JP2008133161A - セラミックス含有起泡コンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性及び防水性に優れ、直接土壌上に施工可能であるうえに、適度な圧縮強度を有するセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法を提供する。
【解決手段】まず、少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有する起泡セメントミルクを周囲が囲まれた施工箇所に流し込み、次いで、前記起泡セメントミルク上にセラミックス製骨材を散布するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、断熱性に優れ、施工容易であるうえに、施工後において十分な圧縮強度を有するコンクリートの製造方法等に関するものである。

従来、コンクリートやモルタルは建築材料として広く用いられているが、断熱性に乏しいという欠点がある。そこで、例えば骨材に瓦を混入させることにより、断熱性向上等を図ったものが知られている（特許文献１）が、通常のコンクリートに比べて大幅に断熱性を向上させたとは言いがたい。また、起泡コンクリートは、多数の気泡からなり多孔質であることより、断熱性が高いという特徴を有するが、単独では圧縮強度が極めて低いため、建築材料としての用途は限られている。

さらに、施工箇所が土壌上である場合、フレッシュコンクリートやフレッシュモルタルを直接土壌上に流し込むとセメントと水からなるセメントミルクが土壌中にしみこんでしまう。このため、土壌上に施工する場合は、砕石上にいわゆる捨てコンクリートを敷いて土壌への染み込みを防止した上で、さらに断熱材（硬質ウレタンフォームや防水フィルムなど）を敷き込み、その上からフレッシュコンクリートやフレッシュモルタルを流し込むといった複雑な工程が必要になる。
特開２００２−１０４８６５

そこで本発明は、断熱性に優れ、直接土壌上に施工可能なうえ、耐圧縮性においても問題のない、セラミックス含有起泡コンクリートの製造方法等を提供すべく図ったものである。

すなわち本発明（請求項１）に係るセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法は、少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有する起泡セメントミルクを周囲が囲まれた施工箇所に流し込む工程（根切工）、及び、前記起泡セメントミルク上にセラミックス製骨材を散布する工程を備えていることを特徴とする。

また、本発明（請求項２）に係るセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法は、少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有する起泡セメントミルクにセラミックス製骨材を混合する工程、及び、混合状態にある起泡セメントミルク及びセラミックス製骨材を、周囲が囲まれた施工箇所に流し込む工程（根切工）を備えていることを特徴とする。

このような本発明によれば、起泡コンクリート中に骨材が散在しており、その骨材が周囲を囲まれた施工箇所に充填されて逃げ場がない状態となっているため、圧縮に対して主として骨材の作用で十分な強度を有し、一般建築工事に対応することが可能なものとなる。なお、上述したことから、セメントミルク量としては、セラミックス製骨材が施工箇所に充填された状態でその隙間をちょうど埋める程度が好ましく、その配分比は、セラミックス製骨材の大きさや形状にもよるが、通常は、体積比で１：２（セメントミルク：骨材）程度が好ましい。

また、骨材の隙間に入り込んだ起泡セメントミルクにより、断熱性が格段に向上する。骨材が瓦等のセラミック製である点でも、断熱性向上に寄与できる。
さらに、起泡セメントミルクは、泡状であるため、液体のセメントミルクとは異なり土壌に速やかに染み込むことがなく、土壌に直接流し込んでもほとんど染み込まずに硬化する。したがって、従来のように砕石や捨てコンクリート等を敷くといった工程を不要にできる。

特に、請求項１に係る発明によれば、起泡セメントミルクと骨材とを予め撹拌するのではなく、施工箇所に流し込んだ起泡セメントミルクの上から骨材を散布し、骨材を自重により起泡セメントミルク中に沈降・分散させることにより、気泡のサイズを変えることなく、起泡コンクリート中にセラミック骨材を散在させることができ、これにより、起泡コンクリートの断熱性をより向上させることができる。これとは逆に、骨材を施工箇所に散布した後、起泡セメントミルクを流し込んだのでは、起泡セメントミルクが骨材間に十分に行き亘りにくくなり、所望の性能を発揮することが難しくなる。

