JP2016169123A - 軽量気泡コンクリートパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＬＣパネルに求められる圧縮強度を保持したまま、天然の珪酸質原料の使用を削減できるＡＬＣパネルの製造方法を提供すること。【解決手段】主として珪石からなる珪酸質原料と、石灰質原料と、を含有してなり、石灰分と珪酸分のモル比（Ｃａ／Ｓｉ）が０．３以上０．７以下である、ＡＬＣスラリーを硬化させて軽量気泡コンクリートパネルを製造する製造方法における、珪酸質原料を構成する珪石の少なくとも一部を、ＳｉＯ２含有量が７０質量％以上であるタイルセルベンで代替する軽量気泡コンクリートパネルの製造方法とする。【選択図】なし

Description

本発明は、軽量気泡コンクリートパネル（ＡＬＣパネル）の製造方法に関する。詳しくは、本発明は、建築物の壁や屋根、床等に使用されるＡＬＣパネルに関するものであり、天然資源の使用量を低減することができるＡＬＣパネルの製造方法に関する。

ＡＬＣは内部に気泡と細孔を含み、絶乾かさ比重が０．５程度と非常に軽量でありながら強度も比較的高いという優れた性質を持つ。この強度を発現させているのが、オートクレーブによる高温高圧水蒸気養生であり、この養生過程において珪石等の珪酸質原料と、セメントや生石灰等の石灰質原料から、珪酸カルシウム水和物のトバモライトが生成される。

しかしながら、近年の天然資源の減少はその速度を増すばかりで、ＡＬＣパネル製造に最適な珪石の鉱床も枯渇してきている。環境破壊の問題も資源枯渇の顕在化に拍車をかけており、採取規制が除々に広がりをみせている。天然資源の無尽蔵な確保は将来においては困難となることも考えられ、又、それに伴う原料価格の上昇を抑えるためにも、従来の天然の珪酸質原料の使用を削減できる代替技術が求められている。

ここで、例えば、窯業の分野においては、タイルセルベン等の産業廃棄物を主たる原料とする製造方法が既に提案されている（特許文献１参照）。尚、タイルセルベンとは、ガラス、磁器製品、碍子等磁器製品粉砕物の総称である。

しかしながら、優れた圧縮強度を備えることが求められるＡＬＣパネルにおいては、結晶度の高いトバモライトを多量且つ均質に生成させることが極めて重要であり、そのためには、例えば、石英の結晶サイズのバラツキが少ない原石からなるもの等、高品位の珪酸質原料の選択が必須であるというのが従来の通説であった（特許文献２参照）。

特開平９−１００１５１号公報 特開２００１−３０２３２５号公報

本発明は、上記の状況の中でなされたものである。本発明は、ＡＬＣパネルに求められる圧縮強度を保持したまま、天然の珪酸質原料の使用量を削減することができるＡＬＣパネルの製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、ＡＬＣパネルの製造においても、代替量を所定割合の範囲内に限定することにより、求められる圧縮強度を保持したまま、天然の珪酸質原料の一部を産業廃棄物であるタイルセルベンで代替できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 主として珪石からなる珪酸質原料と、石灰質原料とを含有してなり、石灰分と珪酸分のモル比（Ｃａ／Ｓｉ）が０．３以上０．７以下であるＡＬＣスラリーを硬化させて、軽量気泡コンクリートパネルを製造する製造方法であって、前記珪酸質原料を構成する珪石の少なくとも一部を、ＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であるタイルセルベンで代替する軽量気泡コンクリートパネルの製造方法。

（１）の発明によれば、ＡＬＣパネルの製造において、ＡＬＣパネルの圧縮強度を保持したまま、天然の珪酸質原料の一部を産業廃棄物であるタイルセルベンで代替することができる。これにより希少な天然資源の保護と産業廃棄物の有効な再利用による地球環境の保全とに寄与することができる。又、材料コストの低減によってセメント系硬化体製造の経済性向上にも寄与することができる。尚、タイルセルベンとは、ガラス、磁器製品、碍子等磁器製品粉砕物の総称であるが、一般にタイルセルベンは、産業廃棄物の中でも比較的安定した性状であり、ＳｉＯ_２を多く含むことが知られている。本発明の製造方法において、好適に用いることができるＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であるタイルセルベンを入手することに格別の困難性はない。

（２） 前記珪酸質原料中の珪石とタイルセルベンとの合計含有量に対するタイルセルベンの含有量比が、５質量％以上２０質量％以下である（１）に記載の軽量気泡コンクリートパネルの製造方法。

（２）の発明によれば、（１）に記載の一般的なタイルセルベンを用いる場合において、極めて高い確度で、ＡＬＣパネルの圧縮強度を好ましい強度範囲に保持することができる。即ち、これにより、（１）の発明の効果をより安定的に発現させることができる。

本発明によれば、ＡＬＣパネルに求められる圧縮強度を保持したまま、天然の珪酸質原料の使用を削減できるＡＬＣパネルの製造方法を提供することができる。そして、これによれば、資源保護と産業廃棄物の有効利用による環境保全と、製造コスト低減によるＡＬＣパネル製造に係る経済性の向上に寄与することができる。

