JP3883625B2

JP3883625B2 - 軽量気泡コンクリート

Info

Publication number: JP3883625B2
Application number: JP31969496A
Authority: JP
Inventors: 治雄滋野; 定光村山; 亨景松井
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Techno Products Ltd
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH09263461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ強度及び曲げ靭性に優れた軽量気泡コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量気泡コンクリート（以下ＡＬＣと略称することがある）は、珪石等の珪酸質原料、石灰等の石灰質原料及びセメント等の混合物材料に、水を適当な割合で混合し、次いで発泡させ半可塑状とした後、オートクレーブにて高温高圧下で養生（通常は水蒸気による高温高圧養生法が適用される）を行い、トバモライト結晶を成長させて製造されている。
【０００３】
そして発泡させる方法は、アルミニウム金属粉末による発泡方法が一般的であるが、界面活性剤を用い混練中に起泡させるミックスフォーム法や、予め気泡を作製して混合するプレフォーム法等も最近では採用されている。
【０００４】
この様にして製造されたＡＬＣは、多数の気泡を有するため、低比重で水よりも軽いという特徴を有している反面、曲げ強度、曲げ靭性、耐衝撃性等に劣るという欠点がある。
【０００５】
これらＡＬＣの欠点を改善する目的で、ＡＬＣの表層部にガラス繊維等の繊維物質を合成樹脂系のバインダー等を用いて接着し補強する方法が提案されている。しかし、これらの繊維物質で補強されたＡＬＣは耐衝撃性をある程度向上できるが、補強材は表層部のみに固定されているのでその効果は不充分である。
【０００６】
また別の方法として、ＡＬＣ中に繊維を混入して補強する方法が、特開昭５６−３７２６６号公報、特開昭５６−８４３６２号公報、特開昭５７−１７４５８号公報等に開示されており、それぞれメタ系アラミド繊維、ステンレス繊維、アスベスト繊維を用いることが提案されている。
【０００７】
しかしながら、ＡＬＣはオートクレーブ中高温高圧下で養生されるため、メタ系アラミド繊維では熱及びアルカリにより繊維が劣化して十分な補強効果が得られないという問題があり、またステンレス繊維では、たとえ防錆処理が施されていても長期的には錆により補強効果が低下するという問題がある。さらに、アスベスト繊維は、その発癌性の問題から現在では使用困難である。
【０００８】
一方、特開昭５８−１５１３６３号公報号公報には、芳香族ポリエーテルアミド繊維を混入したセメントコンクリートが開示されているが、上記セメントコンクリートは自然（常温）養生が前提であり、熱及びアルカリによる繊維の劣化の問題は認識されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来法の欠点を解消し、高温高圧下で養生されるＡＬＣの繊維補強効果を向上させ、曲げ強度、曲げ靭性及び耐衝撃性の向上したＡＬＣを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、粉末状の珪酸質原料、石灰質原料及びセメントを主原料とするＡＬＣ原料に、補強用繊維として、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維を混入するとき、所望のＡＬＣが得られることを究明した。
【００１１】
かくして本発明によれば、（１）粉末状の珪酸質原料、石灰質原料及びセメントを主原料とし、これらに補強用繊維を混入させてなる軽量気泡コンクリートにおいて、該補強用繊維が繊維表面に固体状のカチオン変換性及び非イオン吸着性の無機化合物が固着されているコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維であることを特徴とする軽量気泡コンクリート、（２）珪酸質原料の平均粒径が１０μｍ以下である前記（１）記載の軽量気泡コンクリート、（３）コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維の繊維長が３〜５０ｍｍである前記（１）または（２）記載の軽量気泡コンクリート、（４）コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維の混合量が、全固形分に対して体積含有率で０．０２〜５．０％である前記（１）、（２）または（３）記載の軽量気泡コンクリート、（５）比重が０．