JP2007169101A

JP2007169101A - 耐火被覆材およびそれを用いたモルタル

Info

Publication number: JP2007169101A
Application number: JP2005367869A
Authority: JP
Inventors: Koji Okuyama; 康二奥山; Isao Terajima; 寺島　　勲
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP5037818B2

Abstract

【課題】優れた耐火性能と良好な作業性を有する耐火被覆材およびそれを用いたモルタルを提供する。
【解決手段】カルシウムアルミネート、石膏、凝結遅延剤、膨張材、および吸水ポリマーを含有する耐火被覆材であり、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏５０〜２００質量部、凝結遅延剤０．０５〜２質量部、膨張材１〜１５質量部、および吸水ポリマー０．５〜５質量部を含有することが好ましい。また、前記カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．０〜３．０であることが好ましい。さらに、前記耐火被覆材を練混ぜる際に水／耐火被覆材比（質量比）を０．５〜１．５としたモルタルである。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築物の屋根、梁、柱、壁などの耐火被覆に好適な耐火被覆材に関するものである。

カルシウムアルミネート、石膏などからなる耐火被覆材を用い、硬化体中にエトリンガイトを主体する水和物を生成させ、水和物の脱水時の吸熱作用により耐火性能を向上させることが報告されている（特許文献１、２）。

特開平７−４８１５３号公報特開平８-３２５０４４号公報

建築物の壁・柱などの内装の耐火被覆材として使用する際には、建物の容積を変化させないために薄いものが要求されている。そこで、カルシウムアルミネート、石膏、凝結遅延剤を用いた耐火被覆材をより薄く塗り、しかもエトリンガイトを多く生成させるため、水と、カルシウムアルミネート、石膏および凝結遅延剤からなる耐火被覆材の比を高くする必要があった。しかしながら、水比を高くすると、ダレ落ち、材料分離、初期乾燥収縮を受けるといった課題があった。
そこで、本発明は、優れた耐火性能と良好な作業性を有する耐火被覆材およびそれを用いたモルタルを提供する。

すなわち、本発明は、（１）カルシウムアルミネート、石膏、凝結遅延剤、膨張材、および吸水ポリマーを含有する耐火被覆材、（２）カルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏５０〜２００質量部、凝結遅延剤０．０５〜２質量部、膨張材１〜１５質量部、および吸水ポリマー０．５〜５質量部を含有する（１）の耐火被覆材、（３）カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．０〜３．０である（１）または（２）の耐火被覆材、（４）（１）〜（３）のいずれかの耐火被覆材を練混ぜる際に水／耐火被覆材比（質量比）を０．５〜１．５としたモルタル、である。

本発明の耐火被覆材に水を加えたモルタルは、優れた耐火性能と良好な作業性を示す。

以下に本発明の詳細を説明する。

本発明で使用するカルシウムアルミネートは、化学成分としてＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするものである。Ｒ_２Ｏ（ＲはＮａ、Ｋなどのアルカリ金属）、ＳＯ_３などを有効成分として含有するものも含まれる。カルシウムアルミネートの具体例としては、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡとすると、Ｃ_３Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、Ｃ_１１Ａ_７・ＣａＦ_２、ＣＡと示される鉱物成分などを含有するものが挙げられる。また、カルシウムアルミネートは、結晶質、非晶質のいずれも使用可能である。

さらに、上記カルシウムアルミネートの他、例えば、石膏や硫酸ナトリウムなどの無機硫酸塩との混合物、またはそれらの混合物の溶融成分、アルカリ金属を含むカルシウムアルミネート焼成物、ＳｉＯ_２を多量に含有する冶金スラグなどのアルミノ珪酸カルシウムなどが本発明のカルシウムアルミネートとして使用可能である。また、これらの１種または２種以上を併用しても良い。

本発明で使用するカルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、１．０〜３．０が好ましく、１．５〜２．５がより好ましい。１．０より小さい場合には、長期強度が発現されない場合があり、３．０より大きい場合には可使時間が取れない場合がある。
特に、急硬性、強度発現性および耐久性の面から、Ｃ_１２Ａ_７組成を有する溶融物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートの使用が好ましい。

本発明で使用するカルシウムアルミネートの粉末度は、ブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、急硬性、強度発現性および耐久性の面から４０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。

