JP2016164097A - 無機発泡体パネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、長期に亘って使用した場合におけるパネルの耐久性を向上させた無機発泡体パネルを提供する。
【解決手段】無機発泡体パネル１は、無機発泡体で構成されると共に平板状に形成されたパネル本体２を有する。そして、無機発泡体パネル１は、パネル本体２に埋設された鉄筋補強材３ａ，３ｂと、鉄筋補強材３ａ，３ｂを被覆する防錆剤と、を備え、無機発泡体は、炭酸カルシウムを含有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に無機材料で構成される発泡体パネルに関し、特に建物の壁、床、間仕切として用いることが可能な無機発泡体パネルに関する。

従来、建物の壁、床、間仕切を構成する建築材料として、補強構造を内部に埋設した軽量気泡コンクリートパネルが用いられている。この軽量気泡コンクリートは、その内部に多数の気泡を有すると同時に、通常の使用環境下においても数％の水分を保持している。軽量気泡コンクリートは、内部に多数の気泡を保有しているため、空気中の二酸化炭素は軽量気泡コンクリート内に時間をかけて侵入する事が可能であり、そのような二酸化炭素は、軽量気泡コンクリートが通常の使用環境下で保持している水分に溶解する。一方、軽量気泡コンクリートが通常の使用環境下で保有する水分には、軽量気泡コンクリートを構成する各種構成物から、カルシウムもまた溶解する。

軽量気泡コンクリートが通常の使用環境下で保有する水分中において、前述したカルシウムと二酸化炭素は反応し、炭酸カルシウムを析出し、一般にこれを炭酸化と呼称する。このような炭酸化は、一般的なコンクリート材料において通常発生する現象であり、炭酸化の結果、コンクリートは組織の緻密化、及びそれに伴う強度上昇、吸水率の低下といった現象が発現すると同時に、組織の収縮や中性化といった現象も同時に発現する。軽量気泡コンクリートもまた、コンクリートの一つの応用形態である為、同様の現象が発生しうる。軽量気泡コンクリートにおいて、長い期間をかけて、この炭酸化が過度に進行した場合においては、前述の組織の収縮が原因となり、コンクリートにおける場合と同様に炭酸化に伴う不具合が発生する懸念が存在する。

上記のような炭酸化を抑制する為には、従来の軽量気泡コンクリートの製造においては、高温高圧下での蒸気養生（以下オートクレーブ養生）による水熱反応を利用して、トバモライトと呼ばれる鉱物を十分な量だけ生成せしむる事により、炭酸化の速度を低減させ、通常の使用環境下における長い時間をかけての炭酸化に伴う不具合発生を、抑制する事が可能となる。また、更には、特開平５−３３９０７１号公報に開示されているように、軽量気泡コンクリートをカルボン酸金属塩水溶液に含浸させることによって炭酸化の速度を低減させる技術がある。また、特許第３０６５６０７号公報には、主成分が炭酸カルシウムと非晶質シリカである成形体からなる調湿建材が開示されているが、補強構造を内部に埋設した軽量気泡コンクリートパネルとして使用することは示唆されていない。

特開平５−３３９０７１号公報 特許第３０６５６０７号公報

上記のような炭酸化の速度を低減させる方法を採用すれば、通常の使用環境下における長い時間をかけての炭酸化に伴う不具合発生を抑制することが可能となる。しかしながら、軽量気泡コンクリートパネルを通常の使用環境下で使用する場合には問題とならないが、何らかの原因で軽量気泡コンクリートパネル製造時のトバモライトの生成量が少ない場合、若しくは、通常の使用環境と異なり、空気中の二酸化炭素濃度が高い環境下で軽量気泡コンクリートパネルが使用された場合等においては、上記の方法を採用しても炭酸化が過度に進行する事による不具合の発生が問題になる事がある。上記のような場合を想定した際において、軽量気泡コンクリートパネルの炭酸化の過度の進行に伴う不具合発生の観点から、改善の余地が存在していると言える。