４以上１．４未満である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の軽量気泡コンクリートが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のＡＬＣを製造する際に混合する補強用繊維は、テレフタル酸を酸成分とし、パラフェニレンジアミン及び３，４’−オキシジフェニレンジアミンをアミン成分とするコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド重合体よりなる繊維であり、パラフェニレンジアミンと３，４’−オキシジフェニレンジアミンの共重合モル比は１：３〜３：１、特に約１：１が好ましい。
【００１３】
かかる共重合アラミドからなる繊維は、高温高圧下強アルカリ性雰囲気中に長時間さらしても、その繊維物性の劣化は殆ど認められないので、ＡＬＣを製造する際によく採用される高温高圧下での蒸気養生、例えば温度１８０℃、圧力１０Ｋｇ／ｃｍ² の飽和水蒸気による養生においても高い強力保持率を有する。
【００１４】
さらに、上記の補強用繊維の表面には、カチオン交換性及び非イオン吸着性の無機化合物が固着されていると、該無機化合物を介して補強用繊維とコンクリートとが接着されるため、繊維の引抜けが起こり難くなってその補強効果が向上し、得られる気泡コンクリートの引張強度、曲げ強度といった機械的特性が著しく向上する。
【００１５】
上記カチオン交換性及び非イオン吸着性の無機化合物とは、カチオンとの交換能を有し、さらに非イオンの吸着能をも有する化合物であり、具体例としてはシリカ・アルミナ、シリカ・マグネシア、カオリン、酸性白土、活性白土、タルク等が挙げられる。
【００１６】
これらの化合物は、特に固体粒子として繊維表面に固着されていると、補強効果がさらに向上する。
【００１７】
該粒子の大きさとしては、０．０１〜５μｍ程度のものが用いられる。また繊維表面に該無機化合物を固着させるには、例えば繊維表面が軟化した状態で該無機化合物粒子を繊維表面に押付けて繊維表面に食い込ませればよい。
【００１８】
上記補強用繊維の繊維長は、３〜５０ｍｍ、好ましくは６〜３５ｍｍ、特に好ましくは１０〜２０ｍｍである。
【００１９】
該繊維長が３ｍｍより短い場合には、得られるＡＬＣの機械的特性、すなわち、曲げ強度、耐衝撃強度、靭性等を十分に高めることが困難となる。この理由は、通常ＡＬＣには径１ｍｍ程度の気泡が多数存在するため、繊維長が３ｍｍ未満になると気泡をまたいで補強する短繊維の割合が少なくなるからである。
【００２０】
一方、繊維長が５０ｍｍを越える場合には、ＡＬＣの原料との混合・撹拌の際、繊維同士が絡まり易くなって混練が困難となるだけでなく、十分な補強効果も得難くなるため好ましくない。
【００２１】
また、補強用繊維の混合量は、得られるＡＬＣの体積含有率で０．０２〜５．０％、好ましくは０．１〜２．０％、さらに好ましくは０．２〜１．０％である。
【００２２】
該混合量が０．０２％未満になると、補強効果は低下する傾向にあり、十分満足し得る機械的特性は得難くなる。一方、５．０％を越える場合には、ＡＬＣの原料との混合・撹拌の際に繊維同士が絡まり合い易く、またファイバーボールも形成し易くなるため、補強効果が逆に低下し易くなる。
【００２３】
ＡＬＣの主原料の一つである珪酸質原料としては、珪石、珪砂、高炉スラグ、フライアッシュ等を使用することができる。
【００２４】
この際、珪酸質原料の平均粒径を１０μｍ以下とすると、オートクレーブ養生中の反応速度が増大し、オートクレーブ養生条件（温度、時間）を緩和することが可能となるので、繊維の劣化が著しく軽減され、より大きな補強効果が得られるので好ましい。
【００２５】
即ち、発泡コンクリートは、オートクレーブ養生を行うことで、強度に大きく影響を及ぼすトバモライト結晶が成長するが、平均粒径の小さな珪酸質原料を用いた場合には、トバモライト結晶の成長速度が増大するため、オートクレーブの養生温度、時間が緩和でき、十分な強度を有する発泡コンクリートが得られる。
【００２６】
また、ＡＬＣの他の主原料である石灰質原料としては、石灰（生石灰）を使用することができる。さらにセメントとしては、水硬性である限りどの様なセメントでも使用することができ、例えばポルトランドセメント、水硬性石灰、ローマン・セメント、天然セメント等が好ましく例示される。
【００２７】
なお、ポルトランドセメントの中には数多くの種類があり、例えば普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等が例示されるが、本発明ではいずれのものも使用することができる。
【００２８】