本発明で使用する石膏は、特に限定されるものではなく、二水石膏、半水石膏または無水石膏のいずれも使用可能であるが、急硬性と強度発現性の面でＩＩ型無水石膏の使用が好ましい。

本発明で使用する石膏の粉末度はブレーン値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、急硬性、強度発現性および耐久性などの面から４０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。

本発明で使用する石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましく、７５〜１５０質量部がより好ましい。５０質量部以下であると十分な可使時間が確保しにくく、初期の強度発現性が良好なものの、その後の強度発現性が低くなる傾向があり、２００質量部を超えると、作業時間が確保できるものの、初期や長期の強度発現性が低下する傾向がある。

本発明で使用する凝結遅延剤は、特に限定されるものではないが、リン酸、酒石酸、クエン酸およびグルコン酸など、またはこれらの塩である有機酸類と、炭酸ナトリウム、カリウムなどの無機炭酸塩を併用したものの使用が好ましい。

本発明で使用する凝結遅延剤の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、０．０５〜２．０質量部が好ましく、０．２〜０．７質量部が好ましい。０．０５質量部未満では３０分以上の作業時間の確保が難しく、２．０質量部を超えると硬化までにかなりの時間を要し、強度発現性が低下する傾向がある。

本発明で使用する膨張材は、特に限定されるものではないが、遊離石灰−アウイン−無水石膏系膨張材、遊離石灰−カルシウムシリケート−無水石膏系膨張材、カルシウムサルホアルミネート系膨張材などであり、セメントに添加した場合に膨張反応を示す膨張材であり、この中ではカルシウムサルホアルミネート系膨張材が好ましく、これらの１種または２種以上を併用して使用することが可能である。

本発明で使用する膨張材の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、１〜１５質量部が好ましく、３〜１０質量部がより好ましい。１質量部未満であると、膨張材による増粘効果が発揮されず、練混ぜたモルタルが材料分離する恐れがあり、１５質量部を超えると異常膨張する場合がある。

本発明に使用する吸水ポリマーとは、特に限定されるものではないが、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースおよびヒドロキシエチルエチルセルロースなどのセルロース類、アルギン酸、アルギン酸ソーダ、β-１，３グルカン、プルラン、グアーガム、カゼインおよびウェランガムなどの多糖類、酢酸ビニル、エチレン、塩化ビニル、メタクリル酸、アクリル酸、アクリル酸ソーダおよび不飽和カルボン酸などのビニル重合体やこれらの共重合体、ならびに酢酸ビニル重合体やその共重合体をケン化したポリビニルアルコール骨格に変性したものなどのエマルジョン類が挙げられ、これらの中ではアクリル系が好ましく、これらの１種または２種以上を併用しても良い。

本発明に使用する吸水ポリマーの使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して０．５〜５部が好ましく、１〜３．０質量部がより好ましい。０．５質量部未満であると、練りあがったモルタルがこて塗りできない場合があり、５質量部以上であると、こて塗りはできるものの長期強度が低下する場合がある。

本発明の耐火被覆材をドライセメントモルタルとして使用する場合、練混ぜ水量は、水／ドライセメントモルタル比（質量比）で０．５〜１．５が好ましく、０．７〜１．１がより好ましい。０．５未満であると、所定の耐火性能が得られない場合があり、１．５より大きい場合には乾燥収縮が大きくなる場合がある。

本発明において、セメント、砂および砂利などの骨材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、発泡剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、ベントナイトなどの粘土鉱物、ならびにハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの添加剤のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

また、シリカフューム、ジルコンフラワーおよび超微粉アルミナなどの各種微粉耐火材や、ボーキサイト、シャモットおよび焼結アルミナなどの各種耐火骨材も使用可能である。

さらに、必要に応じて剥離や剥落防止と強度保持のために、セルロース系やビニロン系などの有機糊剤、ビニールやセルロースなどの有機繊維、アルミナ繊維やガラス繊維などの無機繊維を併用することも可能である。軽量化と断熱のために、軽量骨材、発泡剤、中空微小球および耐火性を有するフィラーを併用することも可能である。

