JP2005522404A

JP2005522404A - 非焼成粘土組成物

Info

Publication number: JP2005522404A
Application number: JP2003586105A
Authority: JP
Inventors: チェー，ヒ−ヨン; ファン，ヒ−ジョー; チョー，ミン−チョル; パク，テ−ソン; ジュー，ユ−ソン
Original assignee: ジー．プラスカンパニーリミテッド
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2005-07-28
Also published as: EP1497240A4; US20050164868A1; AU2003221147A1; CN1646446A; WO2003089383A1; CN1286764C; EP1497240A1; US7097706B2

Abstract

粘土の活用を通じて建築物の資材を製造し、人間の健康を増進させるもので、粘土を利用した粘土製品を成形した後、焼成過程を経ないで粘土の強度を向上させ作業工程を短縮し、これにより生産性を向上させると同時に、場所の制限なく使用することができる非焼成粘土組成物を提供する。
粘土５０〜９０重量％、石灰２〜３０重量％、高炉スラグ４〜４８重量％、アルカリ剤０．０４〜０．９重量％、残りを水にして、イオン凝集反応、ポゾラン反応、潜在水硬性反応を通じて高い強度を備える非焼成粘土組成物を提供する。

Description

本発明は、非焼成粘土組成物に関するもので、粘土、石灰、高炉スラグ及びアルカリ剤を利用して粘土を焼成せず、所望の強度を有し容易に軟化しない非焼成粘土組成物に関する。

一般的にモルタルはセメントモルタルともいわれ、セメントと水を練ったもので、建物の壁・床・天井の基礎等の最終的な仕上げ材料にも使われる。前記モルタルは比較的廉価な材料で、強度・耐火性・耐水性・耐久性等があるだけでなく、施工も簡単で建築をはじめとした建設工事全般にかけて広範囲に使われる。また、組積構造の定着や石膏接合、またはしっくい材料に使われ、表面仕上げ工法によってコンクリートとは異なり使用数量を調節して使用する。

しかし、前記のようなモルタルは優れた物性により建築材料、特に内装材料に多く使われているが、セメントモルタルは居住者の健康に異常を生じさせうる有害な成分を多く放出しているため、個人的な健康に大いに関心が持たれている現代社会においては前記モルタルと代替できる組成物についての研究が活発に進行している。その研究の一環で粘土を活用する方法が台頭してきている。

粘土は直径が０．００４ｍｍ以下の微細な土粒子のことをいい、天然性の微粒子の集合体で水分を含有すると可焼成を表し、これを乾燥すると強度を表し適当な温度で焼成すると焼結する性質を備え、表面が広い蜂の巣構造で数多くの空間が複層構造をなしている。このスポンジのような穴の中には遠赤外線が多量吸収、貯蔵されていて熱をうけると発散し他の物体の分子活動を刺激する。また、スプーン１杯の粘土には約２億匹の微生物が生きていて多様な酵素等が循環作用をおこしている。

上記のように、粘土は、細胞の生理作用を活発にするのに寄与し、熱エネルギーにより細胞から有害物質を取り除く光電効果を有する遠赤外線を放射する。

上記のような粘土は家屋の壁面または床等の建築材料、建物内外部の仕上げ材料、屋根のかわら等実生活に様々な用途で使用されてきたが、所定の強度、耐水性、水密性及び耐久性が弱いため、必ず焼成過程を通じた耐火物または焼成粘土にだけ限られて使用された。即ち、適正強度を維持するため焼成波長でセラミック製品に完成した後、これを建築用及びセラミック用材料に使用した。

しかし、粘土の焼成過程で、粘土組織は加熱（通常１０００℃以上高温焼成）により溶ける堅固なガラス質材料となり、これにより軟化するのを防止し所定の強度を確保される。この過程で、高温の温度形成のために燃料の燃焼によるエネルギー消費が必要であった。これにより燃料の燃焼時、有害物質が大気中に放出され環境汚染をひきおこす非常に大きな問題点があった。

また、前記所定の過程が必然的に伴うことから、作業工程が複雑で、作業時間が多くかかり、費用が増加する等様々な問題点があった。

本発明は、前記のような問題点を考慮して案出されたもので、その目的は粘土の活用を通じて建築物の資材を製造し、粘土を利用した粘土製品を成形した後、焼成過程を経ないで、粘土の強度を向上させ作業工程を短縮し、これにより生産性を向上させると同時に、場所の制限なく使用できる非焼成粘土組成物を提供することである。

