JP2002060264A - 繊維強化セメント成形体およびその製法 - Google Patents
繊維強化セメント成形体およびその製法Info
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Abstract
形体を得る。 【解決手段】かさ比重が0.9〜1.2であり、中空粒
子を2〜15%、表面に開口する空隙を有する無機混和
材を1〜40%、セメントおよび/または石灰を合量で
5〜70%、スラグを0〜50%、石膏を0〜50%、
珪石粉末を20〜60%、マイクロシリカを0〜20
%、無機骨材であって上記以外のものを0〜30%、セ
ルロース繊維を2〜30%含有する繊維強化セメント成
形体とする。
Description
成形体およびその製法に関する。
C.Powersの「水圧説」によると、水が凍結して
氷となる際の体積膨張分に相当する未凍結水の移動が、
粘性抵抗により静水圧を生じさせ、組織を破壊するとさ
れる。この機構による凍害を防止するために、セメント
成形体中に空気で満たされた空間を導入して、発生する
静水圧を緩和する方法が採られている。この方法では、
導入する空間量が多いほど、凍害防止効果が高いことが
知られている。
の空間を導入する手法のひとつに、中空粒子を添加する
方法がある(特開平08−217561)。しかし、こ
の方法では、充分な耐凍害性を得るために多量の中空粒
子を添加する必要があり、該中空粒子の凝集による表面
平滑度の低下、曲げ強度の低下などの問題があった。
が有していた上述の問題を解消し、強度が強く、表面平
滑性、耐凍害性に優れた繊維強化セメント成形体および
その製法の提供を目的とする。
〜15%、表面に開口する空隙を有する無機混和材を1
〜40%含有し、かさ比重が0.9〜1.2である繊維
強化セメント成形体を提供する。なお、本明細書におい
て、特記ないかぎり、%は質量百分率、部は質量部、で
ある。また、「平均粒径」とは、粒度分布を測定した際
のメディアン径、すなわち最頻径をいう。このような繊
維強化セメント成形体であれば、耐凍害性に優れ、ま
た、製品の強度が強く、表面平滑性も良好となる。
中空粒子および表面に開口する空隙を有する無機混和材
以外に、セメントおよび/または石灰を合量で5〜70
%、スラグを0〜50%、石膏を0〜50%、珪石粉末
を20〜60%、マイクロシリカを0〜20%、無機骨
材であって上記以外のものを0〜30%、セルロース繊
維を2〜30%含有してなることが好ましい。
粒径が20〜1000μmの無機中空粒子であり、前記
表面に開口する空隙を有する無機混和材は、かさ比重が
0.1〜0.5のパーライト粉砕粉および/またはセメ
ント製品粉砕粉であることが好ましい。
を2〜15%、表面に開口する空隙を有する無機混和材
を1〜40%含有する原料混合物に、有機混和材と水と
を加えて混合した水硬性スラリーとし、該水硬性スラリ
ーを所定の形状に脱水成形して中間成形体を成形し、該
中間成形体を養生硬化する繊維強化セメント成形体の製
法を提供する。このような製法を採れば、該製品の表面
に容易に模様を付けることができ、また、早期に高い強
度を発現できる。
において、未凍結水の移動が、粘性抵抗により静水圧と
なり、組織を破壊する応力となる。すなわち、静水圧
(応力)は、水分移動時の抵抗の大きさと水分の移動距
離(緩和空間までの距離)に関係がある。したがって、
本発明者は、中空粒子の添加量を減らし、緩和空間まで
の距離が長くなる場合でも、静水圧を増大させないため
には、中空粒子以外の組織部分に高い透水機能を持た
せ、水分移動の抵抗を低減すればよいと考えた。
のかさ比重は0.9〜1.2の範囲であることが必須で
ある。かさ比重が0.9未満では、繊維強化セメント成
形体の強度が低下し、一方、かさ比重が1.2を超える
と繊維強化セメント成形体が硬くなり加工性が悪くな
る。
15%であることが必須である。中空粒子の含有率が2
%未満では、緩和空間までの距離が大きくなり、未凍結
水の移動距離が長くなるために応力を低減できず、耐凍
害性に劣る。中空粒子の含有率が15%を超えると、中
空粒子が材料中に均一に分散せず、凝集により表面平滑
度が低下し、繊維強化セメント成形体の強度も低下す
る。
は、水分の凍結に伴い発生する応力を緩和する空間を材
