JP2001302326A - 珪酸カルシウム成形体およびその製造方法 - Google Patents
珪酸カルシウム成形体およびその製造方法Info
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Abstract
ことがなく、ハンドリング性に優れ、外装材として使用
しても遜色のない曲げ強度を保持することが可能な珪酸
カルシウム成形体と、その製造方法の提供。 【解決手段】 トバモライトおよび/またはゾノトライ
ト質マトリクス中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を
含有し、650℃強熱減量が12質量%以下であり、か
つ吸水寸法変化率が0.08%以下である成形体。この
成形体は、(a)ブレーン比表面積3000cm2/g
〜4000cm2/g、粒子径2〜50μm、最大粒子
径と最小粒子径の差20μm以内である珪石および/ま
たは珪砂と、(b)スラグウールを珪酸質原料として使
用し、スラリーを調製し、抄造法により板状に成形し、
オートクレーブ養生硬化して得られる。
Description
材として広く使用されている珪酸カルシウム成形体およ
びその製造方法に関するものである。
珪酸質原料、補強繊維、骨材、充填材などを水と混合
し、所望の形状に成形しオートクレーブ養生により硬化
させ製造されており、寸法安定性に優れることから建築
用内・外装材として多用されてきた。従来からの施工方
法としては、軽量鉄骨にビス止めする方法や木質の野縁
材に釘などで止める方法が挙げられるが、最近では石
膏、セメントを主体とするペースト状の接合剤をダンゴ
状に用いて壁面に接着する直貼り工法が多用され始めて
いる。直貼り工法は壁面からの出面を最小限に抑えられ
るほか、施工が容易で省力化および工期の短縮を図れる
というメリットを有する施工法である。しかし従来の珪
酸カルシウム成形体をそのまま使用すると、接合剤に含
まれる水分により、成形体の表面と裏面の収縮の度合が
異なり、施工後に亀裂や反り、たわみ等の変形を生じ、
これを防止するために成形体裏面にシーラーまたは撥水
剤等を塗布した場合、壁面との接着力が不足するほか
に、余計な手間とコストがかかり直貼り工法のメリット
が半減する。
の寸法安定性を従来品よりも更に向上させる必要があ
り、珪酸カルシウム成形体の寸法変化率を低減する方法
としては繊維状ワラストナイトを充填材として添加する
ことが行われている。また、特開平10−59761号
公報には多量の繊維状ワラストナイトに加え更にII型無
水石膏を含有させる方法が開示されている。なお、この
従来技術はII型無水石膏を全く含有しない本発明とは異
なったものである。また特開平2−97444号公報に
は、多量の炭酸カルシウムを添加することにより無機質
硬化体の加熱残存収縮率低減する方法が開示されている
が、炭酸カルシウムはカルサイトを主体としていること
から、針状アラゴナイトと異なりアスペクト比が著しく
低いため、珪酸カルシウム成形体に添加した場合は寸法
変化率の低減効果は得られない。更に特開平11−29
2605号公報には、二水石膏およびエトリンガイトを
主成分とするマトリクスにおいて、ワラストナイトおよ
び特公平1−16786号公報に開示されているような
水熱反応によって合成された球状の二次粒子からなる珪
酸カルシウム水和物を添加することによる寸法変化率の
低減方法が開示されているが、この方法はワラストナイ
トの添加および24時間〜72時間もの長時間にわたる
蒸気養生によって寸法変化率の低減を図るもので、本発
明による技術とは異なるものである。
は、直貼り工法を採用しても亀裂や反りを生じることが
なく、ハンドリング性に優れ、外装材として使用しても
遜色のない曲げ強度を保持することが可能な珪酸カルシ
ウム成形体と、および該成形体を抄造法により効率よく
製造する方法を提供することにある。
を解決すべく鋭意検討を行った結果、珪酸カルシウム成
形体中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、6
50℃強熱減量を12質量%以下に調整し、吸水寸法変
化率を0.08%以下に低減することによって前記課題
を解決できることを見出し、本発明を完成することがで
きた。すなわち本発明はトバモライトおよび/またはゾ
ノトライト質マトリクスからなる珪酸カルシウム成形体
中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、650
℃強熱減量が12質量%以下で吸水寸法変化率が0.0
8%以下であることを特徴とする珪酸カルシウム成形体
を提供するものであり、650℃強熱減量を12質量%
以下とすることによって、充填材として使用されるアラ
ゴナイトの添加量を最小限に抑え吸水寸法変化率を0.