以下、本発明の実施態様について説明する。尚、本発明は以下の実施態様に限定されない。

＜ＡＬＣパネルの製造方法＞
従来行われている一般的なＡＬＣパネルの製造方法は、以下の通りである。ＡＬＣパネルの製造においては、先ず、珪石等の珪酸質原料と、セメント、生石灰等の石灰質原料を主原料とするＡＬＣスラリーを作成する。そして、これを型枠内で硬化させて半可塑性体を形成する。次に、この半可塑性体を所定の寸法にカットし、更にカットされた半可塑性体をオートクレーブに装入して、高温高圧で水蒸気養生する。これらの過程を経ることにより所定形状のＡＬＣパネルを製造することができる。

本発明の製造方法は、上記ＡＬＣスラリーの主原料である珪酸質原料の一部を産業廃棄物であるタイルセルベンで代替することを特徴とする。

＜ＡＬＣスラリー＞
一般に、ＡＬＣパネルの製造に用いるＡＬＣスラリーは、主原料である上記の珪酸質原料及び石灰質原料の他、ＡＬＣ屑材を粉砕した工程繰り返し原料、発泡剤としてのアルミニウム粉末、界面活性剤等の添加物、及び温水を加えて混練することによって得ることができる。本発明のＡＬＣパネルの製造方法に用いるＡＬＣスラリーは、このＡＬＣスラリーの主原料のうち、珪酸質原料の一部を、産業廃棄物であるタイルセルベンで代替する。

上述の通り、ＡＬＣパネルの強度向上にはオートクレーブ養生の過程におけるトモバライトの生成が重要な役割を果たす。このトモバライトの生成を促進する上では、珪酸質原料は、例えば特許文献２に記載されているように高品位のものであることが好ましい。よって、例えば、ＳｉＯ_２品位に劣るタイルセルベン等でこれを代替すると、ＡＬＣパネルの強度の向上に寄与するトバモライトの生成が不充分となり、ＡＬＣパネルの強度が低下してしまうものと考えられていた。

ここで、トバモライトは化学式では５ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・５Ｈ_２Ｏである。そしてこのトバモライトのＣａ／Ｓｉモル比の理論値は５／６＝０．８３である。ＡＬＣスラリー中の全石灰分と珪酸分のモル比ＣａＯ／ＳｉＯ_２は、トバモライトの前駆体である珪酸カルシウム水和物の組成に影響を与える。トバモライトを効率的に生成させるには、理論的には、このモル比を０．４以上０．８以下の範囲内に制御することが必要となる。

しかしながら、実際のＡＬＣパネルの製造工程においては、オートクレーブ養生品の物性を向上させる為に、ＡＬＣスラリーの上記のＣａ／Ｓｉモル比は、上記の理論値よりもＳｉリッチの方向に調整されて設定されることがほとんどであった。具体的には、ＡＬＣスラリーのＣａ／Ｓｉモル比は０．３以上０．７以下程度の範囲に調整されることが一般的である。この理由のうち、少なくとも一つの理由として、次の理由が挙げられる。それは、トバモライトの生成に寄与しなかった未反応分の珪酸質原料は、ＡＬＣマトリックス中にそのまま残存し、骨材効果によってもＡＬＣパネルの強度向上に寄与するということである。

本発明者は、改めてこの点に着目して研究と実験を重ねた。その結果、ＡＬＣパネルの十分な強度を保持する上で、ＡＬＣスラリー中の珪酸質原料のうち、少なくとも、上記のように未反応のまま骨材としてＡＬＣマトリックス中に残存する分については、必ずしもトモバライトの生成に寄与しうるに足る品位を有するものである必要がないのではないかということに想到し、これを、下記の実施例に示す実験により実証した。そして、更には、珪酸質原料のうちの一部を、本発明独自の所定割合の範囲内でタイルセルベンで代替することにより、極めて優れた強度を有するＡＬＣパネルを製造することができることを見出した。

本発明のＡＬＣパネルの製造方法に用いるＡＬＣスラリーは、主として珪石からなる珪酸質原料と石灰質原料を主原料とする。そして、ＡＬＣスラリー中の石灰分と珪酸分のモル比（Ｃａ／Ｓｉ）が０．３以上０．７以下である。この点は従来のＡＬＣパネルの製造に用いるスラリーと同様である。

そして、本発明のＡＬＣパネルの製造方法に用いるＡＬＣスラリーは、珪酸質原料を構成する珪石のうち、少なくともその一部をタイルセルベンで代替するものである。ＡＬＣスラリーを構成する石灰質原料やその他の材料成分については、従来のスラリーと同様のものを用いることができる。

［珪酸質原料］
本発明のＡＬＣスラリーに用いる珪酸質原料は、上述の通り、珪石の一部をタイルセルベンで代替したものである。ここで、タイルセルベンとは、ガラス、磁器製品、碍子など磁器製品粉砕物の総称である。又、一般にタイルセルベンは、産業廃棄物の中でも安定した性状を有することが知られている。具体的な組成としてＳｉＯ_２を多く含むものであることが一般的である。

