JP2005001915A

JP2005001915A - 水硬性セメントの軽量押出成形品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005001915A
Application number: JP2003165358A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tanaka; 也寸志田中; Takashi Kunugino; 貴史栩野
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP4495411B2

Abstract

【課題】繰り返し凍結融解により脆弱せずまた亀裂の生じない水硬性セメントの軽量押出成形品およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】押出機から押出された押出成形体を、線状面接触または点状面接触で保持可能なトレイ上で水蒸気養生させて得られたことを特徴とする、繰り返し凍結融解に対して耐性のある、水硬性セメントの軽量押出成形品（絶乾比重が０．７５〜０．９５）およびその製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性セメントの軽量押出成形品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント系押出成形品は、セメントを原料とするため不燃性且つ安価であることに加えて、平板、パイプ等の中空構造製品、種々の異型断面構造製品等の一定の形状として提供されるため、住宅の内外装材等に広く使用されてきた。
【０００３】
一般に、セメント系押出成形品は重いという重大な欠点があり、施工や搬送等の取り扱いが容易ではなかった。このため、より軽量化されたセメント系の押出成形品を得る研究が各所で行われてきた。例えば、特許文献１では、比重０．８７〜０．９０の軽量成形品が得られている。また、特許文献２では、比重を０．７８〜１．０６程度の軽量成形品が得られている。
【０００４】
上記従来のセメント系押出成形品を含め、その成形品製造には水硬性セメントが、取扱の容易性、入手の容易性、コスト等の理由で用いられている。押出機から押出された水硬性セメントの押出成形体は、セメントの硬化促進を図るために、１００℃以下の水蒸気養生に供されることが多い。
【０００５】
しかしながら、そのような水蒸気養生工程を経て製造された水硬性セメントの押出成形品は、凍結、融解に対する耐久性が低く、凍結融解が繰り返されると、脆弱化した部分や亀裂が生じやすい。寒冷地では凍結融解が繰り返されるので、凍結融解に対する耐久性が低いことは、住宅用外装材として好ましくない。
【０００６】
また、繰り返し凍結融解による脆弱化、亀裂は、押出成形品を軽量化すればするほど、すなわち押出成形品の比重を小さくすればするほど生じやすいことも判明した。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２０７７１５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６０１０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、繰り返し凍結融解により脆弱せずまた亀裂の生じない水硬性セメントの軽量押出成形品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、絶乾比重が０．７５〜０．９５であり、繰り返し凍結融解に対して耐性のあることを特徴とする、水硬性セメントの軽量押出成形品を提供するものである。
【００１０】
上記、水硬性セメントの軽量押出成形品は、押出機から押出された硬化前の押出成形体（本発明においては、単に「押出成形体」という）を、線状面接触または点状面接触で保持可能なトレイ上で養生硬化させることにより得ることができる。なお、本発明においては「押出成形品」は、押出成形体を硬化させたものを意味している。
【００１１】
従来、押出成形体は、押出機から押出された後、フラットなトレイ上に保持されながら連続的に製造され、そのまま連続的に水蒸気養生工程に供されていた。押出成形体が平板状の場合、トレイと押出成形体とは面接触していた。本発明では、そのような従来の面接触をさせずに、押出成形体を、トレイ上に線状面接触または点状面接触で保持させて、水蒸気養生に供する。本発明において線状面接触とは、接触面が線状である接触状態をいい、また点状面接触とは、接触面が点在的である接触状態をいうものである。
【００１２】
押出成形体を、トレイ上に線状面接触で保持するには、例えば図１に示したようにトレイ１表面に三角柱状突起物２を、その尾根が押出成形体３の押出方向４と平行になるように設けることにより可能となる。この突起物は、トレイと一体不可分の関係で成形されていてもよいし、従来の平面トレイ表面にそのような突起物を別途設置してもよい。また図１には、連続形状の三角柱状の突起物を例示しているが、断続的に設けてもよい。