本発明の製造方法においては、まず、起泡セメントミルクを土壌に設けた凹部（根切工）や通常コンクリートなどで周囲を囲った施工箇所に流し込む。

前記起泡セメントミルクは、少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有するものである。前記セメントとしては特に限定されないが、一般的にはポルトランドセメントが用いられる。前記起泡剤としては特に限定されず、通常使用されているもののなかから適宜選択して用いることができる。前記起泡セメントミルクの各成分の配合比は用途に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。

更に前記起泡セメントミルクは、例えば、ＡＥ剤、減水剤、凝結・硬化調節剤、防錆剤、繊維質補強材、ポリマー混和剤、シリカ質混和材料等のコンクリート添加剤や、砂・砂利等の他の骨材を適宜必要に応じて含有してもよい。

前記起泡セメントミルクを土壌上に直接流し込んだ場合は、セメントミルクはフレッシュコンクリートやフレッシュモルタルとは異なり土壌中にしみ込まないので、施工箇所が土壌上であっても、捨てコンクリート等を必要とせず、直接土壌上に施工することができる。

本発明の製造方法においては、次いで、前記起泡セメントミルク上にセラミックス製骨材を散布する。

本発明の製造方法の一実施態様として地下室建設時の断熱工事を図面を参照して説明する。なお、本発明の製造方法は、地下室建設時に限定されず、通常家屋の基礎部分等にも応用可能である。

地下室６建設時の断熱工事においては、まず、図１に示すよう施工箇所である土壌を掘り起こし、地盤７にコンクリートパイル５等の基礎を打った後、起泡セメントミルク１を流し込み、次いで前記起泡セメントミルク１上にセラミックス製骨材２を散布する。すると、セラミックス製骨材２は自重によって前記起泡セメントミルク１中に沈み込み、図２に示すように（図４にも詳細に示すように）、前記起泡セメントミルク１中に分散する。この際、起泡セメントミルク中に添加した骨材を攪拌することにより分散させる場合とは異なり、起泡セメントミルク１の気泡サイズは影響を受けず、気泡が結合してサイズが大きくなり、得られるコンクリートの断熱性が低下することはない。前記セラミックス製骨材２が内部に分散した状態で前記起泡セメントミルク１が固化することによりセラミックス含有起泡コンクリートが得られ、これが床下断熱層３として機能する。

更に床下断熱層３上に地下室６を建造し、その側壁と土壌との間に、図２に示すように再度起泡セメントミルク１を流し込み、その上からセラミックス製骨材２を散布することにより、図３に示すように床下断熱層３と同様に地下室の側壁外周にも側面断熱層４を設けることができる。

なお、起泡セメントミルクにセラミックス製骨材を予め混合しておいて、これを施工箇所に流し込んでもよい。その場合は、起泡セメントミルクとセラミックス製骨材を工場等で正確に混ぜることができるといった利点はあるが、前述したように、混合中に気泡同士が合体して大きくなるなど、気泡の大きさの制御が難しく、場合によっては、断熱性が前述の工法のものと比べてやや劣る場合がある。
前記セラミックス製骨材は多孔質であるので、起泡コンクリート同様、断熱性に優れ、起泡コンクリートの断熱性を損なうことはない。

前記セラミックス製骨材としては特に限定されないが、例えば、瓦を粉砕してなるものを使用することができる。これまで日本瓦は、高温多湿な気候のわが国で防水・断熱材として欠かせない建築材料であったが、近年の住宅のプレハブ化や建築技術・材料の変化によって、その使用量が減少している。更に、廃棄された日本瓦は産業廃棄物として埋め立て処分されており、年々増える処分量に各自治体とも苦慮している。本発明によれば、このような優れた断熱性及び防水性を有する瓦の新たな用途を提供することもできる。なお、本発明者らが調べたところ、瓦の熱伝導率は０．４０±０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり極めて高い断熱性を有しているのに対して、セメントコンクリートの熱伝導率は１．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、セメントモルタルの熱伝導率は１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、いずれも断熱性に乏しい建築材料であった。また、一般的なセメントコンクリートの圧縮強度が２１Ｎ／ｍｍ^２程度或いはそれ以上であるのに対して、瓦骨材の圧縮強度は３００Ｎ／ｍｍ^２程度であり、圧縮強度の点でも極めて優れている。

