JP2007084365A

JP2007084365A - 軽量気泡コンクリートの製造方法

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Publication number: JP2007084365A
Application number: JP2005273041A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Matsushita; 文明松下; Koichi Imazawa; 公一今澤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: JP4786272B2

Abstract

【課題】珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石を、単独で又は他の珪石と混合して用いることを可能とし、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたＡＬＣを製造する方法を提供する。
【解決手段】上記微結晶と結晶脈を有する珪石を単独で使用し、１室式の転動ボールミルにより単一サイズのボールを用いて粉砕し、単結晶サイズが３０〜５００μｍとなる破砕的な粗粉砕が主体的になるように粒度調整する。また、他の方法では、上記微結晶と結晶脈を有する珪石と単結晶サイズの異なる珪石を混合して、２室式の転動ボールミルを用いて粉砕し、粒径１０μｍ以下が５０重量％以下、１０〜５０μｍが３５〜５５重量％、５０μｍ以上が７〜１５重量％の粒度分布とする。
【選択図】図１

Description

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）の製造方法に関する。

ＡＬＣの製造においては、生石灰、セメント及び珪石からなる各主原料と、石膏や繰り返し原料（オートクレーブ前の切断屑並びにＡＬＣ廃材）などの副原料とを、水と混合撹拌して、得られた原料スラリーにアルミニウム粉末などの発泡剤を加え、補強鉄筋を配した型枠内に流し込んで発泡させる。更に、所定時間を経てケーキ状半硬化体となった後、ピアノ線で所定寸法に切断し、オートクレーブにより高温高圧での水蒸気養生を行って製造される。

このようにして製造されたＡＬＣは、内部に気泡と細孔を含むため絶乾かさ比重が０.５程度と軽量でありながら、高い耐火性及び断熱性を備え、施工性にも優れているため、建築材料として広く使用されている。例えば、仕様に沿った各種寸法に切断され、場合によっては様々な加工や仕上げを行うことによって、壁、屋根、床などの用途に応じたパネルなどのＡＬＣ建築材料製品とされる。

ＡＬＣの主要構成鉱物であるトバモライトは、強度物性に優れ、乾燥収縮率が小さいという特性を持つ。このトバモライトは、ケーキ状半硬化体の製造過程においてセメントと生石灰の水和により生成した低結晶性の珪酸カルシウム水和物が、水蒸気養生中に珪石から供給される珪酸成分と反応して結晶化したものである。一般的に、単結晶サイズの小さい珪石は反応面積が大きいためにトバモライトの生成に大きく寄与し、単結晶サイズの大きい珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うとされている。

しかしながら、珪石の単結晶サイズが小さすぎると、水蒸気養生の過程において、トバモライトの前駆体である低結晶性の珪酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）が生成した状態で反応が安定化してしまうため、珪酸成分との反応によるトバモライトの生成が不充分な状態となる。その結果、得られるＡＬＣの圧縮強度や乾燥収縮率等の諸物性に大きな影響を及ぼすため、珪石の単結晶サイズはＡＬＣの品質における重要な管理項目とされている。

例えば、特開２００１−０１９５７１号公報には、水蒸気養生においてトバモライトの生成に寄与する１０μｍ以下の単結晶サイズを有する珪石と、圧縮強度や乾燥収縮率の向上に有効な１０〜５００μｍの単結晶サイズを有する珪石を混合して粉砕する方法が記載されている。また、特開２００１−３０２３６７号公報には、単結晶サイズの異なる珪石を２種混合した状態で粉砕し、平均単結晶サイズを１０〜４０μｍに制御する方法が記載されている。

一方、日本において最も多く産出されるチャート質の珪石の中には、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する特徴的な珪石がある。上記公報記載の方法は、いずれも、単結晶サイズの異なる珪石２種を混合して粉砕することを特徴とするものであるが、上記した微結晶と結晶脈とを有する特徴的な珪石を珪酸質原料とする場合には有効ではなかった。

