JP2009035473A - 土木建築用の主に黄土を用いた材料組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】慣用の技術は、水養生を通して建材の強度を出すため大量のセメントを使用しなくてはならず、セメントの使用で発生する強アルカリ性物質及びその他の有害物質を除去するための手段が不十分である、建築用材料組成物を提供する。
【解決手段】建築用レンガ、加熱床板、建築用ブロックその他等の建築用の構造体を成形するための、主に黄土を用いた材料組成物、特には主に黄土を用い、黄土、真砂土、水養生材料として機能する少量のセメント、凝固用材料として機能する凝固剤、組織の緻密度を改善して防水性と強度を付与するためのアクリル単量体、及び機能性粉体を含む建築用材料組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築用レンガ、加熱床板、建築用ブロックその他等の建築用の構造体を成形するための、主に黄土を用いた材料組成物、特には主に黄土を用い、黄土、真砂土、水養生材料として機能する少量のセメント、凝固用材料として機能する凝固剤、組織の緻密度を改善して防水性と強度を付与するためのアクリル単量体、及び機能性粉体を含む建築用材料組成物に関する。

近年、土木建築の分野ではセメントが広く用いられ、土木建築の発展に多大な貢献をしている。しかしながら、セメントは人体に有害であることが知られており、建築の初期段階において不快な臭気を発し、様々な種類の癌及びアトピー性皮膚炎等の各種皮膚病その他を引き起こす。更に、セメント廃材を地中に埋めると地中から浸出液が滲み出て、地下水と飲料水が汚染される。特に、その沿岸に沿って多くのセメント工場が建っている東海（訳注：日本海のこと。韓国では東海と呼ぶ）の海底では深刻な白化現象が起きており、海草や海産物の養殖が困難になりつつある。

家屋、アパート、オフィス等のセメント建造物によって引き起こされるダメージを軽減し、セメントに起因するシックハウス症候群の症状を克服するための計画の一端として、主に黄土を用いて建設構造体又は建築構造体で使用するセメントの量を低下させる方法と手段が提案されている。更に、人間が健康的かつ心地よい生活を送ることが可能な空間を提供するための手段も提案されている。

慣用の技術としては、主に黄土を用いた建設構造体の中でも、黄土を幾つかの段階にわけて乾燥させて品質を向上させ、乾燥させた黄土に機械的な振動を加え、振動を加えた黄土を圧縮成形し、次に成形した黄土を高温で焼成することで製造した焼成黄土レンガの質は高いが、黄土レンガを製造するには膨大な熱エネルギーが必要であり、黄土レンガの製造施設は広大な敷地を占めることから製造コストが増大し、経済効率が低下するという点で問題であり、白色セメント、石灰、瀝青質、パルプ等を黄土に添加することで得られる建材から成るその他の建設構造体は、強度と耐久性を確保するのが困難であり、その機能は建設構造体の質という観点において、特には屋外物や環境によりダメージを受けるという点で問題がある。

更に、主に黄土を用いた建設構造体についての慣用の技術として、韓国特許登録第１０−０６８６９４４号は、黄土を用いた高熱伝導性韓国式床暖房を開示している。

黄土を用いた高熱伝導性韓国式床暖房は上から下にむかって順番に仕上げ層、金属薄板から成るハニカム構造板又はそこに設けられた格子構造を有する黄土保持層、アルミニウムから成る、発熱層を覆うための電磁波遮断材料、第二断熱材、空気層と共にそこに形成された充填材、及び第一断熱材を含む。

黄土を用いたこの韓国式床暖房は、電熱線を用いることから有害な電磁波による影響があり、環境への配慮を欠き、又、その下層は不織布から成る第一断熱層、空気層と共にそこに形成された充填材及び第二断熱材を含み、その上層は仕上げ層、金属薄板から成るハニカム構造板又は格子構造を有するそこに形成された黄土保持層を含み、ハニカム構造又は格子構造を形成している金属材料の厚さが最高で５０〜１００μｍ、金属材料は黄土粉末で充填されていることから、黄土それ自体の硬化又は凝固による強度は全く期待できず、加えて支持体は上から伝わる内圧（負荷）に持ちこたえることができないという点で問題である。