【００１３】
三角柱状突起物は連続的であれ断続的であれ、その数および接触面積は小さいほど好ましいが、押出成形体の自重でその突起物の尾根形状が押出成形体に食い込まないように、また押出成形体の形状が自重で変形しないように、それら突起物の数、接触面積および配列を調整すればよい。なお、トレイ上には硬化前の状態で成形体が保持されるため、目立たない程度の食い込み跡が発生するが、通常トレイ側は、製品になった場合の裏面側であることが多く、製品として実用上問題はない。
【００１４】
押出成形体を、トレイ上に点状面接触で保持するには、例えば図２に示したようにトレイ１表面に円柱状突起物５を適当な数設ければよい。図２には円柱状の突起物を示したが、三角柱状、四角柱状等の多角形柱状の突起物であってもよい。これらの突起は、トレイと一体不可分の関係で成形されていてもよいし、従来の平面トレイ表面にそのような突起物を別途設置してもよい。また図２には、円柱状の突起を示したが、それらの突起物は円錐状あるいは多角錐状であってもよい。
【００１５】
円柱状あるいは円錐状または多角柱状あるいは多角錐状突起物の数および接触面積は小さいほど好ましいが、押出成形体の自重で、それらの突起物が押出成形体に食い込まないように、また押出成形体の形状が自重で変形しないように、それら突起物の数および接触面積、またその配列等を調整すればよい。また、線状の場合と同様、目立たない程度の食い込み跡が発生するが、通常トレイ側は、製品になった場合の裏面側であることが多く、製品として実用上問題はない。
【００１６】
押出成形体を、トレイ上に点状面接触あるいは線状面接触で保持するには、図１あるいは図２に示した突起物に代えて、回転可能に支持されていてもよい球体、回転可能に支持されていてもよい、ころ、回転可能に支持されていてもよい円盤を使用していもよい。
【００１７】
本発明においては、押出成形体を上記したように線状面接触または点状面接触させてトレイ上に保持させて養生硬化させることにより、絶乾比重が０．７５〜０．９５であり、繰り返し凍結融解に対して耐性のある軽量押出成形品を製造することが可能となる。なお、絶乾比重とは１００〜１１０℃で定量となるまで乾燥させた比重をいう。
【００１８】
絶乾比重が１．０を超えるセメント系押出成形品は、繰り返し凍結融解に対する耐久性はそれほど問題とならない。繰り返し凍結融解に対する耐久性の劣化は、その理由は明らかではないが、絶乾比重が０．９５程度以下の非常に軽量のセメント押出成形品に現れる。なお、推測ではあるが、水蒸気養生工程におけるトレイ上に発生する結露水が、トレイと成形体が面接触しているため、結露水が成形体と接触し、特に低比重品に対し当該水が悪影響を及ぼすのではないかと考えられる。本発明の水硬性セメントの押出成形品は、絶乾比重が０．９５以下の軽量であっても、従来有することのできなかった繰り返し凍結融解に対する耐久性を有しているのである。絶乾比重を０．７５以下にすると、セメント押出成形品は、セメントの持つ耐火性を維持できないとか、成形性が悪くなるという問題が生じる。
【００１９】
絶乾比重が０．７５〜０．９５を有するような押出成形品の軽量化は、水硬性セメントに特定量のパルプと水溶性セルロースを配合したセメント組成物を押出成形体材料として使用することより可能である。
【００２０】
本発明において、「セメント組成物」とは、少なくとも水硬性セメント、パルプおよび水溶性セルロースを含有した養生硬化前の組成物をいい、特に断らない限りセメントは水硬性セメントを意味しており、水硬性セメントと同義で使用している。「水硬性セメント」とは水との反応により硬化体を形成することのできるセメントまたはそのようなセメントが硬化した硬化体をいう。
【００２１】
本発明で使用する水硬性セメントは特に限定されず、各種ポルトランドセメント、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、シリカセメント、マグネシアセメント、硫酸塩セメント等をすべて含む。
【００２２】
本発明に配合されるパルプは、綿パルプまたは木材パルプ等の天然パルプが好ましい。天然パルプであれば特に限定されず、バージンパルプのみならず古紙からの再生パルプも使用できる。また木材パルプの場合、木材の組織からリグニンを化学的に取り除いた化学パルプ、木材を機械的に処理した機械パルプのいずれも使用できる。パルプは繊維長が０．０５〜１０ｍｍのものが好ましい。パルプは水硬性セメント１００重量部に対して１０〜５０重量部、好ましくは１２〜４０重量部である。１０重量部より少ないとパルプによる保水効果が不充分となり、押出される組成物中に十分な水分が保持されず押出成形性が低下する。また補強効果も十分に発揮されない。一方、５０重量部より多いと分散不良となり、また繊維が絡まり合って成形性が低下し、成形体の表面平滑性が悪化したりする。さらに、配合全体としての有機分が増加するため燃焼性が悪化する。パルプは、特に好ましくは１２〜２５重量部の割合で配合される。
