JP2755447B2 - ゾノトライト系軽量珪酸カルシウム水和物成形体の製造法 - Google Patents

ゾノトライト系軽量珪酸カルシウム水和物成形体の製造法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は耐熱性と諸物理的特性の優れた建築用材料と
して用いられるゾノトライト系軽量珪酸カルシウム水和
物成形体の製造法に関するものである。
(従来の技術) ゾノトライトを主要構成鉱物とする珪酸カルシウム成
形体は、ゾノトライトの最も大きな特長である耐熱性を
生かし、高温用の保温材、断熱材、耐火被覆材のような
主として建築用の用途に使用されている。従来、この成
形体を製造する方法としては主として次の4通りが挙げ
られる。
1)珪酸質原料、石灰質原料、水及び必要に応じて添加
される繊維質物質等の添加材からなるスラリーを型に流
し込み成形した後、オートクレーブ中でこれを水熱反応
させて成形体を得る方法。(特公昭61−25672号公報に
記載の比較例2参照) 2)珪酸質原料、石灰質原料、水及び必要に応じて添加
される繊維質物質等の添加材からなるスラリーを温水中
で予備反応させることによりゲルを生成させ、次いでそ
のゲルを圧縮成形した後オートクレーブ中で水熱反応さ
せ成形体を得る方法。
3)珪酸質原料、石灰質原料、水及び必要に応じて添加
される繊維質物質等の添加材からなるスラリーをオート
クレーブ中で攪拌しながらゾノトライトを水熱合成し、
その後加圧成形し乾燥させて成形体を得る方法。(特公
昭45−25771号公報参照) 4)珪酸質原料、石灰質原料及び必要に応じて添加され
る繊維質物質等の添加材からなる混合粉末を、これに水
を加えることなく型枠内へ充填し、加圧することなしに
成形したものをオートクレーブ中で水熱反応させて成形
体を得る方法。(特公昭61−25672号公報参照) またこれら従来のゾノトライト成形体の製造法におい
ては原料中のAl分の含有量が可及的に低いことが必要で
あるとされており、そのためポルトランドセメントは使
用されていなかった。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら前記した製造法において、1)及び2)
に示した製造方法では嵩比重が高い成形体のみしか得ら
れず、また得られた成形体を高温に加熱した場合の収縮
率が従来の他の製造法により得られたゾノトライト系の
珪酸カルシウム成形体よりも大きくなり、この成形体の
大きな特長である耐熱性が低下するので好ましくない。
またこの成形体は強度が低いため何等かの補強を施さ
ないと壁材や床材のような用途の建材には使用すること
ができず、強度を上げるためには多量の繊維質物質を混
入させなければならないので価格の点や耐火性の点で問
題があり、また鉄筋等による補強を行なうときは成形体
の総重量がますます重くなってしまうので好ましくな
い。
また3)に示した製造法では、水熱反応によって生成
したゾノトライト結晶の集合体が嵩高なものであるた
め、嵩比重0.2程度の成形体しか得られず、繊維質物質
や鉄筋で補強をしたとしても壁材や床材として使用する
には強度が足りず不向きであった。
さらにまた4)に示した製造法では、ゾノトライトの
生成率を高めるために長時間の養生を行なう必要があ
り、エネルギーコストの点からみて有利な製造法である
とはいえず、また原料をそれほど緻密に成形することが
できないため十分な強度を得ることは困難であり、先に
述べたように繊維質物質や鉄筋を用いて補強をすれば総
重量が重くなるばかりでなく、建築構造物に使用する場
合においては鉄筋の使用量が増加することになるのでコ
スト的に不利でありまた施工性にも難点がある。
本発明は前記したような従来技術における問題点を解
消し、建築用壁材や床材等に必要とされる強度を有し、
且つゾノトライトの生成率を高めることによって耐熱性
の一段と優れたゾノトライト系軽量珪酸カルシウム成形
体を経済的に有利に得ることを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記した目的を達成するために鋭意研究の
結果完成されたものであって、珪酸質原料粉末とポルト
ランドセメントを含んだ石灰質原料粉末とを、Ca/SiO2
モル比が0.7〜1.1で、且つ全原料中に含有されるAl2O3
とSiO2とから求めたAl/Si+Alの原子比が7%以下とな
るような割合で配合し、ポルトランドセメントと珪酸質
原料の混合物を前水和した後、全原料を混合し、適宜量
の水を加えてスラリー状となし、これに更に金属アルミ
ニウムを加えて型枠に鋳込み、これを発泡させた状態で
硬化させ、得られた成形体をゾノトライト生成率が全体
量の35重量%以上となるように高温高圧で水蒸気養生を
施すことを特徴とするゾノトライト系軽量珪酸カルシウ
ム水和物成形体の製造法である。
本発明によって得られるゾノトライト系珪酸カルシウ
