JP2007119319A

JP2007119319A - Ａｌｃパネルの製造方法

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Publication number: JP2007119319A
Application number: JP2005316250A
Authority: JP
Inventors: Koichi Imazawa; 公一今澤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP4693594B2

Abstract

【課題】原料の品質変動や季節変動などの要因に影響されることなく、空洞のないＡＬＣパネルを安定して製造する方法を提供する。
【解決手段】原料スラリーを型枠内に注入して発泡硬化させた後、高温高圧蒸気養生するＡＬＣパネルの製造方法において、アルミニウム粉末の粒径４４μｍ以下を６５〜７５重量％、固体原料と水の重量比率である水／固体比を０.５５〜０.６５、型枠注入時の原料スラリーの温度を４０〜４５℃に制御して、発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲にある時間を１０分以内とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、建築物の壁、床などに使用されるＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルの製造方法に関するものである。

ＡＬＣパネルの製造方法は、珪石などの珪酸質原料と、セメントや生石灰などの石灰質原料に、石こう、繰り返し原料であるＡＬＣ粉末などと水を混合し、発泡剤としてアルミニウム粉を加えて混練し、得られた原料スラリーを型枠に注入して発泡硬化させる。原料スラリーが所定時間を経て適度な硬さの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、オートクレーブにて高温高圧の水蒸気養生を行い、切削加工して製品とする。

このようにして製造されたＡＬＣパネルは、微細な気孔を多数有するため軽量であると共に、耐火性、断熱性及び施工性に優れているため、建築材料として広く使用されている。しかし、ＡＬＣパネルには、その原料変動や季節変動などの要因により、製造過程において内部に通常の気孔とは異なる空洞が発生しやすいという問題があった。また、品質検査の段階で目視により空洞を確認できなくても、小さな空洞のためにＡＬＣが強度的に劣化していることが原因となり、経年使用によってヒビ割れが生じることがあった。

このようなＡＬＣパネルの空洞発生を抑制する手段として、特開２０００−１６９２５５号公報、特開２００１−０８９２５９号公報、及び特開２００１−１３０９７７号公報には、発泡剤として使用するアルミニウム粉末の粒度特性を規定もしくは制御する方法が提案されている。具体的には、使用するアルミニウム粉末について、粒径４４μｍ以下が６５重量％以下となる粗い粉末を用いることにより、ＡＬＣパネル内部での空洞の発生を防止できるとしている。

しかしながら、これら粒度の粗いアルミニウム粉末を発泡剤として用いると、粒度が粗いためにアルミニウム粉末の反応性が低下して、原料スラリーの発泡が遅延する。また、原料スラリーの発泡硬化の過程では、セメントや生石灰の水和反応によって原料スラリー中の水が取り込まれるため、発泡と同時に流動性の低下を生じる。この発泡の遅延と流動性の低下によって、原料スラリーが補強用鉄筋を通過した跡に空隙（通過跡と称する）が生じやすくなり、特に厚さ５０ｍｍ以下の薄型パネルでは型枠内に配置される補強用鉄筋が多いため通過跡を生じやすい。この通過跡は通常の空洞よりも大きいため、補強用鉄筋とＡＬＣの付着が不十分となり、パネル強度が著しく低下してしまう。

発泡剤として粒度の粗いアルミニウム粉末を使用する上記公報記載の方法は、このように大きな補強用鉄筋の通過跡をＡＬＣパネル内部に生じやすいという問題を有するため、空洞の発生防止手段として望ましいものとは言えず、特に厚さ５０ｍｍ以下の薄型パネルの製造には使用できない。

そのため、現状では、発泡剤としてのアルミニウム粉末は粒径４４μｍ以下を６５〜７５重量％とし、速やかな発泡を確保しているのが一般的である。しかしながら、この方法では上記したように空洞が発生しやすいため、この空洞発生を防止する有効な方法の提供が望まれている現状である。

特開２０００−１６９２５５号公報特開２００１−０８９２５９号公報特開２００１−１３０９７７号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑み、ＡＬＣ製造工程における管理指標のもとで、最適な原料配合や製造条件を特定することにより、原料の品質変動や季節変動などの要因に影響されることなく、空洞のないＡＬＣパネルを安定して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ＡＬＣパネルの製造方法は、珪酸質原料、石灰質原料及び石こうを含む主原料に発泡剤のアルミニウム粉末と水を加えて混練し、得られた原料スラリーを型枠内に注入して発泡硬化させた後、高温高圧蒸気養生するＡＬＣパネルの製造方法であって、前記発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲にある時間を１０分以内とすることを特徴とする。