08%以下に低減しながらも、曲げ強度を外装材として
の製品設計上の強度の許容限度内とした珪酸カルシウム
板を得るものである。また本発明は、補強有機繊維がパ
ルプ繊維であることを特徴とする前記珪酸カルシウム成
形体を提供するものであり、好ましくはパルプ繊維は叩
解してろ水度を100ml〜350mlに調整すること
によって成形体の補強効果が増加するものである。また
本発明は、アラゴナイトの配合量が1〜40質量%、好
ましくは25〜35質量%であることを特徴とする前記
珪酸カルシウム成形体を提供するものであり、アラゴナ
イトの添加により珪酸カルシウム成形体の寸法変化率を
効率よく低減できるものである。また本発明は、珪酸質
原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、水お
よび必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、
抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生するこ
とによって硬化することを特徴とする前記珪酸カルシウ
ム成形体の製造方法を提供するものであり、抄造性や生
産性の低下を生じることなく、外装材としても使用可能
で直貼り工法に適した珪酸カルシウム成形体を効率よく
製造するものである。また本発明は、珪酸質原料、石灰
質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、予め合成された
ゾノトライト結晶、水および必要に応じて助剤を含有す
る混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オ
ートクレーブ養生硬化することを特徴とする前記珪酸カ
ルシウム成形体を製造する方法を提供するものであり、
抄造性や生産性の低下を生じることなく、外装材として
も使用可能で直貼り工法に適した珪酸カルシウム成形体
を効率よく製造するものである。また本発明は、珪酸質
原料が、(a)ブレーン比表面積3000cm2/g〜
4000cm2/gで粒子径が2〜50μmの範囲内に
あり、なおかつ最大粒子径と最小粒子径の差を20μm
以内に調整した珪石および珪砂から選択された少なくと
も1種以上と、(b)スラグウールであることを特徴と
する前記珪酸カルシウム成形体の製造方法を提供するも
のであり、珪酸質原料を上述のように調整することによ
って、高強度で低寸法変化率の珪酸カルシウム板を効率
よく製造するものである。
る。本発明はJIS A 5430で測定される寸法変
化率を0.08%以下まで低減し、直貼り工法を採用し
ても亀裂や反りを生じることなく、また曲げ強度を外装
材としての製品設計上の強度の許容限度内とすることを
特徴とした珪酸カルシウム成形体を提供するものであ
る。なお、JIS A 5430で測定される寸法変化
率とは、乾燥した試験体を水中浸漬することによって生
じる吸水による長さ変化率のことであり、前述の加熱残
存収縮率とは異なる特性である。本発明におけるトバモ
ライトおよび/またはゾノトライト質マトリクスとは、
トバモライトの単独質、またはトバモライトとゾノトラ
イトの混合質を意味する。トバモライトとゾノトライト
の混合質マトリクスは、予め合成されたゾノトライト結
晶の二次凝集体からなる球状粒子を珪酸質原料、石灰質
原料、水及び必要に応じて助剤からなるスラリーに添加
し、オートクレーブ養生することにより得ることができ
る。
下の方法によって合成することができる。石灰質原料と
珪酸質原料をCa/(Si+Al)モル比で0.8〜
1.1として水中に分散し、固形分濃度を5〜15質量
%に調整したスラリー状態で撹拌しながら190〜22
0℃のオートクレーブ中で3〜15時間水熱反応させる
ことによって得られる。但しCa/(Si+Al)モル
比が上述の範囲を外れる場合は未反応の石灰質原料また
は珪酸質原料が多く含まれるものとなり、成形体の強度
低下や寸法変化率の増大を生じる。また石灰質原料と珪
酸質原料からなるスラリーの濃度が15質量%を越えた
場合はゾノトライト結晶が微細化し、成形性および生産
性が損なわれる。更に水熱反応の際の合成温度が190
℃を下回った場合、または合成時間が3時間未満の場合
は得られるゾノトライトの結晶化度が低く、成形体の寸
法安定性が損なわれる。上述のようにして合成されたゾ
ノトライト結晶の二次凝集体からなる球状粒子は嵩密度
の低減効果を有することから、その添加量を成形体の全
原料に対して10質量%以内とすることが好ましく、こ
れを越えて添加した場合は抄造性および生産効率が損な
われる他、外装材として使用しても遜色のない曲げ強度
を保持することができなくなる。
