JP2004307283A

JP2004307283A - 耐ひび割れ性に優れた軽量気泡コンクリートパネル

Info

Publication number: JP2004307283A
Application number: JP2003104166A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Matsushita; 文明松下
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】養生後ないしは使用過程において、乾燥や炭酸化により発生するひび割れの発生を未然に防止しうるＡＬＣパネルを提供する。
【解決手段】ＡＬＣパネルの養生後に、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４以上、０．５％未満、好ましくは０．１８以上、０．４％以下となるようにする。鉄筋の熱膨張率が１．２０×１０^−５以上、２．５０×１０^−５以下であることが望ましい。また、オートクレーブの養生中に、機械的手段により鉄筋部に引張ストレスをかけることにより製造されることが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の壁、屋根、床などに使用される軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネルに関し、特に、過度な乾燥や炭酸化によって発生するひび割れを未然に防止することが可能な軽量気泡コンクリートパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＬＣパネルの基材は、珪石等の珪酸質原料と、セメントや生石灰等の石灰質原料を主原料とする。これらの微粉末に水とアルミニウム粉末等の添加物を加えてグリーンスラリーとする。ＡＬＣパネルは、該グリーンスラリーを、予め防錆処理を施した補強用鉄筋を設置した型枠に流し込む。その後、アルミニウム粉末の反応により発泡し、石灰質原料の反応により半硬化させ、所定寸法に成形した後、オートクレーブによる約１８０℃の高温高圧水蒸気養生を行って製造される。
【０００３】
このとき、基材と補強用鉄筋の一体化は、オートクレーブ養生前にはほとんどなされず、約１８０℃のオートクレーブ養生中になされる。従って、約１８０℃で一体化したＡＬＣパネルが室温まで冷却したときには、基材と鉄筋の熱膨張率が異なるためにストレスのかかった状態となる。
【０００４】
ストレスが発生する概念図を図１に示す。一般的に、鉄筋の方が、基材よりも熱膨張率が大きいため、基材に圧縮ストレスがかかり、鉄筋に引張ストレスがかかっている（非特許文献１：Ａ．ＫｏｐｏｎｅｎａｎｄＪ．Ｎｉｅｍｉｎｅｎ，ＩｎｉｔｉａｌＳｔｅｅｌＳｔｒｅｓｓｅｉｎＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＡＡＣＵｎｉｔｓ，ｅｄｉｔｅｄｂｙＦ．Ｈ．Ｗｉｔｔｍａｎｎ，ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＡｕｔｏｃｌａｖｅｄＡｅｒａｔｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，ｐｐ１８７−１９４，１９９２，Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ参照）。
【０００５】
その後のオートクレーブ養生後にほぼ飽水状態であるＡＬＣパネルは、数ヶ月から数年の長期間にわたって、気乾状態になる過程で乾燥収縮が起こり、基材および鉄筋のストレスは若干緩和される。気乾状態における基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、通常、０．０２〜０．０３％程度である。この合計値が、基材の圧縮ストレスと鉄筋の引張ストレスとにどのように配分されるかは、ＡＬＣパネルのサイズ、鉄筋の本数、鉄筋および基材のヤング率などに影響されて変動する。
【０００６】
ＡＬＣパネルの使用過程において、基材が収縮を起こす原因として、炭酸化と乾燥が挙げられる。炭酸化は、水分の存在下において、炭酸ガスとＡＬＣ基材の主要構成鉱物であるトバモライトが徐々に反応して、分解する化学反応で、最大で０．２〜０．４％程度の収縮を引き起こす。乾燥については、通常の雰囲気中では収縮が起こらないが、何らかの原因によって過度の収縮が起きた場合には、最大０．１％程度の収縮を引き起こす。炭酸化による収縮と、乾燥による収縮は、それぞれ単独で起こる場合もあれば、複合して起こって収縮量が大きくなることもある。
【０００７】
これらの炭酸化による収縮および乾燥による収縮は、基材および鉄筋のストレスを変化させ、初期には基材の圧縮ストレスと鉄筋の引張ストレスを緩和する。収縮量が、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値と一致したとき、それぞれは完全に解放され、ＡＬＣパネルは全くストレスの無い状態となる。この状態からさらに収縮が進んだ場合には、当初とは逆に、基材に引張ストレスが発生し、鉄筋には圧縮ストレスが発生する。さらに、収縮量が甚大となり、基材の引張ストレスが、基材の限界引張ストレスを超えると、ひび割れが発生する。一般に、基材の限界引張ストレスは、０．０３〜０．０４％である。また、収縮が炭酸化のみによって発生する場合には、特開２０００−１８０４３７号公報に記載されているように、炭酸化度が５０％前後において、ひび割れが発生し始めることが分かっている。