本発明は、このような場合における軽量気泡コンクリートパネルの耐久性を向上させた無機発泡体パネルを提供することを目的とする。

本発明は、無機発泡体で構成されると共に、平板状に形成されたパネル本体を有する無機発泡体パネルにおいて、パネル本体に埋設された鉄製パネル補強材と、鉄製パネル補強材を被覆する保護膜と、を備え、無機発泡体は、炭酸カルシウムを含有している。

無機発泡体パネルである従来の軽量気泡コンクリートは、その製造時にオートクレーブ養生による水熱反応を利用して硬化処理を行い、その後温度圧力をそれぞれ常温常圧に減じた後、オートクレーブから取り出し、製品として必要とされる端部や表面の加工を施された後、実用に供されていた。本発明では、硬化処理時にカルシウムと二酸化炭素とを反応させ炭酸化によって硬化処理を行うものであるが、この反応は無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートにおけるような高温高圧の雰囲気は必要としないため、オートクレーブ養生が不要となる。従って、硬化処理時の温度を低下させることが可能となる。

また、補強材として使用する鉄の線膨張係数は、無機発泡体の線膨張係数より大きい為、硬化処理終了後において温度を低下させた際には、無機発泡体よりも補強材として使用する鉄の方が大きく収縮する。この為、無機発泡体には圧縮応力が、鉄製パネル補強材には引張応力が発生する事となる。この際に、硬化処理時の温度と、硬化処理が終了し、無機発泡体パネルが通常使用される温度、即ち常温との温度差が大きいと、無機発泡体に働く圧縮応力と鉄製パネル補強材に働く引張応力とは共に大きくなる事となる。その結果、無機発泡体と鉄製パネル補強材の間に位置する保護膜に働く応力が大きくなる。この際、従来の無機発泡体である軽量気泡コンクリートパネルにおいては、前記保護膜に応力が働いた場合においても、保護膜の損傷を防止し、鉄製パネル補強材の発錆を防止するために、特別な弾性変形及び塑性変形性能を付与する必要があり、これが保護膜の配合組成を複雑なものとし、製造コストを増大させる原因であった。

しかしながら、本発明では、硬化処理時の温度が低く、硬化処理時の温度と常温との温度差が小さくなっている為、無機発泡体に働く圧縮応力と、鉄製パネル補強材に働く引張応力とを小さくすると共に、保護膜にかかる応力を低減させることができる。よって、無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートにおけるような、保護膜に必要とされる複雑な配合組成は必要なくなり、保護膜の製造コストを削減する事が可能となる。更に、本発明の無機発泡体パネルは、硬化処理として炭酸化自体を利用する為、製造後における炭酸化を大幅に削減することができる。よって、無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートおいて、前述したような特別な条件、特殊な環境において、炭酸化が過度に進行した場合における不具合の発生を、本質的に解決可能である。

また、無機発泡体中の、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分に対する、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の割合（以下、炭酸化度）が５０％以上である。ここで、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分とは、無機発泡体中に存在するカルシウム成分のうち、後述する、無機発泡体を完全に炭酸化させる条件下での処理を行った後に炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の量である（該処理前から炭酸化されていたカルシウム分を含む）。また、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分とは、該処理前から炭酸化されていたカルシウム成分の量である。炭酸化度は、、該処理有無それぞれの無機発泡体を溶解して生成する炭酸ガス量の測定結果から、それらの比率として算出することができる。
無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートパネルにおいて、オートクレーブ養生による硬化処理時に高温高圧下での水熱反応を利用する事により、原料として使用する石灰質原料と珪酸質原料は一旦溶解し、各種中間生成物を経て、最終的にはトバモライトと呼ばれる鉱物を生成させる。この際、炭酸化の速度を十分に低減せしめ、製品として必要とされる各種物性を実現する為には、トバモライトを効率的に十分な量だけ生成させる必要がある。この際、珪酸質原料にはオートクレーブ養生時の溶解性が重要になり、最適な反応を実現する為には、高品位の珪石又は珪砂が必要であった。即ち、珪酸質原料として石炭灰、高炉スラグ等の産業廃棄物を使用し、炭酸化の速度を十分に低減せしめ、製品として必要とされる各種物性を実現する為には、特別の組成条件、養生条件が必要とされていた。