前記セラミックス製骨材の粒径は、２〜３０ｍｍであることが好ましい。粒径が２ｍｍ未満であると、起泡セメントミルク中で骨材が凝集してしまい均一に分散せず、粒径が３０ｍｍを超えると、骨材が起泡セメントミルク中に分散せずに沈みこんでしまう。このような粒径２〜３０ｍｍであるセラミックス製骨材としては、例えば、図５に示す粒径分布を有するものから粒径２ｍｍ未満のもの及び粒径が３０ｍｍを超えるものを除いたものが挙げられる。なお、図５において、実線はセラミックス製骨材の粒径分布を示すグラフであり、点線はＪＩＳ Ａ ５００５に定められたコンクリート用骨材の規格範囲を示しており、図５に示す粒径分布を有するセラミックス製骨材がＪＩＳ Ａ ５００５に定められた規格範囲に包含されることが提示されている。

前記セラミックス製骨材の配合量としては特に限定されないが、例えば、質量比において、セメント１に対して、粒径３ｍｍ以下の細骨材に相当するものが０．５〜３程度であり、粒径が３ｍｍを超える粗骨材に相当するものが１〜３程度であることが好ましい。

前記起泡セメントミルク中にセラミックス製骨材が分散した状態で起泡コンクリートが固化することにより、起泡コンクリートの優れた断熱性、防水性は損なわれずに、圧縮強度が改良されたセラミックス含有起泡コンクリートを得ることができる。本発明に係る製造方法により得られたセラミックス含有起泡コンクリートもまた本発明の１つである。

本発明の製造方法により得られたセラミックス含有起泡コンクリートの断熱性も、各成分の配合比により適宜調整することが可能であるが、熱伝導率が０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。セメント系建築材料は一般的に断熱性が低く、通常のセメントコンクリートの熱伝導率は１．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、骨材としてセラミックスを使用したセメントコンクリートであっても１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。これに対して本発明の製造方法により得られるセラミックス含有起泡コンクリートは熱伝導率を０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることができ、更に０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下という高い断熱性を発現させることも可能である。

本発明の製造方法により得られたセラミックス含有起泡コンクリートの用途としては特に限定されないが、その優れた断熱性や圧縮強度から建築物の基礎外断熱材が好適に挙げられる。従来使用されている基礎外断熱材としては硬質ウレタン等が主流であるが、これらは地下水による腐食やしろありなどによる被害がある点、土圧や建築物の加重に対する強度の点、更に自然界で分解されにくい素材である点等の問題点を有する。また、ひび割れなどにより雨水や地下水が浸透しやすいコンクリートやモルタルを土壌上に施工する場合は、防水のために樹脂製の防水壁等を設けることが必要である。これに対して、本発明の製造方法により得られたセラミックス含有起泡コンクリートは、地下水に対して防水性を有するうえに、土圧や建築物の加重に対しても充分な圧縮強度を有する。更に本発明の製造方法においては、起泡セメントミルクは多数の気泡よりなるので、土壌上に直接施工してもコンクリートやモルタルのように土壌中への浸入による品質の低下を招くことがない。このため、セラミックス含有起泡コンクリートを土壌上に施工する際には予め砕石や捨てコンクリート、あるいは断熱材や防水フィルム等を敷設する必要がなく、直接流し込み施工することができる点からも、本発明の製造方法により得られたセラミックス含有起泡コンクリートは冷蔵倉庫の土間コンクリートや床断熱材に用いることができるなど、基礎外断熱材として好適である。

このような本発明に係るセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法によれば、コンクリート自身の断熱性及び耐圧縮性を同時に向上させることができる上、更に土壌に直接施工可能となる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

＜圧縮強度の評価＞
下記の方法により、表１に示した組成を有するコンクリートを作製した。
サンプル１〜３（セラミックス含有起泡コンクリート）
骨材以外の成分を合わせて撹拌・混合した後、試験用型枠の凹部に充填し、その上から骨材を散布し、２０℃、５５％ＲＨの恒温恒湿室に１４日間放置して固化し、評価用サンプルとなるコンクリートを得た。

なお、表１中の各成分は以下のとおりである。
セメント：普通ポルトランドセメント（密度３．１５）
骨材：京瓦道ＲＣ−３０（國陽社製）のうち粒径３ｍｍ以下のものを細骨材として、３ｍｍを超えるものを粗骨材として使用
起泡剤：ＮＳＲ−２０Ｓ（東邦化学工業社製）