本発明は粘土５０〜９０重量％、石灰２〜３０重量％、高炉スラグ４〜４８重量％、アルカリ剤０．０４〜０．９重量％、残りを水にしてイオン凝集反応、ポゾラン反応、潜在水硬性反応を通じて高い強度を備える非焼成粘土組成物を提供することにある。

本発明は粘土と石灰及び高炉スラグを適正比率で混合／混練し粘土と石灰のイオン凝集反応及びポゾラン反応、高炉スラグの潜在水硬性反応を通じて粘土を焼成しなくても所定の強度を確保して軟化が防止されている。

前記粘土は１次粘土（残留粘土）、２次粘土（標的粘土）、赤みがかった細かい粘土、黄土、高嶺土等のような一般的な概念の全ての土とともに粘土を高温で乾燥し製造した活性土及び焼成土を含むもので、５０〜９０重量％を備え、反応性添加材に添加される石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）と反応しイオン交換反応及びポゾラン反応をおこす。

前記石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）は粘土の粒子を結合させて粘土強度を向上させるもので、イオン交換反応及びポゾラン反応が十分に進行するよう２〜３０重量％を添加する。

前記高炉スラグは鎔鉱炉で鉄鋼石から銑鉄を作る時生じるスラグのことをいうもので、４〜４８重量％を備え、高炉で鉄を製造する時の高温（１３５０〜１５５０℃）で生成されて、潜在水硬性を備えている。

前記アルカリ剤は、高炉スラグの潜在水硬性反応を促進させるため添加されるもので、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）、ＣａＳＯ_４、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ_２、白班（明礬石）、水ガラス（珪酸ソーダ）等を単独で使用したり、１つ以上を添加し、望ましくはＮａＯＨ、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）＋ＣａＣｌ_２を使用する。この時前記アルカリ剤は高炉スラグ１００重量％に対し約１〜６重量％即ち、粘土組成物の全体重量の０．０４〜０．９重量％を添加する。

このように本発明では粘土と石灰、高炉スラグ及びアルカリ剤を所定の重量比率で混合／混練すると、親和力により粘土粒子の表面に吸着していたＮａ⁺、Ｋ⁺、Ｍｇ^２+、等が石灰のカルシウムイオン（Ｃａ^２+）に置換されて、イオン交換容量以上に添加される石灰により粘土粒子が互いに接近し結合されるイオン凝集反応がおこる。このようなイオン凝集反応により粘土粒子は結合する。

また、前記イオン凝集反応後に粘土組成物が経年変化する一方で、粘土から放出されたコロイドシリカとコロイドアルミナが増加し石灰のカルシウムイオン（Ｃａ^２+）と反応するようになり、これにより新たな化合物が生成され、生成された化合物が結合材の役割をして固化されるため、強度及び耐久性が向上される。

また、前記高炉スラグはアルカリ性の環境下において水と反応し硬化される水硬性を備えることから、添加されるアルカリ剤により水中で硬化し、これにより粘土組成物の強度が向上される。

即ち、粘土、石灰、主として高炉スラグで組成された本発明の粘土組成物は粘土と石灰との間で発生されるイオン凝集反応及びポゾラン反応、アルカリ性の環境下で水硬性を示す高炉スラグの潜在水硬性により焼成されなくても高い強度を備えて、容易には軟化しない。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
粘土９０重量％に石灰２〜６重量％、高炉スラグ４〜８重量％及びアルカリ刺激剤０．０８〜０．１６重量％を添加し残りを水にし混合／混練した後、１４日後、ＫＳＦ４００２建築資材圧縮強度試験方法により圧縮強度を試験した。この時、圧縮強度は６２〜８０ｋｇｆ／ｃｍ^２の高強度を維持した。

（実施例２）
粘土８０重量％に石灰６〜１２重量％、高炉スラグ８〜１４重量％及びアルカリ刺激剤０．１６〜０．２８重量％を添加し残りを水にし混合／混練した後、実施例１のように圧縮強度の試験をした。この時、圧縮強度は９８〜１１２ｋｇｆ／ｃｍ^２の高い強度を維持した。

（実施例３）
粘土７０重量％に石灰６〜１４重量％、高炉スラグ１６〜２４重量％及びアルカリ刺激剤０．３２〜０．４８重量％を添加し残りを水にし混合／混練した後、実施例１のように圧縮強度の試験をした。この時、圧縮強度は１８８〜２３４ｋｇｆ／ｃｍ^２の高い強度を維持した。

