JP2010031642A

JP2010031642A - 建物用役物

Info

Publication number: JP2010031642A
Application number: JP2009253298A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yanai; 直樹柳井; Hiroyuki Takashima; 博之高島; Seiki Miyasoto; 清貴宮外; Kazumasa Nakano; 一誠中野
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】ビス打ち可能で、軽量化を可能にする強度の高い建築用役物を提供する。
【解決手段】繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなり、曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を有する建築用役物。水硬性セメントマトリックス中に、ポリプロピレン繊維またはポリエチレン繊維から選ばれてなる補強繊維が、体積混入率１〜１０％となるように配合されてなる上記の建築用役物。
【選択図】図１

Description

本発明は建物用役物に関する。

建築物には内外壁や床、屋根等の主要構成部に加えて、これらの主要構成部の間の繋ぎ部分の見栄えを補ったり、主要構成部材の表面や端部の意匠性を高めるために種々の形状や大きさの建築用役物が用いられる。例えば、化粧幕板、胴差、破風、鼻隠し、笠木、付柱、見切り材、コーナー材、出隅材、入隅材、化粧柱、ポーチ柱、化粧枠材等のような役物がある。押出成形機で押出成形されたセメントを主成分とする水硬性無機質組成物からなる役物についてもいくつか開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

これらの建築用役物は、従来はその建物の、該当部分の形状に合わせて手作りで作製されてきたが、最近では建築物のプレハブ化に伴って役物も一定の形状のものが工場生産されるようになり、それに伴ってセメント製やセラミック製の成形体が多く使用されるようになってきた。
役物を建物躯体に固定するために、通常ビス打ちが行われるが、一般的にセメント製品やセラミック製品は、ビスを強く叩きすぎたり、ドリルで強く締めすぎた場合等、破損のおそれがある。また、セメント製またはセラミック製の建築用役物は、強度的な面で役物端部近辺にはビス打ちしないようにされることが多いが、そのような制約は、建築用役物の施工の自由度を低下させることになる。

実開昭６３−１８８１０６号公報（実用新案登録請求の範囲他）実公平７−５１４５号公報（実用新案登録請求の範囲他）

従来のセメント系やセラミック系の役物は上記のような問題をもっており、ビス打ち等の取り付け時の強い力や衝撃が加えられても不具合の発生が少ない役物であれば取り付け作業性が向上することになる。更に、役物端部近辺でのビス打ちの問題等が少なければ、施工の自由度も向上する。加えて少しでも軽量化できれば作業者の負担は軽減される。本発明は、このように施工の自由度を改善し、かつ、より強度の向上した建築用役物を提供しようとするものである。強度が改良されれば、役物の厚さを薄くすることができ、軽量化が可能となる。

本発明は、繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなり、曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すことを特徴とする建築用役物に関する。
更に、本発明は、引張応力が作用した場合においても多重亀裂を生じて破壊する性質を示すことを特徴とする上記建築用役物に関する。
特に、本発明は、水硬性セメントマトリックス中に、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維またはポリビニルアルコール繊維から選ばれてなる補強繊維が、体積混入率１〜１０％となるように配合されてなる上記の建築用役物に関する。
ひとつの態様として、本発明は、水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ１〜８０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに、繊維長が３〜１５ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるポリプロピレン繊維を補強繊維として配合した繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなる上記いずれかに記載の建築用役物にかんする。
もうひとつの態様として、本発明は、水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ１〜８０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに、繊維長が３〜１５ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるポリエチレン繊維を補強繊維として配合した繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなる上記いずれかに記載の建築用役物に関する。
さらにもうひとつの態様として、本発明は、水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ１〜８０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに、繊維長が３〜１００ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるポリビニルアルコール繊維を補強繊維として配合した繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなる上記いずれかに記載の建築用役物に関する。

本発明の建築用役物は、建物躯体に固定するためにビス打ち等の取り付け方法を用いても、衝撃をよく吸収するため、ビスを強く叩いたとしても、またドリルで強く締めたとしても不具合が起こりにくい。また強度が高いため肉厚を薄くできるため軽量化できる。このような特徴を有するため、従来のセメント系またはセラミック系建築用役物と違って高所での作業性および施工の自由度が向上するという利点がある。

