JP4373355B2 - 無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法及び無機質成形体 - Google Patents

Description

無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法及びこの方法にて繊維含有率が導出された粉砕物を用いて形成される無機質成形体に関するものである。

従来、水硬性セメントと水とを主成分とするセメント成形材料を成形し養生硬化して無機質成形体を得るにあたり、前記セメント成形材料中には補強材として、あるいはその他の目的のために、パルプ繊維等の有機繊維を含有させることが行われている（特許文献１参照）。

このようなパルプ繊維としては、従来はバージンパルプが用いられていたが、近年の資源リサイクルの要請により、無機質成形体を製造する際の切断工程において発生する切屑、建築施工現場で発生する無機質成形体の端材、建築物の修理、撤去等によって生じる廃材等に含有されている有機繊維を再利用することが求められるようになってきている。

そこで、上記のような無機質成形体を粉砕し、得られた粉砕物を、新たな無機質成形体を製造するためのセメント成形材料中に混入することで、バージンパルプの使用量を削減することが考えられる。
特開平７−２０５１２１号公報

しかし、上記のように無機質成形体の廃材を再利用しようとしても、この無機質成形体中の有機繊維の含有率が明らかでなければ、新たな無機質成形体を製造する際に前記新たな無機質成形体中に所定量の有機繊維を含有させるためにどの程度の粉砕物を使用すべきかを決定することができないという問題があった。また、粉砕物を分級するなどして有機繊維のみを分離することも考えられるが、有機繊維をそれ以外の成分と完全に分離することは困難であり、有機繊維に他の成分が付着した粉砕物が分離されるものであって、やはり新たな無機質成形体を製造するための含有率を決定することはできないものであった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、無機質成形体の粉砕物中の有機繊維の含有率を正確に導出することができる無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法、及び前記方法により有機繊維の含有率が導出された粉砕物を利用して製造される無機質成形体を提供することを目的とするものである。

本発明に係る無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法は、有機繊維を含有する無機質成形体を粉砕して得られる粉砕物の一部を抽出した抽出物を加熱して抽出物中の成分と化学的に結合していない水分を除去する水分除去処理を施した後、処理後の抽出物の重量を測定し、この抽出物を更に加熱して抽出物中の成分と化学的に結合している水分を除去する結合水除去処理を施した後の抽出物の重量を測定し、この抽出物を更に加熱して抽出物中の有機繊維を燃焼させて除去する繊維除去処理を施した後、処理後の抽出物の重量を測定し、各処理後の抽出物の重量に基づき、下記式（ａ）により抽出物中の繊維含有率を算出して、この値を前記粉砕物中の繊維含有率として導出することを特徴とするものである。
Ａ＝｛（Ｗ_２−Ｗ_３）／Ｗ_１｝×１００ …（ａ）
Ａ：繊維含有率（重量％）
Ｗ_１：水分除去処理後の抽出物の重量
Ｗ_２：結合水除去処理後の抽出物の重量
Ｗ_３：繊維除去処理後の抽出物の重量
上記のように粉砕物中の繊維含有率を導出するにあたっては、上記水分除去処理時の加熱温度を１００〜１１０℃とし、上記結合水除去処理時の加熱温度を２００〜２５０℃とし、上記繊維除去処理時の加熱温度を４５０〜５００℃とすることが好ましい。

また、本発明に係る無機質成形体は、水硬性セメントと水とを主成分とするセメント成形材料を成形し養生硬化して得られる無機質成形体であって、前記セメント成形材料中に、上記方法にて繊維含有率が導出された粉砕物を含有させることを特徴とするものである。

本発明によれば、無機質成形体を粉砕して得られる、有機繊維とそれ以外の成分とが混在した粉砕物中における、有機繊維の含有率を正確に導出することができ、この粉砕物を新たな無機質成形体を製造するための有機繊維原料として用いる場合に、有機繊維を無機質成形体中に所定量含有させるために必要とされる粉砕物の量を前記有機繊維の含有率に基づいて正確に導出することができ、これにより、前記粉砕物を用いて、有機繊維の含有量が所定量となった新たな無機質成形体を得ることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

粉砕物を得るための有機繊維を含有する無機質成形体（以下、一次成形体という）としては、無機質成形体を製造する際の切断工程において発生する切屑、建築施工現場で発生する無機質成形体の端材、建築物の修理、撤去等によって生じる廃材等を用いることができる。このような一次成形体としては、有機繊維としてパルプ等を含有するセメント系成形体を用いることができ、このようなセメント系成形体は、セメント、シリカ質粉末等からなる固形成分と、有機繊維とが含有されている。

一次成形体から粉砕物を得るためには、適宜の粉砕方法を採用することができるが、例えばパルベライザ式粉砕方式、ローラーミル式粉砕方式、ピンミル式粉砕方式等の適宜の粉砕装置を用いて粉砕を行うことができる。