しかしながら、本発明では、硬化処理時に二酸化炭素によるカルシウム成分の炭酸化を利用する為、珪酸質原料自体は硬化反応自体には直接的には寄与せず、あくまで骨材としての機能を担持する事となる。よって、無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートパネルにおいて使用していた珪酸質原料としての、高品位の珪石又は珪砂に代えて、石炭灰や高炉スラグ等の産業廃棄物を容易に使用可能となる。

ここで、珪酸質原料として石炭灰や高炉スラグを用いた場合、石炭灰や高炉スラグの色調は概して灰色であるため、無機発泡体パネルの色調もまた、その影響を被る。一方、硬化処理の結果として無機発泡体パネルに生成する炭酸カルシウムは白色である。このため、硬化処理時における炭酸カルシウム生成量が少ないほど無機発泡体パネルの色調は灰色となり、硬化処理時における炭酸カルシウムの生成量が多いほど無機発泡体パネルの色調は白色に近づく。次に、従来の軽量気泡コンクリートを初めとした無機発泡体パネルは、一般的には外表面に塗装処理、若しくはプラスター処理等の表面処理が施される場合が多いが、使用用途によってはこれらの表面処理が施されずに使用する場合が存在し、このような場合においては、目視による製品色調の均一性が要求される場合がある。また、ＡＬＣ外表面に塗装処理、若しくはプラスター処理等の表面処理が施される場合においても、これらの表面処理が施される前の施工期間中に、目視による製品色調の均一性が要求される場合がある。

前述のように目視による製品色調の均一性が要求される場合、本発明のように、炭酸化度が５０％以上であれば、無機発泡体パネル単体における目視での色調の均一性を実現することが可能となる。

また、炭酸化度が７５％以上であれば、複数の無機発泡体パネルを並べた場合における目視での色調変化を抑えることができる。更に、炭酸化度が９０％以上であれば、珪酸質原料として使用する石炭灰又は高炉スラグ等の生産時期が異なっても、複数の無機発泡体パネルを並べた場合における目視での色調変化を一層確実に抑えることができる。

また、鉄製パネル補強材は格子状鉄筋である。このように格子状鉄筋を鉄製パネル補強材として用いることにより、無機発泡体パネルの曲げ強度を高めることができる。また、鉄製パネル補強材はラス網であってもよい。ラス網は、鉄筋と比較して切断しやすい為、無機発泡体パネル施工時における切断加工の際の手間を減じることが可能となる。

本発明によれば、前述したような特別な条件、特殊な環境において、炭酸化が過度に進行した場合における不具合の発生を本質的に解決可能であり、同時に、珪酸質原料として石炭灰や高炉スラグ等の産業廃棄物を容易に使用する事が可能となり、更には、鉄製パネル補強材の発錆を防止する目的で配される保護膜の製造コストを削減する事が可能となるものである。

本発明に係る無機発泡体パネルの第１実施形態を示す斜視図である。 図１におけるII−II線断面図である。 本発明に係る無機発泡体パネルの第２実施形態を示す斜視図である。 図３におけるIV−IV線断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面においては、本発明に関連する構成を分かり易くすべく各部の形状を誇張して図示する場合があり、図面上の寸法比と実物の寸法比とは必ずしも一致しない。

（第１実施形態）
図１及び図２に示されるように、無機発泡体パネル１は、矩形平板状に形成されており、第１のパネル表面１ａと第２のパネル表面１ｂとを有する。第１のパネル表面１ａは、無機発泡体パネル１の外周表面のうち厚み方向に直交する表面であり、第２のパネル表面１ｂは第１のパネル表面１ａの反対側に位置している。無機発泡体パネル１は、無機発泡体で構成されたパネル本体２と、パネル本体２に埋設された第１及び第２の鉄筋補強材（鉄製パネル補強材）３ａ，３ｂとを備えている。