通常の炭酸カルシウムと異なり、高アスペクト比の針状
結晶であることから、炭酸カルシウムよりも遙かに優れ
た寸法変化率低減効果を有し、少ない添加量で効率よく
成形体の寸法変化率を低減することが可能である。本発
明で用いるアラゴナイトもCaを含む原料であるが、オ
ートクレーブ養生における珪酸カルシウム水和物の生成
反応にはほとんど関与しないため、前記モル比の石灰質
原料(Ca)には該当しない。またワラストナイトと比
べてもアスペクト比のバラツキが少なく、ワラストナイ
トよりも優れた寸法変化率低減効果を有し、なおかつ珪
酸カルシウム成形体の曲げ強度や寸法変化率のバラツキ
を低く抑えることが可能である。但しその添加量は、珪
酸カルシウム成形体の全原料に対して1〜40質量%、
好ましくは25〜35質量%であるのがよい。添加量が
1質量%を下回る場合は寸法変化率低減効果が損なわ
れ、40質量%を上回る場合は成形体の曲げ強度が外装
材としての製品設計上の強度の許容限度から外れてしま
う恐れがある。なお、アスペクト比とは針状結晶の長さ
と幅の比率を表したものであり、アスペクト比が3以上
のものを繊維状または針状という。本発明で使用される
アラゴナイトは20〜30のアスペクト比を有するもの
がよい。
を電気炉内で650℃、3時間加熱したときの質量減少
率であり、以下の式で表される。
熱減量を12質量%以下に調整することによって、曲げ
強度を外装材としての製品設計上の強度の許容限度内と
しながらも寸法変化率を0.08%以下に低減すること
が可能である。強熱減量が12質量%を上回る場合は寸
法変化率の増大を生じる。
は、珪酸カルシウム成形体に通常使用されるものを利用
することができ、とくに限定するものではないが、中で
もパルプ繊維が好ましい。この場合、パルプ繊維はJI
S P 8121に規定されるカナダ標準型ろ水度試験
方法で測定したろ水度を100〜350mlに調整した
ものが好ましい。ろ水度が100mlを下回った場合は
原料スラリーのろ水性低下により抄造効率が損なわれ、
350mlを越えた場合は粉体抱落性の低下により最終
的に得られる珪酸カルシウム成形体の層間密着性が低下
する。なお、補強有機繊維の添加量は適宜決定すればよ
いが、得られる珪酸カルシウム成形体の強熱減量を12
質量%以下とするためには、例えばパルプ繊維を使用す
る場合、その添加量は、珪酸カルシウム成形体の全原料
に対して2〜5質量%以内に調整するのがよい。このと
きパルプ繊維の添加量が2%を下回ると成形体の曲げ強
度発現性が低下し、添加量が5%を上回った場合は寸法
変化率が増大し、直貼り工法を採用した際に亀裂や反り
が発生する恐れがある。
原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、水お
よび必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、
抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬化す
ることにより得ることができる。このとき、本発明の珪
酸カルシウム成形体は、トバモライトおよび/またはゾ
ノトライト質マトリクス中にアラゴナイトおよび補強有
機繊維を含有し、650℃強熱減量が12質量%以下で
あり、かつ吸水寸法変化率が0.08%以下でなければ
ならないのは前述したとおりある。珪酸質原料、石灰質
原料、補強有機繊維、助剤の種類は、適宜決定すればよ
い。
石および/または珪砂、さらにスラグウールを用いるの
が好ましい。その際、珪石および/または珪砂は粉末度
と粒子経の分布を以下のように調整したものを使用する
のがよい。粉末度はJIS R 5201に基づいて測
定したブレーン比表面積が3000〜4000cm2/
gで、その際粒子径が2〜50μmの範囲内にあり、な
おかつ最大粒子径と最小粒子径の差を20μm以内に調
整したものである。すなわち通常ブレーン比表面積を3
000〜4000cm2/gとした珪石または珪砂の粒
子径は1〜100μm程度の広範囲にわたって分布して
いるものであるが、これを分級操作して粒子径を2〜5
0μmの範囲としながらもなおかつ最大粒子径と最小粒
子径の差を20μm以内に調整したものである。このよ
うな珪石または珪砂は、通常の分級操作により得ること
ができ、例えばブレーン比表面積3000cm2/gで
粒子径が1〜100μmにわたって分布している珪砂に
ついて分級操作を行い、30μmを超える粒子径を有し
たものと、10μmを下回る粒子径を有したものを取り
除くことによってブレーン比表面積に差異を生じること
なく粒子径の分布幅を狭めることができる。また、ブレ
