JP2015098428A - 耐酸軽量モルタル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は軽量な耐酸モルタル、詳しくは軽量な耐酸断熱又は耐熱材を設備にライニングする時に使用する耐酸軽量モルタルであって、モルタルの作業性と断熱性や強度等の機能の高度化を図るものである。【解決手段】磁器粉に凝結材及び中空ガラス粒を混入させて耐酸軽量セメントを、更に用途によってガラス繊維又は炭素繊維を選択的に混入させることによって断熱性や強度を高めた耐酸軽量セメントを得た。これに珪酸ソーダと混練することによって、作業性に優れた上、耐酸性、断熱性、耐熱性に富む軽量な耐酸モルタルを考案した。【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明は軽量な耐酸モルタル、詳しくは軽量な耐酸断熱材又は耐熱材を設備にライニングする時に使用する耐酸軽量モルタルであって、ライニング時の作業性とライニングの断熱性や強度等の機能の高度化を図るものである。

酸など腐食性を持ちしかも高温のガスや液体を扱う化学反応装置、薬品貯蔵設備、酸洗設備、或いは煙突や煙道等は、ガスや液体に触れる面に、耐酸磁器煉瓦、カーボン煉瓦、或いは天然石等の耐酸性、断熱性更には耐熱性のある材料をライニングして、鋼鉄製又はプラスティック製などの装置本体を腐食や熱から守る。耐酸モルタルは、これらのライニング材を装置本体に密着させる接着剤、更にはライニング材同士を接着させると同時にガスや液体の侵入を防ぐ目地材として使用される。

耐酸モルタルは、磁器粉と珪酸ソーダを重量比で２：１〜１．５：１の割合で混和して作る場合と、磁器粉に無水珪酸ソーダを混和させ、これに水を加え混練して作る場合がある。なお、磁器粉と珪酸ソーダの混合比率は大気の温度や湿度によっても異なる。

近年、耐腐食性・断熱性更には耐熱性に優れ、コスト的にもメリットのあるライニング材として発泡ガラス（（株）高山耕山 商標 グラタイト）等が開発され、使用されるようになってきた。これらのライニング材は総じて軽量であり、形態が柔軟な物もある。焼成煉瓦や天然石など重量のあるライニング材料に使うことを目的に作られた従来の耐酸モルタルは、嵩比重が１．９と大きく発泡ガラスなど軽量なライニング材の接着と目地詰めには使い難く作業性も悪い。

窯業協会誌１９６１珪酸ソーダセメントについて 窯業協会誌１９６１珪酸ソーダ溶液と硅弗化ソーダとの化学反応

従来の耐酸モルタルの嵩比重はほぼ１．５である。しかも流動性が高い。この耐酸モルタルを使用して発泡ガラスなど嵩比重が１．０以下の軽量なライニング材を装置本体に接着させ、ライニングしようとすると、壁面の場合は壁面に沿って耐酸モルタルが自重で垂れ、軽量なライニング材を押し出すと同時に、押し出されたライニング材の後に空隙が生じる。また、平面の場合はモルタルに凹凸が出来るが、軽量なライニング材を押しつけてもそれだけではモルタルの流動性によって表面が平準化せず、表面の均し作業とライニング材の押付作業の繰り返しになり作業性は極めて悪い。更に、目地も耐酸モルタルが軽量なライニング材を押出して、モルタルが硬化する前に自重で垂れ、目地抜けの現象を起しやすい。一般に、耐酸磁器煉瓦やカーボン煉瓦、天然石等を積み上げる場合は、煉瓦や石の重量でモルタルは固定され、その状態で固化するが、軽量なライニング材はモルタルの挙動に影響を受け、対象物との密着性に問題が生じる場合が多い。

モルタルには、接着する材料に適合した粘り、伸び、接着時間が必要で、これによってモルタルとして適当な強度、目地厚、密着性が得られる。即ち、軽量なライニング材にはそれに合わせて接着力がある上に軽量で流動性が低く、その挙動がライニング材に及ぼす影響が少ないモルタルが必要となる。