このような粉砕物は、新たな無機質成形体（以下、二次成形体という）を製造するための有機繊維原料として用いることができる。またこの粉砕物を分級することにより固形成分の含有割合が高いものと、有機繊維の含有割合が高いものとに分離し、これにより得られた有機繊維の含有割合が高い粉砕物を、二次成形体を製造するための有機繊維原料として用いても良い。分級方法は適宜の手法を採用することができるが、例えばエアー分級方式、ロータリシフタ方式、振動方式等のふるい装置を用いる分級を行うことができる。

このようにして得られた粉砕物からは、繊維含有率を導出するための抽出物を抽出する。抽出物は粉砕物から適宜の量を抽出するものであるが、抽出物の量が少ないと粉砕物中の有機繊維と固形成分のばらつきによって、この粉砕物全体における有機繊維の含有率が抽出物中に反映されないおそれがあるため、前記含有率が反映される程度の量を用いることが好ましく、０．５ｇ以上、例えば１ｇ程度が好ましい。

また、粉砕物は有機繊維とこれに付着している固形成分から構成されるが、固形成分の付着量の違いにより粉砕物中の粒子の比重はそれぞれ異なったものとなっている。そのため、例えば粉砕物を袋に詰める作業を行うなどすると、粉砕物に振動が加わるなどして、比重の高い粒子は下側に沈み込むと共に比重の低い粒子が上側に浮き上がるなどして、粉砕物中における有機繊維の含有率に偏りが生じ、このような粉砕物から抽出物を抽出しても、この抽出物中の有機繊維含有率が、粉砕物中の有機繊維の含有率を反映しなくなるおそれがある。このため、粉砕物中の有機繊維の含有率を反映した抽出物を得るためには、粉砕物からの抽出物の抽出は粉砕後に直ちに行うことが好ましく、また粉砕物を上記のように分級する場合には、抽出物の抽出は分級後に直ちに行うことが好ましい。

このような抽出物に、水分除去処理、結合水除去処理、繊維除去処理の各加熱処理を順次施して、各処理後の重量を測定し、その結果に基づいて抽出物中の有機繊維の含有率を導出する。

水分除去処理は、抽出物を加熱して抽出物中の成分と化学的に結合していない水分を除去するものである。抽出物中の成分と化学的に結合していない水分とは、結晶水等のように化学的に結合しているものではなく、単に抽出物中の成分に物理的に付着している水分を指すものである。

水分除去処理における加熱条件は、抽出物中の成分と化学的に結合していない水分が除去されると共に、結晶水等のように抽出物中の成分と化学的に結合している水分は除去されないように設定するものであり、そのためには１００〜１１０℃で２０〜３０時間、例えば１０５℃で２４時間加熱することが好ましい。

また、結合水除去処理は、水分除去処理後の抽出物を加熱して抽出物中の成分と化学的に結合している結晶水等の水分を除去するものである。

結合水除去処理における加熱条件は、抽出物中の成分と化学的に結合している水分が除去されると共に、抽出物中の有機繊維が燃焼しないように設定するものであり、そのためには２００〜２５０℃で１〜３時間、例えば２００℃で２時間加熱することが好ましい。

また、繊維除去処理は、結合水除去処理後の抽出物を加熱して抽出物中の有機繊維を燃焼させ除去するものである。

繊維除去処理における加熱条件は、抽出物中の有機繊維が燃焼するように設定されるものであり、そのためには加熱温度が４５０℃以上となるようにすることが好ましい。また加熱温度の上限は抽出物中の有機繊維以外の成分が燃焼しない範囲で適宜設定されるが、抽出物（粉砕物）中には不可避的な不純物として未燃カーボン等のように可燃性の成分が含有されている場合があり、このような成分が燃焼しないようにするためには加熱温度を５００℃以下とすることが好ましい。また加熱時間は１〜３時間（例えば２時間）とすることが好ましい。

上記のような各加熱処理は、適宜の手法で行うことができ、例えば抽出物の量が１０ｍｇ程度の少量であれば熱分析装置にて行うことができるが、既述のように粉砕物全体の繊維含有率を十分に反映させるために抽出物の量を０．５ｇ以上、例えば１ｇ程度とする場合には、るつぼ中に抽出物を入れた状態で前記るつぼを乾燥機、電気炉等により加熱することが好ましい。

そして、上記各加熱処理を施す際に、水分除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_１）、結合水除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_２）、繊維除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_３）をそれぞれ測定し、これらの値に基づき、下記式（ａ）により、抽出物中の繊維含有率（Ａ）を算出するものである。
Ａ＝｛（Ｗ_２−Ｗ_３）／Ｗ_１｝×１００ …（ａ）
このようにして導出される繊維含有率は、上記水分除去処理と同様の条件で乾燥させた後の粉砕物中における有機繊維の含有率に等しいものである。