ーン比表面積4000cm2/gの珪砂についても同様
に25μmを超える粒子径を有したものと、5μmを下
回る粒子径を有したものを取り除くことによってブレー
ン比表面積に差異を生じることなく粒子径の分布幅を狭
めることができる。このように粒子径の分布幅を極端に
狭めた珪石および/または珪砂を使用することによっ
て、強度発現性に優れしかも寸法変化率の低い珪酸カル
シウム成形体を製造することが可能となる。
の粒子径を極端に狭めた場合でも、ブレーン比表面積が
3000cm2/gを下回ったものは得られる成形体の
曲げ強度を損ない、またブレーン比表面積が4000c
m2/gを上回ったものは成形体の寸法変化率が増大す
る。さらにブレーン比表面積が3000〜4000cm
2/gの範囲内であっても粒子径の分布幅が2〜50μ
mよりも広いもの、または最大粒子径と最小粒子径の幅
が20μmを越えるのを使用した場合は十分な強度発現
性と寸法変化率の低減効果を得ることができない。また
粒子径の分布が2μmを下回るものは寸法変化率の低減
効果が損なわれ、50μmを上回るものについては強度
の発現性に欠ける。なお、珪酸カルシウム成形体におい
て、珪酸質原料として使用される珪石または珪砂の粉末
度を上昇することによって成形体の曲げ強度の増加を図
ることが可能であるが、このとき同時に寸法変化率の増
大を生じ、粉末度を低下した場合は成形体の寸法変化率
低減を図ることが可能となるが、同時に曲げ強度の発現
性を損なう。従って成形体の曲げ強度増加と寸法変化率
低減の両立を図り、直貼り工法に適した外装材としても
使用可能な珪酸カルシウム成形体を得るためには、上述
のように粉末度と粒子経の分布を調整した珪石および/
または珪砂を使用するのがよい。
JIS A 9504に規定されるものであれば特に制
限されるものではない。またその添加量は寸法変化率が
0.08%以下の珪酸カルシウム成形体を効率よく得る
ことを考慮すると、該成形体の全原料に対して30質量
%以内とすることが好ましく、より良好な抄造性を得る
ためにさらに好ましい添加量は5〜15質量%である。
添加量が30質量%を越えた場合は最終的に得られる成
形体の強度が損なわれる。
灰あるいは生石灰が用いられ、これらを単独または併用
して使用することができるが、上述の珪酸質原料との比
率はCaO/(Si+Al)モル比で0.4〜1.2、
さらに好ましくは0.6〜1.0の範囲内とし、この範
囲が最終的に得られる珪酸カルシウム成形体の曲げ強度
を一層高めることができる。
法によって所望の形状に成形し、得られた成形体を好ま
しくは140〜200℃、さらに好ましくは170〜1
90℃の飽和水蒸気圧下のオートクレーブ内で3〜10
時間、好ましくは5〜8時間養生することによって得ら
れる。3時間未満であると成形体強度が低下し、また寸
法変化率が大きくなる。但し養生温度が140℃を下回
ると最終的に得られる成形体の寸法変化率が増大し、2
00℃を越えた場合は成形体が脆弱化し、強度にバラツ
キを生じる。このようにして製造された珪酸カルシウム
成形体はJIS A 5430に基づいて測定される寸
法変化率を0.08%以下に低減しながらも外装材とし
て使用しても遜色のない曲げ強度を保持することが可能
である。
明する。 (実施例1〜8)予め合成されたゾノトライト結晶の二
次凝集体からなる球状粒子とその他原料を表1に示した
割合で秤量し、水中に分散して固形分濃度を10%に調
整した混合分散スラリーを抄造法により幅90cm、長
さ180cm、厚さ6mmに成形した後、オートクレー
ブ内で180℃、6時間の水熱養生を行うことにより珪
酸カルシウム成形体を得た。なお、ゾノトライト結晶の
二次凝集体からなる球状粒子は以下の方法で合成したも
のを使用した。出発原料は石灰質原料としてCaO分9
3%、149μm篩残分が6%以下の生石灰、珪酸質原
料としてSiO2分が98%、63μm篩全通の粒度を
有する珪砂を使用し、両者の混合比率をCa/(Si+
Al)モル比で1.0に調整した。次いでこの粉体原料
に水を加え、固形分濃度を5%としたスラリーを周速8
0m/分で攪拌しながら200℃のオートクレーブ中で
6時間水熱反応させた。このようにして得られたゾノト
ライト結晶は二次凝集体からなる平均粒径100μmの
球状粒子であった。上述のようにして得られた成形体に
ついて、以下の試験を実施し、結果を表1に示した。 (i)強熱減量は10cm×10cmに切断した成形体
を105℃恒量となるまで乾燥した後、電気炉内で65
0℃−3時間加熱することによって測定した。 (ii)曲げ強度はJIS A 1408に準拠し、試験
体の大きさを3号(50×40cm)として測定した。 (iii)寸法変化率はJIS A 5430に基づいて