鉄筋補強材３ａ，３ｂを有する無機発泡体パネル１は、例えば建築物の外壁、床、間仕切として用いられる。鉄筋補強材３ａ，３ｂは、無機発泡体パネル１のパネル表面１ａ，１ｂに対して平行であって、且つパネル本体２の厚み方向に重ねられるように配列されている。第１の鉄筋補強材３ａは第１のパネル表面１ａ側に配置され、第２の鉄筋補強材３ｂは第２のパネル表面１ｂ側に配置されている。

パネル本体２を構成する無機発泡体は、炭酸カルシウムを含んでいる。ここで、無機発泡体中において、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分に対する、二酸化炭素と反応し無機発泡体中に炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の割合を「炭酸化度」とすると、パネル本体２の炭酸化度は、５０％以上であり、好ましくは７５％以上であり、特に好ましくは９０％以上である。なお、炭酸化度は１００％であってもよく、この場合、無機発泡体中において、二酸化炭素と反応しうる全てのカルシウムは、炭酸カルシウムとして存在している事となり、これ以上炭酸化が進行しない状態となっている。また、パネル本体２の珪酸質原料としては、石炭灰や高炉スラグ等を用いることができる。このように無機発泡体パネル１の製造で石炭灰や高炉スラグを利用できる為、本来は廃棄物である石炭灰や高炉スラグの有効利用を図ることが可能となる。なお、パネル本体２の珪酸質原料としては、珪石や珪砂等を利用することも可能である。

本発明における無機発泡体の炭酸化度の測定方法を以下に説明する。

無機発泡体中において、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分量は、発泡体を溶解して生成する炭酸ガス量を指標とすることができる。また、無機発泡体中において、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分量は、発泡体を完全に炭酸化させる条件下での処理を行った後に、発泡体を溶解して生成する炭酸ガス量を指標とすることができる。したがって、下記式によって炭酸化度を算出することができる。
炭酸化度（％）＝（ｖ／Ｖ）×１００

ここで、ｖは、発泡体を１０５℃で２４時間乾燥後粉砕し、１００〜５００ｍｇをサンプルとして精秤した後、５規定の塩酸水溶液中で分解し、発生する炭酸ガス量を測定して得られた、サンプル１ｇあたりの炭酸ガス発生量である。また、Ｖは、発泡体を粉砕した後２０℃、相対湿度１００％、炭酸ガス２ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件下７日間放置して完全に炭酸化を完了させ、１０５℃で２４時間乾燥させた後、１００〜５００ｍｇをサンプルとして精秤し、５規定の塩酸水溶液中で分解し、発生する炭酸ガス量を測定して得られた、完全炭酸化サンプル１ｇあたりの炭酸ガス発生量である。

第１及び第２の鉄筋補強材３ａ，３ｂは、鉄筋を溶接して格子状とした鉄筋マットであり、パネル本体２の補強材として機能する。第１の鉄筋補強材３ａと第２の鉄筋補強材３ｂは、パネル本体２の厚み方向における１／３厚みの位置よりも両表面に近い側にそれぞれ配置されているとよい。このようにパネルの両表面側に近い位置に２枚の鉄筋補強材３ａ，３ｂを配置することによって、無機発泡体パネル１の曲げ強度向上に寄与する。

第１及び第２の鉄筋補強材３ａ，３ｂには、第１及び第２の鉄筋補強材３ａ，３ｂの保護膜として機能する防錆剤４が被覆されている。この防錆剤４は、鉄筋補強材３ａ，３ｂを、防錆塗料に浸漬させる等により鉄筋補強材３ａ，３ｂに付着され乾燥されることによって鉄筋補強材３ａ，３ｂを被覆した状態となる。防錆剤４は、樹脂系材料またはセメント系材料で構成されており、例えば、樹脂系材料であれば無機質原料、水及び樹脂エマルジョンを含有する混合溶液である。