【００２３】
本発明で配合される水溶性セルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。水溶性セルロースはセメント組成物の各成分を混合、押出成形する場合に、混練物に粘性を付与し、成形性を向上させるものである。水溶性セルロースは水硬性セメント１００重量部に対して３〜２０重量部、好ましくは６〜１２重量部の割合で配合される。３重量部より少ないと可塑性が悪化し、押出できない状態（いわゆる閉塞状態）となる。一方２０重量部より多い場合にはコストの上昇を招くだけであり、また、さらなる効果の向上は期待できない。
【００２４】
本発明では、上記パルプおよび水溶性セルロースに加えて、シリカ質原料、軽量骨材、鉱物質材料を配合することもできる。
【００２５】
本発明のセメント組成物に用いてもよいシリカ質原料としては、珪石粉、高炉スラグ、珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリカヒューム、非晶質シリカ等を使用することができる。好ましくは、成形品の強度向上および寸法安定性に寄与する点から、珪石粉、珪砂である。これらのシリカ質原料として好ましくは比表面積（ＪＩＳＲ５２０１に記載の方法による）が３０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇのものを使用する。シリカ質原料は水硬性セメント１００重量部に対して４０〜１００重量部、好ましくは５０〜９０重量部の割合で配合される。シリカ質原料が４０重量部より少ないと成形品の強度が低下する上に、エフロレッセンスが発生し易くなり、１００重量部より多くても成形品の強度が低下する。
【００２６】
本発明のセメント組成物に使用していもよい軽量骨材としては、火山れきなどの天然軽量骨材、焼成フライアッシュなどの人工軽量骨材、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトなどの超軽量骨材、膨張スラグなどの副産物軽量骨材を使用することができる。好ましくは、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトである。例えば、特許第３０４０１４４号の特許公報に記載されているようなパーライトが例示できる。
【００２７】
軽量骨材は水硬性セメント１００重量部に対して６０〜１６０重量部、好ましくは７０〜１４０重量部の割合で配合される。軽量骨材が６０重量部より少ないと軽量骨材の添加目的である軽量効果がなくなり、１６０重量部より多いと押出成形性が低下する上に、吸水量増加により耐凍害性が低下する。
【００２８】
本発明のセメント組成物に配合することのできる鉱物質材料としては、ウォラストナイト、タルク、アタパルジャイト、セピオライト、セライト、ロックウール等を例示することができる。鉱物質材料は水硬性セメント１００重量部に対して２０〜８０重量部、好ましくは４０〜６０重量部の割合で配合される。鉱物質材料が８０重量部より多いと成形体の強度が低下する。なお、鉱物質材料は保水性を有するものが好ましく、形状については、繊維状及び粉末状いずれであっても良い。
【００２９】
本発明のセメント組成物には、上記以外の添加剤として、必要に応じて、マイカ、アルミナ、炭酸カルシウム、コンクリート粉体等のシリカ以外の無機質材料、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、炭素繊維等の他の補強繊維、減水剤、界面活性剤、増粘剤、石膏等のセメントの硬化促進剤等を配合することもできる。
【００３０】
なお、上記セメント組成物を使用すると断面形状が平板状以外の形状、例えば、中空状及びコ字状、Ｌ字状、また、裏面にリブの存在する形状の押出成形体を成型可能である。
【００３１】
本発明の押出成形体は、上記成分を含有するセメント組成物を均一に混合し、これに水を加えて混練して得られたセメントペーストをスクリュータイプの押出成形機にかけて成形することによって得られる。
【００３２】
押出成形にあたっては、押出機に取り付けられた脱気装置によって、混練中にセメントペースト中に取り込まれた過剰の残存気泡を適度に脱気してもよい。
【００３３】
押出成形体は用途に応じて適度の長さで裁断して上記したようにトレイ上に線状面接触または点状面接触で保持し、硬化される。
【００３４】
硬化は、常温に放置、水中養生、１００℃以下の水蒸気養生、オートクレーブ中での高温高圧蒸気養生等いずれの方法を取ってもよいが、工業的には１００℃以下の水蒸気養生がその便利性、生産性の観点から主流であり、本発明ではそのような１００℃以下の水蒸気養生で硬化させた場合も、繰り返し凍結融解に対して耐久性のある水硬性セメントの軽量押出成形品を提供できる。また、１００℃以下の水蒸気養生の後、オートクレーブ内での高温高圧蒸気養生を施すことによりさらに凍結融解性は向上する。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的、且つより詳細に説明する。