（実施例４）
粘土６０重量％に石灰６〜１８重量％、高炉スラグ２２〜３４重量％及びアルカリ刺激剤０．４４〜０．６８重量％を添加し残りを水にし混合／混練した後、実施例１のように圧縮強度の試験をした。この時、圧縮強度は２５５〜３１２ｋｇｆ／ｃｍ^２の高い強度を維持した。

（実施例５）
粘土５０重量％に石灰６〜２４重量％、高炉スラグ２６〜４２重量％及びアルカリ刺激剤０．５２〜０．８４重量％を添加し残りを水にし混合／混練した後、実施例１のように圧縮強度の試験をした。この時、圧縮強度は１８９〜４１２ｋｇｆ／ｃｍ^２の高い強度を維持した。

前記のような実施例１乃至実施例５の結果を次の表１に示す。

（比較例１）
粘土９０重量％に石灰６重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は４５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

（比較例２）
粘土９０重量％に高炉スラグ４重量％及びアルカリ刺激剤０．１６重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は３２ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

前記比較例１、２を表１に示す実施例１の（Ａ）と比較すると表２の通りである。

（比較例３）
粘土８０重量％に石灰１２重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は８２ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

（比較例４）
粘土８０重量％に高炉スラグ８重量％及びアルカリ刺激剤０．２８重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は７１ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

前記比較例３、４を表１に示す実施例２の（Ｄ）と比較すると表３の通りである。

（比較例５）
粘土７０重量％に石灰６重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は５８ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

（比較例６）
粘土７０重量％に高炉スラグ２４重量％及びアルカリ刺激剤０．４８重量％を添加し混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は１６２ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

前記比較例５、６を表１に示す実施例３の（Ｉ）と比較すると表４の通りである。

（比較例７）
粘土６０重量％に石灰６重量％を添加し残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は７３ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

（比較例８）
粘土６０重量％に高炉スラグ３４重量％及びアルカリ刺激剤０．６８重量％を添加し混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は１９８ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

前記比較例７、８を表１に示す実施例４の（Ｌ）と比較すると表５の通りである。

（比較例９）
粘土５０重量％に石灰８重量％を添加して残りを水にして混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は１１３ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

（比較例１０）
粘土５０重量％に高炉スラグ４２重量％及びアルカリ刺激剤０．８４重量％を添加し混合／混練した後、１４日後に実施例１と同一の方法で圧縮強度を測定した。この時の圧縮強度は２５６ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧縮強度を維持した。

前記比較例９、１０を表１に示す実施例５の（Ｏ）と比較すると表６の通りである。

前記表１乃至表６に示したように、粘土、石灰、高炉スラグで組成された３成分系の組成物である本発明の粘土組成物は粘土と石灰の２成分系の組成物、または粘土と高炉スラグの２成分系の組成物に比べ、圧縮強度が１５０〜２００％程度さらに優れていることがわかる。

本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明が属する技術分野で通常の知識を備える者なら誰でも多様な変形実施が可能なことはもちろん、そのような変形は特許請求の範囲に含まれる。

このように本発明は粘土を焼成しなくても、イオン凝集反応、ポゾラン反応、潜在水硬性反応により高い強度の圧縮強度を備えて、高温の焼成工程を行なう必要がなく、これにより生産作業工程が短縮されて、費用が低減され、製造によるエネルギー浪費及び有害物質の大気放出を未然に防止することができる。

また、人体に有害なセメントの代わりに有用な元素及び遠赤外線を発散する粘土を使用するため、電磁波等の有害波を遮断して、快適で健康な生活を維持し、粘土の優れた断熱性によりエネルギーを低減することができる。

また、本発明は建築資材だけでなく、生態ブロック、組積材及び第２次建築資材（ブロック、パネル、ボード類、煉瓦類等）及び仕上げ材料として活用できる等多くの効果がある。

Claims

粘土５０〜９０重量％、石灰２〜３０重量％、高炉スラグ４〜４８重量％、アルカリ剤０．０４〜０．９重量％、残りは水であることを特徴とする非焼成粘土組成物。
前記アルカリ剤はＮａＯＨ、ＫＯＨ、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）、ＣａＳＯ_４、ＣａＣｌ_２、ＮａＣｌ、白斑（明礬石）、水ガラス（珪酸ソーダ）からなる群から１つ以上を選択し添加することを特徴とする請求項１記載の非焼成粘土組成物。