JP4734525B2 - セメント系成形体の製造方法 - Google Patents
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セメント系硬化材からなる外装材の外観意匠性を高めるために、表面に凹凸模様やパターン形状を形成することが行われる。
セメント系硬化材の表面に凹凸形状を形成する方法として、セメント系材料を押出成形して平坦な板状の押出成形体を製造した後、押出成形体の表面にプレス成形によって凹凸形状を成形する方法が知られている。
特許文献1には、セメント含有W/O型エマルジョンからなるセメント系材料を板状に押出成形したあと、プレス成形して、凹凸形状を有するセメント系成形体を製造し、このセメント系成形体を養生硬化させる技術が示されている。プレス成形の金型に設けた通気孔から圧縮空気を吹き出して、セメント系成形体から金型を脱型し易くしている。
特許文献1の技術では、通気孔に逆流防止弁を設けて、セメント系材料が通気孔に入り込むのを防止している。そのため、通気孔の構造が複雑になる。逆流防止弁を装着できる通気孔は、かなり大きなものとなり、セメント系成形体の表面に通気孔の跡が残ると目立ってしまい、セメント系成形体およびセメント系硬化体の表面品質が損なわれる。しかも、逆流防止弁と通気孔との隙間からセメント系材料が浸入したり、浸入したセメント系材料が固まってしまい、逆流防止弁が十分に作動できなくなったりすることもある。
セメント系成形体の主材料となるセメント系材料は、通常のセメント系硬化製品と同様の材料や配合、製造技術が適用できる。
油性物質と水とのW/Oエマルジョンおよびセメントを含むものが好ましい。油性物質として重合性の油性物質が好ましい。
具体的には、例えば、前記特許文献1(特開平5−246747号公報)や特開2002−47040号公報に記載の技術が適用できる。
<セメント>
セメント系硬化体の基本的な機械的強度などの特性を決める材料である。通常のセメント材料が使用できる。例えば、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、アルミナセメントなどが挙げられる。複数種類のセメントを併用することもできる。
<重合性の油性物質>
水とW/Oエマルジョンを形成できる油性物質の中で、重合性の物質が使用される。重合性の油性物質は、養生硬化工程において重合反応により重合し、水和硬化するセメントとともにセメント系硬化体の骨格構造を構築する。セメント系硬化体の骨格構造が良好に構築されることで、養生硬化に伴う寸法収縮が起こり難くなる。
油性物質としては、疎水性の液状物質が、水とW/Oエマルジョンを形成し易い。
油性物質の重合体が、前記セメントとともに、セメント系硬化体の骨格構造を構築し、基本的な特性を決めることになる。セメント系硬化体の物理的特性や表面性状などを改善する機能を果たす。セメント系硬化体の用途や要求性能、使用する油性物質の種類によっても異なるが、通常、セメント系材料中に、4〜10体積%を配合しておくことができる。好ましくは、5〜7体積%である。
<W/Oエマルジョン>
W/Oエマルジョンは、油中水滴型エマルジョンとも呼ばれ、油性物質の連続相に微細な水粒子が分散している状態である。
このようなW/Oエマルジョンが構成されるように、水および重合性の油性物質を配合し、撹拌混合することで、目的のW/Oエマルジョンが得られる。
油性物質として、前記した重合性の油性物質以外の油性物質を配合しておくことができる。水に加えて、他の液体あるいは固体粒子を配合しておくこともできる。セメントは、微細な固体粒子として、W/Oエマルジョン中に分散させておくことができる。
<乳化剤>
W/Oエマルジョンの形成を促進させるために、乳化剤を配合しておくことが有効である。
乳化剤としては、通常のエマルジョン技術において使用されている乳化剤が使用できる。油性物質と水とのW/Oエマルジョン形成に有効で、セメント系材料の成形や養生硬化に悪影響を与え難く、セメント系硬化体の品質性能を損なわない材料が好ましい。
乳化剤の使用量は、油性物質と水との配合割合や要求性能によっても異なるが、通常、セメント系材料における水と固形分との総量に対して1〜3体積%の範囲に設定できる。
<補強材>
セメント系硬化体の機械的強度などの物理的特性を向上させるのに有用である。
これらの補強材は、セメント系材料の全量に対して0.5〜10体積%程度で配合できる。
通常のセメント系硬化材の製造に利用される添加材料を組み合わせることができる。例えば、着色剤などが挙げられる。
<セメント系材料の調製>
基本的には、以上に説明したセメント系材料を構成する各材料を均一に撹拌混合すればよい。各材料を同時に撹拌混合してもよいし、一部の材料を撹拌混合した後、残りの材料を加えてさらに撹拌混合することもできる。
水と油性物質とのW/Oエマルジョンが良好に形成されるように、製造装置、製造条件を設定することが望ましい。
W/Oエマルジョンにセメントや補強材が配合されたりして粘性が増大した材料は、混練装置で混練することが有効である。連続混練装置として、連続ニーダー、二軸押出機等が使用できる。
〔押出成形〕
通常のセメント系材料に対する押出成形技術が適用される。
押出成形体の形状は、例えば、矩形状の押出ダイで押出成形される矩形厚板状のものが一般的である。押出ダイの細部形状を変えることで、矩形厚板に長さ方向の凹溝や凸条を有するものなども形成できる。
押出成形体は、可塑状態であり、容易に変形することができる。
無機粉粒としては、プレス成形型の噴出口の目詰まり防止に有効であり、製造されるセメント系成形体あるいはセメント系硬化体の品質性能に悪影響を与えない材料が使用される。
具体的には、無機粉粒として、珪砂、スラグ粉砕物、ガラス粉砕物、陶磁器粉砕物、砂鉄などが挙げられる。無機粉粒の平均粒径を、500〜700μmに設定することができる。無機粉粒の粒径が小さ過ぎると、プレス成形時にセメント系材料の内部に完全に埋もれてしまい、噴出口の目詰まり防止が果たせない。噴出口の内部に浸入して付着したままになる。粒径が大き過ぎると、セメント系成形体の表面で、無機粉粒が目立ち過ぎて表面質感を損なったり、表面が粗くなってしまったりする。
無機粉粒の散布量は、無機粉粒が押出成形体の表面を、実質的に隙間なく一様に覆うことができる程度に設定すればよい。具体的には、散布量30〜60g/m2に設定できる。散布量が少なすