JP2014505652A - 人造石組成物及び人造石の製造方法 - Google Patents
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Abstract
セメント１００重量部に対して、珪石、メタカオリンまたはシリカヒューム２０〜９０重量部、石英２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部を含んでなる人造石ペーストを生成するステップと、前記人造石ペーストをモールドに投入するステップと、前記モールドに投入された人造石ペーストを真空成形する第１次成形ステップと、前記第１次成形された人造石ペーストを真空及び振動成形する第２次成形ステップと、前記第２次成形された人造石ペーストを蒸気養生する第１次養生ステップと、前記第１次養生された人造石ペーストに水熱反応を誘導してポゾラン反応を引き起こす第２次養生ステップと、前記第２次養生された人造石ペーストを前記モールドから脱型するステップと、前記脱型された人造石ペーストを表面加工するステップと、を含むことを特徴とする人造石の製造方法。
Description
本発明は、人造石に係り、さらに詳しくは、石英を用いた人造石及びその製造方法に関する。
人造石とは、天然石とは反対の概念の石材であり、人為的に作製された石材のことをいう。かような人造石としては、人造大理石、人造花崗岩などがあり、主として、建築用内装材または外装材として用いられる。
現在用いられている人造石の中で最も代表的なものは、セメント系人造石である。セメント系人造石は、安価に生産可能であることから、建築用内装材として広く用いられている。
図１は、従来のセメント系人造石を製造する過程を示す図である。図１に示すように、従来のセメント系人造石は、白セメントまたは黒セメント、種石、炭石または珪石粉、減水剤、顔料、水などを含む人造石ペーストを生成し（Ｓ１１）、その生成された人造石ペーストをモールドに投入した後（Ｓ１２）、真空成形（Ｓ１３）、真空及び振動成形（Ｓ１４）が行われ、成形された人造石ペーストに対しては、蒸気養生の過程がさらに行われる（Ｓ１５）。養生済みの人造石ペーストは、モールドから脱型された後、研磨及び表面加工されて、製品としての人造石が完成する。
セメント系人造石は、花崗石やその他の種石を粉砕したものや、少量の鏡やガラス屑を入れてその外観を表現しているが、テラゾー感を取り除くことが困難であり、高級感あふれるエンジニアリングストーンの外観を表現することが決して容易ではない。
セメント系人造石を見栄えよく表現する上で石英の使用が求められている。ところが、石英を用いる場合、石英は、その強度が高過ぎて石英が人造石の外に抜け出てしまうことがある。なお、石英が人造石の外に抜け出る問題を解消するために石英の粒径を４ｍｍ以下にすると、強度が低下し、微細な亀裂が発生するだけではなく、石英が人造石の外に抜け出る問題も解消されないわけではない。その結果、２．５ｍｍ以下の粒径を有する石英をセメント系人造石の外観表現に用いることは、現在のところ、事実上不可能である。
本発明は、上記の従来の人造石の製造に際して石英の使用に伴う製造上の問題を解消するためのものであり、４ｍｍ以下の石英を用いても、石英屑と他の組成物との間の凝集度を強化させて石英が抜け出ることを防止し、且つ、人造石の密度を高め、屈曲強度と吸収率を改善することにより、全体的に人造石の品質を高めることのできる人造石組成物及びその人造石を製造する方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る人造石ペーストは、セメント１００重量部に対して、珪石、メタカオリンまたはシリカヒューム２０〜９０重量部、石英２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部を含んでなる。
好ましくは、石英は、０．３〜４．０ｍｍの粒径を有し、より好ましくは、０．７〜１．２ｍｍの粒径を有する。
また、好ましくは、石英２００〜３００重量部には、花崗石や一般種石が一部含まれている。
さらに、好ましくは、減水剤としては、ポリカルボン酸系減水剤を用いる。
本発明に係る人造石の製造方法は、セメント１００重量部に対して、珪石、メタカオリンまたはシリカヒューム２０〜９０重量部、石英２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部から構成される人造石ペーストを生成するステップと、前記人造石ペーストをモールドに投入するステップと、前記モールドに投入された人造石ペーストを真空成形する第１次成形ステップと、前記第１次成形された人造石ペーストを真空及び振動成形する第２次成形ステップと、前記第２次成形された人造石ペーストを蒸気養生する第１次養生ステップと、前記第１次養生された人造石ペーストに水熱反応を誘導してポゾラン反応を引き起こす第２次養生ステップと、前記第２次養生された人造石ペーストを前記モールドから脱型するステップと、前記脱型された人造石ペーストを表面加工するステップと、を含む。
好ましくは、前記第１次成形ステップは、７０ｍｍＨｇ以下の真空下で５０〜６０秒間行う。
また、好ましくは、前記第２次成形ステップは、６５ｍｍＨｇ以下の真空下で１分当たりに２９００〜３１００サイクルの振動数で１〜４分間行う。
さらに、好ましくは、前記第２次養生ステップは、６．０〜１０．０ｂａｒ及び１５０〜１８０℃で５〜１０時間行う。
さらに、好ましくは、前記石英は、０．３〜４．０ｍｍの粒径を有し、より好ましくは、０．７〜１．２ｍｍの粒径を有する。
さらに、好ましくは、石英２００〜３００重量部には、花崗石や一般種石が一部含まれている。
さらに、好ましくは、前記人造石は、石英屑とトバモライト結晶を含む。
さらに、好ましくは、人造石に含まれる石英屑は、０．３〜４．０ｍｍの粒径を有する。
さらに、好ましくは、人造石に含まれるトバモライト結晶は、総重量に対して１〜２０％の重量を有する。
上記の構成を有する本発明の人造石ペースト組成物及び人造石の製造方法によれば、セメント系人造石を製造するときに４ｍｍ以下の石英を用いても、石英屑と他の組成物との間の凝集度が強化されて石英が抜け出ることを防ぐことができる。また、美麗な外観を表現しうる小さな粒径の石英をセメント系人造石の製造に際して単独の種石として使用可能になることから、エンジニアリングストーンの外観を有する人造石を安価に製造することができる。なお、人造石の密度が高くなり、屈曲強度と吸収率が改善されることにより、人造石の品質が高くなる。
以下、添付図面に基づき、本発明に係る人造石組成物及び人造石の製造方法について詳述する。
図２は、本発明に係る人造石の製造過程を示す図である。
図２に示すように、本発明の人造石の製造方法は、人造石ペーストを混合して生成することから始まる（Ｓ２１）。
人造石ペーストは、白セメント、珪石粉、石英屑、水、減水剤、顔料などを含んでなる。具体的に、人造石ペーストは、白セメント１００重量部に対して、珪石粉２０〜９０重量部、石英屑２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部を含んでなる。
白セメントは、基本的なバインダの役割を果たすものであり、１００重量部を用いる。白セメントの含量が１００重量部未満であれば、セメント水和反応後に強度が低下するという問題があり、１００重量部を超えると、コストが高騰し、セメントの超過分に見合う分だけセメントが溶出されるという問題がある。
珪石粉は、シリカ（ＳｉＯ２）成分から構成されていて、高温高圧の蒸気養生に際してセメントとのポゾラン反応を誘導して組織を緻密化させる役割を果たす。すなわち、珪石粉は、白セメントとのポゾラン反応を引き起こしてトバモライトなどの結晶質または半結晶質物質を形成するが、これにより、人造石の気孔率が下がり、強度が上がるとともに、水密性を有する。また、場合によっては、珪石粉を用いた高温高圧の蒸気養生に際して、通常の蒸気養生に際して生じる副産物、例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が少量生成されることがあるが、ほとんど発生しないように制御することができる。ここで、珪石粉は、メタカオリンやシリカヒュームなどに置き換えられるが、珪石粉が安価であるため、珪石粉を用いることが好ましい。
石英屑としては、０．３〜４．０ｍｍの粒径を有するものが使用可能であり、好ましくは、０．７〜１．２ｍｍの粒径を有するものを用いる。必要に応じて、石英屑は、花崗石屑や一般種石と併用される。
減水剤は、界面活性作用のうち、分散、湿潤作用によってセメント粒子を分散させ、これにより被加工性を向上させるために用いられる。本発明においては、減水剤として、ポリカルボン酸系減水剤を用いる。
顔料としては、有機顔料、無機顔料、パール顔料、ホログラム顔料などが使用可能である。
ステップＳ２１において混合された人造石ペーストは、モールドに投入される（Ｓ２２）。モールドは、製造しようとする人造石の形状を決定する役割を果たす。モールドの内面には、養生後に人造石を分離しやすくするために離型物質をコーティングしてもよい。
