JP2007137740A

JP2007137740A - Ａｌｃ製造方法

Info

Publication number: JP2007137740A
Application number: JP2005336463A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kawaguchi; 洋一川口
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】低品位で安価な珪酸質原料を用いて、結晶度の高いトバモライトを多量且つ均質に生成させることができ、しかも原料スラリーの粘性を適正に維持してＡＬＣを製造することのできる方法を提供する。
【解決手段】珪酸質原料と石灰質原料の各粉末を主原料とし、これら主原料にアルミニウム粉と水を加えて混練したスラリーを型枠に注入して発泡硬化させ、得られた半硬化体を切断して高温高圧水蒸気養生するＡＬＣの製造法において、前記珪酸質原料として１５重量％以下、好ましくは１〜１２重量％の長石を含む珪砂及び／又は珪石を使用する。
【選択図】なし

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の製造方法においては、珪酸質原料として珪砂又は珪石、石灰質原料としてセメントと生石灰を使用し、これらの主原料に石膏、オートクレーブ前の切断屑やＡＬＣ廃材などの繰返し原料、及び水を加えて混合撹拌し、更に発泡剤としてアルミニウム粉末を加えて原料スラリーとする。この原料スラリーを補強鉄筋の配置された型枠内に注入し、所定時間発泡硬化させた後、得られたケーキ状半硬化体をピアノ線で所定寸法に切断し、オートクレーブで高温高圧の水蒸気養生を行うことによりＡＬＣが製造される。

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非常に軽量でありながら、高い耐火性及び断熱性を備え、強度も比較的高く、施工性にも優れている。そのため、ＡＬＣは建築材料などとして広く使用され、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を製造するにあたって最も重要なことは、ＡＬＣ中に結晶度の高いトバモライト（Ｃａ_５(Ｓｉ_６Ｏ_１８Ｈ_２)４Ｈ_２Ｏ）を多量且つ均質に生成させることである。そのため従来から、原料中の全石灰分と全珪酸分との重量比率（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が０.４〜０.８の範囲内になるように管理している。また、ＡＬＣの製造に使用される珪砂や珪石などの珪酸質原料として、ＳｉＯ_２分の品位が高く且つ不純物が少ない材料を選定するか、あるいは不純物を取り除くことで材料中のＳｉＯ_２の含有率を上げることが一般に行われている。

一方、ＳｉＯ_２分の品位の低い安価な珪酸質原料を用いて、従来と同等のＡＬＣを製造する方法も検討されている。例えば、特開昭５９−９２９６４号公報には、珪酸質原料のアルカリ分を低減させることに加え、アルカリ含有率が低いセメントを用いる方法が提案されている。しかしながら、この方法は原料確保上の制限がきつくなり、長期に安定した材料を調達が難しいうえ、原料の品質管理の手間が増えるため、コストアップにつながるという問題があった。

また、特開平４−３８８１７７号公報には、明礬石（ＫＡｌ(ＳＯ_４)_２(ＯＨ)_６）を含有する珪石を珪酸質原料として使用し、従来のＡＬＣ製品と同等の特性を有するＡＬＣを製造する方法が提案されている。この方法は明礬石と珪石の被粉砕性の差を利用して、有害成分であるアルカリ分、ＳＯ_３分を除去するために、明礬石を含有する珪石を粉砕した後、粒径２０μｍ以下の微粒分を除去して使用する方法である。この方法も珪酸質原料中のＳｉＯ_２分の品位を上げるには効果的ではあるが、手間がかかり、工程も増えるため、やはりコストアップとなるという問題があった。

また、一般にＡＬＣを製造するにあたっては、半硬化体の発泡及び硬化状態を管理する上で、原料スラリーの粘性も重要である。即ち、型枠に注入する際のスラリー粘度が高いと、アルミニウム粉を加えて発生させた気泡の挙動制御が難しくなることから、得られるＡＬＣの強度が低下したり、気泡の乱れやクラックなどのダメージが発生したりしやすいという問題が生じる。そのため、一般に型枠注入時のスラリー粘度は低い方が良いとされ、スラリーの水固体比（水／固体の重量比）を０.６５前後に調整することによって、スラリー粘度を適正に維持することが行われている。

特開２００１−３４８２６２号公報には、原料スラリーの粘性は主原料の粉砕具合や水比にも影響されるが、不純物として含有される他の鉱物も影響することが記載されている。珪酸質原料には一般的に珪石や珪砂が用いられるが、珪石や珪砂は天然鉱物であるため、粘土鉱物等の不純物を含んでいる。粘土鉱物は全般に微粒子であり、やわらかい鉱物が多いので、粉砕されると比表面積が大きくなる。従って、珪酸質原料の珪石や珪砂に粘土鉱物が多量に含まれると、鋳込時のスラリー粘度が上昇する。