本発明の建築用役物を用いた付柱の施工例を示す施工図。本発明の建築用役物を用いた柱の化粧施工例を示す施工図。本発明の建築用役物を用いた胴差の施工例を示す施工図。

本発明の建築用役物は、水硬性組成物から成形されてなる無機系硬化体であり、曲げ載荷に際して、好ましくは引張応力の作用に対しても、多重亀裂を生じて破壊する高い靭性を有するものである。

本発明において、「多重亀裂」とは次のことを意味する。曲げや引っ張り応力が印加されてセメント硬化体に最初の亀裂が入った段階で、その亀裂部に応力が集中して、通常のセメント硬化体ではそのまま破断に至る。すなわち応力−歪曲線が直線となる弾性変形の段階で破断に至る。そのためエネルギー吸収能が低く、脆性破壊を呈する。これに対して最初の亀裂が入ったのちも、直ちに材料全体の破断に至らず、最初の亀裂に続いて複数の亀裂が発生する現象が存在する。これを多重亀裂という。多重亀裂が発生すると、応力が分散されるため、最初の亀裂発生後も増加する荷重に耐えて大きな歪に至るまで破壊せず、高いエネルギー吸収能と高い靭性を示す。

このような多重亀裂が起こる本発明の建築用役物を構成する水硬性組成物は、少なくとも水硬性セメントを含むマトリックスに繊維を配合・補強してなっている。マトリックスは好ましくは、シリカ質原料、パルプおよび水溶性セルロースを含み、また更に、減水剤などの混和剤、鉱物繊維および軽量骨材が配合されてもよい。

本発明において配合される繊維は、配合によって水硬性組成物硬化体に、曲げ載荷時、好ましくは引張応力が加えられた場合にも、多重亀裂を起こさせ得る補強繊維であれば、特に制限されず、例えば、ポリビニルアルコール系繊維（ＰＶＡ繊維）、ポリプロピレン系繊維（ＰＰ繊維）、ポリエチレン系繊維（ＰＥ繊維）、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維等が挙げられる。製造コストを低減し、多重亀裂をより有効に起こす観点から好ましくはＰＥ繊維、ＰＰ繊維またはＰＶＡ繊維である。

これらの繊維は繊維長が３〜１００ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、アスペクト比が１００〜１０００である。繊維長がより短い、繊維径がより大きい、またはアスペクト比がより小さい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、最初に亀裂が生じたときに、繊維が架橋しても応力を負担することができず、すぐに引き抜け、多重亀裂を発生する前に破壊してしまう。
一方、繊維長がより長い、繊維径がより小さい、またはアスペクト比がより大きい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、繊維の引き抜けよりも先に、繊維自体が破断してしまうために多重亀裂が発生しない。

本発明において、繊維の「アスペクト比」とは、繊維長を繊維断面の面積と同面積を有する相当円の直径で除した値である。

ＰＰ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。

ＰＥ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。

ＰＶＡ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１００ｍｍ、好ましくは３〜５０ｍｍ、より好ましくは３〜１５ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、アスペクト比が１００〜１０００、好ましくは１５０〜４００であることが望ましい。

上記繊維は硬化後の成形体における体積混入率が１〜１０％、好ましくは２〜７％となるように配合される。繊維の体積混入率がより小さいと亀裂が入ったときにそこに集中する応力を支えることができないで架橋作用を発揮できない。また体積混入率がより大きいと繊維同士の接触部分が増加してセメントとの一体化を妨害するため十分な補強効果が得られなくなる。

繊維の「体積混入率」とは、以下の方法によって測定された値を用いている。セメント硬化体を押出方向に対して直角方向に裁断し、その裁断面を走査電子顕微鏡を用いて、加速電圧２５ｋＶで反射電子像を観察した。セメント硬化体中の繊維混入率Ｖ_ｆは、顕微鏡の視野にある観察面の繊維の断面積の合計を、電子顕微鏡の視野の面積で除した値として求めた。繊維混入率Ｖ_ｆは、試験片の裁断面中の異なる３つの視野について測定した値の平均値を採用した。

本発明において使用される水硬性セメントは、水との反応により硬化体を形成できる限り、特に限定されず、例えば、各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、シリカセメント、マグネシアセメント、硫酸塩セメント等をすべて含む。

