JP3790061B2

JP3790061B2 - 建築材料及びその作製方法

Info

Publication number: JP3790061B2
Application number: JP02693799A
Authority: JP
Inventors: 秀恭長岡
Original assignee: Nippan Kenkyujo Co Ltd
Current assignee: Nippan Kenkyujo Co Ltd
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: JP2000226248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火性、耐熱性、断熱性、耐酸性、施工性および耐久性が良好で、かつ軽量の建築材料およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料の一つとして、コンクリートがよく知られている。コンクリートは、一般に普通ポルトランドセメントと砂（細骨材）および小石を水と練り混ぜたものを使用するが、更に炭素繊維等を添加して、曲げ強度の向上を図るものもある。
【０００３】
しかしながら、コンクリートは乾燥し硬化する時、収縮率の相違等によりクラックが生じてひび割れが発生しやすい。また、硬化後も外部からの炭酸ガスやコンクリートに含まれる不良骨材による反応によってもひび割れが発生する。そして、コンクリートはその組成上非常に酸に対して弱く、また、コンクリートとコンクリートの接着性は低く、比重も重い。
【０００４】
そこで、従来より、耐火性、耐熱性、断熱性、耐酸性、施工性および耐久性が良好で、かつ軽量の建築材料が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明はかかる従来の問題に鑑みて創作されたものであり、耐火性、耐熱性、断熱性、耐酸性、施工性および耐久性が良好で、かつ軽量の建築材料の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本願発明の建築材料は、少なくとも二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム及び酸化チタンのセラミック粉末、並びにアクリル樹脂粉末を分散した分散液と、多孔質球形の骨材と、炭素繊維と、セメント材とを混合してなることを特徴とし、上記課題を解決する。
【０００７】
（２）上記（１）の発明において、前記多孔質球形の骨材は、セラミック粉末で被覆されていることを特徴とし、上記課題を解決する。
（３）また、上記（２）の発明において、前記分散液に含まれるセラミック粉末と、前記多孔質球形の骨材を被覆するセラミック粉末とは、実質的に同質材のものであることを特徴とし、上記課題を解決する。
【０００８】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか一に記載の発明において、前記多孔質球形の骨材は、粒径が０．１〜５ mm の範囲内にある二酸化ケイ素を主材とするガラス材であることを特徴とし、上記課題を解決する。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか一に記載の発明において、前記炭素繊維の径は、９〜１２μ m 、長さ５ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とし、上記課題を解決する。
【０００９】
（６）本願発明の建築材料の作製方法は、少なくとも二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム、酸化チタン、及びアクリル樹脂を粉末にする工程と、前記粉末を液に分散させて分散液を調製する工程と、前記分散液と、水と、多孔質球形の骨材と、炭素繊維と、セメント材とを混合し、攪拌する工程と、前記混合物を乾燥して硬化させる工程と、を有することを特徴とし、上記課題を解決する。
【００１０】
（７）上記（６）に記載の建築材料の作製方法によって形成された前記混合物の硬化体の表面を、更にセラミックコーティング材で被覆することを特徴とし、上記課題を解決する。
（８）上記（７）に記載の前記セラミックコーティング材による被覆は、塗布により行うことを特徴とし、上記課題を解決する。
【００１１】
【実施の形態】
（第１の実施の形態）以下、本発明の実施の形態の建築材料の作製方法について説明する。本発明の実施の形態の建築材料は、以下でそれぞれ説明する、（ｉ）セラミック材の膜で被覆された多孔質球形の超軽量骨材と、(ii)炭素繊維と、（iii）セメント材と、（iv）セラミック粉末等を分散した分散液とを少なくとも構成材としている。
【００１２】
（ｉ）超軽量骨材：
骨材として、多孔質球形の骨材が供給される。この多孔質球形の骨材は、粒径が０．１〜５mmの範囲にある二酸化ケイ素を主材とするガラス材である。この多孔質球形の骨材は廃ガラスを粉砕→造粒→焼成して製造される。作製した多孔質球形の骨材は、さらにその表面をセラミックコーティングする。これは、多孔質球形の骨材をセラミックコーティング液にドブ漬けし、その後、乾燥して作製される。
【００１３】
このようにしてセラミックコーティングが施された多孔質球形の骨材としては、例えば、表１に示すような特性をもった超軽量骨材（（株）サンライトの製造、（株）日板研究所の販売に係る、通称「Ｇライト」）がある。本願発明としては、必ずしも多孔質球形の骨材にセラミックコーティングが施されたものでなくてもよい。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（ii）炭素繊維：
炭素繊維は、その径が９〜１２μm、長さ５ｍｍ〜１００ｍｍであるものが用いられる。また、その成分は、例えば、表２に示すようなものが用いられる。
【００１６】
【表２】