ム成形体は、嵩比重が0.3〜0.8の範囲にあり軽量である
にも拘らず、圧縮強度が20kgf/cm2以上もあって強靱で
あり、その上耐火度においても少なくとも750℃の表面
加熱温度に耐え得るので、建材その他高耐火性を必要と
する構築材料等への利用に好適であるので上記した目的
を十分に達成し得るばかりでなく、原料として高純度の
珪酸カルシウム原料のみを使用することなく、不純物と
してAl等を含有する安価なポルトランドセメントを原料
の一部として使用することが可能であり、これによって
単に経済的に有利となるだけでなく、スラリーの粘度を
高めて生ケーキの強度を高くすることができ、且つ発泡
時間の調節を容易にすることができるなどの好ましい効
果を有する (作用) 本発明のゾノトライト系珪酸カシウム水和物成形体の
製造は上記の如くして行なわれるが、本発明において、
珪酸カルシウム原料スラリーを蒸気処理することによっ
て得られるゾノトライト系珪酸カルシウムは該原料スラ
リーより作られた成形体を構成する珪酸質原料と石灰質
原料とをオートクレーブ中で水熱反応させることによっ
て生成するものであって、ゾノトライト結晶、トバモラ
イト結晶及びCSHゲルと呼ばれる非晶質物質から構成さ
れている。従って成形体の物性値は、このゾノトライト
結晶、モバライト結晶及びCSHゲルの存在割合によって
異なってくる。特に耐熱性が要求される場合には成形体
中に占めるゾノトライト結晶の存在比率が35重量%以上
で可及的に高いことが肝要である。
珪酸質原料と石灰質原料との混合物において、混合物
中に含まれるCaOとSiO2のモル比をCa/SiO2=0.7〜1.1の
範囲に定めたのは、モル比0.7以下では、高温度で長時
間蒸気養生を行なってもゾノトライト生成率が全体量の
35%以上に達しないし、一方モル比が1.1以上であって
も目標とする生成率でゾノトライト結晶を得ることがで
きないからである。
また珪酸質原料と石灰質原料との混合物中に存在する
Al2O3及びSiO2から求めたAl/Si+Alの原子比を7%以下
になるように定めたのはこの値を超えるようにポルトラ
ンドセメントを多用すると、蒸気養生条件をよくしても
ゾノトライトの生成率を35%以上にすることが出来ない
からである。
またこの場合において成形体におけるゾノトライト生
成率を一層向上させるためには、珪酸質原料及びポルト
ランドセメントを前水和すること及び珪酸質原料にAl分
の含有が少ないことが重要なことであって、これらの原
料に前水和を施さないかあるいは珪酸質原料に極端にAl
分の多いものを用いるときは、原料混合物中のAl/Si+A
l原子比を7%以下のかなり低い値、例えば5%以下に
維持しないとゾノトライトの生成率を35%以上とするこ
とが困難であり、成形体の耐熱性を劣化させる原因とな
る。
成形体を軽量化するためには、通常一般的にトバモラ
イト系軽量コンクリートの製造などで行なわれているよ
うに原料混合物スラリーを型枠に鋳込むに際してスラリ
ー中にアルミニウム粉末の適当量を発泡剤として加え鋳
込み後にこれを発泡させることによって軽量化を達成す
ることができ、この際におけるアルミニウム粉末の添加
量を適宜調整することによって得られる成形体を嵩比重
を0.3〜0.8の軽量な範囲に収めることができる。
また本発明の成形体を建築物の壁材や床材など特別に
強度を必要とする箇所に適用する場合には成形体の製造
に際してその内部に補強鉄筋を配置するようにすればよ
い。
本発明における水蒸気養生に際しては190〜240℃程度
の温度範囲での養生が必要であり、この温度範囲内では
温度が低い程長時間の養生が必要であり、温度が高い程
養生時間が短くてすむが、190℃以下の温度での養生は
養生時間が長すぎて生産性の点で問題を生じ、240℃以
上の温度での養生ではオートクレーブ内の圧力が高くな
り過ぎて設備的費用の点で問題を生ずるほか、養生時間
も最早それ以上短縮する必要性もなくなるので意味がな
い。
ゾノトライトの生成率は珪酸カルシウム生成用原料混
合物全量の35%以上となるように養生温度と養生時間の
組み合わせを選択して水蒸気養生をすることが必要であ
って、それ以下の生成率であるときは、ゾノトライトの
生成量よりもトバモライトやCSH生成依存量が多くなり
過ぎて目的とする750℃以上の高温における表面加熱処
理に耐え得るような耐火度を有する成形体製品を得るこ
とができない。しかして本発明の方法、即ち原料混合物
スラリーの水蒸気養生に先だって珪酸質原料及びポルト
ランドセメントに前水和処理を施した場合には、養生に
当たって成形物中でのゾノトライトの形成が促進される
ため養生に要する温度、時間等の諸条件を前水和処理を
施さない場合に比べて大幅に緩和できるのでエネルギー
効率の点からもまた生産効率の点からも極めて効果的で
ある。
ゾノトライトの生成率は次のようにして測定すること
ができる。
即ち、ゾノトライト750〜850℃の間で熱分解し次式に
示すように結晶水を失ってワラスナイトとなる。
6(CaO・SiO2)・H2O →6(CaO・SiO2)+H2O (1) 共存するトバモライト、CSHの結晶水、付着水は750℃
以下の温度で全部分解する。
従ってゾノトライトの脱水による減量が、試料全体を
ゾノトライトであると仮定した場合に比べてどれだけの
割合を占めるかを測定することによって、ゾノトライト
の存在割合を知ることができるのである。
測定試料には得られた成形体から約30mgを採取し、測
定機器には理学電機(株)製熱機械分析装置を使用し
た。測定条件としては、室温から1000℃までを20℃/分
の昇温速度で加熱昇温を行なった。
試料の最初の重量: M mg 1000℃までの減量: A mg 750〜800℃までの減量: (ゾノトライトの熱分解による減量) B mg 全量がゾノトライトであると仮定したときの結晶水放出
による理論重量減の比率: (1)式から また、成形体の圧縮強度の測定はJISA−5416によって行
なうことができる。
以下本発明の実施例について述べる。
(実施例) 本実施例においては第1表に示すような化学組成を有
する珪酸質及び石灰質原料を使用した。
第1表に示した各原料を第2表に示す割合で配合し、
これを更にアルミニウム粉末を原料乾量に対して0.07重
量%を配合して全配合原料中のCaO/SiO2モル比及びAl/S
i+Al原子比が所定値となるようにし、先ず珪石及びポ
ルトランドセメントの混合物2重量部に対して水を約1
重量部加えて時間保持することによって前水和処理を施
し、次にこれに他の配合原料及び水を加えてスラリー化
したものを大きさ15cm角×40cm高さの鋳型に流し込んで
発泡させた状態で硬化し、得られた成形物をオートクレ
ーブ中で第2表に示す養生条件で水蒸気養生を行ない、
得られた成形体製品から試料を採取して、先に述べた手
法によってゾノトライトの生成率を測定した。
また同時に比較のため珪石及びポルトランドセメント
について前処理を行なわないものについて同様の工程を
経て水蒸気処理を施して得られた試料についてゾノトラ
イト生成率を測定し、前処理によるゾノトライト生成向
上度を調べた。
これらの結果を第2表に示す。
なおこれら第2表に示した成形体の嵩比重はすべて0.
5±0.05であり、また平均圧縮強度は27.3kgf/cm2であっ
た。
以上の結果から明らかなように、本発明の方法即ち、
原料混合物中のCaO/SiO2モル比を1.1〜0.7の範囲とし、
また原料中のAl/Si+Al原子比を7%以下とした上で、
珪酸質原料及びポルトランドセメントに対してスラリー
の水蒸気養生を行なうに先だって前水和処理を施したも
の(実施番号6、8及び9)は前水和処理を施さないも
の(実施番号1〜5)に比べて養生条件が同一であって
も、得られた成形体におけるゾノトライト生成率が著し
く高いこと、また前処理を施したものであっても原料配
合割合が本発明に定めたCaO/SiO2モル比、Al/Si+Al原
子比を逸脱したもの(実施番号7)においてはゾノトラ
イト生成率が十分に上がらず、所期の目的を達し得ない
ことが判かる。
(発明の効果) 以上述べたように本発明の製造法によるときは得られ
たゾノトライト系軽量珪酸カルシウム水和物成形体にお
けるゾノトライトの生成率を大幅に向上させることが出
来るため、成形物に優れた耐火度を付与することができ
るとともにその嵩比重も0.3〜0.8の範囲にあって、極め
て軽量であり、更にまた建築用材料などに使用する上で
十分な強度を有しているなど優れた性能を有している上
に、その製造に際して、原料の一部に安価なポルトラン
ドセメントを使用することによってスラリー粘度が高め
られ、水蒸気養生処理を施す前の半硬化成形体の強度が
向上するのでその取扱いが容易となり、しかも水蒸気養
生に当たっての処理条件を大幅に緩和できるので生産性
やエネルギー効率を高め得るなど優れた効果を有する。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪酸質原料粉末とポルトランドセメントを
    含んだ石灰質原料粉末とを、CaO/SiO2のモル比が0.7〜
    1.1で、且つ全原料中に含まれるAl2O3とSiO2とから求め
    られたAl/Si+Alの原子比が7%以下となるような配合
    とし、ポルトランドセメントと珪酸質原料の混合物を前
    水和した後、全原料を混合し水でスラリー状とし、さら
    に金属アルミニウム粉末を添加して型枠に鋳込み、これ
    を発泡硬化させた後、得られた発泡成形体をゾノトライ
    トの生成率が全体量の35重量%以上となるように190〜2
    40℃の温度範囲で水蒸気養生処理を施すことを特徴とす
    るゾノトライト系軽量珪酸カルシウム水和物成形体の製
    造方法。
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