そして、粉砕物を二次成形体の製造のための有機繊維原料として用いる場合には、前記繊維含有率に基づいて粉砕物中の有機繊維量を導出することができ、このため、所定量の有機繊維を供給するために必要とされる粉砕物の量を導出することができるものである。

このように繊維含有率が導出された粉砕物を用いて二次成形体を製造するにあたっては、適宜の手法をとることができ、例えば前記粉砕物を、ポルトランドセメントなどの水硬性セメント等と混合して、セメント成形材料を調製し、これを成形した後、養生硬化させることで二次成形体を得ることができるものであり、このとき前記粉砕物の配合量を、導出された繊維含有率に基づき、二次成形体中に所定の量の有機繊維が含有されるように決定することができるものである。

以下に、粉砕物を用いた二次成形体の製造についての具体例を示す。

本実施形態では、水硬性セメントと水とを主成分とする第一のセメント成形材料にて形成した基層２の上に、水硬性セメントを主成分とし骨材１を含有する第二のセメント成形材料にて表層３を形成して表層３と基層２とからなる複層体４を形成し、この複層体４に凹凸模様を付与した後、表層３に散水して第二のセメント成形材料に配合された骨材１を表面に露出させ、この後養生硬化させることにより二次成形体を得るものであり、このとき、前記第二のセメント成形材料中に、一次成形体の粉砕物を配合するものである。

まず、第一のセメント成形材料をハチェック方式、あるいは、長網方式などにより抄造するなどして、基層２を形成する。第一のセメント成形材料は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメント及び水を主成分として補強用の繊維類などが配合されたものでよく、特に、その組成は限定されるものではない。

このように形成される基層２の含水率は、５０〜１５０重量％の範囲とすることが好ましく、このとき後述する表層３の厚みを大きくするほど前記含水率を高くするのが好ましい。

このように形成される基層２の上に、第二の成形材料を振動フルイなどによって散布し、表層３を形成する。第二の成形材料はポルトランドセメントなどの水硬性セメントを主成分とし、御影石、蛇紋石等の砕石、シリカ、パーライト、砂、ビーズ等から選ばれる一種又は二種以上の骨材１を含有するものであり、更に上記の一次成形体の粉砕物を含有するものである。また、この第二の成形材料は、含水率を５０重量％以下に調整することが好ましい。

このように形成された表層３及び基層２からなる複層体４には、必要に応じて水圧により所定の寸法に切断した後、適宜の条件、例えばバッチ方式で圧力２．９４ＭＰａ（３０ｋｇ／ｃｍ²）、時間５秒間で表層３と基層２の積層方向にプレス成形し、これにより表層３側の面に図２に示すように凹凸模様を形成する。この凹凸模様は、図示のように溝状に形成してもよく、またランダムに一部または全面に形成してもよく、意匠上自由に選択されるものである。

次に、表層３の表面に水をスプレーなどで０．５〜２．０Ｌ／ｍ²程度散布し、これにより表層３の表面に骨材１を露出させる。このとき、表層３を構成する第二のセメント成形材料には、既述のように一次成形体の粉砕物が配合されていることにより有機繊維を含有しているものであり、このため、前記有機繊維が散水による水分を保持する、いわゆる保水効果を発揮して、流動性を帯びなくなり、これによりセメントや骨材１が表層３に固定されることとなって、輪郭が鮮明な凹凸模様が形成されることとなる。しかも、表層３に散水した時、表層３におけるセメント成分は、表出する骨材１の下方にセメントリッチ層を形成し、骨材１の付与性が向上して強固な表面構造が形成されることとなる。

ここで、有機繊維の配合量は、第二のセメント成形材料１の全量に対して２重量％以下であることが好ましく、この場合、第二のセメント成形材料１の有機繊維がその量に対応して、適度の水分を保持してセメントや骨材１が表層３に固定され、輪郭が鮮明な凹凸模様を形成することができる。一方、前記配合量が２重量％を越えると、逆に、有機繊維がその量に対応して、必要以上の水分を保持することとなり、セメントや骨材１の一部が表層３の凸面から凹面に流出し易くなるおそれがあるものである。そこで、第二のセメント成形材料１を調製する際には、有機繊維の含有率が第二のセメント成形材料１の全量に対して２重量％以下の所定の量となるように一次成形体の粉砕物を配合することが好ましく、このとき、まず、あらかじめ導出された繊維含有率に基づいて、第二のセメント成形材料１に所定量の有機繊維を含有させるために必要な粉砕物の量を導出し、上記水分除去処理と同様の条件で乾燥させた後の粉砕物を前記導出された量だけ第二のセメント成形材料中に配合するものである。