料内に分散させ、耐凍害性を向上させるためである。し
たがって、中空粒子自身が吸水して粒子内の空間が水分
で満たされないことが必要であり、完全に密閉された中
空粒子であることが必要である。この条件を満足する中
空粒子としては、、無機質中空粒子が特に好ましく、た
とえば、フライアッシュバルーン、ガラスバルーン、シ
ラスバルーン等が挙げられる。
mの中空粒子であることが好ましい。中空粒子の粒径が
20μm未満であると、粒子の殻の厚さが10μm程度
であれば、粒子内の空間が消失し、中空粒子でなく中実
粒子となるため、耐凍害性に劣る。また、中空粒子であ
っても、粒子の殻の厚さが薄くなり、殻の強度が低下
し、繊維強化セメント成形体の製造過程中に粒子が破壊
されるため、耐凍害性に劣る。一方、中空粒子の大きさ
が1000μmを超えると、表面平滑度が低下するので
好ましくない。
する無機混和材の含有率は1〜40%であることが必須
である。表面に開口する空隙を有する無機混和材の含有
率が1%未満では、中空粒子以外の組織部分に十分な透
水性を持たせることができず、粘性抵抗が増大し、耐凍
害性は低下する。含有率が40%を超えると、繊維強化
セメント成形体のかさ比重が小さくなり、強度が低下す
るか、または、繊維強化セメント成形体の吸水率が高く
なり、耐凍害性能が低下する。
する無機混和材は次のような作用を果たす。成形体中の
水分の凍結は、凍結水と未凍結水が混在しながら進行し
ていく。凍結した水の体積膨張分に相当する未凍結水の
移動が、粘性抵抗により静水圧を発生させる。表面に開
口する空隙を有する無機混和材は、組織に高い透水性を
持たせることができ、未凍結水の移動を容易にし、静水
圧を低減させる効果がある。
る空隙を有する無機混和材とは、常温で無機質の固体で
あり、内部に空隙を有し、かつ該空隙の一部または全部
が該無機質の固体の外表面に開口しており、該無機質の
固体を水中に浸漬させると該空隙の多くが水で充たされ
るものをいう。このような空隙が繊維強化セメント成形
体中において、透水機能、すなわちパイプの役割を果
す。このような表面に開口する空隙を有する無機混和材
として、パーライト粉砕粉、セメント製品粉砕粉(たと
えば、繊維強化セメント製品粉砕粉)などがある。
ーライト粉砕粉および/またはセメント製品粉砕粉であ
ることが特に好ましい。すなわち、無機混和材のかさ比
重が0.1未満では、無機混和材が材料中で均一に分散
せず凝集してしまい、表面平滑度が低下する。かさ比重
が0.5を超えると、空隙量が少なくなり、組織透水性
が低下するため耐凍害性に劣るので好ましくない。ま
た、無機混和材が組織中に均一に分散している必要があ
ることから、パーライト粉砕粉および/またはセメント
製品粉砕粉であることが好ましい。
石灰の含有率は合量で5〜70%であることが好まし
い。セメント、石灰には次のような作用がある。セメン
トの水和反応において生成するCa(OH)2とSiO2
が水熱反応し、CaO−SiO 2−H2O系および/また
はトバモライト等の水和物を生成する。これらCaO−
SiO2−H2O系、トバモライトは耐久性、強度特性に
優れている。
では、未反応のSiO2分が多量に残り、強度が低い。
一方、セメント、石灰の含有率が合量で70%超では、
未反応のCa(OH)2分が多量に残り、炭酸ガスによ
る材料の炭酸化を受けやすくなり耐久性が低下する。セ
メント、石灰の含有率は、合量で上記範囲中40〜60
%の範囲が好ましい。
ドセメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメント、高
炉セメント、ポゾランセメント等が例示される。このう
ち、ポルトランドセメント、アルミナセメントは、早強
性があり、中間生成物であるエトリンガイトやモノサル
フェイト水和物を生成しにくく、トバモライトの生成が
容易であるので好ましい。
とにより次のような利点がある。スラグ中のAl2O3の
反応によりトバモライトの生成が容易になり、曲げ強度
が向上する。しかし、スラグの含有率が50%を超える
と、養生するためのオートクレーブ中においてH2S等
の発生が著しくなる。より好ましいスラグの含有率は2
〜10%である。スラグとしては、高炉スラグ微粉末が
好ましい。プレーン比表面積が4000cm2/g以上