【０００８】
ひび割れが発生したＡＬＣパネルは、曲げ強度や取付け部強度が低下して、必要強度を下回ったり、ＡＬＣパネルからの基材の一部や仕上げ材が落下したり、漏水が発生するなどの危険があり、非常に問題となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１８０４３７号公報
【００１０】
【非特許文献１】
Ａ．ＫｏｐｏｎｅｎａｎｄＪ．Ｎｉｅｍｉｎｅｎ，ＩｎｉｔｉａｌＳｔｅｅｌＳｔｒｅｓｓｅｉｎＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＡＡＣＵｎｉｔｓ，ｅｄｉｔｅｄｂｙＦ．Ｈ．Ｗｉｔｔｍａｎｎ，ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＡｕｔｏｃｌａｖｅｄＡｅｒａｔｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，ｐｐ１８７−１９４，１９９２，Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の問題に鑑み、本発明は、ひび割れの発生を抑止するＡＬＣパネルを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐ひび割れ性に優れた軽量気泡コンクリートパネルは、オートクレーブ養生後の基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４％以上、０．５％未満である。
【００１３】
さらに、鉄筋の熱膨張率が１．２０×１０^−５以上、２．５０×１０^−５以下であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の耐ひび割れ性に優れた軽量気泡コンクリートパネルは、オートクレーブの養生中に、機械的手段により鉄筋に引張ストレスをかけることにより製造されることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の耐ひび割れ性に優れた軽量気泡コンクリートパネルは、オートクレーブ養生後の基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４％以上、０．５％未満である。かかる合計値は、０．１８％以上、０．４０％以下であることが好ましい。
【００１６】
基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４％未満であると、ＡＬＣの使用過程において低い炭酸化度でもひび割れが発生するので好ましくなく、０．５％以上では、オートクレーブ養生後にひび割れが発生してしまうので好ましくない。なお、かかる合計値が０．１８％以上、０．４０％以下であれば、ＡＬＣの使用過程においてひび割れを発生することがない。。
【００１７】
さらに、鉄筋の熱膨張率が１．２０×１０^−５以上、２．５０×１０^−５以下であることが望ましい。鉄筋の熱膨張率が、１．２０×１０^−５未満であると基材の圧縮ストレスと鉄筋の引張ストレスの合計値が０．０４％に満たず、２．５０×１０^−５を超えると、上記ストレスの合計値が０．５％を超えてしまうからである。
【００１８】
また、本発明の耐ひび割れ性に優れた軽量気泡コンクリートパネルは、オートクレーブの養生中に、機械的手段により鉄筋に引張ストレスをかけることにより製造されることが好ましい。
【００１９】
これにより、鉄筋の熱膨張率が低い場合でも、上記ストレスの合計値を適正にすることができるという効果が得られる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
熱膨張率が若干大きい炭素鋼Ｃ（熱膨張率１．２１×１０^−５）の鉄筋を用いて、予め防錆処理をして、補強用鉄筋を製造した。
【００２１】
その後、珪酸質原料として珪石４０質量部、石灰質原料として生石灰５質量部、セメント３０質量部、さらに石膏５質量部、繰返し原料２０質量部を混合し、これらの固体原料に水６０質量部と、少量のアルミニウム粉末および界面活性剤を加えて混練し、基材となるグリーンスラリーを作製した。該グリーンスラリーを、補強用鉄筋が設置された型枠内に流し込み、アルミニウム粉末とアルカリ成分の反応によって発泡し、石灰質原料の水和により硬化した後、ピアノ線によって、厚さ１００ｍｍ、幅６００ｍｍ、長さ２０００ｍｍに成形し、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間、高温高圧水蒸気養生を施した。なお、この実施例における基材の熱膨張率は７．５×１０^−６であった。
【００２２】