【００１７】
（iii）セメント：
通常、よく知られた普通ポルトランドセメントや高炉セメントが用いられる。勿論、その他のセメントであってもよい。
（iv）セラミック等の粉末の分散液：
セラミック等の粉末は、少なくとも二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム、及び酸化チタンのセラミック、並びにアクリル樹脂を混ぜ合わせて作成される。粉末の重量比は、建築の目的に応じて適宜、変えることが望ましい。
【００１８】
例えば、表３のような、重量比の粉末が用いられる。
【００１９】
【表３】

【００２０】本願発明では、これらセラミック等の粉末を液体、例えば水に分散し、分散液にして使用する。次に、上記で説明した、（ｉ）超軽量骨材、（ii）炭素繊維、（iii）セメント、（iv）セラミック等の粉末の分散液、および水を混ぜ合わせる。これらの材料を混合する重量比の例として、表４に示す。
【００２１】
【表４】

【００２２】
次いで、混合された本願発明の建築材料は、十分に混合・攪拌された後、施工型枠に注入されたり、もしくは施工面に鏝により塗り上げたり、又はモルタル吹付け機により所定の厚さに積層された後、乾燥させて硬化することにより作製される。また、更に表面をセラミック粉末を分散した分散液で上塗りした後、乾燥・硬化させてもよい。
【００２３】
このようにして作製された上記の本願発明の建築材料によれば、以下の表５の実験結果に示すように、耐熱性、断熱性、耐酸性、低付着性について、従来の建築材料に比較して非常に良い特性をもつことが示された。
【００２４】
【表５】

