JP2002193651A

JP2002193651A - 軽量セメント成形体

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Publication number: JP2002193651A
Application number: JP2000391788A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kamata; 英樹鎌田; Yoichi Yamamoto; 洋一山本
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量であるにもかかわらず、機械的性能及び
靭性に優れた軽量セメント成形体を製造する。【解決手段】アルカリ液溶出率３０％以下のビニルアル
コール系ポリマーから構成された繊維（成分Ａ）、及び
アルカリ液溶出率５０％以上のビニルアルコール系ポリ
マー（成分Ｂ）を配合してなる嵩密度が０．８〜１．３
ｇ／ｃｍ³、比曲げ強度１４０ＭＰａ以上の軽量セメン
ト成形体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽量セメント成形
体及びその製造方法、さらにセメントスラリーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、石綿にかわる補強材として種々の
補強繊維が使用されており、補強繊維として、たとえば
無機繊維や、ポリプロプレン系繊維、ポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）系繊維、アクリル系繊維などが使用され
ている。なかでも、セメントとの接着性が良好であり、
機械的性能に優れていることから、ＰＶＡ系繊維が広く
使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セメン
トとの接着性に優れたＰＶＡ系繊維といえども、低密度
の軽量セメント成形体においてはマトリックスとの接触
面積が著しく低下するために十分な接着性が得られず、
繊維の補強効果が十分に奏されない問題があった。本発
明は、以上の問題を鑑み、軽量であるにもかかわらず、
機械的性能及び靭性に優れた軽量セメント成形体を製造
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）アル
カリ液溶出率３０％以下のビニルアルコール系ポリマー
から構成された繊維（成分Ａ）、及びアルカリ液溶出率
５０％以上のビニルアルコール系ポリマー（成分Ｂ）を
配合してなる嵩密度が０．８〜１．３ｇ／ｃｍ³、比曲
げ強度１４０ＭＰａ以上の軽量セメント成形体、（２）
セメント、アルカリ液溶出率３０％以下のビニルアル
コール系ポリマーから構成された繊維（成分Ａ）、及び
アルカリ液溶出率５０％以上のビニルアルコール系ポリ
マー（成分Ｂ）を少なくとも配合してなる水硬性スラリ
ーを硬化させる軽量セメント成形体の製造方法、（３）
セメント、水、アルカリ液溶出率３０％以下のビニル
アルコール系ポリマーから構成された繊維（成分Ａ）、
及びアルカリ液溶出率５０％以上のビニルアルコール系
ポリマー（成分Ｂ）を少なくとも配合してなるセメント
スラリー、に関する。

【０００５】

【発明の実施の形態】まず、本発明においては、アルカ
リ液溶出率３０％以下のビニルアルコール系ポリマーに
より構成された繊維（以下、ＰＶＡ系繊維と称する場合
がある）を成分Ａとして配合する必要がある。該ビニル
アルコール系ポリマーはセメントとの親和性が高く耐ア
ルカリ性に優れており、さらに繊維状物はセメント成形
体に対する補強効果に優れていることから、かかるＰＶ
Ａ系繊維（成分Ａ）を配合することにより成形体のひび
割れ防止効果、靭性などを改善できる。該繊維の繊度は
特に限定されないが、補強効果及びマトリックスへの均
一分散性などの点からは、繊度０．１〜１００００ｄｔ
ｅｘ、特に０．５〜１０００ｄｔｅｘ、さらに１〜２０
０ｄｔｅｘであるのが好ましい。また同理由から、成分
Ａの長さは１〜２００ｍｍ程度であるのが好ましい。ま
た補強効果の点からは、該繊維のアスペクト比は２以
上、特に５以上、さらに１０以上であるのが好ましく、
均一分散性などの点からはアスペクト比２０００以下、
特に１０００以下であるのが好ましい。なお本発明にい
うアスペクト比とは、繊維長を繊維横断面面積と同一の
面積を有する円の直径で除した値である。補強効果の点
からは、該繊維の強度は４ｃＮ／dtex以上であるのが好
ましい。