オートクレーブ養生後の基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、以下のように測定した。
【００２３】
基材については、基材の表面をサンドペーパーで磨いて平滑にし、表面の粉やゴミを取り除いたところで、貼付け型歪みゲージを貼り付け、この時点での「ストレス初期値」を読み、その後に、貼付け型歪みゲージの周囲の基材を切り取ってＡＬＣパネルから独立させ、ストレスを開放させた時点での「切取り後ストレス値」を読む。基材の圧縮ストレスは、「切取り後ストレス値」−「ストレス初期値」で求める。
【００２４】
鉄筋については、基材を掘って鉄筋を露出させ、表面の防錆材等をサンドペーパーで磨いて平滑にし、表面の粉やゴミを取り除いたところで、貼付け型歪みゲージを貼り付け、この時点での「ストレス初期値」を読み、その後に貼付け型歪みゲージの横の鉄筋を切断して、ストレスを開放させた時点での「切断後ストレス値」を読む。鉄筋の引張ストレスは、「切断後ストレス値−ストレス初期値」で求める。
【００２５】
本実施例の基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．０４％であった。
【００２６】
炭酸化テストとして、得られたＡＬＣパネルに対して、室内において十分に乾燥した後、２０℃、７５％ＲＨ、３％ＣＯ_２の雰囲気で炭酸化を１００日間施した。炭酸化の過程において、表面に発生するひび割れと、表面部厚さ１０ｍｍまでの炭酸化度とを、逐次、モニタリングした。
【００２７】
炭酸化度は、３つのサンプルの平均値から算出した。それぞれのサンプルの炭酸化度は、
炭酸化度（％）＝（Ｃ−Ｃ_ｏ）／（Ｃ_ｍａｘ −Ｃ_ｏ）×１００
の式によって、算出した。
【００２８】
ここで、Ｃは、各試料の炭酸ガス結合量を熱分析によって６００〜８００℃の炭酸ガス分解による質量減少量であり、Ｃ_ｏは、未炭酸化試料の炭酸ガス結合量を熱分析によって６００〜８００℃の炭酸ガス分解による質量減少量であり、Ｃ_ｍａｘは、各試料中のカルシウム含有量を分析し、このカルシウムがすべて炭酸カルシウムとなった場合の炭酸ガス結合量である。
【００２９】
一般に、炭酸化度が５０％に達すると、ひび割れが発生し始めることが多い。ひび割れが発生しないものが最も好ましいのは言うまでもないが、ひび割れが発生しても、ひび割れ発生時点の炭酸化度が５０％よりも高くなっていれば、ひび割れ発生が遅延しており、言い換えると耐ひび割れ性が増していると判断できる。従って、評価基準としては、ひび割れが発生しなかったか、もしくはひび割れが発生した時点での炭酸化度が５５％以上であるものを合格と評価した。一方、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が５５％未満であるものを不合格とした。
【００３０】
本実施例では、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が５６．５％であったので、合格と評価した。
【００３１】
（実施例２）
鉄筋に、熱膨張率が比較的大きい炭素鋼Ｄ（熱膨張率１．６０×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．１０％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が５８．３％であったので、合格と評価した。
【００３２】
（実施例３）
鉄筋に、熱膨張率が大きい炭素鋼Ｅ（熱膨張率２．１０×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．１８％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生しなかったので、合格と評価した。
【００３３】
（実施例４）
鉄筋に、熱膨張率が大きい炭素鋼Ｆ（熱膨張率２．５０×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．２５％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生しなかったので、合格と評価した。
【００３４】
（比較例１）
鉄筋に、標準的な炭素鋼Ａ（熱膨張率１．１４×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．０３０％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が４８．３％であったので、不合格と評価した。
【００３５】
（比較例２）
鉄筋に、標準的な炭素鋼Ｂ（熱膨張率１．１７×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋部引張ストレスの合計値は、０．０３５％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が５２．１％であったので、不合格と評価した。
【００３６】
（実施例５）