以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実施例１」
カルシウムアルミネート１００質量部に対し、石膏８０質量部、凝結遅延剤０．４質量部、膨張材７質量部、吸水ポリマー２質量部を混合してドライセメントモルタルとし、水／ドライセメントモルタル比を０．７（質量比）として練混ぜた。試験室の温度は２０℃とした。なお、比較例として、実験No.1-5の配合において、膨張材を配合しないで試験を行った（実験No.1-11）。

〈使用材料〉
カルシウムアルミネート：電気炉を用い、純度９６質量％の生石灰と純度８６質量％のアルミナの混合物を溶融し、その溶融物を圧縮空気で吹き飛ばして急冷した後、粉砕しブレーン比表面積６０００ｃｍ^２／ｇの表１に示す各種ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比の非晶質カルシウムアルミネートを試作した。
石膏：ＩＩ型無水石膏、ブレーン比面積７０００ｃｍ^２／ｇ、市販品
凝結遅延剤：市販試薬１級の炭酸カリウムとクエン酸の質量比３／１の混合物
膨張材ａ：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、電気化学工業社製、商品名「デンカＣＳＡ２０＃」
吸水ポリマーａ：アクリル酸系、三洋化成工業社製、商品名「サンフレッシュＳＴ−５００ＭＰＳ」

〈試験項目〉
ゲル化試験：練混ぜたモルタルをゲルカップに分取し、温度計にて１℃上昇するまでに掛かった時間をゲルタイムとした。
圧縮強度試験：ＪＩＳＲ５２０１に準拠
こて仕上げ性試験：３０×３０ｃｍのコンクリート版を横に立てかけて、水と練混ぜた耐火被覆材をこてを用いて塗った。こて塗りができた場合は○、こて塗りができなかった場合は×とした。
乾燥収縮試験：こて塗りし終わった後に２０℃、ＲＨ６０％の試験環境下に試験体を置き、材齢１日に表面に０．２ｍｍ以上のひび割れが発生しているか、クラックスケールを用いてその有無を測定した。
耐火性試験：耐火性能としては、Ｈ形鋼４００×２００×１０×１３、Ｌ２０００ｍｍに本発明耐火被覆材を鉄骨表面からの皮膜厚が２０ｍｍになるようにこて仕上げを行い、試験体を２８日間気中養生し、ＪＩＳＡ１３０４「建築構造部分の耐火被覆試験」に準じ、熱源を都市ガスとした加熱装置で１時間加熱試験を行った。耐火性評価として、亀裂の分散度、耐火被覆材の浮きや剥離等を目視で観察した。亀裂がよく分散し浮きや爆裂が無いものを○、一部浮きが生じているものを△、爆裂が生じているものを×とした。

表１より、本発明の耐火被覆材のモルタルは、こて仕上げ性が良好で、乾燥収縮によるひび割れもなく、耐火性に優れていることが分かる。

「実施例２」
電気炉を用い、純度９６質量％の生石灰と純度８６質量％のアルミナの混合物を溶融し、その溶融物を圧縮空気で吹き飛ばして急冷した後、粉砕しブレーン比表面積６０００ｃｍ^２／ｇのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が２．０の非晶質カルシウムアルミネートを試作した。この非晶質カルシウムアルミネート１００質量部に対し、凝結遅延剤０．４質量部、膨張材７質量部、吸水ポリマー２質量部、表２に示すように石膏の使用量を変えて混合してドライセメントモルタルとし、水／ドライセメントモルタル比を０．７（質量比）として練混ぜた。それ以外は実施例１と同様に試験を行った。結果を表２に示す。

表２より、本発明の耐火被覆材のモルタルは、こて仕上げ性が良好で、乾燥収縮によるひび割れもなく、耐火性に優れていることが分かる。

「実施例３」
実施例２で試作したカルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏１００質量部、凝結遅延剤０．４質量部、膨張材７質量部、表３に示すように吸水ポリマーの使用量を変え混合してドライセメントモルタルとし、水／ドライセメントモルタル比を０．７（質量比）として練混ぜた。モルタルのフロー値を測定したこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表３に示す。

＜使用材料＞
吸水ポリマーｂ：デンプン・アクリル酸ソーダ系、三洋化成工業社、商品名「サンフレッシュＳＴ−１００ＭＰＳ」
吸水ポリマーｃ：ポリアクリルアミド系、三井化学アクアポリマー社製、商品名「アコスターＳＡ１００」