更に、主に黄土を用いた建築構造体についての別の慣用の技術として、韓国未審査特許公報第１０−２００７−０００７７５４号は、火山石と黄土を用いた韓国式加熱床シートとその製造方法を開示している。加熱床シートは既定の量の水性バインダ溶液をジュート布に挟まれた既定の厚さの黄土と火山石又は黄土と貝殻片に適用し、得られたものを押圧して硬化させ、次にジュート布の片面に接着剤を塗布し、次にその上に天然加熱床シートを接着、層状化することで製造される。この加熱床シートは水溶性バインダによって硬化させるため、その強度は非常に低い。更に、バインダは水溶性であるため、床シートは水分を吸収し、湿度が高い時には膨張し、湿度が低い時には大きく収縮してしまい、粒子間の接着力は低下し、ひどい場合は粒子が粉砕されてしまう。更に、熱硬化性樹脂を接着層として使用しているため、溶剤の使用は不可欠となり、ホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が発生し、その結果、加熱床シートは人体に有害となり、環境に良くない。

他にも、建材について慣用の技術が開示されている。例えば、韓国未審査特許公報第１０−２００７−００１３３４６号は、黄土モルタルを用いた断熱材とその製造方法を開示しており、韓国特許登録第１０−０７０３０５４号は黄土ブロックとその製造方法を開示しており、韓国未審査特許公報第１０−２００６−０１１９８５１号は、黄土を用いたパネルの製造方法を開示している。これらの慣用の技術は、環境に配慮した建設資材の製造を主な目的としたものであるが、水養生を通して建材の強度を出すため大量のセメントを使用しなくてはならず、セメントの使用で発生する強アルカリ性物質及びその他の有害物質を除去するための手段が不十分であることから問題である。

従って、本発明は従来技術で生じている上述の問題を念頭において成されたものであり、本発明の目的は主に黄土を用いた建材用の組成物を提供することであり、これによりセメントから発生する有害な物質の量は低下可能であるが、これは黄度が特有の有利な特徴を有し、少量のセメントしか使用しないからである。又、少量のセメントの使用による、不十分な水和に負うところの物理的性質の低下は凝固により補強可能であり、建物の防水性、曲げ強度、引張強度及びせん断強度はアクリル単量体の添加により組織が緻密化されることから改善可能であり、モナザイト粉末、イライト粉末等の機能性材料が添加されているため人体に有用な強陰イオンと遠赤外線を発生、放射可能であり、黄土とイライトの特性により、抗生作用、断熱性、防振性、防音性、脱臭性等の随伴機能が実現可能である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の表を参照しながら詳細に説明する。

上記の目的を達成するために、本発明は黄土を主成分として使用して土木建築用の材料組成物を提供し、組成物は黄土５０重量％；真砂土３０重量％；白色セメント１０重量％；架橋剤を含有する液体アクリル単量体３．５重量％；凝固剤２．５重量％；イライト１．５重量％；モナザイト粉末１．５重量％；及び混和剤１．０重量％を含む。ここで、本発明の材料組成物を用いて作られる建設構造体はセメントの水和を通した水養生法と、凝固剤を用いた凝固法と、架橋剤を含有したアクリル単量体を用いた架橋反応を通しての硬化法の組み合わせを用いて製造することができる。

材料組成物においては、黄土に含まれるフミン酸等の有機物（Ｒ．ＣＯＯＨ、Ｒ．ＯＨ）の活性膜が原料を集める際にガラス状カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）を吸着するため、セメントの水和反応は阻害され、土壌粒子間の凝縮効果が防止又は妨げられ、この結果、黄土が改善又は安定化される。更に、真砂土も黄土（赤黄色土）を４０〜６０重量％含んでいるため、有機物と水分を（１０％まで）除去するために温度２５０℃にまで熱処理しなくてはならない。

乾燥させた黄土の粒子はその性質から粒径が３００メッシュ未満であり、その粒子を含む塊のみを粉砕してから、黄土を使用する。但し、真砂土は粗砂（ケイ砂）を４０〜６０重量％含んでいるため、微粒子へと均一に粉砕してから使用する。

白色セメントはポルトランドセメントと同じ組成を有している。一般的なセメント中の着色成分の例には酸化鉄、酸化チタン及び酸化クロムが含まれる。着色成分の中でも酸化鉄は黄土に最も大きな影響を与えることから、白色セメントを適切に選択しなければならず、白色セメントから鉄を除去する工程を通さなくてはならない。従って、鉄を除去する工程を経ることでその量が低下した白色セメントによって、黄土本来の色の発色が妨げられることはない。