【０００６】成分Ａを構成するビニルアルコール系ポリ
マーのアルカリ液溶出率は３０％以下、好ましくは２０
％以下、さらに好ましくは１０％以下である必要があ
る。成分Ａの耐アルカリ性が不十分の場合には、セメン
ト成形体を製造する過程で溶出して繊維形態を保持でき
なくなったり、また該繊維の機械的性能が低下して補強
効果やひびわれ防止効果が十分に得られなくなる。特に
オートクレーブ養生を行う場合には、補強効果が一層得
られにくくなる。しかしながら、セメントや後述する成
分Ｂとの接着性を高度に保持する点からは、成分Ａのア
ルカリ液溶出率は０．５％以上、特に１％以上であるの
が好ましい。

【０００７】成分Ａを構成するビニルアルコール系ポリ
マーの重合度（３０℃の水溶液で粘度法により求めた平
均重合度）は、機械的性能、耐熱水性などの点から１０
００以上、特に１５００以上であるのが好ましく、コス
ト、紡糸性等の点からは１００００以下、特に５０００
以下、さらに３０００以下であるのが好ましい。また耐
熱性、耐久性、寸法安定性等の点からはけん化度は９９
モル％以上、さらに９９．８モル％以上であるのが好ま
しい。本発明の効果を損わない範囲であれば他のユニッ
トにより共重合されていたり、また変性されていてもか
まわない。けれども、繊維の機械的性能、耐アルカリ
性、耐熱水性等の点から変性ユニットは３０モル％以
下、特に１０モル％以下とするのが好ましい。本発明に
用いられるＰＶＡ系繊維の製造方法は特に限定されず、
公知のあらゆる製造方法が採用できる。たとえば湿式紡
糸法、乾式紡糸法、乾湿式紡糸法などが挙げられる。

【０００８】かかる成分Ａを配合することにより、セメ
ント成形体の機械的性能、靭性、耐ひび割れ性などを顕
著に高めることができるが、軽量セメント成形体の場
合、密度が小さく繊維とマトリックスの接着面積が少な
くなることから、充分な補強効果が得られにくくなる。
以上のことから、ＰＶＡ系繊維（成分Ａ）とマトリック
スとの接着性を高めるために、さらにアルカリ液溶出率
５０％以上のビニルアルコール系ポリマー（成分Ｂ）を
配合する必要がある。かかる成分Ｂを配合することによ
って、成分Ｂとマトリックスの接着性が顕著に向上する
ため成形体の機械的性能、耐ひび割れ性、靭性などの諸
性能を高めることができる。なお成分Ａを配合せずに成
分Ｂのみを配合してもセメント成形体の機械的性能など
は向上するが、両者を併用した場合に比して遥かに性能
の劣ったものとなる。成分Ｂのアルカリ溶出率は５０％
以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０〜
１００％とする必要がある。成分Ｂのアルカリ溶出率が
小さすぎると成分Ａとマトリックスの接着性を効果的に
改善することが困難となる。成分Ｂの一部又は全部が成
形体の製造工程で溶出して成形体内の空隙形状にあわせ
て内部に入り込み、次いで成分Ｂが乾燥・固化すること
によってセメントと成分Ａが成分Ｂを介して強固に接着
し、成分Ａの補強効果を効果的に発現することが可能と
なる。なおアルカリ液溶出率は実施例に記載の方法によ
り求めることができる。

【０００９】成分Ｂとして配合されるビニルアルコール
系ポリマーは、適度なアルカリ液溶解性を付与する点か
らはケン化度９９モル％以下、さらに９８モル％以下で
あるのが好ましく、繊維とマトリックスを強固に接着す
る点からは５０モル％以上、特に８０モル％以上である
のが好ましい。また同理由から該ビニルアルコール系ポ
リマーの重合度は５００以上、３０００以下であるのが
好ましい。また無変性のものはもちろんのこと、例えば
カルボン酸基やスルホン酸基、四級アミン塩からなる官
能基、シラノール基、チオール基などの極性官能基を共
重合されたもの、あるいは反応により付加させたものを
使用してもかまわない。

【００１０】成分Ｂの形態は特に限定されない。たとえ
ば溶液（好適には水溶液）、繊維、粉末、フィルム、粒
状物などが挙げられる。コストや歩留まりという点から
は粉末であるのが好ましい。また水溶解性を高め溶融粘
度を低下させる点からは該成分Ｂに可塑剤を添加しても
構わない。可塑剤としては、ＰＶＡのガラス転移温度や
溶融粘度を低下させ得る化合物であれば特に制限はない
が、例えば水、エチレングリコール及びそのオリゴマ
ー、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール及
びそのオリゴマー、ポリプロピレングリコール等のグリ
コール誘導体、グリセリンおよびそのオリゴマー、ポリ
グリセリンやグリセリン等にエチレンオキサイド、プロ
ピレンオキサイドなどが付加したグリセリン誘導体、ソ
ルビトール、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。
なかでもグリセリン、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、ソルビトール、ペンタエリスリトールなど
の多価アルコールおよびその誘導体が好適に使用され
る。可塑剤の添加量に特に制限はないが、ビニルアルコ
ール系ポリマー１００質量部に対して０．０１〜４０質
量部の範囲で添加するのが好ましい。