次に、無機発泡体パネル１の製造方法の一具体例について説明する。

まず、微粉砕された珪酸質原料と、石灰質原料と、再生原料と、発泡剤と、水とを混練して原料スラリーを生成する。珪酸質原料としては、珪石、珪砂、石炭灰又は高炉スラグ等を使用することができる。石灰質原料としては、セメント、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（ＣａＯＨ）又は石膏等を使用することができる。また、再生原料としては無機発泡体パネル１の製造工程で生じた回収原料を用いることができ、発泡剤としては金属アルミニウム等を用いることができる。

型枠内に、鉄筋補強材３ａ，３ｂからなる格子状鉄筋を配設し、前記原料スラリーを必要とされる量だけ型枠に注入する。その後、発泡剤の効果で原料スラリーは発泡し、前記格子状鉄筋は原料スラリー中に埋設された状態となる。

次に、所定の時間・温度にて予備養生を実施する事により、原料スラリーは半硬化状態となり、予備養生ブロックを得る。半硬化状態の予備養生ブロックは、型枠から脱型された後、ピアノ線にて切断を行い複数枚のパネル前躯体を得る。その後、パネル前躯体を密閉容器内に配置し、二酸化炭素を密閉容器に注入する事により、パネル前躯体のカルシウム成分を上記密閉容器内で炭酸化させることにより硬化処理を実施する。硬化処理時における密閉容器内の温度は０〜１００℃であり、密閉容器内における二酸化炭素ガス濃度は２〜１００％である。このようにパネル前躯体を炭酸化により硬化処理することによって無機発泡体パネルが完成する。

本発明では、硬化処理時にカルシウムと二酸化炭素とを反応させ炭酸化によって硬化処理を行うものであり、無機発泡体パネルである従来の軽量気泡コンクリートにおけるような高温高圧の雰囲気は必要としないため、オートクレーブ養生が不要となり、硬化処理時の温度を低下させることが可能となる。

また、本発明では、硬化処理時の温度が低く、硬化処理時の温度と常温との温度差が小さくなっている為、無機発泡体に働く圧縮応力と、鉄製パネル補強材に働く引張応力とを小さくすると共に、保護膜にかかる応力を低減させることができる。よって、無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートにおけるような、保護膜に必要とされる複雑な配合組成は必要なくなり、保護膜の製造コストを削減する事が可能となる。

更に、本発明の無機発泡体パネルは、硬化処理として炭酸化自体を利用する為、製造後における炭酸化を大幅に削減することができる。よって、無機発泡体である従来の軽量気泡コンクリートにおいて、前述したような特別な条件、特殊な環境下で、炭酸化が過度に進行した場合における不具合の発生を、本質的に解決可能である。

また、本発明の無機発泡体パネルの炭酸化度が５０％以上であれば、無機発泡体パネル単体における目視での色調の均一性を実現することが可能となる。また、炭酸化度が７５％以上であれば、複数の無機発泡体パネルを並べた場合における目視での色調変化を抑えることができる。更に、炭酸化度が９０％以上であれば、珪酸質原料として使用する石炭灰又は高炉スラグ等の生産時期が異なっても、複数の無機発泡体パネルを並べた場合における目視での色調変化を一層確実に抑えることができる。

（第２実施形態）
図３及び図４に示されるように、無機発泡体パネル１１は、パネル本体１２と、第１及び第２のラス網（鉄製パネル補強材）１３ａ，１３ｂとを備えており、鉄筋補強材３ａ，３ｂに代えてラス網１３ａ，１３ｂを用いた点が第１実施形態と異なっている。ラス網１３ａ，１３ｂは、無機発泡体の脱落防止のために設けられている。ラス網１３ａ，１３ｂは、薄板状の金属部材を切断と同時に延伸する事によって製造される。ラス網１３ａ，１３ｂは、鉄筋補強材３ａ，３ｂと比較して切断し易い為、無機発泡体パネル施工時における切断加工の際の手間を減じることが可能となる。