特開２００１−０１９５７１号公報特開２００１−３０２３６７号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑み、チャート質の珪石の中で単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石について、この珪石を単独で又は他の珪石と混合してＡＬＣ製造における珪酸質原料として用いることを可能とし、満足すべきＡＬＣの諸物性に必要とされる珪石の粒度調整を実現して、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたＡＬＣを製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の第１の製造方法は、珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石を単独で使用し、この珪石を１室式の転動ボールミルを用いて粉砕することを特徴とするものである。

本発明が提供する軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の第２の製造方法は、珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石を使用し、両方の珪石を混合して２室式の転動ボールミルを用いて粉砕することにより、粒径１０μｍ以下が５０重量％以下、１０〜５０μｍが３５〜５５重量％、５０μｍ以上が７〜１５重量％の粒度分布とすることを特徴とする。

本発明によれば、チャート質の珪石の中で単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石を珪酸質原料として使用することができ、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたＡＬＣを簡単に製造することができる。従って、本発明のＡＬＣを建築用パネルなどとして用いることによって、近年の特殊な工法に対応でき、例えばＡＬＣパネルを強い力で把持してクレーンなどで吊り上げたり、ＡＬＣパネルを小型の取付金具を用いて建築物に施行したりすることが可能になる。

トバモライトの生成過程である水蒸気養生では、珪石の溶解が反応を律速することが広く知られている。従って、珪石の粒度、単結晶サイズ、純度、不純物の種類と含有量などがＡＬＣの物性値に大きな影響を持つ。特に珪石の単結晶サイズについては、一般的に、単結晶サイズの小さい珪石は反応面積が大きいためにトバモライトの生成に大きく寄与し、単結晶サイズの大きい珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うとされている。

本発明者らは、従来から知られているＡＬＣの物性向上に最も望ましい単結晶サイズの条件を踏まえて、日本において最も多く産出されるチャート質の珪石の中で単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石について、転動ボールミルでの粉砕性、及び得られるＡＬＣの物性を詳しく検討した。その結果、上記の微結晶と結晶脈とを有する珪石を珪酸質原料とする場合について、転動ボールミルでの粉砕条件並びに粒度分布について最も好ましい条件を見出し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、本発明の第１の方法においては、珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石を単独で使用する。そして、上記微結晶と結晶脈とを有する珪石を、１室式の転動ボールミルを用いて粉砕する。この１室式転動ボールミルでの粉砕に際しては、単一サイズのボールを用いての粒度調整により、単結晶サイズが３０〜５００μｍとなる破砕的な粗粉砕が主体的に起こるように実施することが望ましい。

一般的に、ＡＬＣの製造に用いる珪石は転動ボールミルで粉砕される。転動ボールミルは、処理量が多く、粗粉砕から超微粉砕まで幅広い粉砕領域を有し、湿式及び乾式の両方に対応できるため、窯業分野において最も一般的に使用されている。転動ボールミルの内部は通常２室以上に分けられており、各室に投入するボール径を変化させることで、粒径の大きいボールによる破砕的な粗粉砕と粒径の小さいボールによる摩砕的な微粉砕の両方の役割を果たすことができる。

上記した本発明の第１の方法では、従来から通常使用されている２室以上の転動ボールミルを使用せず、１室の転動ボールミルを使用する。微結晶と結晶脈とを有するチャート質の珪石１種類のみを用い、これを１室式の転動ボールミルで粉砕することによって、トバモライトの生成に寄与する単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶が存在すると共に、破砕的な粗粉砕によって主に単結晶サイズが３０〜５００μｍの粗粉砕粉が得られる。

そのため、この珪石の粗粉砕粉が水蒸気養生中に未反応のまま残存して骨材的な役割を担うことによって、圧縮強度を向上させ且つ乾燥収縮率を小さくするなど諸物性を向上させることができる。また、摩砕的な微粉砕を軽減することで、単結晶サイズが小さくなり過ぎることを防止し、トバモライトの生成阻害を抑制することができる。

