JP2005126294A

JP2005126294A - 窯業系建材の製造方法

Info

Publication number: JP2005126294A
Application number: JP2003365221A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Izumitani; 卓見泉谷; Masahiro Fukiage; 昌宏吹擧
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP4572527B2

Abstract

【課題】生産性や施工性の低下、あるいは、製造コストの上昇を伴うことなく、高い強度と耐凍害性を有する窯業系建材を製造するための方法を提供する。
【解決手段】少なくともセメント成分を固形分として含有する原料スラリーを抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形、養生する窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物、または水に難溶性のマグネシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、湿潤板の成形後にオートクレーブ養生を行う。
【選択図】なし

Description

この出願の発明は、窯業系建材の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高い強度を有し、耐凍害性に優れた新しい窯業系建材の製造方法に関するものである。

窯業系建材は、外壁材、屋根材等の外装材として広く用いられており、表面に柄、目地等の凹凸模様、着色、塗装等の施された多種多様の意匠を有するものが提供されている。また、窯業系建材では、その使用目的から、強度、軽量性、耐水性、耐凍害性等の物性が要求されている。

従来の窯業系建材の製造方法では、窯業系建材は、通常、少なくともセメントを主成分とし、補強繊維や無機質充填材を含有してなる原料スラリーを抄造、押出し、または注型して湿潤板とし、これをプレス機によって脱水成形して模様付けし、次いで養生して得られる。また、上塗り塗装を施すことにより、化粧被膜を形成している。

しかし、このような方法によって得られる窯業系建材は耐水性に乏しく、降雨等により水が窯業系建材内部に浸透して濡れ染みが発生したり、表面塗膜と基板の密着性が低下したり、浸透した水分の凍結により窯業系建材そのものが劣化したりするという問題があった。

そこで、窯業系建材の製造においては、原料スラリーに予め撥水成分を混合することにより、窯業系建材に耐水性を付与する方法（例えば、特許文献１）や、成形、養生後に撥水剤を塗布し、乾燥して窯業系建材の表面に撥水被膜を形成する方法（例えば、特許文献２）が検討された。

しかし、原料スラリーに撥水成分を混合する方法では、十分な耐水性が発揮されるためには比較的多量の撥水成分を混合しなければならず、原料スラリーが硬化しにくくなる上、得られる窯業系建材の強度や耐久性が低下するという新たな問題が発生した。そこで、強度を上げる目的でオートクレーブ養生の時間を延長することも検討されたが、生産性が著しく低下する上、得られる窯業系建材の比重が上がるために切断や釘打ちが困難となり、施工性が低下するという問題もあった。また、原料スラリーに撥水剤を大量に添加した場合には、製造コストが増大するという問題があった。さらに、このような方法では、耐水性を高めることができても、浸透した微量の水分が凍結した場合には、窯業系建材の破壊が起こりやすく、十分な耐凍害性が得られないという問題もあった。

一方、窯業系建材の表面に撥水被膜を形成する方法では、養生時に撥水剤が揮発しやすいため、基板表面に十分な撥水性を付与するためには、塗布量を多くする必要があった。また、このような方法では、水分の浸透を少量に抑え、濡れ染みの発生を防止することができても、水分が凍結した場合にはその体積膨張により窯業系建材の破壊が生じるという問題が残った。

したがって、窯業系建材の製造において、強度を維持しながら高い耐凍害性を実現することは非常に困難であったのが実情である。
特開２００１−１８０９９７特開２００３−９５７６７特開平３−２１８９８８

そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、生産性や施工性の低下、あるいは、製造コストの上昇を伴うことなく、高い強度と耐凍害性を有する窯業系建材を製造するための方法を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、少なくともセメント成分を固形分として含有する原料スラリーを抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形、養生する窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、湿潤板の成形後にオートクレーブ養生を行うことを特徴とする窯業系建材の製造方法を提供する。

また、この出願の発明は、第２には、少なくともセメント成分を固形分として含有する原料スラリーを抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形、養生する窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに、水に難溶性のマグネシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、湿潤板の成形後にオートクレーブ養生を行うことを特徴とする窯業系建材の製造方法を提供する。

この出願の発明は、第３には、水に難溶性のカルシウム化合物が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムおよび酸化カルシウムからなる群より選択される前記の窯業系建材の製造方法を提供する。

そして、この出願の発明は、第４には、水に難溶性のマグネシウム化合物が、酸化マグネシウムである前記の窯業系建材の製造方法を提供する。

上記第１の発明の窯業系建材の製造方法では、原料スラリー中に水に難溶性のカルシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％添加し、オートクレーブ養生することにより、窯業系建材の細孔構造において微細孔領域の空隙が多くなる。窯業系建材に侵入した水分は、微細孔領域の表面張力の影響で凍結しにくくなる上、水分の凍結が起こっても窯業系建材が水分の体積増加の影響を受けにくくなるため、窯業系建材そのものの耐凍害性が向上する。一方、窯業系建材の強度は、水に難溶性のカルシウム化合物の添加の影響を受けず、無添加の場合と同等あるいはそれ以上となる。

上記第２の発明の窯業系建材の製造方法では、原料スラリー中に水に難溶性のマグネシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％添加し、オートクレーブ養生することにより、水に難溶性のマグネシウム化合物を添加しない場合に比べ、窯業系建材の強度が高められる。窯業系建材における細孔構造には大きな変化は見られないが、水分の凍結が起こっても窯業系建材の強度が高いために耐凍害性も向上する。

また、上記第３の発明の窯業系建材の製造方法では、カルシウム化合物を、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムおよび酸化カルシウムからなる群より選択されるものとすることにより、とくに高い耐凍害性が得られる。

さらに、上記第４の発明の窯業系建材の製造方法では、マグネシウム化合物を、酸化マグネシウムとすることにより、とくに高い強度が得られ、耐凍害性も向上する。

水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物は、一般に膨張剤として使用されており（例えば、特許文献３）、窯業系建材の製造においてこれらを原料スラリーに添加することは、湿潤板の水硬過程における膨張の原因となるため、好ましくないと考えられている。

しかし、この出願の発明者らは、原料スラリーに水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物を５〜１０重量％混合し、抄造、押出し、または注型することにより得られた湿潤板を成形し、その後オートクレーブ養生を行うことにより、水硬過程における膨張を起こすことなく、耐凍害性の高い窯業系建材を得ることができることを明らかにし、本願発明に至ったものである。

なお、本明細書において、「水に難溶性」とは、水に対する溶解性が低いこと、すなわち、水に全くないしほとんど溶解しないことを意味する。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法において、原料スラリーはセメント成分を含有し、かつ、セメント成分量に対して５〜１０重量％の水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物を含有するものであればよく、その組成や粘度、含水率等はとくに限定されない。例えば、セメント成分以外にも、補強繊維、無機質充填材、増粘剤、顔料等を含有していてもよく、それらの配合や含水率は抄造、押出し、または注型の条件等に応じて適宜調整できる。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法において、水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物の添加量が、原料スラリー中のセメント成分に対して５重量％未満の場合には、十分な効果が得られず、窯業系建材の強度や耐凍害性の向上が見られない。一方、水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物の添加量が、原料スラリー中のセメント成分に対して１０重量％より多い場合には、高い強度と耐凍害性を有する窯業系建材が得られるものの、過剰のカルシウム分やマグネシウム分により窯業系建材の表面に白化現象が見られる場合があり、好ましくない。

原料スラリー中に添加されるカルシウム化合物は、水に難溶性のものであればよく、とくに限定されない。具体的には、炭酸カルシウム（CaCO₃）、水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）、酸化カルシウム（CaO）が好ましいものとして例示される。

一方、原料スラリー中に添加されるマグネシウム化合物も、水に難溶性のものであればよく、とくに限定されない。例えば、酸化マグネシウム（MgO）が好ましいものとして挙げられる。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法では、これら水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物は、単独で原料スラリーに混合されていてもよいし、複数種を組み合わせ、その合計が原料スラリー中のセメント成分量に対して５〜１０重量％となるように混合されていてもよい。また、これら水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物は、原料スラリーに対しどのような方法あるいは順序で、添加、混合されてもよい。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法は、水に難溶性のカルシウム化合物やマグネシウム化合物を含有する原料スラリーを抄造、押出しまたは注型し、湿潤板を得た後、これをプレス成形し、さらに養生するものであるが、養生工程においては、少なくとも１回のオートクレーブ養生を行うものとする。

オートクレーブ養生の条件は、とくに限定されないが、例えば１６０〜１８０℃の範囲で４〜８時間行うことができる。もちろん、オートクレーブ養生の前に室温養生や蒸気養生を行ってもよい。例えば、４０〜１００℃で１０〜４０時間、オートクレーブ養生に耐えうる強度が得られるまで養生を行った後、オートクレーブ養生を行うことができる。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法では、原料スラリーに水に難溶性のカルシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形した後、オートクレーブ養生を行うことにより、高い耐凍害性を示す窯業系建材が得られる。このような窯業系建材では、内部の細孔構造において微細孔領域の空隙が多くなっていることから、微細孔領域に侵入した水分が微細孔の表面張力の影響で凍結しにくくなり、かつ凍結による体積増加、基材破壊も起こりにくくなるものと考えられる。

この出願の発明の窯業系建材の製造方法において、このような微細孔が得られる機構は定かではないが、水和−ポゾラン反応（可溶性シリカが水酸化カルシウムと反応し，不溶性のシリカ質化合物を生成する反応）を経て、オートクレーブ養生時に結晶化が起こる過程で、水に難溶性のカルシウム化合物が、トバモライト（ケイ酸カルシウム）の結晶成長を抑制することが影響しているものと考えられる。