上記本発明のＡＬＣパネルの製造方法においては、前記アルミニウム粉末の粒径４４μｍ以下を６５〜７５重量％、固体原料と水の重量比率である水／固体比を０.５５〜０.６５、型枠注入時の原料スラリーの温度を４０〜４５℃とすることが好ましい。

本発明によれば、アルミニウム粉末の粒径、水／固体比、原料スラリー温度というＡＬＣ製造工程における通常の管理指標を制御するだけで、各原料の品質変動や季節変動などの要因に影響されることなく、空洞のないＡＬＣパネルを安定して製造することができる。従って、パネル強度などの品質の安定化を図ると共に、経年使用してもヒビ割れが生じることのない、高品質のＡＬＣパネルを提供することができる。

ＡＬＣパネルに空洞が発生する原因について、その詳細は明らかになっていない。しかし、原料スラリーの発泡硬化過程を詳しく検討した結果、アルミニウム粉末の反応で発生した水素ガスが多数の気孔を形成すると同時に、その一部が原料スラリー内から放出できないとき、放出されない水素ガスが加熱されて体積膨張し、その圧力増加によって原料スラリーが分離されて空洞が生じるものと考えられる。

図１に原料スラリーの発泡高さと内部温度の経時変化を示す。図１の原料スラリーの発泡高さから分かるように、アルミニウム粉末の混合後、原料スラリーは発泡して約２倍の体積まで膨張し、約４０〜６０分経過後に発泡が終了する。この原料スラリーの発泡は、アルミニウム粉末の化学反応による水素ガスの発生と、原料スラリーの温度上昇による水素ガスの体積膨張による結果と考えられる。そのため、原料スラリーの発泡終了は、アルミニウム粉末の化学反応の終了と水素ガスの体積膨張の終了によるものと理解することができる。この発泡の終了時点では、セメントや生石灰の水和反応によって形成される開気孔を通して水素ガスが原料スラリー外へ放散するため、図１に示すように発泡高さで１〜２ｃｍ程度の収縮が起こる。

一方、原料スラリーの内部温度の上昇はセメントや生石灰の水和反応によるものであり、図１から分かるように、アルミニウム粉末の反応が終了（アルミニウム粉末混合後およそ３０分）して水素ガスの発生が終わった後も、原料スラリーの内部温度は上昇を続ける。従って、発泡の終了時点において、原料スラリー内の水素ガスの体積膨張が終了すると考えるよりも、アルミニウム粉末の化学反応終了後に水素ガスが開気孔から外部へ放散されることによって、体積膨張が終了すると考えた方が合理的である。尚、開気孔は、セメントや生石灰の水和反応によって原料スラリーの水が取り込まれ、生成したゲル状物質に形成される空隙に由来するものと考えられている。

以上の考察から、ＡＬＣパネル内部の空洞発生は、原料スラリーの発泡終了時点付近において、本来ならば、水素ガスの体積膨張はセメントや生石灰の水和反応によって形成される開気孔からの水素ガスの放散により緩和されるのであるが、セメントや生石灰の水和反応による開気孔の形成が遅れたことにより、水素ガスの体積膨張が続く場合に起こるものと考えられる。

そこで、本発明者は、上記考察に基づいて種々検討した結果、ＡＬＣパネル内に空洞が発生する場合には、発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張係数の経時変化に明確な特徴が現れることを見出した。即ち、上記した原料スラリーの発泡と内部温度の変化を合わせて解析することで、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を知ることができる。具体的には、原料スラリーの発泡と内部温度の変化を例えば３０秒間隔にて測定し、下記計算式に示すように、隣り合う測定点２点間の原料スラリーの発泡高さから求められる体積変化を、その測定点２点間の温度変化で除することによって、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を求めることができる。

［計算式］
原料スラリーの熱膨張係数（℃^−１）＝（Ｖｎ＋１−Ｖｎ）／Ｖｎ／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）
ただし、Ｖｎ：測定点ｎにおける原料スラリーの体積
Ｖｎ＋１：測定点ｎ+1における原料スラリーの体積
Ｔｎ：測定点ｎにおける原料スラリーの温度
Ｔｎ＋１：測定点ｎ+1における原料スラリーの温度