〈試験項目〉
フロー試験: ＪＩＳＲ５２０１に準拠
こて仕上げ性試験：２０×１０ｃｍのコンクリート版を横に立てかけて、水と練混ぜた耐火被覆材をこてを用いて塗った。こて塗りでダレがない場合は○、ダレてこて塗りができなかった場合は×とした。

表３より、本発明の耐火被覆材のモルタルは、吸水ポリマーの使用によりこて仕上げ性良好になることが分かる。

「実施例４」
実施例２で試作したカルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏１００質量部、凝結遅延剤０．４質量部、吸水ポリマー２質量部、表４に示すように膨張材の使用量を変え混合してドライセメントモルタルとし、水／ドライセメントモルタル比を０．７（質量比）として練混ぜた。材料分離試験と異常膨張判定試験を行ったこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表４に示す。

＜使用材料＞
膨張材ｂ：遊離石灰−アウイン−無水石膏系膨張材、電気化学工業社製、商品名「デンカパワーＣＳＡタイプＳ」
膨張材ｃ：遊離石灰−カルシウムシリケート−無水石膏系膨張材、太平洋マテリアル社製、商品名「エクスパン」

〈試験項目〉
材料分離試験:練混ぜから３０分後にＪＩＳＲ５２０１に記載されているフロー試験を行った。１２５ｍｍ以下では材料分離がなく良好な施工性のため◎、１２５〜１５０ｍｍは材料分離がないため○、１５０ｍｍ以上は材料分離があるため×とした。
ひび割れ発生判定試験：練混ぜた耐火被覆材を２０℃水中養生で２８日間行い、表面にひび割れが発生していない場合には○、ひび割れが少し発生している場合には△、ひび割れが多く発生している場合には×とした。

表４より、本発明の耐火被覆材のモルタルは、材料分離が無く、ひび割れ発生が無いことが分かる。

「実施例５」
実施例２で試作したカルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏１００質量部、凝結遅延剤０．４質量部、膨張材７質量部、吸水ポリマー２質量部とし、表５に示すように水／ドライセメントモルタル比を変えたこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表５、６に示す。なお、耐火性試験では、鋼材の温度、亀裂の平均長、亀裂の本数、亀裂の状態について測定した。

〈試験項目〉
耐火性試験：耐火性能としては、Ｈ形鋼４００×２００×１０×１３、Ｌ２０００ｍｍに本発明耐火被覆材を鉄骨表面からの皮膜厚が２０ｍｍになるようにこて仕上げを行い、試験体を２８日間気中養生し、ＪＩＳＡ１３０４「建築構造部分の耐火被覆試験」に準じ、熱源を都市ガスとした加熱装置で１時間加熱試験を行った。耐火性評価として、鋼材の温度と加熱した後に耐火被覆材に生じている亀裂で評価を行った。なお、亀裂は３本以上も亀裂が交差した点を亀裂の始点あるいは終点とした。ただし直交している場合は終点とみなさなかった。
亀裂の平均長：亀裂の始点から終点までの長さの平均値をｃｍ単位で示した。
亀裂の本数：試験体全体の亀裂の本数を示した。
亀裂の状態：亀裂の分散度、耐火被覆材の浮きや剥離等を目視で観察した。

表５、６より、本発明の耐火被覆材のモルタルは、こて仕上げ性が良好で、乾燥収縮によるひび割れもなく、耐火性に優れていることが分かる。

本発明の耐火被覆材を使用したモルタルは、優れた耐火性能と良好な作業性を有し、建築物の屋根、梁、柱、壁などの耐火被覆に好適である。

Claims

カルシウムアルミネート、石膏、凝結遅延剤、膨張材、および吸水ポリマーを含有する耐火被覆材。
カルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏５０〜２００質量部、凝結遅延剤０．０５〜２質量部、膨張材１〜１５質量部、および吸水ポリマー０．５〜５質量部を含有する請求項１に記載の耐火被覆材。
カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．０〜３．０である請求項１または２に記載の耐火被覆材。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火被覆材を練混ぜる際に水／耐火被覆材比（質量比）を０．５〜１．５としたモルタル。