モールドに投入された人造石ペーストに対しては、１次成形を行う（Ｓ２３）。１次成形は、高真空成形ステップであり、真空度を７０ｍｍＨｇ以下に維持しながら約５０〜６０秒間行う。ここで、真空にすることは、人造石ペーストの内部にある気泡を除去するためである。
１次成形された人造石ペーストに対して、２次成形を行う（Ｓ２４）。２次成形は、真空及び振動成形ステップであり、真空度を６５ｍｍＨｇ以下に維持しながら約１〜４分間、１分あたり２９００〜３１００サイクルの振動数で行う。振動を加えると、人造石ペーストに含まれている気泡が除去されるだけではなく、高比重の屑をモールドの下部に沈めることができ、表面に露出される石英屑の出石率を高めることができる。振動を加えない場合の出石率は僅か５０％に過ぎないが、振動を加えると出石率を９０％以上に高めることができる。
２次成形された人造石ペーストに対しては、１次養生を行う（Ｓ２５）。１次養生は、蒸気養生ステップであり、人造石ペーストを固めて人造石を形成する。１次養生は、例えば、約６０℃の温度下及び６５％以上の相対湿度下で１２〜３６時間行ってもよい。
１次養生された人造石ペーストに対しては、２次養生を行う（Ｓ２６）。２次養生は、高温高圧の蒸気養生ステップであり、６．０〜１０．０ｂａｒ及び１５０〜１８０℃において５〜１０時間かけてオートクレーブ中で行われるが、人造石ペーストに水熱反応を誘導し、これにより、ポゾラン反応を引き起こす。水熱反応を誘導するとは、密閉された容器に反応物と水を入れ、水を沸点以上に上げると水が気化され、これにより、密閉された容器の内部を高圧状態にすることにより、人造石ペーストが所定の反応を早く引き起こすようにすることをいう。ポゾラン反応とは、シリカ成分の珪石粉と、白セメントが水和されながら生じる水酸化カルシウムとが反応して不溶性の化合物を生成することをいうが、この反応を通じて、結果的に水酸化カルシウムが発生しないようにできる。
２次養生された人造石ペーストをモールドから脱型すると（Ｓ２６）、所定の外観を有する人造石製品が製造される。
脱型された人造石に対しては、研磨及び表面加工を行い（Ｓ２７）、これにより、人造石製品が完成される。
特に、本発明において、２次養生、すなわち、高温高圧の蒸気養生を行うが、この過程により、人造石は屈曲強度が改善され、吸収率が下がる。以下は、２次養生を行った場合とそうでない場合を比較したものである。
（実施例）
白セメント１００重量部と、珪石粉６０重量部と、石英屑（粒径０．７〜１．２ｍｍ）２２０重量部と、水３４重量部と、減水剤（ポリカルボン酸系）２．０重量部及び無機顔料１．５重量部を混合して人造石ペーストを生成し、これをモールドに投入した後、１次真空成形（７０ｍｍＨｇ、約５５秒間）及び２次真空及び振動成形（６５ｍｍＨｇ、３，０００ｒｐｍ、約１１０秒間）を行って成形体を製造した。
白セメント１００重量部と、珪石粉６０重量部と、石英屑（粒径０．７〜１．２ｍｍ）２２０重量部と、水３４重量部と、減水剤（ポリカルボン酸系）２．０重量部及び無機顔料１．５重量部を混合して人造石ペーストを生成し、これをモールドに投入した後、１次真空成形（７０ｍｍＨｇ、約５５秒間）及び２次真空及び振動成形（６５ｍｍＨｇ、３，０００ｒｐｍ、約１１０秒間）を行って成形体を製造した。
成形体に対して１次蒸気養生（６０℃、相対湿度９８％、１２時間）を行い、さらにオートクレーブを用いて２次高温高圧の条件下で蒸気養生（６．５ｂａｒ、１６０℃、５時間）を行って水熱反応を誘導した。
養生された人造石に対して裏面研磨、表面研磨、表面光沢などの過程を行った後、微粒石英を有するセメント系人造石を完成させた。
（比較例）
白セメント１００重量部と、珪石粉６０重量部と、石英屑（粒径０．７〜１．２ｍｍ）２２０重量部と、水３４重量部と、減水剤（ポリカルボン酸系）２．０重量部及び無機顔料１．５重量部を混合して人造石ペーストを生成し、これをモールドに投入した後、１次真空成形（７０ｍｍＨｇ、約５５秒間）及び２次真空及び振動成形（６５ｍｍＨｇ、３，０００ｒｐｍ、約１１０秒間）を行って成形体を製造した。
白セメント１００重量部と、珪石粉６０重量部と、石英屑（粒径０．７〜１．２ｍｍ）２２０重量部と、水３４重量部と、減水剤（ポリカルボン酸系）２．０重量部及び無機顔料１．５重量部を混合して人造石ペーストを生成し、これをモールドに投入した後、１次真空成形（７０ｍｍＨｇ、約５５秒間）及び２次真空及び振動成形（６５ｍｍＨｇ、３，０００ｒｐｍ、約１１０秒間）を行って成形体を製造した。
成形体に対して１次蒸気養生（６０℃、相対湿度９８％、１２時間）を行った後、モールドから脱型した。次いで、裏面研磨、表面研磨、表面光沢などの過程を行った後、微粒石英を有するセメント系人造石を完成した。