鉄筋に、標準的な炭素鋼Ｂ（熱膨張率１．１７×１０^−５）を用いたことと、図２に模式図を示したように、オートクレーブ養生中において、鉄筋に仮止めしたピンを引っ張ることにより、鉄筋に機械的な引張ストレスをかけた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．２５％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生しなかったので、合格と評価した。
【００３７】
（実施例６）
鉄筋に、熱膨張率が比較的大きい炭素鋼Ｄ（熱膨張率１．６０×１０^−５）を用いて、図２に模式図を示したように、オートクレーブ養生中において、鉄筋に仮止めしたピンを引っ張ることにより、鉄筋に機械的な引張ストレスをかけた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．４０％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生しなかったので、合格と評価した。
【００３８】
（比較例３）
鉄筋に、熱膨張率が大きい炭素鋼Ｆ（熱膨張率２．５０×１０^−５）を用いて、図２に模式図を示したように、オートクレーブ養生中において、鉄筋に仮止めしたピンを引っ張ることにより、鉄筋に機械的な引張ストレスをかけた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．５０％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、オートクレーブ養生後にひび割れが発生したので、不合格と評価した。
【００３９】
（実施例７）
原料スラリー中に、全固体原料１００質量部に対して収縮低減剤を０．５質量部、添加し、熱膨張率１．００×１０^−６の基材を用いたことと、鉄筋に、標準的な炭素鋼Ｂ（熱膨張率１．１７×１０^−５）を用いた以外は、実施例１と同様にしてＡＬＣパネルを作製し、養生後のストレスを測定したところ、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値は、０．１５％であった。当該ＡＬＣパネルの炭酸化テストを行ったところ、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が５９．２％であったので、合格と評価した。
【００４０】
【表１】

以上の実施例および比較例を表１にまとめて示す。比較例１、２では、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０３〜０．０３５％であり、ひび割れが発生した時点での炭酸化度が、従来の知見とよく一致する約５０％であった。これに対して、実施例１、２、７では、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４〜０．１５％であって、ひび割れが発生した時点での炭酸化度は５５％以上であったように、ひび割れに対する抵抗が高まっていることが分かる。
【００４１】
さらに、実施例３〜６では、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．１８〜０．４％と大きく、炭酸化によるひび割れは発生しなかった。しかしながら、比較例３において、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．５０％となった場合には、ストレスが大き過ぎたためか、オートクレーブ養生後の段階においてすでにＡＬＣパネルの一部にひび割れが発生していた。
【００４２】
実施例１〜６の結果から、基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値を大きくする方法として、熱膨張率の異なる鉄筋や基材を用いる方法、機械的にストレスを加える方法があるが、いずれの方法においても、同様の耐ひび割れの効果が得られることが分かった。従って、本発明は、実施例の方法に限定されることはない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、炭酸化による収縮や乾燥による収縮によっても、ひび割れが発生しないか、もしくはひび割れが発生しにくいＡＬＣパネルを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＬＣパネルの基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスを示す説明図である。
【図２】機械的な引張ストレスをかける方法を示す模式図である。

Claims

オートクレーブ養生後の基材の圧縮ストレスおよび鉄筋の引張ストレスの合計値が、０．０４以上、０．５％未満であることを特徴とする軽量気泡コンクリートパネル。
鉄筋の熱膨張率が１．２０×１０^−５以上、２．５０×１０^−５以下であることを特徴とする請求項１に記載の軽量気泡コンクリートパネル。
オートクレーブの養生中に、機械的手段により鉄筋に引張ストレスをかけることにより製造されることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量気泡コンクリートパネル。