シリカ質原料としては、珪石粉、高炉スラグ、珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリカヒューム、非晶質シリカ等を使用することができる。好ましくは、建築用役物の強度向上および寸法安定性に寄与する点から、珪石粉、珪砂である。これらのシリカ質原料として好ましくは比表面積（ＪＩＳＲ５２０１に記載の方法による）が３０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇのものを使用する。シリカ質原料は水硬性セメント１００重量部に対して４０〜１００重量部、好ましくは５０〜８０重量部の割合で配合される。シリカ質原料が４０重量部より少ないと建築用役物の強度が低下する上に、エフロレッセンスが発生し易くなり、１００重量部より多くても建築用役物の強度が低下する。より好ましくは５０〜８０重量部である。

パルプは、綿パルプまたは木材パルプ等の天然パルプが好ましい。天然パルプであれば特に限定されず、バージンパルプのみならず古紙からの再生パルプも使用できる。また木材パルプの場合、木材の組織からリグニンを化学的に取り除いた化学パルプ、木材を機械的に処理した機械パルプのいずれも使用できる。パルプは繊維長が０.０５〜１０ｍｍのものが好ましい。パルプは水硬性セメント１００重量部に対して１〜８０重量部、好ましくは２〜３０重量部の割合で配合される。１重量部より少ないと補強効果を発揮できず、また８０重量部より多いと分散不良となり、建築用役物の表面平滑性が悪化したりする。

水溶性セルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエシ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、ヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。水溶性セルロースは、後述する水硬性組成物の各成分を混合・混練し、押出成形する際に、混練物に粘性を付与し、成形性を向上させるものである。水溶性セルロースは水硬性セメント１００重量部に対して０.１〜１０重量部、好ましくは２〜７重量部の割合で配合される。０.１重量部より少ないと可塑性がなく成形できない。一方１０重量部より多い場合にはコストの上昇を招くだけであり、これ以上の効果の向上は期待できない。

本発明で用いる繊維補強水硬性組成物には、上記成分に加えて、必要に応じて鉱物繊維、軽量骨材を加えてもよい。
鉱物繊維としては、セピオライト、ワラストナイト、タルク、アタパルジャイト、ロックウール等を例示することができる。鉱物繊維は水硬性セメント１００重量部に対して０〜４０重量部、好ましくは３〜２５重量部の割合で配合される。鉱物繊維が４０重量部より多いと建築用役物の強度が低下するので好ましくない。

軽量骨材としては、火山れきなどの天然軽量骨材、焼成フライアッシュバルーンなどの人工軽量骨材、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトなどの超軽量骨材、膨張スラグなどの副産物軽量骨材を使用することができる。好ましくは、比重を０.０６〜０.５に設定できる真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトである。

本発明の水硬性材料には、上記以外の添加剤として、必要に応じて、マイカ、アルミナ、炭酸カルシウム等のシリカ以外の無機質材料、減水剤、界面活性剤、増粘剤等を配合することもできる。

本発明の建築用役物は、水硬性組成物を構成する上記成分の混合物に水を加え、硬化することによって得られる。水硬性組成物に加える水の配合量は一般に水硬性セメント１００重量部に対して４０〜９０重量部が好適である。

本発明の建築用役物は、上記の、水を配合した繊維補強水硬性組成物を押出成形機によって成形することによって製造することができる。
押出成形は、通常のセメント系組成物用の押出成形機をいずれも使用することができる。
例えば、１軸または２軸式のスクリュー式押出成形機から金型を通して押出成形することができる。成形体に含まれる気泡を極力少なくするために、真空式の押出機はより好ましいタイプである。建築用役物の場合、多くは異型断面形状であるため、一般には用途に応じた異型断面金型が使用される。
押出成形された成形体はそのまま自然硬化させてもよいし、高温水蒸気中で促進硬化してもよい。また高温高圧のオートクレーブ中で水熱硬化してもよい。

