JP4179789B2

JP4179789B2 - 石膏系無機硬化体及びその製造法

Info

Publication number: JP4179789B2
Application number: JP2002094284A
Authority: JP
Inventors: 美▲徳▼ 羽藤; 実原田; 眞策丸山
Original assignee: Ebara Corp; Kajima Corp; A&A Material Corp
Current assignee: Ebara Corp; Kajima Corp; A&A Material Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003292366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物から得られる溶融スラグを配合した石膏系無機硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維石膏ボード、石膏タイル等の石膏系硬化体は、加工性に優れ且つ安価であることから、壁や天井などの内装用建築材料として広く利用されている。
斯かる石膏系硬化体は、一般に、石膏に補強繊維及び充填材等を配合し、抄造成形あるいは押出成形によって製造されている。近年、補強繊維としては、ノンアスベスト化の要請により主にパルプが用いられ、更に強度の増強を目的として炭酸カルシウム粉末や鉄鋼水砕スラグ等の充填材が添加されている。
【０００３】
しかしながら、パルプを用いることにより、得られた硬化体は、吸水による寸法変化が大きくなることや耐火性が低くなり不燃材としての特性が得られない等の問題が生じていた。
一方、炭酸カルシウムを配合した場合には、６５０℃付近において脱炭酸の分解を生じることにより、板体は加熱に対して亀裂、爆裂等の有害な変形を起こし、不燃性、耐火性を重要視する材料には適さないという欠点があり、また鉄鋼水砕スラグを配合した場合には、スラグの塩基度が実質的に１．８０或いはそれ以上あることから潜在的に水硬反応性があり、エトリンガイト系水和生成物を形成し、これによる寸法変化が大きくなり、また不燃材としての特性も得られない等の問題が生じていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、パルプを使用した場合でも寸法変化が小さく、施工した後に亀裂の発生がなく、且つ熱的に不活性（不燃性、耐火性）である石膏系無機硬化体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討したところ、特定の溶融スラグ粉末を一定量配合することにより、寸法変化率が低く、且つ不燃性及び耐火性に優れた石膏系無機硬化体が得られることを見出し本発明を完成した。
【０００６】
すなわち本発明は、石膏及びパルプを主体とした有機補強繊維を含有する無機硬化体において、（ＣａＯ＋Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ ₂ で表わされる塩基度１．５０以下、粉末度２０００〜５０００cm²／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下である廃棄物溶融スラグ粉末を１０〜５０質量％配合してなる石膏系無機硬化体及びその製造法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる溶融スラグは、一般廃棄物又は下水汚泥等の廃棄物を単独又は二種以上組み合わせて、１２００℃以上で溶融し、溶融後に水中において水砕化したものを使用するのが好ましい。
１２００℃以上で溶融することによりダイオキシン等を分解・無害化すると共に、低沸点の水銀、鉛、カドミウム、亜鉛等の重金属類をガス化して、その含有量を国の定める基準値以下に低減できる。
【０００８】
斯かる溶融スラグの成分は、廃棄物の種類によって変動し、特に限定されるものではないが、大凡ＣａＯが２０〜４０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜２０質量％、ＭｇＯが１〜８質量％、ＳｉＯ₂が３０〜５０質量％である。
【０００９】