また、結晶構造が層状である粘土鉱物は、水分を加えると層間に水を大量に取り込み、膨潤してゼリー状になる。更に水を増やすと、分散して懸濁するコロイドとしての特性を示し、一度分散したコロイドは容易に精澄しない。このような粘土鉱物の特性も、鋳込時にスラリー粘度を上昇させる一因となる。更に、このコロイド的諸性質は、粘土鉱物の結晶構造にも大きく影響される。例えば、粘土鉱物の表面にＯＨ基や電解質が存在すると、表面電荷による吸着、凝集を起こすため、鋳込時のスラリー粘度に影響を与えることがある。

これら粘土鉱物等の不純物の中には、鋳込時のスラリー粘度のみならず、オートクレープ養生中にトバモライトの生成を阻害する成分、即ちナトリウム分やカリウム分等を含む鉱物もある。上記した特開平４−３８８１７７号公報に記載の明礬石も、トバモライトの生成を阻害する代表的な不純物のひとつである。特にＡＬＣの物性を向上させるために用いられる石膏が多く含まれる配合では、明礬石はトバモライトの生成を阻害する。

このように、珪酸質原料は、結晶度の高いトバモライトを多量且つ均質に生成させるために重要な原料であるため、ＳｉＯ_２分の品位が高く且つ不純物が少ないことが必要とされている。しかし、珪酸質原料は主原料中の重量比率が最も高いこともあり、低品位で安価な珪酸質原料の使用が望まれているが、スラリー粘性に悪影響を与えやすいなどの理由から、低品位で安価な珪酸質原料を用いた実用的なＡＬＣ製造方法は提供されていない現状である。

特開昭５９−９２９６４号公報特開平４−３８８１７７号公報特開２００１−３４８２６２号公報

本発明の目的は、このような従来の事情に鑑み、低品位で安価な珪酸質原料を用いて、結晶度の高いトバモライトを多量且つ均質に生成させることができ、しかも原料スラリーの適正な粘性を維持して、優れた品質のＡＬＣを製造することのできる方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明が提供するＡＬＣの製造方法は、珪酸質原料と石灰質原料の各粉末を主原料とし、これらの主原料にアルミニウム粉と水を加えて混練したスラリーを型枠に注入して発泡硬化させ、得られた半硬化体を切断して高温高圧水蒸気養生するＡＬＣの製造法において、前記珪酸質原料として１５重量％以下の長石を含む珪砂及び／又は珪石を使用することを特徴とするものである。

本発明によれば、値段の高い高品位の珪酸質原料を用いる必要がなく、また品位を上げるために原料調整を行う手間をかけずに、得られるＡＬＣ中のトバモライトの結晶度を向上させ、物性並びに耐久性に優れたＡＬＣを製造できる。しかも、原料スラリーの粘性を適正な範囲に維持でき、製造上問題のないＡＬＣの製造方法を提供することができる。

本発明のＡＬＣの製造方法は、その珪酸質原料として長石を含有する珪石又は珪砂のいずれか片方若しくは両方を使用する。珪酸質原料中に含まれる長石には、例えば、正長石（ＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）、曹長石（ＮａＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）などがある。長石を含む珪石や珪砂を珪酸質原料として使用することによって、ＡＬＣ中に結晶度の高いトバモライトを多量且つ均質に生成させることができる。本発明方法においてトバモライトの結晶度が向上する理由は明らかではないが、長石中のＡｌ_２Ｏ_３分やＳｉＯ_２分が寄与しているものと考えられる。

尚、トバモライトの結晶度を上げる鉱物として、従来からカオリンが知られている。カオリンはＡｌ_２Ｏ_３分やＳｉＯ_２分を含むが、粘土鉱物であるため、添加量が増えるとスラリー粘度が上昇するという欠点があった。

一方、本発明方法で用いる長石は、カオリンの添加に比べて鋳込時のスラリー粘度を上げることがない。長石は粘土鉱物のような微粉体でなく、粘土に比べて硬く且つ粉砕時の比表面積は粘土鉱物ほど大きく変わらない。また、長石は粘土鉱物のような層状構造体でなく、単結晶体であるため水を吸着せず、更には表面電荷もさほど上がらない。これらの性質を備えるため、長石は鋳込み時のスラリー粘度に与える影響が少ないものと考えられる。

