JP2757878B2 - 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、ゾノトライト系珪酸カルシウム水和物成形
体の製造に際しての上記の諸問題点を解決すべく鋭意研
究の結果完成されたものであって、ポルトランドセメン
ト及び生石灰よりなる石灰質原料と、珪石、珪砂等の珪
酸質原料と石膏とを主原料とし、これらの原料をCaO/Si
O2のモル比が0.7〜1.1であって、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
%以下であり、石膏の添加量が全固体量の2〜30重量%
であるような配合割合で配合し、ポルトランドセメント
と珪酸質原料の混合物及び生石灰と石膏の混合物をそれ
ぞれ単独で前水和するか、又は生石灰及び石膏の混合物
のみを前水和した後、全原料を混合して混合物に適量の
水を加えてスラリー状とし、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190〜240℃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30kgf/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、耐火、耐熱を必要とする建材
等への利用に好適であり、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ル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
目標とする生産率でゾノ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。
本発明において珪酸カルシウム原料に更に石膏を加え
るのは、石膏は本発明によって得られる成形体中のゾノ
トライトの形成に何等悪影響を及ぼすことなく成形体の
圧縮強度等の物性値の向上に寄与するためであり、その
添加量の上限は全固体量の30重量%と定めたのは添加量
がこれ以上となると生ケーキの成形性が著しく低下する
からであり、また下限を2重量%としたのはこれ以下で
は石膏の添加効果が十分に発揮されないからである。ま
た石灰質原料に消石灰を使用せずに生石灰を使用するの
は、石灰質原料と石膏とを前水和処理するに際して、処
理時間を調節することによって石灰消費率を制御するこ
とが可能であって、これによって発熱量の調整を行なう
とともに石灰の品質上のバラツキを緩和し、且つ成形性
の向上をはかることができるからであり、事実石灰質原
料に消石灰のみを使用した場合に比べて、成形体の物性
の著しい安定と向上がみられる。
また、ポルトランドセメントと珪酸質原料の前水和処
理は本発明による水蒸気養生処理によって形成されるゾ
ノトライト生成率を向上させる効果を有する。実際に前
水和なしの場合には生成率を35%以上とすることが困難
であるとされるAl/Si+Al原子比が7%であるような高
原子比の場合であっても十分に35重量%以上の高い生成
率が容易に確保されることが確認されている。
得られる成形体を軽量化するためには、通常トバモラ
イト系軽量コンクリートの製造などで一般的に行なわれ
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の特別
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肝要であ
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、ゾノトライトは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 本発明において、原料スラリーを型枠に鋳込んだ生ケ
ーキの成形性の評価は、型枠から取り出した水蒸気養生
をする前の半硬化成形物に対して、その直上50mmの高さ
から直径45mmの鋼球を落下させ、その落下面にできた凹
みの直径を測定し直径25mm以下のものを良好とし、25mm
以上のものを成形性が悪いと判定した。
また、成形体製品の圧縮強度の測定はJISA−5416によ
って行なった。
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珪酸質原料及び石灰質原料には第
1表に示す如き化学組成を有するものを使用した。
これらの各原料を第2表に示すような割合で配合し、
これに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、先ず原料中の珪
石とポルトランドセメントの混合物及び生石灰と石膏の
混合物それぞれ2重量部に対して水約1重量部加えて各
所定時間保持することによって前水和処理を施した。
次にこれらの原料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半硬化させ、得られた半硬化成
形物に対して成形性の評価試験を行なった。次にこの半
硬化成形体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、得られた珪酸カルシウム成形体
製品から試料を採取してゾノトライト生成率の測定と圧
縮強度の測定を行なった。
また比較のため原料中のCaO/SiO2モル比、Al/Si+Al
原子比、石膏の添加量が本発明の条件と異なるもの、ま
た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も同様にして各試験項目についての
測定を行なった。
これらの結果を第2表に示す。なお、成形体の嵩比重
は何れも0.5±0.05であり、軽量性については問題はな
かった。
以上の結果から明らかなように本発明の製造条件、即
ち主要原料としてポルトランドセメント、生石灰、珪石
及び石膏を使用し、原料混合物中における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0.7以下とし、石膏添加量を全固体量の2〜30重量
%としたうえで、石膏と生石灰との混合物及び珪石及び
ポルトランドセメントの混合物の両者若しくは石膏と生
石灰との混合物のみ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9〜
14)は混合物スラリーの成形性が良好で、水蒸気処理後
に得られる成形体製品中におけるゾノトライトの生成
率、成形体製品の圧縮強度ともに良好であるのに対し、
上記した製造条件のうちの一つ以上が本発明の条件と適
合しない条件で製造を行なったもの(実施番号1〜8)
においては、半硬化物の成形性、得られた成形体製品に
おけるゾノトライトの生成率、又は成形体製品の強度の
何れかにおいて本発明によるものに比べて劣るものであ
ることが判かる。
(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ゾノト
ライトの生成率が高く耐火性に富み、且つ軽量で強度が
高いゾノトライト系珪酸カルシウム水和物成形体が得ら
れる上に、その製造過程においても中間製品である半硬
化成形体の成形性が良好であってその取扱いが容易であ
り、また水蒸気養生処理に際しての生産性とエネルギー
効率を高めることができるなどの優れた効果がある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポルトランドセメント及び生石灰よりなる
    石灰質原料と、珪石、珪砂等の珪酸原料と石膏とを主原
    料とし、これらの原料をCaO/SiO2のモル比が0.7〜1.1で
    あって、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%以下であり、石膏の
    添加量が全固体量の2〜30重量%であるような配合割合
    で配合し、ポルトランドセメントと珪酸質原料の混合物
    及び生石灰と石膏の混合物をそれぞれ単独で前水和する
    か、又は生石灰及び石膏の混合物のみを前水和した後、
    全原料を混合して混合物に適量の水を加えてスラリー状
    とし、さらに金属アルミニウムを添加して型枠に鋳込み
    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190〜240
    ℃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
    法。
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