（物性測定及び評価）
実施例及び比較例の人造石に対して、屈曲強度及び吸収率を測定した。測定結果を下記表に示す。
実施例及び比較例の人造石に対して、屈曲強度及び吸収率を測定した。測定結果を下記表に示す。
上記表において、珪石粉を用い、高温高圧の蒸気養生を行って製造された人造石は、屈曲強度が改善され、吸収率も下がっていることを確認することができた。なお、高温高圧の蒸気養生を行った人造石は、密度も高くなっていた。
上述した方法により製造された人造石は、石英屑とトバモライト結晶を含む。人造石に含まれている石英屑は、０．３〜４．０ｍｍの粒径を有していてもよい。なお、人造石に含まれているトバモライト結晶は、総重量に対して１〜２０％の重量を有することが好ましい。
上述した実施形態は、本発明の技術的思想を説明するためのものに過ぎず、権利範囲を限定するものではない。よって、本発明の権利範囲は、下記の特許請求の範囲の記載によって決定さるべきである。なお、下記の特許請求の範囲に記載の本発明の思想から逸脱しない範囲において、当該技術分野の当業者であれば、本発明の思想を様々に修正または変更することができ、このような修正または変更は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈さるべきである。
Claims (11)
- 人造石製造用ペースト組成物において、
セメント１００重量部に対して、珪石、メタカオリンまたはシリカヒューム２０〜９０重量部、石英２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部を含んでなることを特徴とする人造石製造用ペースト組成物。 - 前記石英は、
０．３〜４．０ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の人造石製造用ペースト組成物。 - 前記石英は、
０．７〜１．２ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項２に記載の人造石製造用ペースト組成物。 - 前記石英２００〜３００重量部には、
花崗石が一部含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人造石製造用ペースト組成物。 - 人造石を製造する方法において、
セメント１００重量部に対して、珪石、メタカオリンまたはシリカヒューム２０〜９０重量部、石英２００〜３００重量部、水３０〜３６重量部、減水剤１．５〜３重量部及び顔料０．２〜３重量部を含んでなる人造石ペーストを生成するステップと、
前記人造石ペーストをモールドに投入するステップと、
前記モールドに投入された人造石ペーストを真空成形する第１次成形ステップと、
前記第１次成形された人造石ペーストを真空及び振動成形する第２次成形ステップと、
前記第２次成形された人造石ペーストを蒸気養生する第１次養生ステップと、
前記第１次養生された人造石ペーストに水熱反応を誘導してポゾラン反応を引き起こす第２次養生ステップと、
前記第２次養生された人造石ペーストを前記モールドから脱型するステップと、
前記脱型された人造石ペーストを表面加工するステップと、
を含むことを特徴とする人造石の製造方法。 - 前記第１次成形ステップは、
７０ｍｍＨｇ以下の真空下で５０〜６０秒間行うことを特徴とする請求項５に記載の人造石の製造方法。 - 前記第２次成形ステップは、
６５ｍｍＨｇ以下の真空下で１分当たり２９００〜３１００サイクルの振動数で１〜４分間行うことを特徴とする請求項５または６に記載の人造石の製造方法。 - 前記第２次養生ステップは、
６．０〜１０．０ｂａｒ及び１５０〜１８０℃で５〜１０時間行うことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の人造石の製造方法。 - 前記石英は、
０．３〜４．０ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の人造石の製造方法。 - 前記石英は、
０．７〜１．２ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項９に記載の人造石の製造方法。 - 前記石英２００〜３００重量部には、
花崗石が一部含まれることを特徴とする請求項５から１０のいずれか一項に記載の人造石の製造方法。
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