また、従来の耐酸モルタルは、耐腐食性及び耐熱性には富むが、断熱性に乏しいものであった。軽量でしかも断熱性に富む耐酸モルタルを開発することによって、モルタル単独で耐腐食性・断熱性更には耐熱性のあるライニング材として使用できるほか、キャスタブル即ち不定形耐酸断熱ライニング材として使用することも可能になり、耐酸ライニング作業の飛躍的な効率化が期待できる。

発明が解決するための手段

以上の問題を解決するために、我々は軽量なライニング材に適合する軽量なモルタルを開発した。まず磁器粉に凝結材を混和させ、次いでモルタルを軽量化する材料として中空ガラス粒を混入させ、耐酸軽量セメントを作る。最後に耐酸軽量セメントと珪酸ソーダを撹拌混練して、軽量でしかも耐酸性、断熱性及び耐熱性を持つ耐酸軽量モルタル作る。このモルタルは中空ガラス粒の存在により軽量になると同時に流動性が低くなり、使用する時点での形を固化するまで維持し、自重で流れ出すことのない性状のものとなった。しかも必要な接着力は適量の凝結材を混入することによって維持できる。これによって軽量なライニング材を接着させるモルタルとして極めて作業性が良く使い易いものとなった。加えて、上記耐酸軽量セメントに断熱材や強化材として無機質繊維類を用途に合わせて選択的に混入させ、断熱性や強度が更に向上した耐酸軽量セメントも開発した。

化学的に安定な磁器粉は、従来から耐酸モルタルの充填材（ｆｉｌｌｅｒ）として用いられてきた。磁器粉の化学的成分組成と粒度分布は、モルタルの耐酸性や、モルタルの混練時及びライニング時の作業性、更には硬化後のモルタルの強度に影響を与える。耐酸軽量モルタルに使用する磁器粉としては、繰り返し実地テストの結果、次の表に示す組成と粒度を持つものが作業性及び硬化後の強度において最も良好な結果を得た。

凝結材として、硅弗化ソーダ粉末を使用する。（非特許文献１．２）珪酸ソーダに硅弗化ソーダを加えると、珪弗化ソーダは珪酸ソーダのアルカリ分と中和反応を起こして時間と共に粘性が大きくなり、白色不透明なゲル体に変化し、機械的強度が次第に増大して行く。硅弗化ソーダは珪酸ソーダに対する重量比で３〜６％を磁器粉に混和する。硅弗化ソーダとケイ酸ソーダの混和比率は、ライニング材の種類によって異なる。

モルタルを軽量化するために、中空ガラス粒を磁器粉と凝結材が混和されたセメントに混入させる。中空ガラス粒は微小な中空ガラスの球として生産される中空ガラス球と、ガラス原料に発泡剤を添加して熔融・発泡した後冷却して粉砕した発泡ガラス粉砕粒がある。いずれも化学的安定性を保有し、気泡を持つことにより断熱性に優れ、軽量である。中空ガラス球は、全てが中空のガラス球であり品質が均一であると共に、セメント又はモルタルとして混和性に優れ作業性に勝る。断熱性も優れるが原価的に高価である。本発明では主に中空ガラス球を使用する。但し、モルタルを大量に使用する場合は中空ガラス球と共に発泡ガラス粉砕粒を使用し、原価の低減を図ることも可能である。耐酸軽量モルタルに混入する中空ガラス球又は発泡ガラス粉砕粒は次の表に示すものが使用できるが、耐酸軽量モルタルのライニング時の作業性において最も良好な効果を得るのは、中空ガラス球の中でも５０％粒子径が０．０５ｍｍのものであり、発泡ガラス粉砕粒では５０％粒子径１．５ｍｍ以下のものであった。

以上、耐酸軽量モルタルを構成する個々の組成物について述べた。次に耐酸軽量モルタルとしての最適な軽量性、接着性、作業性を持つためにそれぞれの組成物、即ち磁器粉、凝結材、中空ガラス粒、及び珪酸ソーダの混合割合について試行を繰り返して得た最適な混合割合は、次の通りである。