パネル本体１２に埋設された第１及び第２のラス網１３ａ，１３ｂは、無機発泡体パネル１１のパネル表面１１ａ，１１ｂに対して平行であって、且つパネル本体１２の厚み方向に重ねられるように配列されている。第１のラス網１３ａと第２のラス網１３ｂとは、パネル本体１２の厚み方向における仮想的な中央平面Ｓ２から等距離の位置に配置されている。第１及び第２のラス網１３ａ，１３ｂには、保護膜として機能する防錆剤１４が被覆されている。防錆剤１４は、それぞれのラス網１３ａ，１３ｂに対して防錆塗料が塗布され乾燥されることによって、ラス網１３ａ，１３ｂを被覆した状態となる。この防錆剤１４は、第１実施形態の防錆剤４と同様の樹脂系材料またはセメント系材料で構成されている。

無機発泡体パネル１１の製造方法は、第１実施形態の無機発泡体パネル１と同様であり、鉄筋補強材３ａ，３ｂとなる格子状鉄筋に代えて、ラス網１３ａ，１３ｂとなるメタルラスを用いた点のみが異なっている。よって、詳細な説明を省略する。

このように、第２実施形態の無機発泡体パネル１１は、第１実施形態の無機発泡体パネル１と同様の方法で製造されており、硬化処理として炭酸化を利用する事により、炭酸カルシウムを含有しているので、第１実施形態の無機発泡体パネル１と同様の効果が得られる。更に、上述したように、無機発泡体パネル１１は、ラス網１３ａ，１３ｂを有しており、鉄筋補強材３ａ，３ｂを用いた場合と比較して施工を容易に行えるという利点があるので、無機発泡体パネル１１の製造を容易に行うことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記実施形態では２枚の鉄筋補強材３ａ，３ｂ又は２枚のラス網１３ａ，１３ｂが埋設されていたが、鉄筋補強材又はラス網の枚数は２枚に限定されず、例えばパネル本体の内部における中央平面Ｓ２に沿うように１枚のラス網が設けられていてもよい。このように１枚のラス網が埋設された無機発泡体パネルは、例えば木造建物で多点支持される壁材として用いられる。

鉄筋補強材及びラス網に代えて、細かい鉄線を溶接させたワイヤメッシュやエキスパンドメタル等、他種のパネル補強材を用いてもよい。また、パネル補強材を構成する鉄線の線径、板厚、網目や格子間の寸法は、補強効果や作業性を考慮して適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、型枠に原料スラリーを注入した後に原料スラリーを発泡させたが、予め発泡させた起泡剤と原料スラリーを混練した後に、型枠に注入するプレフォーム法を採用してもよい。

また、本発明は、無機発泡体パネル１以外の発泡体パネルに応用させることが可能であり、例えばセメント系のボードに適用することも可能である。

１，１１…無機発泡体パネル、１ａ，１ｂ，１１ａ，１１ｂ…パネル表面、２，１２…パネル本体、３ａ，３ｂ…鉄筋補強材（鉄製パネル補強材）、４，１４…防錆剤（保護膜）、１３ａ，１３ｂ…ラス網、Ｓ１，Ｓ２…中央平面。

Claims (6)

1. 無機発泡体で構成されると共に平板状に形成されたパネル本体を有する無機発泡体パネルにおいて、
   前記パネル本体に埋設された鉄製パネル補強材と、
   前記鉄製パネル補強材を被覆する保護膜と、を備え、
   前記無機発泡体は、炭酸カルシウムを含有していることを特徴とする無機発泡体パネル。
2. 前記無機発泡体中の、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分に対する、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の割合が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の無機発泡体パネル。
3. 前記無機発泡体中の、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分に対する、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の割合が７５％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無機発泡体パネル。
4. 前記無機発泡体中の、二酸化炭素と反応しうる全カルシウム成分に対する、炭酸カルシウムとして存在するカルシウム成分の割合が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無機発泡体パネル。
5. 前記鉄製パネル補強材は格子状鉄筋であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無機発泡体パネル。
6. 前記鉄製パネル補強材はラス網であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無機発泡体パネル。

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