次に、ＡＬＣの起泡剤としては、アルミニウム発泡方式のものではアルミニウム粉末を用いればよい。また、前記のプレフォーム方式やミックスフォーム方式では、界面活性剤等一般に用いられるものであればよく特に限定されない。
【００２９】
繊維と原料配合物との混合・撹拌は、パドル状ミキサー、プロペラ状ミキサー、ポット状ミキサー等通常使用される撹拌機が任意に使用できる。
【００３０】
なお、補強用繊維を均一に分散させる目的で、予め界面活性剤等の物質で繊維を表面処理するか、又は必要に応じて原料配合物中に添加することもできる。
【００３１】
発泡成形後の養生は、通常オートクレーブ中飽和水蒸気圧条件下で約１８０℃×８〜１５時間行われるが、高温高圧養生が可能な装置であれば、特にこの方法に限定されるものではない。
【００３２】
上記方法により得られた軽量気泡コンクリートは０．４以上１．４未満の比重を有しており、曲げ強度及び曲げ靭性に優れている。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例で用いた試験片の作製方法、評価法は下記のとおりである。
【００３４】
＜試験片の作製方法＞
珪石、生石灰、セメント、石膏、クラスター、アルミニウム粉末（発泡剤）、補強用繊維及び水を、オムニミキサー（ＧＡＲＢＲＯ社製、型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：１０Ｌ）を用いて４００ｒｐｍの撹拌速度で約３分間混練し、均一なペーストを得た。
【００３５】
次いで、このペーストを、水が蒸発しない状態で約４０℃で４時間保持して発泡させた後、オートクレーブ養生（１８０℃×１０時間）を行って繊維補強ＡＬＣを得た。
【００３６】
上記ＡＬＣより４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍのサンプルを切り出し試験片とした。
【００３７】
＜曲げ強度、曲げ靭性測定方法＞
上記試験片を、３点曲げ測定法にしたがって測定した。すなわち、１０トン用引張圧縮試験機（ＴＯＹＯＢＡＬＤＷＩＮ社製、ＵＮＩＶＥＲＳＡＬＴＥＳＴＩＮＧＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＭＯＤＥＬＵＴＭ１０ｔ）を用い、支点間距離１０ｃｍの中心を２ｍｍ／分の速度で圧縮し、応力の最高点より曲げ強度を求めた。
【００３８】
＜比重の測定方法＞
上記曲げ試験に用いるための試験片（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ）を、６０℃の乾燥機中に２４時間入れ絶乾状態とした後、試験片の質量を測定することにより、比重（質量／体積）を求めた。
【００３９】
［参考例１〜６］
繊維長が１２ｍｍ、短繊維繊度が１．５デニール（単糸径：１２μｍ）のコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維（帝人（株）製「テクノーラ」、強度：２８．０ｇ／ｄｅ、伸度：４．６％）を補強用繊維とし、該繊維の混合量が０．２５％（体積分率）となる様にして、上記繊維補強ＡＬＣの試験片を得た。
【００４０】
この際、使用する珪石の平均粒径を表１に示す如く変更した。また、この時のオートクレーブ養生条件は１６０℃×８時間とした。
【００４１】
得られた試験片について、比重、曲げ強度を評価した結果を表１に示す。
【００４２】
［比較例１〜６］
補強用繊維を混合しない以外は実施例１〜６と同様にして試験片を作製し評価を行った。その結果を併せて表１に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１から明らかなように、平均粒径が１０μｍ以下の珪石を使用した場合（参考例１〜４）に、特に良好な結果が得られる。
【００４５】
これは、珪石の平均粒径が小さいため、実施例で採用したオートクレーブ養生条件（１６０℃×８時間）であっても、トバモライト結晶の成長速度が速く、補強繊維の受ける劣化の程度が小さいため、補強効果が著しく優れるからである。
【００４６】
［実施例７〜１７］
表２に示す繊維長を有し、短繊維繊度が１．５デニール（単糸径：１２μｍ）で、繊維表面にベントナイト微粒子が０．４２重量％固着しているコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維を補強用繊維とし、該繊維の混合量が表２に示す体積分率となる様にして、上記繊維補強ＡＬＣの試験片を得た。
【００４７】
この際、使用する珪石の平均粒径は８μｍであった。また、この時のオートクレーブ養生条件は１６０℃×８時間とした。
【００４８】
得られた試験片について、比重、曲げ強度を評価した結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】