上表で分かるように、耐酸軽量セメントは従来の耐酸セメントに比較して嵩比重はほぼ１／２になった。

凝固前の生コンクリートで行われるスランプ試験方法を利用して、この耐酸軽量モルタルと従来の耐酸モルタルの流動性を比較計測した。その試験方法と結果は次の通りであった。
１．スランプコーン（上辺：５ｃｍ×底辺１０ｃｍ×高さ１５ｃｍ）をステンレス鋼 板で製作。
２．平板の設置と、スランプコーンの設置。
３．混練１０分後の試料の投入と、突き棒よる突き固め。
４．コーンの引き抜き、スランプ又はスランプフローの計測、計測回数５回、結果を 次表に範囲で示す。

このスランプ試験結果から分かるように、新たに開発された耐酸軽量モルタルは、軽量であると同時に流動性が低く、平面、垂直面、斜面に接着材及び目地材として塗布した場合も一時的には形状を維持できるものとなり、軽量な断熱材を積む場合の作業性の向上が実現し問題の解決に繋がった。

磁器粉に凝結材及び中空ガラス粒、即ち中空ガラス球及び／又は発泡ガラス粉砕粒を混入したものを汎用の耐酸軽量セメントとし、これに無機質繊維としてガラス繊維又は炭素繊維を選択的に混入させることにより、断熱性や強度を高めた耐酸軽量モルタルを得ることができた。

ガラス繊維は引張り強度、耐熱性、耐薬品性に優れる。ガラス繊維を前項で説明した汎用耐酸軽量セメントに混入させることにより、モルタルのヒビ割れに対する抵抗性や応力分散性等の力学的耐久性が高まる。化学的耐久性を考慮するとガラス繊維は耐アルカリガラス繊維が優れる。ガラス繊維は次の表に示すものが使用できるが、モルタルの扱いやすさを考えると、繊維の長さは約１０〜２０ｍｍのものが好ましい。

炭素繊維は、引張強さ、潤滑性、耐摩耗性、耐熱性、化学的安定性に優れる。炭素繊維は次の表に示すものを使用できるが、モルタルの硬化後の圧縮強度を格段に向上させるためには、粗面化度３以上、直径１０μｍ、長さ６ｍｍ程度の炭素繊維を使用することが好ましい。

以上で説明したモルタルの特性値は次の通りとなった。

一般の耐酸モルタルを使用した場合も同様であるが、耐酸軽量モルタルを使用してライニング材を目的物に接着させ目地詰めを行った時は、モルタルが硬化したことを確認した時点で成るべく早急に、硫酸又は塩酸の約１０％溶液をモルタルの表面に浸透させ、その酸によってモルタルを非水溶性に転換させること（酸締め作業）が必要である。

発明の効果

耐酸軽量モルタルを考案したことによって次の効果を得た。
１）本考案の耐酸軽量モルタルは、軽量になったため、発泡ガラス断熱材など軽量なライ ニング材料を容易に接着・目地詰めを行うことが出来るようになり、作業性が向上し た。
２）本考案の耐酸軽量モルタルは、断熱性が向上したため、断熱材をライニングするため のモルタルとして、断熱効果を補完し向上させる効果を得た。
３）本考案の耐酸軽量モルタルは、断熱性が向上したため、無機質繊維類を混入し強度を 高めた上で成型固化させ、不定形の断熱材として使用することが可能になった。
４）本考案の耐酸軽量モルタルは、軽量で断熱性が向上したため、空隙充填工法を採用で きる断熱材として使用することが可能となった。

耐酸軽量セメントの基本的な構成を示した図である。 耐酸軽量セメントの基本的な構成にガラス繊維又は炭素繊維を混入した図である。 耐酸軽量セメントと珪酸ソーダを混練して耐酸軽量モルタルを製作する図である。