また、珪酸質原料として用いる珪砂及び／又は珪石中の長石の含有量は、１５重量％以下とする必要がある。長石は明礬石（ＫＡｌ(ＳＯ_４)_２(ＯＨ)_６）に比べてトバモライトの結晶度に影響を与えないが、珪酸質材料中の含有量が１５重量％を超えると、珪酸質原料中のＳｉＯ_２分の含有量が低くなり、使用量が増加することで鉱物中に含まれるアルカリ分（Ｎａ、Ｋ等）も増加し、トバモライトの結晶度が低下しやすくなるからである。珪酸質原料中における長石の好ましい含有量は、１〜１２重量％の範囲である。

本発明方法においては、上記した珪酸質原料以外は、従来の一般的なＡＬＣの製造条件を採用することができる。例えば、原料中の全石灰分と全珪酸分との重量比率（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）はほぼ０.４〜０.８の範囲内になるように管理し、スラリーの水固体比（水／固体の重量比）は０.６５前後に調整すればよい。

正長石を０.５重量％含む珪砂を３,０００ブレーンの粉末度にボールミル粉砕して、試料１の珪酸質原料とした。この珪酸質原料４０重量％に、石灰質原料としてセメント２３重量％と生石灰５重量％、及び石膏５重量％、更に繰返し原料２７重量％を加え、これら粉末原料に水固体比０.６３となるように水を加えて混錬した。得られたスラリーに発泡剤のアルミニウム粉末を加え、型枠に注入して発泡硬化させた。所定時間の発泡硬化を経て得られたケーキ状半硬化体を、１８０℃、１１気圧のオートクレープにて８時間の水蒸気養生を施して、試料１のＡＬＣを製造した。

また、上記試料１の珪酸質原料の代わりに、下記表１に示すように、試料２では正長石を１重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したもの、試料３では正長石を３重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したもの、試料４では正長石を１０重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したもの、試料５では正長石を１５重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したもの、試料６では正長石を１６重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したもの、及び試料７では正長石を２０重量％含む珪砂を同様にボールミル粉砕したものをそれぞれ使用し、それ以外は上記と同様の条件でＡＬＣを製造した。

更に、従来例を示す試料８として、長石を含まない珪砂を３,０００ブレーンの粉末度にボールミル粉砕したものを珪酸質原料とし、それ以外は上記と同様の条件で試料８のＡＬＣを製造した。

これら試料１〜８の各ＡＬＣサンプルについて、Ｘ線回折によりトバモライトの結晶度を調べた。即ち、約３ｇのＡＬＣを１０５℃の乾燥機中で乾燥し、乳鉢で１５０μｍ以下に粉砕してサンプルを作製し、（２２０）面のピーク強度を求めた。トバモライトの（２２０）面のピーク強度が高いほど、トバモライトの結晶度に優れ、従ってＡＬＣの物性及び耐久性にも優れている。具体的には、（２２０）面のピーク強度が１０００ｃｐｓ以上のものを合格（○）判定とし、１０００ｃｐｓ未満のものを不合格（×）判定として、下記表１に示した。

また、上記試料１〜８について、原料スラリーの粘性を評価した。即ち、型枠に注入する直前の原料スラリーを採取し、ビスコテスター（リヨン社製）を用いて鋳込み時のスラリー粘度を測定した。鋳込み時のスラリー粘度が４.０ｄＰａ・ｓｅｃを超えると、ＡＬＣ中に不必要な空隙や巣が発生しやすくなるため、４.０ｄＰａ・ｓｅｃ以下を可（○）の判定とし、４.０ｄＰａ・ｓｅｃを超えるものを不可（×）として下記表１に示した。

表１の結果から、長石の含有量が１５重量％以下の珪酸質原料を使用して製造した本発明例である試料１〜５のＡＬＣは、Ｘ線のピーク強度の測定結果からトバモライトの結晶度が高く、しかしも従来例である長石を含まない試料８に比べてもトバモライトの結晶度が更に高くなり、物性面でも性能が良く且つ耐久性にも優れていることが分かる。一方、長石の含有率が１６重量％以上の試料６〜７では、トバモライトの結晶度が低下し、スラリー粘性も上がりすぎるため製造上好ましくないことが分かる。

Claims

珪酸質原料と石灰質原料の各粉末を主原料とし、これらの主原料にアルミニウム粉と水を加えて混練したスラリーを型枠に注入して発泡硬化させ、得られた半硬化体を切断して高温高圧水蒸気養生するＡＬＣの製造法において、前記珪酸質原料として１５重量％以下の長石を含む珪砂及び／又は珪石を使用することを特徴とするＡＬＣの製造方法