【００５０】
［参考例７〜１２］
参考例３において、オートクレーブ養生条件を表３に示す如く変更した以外は参考例３と同様に実施した。
【００５１】
得られた試験片について、比重、曲げ強度を評価した結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】

【００５３】
［比較例７〜１０］
参考例３において、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維に代えて、単糸デニールが１．６デニールのビニロン繊維（ユニチカ株式会社製、ＴＹＰＥＡＡ）、単糸デニールが２．０デニールのメタ型アラミド繊維（帝人株式会社製、コーネックス）、単糸径が１８μｍの炭素繊維（呉羽化学工業株式会社製、ＫＣＦ＃Ｃ１０４５Ｔ）、及び単糸径が１３μｍのＥ−ガラス繊維をそれぞれ補強繊維として使用し、繊維長及び混合量を表４に示す如く変更した以外は参考例３と同様に実施した。
【００５４】
得られた試験片について、比重、曲げ強度を評価した結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】

【００５６】
表４から明らかなように、補強用繊維としてビニロン繊維、メタ型アラミド繊維、ガラス繊維等を用いた場合には、オートクレーブ養生の工程での繊維劣化が激しいため、補強効果は殆ど認められない。一方、炭素繊維を用いた場合には、混練時に炭素繊維の切断が生じて、もとの繊維長を維持することができないため、十分な補強効果は得られない。
【００５７】
これに対し、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維を補強用繊維として用いた場合には、オートクレーブ養生の工程で繊維の劣化が殆どなくなるため、機械的特性に優れたＡＬＣが得られる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の軽量気泡コンクリートは、補強用繊維としてコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維を用いているので、高温・高圧養生をおこなっても繊維の劣化が小さく、したがって曲げ強度、曲げ靭性等の機械的特性に優れており、例えば建築用の軽量材料等として工業的に利用価値の高いものである。

Claims

粉末状の珪酸質原料、石灰質原料及びセメントを主原料とし、これらに補強用繊維を混入させてなる軽量気泡コンクリートにおいて、該補強用繊維が繊維表面に固体状のカチオン変換性及び非イオン吸着性の無機化合物が固着されているコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維であることを特徴とする軽量気泡コンクリート。
珪酸質原料の平均粒径が１０μｍ以下である請求項１記載の軽量気泡コンクリート。
コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維の繊維長が３〜５０ｍｍである請求項１または２記載の軽量気泡コンクリート。
コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維の混合量が、全固形分に対して体積含有率で０．０２〜５．０％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の軽量気泡コンクリート。
比重が０．４以上１．４未満である請求項１〜４のいずれか１項に記載の軽量気泡コンクリート。