そして、上記のように散水を行った後、適宜の条件、例えば８０〜９０℃、３０〜１００時間の条件で養生硬化することにより、図１に示すような二次成形体を得ることができるものである。このようにして得られる二次成形体は、表出する骨材１の下方にセメントリッチ層が形成されて骨材１の付与性が向上して、また表面が骨材１で覆われた材質感を有することとなるものである。

まず、セメント、シリカ質粉末及び有機繊維（パルプ）を含む一次成形体を粉砕した後、ふるい分けすることにより分級して、有機繊維の含有割合が高い粉砕物と、固形成分の含有割合が高い粉砕物とに分離した。

上記の分級の直後に有機繊維の含有割合が高い粉砕物から１．０５ｇの抽出物を抽出し、るつぼに入れた状態で、１０５℃、２４時間の条件で水分除去処理を、２００℃、２時間の条件で結合水除去処理を、４５０℃、２時間の条件で繊維除去処理を順次行った。

このとき、上記各加熱処理を行うごとに、抽出物の重量を測定したところ、水分除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_１）は１．０ｇ、結合水除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_２）は０．９５ｇ、繊維除去処理後の抽出物の重量（Ｗ_３）は０．３５ｇであった。このため、上記有機繊維の含有割合が高い粉砕物の繊維含有率（Ａ）は、上記式（ａ）に基づき、６０重量％と算出されるものである。

次に、上記のように繊維含有率が導出された粉砕物を用いて、図１に示す構造の二次成形体を作製した。

すなわち、まずセメント１００重量部に対してフライアッシュ１００重量部、珪石粉２５重量部及びパルプ２５重量部を配合した第一の成形材料を長網方式で抄造して基層２を形成した後、その上面に、セメント１００重量部、フライアッシュ１００重量部、珪石粉２５重量部、上記粉砕物４５重量部を混合した第二の成形材料を３４００ｇ／ｍ²散布して表層３を形成し、次いで凹凸金型を用いて、圧力２．９４ＭＰａ（３０ｋｇ／ｃｍ²）で５秒間プレスした後に、水をスプレーで表層３の表面に０．５ｌ／ｍ²散布した。次いで、８０℃で１００時間加熱して養生硬化した後乾燥し、表面に凹凸模様を有する二次成形体を得た。

ここで、第二の成形材料における粉砕物の配合量は、第二の成形材料における有機繊維の含有率が１０重量％となるように決定したものであり、このとき、第二の成形材料中に配合する粉砕物の量をＸ、粉砕物以外の他の原料の量をＹ、第二の成形材料における有機繊維の所定の含有率（本実施例では１０重量％）をＺ、予め導出されている粉砕物の繊維含有率をＡとして、粉砕物の量Ｘを、Ｘ＝（Ｚ×Ｙ）／（Ａ−Ｚ）の式にて決定したものである。

得られた二次成形体は、表出する骨材１の下方にセメントリッチ層が形成されて骨材１の付与性が向上して、表面が骨材１で覆われた材質感を有することとなった。

二次成形体の製造方法の一例における水散布後の状態を例示した破断した斜視図である。 二次成形体の製造方法の一例における水散布前の状態を例示した破断した斜視図である。

Claims (3)

1. 有機繊維を含有する無機質成形体を粉砕して得られる粉砕物の一部を抽出した抽出物を加熱して抽出物中の成分と化学的に結合していない水分を除去する水分除去処理を施した後、処理後の抽出物の重量を測定し、この抽出物を更に加熱して抽出物中の成分と化学的に結合している水分を除去する結合水除去処理を施した後、処理後の抽出物の重量を測定し、この抽出物を更に加熱して抽出物中の有機繊維を燃焼させて除去する繊維除去処理を施した後、処理後の抽出物の重量を測定し、各処理後の抽出物の重量に基づき、下記式（ａ）により抽出物中の繊維含有率を算出して、この値を前記粉砕物中の繊維含有率として導出することを特徴とする無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法。
   Ａ＝｛（Ｗ_２−Ｗ_３）／Ｗ_１｝×１００ …（ａ）
   Ａ：繊維含有率（重量％）
   Ｗ_１：水分除去処理後の抽出物の重量
   Ｗ_２：結合水除去処理後の抽出物の重量
   Ｗ_３：繊維除去処理後の抽出物の重量
2. 上記水分除去処理時の加熱温度を１００〜１１０℃とし、上記結合水除去処理時の加熱温度を２００〜２５０℃とし、上記繊維除去処理時の加熱温度を４５０〜５００℃とすることを特徴とする請求項１に記載の無機質成形体の粉砕物中の繊維含有率の導出方法。
3. 水硬性セメントを含むセメント成形材料を成形し養生硬化して得られる無機質成形体であって、前記セメント成形材料中に、請求項１又は２に記載の方法にて繊維含有率が導出された粉砕物を含有させることを特徴とする無機質成形体。

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