前記凹部中に充填されているセラミックス含有起泡コンクリートの上に、２７^３ｋｇ・重／ｍ^３（この分野では単位として２７ｔ／ｍ^３と言うこともある）荷重をかけたところ、沈み込みはほとんど生じなかった。通常地盤強度は１０^３ｋｇ・重／ｍ^３の耐圧があれば、ボーリングを行わなくとも建築物の建造可能な規定（ただし京都府の規定）になっていることから、建築物に用いるコンクリートとしては、十分な圧縮強度を有していることがわかった。

＜熱伝導率の評価＞
評価用サンプルを作製する容器として、縦３００．２ｍｍ×横約３０１．４ｍｍ×厚さ５７．５ｍｍの型枠を使用し、サンプル７としてサンプル１〜３と同様の組成を有するコンクリートを作製した。得られたコンクリートの熱伝導率を熱流計法により測定し、結果を表２に示した。なお、サンプル８は、比較のために作成した起泡させていないセラミック含有コンクリートであり、双方２０℃、５５％ＲＨの恒温恒湿室に１４日間放置して固化させたものである。
サンプル７の試験番号：ＩＶＢ−０６−０１１３
サンプル８の試験番号：ＩＶＢ−０６−０１１２
（いずれも財団法人日本建築総合試験所 試験研究センターでの公的試験結果）

なお、１４日間の放置後、さらに１０５℃の雰囲気内で４日間乾燥させた状態（絶乾状態ともいい、自然状態ではほとんどありえない）でのサンプル７の熱伝導率は０．２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。ちなみに他の特許出願で、この状態での熱伝導率を開示している例があるが、自然状態ではほとんどあり得ない状態であるから、あまり意味のない値である。

これらの結果より、起泡コンクリート中にセラミックス製骨材が分散しているセラミックス含有起泡コンクリートは建築物の基礎材として充分な圧縮強度を有しており、また、セラミックス含有起泡コンクリートの方が、一般的なコンクリート中にセラミックス製骨材を分散させたセラミックス含有コンクリートよりも、著しく熱伝導率が低い、すなわち、遥かに断熱性に優れていることがわかった。

本発明によって、断熱性及び防水性に優れ、更に土壌上に直接施工可能である起泡コンクリートに対して、圧縮強度を向上させることにより、新たな用途を提供することができる。更に、廃棄物として処分されている日本瓦の新たな用途も提供することができる。

本発明の一実施形態における施工要領を示す概念図。 同。 同。 本発明により得られるセラミックス含有起泡コンクリートの断面図。 セラミックス製骨材の粒径分布を示すグラフ。

符号の説明

１…起泡セメントミルク
２…セラミックス製骨材
３…床下断熱層
４…側面断熱層
５…コンクリートパイル
６…地下室
７…地盤

Claims (8)

1. 少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有する起泡セメントミルクを、周囲が囲まれた施工箇所に流し込む工程、及び、
   前記起泡セメントミルク上にセラミックス製骨材を散布する工程
   を備えていることを特徴とするセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法。
2. 少なくともセメント、水、及び、起泡剤を含有する起泡セメントミルクにセラミックス製骨材を混合する工程、及び、
   混合状態にある起泡セメントミルク及びセラミックス製骨材を、周囲が囲まれた施工箇所に流し込む工程
   を備えていることを特徴とするセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法。
3. 前記セラミックス製骨材は、瓦を粉砕してなるものである請求項１又は２記載のセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法。
4. 前記セラミックス製骨材は、粒径が２〜３０ｍｍである請求項１、２又は３記載のセラミックス含有起泡コンクリートの製造方法。
5. 請求項１、２、３又は４記載の製造方法により得られることを特徴とするセラミックス含有起泡コンクリート。
6. 側周囲を拘束されている状態での圧縮強度が１０^３ｋｇ重／ｍ^２以上である請求項５記載のセラミックス含有起泡コンクリート。
7. 熱伝導率が０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項５又は６記載のセラミックス含有起泡コンクリート。
8. 請求項５、６又は７記載のセラミックス含有起泡コンクリートからなることを特徴とする建築物の基礎外断熱材。