また、本発明の第２の方法においては、珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石、例えば単結晶サイズが２０〜１００μｍの珪石を使用する。そして、両方の珪石を混合し、通常の２室式の転動ボールミルを用いて粉砕し、ボール径の選定、ボールの投入量や被粉砕物の投入量、運転時間などを制御することによって、粒度分布の調整を行う。即ち、２室式の転動ボールミルによる粉砕によって、粒径１０μｍ以下が５０重量％以下、１０〜５０μｍが３５〜５５重量％、５０μｍ以上が７〜１５重量％となるように珪石の粒度分布を調整する。

この第２の方法により、微結晶と結晶脈とを有するチャート質の珪石を珪酸質原料の一つとして使用する場合の粒度分布の管理指標を明確化でき、圧縮強度や乾燥収縮率などの諸物性に優れたＡＬＣを製造することができる。この方法によりＡＬＣの強度が向上する原因としては、粒径１０μｍ以下の珪石によって生成したトバモライトの結晶成長が、水蒸気養生中に粒径１０〜５０μｍの珪石から供給される珪酸成分によって促進されること、更に粒径５０μｍ以上の珪石は一部が未反応として残存し、骨材的な役割を担うことによるものと考えられる。

［実施例１］
珪酸質原料として、徳島県産のチャート質珪石のみを用いた。このチャート質珪石は、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と、大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有している。この珪石を、１室式の転動ボールミルを用い、直径９０ｍｍの鉄球を投入して、比表面積３０００±２００ブレーンに粒度を調整して粉砕した。この実施例１により得られた粉砕粉の粒度分布を図１に示した。

このチャート質珪石の粉砕粉４５重量部と、石灰質原料としての生石灰５重量部及びセメント３０重量部、更に繰り返し原料２０重量部を混合し、これらの固体原料の合計１００重量部に対し水６０重量部と、少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤を加え、混練してスラリーを作製した。

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間の高温高圧水蒸気養生を施した。得られたＡＬＣブロックの試料１〜５について、ＪＩＳＡ５４１６に準じた圧縮強度と乾燥収縮率を測定し、得られた結果を下記表１に示した。

［比較例］
珪酸質原料として、上記と同じ徳島県産のチャート質珪石を用いたが、この珪石を２室式の転動ボールミルを用いて粉砕した。即ち、２室式の転動ボールミルの１室目に直径９０ｍｍの鉄球を投入し、２室目に直径７５ｍｍの鉄球を投入して、比表面積３０００±２００ブレーンに粒度を調整して粉砕した。この比較例により得られた粉砕粉の粒度分布を図１に示した。

このチャート質珪石の粉砕粉４５重量部と、石灰質原料としての生石灰５重量部及びセメント３０重量部、更に繰り返し原料２０重量部を混合し、これらの固体原料合計１００重量部に対し水６０重量部と、少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤を加え、混練してスラリーを作製した。

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間の高温高圧水蒸気養生を施した。得られた比較例によるＡＬＣブロックの試料６〜１０について、ＪＩＳＡ５４１６に準じた圧縮強度と乾燥収縮率を測定し、得られた結果を下記表１に併せて示した。

圧縮強度のＪＩＳＡ５４１６における規格値は３.０Ｎ／ｍｍ^２以上であるが、実際には近年開発されているクレーンでの吊り上げや小型の取付金具を用いた施行などの特殊な工法に対応するため、４.５Ｎ／ｍｍ^２以上が必要である。そこで、圧縮強度が４.５Ｎ／ｍｍ^２以上を適（○）、４.０Ｎ／ｍｍ^２以上４.５Ｎ／ｍｍ^２未満を不適（△）、４.０Ｎ／ｍｍ^２未満を不可（×）と判定し、それぞれ表１に併せて示した。