一方、この出願の発明の窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに水に難溶性のマグネシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形した後、オートクレーブ養生を行った場合には、得られる窯業系建材内部の細孔構造に変化は見られないものの、高い強度を示す窯業系建材が得られる。

このような高い強度が得られる理由は明確ではないが、水に難溶性のマグネシウム化合物が、水和−ポゾラン反応を促進する触媒として作用していることや、トバモライト結晶の安定化に作用していることが考えられる。したがって、養生時間を延長したり、窯業系建材の比重を増大させたりすることなく、窯業系建材の強度を高めることが可能となる。また、窯業系建材に侵入した水分が凍結した場合でも、窯業系建材の高い強度により、耐凍害性も向上する。

以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

＜実施例１＞
セメント４０重量部、フライアッシュ４０重量部、シリカ１０重量部、パルプ１０重量部からなる原料スラリーに、２重量部の酸化カルシウム（CaO）を湿式混合し、抄造、プレス成形した後、８０℃で２４時間の蒸気養生を行った。

得られた基材を１６０×４０×１２ｍｍ（長さ×幅×厚さ）の試験片に切断し、スパン１００ｍｍ、試験速度２ｍｍ／ｍｉｎで３点曲げ強度測定を行った。

なお、曲げ強度は、次式により算出した。

ｋ＝３×ｓ×ｍ／（２×ｈ×ｗ²）
（ただし、ｋは曲げ強度(MPa)、ｓはスパン(mm)、ｍは曲げ破壊荷重(N)、ｈは幅(mm)、ｗは厚さ(mm)を表す）
また、蒸気養生に次いで、１８０℃で４時間のオートクレーブ養生を行い、得られた窯業系建材についても、前記と同様の方法により曲げ強度を測定した。

さらに、窯業系建材を７０×７０×１２ｍｍの試験片に切断し、ＡＳＴＭＢ法に基づき、１００サイクルおよび２００サイクル後の体積増加率を求めて耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜実施例２＞
酸化カルシウムに換わり、水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）を４重量部添加した以外は、実施例１と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜実施例３＞
酸化カルシウムに換わり、炭酸カルシウム（CaCO₃）を２重量部添加した以外は、実施例１と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜実施例４＞
酸化カルシウムに換わり、酸化マグネシウム（MgO）を３重量部添加した以外は、実施例１と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜比較例１＞
酸化カルシウムを添加しなかった以外は、実施例１と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜比較例２＞
酸化カルシウムの添加量を５重量部とした以外は、実施例１と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。
＜比較例３＞
水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）の添加量を１重量％とした以外は、実施例２と同様の方法により窯業系建材を製造し、曲げ強度および耐凍害性を評価した。

結果を表１に示した。

表１より、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物を、セメント成分量に対して５〜１０重量％添加して得られた窯業系建材（実施例１〜３）では、蒸気養生後には強度の低下が見られるものの、オートクレーブ養生後には、無添加の場合（比較例１）と同等の曲げ強度が得られ、かつ耐凍害性が向上することが示された。

一方、原料スラリーに、水に難溶性のマグネシウム化合物を、セメント成分量に対して５〜１０重量％添加して得られた窯業系建材（実施例４）では、オートクレーブ養生後の曲げ強度が向上することが確認された。また、耐凍害性についても、無添加の場合に比較して向上していることが示された。

しかし、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物を、セメント成分量に対して１０重量％より多く添加した場合（比較例２）には、強度や耐凍害性の向上が見られたものの、窯業系建材表面に白化現象が見られた。また、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物を、５重量％より少なく添加した場合（比較例３）には、強度や耐凍害性の向上は見られなかった。

以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高い強度と耐凍害性を示す窯業系建材を製造する方法が提供される。この出願の発明の窯業系建材の製造方法では、養生時間を延長したり、窯業系建材の比重を増大させたり、撥水剤を使用したりすることなく、窯業系建材の強度や耐凍害性を向上させることが可能となる。したがって、生産性や施工性の低下や、製造コストの上昇を伴うことなく、窯業系建材の強度と耐凍害性を両立させることができ、有用である。

Claims

少なくともセメント成分を固形分として含有する原料スラリーを抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形、養生する窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに、水に難溶性のカルシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、湿潤板の成形後にオートクレーブ養生を行うことを特徴とする窯業系建材の製造方法。
少なくともセメント成分を固形分として含有する原料スラリーを抄造、押出し、または注型し、得られた湿潤板を成形、養生する窯業系建材の製造方法において、原料スラリーに、水に難溶性のマグネシウム化合物をセメント成分量に対して５〜１０重量％で添加し、湿潤板の成形後にオートクレーブ養生を行うことを特徴とする窯業系建材の製造方法。
水に難溶性のカルシウム化合物は、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムおよび酸化カルシウムからなる群より選択される請求項１の窯業系建材の製造方法。
水に難溶性のマグネシウム化合物は、酸化マグネシウムである請求項２の窯業系建材の製造方法。