メタクリル酸メチル単量体であるアクリル単量体は液状で添加する。

本発明で使用する凝固剤は、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）、石膏（硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４））、及び硫酸アルミニウム[Ａｌ（ＳＯ_４）_３]から選択した１つ以上であり、水溶液の状態で使用する。

機能性材料として使用するイライトは雲母状粘土の一種であり、Ｋ_ｘ（Ａｌ、Ｆｅ”、Ｆｅ”’、Ｍｇ）ｙ（Ｓｉ、Ａｌ）_４Ｏ１０（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏで表され、Ｘ≒１〜０．５、ｙ≒２である。イライトは良好な遠赤外線放射性、抗生作用、脱臭性及び吸着性を示し、白色である。モナザイトは花崗岩、ペグマタイト、砂鉱床に存在し、（Ｃｅ、Ｌａ、Ｄｉ）ＰＯ_４で表され、硬度５を有し、高耐摩耗性材料である。陰イオン発生物質の中で最も陰イオンを発生する物質であるモナザイトの陰イオン発生率は５０００〜６５００イオン／ｃｃであり、恐らくは業界で最初に試された物質である。

加えて、混和剤として、脱水作用、分散性、高流動性及び超可塑性を示す材料である液体オロタン８１９（ナトリウム塩縮合ナフタリンスルホン酸９５〜９７％、水３〜５％）が、モルタル製造時に水分量を低下させ、混練作業の実施を容易にし、構造体の組織を緻密化することで強度を改善する複合機能を有する液状混和剤であってもよい。特に、本発明の混和剤を使用すると、構造体の均質性が確保可能であり、構造体のファブリックをより緻密にすることが可能である。

これらの成分を含む組成物の機能と作用を観察したところ、高い可塑性と微粒子を有している黄土によりセメントの水和反応が妨げられることから、水養生を通じてのソイルセメント法を用いて製造されたセメントコンクリートの強度は一般的なセメントコンクリートより低い。更に、本発明においては少量のセメントを用いることでセメントコンクリートによって引き起こされるダメージを軽減しているため、本発明の組成物を用いて製造したセメントコンクリートの物理的性質は一般的なセメントコンクリートのそれよりもずっと劣っており、強度を含む本発明の組成物の物理的性質は凝固剤とアクリル単量体を用いることで補強している。

黄土は高い可塑性を有する微粒子を含んでいる。黄土に含まれる有機物がセメントの水和反応を防止する。有機物の中でも、フミン酸とフルボ酸はセメントの水和反応によって生成される水酸化カルシウムと合わさってフミン酸カルシウムを形成し、生成されたフミン酸カルシウムによりセメント粒子は破壊され、その水和反応は阻害される。

加えて、黄土は動植物の残骸に含まれ、分解されない粒子の大きい有機物や、微生物による動植物の残骸の分解時に産生される物質を含む。これらの有機物及び物質もセメントの水和反応を阻害するため、上述したように、熱処理によりある程度まで有機物を除去、乾燥させる。

凝固剤として機能する石膏（ＣａＳＯ_４）を添加すると、強度を含む物理的性質を改善することが可能である。例えば、石膏と土壌中の活性アルミナがエトリング石を形成し（３ＣａＯ、３Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＳＯ_４、３２Ｈ_２Ｏ）、土壌中の大量の結晶水を吸収するため、水分含有量が低下し、土壌粒子間の隙間がエトリング石の結晶で充填され、硬化物が緻密化する。エトリング石の形成による強度発現現象はフミン酸による大きな影響を受けない。石膏に加えて、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム等の別の凝固剤も又、強度を含む物理的性質を石膏と同じ作用と機能を通して改善する。更に、塩素と結合した凝固剤は凝固反応により錯体を形成するため、強度を含む物理的性質が改善される。

添加剤として、架橋剤を含有する液体アクリル単量体を水に混合し、構造体の成形時に使用する。液体アクリル単量体は粒子間の間隙を通って構造体の組織内へと湿潤するため、構造体組織は緻密化され、セメントの水和熱、追加の熱処理及びセメント硬化過程における重合により網状の架橋構造が形成される。つまり、液体アクリル単量体は構造体の強度促進剤として機能する。液体アクリル単量体により引張強度、曲げ強度、接着力、水密性、耐薬品性及び耐衝撃性が改善されるが、表面硬度、耐摩耗性と耐圧性は低下する。