タイルセルベンのＳｉＯ_２含有量比が７０質量％以上であるとき、珪酸質原料中の珪石とタイルセルベンとの合計含有量に対するタイルセルベンの含有量比は、５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。これにより、タイルセルベンによる珪石の代替にもかかわらず、ＡＬＣパネルに十分な強度を保持させることができる。後に実施例において示す通り、一般的なタイルセルベンの上記含有量比が５質量％程度以上２０質量％以下の範囲において、ＡＬＣパネルの強度は概ね、上記の含有量比が０質量％である場合と遜色ない数値を示す。よって、本発明の製造方法の実施においては、一般的なタイルセルベンを用いる場合の目安として、上記含有量比が５質量％以上２０質量％以下、即ち、タイルセルベンによる珪石の代替率が５〜２０％以下であることが好ましい。

［石灰質原料］
本発明のＡＬＣパネルの製造方法に用いる石灰質原料は、上記の通り、ＡＬＣスラリー中の石灰分と珪酸分のモル比（Ｃａ／Ｓｉ）が０．３以上０．７以下に保持できる範囲において、ＡＬＣパネル製造用途として従来公知の各種のセメント系材料を適宜用いることができる。具体例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメント以外に高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等を挙げることができる。これらを、ＡＬＣパネルの使用用途により適宜使い分けることが好ましい。

［その他の材料］
ＡＬＣスラリーのその他の材料と配合比については特段限定されない。用途を考慮して適宜設定すればよい。一般的なＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の混和剤を添加することもできる。

以下、本発明のＡＬＣパネルの製造方法について、実施例を挙げて詳細に説明する。尚、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。

＜ＡＬＣパネルの製造＞
まず比較例１のＡＬＣパネルの製造に用いるＡＬＣスラリーを作成するために固体原料を以下の通り作成した。珪石砂、生石灰、普通ポルトランドセメント、石膏、繰り返し原料を表１に示す通りの配合量（ｇ）で混合し、Ｃａ／Ｓｉモル比についても表１の通りの値となるように調整した。

そして、上記の比較例１の固体原料について、それらに含まれる珪石砂の一部をそれぞれ、表１に示す割合（表１中で「代替率（％）」と表記）で、タイルセルベンで置換したものを、各実施例、比較例のスラリーとした。これらの各固体原料合計１００重量部に水６０重量部と少量のアルミニウム粉末及び界面活性剤を加え混練して得たものを、実施例及び比較例の各ＡＬＣスラリーとした。尚、表１中の各材料の数値の単位はｇである。又、各実施例及び比較例に用いた上記のタイルセルベンの組成は表２に示す通りである。

上記の各ＡＬＣスラリーが、アルミニウム粉末の反応により気泡が生成して膨張し、石灰質原料の水和により硬化した後、１８０℃、１０気圧のオートクレーブにおいて６時間高温高圧水蒸気養生を施し、実施例及び比較例の各ＡＬＣパネルを得た。

＜圧縮強度試験＞
上記の実施例及び比較例の各ＡＬＣパネルについて、アルミニウム粉の発泡方向（鉛直方向）の中央部から、ＪＩＳ Ａ １１３２（コンクリート強度試験用供試体の作り方）に従い円柱状の立方体に成形してＪＩＳＡ５４１６に準じて圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。測定の結果を表２に示す。尚、代替率０％の比較例１の圧縮強度を、基準値として１００とし、これに対する、その他の各ＡＬＣパネルの圧縮強度の相対値（％）を、その他の実施例及び比較例の各ＡＬＣパネルの圧縮強度比（％）とした。この試験において得た値、即ち、圧縮強度比（％）が、９０以上であるならば、珪石のタイルセルベンへの置換が可能であると評価した。

表３より本発明のＡＬＣパネルの製造方法によれば、ＡＬＣパネルの強度を保持したまま、天然資源である珪石を、産業廃棄物であるタイルセルベンで代替できることが分かる。又、ＳｉＯ_２含有量が７０％程度の一般的なタイルセルベンである場合において、その代替率は５％以上２０％以下であることがより好ましいことが分かる。

Claims (2)

1. 主として珪石からなる珪酸質原料と、石灰質原料とを含有してなり、石灰分と珪酸分のモル比（Ｃａ／Ｓｉ）が０．３以上０．７以下であるＡＬＣスラリーを硬化させて、軽量気泡コンクリートパネルを製造する製造方法であって、
   前記珪酸質原料を構成する珪石の少なくとも一部を、ＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であるタイルセルベンで代替する軽量気泡コンクリートパネルの製造方法。
2. 前記珪酸質原料中の珪石とタイルセルベンとの合計含有量に対するタイルセルベンの含有量比が、５質量％以上２０質量％以下である請求項１に記載の軽量気泡コンクリートパネルの製造方法。