１ 磁器粉
２ 凝結材
３ 中空ガラス球及び／又は発泡ガラス粉砕粒
４ ガラス繊維又は炭素繊維
５ 珪酸ソーダ

実施例１ 耐酸軽量モルタルの使用
「ガス燃焼設備、円筒型急冷塔、断熱材（発泡ガラス）ライニング工事」における耐酸軽量モルタルの使用（単位：ｍｍ）
急冷塔（鋼板製、高さ５８００×内径１４００）内面の上部８８５の部分に、発泡ガラスの平板から製作された断熱材をライニングした。発泡ガラス（縦１０００×横１０００×厚み４０）を切削加工して扇形体（外周長７２８×内周長５２０×幅２００×厚み４０）を１３８枚（予備６枚）準備し、上下目地・横目地・裏目地（各５ｍｍ）に耐酸軽量モルタルを使用した。耐酸モルタルが軽量になったことにより、モルタルと軽量な断熱材との馴染みが良くなったため、接着力が強くなると共に作業性が格段に向上した。１段６枚、２２段全体で１３２枚の発泡ガラス製断熱材が短時間で且つ堅牢にライニングされた。
なお、ガラス原料及び廃ガラスを粉砕し発泡剤を混入して熔融・冷却した発泡ガラスは、軽量で耐酸性・断熱性に富むが、耐酸断熱材としては近時開発されたものである。しかし、品質の均一化された大塊のものは製作困難であり、品質形状が統一されたものとしては板状のものが一般的に使用さる。これを切断し積層することによってそれぞれの装置に適合した形状の断熱材を得ることができる。

実施例２ ガラス繊維混入耐酸軽量モルタルの使用
「酸循環タンク耐酸断熱ライニング工事」における耐酸軽量モルタルの使用（単位：ｍｍ）
酸循環タンク（鋼板製、長さ８４００×幅３６００×高さ２６００）の内面に、缶体側からブチルゴム（３）、断熱材（５０）、カーボン煉瓦（１１４）を順次ライニングする工事において、ガラス繊維を混入した耐酸軽量モルタルを断熱材及び目地材として使用した。
ガラス繊維混入耐酸軽量モルタルを、カーボン煉瓦の積み上げと同時に、ブチルゴムとカーボン煉瓦の間の空間５０ｍｍに押し込み、耐酸軽量モルタルを耐酸断熱材とするとともにモルタル接着剤として使用した。耐酸軽量モルタルの耐酸性と軽量性を有効に活用したものである。

化学工業では、酸など腐食性を持ちしかも高温のガスや液体を扱う装置には、耐腐食性、断熱性、更には耐熱性を持ったライニング材の使用が欠かせない。このようなライニング材の新製品開発も盛んに行われている。発泡ガラス製耐酸断熱ライニング材も新たに開発されたものの一つであり、本考案による耐酸軽量モルタルはこのライニング材の接着・目地詰めのために考案したものである。発泡ガラスには、優れた断熱性と化学的安定性、更に軽量で容易な加工性があり、価値ある耐酸断熱ライニング材として今後の発展が期待されている。更に本考案の耐酸軽量モルタルは、基本構成に中空ガラス粒を混入させ、用途に応じて無機質繊維類を配合するものであり、その配合比率によって新たに開発される各種の耐酸断熱ライニング材にも対応が可能である。

Claims (4)

1. 磁器粉に、凝結材と中空ガラス粒を混入して耐酸軽量セメントとし、この耐酸軽量セメントと珪酸ソーダを混練することによって得られることを特徴とする耐酸軽量モルタル。
2. 中空ガラス粒は、中空性ガラスビーンズ或いは発泡ガラス粉砕粒のいずれかであること、又は両者の混合物であることを特徴とする請求項１記載の耐酸軽量モルタル。
3. 請求項１の耐酸軽量セメントに、ガラス繊維を加えることを特徴とする請求項１記載の耐酸軽量モルタル。
4. 請求項１の耐酸軽量セメントに、炭素繊維を加えることを特徴とする請求項１記載の耐酸軽量モルタル。

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