であり、SiO2、Al2O3、CaOを主成分とするも
のを好ましく使用できる。
により材料の可塑性が向上し、欠け等が少なくなる利点
がある。しかし、石膏の含有率が50%を超えると、中
間生成物であるエトリンガイトやモノサルフェイト水和
物が生成し、最終生成物であるトバモライトが生成しに
くくなる。より好ましい石膏の含有率は2〜10%であ
る。
〜60%であることが好ましい。珪石粉末は、次のよう
な作用がある。Ca(OH)2と水熱反応し、CaO−
SiO2−H2O系および/またはトバモライト等の水和
物を生成する。珪石粉末としては、結晶性が高い珪石微
粉末が、CaO−SiO2−H2O系および/またはトバ
モライトを生成しやすい点から好ましい。珪石粉末の含
有率が20%未満では炭酸化による経時劣化が著しくな
り、60%超では強度が低下する。
均粒径0.1〜1μmの超微粒子であるために、セルロ
ース繊維等の間に充填され、表面意匠性を向上させる。
しかし、マイクロシリカの含有率が20%を超えると脱
水性が低下する。マイクロシリカとしては、フェロシリ
コン生産時または脱ケイジルコニア生産時に生じるケイ
酸質ダストであるフュームドシリカが好ましい。マイク
ロシリカは、SiO2成分が80%以上のものが好まし
い。また、マイクロシリカのプレーン比表面積は10m
2/g以上が好ましく、20m2/g以上のものがより好
ましい。
単に「無機骨材」という)は必須成分ではないが、含有
することにより、次のような利点がある。たとえば、水
酸化マグネシウムが含有されることにより、水和物の安
定性が増すために、長期的な耐久性が向上する。また、
炭酸カルシウム、マイカはセメント等の反応性を損なう
ことなく寸法安定性を向上させる。しかし、無機骨材の
含有率が30%を超えると強度が低くなる。
は2〜30%であることが好ましい。セルロース繊維の
含有率が2%未満では、繊維強化セメントの強度が低下
し、30%超では原料中に均一に分散しにくくなる。セ
ルロース繊維としては、スラリーの流動性が高く、より
均一な分散が可能になる理由から平均繊維長1.5〜
3.0mmのものが望ましい。
もの(以下、単に「有機混和材」という)は必須成分で
はないが、含有することにより次のような利点がある。
たとえば、ポリビニルアルコール粉末は50〜150℃
で溶解するため、中間体の養生中に中間体中に広がり、
強度が向上する。しかし、有機混和材の含有率が外掛け
で2%を超えると不燃特性が低下する。
とえば次のようにして製造できる。まず、原料混合物と
して、固形分換算で、中空粒子を2〜15%、表面に開
口する空隙を有する無機混和材を1〜40%、セメント
および/または石灰を5〜70%、スラグを0〜50
%、石膏を0〜50%、珪石粉末を20〜60%、マイ
クロシリカを0〜20%、無機骨材であって上記以外の
ものを0〜30%、セルロース繊維を2〜30%、有機
混和材であってセルロース繊維以外のものを外掛けで0
〜2%の割合で配合する。
含有率が10〜30%程度のスラリーにして使用され
る。このスラリーを抄造法、脱水プレス法、型枠鋳込み
法等の方法により所定の形状に成形して中間体を得る。
次いで、この中間体を養生し、繊維強化セメント成形体
とする。この養生方法としては、60〜80℃の飽和蒸
気圧下で湿潤養生し、さらに140〜180℃の高温高
圧下でのオートクレーブ養生する方法が、生産性、性能
等の点で好ましい。
固形分濃度が3.5%になるように水を添加してパルパ
ーにより解繊しパルプ水とした。次いで、表1に示す配
合割合になるように各原料を調合し、前述のパルプ水、
割り水を添加し、ミキサーで混合し、固形分濃度25%
のスラリーを得た。
mの中間成形体を得た。該中間成形体を、80℃飽和水
蒸気圧で8時間養生し、その後オートクレーブで160
℃で15時間養生を行い試験体を作製した。また、中空
粒子を配合しない以外は表1と同じ配合割合になるよう
に調合した原料混合物を同様な方法で処理し、組織透水
性測定用試験体を作製した。
製、製品名[普通ポルトランドセメント]。 珪石粉末:秩父鉱業社製、製品名[微粉珪石粉末]。 無機骨材:旭硝子社製、製品名[工業用水マグ(水酸化
マグネシウム)]および、奥多摩鉱業社製、製品名[T
R−352(炭酸カルシウム)]。 セルロース繊維:ハーマック社製、製品名[バージンパ