【００１１】本発明においては、成分Ａ及び成分Ｂの固
形分総配合量を、成形体質量（水硬性スラリー固形分）
の２質量％以上、特に３質量％以上、さらに５質量％以
上とするのが好ましい。成分Ａ及び成分Ｂの配合量が少
なすぎるとセメント成形体の機械的性能などを十分に改
善することが困難となる。しかしながら、成分Ａ及び成
分Ｂの総配合量が多すぎるとセメントの水和反応が遅延
して生産性の低下を招くだけでなく成形体の機械的性能
などに悪影響を与える可能性があることから、固形分総
配合量を成形体質量（水硬性スラリー固形分）の２０質
量％以下、特に１０質量％以下とするのが好ましい。ま
た、成分Ａの補強効果をより効率的に発現させる点から
は、成分Ａ／成分Ｂの固形分配合比を１：１０〜１０：
１，特に１：２〜５：１とするのが好ましい。また、補
強効果の点からは成分Ａの配合量を０．５〜８質量％／
成形体とするのが好ましい。もちろん、本発明の効果を
損わない範囲で成分Ａ及び成分Ｂ以外の他のポリマーや
添加物をさらに配合してもかまわない。

【００１２】本発明に使用されるセメントは特に限定さ
れず、ポルトランドセメントがその代表的なものである
が、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナ
セメント等を使用してもよく、これらを併用してもかま
わない。また成形体の機械的性能、軽量性の点からはセ
メントとともにシリカ質粉末を併用するのが好ましい。
シリカ質粉末とは、セメント分野においてポゾランと称
されている石灰と水との存在下で徐々に水硬性を発揮す
るものであり、珪石粉、フライアッシュ、高炉スラグ粉
末、シリカヒューム、珪藻土などのシリカ分の含有率の
高い無機粉末なども含まれる。セメント１００質量部に
対して該シリカ質粉末をセメント質量の０〜２００質量
部、特に５〜１００質量部配合するのが好ましい。

【００１３】また必要に応じてさらに骨材を添加しても
かまわない。骨材を配合する場合には、セメントに対し
て１０〜１５０質量％配合するのが好ましい。骨材とし
ては、細骨材としてたとえば川、海、陸の各砂、破砂、
砕石等が用いられ、粗骨材としてたとえばぐり石や破石
などが使用できる。また人工の軽量骨材、充填材を配合
してもよく、具体的には鉱滓、石灰石、その他発泡パ−
ライト、発泡黒よう石、炭酸カルシウム、バ−キュライ
ト、シラスバル−ン等が挙げられる。軽量性に優れたセ
メント成形体を得る点からは軽量骨材、たとえばパーラ
イトを配合するのが好ましい。なお発明にいう細骨材と
は開口径５ｍｍのふるいにかけたとき９５質量％以上ふ
るいを通過するものをいい、粗骨材とは開口径５ｍｍの
ふるいにかけたときその０〜１０質量％がふるいを通過
するものをいう。

【００１４】またさらに混和剤として、空気連行剤（Ａ
Ｅ剤）、流動化剤、減水剤、増粘剤、保水剤撥水剤、膨
脹剤、硬化促進剤、凝結遅延剤などを併用してもかまわ
ない。また軽量性を高めるために空気泡や発泡剤を添加
してもよく、抄き上げ性などを高めるために木材パルプ
などを配合してもかまわない。抄き上げ性などを改善す
る点からは木材パルプを１質量％以上／成形体、特に４
質量％以上／成形体配合するのが好ましく、寸法安定性
の点からは８質量％以下／成形体配合するのが好まし
い。