測定した。 (iv)施工試験として、石膏系のペースト状接合剤(吉
野石膏(株)製GLボンド)により珪酸カルシウム成形
体をコンクリート壁面に接着し、経時に伴う外観変化を
目視観察した。
化率を0.08%以下に低減した珪酸カルシウム成形体
は、直貼り工法を採用しても何ら問題を生じるものでは
なかった。またアスペクト比20〜30のアラゴナイト
を使用することによって寸法変化率が効率よく低減さ
れ、II型無水石膏または多量のワラストナイトを含有し
た珪酸カルシウム成型体に比べて曲げ強度が高く、外装
材としての製品設計上の強度の許容限度内とすることが
可能であった。
従い、実施例と同様にして珪酸カルシウム成形体を得た
後、実施例と同様の試験を行った。表2に示した結果の
とおり、寸法変化率が0.08%を超えるものは直貼り
工法で施工した場合に、亀裂や反り、たわみ等の変形を
生じた。充填材としてワラストナイトを使用したものは
アラゴナイトを使用したものに比べて寸法変化率が大き
く、多量のワラストナイトまたはII型無水石膏を含有す
ることによって寸法変化率を0.08%以下に低減した
場合は曲げ強度が著しく低下した。また充填材として炭
酸カルシウムを使用したものは寸法変化率の低減が認め
られなかったほかに曲げ強度が著しく低下した。さらに
最大粒子径と最小粒子径の幅が20μmを超える珪砂を
使用した場合、ブレーン比表面積の上昇に伴う曲げ強度
の増加と寸法変化率の増大が認められた。また粒子径の
分布幅が20μm以内であってもブレーン比表面積が3
000cm2/gを下回ったものは曲げ強度が低く、ブ
レーン比表面積が4000cm2/gを上回ったものは
寸法変化率が増大した。
も亀裂や反りを生じることがなく、ハンドリング性に優
れ、外装材として使用しても遜色のない曲げ強度を保持
することが可能な珪酸カルシウム成形体と、および該成
形体を抄造法により効率よく製造する方法が提供され
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 トバモライトおよび/またはゾノトライ
ト質マトリクス中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を
含有し、650℃強熱減量が12質量%以下であり、か
つ吸水寸法変化率が0.08%以下であることを特徴と
する珪酸カルシウム成形体。 - 【請求項2】 補強有機繊維がパルプ繊維であることを
特徴とする請求項1に記載の珪酸カルシウム成形体。 - 【請求項3】 アラゴナイトの配合量が1〜40質量%
であることを特徴とする請求項1または2に記載の珪酸
カルシウム成形体 - 【請求項4】 珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイ
ト、補強有機繊維、水および必要に応じて助剤を含有す
る混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オ
ートクレーブ養生硬化することを特徴とする請求項1な
いし3のいずれか1項に記載の珪酸カルシウム成形体を
製造する方法。 - 【請求項5】 珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイ
ト、補強有機繊維、予め合成されたゾノトライト結晶、
水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリー
を、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬
化することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1
項に記載の珪酸カルシウム成形体を製造する方法。 - 【請求項6】 珪酸質原料が、(a)ブレーン比表面積
3000cm2/g〜4000cm2/gで粒子径が2〜
50μmの範囲内にあり、なおかつ最大粒子径と最小粒
子径の差を20μm以内に調整した珪石および珪砂から
選択された少なくとも1種以上と、(b)スラグウール
であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
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JP2011206941A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | A & A Material Corp | けい酸カルシウム材の製造方法 |
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