ルプ]。 中空粒子:(1)フライアッシュバルーン:太平洋セメ
ント社製、製品名[イースフィアーズ]、平均粒径:1
30μm、(2)フライアッシュバルーン:ユニオン化
成社製、製品名[CFビーズ]、平均粒径:150μ
m、(3)ガラスバルーン:東海工業社製、製品名[セ
ルスター]、平均粒径:55μm、(4)アルミノシリ
ケートバルーン:リボール社製、製品名[ASB]、粒
径:20〜600μm。 パーライト粉砕粉:東興パーライト社製、[製品名:5
2−S]。 セメント製品粉砕粉:旭硝子社製。
凍害性、組織透水性、曲げ強度、表面平滑度を測定した
結果を表1に示す。かさ比重は、JIS A5413の
かさ比重試験に準じて測定した。耐凍害性は、24時間
吸水した試験体でASTMC666−A法に準ずる凍結
融解サイクル試験を行い、50サイクル時点での厚さ変
化率を測定し耐凍害性を評価した。
水性試験に準じて測定した。組織透水性の試験は、表1
に示す配合割合のうち中空粒子を除いた原料混合物から
なる試験体で行った。その理由は、中空粒子は吸水しな
いので、未凍結水の移動に関与しないからである。
壊荷重試験に準じて測定した。表面平滑度は、官能検査
により評価した。該検査は、5名の判定員により5点法
(平滑度に最も優れるものを5点、最も劣るものを1点
とし、表面平滑度を5段階で評価する)で行い、平均点
が2点以下のサンプルを×、3〜4点を○、4点以上を
◎とした。
れも曲げ強度、表面平滑度に問題がなく、耐凍害性に優
れた繊維強化セメント成形体が得られた。例6(比較
例)では、耐凍害性に問題はないものの、強度、表面平
滑度の点で劣った。例7(比較例)では、組織透水性が
低いまま中空粒子の添加量を減らしたため、十分な耐凍
害性が得られなかった。
を持たせることにより、少量の中空粒子の添加で耐凍害
性能に優れた繊維強化セメント成形体が得られた。本発
明の繊維強化セメント成形体は、曲げ強度、表面平滑
性、耐凍害性に優れた効果を発揮する。
Claims (6)
- 【請求項1】中空粒子を2〜15%、表面に開口する空
隙を有する無機混和材を1〜40%含有し、かさ比重が
0.9〜1.2である繊維強化セメント成形体。 - 【請求項2】前記中空粒子および表面に開口する空隙を
有する無機混和材以外に、セメントおよび/または石灰
を合量で5〜70%、スラグを0〜50%、石膏を0〜
50%、珪石粉末を20〜60%、マイクロシリカを0
〜20%、無機骨材であって上記以外のものを0〜30
%、セルロース繊維を2〜30%含有してなる請求項1
に記載の繊維強化セメント成形体。 - 【請求項3】前記中空粒子は、粒径が20〜1000μ
mの無機中空粒子であり、前記表面に開口する空隙を有
する無機混和材は、かさ比重が0.1〜0.5のパーラ
イト粉砕粉および/またはセメント製品粉砕粉である請
求項1または2に記載の繊維強化セメント成形体。 - 【請求項4】固形分換算で、中空粒子を2〜15%、表
面に開口する空隙を有する無機混和材を1〜40%含有
する原料混合物に、有機混和材と水とを加えて混合した
水硬性スラリーとし、該水硬性スラリーを所定の形状に
脱水成形して中間成形体を成形し、該中間成形体を養生
硬化する繊維強化セメント成形体の製法。 - 【請求項5】前記原料混合物が、固形分換算で、中空粒
子を2〜15%、表面に開口する空隙を有する無機混和
材を1〜40%、セメントおよび/または石灰を合量で
5〜70%、スラグを0〜50%、石膏を0〜50%、
珪石粉末を20〜60%、マイクロシリカを0〜20
%、無機骨材であって上記以外のものを0〜30%、セ
ルロース繊維を2〜30%含有するものであり、該原料
混合物に有機混和材であってセルロース繊維以外のもの
を固形分換算で外掛けで0〜2%、および水を加えて混
合して前記水硬性スラリーとする請求項4に記載の繊維
強化セメント成形体の製法。 - 【請求項6】前記中空粒子は、粒径が20〜1000μ
mの無機中空粒子であり、前記表面に開口する空隙を有
する無機混和材は、かさ比重が0.1〜0.5のパーラ
イト粉砕粉および/またはセメント製品粉砕粉である請
求項4または5に記載の繊維強化セメント成形体の製
法。
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