【００２５】
（第１実施の形態の効果）
（１）本発明の実施の形態による建築材料によれば、多孔質球形の超軽量骨材を用いているので、同じ体積の従来のコンクリートで比較すると、従来よりも重量を大幅に軽くすることが可能となり、より軽量の建築物を造ることができる。また、多孔質球形であるため、断熱性が大幅に向上する。
【００２６】
（２）また、本発明の実施の形態による建築材料によれば、多孔質球形の超軽量骨材と、炭素繊維と、セメント材と、セラミック等の粉末を分散した分散液を混合している。これにより、作製した本願発明の建築材料は、セラミックの特性が建築材料の特性に十分に生かされ、耐熱性、断熱性、耐酸性、低付着性のすべての点で良好な結果が得られた。
【００２７】
（３）さらに、多孔質球形の超軽量骨材をセラミックで被覆した場合には、超軽量骨材がセラミック材で保護されるので、酸や水がコンクリートの表面の間隙を通して浸透し、セメントと化学反応を起こしてコンクリートが劣化や破壊を生じるのを防止することが可能となる。
（４）また、多孔質球形の超軽量骨材を被覆するセラミック材と、分散液に分散したセラミック粉末の材料を実質的に同じにしている場合には、多孔質球形の骨材だけでなく、本願発明の建築材料全体が良い特性をもつことになり、より性能の良い建築材料を作製することが可能となる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、本願発明の建築材料を、従来の建築材料である「１：３モルタル」基材の表面仕上げに適用した場合について、説明する。以下に示す表６は、１：３モルタルの基材の表面仕上げに、本願発明の建築材料を用いて鏝塗りした場合と、１：３モルタルを用いて鏝塗りした場合の接着強度を比較したものである。
【００２９】
実験では、基材として、１：３モルタルで３００×３００×２０（ｍｍ）の正方形の平板を４枚作製して２週間養生し、そのうち２枚を従来の建築材料の実験に、残りの２枚を本願発明の実験に使用した。まず、従来の建築材料の表面仕上げに用いる１：３モルタルを２枚の平板の片面に鏝塗り（厚さ１０ｍｍ）した。次いで、本願発明の建築材料を残りの２枚の平板の片面に鏝塗り（厚さ１０ｍｍ）した。そして、これらを２週間養生（放置）した後、建研式接着試験を１枚４点で行った。すなわち、従来の上塗り材料および本願発明の上塗り材料について、それぞれ計８点についてデータを取得し、それらの平均値を算出して比較した。
【００３０】
なお、「１：３モルタル」という名称は、一般的に当業界で総称されているものであり、普通ポルトランドセメントと砂を重量比１：３にし、さらに水を適量を加えて混練したものをいう。建築材料として用いられたり、建築材料の表面仕上げ用材料として従来より用いられている。表６に示すように、本願発明の建築材料はすべて１：３モルタルと一体化に近い接着を示しており、非常に強い接着力をもつことがわかる。
【００３１】
また躯体強度も１：３モルタルより強いため、接着試験において基材破壊か基材凝集破壊を起こしてしまった。
【００３２】
【表６】

【００３３】
（第２実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、極めて優れた接着強度をもっているので、本願発明が建築基材だけでなく、建築基材の上塗り材料としても有用である。特に、従来のモルタル基材に対しても強力な接着強度を発揮するので、従来のモルタル基材の建築物の補修等に用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明の建築材料によれば、粉末にしたセラミック及びアクリル樹脂を水で分散して分散液とし、この分散液と、多孔質球形の骨材と、炭素繊維と、セメント材とを混合してなることを特徴としているので、建築材料にセラミックの良好な特性を与えることが可能になる。
【００３５】
また、多孔質球形の骨材もセラミックで被覆している場合には、いわゆる骨材化学反応を防止することができるので、より性能の良好な建築材料を作製することが可能となる。更に、本願発明の建築材料によれば、極めて優れた接着強度をもっているので、建築基材だけでなく、建築基材の上塗り材料としても有用である。

Claims

少なくとも二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム及び酸化チタンのセラミック粉末、並びにアクリル樹脂粉末を分散した分散液と、多孔質球形の骨材と、炭素繊維と、セメント材とを混合してなることを特徴とする建築材料。
前記多孔質球形の骨材は、セラミック粉末で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の建築材料。
前記分散液に含まれるセラミック粉末と、前記多孔質球形の骨材を被覆するセラミック粉末とは、実質的に同質材のものであることを特徴とする請求項２に記載の建築材料。
前記多孔質球形の骨材は、粒径が０．１〜５mmの範囲内にある二酸化ケイ素を主材とするガラス材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の建築材料。
前記炭素繊維の径は、９〜１２μm、長さ５ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の建築材料。
少なくとも二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム、酸化チタン、及びアクリル樹脂を粉末にする工程と、前記粉末を液に分散させて分散液を調製する工程と、前記分散液と、水と、多孔質球形の骨材と、炭素繊維と、セメント材とを混合し、攪拌する工程と、前記混合物を乾燥して硬化させる工程と、を有することを特徴とする建築材料の作製方法。
請求項６に記載の建築材料の作製方法によって形成された前記混合物の硬化体の表面を、更にセラミックコーティング材で被覆することを特徴とする建築材料の作製方法。
前記セラミックコーティング材による被覆は、塗布により行うことを特徴とする請求項７に記載の建築材料の作製方法。