【００１５】セメント、水、成分Ａ及び成分Ｂを少なく
とも混合することにより所望の水硬性スラリーが得られ
る。機械的性能及び流動性などの点からは、固体成分と
水の配合質量比を１００／１５〜１００／６０、特に１
００／１５〜１００／４０とするのが好ましい。なかで
もセメント３０〜５５質量％、シリカ質材料２０〜３８
質量％、木材パルプ１〜８質量％、パーライト０〜３０
質量％、成分Ａ０．５〜８質量％、成分Ｂ０．５〜８質
量のように配合して水硬性スラリーとするのが好まし
い。該方法により得られたスラリーを用いて所望の成形
体を得ればよい。

【００１６】成形体の製造方法は限定されず、たとえば
コンクリートミキサー、スクリュー型混練機、ペラー型
混練装置により混練して、型枠成形法、押出成形法、抄
造成形法、フローオン法、乾式法などにより成形すれば
よい。また吹付法により吹き付けて硬化させたもの、左
官用剤用として塗布後に硬化させたもの、さらに補修用
などとして間隙に流し込んで硬化させたもの等も本発明
の成形体に包含される。なかでも本発明は抄造成形法を
採用した場合により軽量で機械的性能などに優れた成形
体（抄造体）を効率的に得ることができる。スラリーを
抄造機で湿式抄造し、これをプレスして養生することに
より所望の成形体が得られる。本発明の成形体を得るた
めの養生方法は特に限定されず、たとえば湿度９０％以
上（好適には飽和水蒸気下）、温度温度２０〜８０℃
（好適には３０〜６０℃）の雰囲気下、６時間以上（好
適には１０〜３０時間）の養生を行うのが好ましい。な
お、成形体の機械的性能を高め、本発明の効果をより効
率的に得る点からは、かかる自然養生に次いでオートク
レーブ養生を行うのが好ましい。オートクレーブ養生
は、たとえば湿度９０％以上（好適には飽和水蒸気
下）、温度温度１２０〜１８０℃（好適には１４０〜１
７０℃）の雰囲気下、１時間以上（好適には４〜４８時
間）の条件で行うのが好ましい。

【００１７】本発明により得られる成形体の嵩密度は、
軽量性の点からは１．３ｇ／ｃｍ³以下、特に１．１ｇ
／ｃｍ³以下、さらに１．０ｇ／ｃｍ³以下であるのが好
ましく、成形体の機械的性能の点からは０．８ｇ／ｃｍ
³以上、好ましくは０．９ｇ／ｃｍ³以上とする。通常、
低密度の成形体は機械的性能が低く、繊維で補強しても
補強効果が十分に得られない問題があるが、本発明によ
れば低密度にあるにもかかわらず機械的性能に優れた成
形体が得られる。該成形体の比曲げ強度は１４０ＭＰａ
以上、好ましくは１５０ＭＰａ以上、さらに好ましく
は、１６５ＭＰａ以上とするのが好ましい。

【００１８】本発明の成形体は、スレ−ト板、パイプ
類、壁パネル、床パネル、屋根板、間仕切り、道路舗
装、土間、トンネルライニング、法面保護、コンクリ−
ト工場製品等のすべてのセメント成形物（コンクリ−ト
成形物を包含する）や２次製品とすることができる。ま
た前述したセメント製品に限らずこれら以外の構造物、
建築内外装部材、土木材料に応用使用することもでき
る。また左官用モルタルとして使用してもよく、機械用
基礎、原子炉圧力容器、液化天然ガスの容器等として用
いてもよい。

【００１９】以下更に本発明を実施例でもって説明する
が、本発明は実施例により何等限定されるものではな
い。

【実施例】［ビニルアルコール系ポリマーのケン化度
モル％粘度平均重合度］ＪＩＳ−Ｋ６７２６に準じて
測定した。［繊度ｄｔｅｘ］繊維状物の一定試長の質量を測定し
て見掛け繊度をｎ＝５以上で測定し、平均値を求めた。
なお、一定糸長の質量測定により繊度が測定できないも
の（細径繊維）はバイブロスコ−プにより測定した。［アルカリ液溶出率質量％］試料１ｇを水酸化カリウ
ム３．５ｇ／リットル、水酸化ナトリウム０．９ｇ／リ
ットル、水酸化カルシウム０．４ｇ／リットルからなる
アルカリ水溶液１００ｇに加えた後、耐圧密閉容器中に
入れ、１５０℃×２時間加熱する。冷却後、溶液を濾紙
上に濾取し充分水洗したのち、１０５℃で１６時間以上
乾燥した後に残査の質量を測定する。初期質量（試験前
の試料質量）と残査の質量からアルカリ液溶出率（質量
％）を計算する。アルカリ液溶出率（質量％）＝（１−［残査質量］／
［初期質量］）×１００