このようにして求めた発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を、本発明例（空洞発生なし）と従来例（空洞発生あり）の代表的事例について図２に示す。この図２から分かるように、アルミニウム粉末の混合後の約３０分間は化学反応による水素ガスの発生が主体であり、原料スラリーの熱膨張係数は大きな値を示すが、約３０分経過後は化学反応の終了に伴って熱膨張係数は次第にゼロへ収束する。このとき、空洞発生のない本発明例では、開気孔から水素ガスが放散する過程で収縮が起こるため熱膨張係数は一時的にマイナスの値を示すが、発泡終了によって最終的に一定値（ゼロ）となる。

しかし、図２に示す従来例のように、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化において、原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定になる時間が１０分を超える場合には、ＡＬＣパネル内に空洞が発生するのである。原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定になっている間は、アルミニウム粉末の化学反応によって発生した水素ガスが十分に放散されず、セメントや生石灰の水和による原料スラリーの温度上昇によって水素ガスが原料スラリー内で熱膨張していることを意味する。図２の従来例では、経過時間で約４５分から約７０分までの約２５分間、熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲にあることが分かる。

次に、ＡＬＣパネル内の空洞発生をなくす具体的条件、即ち原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定になっている時間が１０分以内となる条件について種々検討した。その結果、アルミニウム粉末の粒径４４μｍ以下を６５〜７５重量％とし、固体原料と水の重量比率である水／固体比を０.５５〜０.６５とし、且つ型枠注入時の原料スラリーの温度を４０〜４５℃とすることによって、内部に空洞のないＡＬＣパネを安定して製造できることを見出した。

発泡剤として混合するアルミニウム粉末については、その粒径４４μｍ以下が６５重量％未満では、型枠内に配置した補強用鉄筋の抵抗によって発泡に不具合を生じることがある。また、粒径４４μｍ以下が７５重量％を超えると、アルミニウム粉末の混合と同時に反応が速やかに開始され、急速に進行するため、所定高さへの発泡が得られなかったり、原料スラリー内に粗大気泡を生じさせるためＡＬＣパネルの外観品質を損ねたりする不具合がある。

また、アルミニウム粉末の粒度を粗くすること、例えば４４μｍ以下を５５〜６５重量％とすることは、水素ガスの発生を遅延させ、原料スラリーの水和反応による開気孔の形成が遅れても水素ガスの外部への放散が妨げられないという利点がある反面、上述したように、発泡の遅延と流動性の低下によって、原料スラリーが補強用鉄筋を通過した跡が生じやすくなる。

尚、発泡剤として粒径４４μｍ以下が６５〜７５重量％のアルミニウム粉末を用いるだけでは、特に薄型のＡＬＣパネルにおいて空洞の発生が避けられない。この場合に空洞の発生を有効に防止するためには、水素ガスの発生に合わせて、その水素ガスを外部に放散させる開気孔の形成を早める必要があるが、原料スラリーの水セメント比をはじめ、繰り返し原料であるＡＬＣ粉末の粒径や配合量など各種原料の品質変動など、幾つかの条件が開気孔の形成に影響を与えるため、上記したアルミニウム粉末の粒径制御のみでは空洞発生の根本解決にはなり得ない。

そこで、本発明においては、上記したアルミニウム粉末の粒径制御と同時に、原料スラリーの水／固体比を０.５５〜０.６５に、及び型枠注入時の原料スラリーの温度を４０〜４５℃に制御する。水／固体比が０.５５未満の場合、原料スラリーの粘度が上昇して混合が不十分となる。逆に、水／固体比が０.６５を超えると、原料スラリーの開気孔形成が遅れるため空洞発生の可能性が高くなる。

また、型枠注入時の原料スラリーの温度を４０℃未満とした場合、原料スラリーの硬化が遅延するため、ピアノ線で所定寸法に切断するための所要時間が長くなり、生産性に不具合を生じる。一方、原料スラリーの温度が４５℃を超える場合には、アルミニウム粉末の反応性が高くなるため水素ガスの発生が促進され、相対的に開気孔からの水素ガスの放散が遅れて、原料スラリーの熱膨張係数がゼロに収束するまでの時間が早くなり、空洞発生の可能性が高くなる。