この押出成形体、即ち、本発明の建築用役物は、繊維補強作用が効果的に働くため、脆性破壊せずに多重亀裂を伴って高い破壊エネルギーを吸収して破壊する。そのためビス打ち等によって亀裂が発生しても応力が分散されるため、亀裂が伝播して直ちに破断にいたることなく、成形体全体としての形状を保持することができる。また、破断強度が高いため成形体の厚さを小さくでき、軽量化することができる。具体的には、本発明の役物は、厚さ（いわゆる肉厚部分、例えばビス打ち部分、シール材挿入部分等以外の通常部分の厚み）９ｍｍ以下、部位や形状によっては６〜７ｍｍの成形体としても使用することができる。

上記のような物理的特性を有する本発明の建築用役物は、建築物の種々の部位に好適に使用することができる。その使用例のいくつかを図１〜３に示した。しかしこれらは例示であった、もちろんこれらの例に限定されるものではない。図１は壁面コーナー部を柱に見せるための付柱として、図２は玄関ポーチ柱のような化粧柱用として、図３は外壁面の上下階の境に意匠性を持たせるために設ける化粧幕板としての例である。いずれもビスによって下地若しくは躯体に直接に取り付けが可能である。

以下、実施例により本発明をより詳細に且つ具体的に説明する。
実施例１
普通ポルトランドセメント１００重量部に、繊維長＝６ｍｍ、繊維径＝１８μｍ、アスペクト比＝３３３のＰＰ繊維３．６重量部（体積混入率３ｖｏｌ％）、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ）６０重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）５重量部、およびメチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水７０．０重量部を混合したのちニーダーに移して混練してセメントペーストを練り上げた。
得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。押出成形体はオートクレーブにて上記養生し、硬化させた。なお、形状は図１に示すＬ字状付柱材であり、厚み（いわゆるビス打ち部などを除いた通常部分の肉厚）は９ｍｍである。

実施例２
普通ポルトランドセメント１００重量部に、繊維長＝６ｍｍ、繊維径＝１２μｍ、アスペクト比＝５００のＰＥ繊維２．５重量部（体積混入率２ｖｏｌ％）、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ）６０重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）５重量部、およびメチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水７０．０重量部を混合したのちニーダーに移して混練してセメントペーストを練り上げた。
得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。押出成形体はオートクレーブにて上記養生し、硬化させた。なお、形状は図２に示す半円状化粧柱材であり、厚み（いわゆるビス打ち部などを除いた通常部分の肉厚）は９ｍｍである。

実施例３
普通ポルトランドセメント１００重量部に、繊維長＝６ｍｍ、繊維径＝４０μｍ、アスペクト比＝１５０のＰＶＡ繊維５．１重量部（体積混入率３ｖｏｌ％）、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ）６０重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）５重量部、およびメチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水７０．０重量部を混合したのちニーダーに移して混練してセメントペーストを練り上げた。
得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。押出成形体はオートクレーブにて上記養生し、硬化させた。なお、形状は図３に示す形状の化粧幕板であり、厚み（いわゆるビス打ち部などを除いた通常部分の肉厚）は８ｍｍである。

実施例１〜３いずれの役物も多重亀裂性能を示し、一般のセメント成形品よりビス打ちによる不具合等が生じにくいものであった。

１：建築用役物、
２：ビス、
３：下地材、
４：コーキング材。

Claims

ビス打ちにより建物躯体に固定可能な建築用役物であって、繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなり、曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すことを特徴とする建築用役物。
引張応力が作用した場合においても多重亀裂を生じて破壊する性質を示すことを特徴とする請求項１に記載の建築用役物。
水硬性セメントマトリックス中に、ポリプロピレン繊維、またはポリエチレン繊維から選ばれてなる補強繊維が、体積混入率１〜１０％となるように配合されてなる請求項１または２記載の建築用役物。
水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ１〜８０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに、繊維長が３〜１５ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるポリプロピレン繊維を補強繊維として配合した繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなる請求項１〜３いずれかに記載の建築用役物。
水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ１〜８０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに、繊維長が３〜１５ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００であるポリエチレン繊維を補強繊維として配合した繊維補強水硬性組成物から押出成形されてなる請求項１〜３いずれかに記載の建築用役物。
建築用役物が、化粧幕板、胴差、破風、鼻隠し、笠木、付柱、見切り材、コーナー材、出隅材、入隅材、化粧柱、ポーチ柱または化粧枠材である、請求項１〜５いずれかに記載の建築用役物。