上記表１の結果から、本発明の試料１〜５のＡＬＣは、比較例のものに較べて圧縮強度が向上し、且つ乾燥収縮率が小さくなっていることが分かる。特に圧縮強度は本発明の試料１〜５が全て４.５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、近年開発されているクレーンでの吊り上げや小型の取付金具を用いる特殊な工法に対応し得るものであることが分かる。また、圧縮強度と乾燥収縮率のバラツキについても、試料１〜５のＡＬＣは比較例のものに較べて、はるかに小さいことが分かる。

また、上記の実施例１及び比較例において、ボールミル粉砕後の珪石についてレーザー回折により測定した粒度分布を図１に示す。図１は粉砕後の珪石の粒子径であって、必ずしも単結晶サイズの粒子径を示すものではないが、比較例では実施例１に較べて１０μｍ以下の粒径の頻度が高いことから、単結晶サイズが小さいことによってトバモライトの生成が阻害された結果、ＡＬＣの圧縮強度及び乾燥収縮率が実施例に比べて劣るのではないかと考えられる。

［実施例２］
珪石Ａとして、徳島県の鉱山から産出したチャート質珪石で、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と３０〜５００μｍの大きな結晶脈を有する珪石を使用した。また、珪石Ｂとして、愛知県の鉱山から産出した平均単結晶サイズ２３μｍの珪石を用いた。この珪石Ａと珪石Ｂを下記表２に示す割合で混合し、２室式の転動ボールミルを用い条件を変えて粉砕した。得られた混合珪石粉について、堀場製作所製のレーザー回折散乱式粒度分布測定装置ＬＡ９２０を用いて粒度分布を測定し、その結果を下記表２に合わせて示した。

上記表２に示す各試料の混合珪石粉４５重量部、石灰質原料として生石灰５重量部、セメント３０重量部、繰り返し原料２０重量部を混合し、これらの固体原料の合計１００重量部に対して水６０重量部と、少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤を加え、混練してスラリーを作製した。

得られたスラリーを型枠に投入し、水和によりケーキ状半硬化体に硬化させた後、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間の高温高圧水蒸気養生を施した。得られた各試料のＡＬＣブロックについて、ＪＩＳＡ５４１６に準じて圧縮強度を測定し、得られた結果を下記表３に示した。尚、表３の圧縮強度については、上記実施例１の場合と同様に、圧縮強度が４.５Ｎ／ｍｍ^２以上を適（○）、４.０Ｎ／ｍｍ^２以上４.５Ｎ／ｍｍ^２未満を不適（△）、４.０Ｎ／ｍｍ^２未満を不可（×）と判定した。

実施例２の試料１１〜１５は全て４.５Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を示したが、比較例の試料１６〜１９はＪＩＳＡ５４１６の規格値を満足しているが、全て４.５Ｎ／ｍｍ^２未満であった。この結果から、充分な圧縮強度を有するＡＬＣを得るためには、粒径１０μｍ以下が５０重量％以下、粒径１０〜５０μｍが３５〜５５重量％、且つ５０μｍ以上が７〜１５重量％の粒度分布とする必要があることが明らかとなった。

実施例１と比較例でのボールミル粉砕後の珪石についてレーザー回折により測定した粒度分布を示すグラフである。

Claims

珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石を単独で使用し、この珪石を１室式の転動ボールミルを用いて粉砕することを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。
珪酸質原料として、単結晶サイズが１０μｍ以下の微結晶と大きさが３０〜５００μｍの結晶脈とを有する珪石と、この珪石と単結晶サイズの異なる珪石を使用し、両方の珪石を混合して２室式の転動ボールミルを用いて粉砕することにより、粒径１０μｍ以下が５０重量％以下、１０〜５０μｍが３５〜５５重量％、５０μｍ以上が７〜１５重量％の粒度分布とすることを特徴とする軽量気泡コンクリートの製造方法。