上記した方法によれば、アルミニウム粉末の粒度特性に影響を受ける発泡挙動と、配合・製造条件に影響を受ける開気孔の形成タイミングとを、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化から得られる管理指標に基づいて制御することで、ＡＬＣパネル内の空洞発生を簡単に抑制することができる。従って、各原料の品質変動や季節的変動があっても、アルミニウム粉末の粒度と、水／固体比と、原料スラリーの温度を制御することのみで、ＡＬＣパネルの空洞をなくし、品質の安定を図ることができる。

［実施例１］
試料１として、珪酸質原料として珪石３５重量％、石灰質原料としてセメント２５重量％と生石灰５重量％、石こう５重量％、及び繰り返し原料３０重量％からなる粉末原料に、水／固体比が０.６０となるように水を加えて混練した。これに粒径４４μｍ以下が７０％のアルミニウム粉末を加え、得られた原料スラリーを４１℃にて型枠内に注入して発泡硬化させた。

その際、原料スラリーの内部温度変化を経過時間と共に計測して、熱膨張係数の経時変化を調べた。また、所定時間の上記発泡硬化過程を終了した後、１８０℃で８時間の水蒸気養生を行い、得られたＡＬＣパネル内部の空洞発生状況を調査して空洞発生率を求めた。尚、空洞発生率は、ＡＬＣパネル断面に対する空洞の合計面積の百分率として求めた。具体的には、ＡＬＣパネルを任意の場所で１０箇所切断し、各切断面に現れた空洞の面積を測定して各パネル断面での空洞面積率を求め、パネル断面１０箇所の空洞面積率の平均値を算出した。

上記の結果から、試料１について、原料スラリーの熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定となっている時間、及びＡＬＣパネル内の空洞発生率を、下記表１に示した。

［実施例２］
試料２として粒径４４μｍ以下が６５重量％のアルミニウム粉末を用い、また試料３として粒径４４μｍ以下が７５重量％のアルミニウム粉末を用いた以外は実施例１と同様にして、それぞれＡＬＣパネルを作製した。また、試料４として、水／固体比を０.６５とし、試料５として水／固体比を０.５５とした以外は実施例１に同様にして、それぞれＡＬＣパネルを作製した。更に、試料６として、型枠注入時の原料スラリーの温度を４５℃とした以外は実施例１と同様にして、ＡＬＣパネルを作製した。

これら試料２〜６についても、実施例１と同様に、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を調べると共に、得られたＡＬＣパネル内部の空洞発生状況を調査した。上記の結果から、原料スラリーの熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定となっている時間、及びＡＬＣパネル内の空洞発生率を、下記表１に併せて示した。

［比較例］
比較例として、試料７では粒径４４μｍ以下が６０重量％のアルミニウム粉末を用い、試料８では水／固体比を０.７０とし、更に試料９では型枠注入時の原料スラリーの温度を５０℃とした以外は実施例１と同様にして、それぞれＡＬＣパネルを作製した。

これら比較例の試料７〜９についても、実施例１と同様に、原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を調べると共に、得られたＡＬＣパネル内部の空洞発生状況を調査した。上記の結果から、原料スラリーの熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定となっている時間、及びＡＬＣパネル内の空洞発生率を、下記表１に併せて示した。

上記表１の結果から分かるように、本発明例である試料１〜６は、原料スラリーの熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定となっている時間が１０分以下であって、ＡＬＣパネル内の空洞発生率は０.０６％以下と低くなっている。これに対して比較例の試料７〜９では、熱膨張係数が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲でほぼ一定となっている時間が１０分を超え、ＡＬＣパネルの空洞発生率は１％以上と高い値を示している。

原料スラリーの発泡高さと内部温度の経時変化の関係を示すグラフである。発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張係数の経時変化を示すグラフである。

Claims

珪酸質原料、石灰質原料及び石こうを含む主原料に発泡剤のアルミニウム粉末と水を加えて混練し、得られた原料スラリーを型枠内に注入して発泡硬化させた後、高温高圧蒸気養生するＡＬＣパネルの製造方法であって、前記発泡硬化過程における原料スラリーの熱膨張率が０.００３５〜０.００４５℃^−１の範囲にある時間を１０分以内とすることを特徴とするＡＬＣパネルの製造方法。
前記アルミニウム粉末の粒径４４μｍ以下を６５〜７５重量％、固体原料と水の重量比率である水／固体比を０.５５〜０.６５、型枠注入時の原料スラリーの温度を４０〜４５℃とすることを特徴とする、請求項１に記載のＡＬＣパネルの製造方法。