【００２０】［嵩密度ｇ／ｃｍ³］成形体を１０５℃
×２４時間乾燥した後、質量測定を行う。その後、硬化
体の体積を測定し、質量と体積との比をとり嵩密度とし
た。［比曲げ強度（ＭＰａ）］曲げ強度の測定はサンプルを
長さ９ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ１ｃｍに切出した後、
２５℃、８５％ＲＨの雰囲気下にて１週間以上放置し
た。強度の測定は、島津社製オートグラフＡＧ−５００
０Ｂにかご型圧縮曲げ試験装置を設置し、スパン５ｃ
ｍ、速度０．５ｍｍ／分で破断したときの最大応力ｆ
（ＭＰａ）を読取り、下記に示す式で補正して比曲げ強
度（ＭＰａ）とした。なおＦは比曲げ強度（ＭＰａ）、
ｆは応力（ＭＰａ）、Ｌはスパン長（５ｃｍ）、Ｗはサ
ンプル幅（２．５ｃｍ）、Ｈはサンプル厚み（１ｃ
ｍ）、ｄは比重（ｇ／ｃｍ³）を示す。Ｆ＝３／２・（ｆ・Ｌ）／（Ｗ・Ｈ²・ｄ²）

【００２１】［実施例１〜５、比較例１〜３］表１に示
したような配合割合にてＴＡＰＰＩ抄造機で湿式抄造
（固体成分に対する水配合割合３００質量％）し、５０
ｋｇ／ｃｍ²にてプレスした後、飽和水蒸気下４０℃で
２０時間自然養生を行い、引続き１６０℃の飽和水蒸気
下にて１５時間のオートクレーブ養生を行ってセメント
成形体を製造した。結果を表１に示す。なお、セメント
として普通ポルトランドセメント、シリカ（α型）とし
てブレーン値４０００の珪石、パーライトとして宇部パ
ーライト、木材パルプとしてパルテック(株)製「セロフ
ァイバーＣＳＦ１００」を用いた。また成分Ａとしてア
ルカリ液溶出率１０質量％、繊度３．０ｄｔｅｘ、繊維
長６ｍｍのＰＶＡ系繊維（株式会社クラレ製、ケン化度
９９．９モル％、粘度平均重合度２５００）、成分Ｂと
してアルカリ液溶出率９５質量％のＰＶＡ系樹脂粉末
（株式会社クラレ製、ケン化度９８モル％、粘度平均重
合度１７００）を配合した。なお表１の配合は、各成分
（固形分）の質量％を示したものである。

【００２２】［比較例４］成分Ａとしてアルカリ液溶出
率６０質量％、繊度３．０ｄｔｅｘ、繊維長６ｍｍのＰ
ＶＡ系繊維（株式会社クラレ製ケン化度９９．９モル
％、粘度平均重合度１７００）を配合した以外は実施例
１と同様に行った。結果を表１に示す。［比較例５］成分Ｂとしてアルカリ液溶出率４０質量％
のＰＶＡ系樹脂粉末（株式会社クラレ製、ケン化度９
９．９モル％、粘度平均重合度８０００）を配合した以
外は実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ液溶出率３０％以下のビニルア
ルコール系ポリマーから構成された繊維（成分Ａ）、及
びアルカリ液溶出率５０％以上のビニルアルコール系ポ
リマー（成分Ｂ）を配合してなる嵩密度が０．８〜１．
３ｇ／ｃｍ³、比曲げ強度１４０ＭＰａ以上の軽量セメ
ント成形体。
【請求項２】セメント、アルカリ液溶出率３０％以下
のビニルアルコール系ポリマーから構成された繊維（成
分Ａ）、及びアルカリ液溶出率５０％以上のビニルアル
コール系ポリマー（成分Ｂ）を少なくとも配合してなる
水硬性スラリーを硬化させる軽量セメント成形体の製造
方法。
【請求項３】セメント、水、アルカリ液溶出率３０％
以下のビニルアルコール系ポリマーから構成された繊維
（成分Ａ）、及びアルカリ液溶出率５０％以上のビニル
アルコール系ポリマー（成分Ｂ）を少なくとも配合して
なるセメントスラリー。