添加物として、イライトは遠赤外線放射性、抗生作用、吸着性、防音性、断熱性、及び脱臭性を示し、室内の湿度を制御する機能を有している。添加物として、陰イオン発生物質の中でも（トルマリン、火山石等）、モナザイトは最も多い陰イオンを発生し、高い硬度を有していることから、真砂土に含まれる細砂と共に、韓国式黄土加熱床シートの欠点である耐圧性、硬度と耐磨耗性が付与される。本発明の材料組成物において、黄土又は真砂土の量を増やして人体に有害なセメントの量を減らすと、本発明の材料組成物を用いて製造した構造体の耐圧性、硬度、耐摩耗性等が一般的なセメントコンクリートの物理的性質と比較して著しく劣化し、セメント量を増やすと、本発明の材料組成物を用いて製造した構造体の強度を含む物理的性質を水和による凝縮により改善可能だが、これでは本発明の目的と相容れない。従って、凝固剤と液体アクリル単量体を使用することで、少量のセメントに起因するところの強度を含むその物理的性質を補うことができる。

凝固剤を過剰に使用すると衝撃強度が低下し、経済効率が低下する。更に、液体アクリル単量体は高価なため経済的でなく、使用しすぎると、耐圧性、硬度及び耐摩耗性が低下する。

黄土レンガを実施例１のように製造し、本発明の材料組成物の機能と効果を評価した。

温度２００〜３００℃で熱処理し、その後、その塊を粉砕した３０ｋｇの黄土と、温度２００〜３００℃で熱処理し、その後、その粗砂を細砂へと粉砕した５０ｋｇの真砂土と、１０ｋｇの白色セメントを１．５ｋｇのイライト粉末と１．５ｋｇのモナザイト粉末と均一に混ぜ、固体混合物を調製した。続いて、固体混合物を、２．５ｋｇの凝固剤と、３．５ｋｇの架橋剤を含有する液体アクリル単量体と、１ｋｇの液体混和剤を３５ｋｇの水に溶解して調製した４２ｋｇの混合溶液に加え、これらを均質化し、次に得られた混合物をモルタルに形成し、次にモルタルを成形して黄土レンガを製造した。

続いて、製造した黄土レンガの物理的性質と機能を試験し、その試験結果を表１と２に示す（参考資料１と参考資料２を参照のこと）。

黄土レンガの物理的性質の試験結果￥

黄土レンガの機能の試験結果

加えて、発生した陰イオンの量を陰イオン測定機器を用いて測定し、その結果、その量が１３００〜１５００イオン／ｃｃという大量の陰イオンであることが判明した。

上述したように、本発明の土木建築用の組成物は、セメントによって発生する有害物質の量を使用するセメントの量を減らすことで低下可能であり、セメントの不足による強度と物理的性質の低下は凝固剤とアクリル単量体の添加により相殺可能であることから、一般的なコンクリート構造体のものに等しい物理的性質を得ることができ、人体に有用な遠赤外線を放射可能であり、黄土の特性と機能性材料としてのイライトの添加により抗生作用、断熱性、防振性、防音性、脱臭性等の随伴機能を実現可能であり、モナザイト等の新しい材料の添加により強力な陰イオンを発生可能であることから、健康的かつ心地良い住空間が得られるという点で有利である。

本発明の好ましい実施形態を説明を目的として開示してきたが、付随する請求項に開示の本発明の範囲と精神から逸脱することなく、多様な変更、追加、代替が可能なことを当業者は十分に理解するものである。

Claims (3)

1. 黄土５０重量％、
   真砂土３０重量％、
   白色セメント１０重量％、
   架橋剤を含有する液体アクリル単量体３．５重量％、
   凝固剤２．５重量％、
   イライト１．５重量％、
   モナザイト粉末１．５重量％、及び
   混和剤１．０重量％を含む、黄土を主成分として使用した土木建築用の材料組成物。
2. 凝固剤が塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化第二鉄、硫酸マグネシウム、石膏（硫酸カルシウム）、及び硫酸アルミニウムから選択した１つ以上である、請求項１に記載の土木建築用の材料組成物。
3. 混和剤が、オロタン８１９（ナトリウム塩縮合ナフタリンスルホン酸９５〜９７％、水３〜５％）を含む、請求項１に記載の土木建築用の材料組成物。