溶融スラグの塩基度は、（ＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂で表した値が、１．５０以下である。１．５０を超えると石膏とスラグの反応性が増し、寸法変化の低減率及び不燃性の特性が得られなくなる。
尚、塩基度の下限は特に限定されないが、１．００以上であるのが好ましい。
【００１０】
溶融スラグ粉末の粉末度は、２０００〜５０００cm²／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下であることが必要である。
この範囲より粗いと、硬化体の強度が低くなると共に表面のざらつき等が生じ、建築材料として良好な表面性が得られにくくなる。一方、細か過ぎると強度の低下と共に吸水による寸法変化率が大きくなり、また含有する微量重金属の溶出が増加する可能性も高くなる。
【００１１】
溶融スラグ粉末の配合量は、全配合量の１０〜５０質量％とされる。
斯かる配合量とすることにより、優れた強度を有し、吸水による寸法変化が小さく、また不燃材としての特性をもつ硬化体が得られる。
溶融スラグ粉末の配合量が１０質量％以下では、寸法変化率の低減、不燃材特性の改善の問題が解決されず、５０質量％以上では、製品として充分な強度が得られなくなる。
【００１２】
斯かる溶融スラグ粉末は不活性な粉体であり、アルカリ分を含む石膏に対して水和反応性がないことにより骨材として働き、これを配合した硬化体は後記実施例に示すように、長さ変化率の低減効果がある。また、一度、加熱溶融されており熱的にも不活性であることから、不燃性に優れた特性を発揮することができる。
【００１３】
本発明無機硬化体における石膏としては、半水石膏及び無水石膏を挙げることができ、これらは天然石膏、化学石膏のいずれでもよい。化学石膏は排脱、リン酸、フッ酸等の製造時に副生されるものであるが、酸性が強いことから製造時の各部位の錆や、施工時の釘類の錆の発生を抑える等のために消石灰等のアルカリ材にて、pH７．０以上、好ましくは、９．０〜１２．５に調整する。この場合のアルカリ材の添加量は０．５〜３．０質量％程度である。この量より多いと、石膏の水和を阻害するため好ましくない。
斯かる石膏は、４０〜８０質量％、好ましくは４５〜７５質量％配合するのがよく、またその粉末度は、３０００〜８０００cm²／ｇ程度が好ましい。
【００１４】
本発明無機硬化体における有機補強繊維類としては、パルプ、ビニロン、ポリプロピレン、レーヨン、各種麻類等が挙げられ、これらを２種以上組み合わせて用いることもできる。このうち、不燃性の点からパルプを主体とした有機繊維類の配合が好ましい。尚、パルプの濾水度は、カナディアンスタンダードフリーネス(csf)で１５０〜６００mLである。
また、斯かる有機補強繊維の他にガラス繊維、耐アルカリガラス繊維等の汎用無機質繊維を組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
有機補強繊維類の配合量は、３〜１５質量％、特に４〜１０質量％とするのが好ましい。
【００１６】
本発明無機硬化体には、必要に応じて通常の石膏系硬化体に用いられる他の混和材、例えば充填材等を配合することができる。充填材としては、例えば石灰石、各種スラグ、珪石、フライアッシュ、ワラストナイト、マイカ、タルク、セピオライト、珪藻土、シリカフューム、カオリン、ゼオライト、粘土類、二水石膏、無水石膏、製品スクラップ等の汎用の鉱物質粉末が挙げられる。
斯かる充填材は、必要に応じて数種類を組み合わせて使用でき、１０〜３０質量％配合するのが好ましい。
【００１７】
本発明の石膏系無機硬化体は、石膏、有機補強繊維類及び溶融スラグ粉末を含有する混合物に水を加えて混練し、抄造又は押出成形し、次いで養生することにより製造できる。
例えば、抄造成形する場合は、石膏、溶融スラグ及び有機質補強繊維を混合し、これらの原料配合物に水を加えて混練してスラリーとし（スラリーの温度は、２５℃以上、特に２８〜４０℃が好ましい）、このスラリーに必要に応じて凝集剤を添加して、丸網抄造機、長網抄造機、フローオン等の汎用の抄造機によって抄造し、必要に応じてメーキングロールを用いて薄いフィルムを巻き取りグリーンシート（板厚：３〜２０mm程度）を製造する。次いで、抄造したグリーンシートを、保持圧力１０〜３０Ｎ／mm²の範囲程度で、面プレスして成形する。
