また泡ガラスの製造時のような大きなエネルギーを必要
としないため、製造も容易でコストも安価となる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の条件をすべて具備することを特徴とす
   る低熱伝導性の軽量気泡コンクリート製断熱材。 （Ａ）主構成物質がトバモライトを主成分とするケイ酸
   カルシウム水和物であること、（Ｂ）全体積の４０〜６
   ０％が直径５０〜１５００μｍの独立気泡であること、
   （Ｃ）２５℃から−１９０℃の範囲の雰囲気での圧縮強
   度が１．５〜４．５ＭＰであること、（Ｄ）嵩密度が２
   ８０〜３８０ｋｇ／ｍ³ であること、
2. 【請求項２】前記断熱材は低温タンクの基礎部の保冷材
   用である請求項１記載の低熱伝導性の軽量気泡コンクリ
   ート製断熱材。
3. 【請求項３】前記低温タンクは液化天然ガス用貯蔵タン
   クである請求項２記載の低熱伝導性の軽量気泡コンクリ
   ート製断熱材。