実施例１および比較例１
普通ポルトランドセメント１００重量部に、パルプ３０重量部、水溶性セルロースとしてメチルセルロース（信越化学工業社製）７重量部を加え、更にシリカ質原料として珪石粉７０重量部、軽量骨材として嵩密度０．２５ｇ／ｃｍ^３のパーライト９０重量部、鉱物質材料５０重量部および長さ５ｍｍ、繊維径１２μｍのポリプロピレン短繊維１．５重量部、無機質材料２０重量部を配合した。こうして調製した水硬性セメント組成物をミキサーにより３分間粉体混合し、混合を続けながらこれに水２４０重量部を少しずつ加えつつ２分間混合した。これをニーダーに移して３分間混練してセメントペーストを練り上げた。
【００３６】
得られたセメントペーストをスクリュー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。押出成形体は平板状であり、幅１９０ｍｍ、肉厚２０ｍｍである。押出成形は、金型での詰まりや異常な押出圧の上昇もなく長時間にわたって順調に行うことができた。得られた押出物の表面は滑らかであった。
【００３７】
押出成型体を長さ３１０ｃｍに切断し、図１に示した三角柱状突起物を有するトレーに載置した。トレー上に載置した後も形状が崩れたり、突起物が押出成型体にめり込むこともなかった。
【００３８】
比較として、上記３１０ｃｍに切断した押出成型体を、従来の平板状トレイに載置して、下記蒸気養生に供した。この場合を比較例１とする。
【００３９】
押出成形体はトレーごと蒸気養生した。蒸気養生は、飽和水蒸気の条件下で、７０℃で６時間保持することにより行った。
【００４０】
得られた押出成形セメント硬化体（成形品）は、実施例のセメント押出成型品および比較例１のセメント押出成型品とも絶乾比重が０．８５と極めて軽量であった。
【００４１】
上記両セメント押出成形品を下記凍結融解試験に供し評価した。
試験は、押出方向長さ１００ｍｍにカットしたものを試験片として用い、ＡＳＴＭ−Ｃ６６６（Ｂ法）に準じて行なった。気中凍結および水中融解を１サイクルとし、当該サイクルを３００サイクル行なった。
なお、気中凍結条件は、試験片を雰囲気温度−１７．８℃条件下に１．５時間、気中放置した。水中融解条件は、水温４．４℃の条件下に１．５時間水中放置した。
【００４２】
評価は、５０サイクルごとに試験片の状態を目視にて評価し、以下のようにランク付けした。結果を下記表１に示した。
【００４３】
◎：良好な状態
○：良好な状態もしくは脆弱部がわずかに見られるが、製品として支障がない。
×：製品に支障がでる程度に脆弱部分が発生し、かつクラックが発生していた。
【００４４】
実施例２および比較例２
断面形状がコ字状であって、幅１９０ｍｍ、コ字部分（裏面側に突出する部分）の高さ６０ｍｍ、肉厚１２ｍｍの押出成型体を作製した以外、実施例１および比較例１と同様に押出成型体を蒸気養生し、押出成形品を得た。
【００４５】
得られた押出成形品は、実施例２のセメント押出成型品および比較例２の成型品とも絶乾比重が０．８８と極めて軽量であった。
【００４６】
上記両セメント押出成形品を上記凍結融解試験に供し評価した。結果を下記表１に示した。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
本発明は、繰り返し凍結融解により脆弱化せず亀裂も生じない水硬性セメントの軽量押出成形品（絶乾比重０．７〜０．９５）およびその製造方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図１】押出成形体がトレイ状で線状面接触した状態で保持されている一形態の模式的斜視図。
【図２】押出成形体がトレイ状で点線状面接触した状態で保持されている位置形態の模式的斜視図。
【符号の説明】
１：トレイ
２：三角柱状突起物
３：押出成形体
４：押出成形体の押出方向
５：円柱状突起物

Claims

絶乾比重が０．７５〜０．９５であり、繰り返し凍結融解に対して耐性のあることを特徴とする、水硬性セメントの軽量押出成形品。
水硬性セメント１００重量部に対してパルプを１０〜５０重量部、水溶性セルロースを６〜２０重量部含有する、請求項１記載の軽量押出成形品。
水硬性セメント１００重量部に対して、シリカ質原料４０〜１００重量部、軽量骨材７０〜１４０重量部、鉱物質材料２０〜８０重量部を更に含有する請求項１または２に記載の軽量押出成形品。
押出成形体を、線状面接触または点状面接触で保持可能なトレイ上で水蒸気養生させて得られたことを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の軽量押出成形品。
押出成形体を、線状面接触または点状面接触で保持可能なトレイ上で水蒸気養生させる工程を含むことを特徴とする、絶乾比重が０．７５〜０．９５である水硬性セメントの軽量押出成形品の製造方法。