【００１８】
また、押出成形する場合は、原料配合物に少量の水を加えて混練物とし、この混練物を押出成形機にかけることにより、口金を通して一定の形状のものが成形できる。押出成形機は汎用の物が用いられるが、真空脱気機構を有する必要がある。押出成形によれば、薄物から厚物、密実から中空の複雑な形状までの物が製造できる。
得られた成形体について養生が行われるが、常圧養生が好ましく、特に低温から常温範囲における常圧養生によって、１日〜１週間程度行うのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
尚、実施例及び比較例に用いた原料及び試験方法は以下の通りである。
＜原料＞
１．無水石膏：フッ酸無水石膏、粉末度2800cm²／ｇ
２．溶融スラグ：廃棄物を1250℃溶融、急冷水砕化、粉砕したスラグ粉末
▲１▼塩基度=1.15、CaO=28.8、Al₂O₃=15.7、MgO=4.1、SiO₂=42.4質量%、
▲２▼塩基度=1.44、CaO=34.3、Al₂O₃=15.7、MgO=4.6、SiO₂=37.8質量%、
▲３▼塩基度=1.72、CaO=38.0、Al₂O₃=16.2、MgO=4.9、SiO₂=34.3質量%、
▲４▼塩基度=1.93、CaO=42.5、Al₂O₃=14.7、MgO=6.2、SiO₂=32.8質量%（鉄鋼水砕スラグ：鉄鋼製造時の副生水砕スラグ、第一セメント（株）製、粉末度：3480cm²/g）
３．炭酸カルシウム粉末：奥多摩工業（株）製、粉末度3500cm²／ｇ
４．晒パルプ：ニュージーランド産パルプ、濾水度（カナディアンスタンダードフリーネス：csf）270mL
【００２０】
＜試験方法＞
１．粉末度：JIS R5201の粉末度試験に準じて測定
２．かさ密度：JIS A5430にて測定（ｇ／cm³）
３．曲げ強度：JIS A5430にて測定（Ｎ／mm²）
４．寸法変化率：JIS A5430にて測定（％）
５．熱伸縮率：旧建設省告示第２９９９号耐火性能試験法に準じ、耐火曲線に従って２時間、１０１０℃まで加熱し、冷却後の伸縮率（収縮率）を測定
６．表面試験：旧建設省告示第１８２８号不燃材料の表面試験に準じ、表面試験において、加熱中から試験後３０秒までのキレツの発生有無を評価
キレツなし：○、軽微なキレツあり：△、板厚を超えるキレツが数本以上あり：×、とした
【００２１】
実施例１〜４、比較例１〜７
表１〜２に示す原料を用い、通常の丸網抄造機によって抄造し、メーキングロールに４層を巻き取きり、厚さ６mm、大きさ９１０×１８２０mmのグリーンシートを得た。このグリーンシートを２０Ｎ／mm²にて面プレスを行い、約２０℃で約１週間湿空養生した後に、乾燥して試験を行った。結果を表１及び表２に併せて示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
実施例５〜８、比較例８〜１４
表３〜４に示す原料を用い、真空脱気機構を有する押出成形機によって、１０×２００mmの口金を通して成形した。成形体を約２０℃で約１週間湿空養生した後に、乾燥して試験を行った。結果を表３及び表４に併せて示す。
【００２５】
【表３】

【００２６】
【表４】

【００２７】
以上より、本発明の硬化体は、比較品に比べて吸水による寸法変化が小さく、熱に対する伸縮率も小さいことが示された。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の溶融スラグを配合した石膏系無機硬化体は、優れた強度を有し、吸水による寸法変化率が低く、且つ不燃性・耐火性に優れ、建築材料の内装材として有用である。

Claims

石膏及びパルプを主体とした有機補強繊維を含有する無機硬化体において、（ＣａＯ＋Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ ₂ で表わされる塩基度１．５０以下、粉末度２０００〜５０００cm²／ｇで９０μｍ残分が５質量％以下である廃棄物溶融スラグ粉末を１０〜５０質量％配合してなる石膏系無機硬化体。
石膏、パルプを主体とした有機補強繊維及び廃棄物溶融スラグ粉末を含有する混合物に水を加えて混練し、抄造又は押出成形し、次いで養生することを特徴とする請求項１記載の石膏系無機硬化体の製造法。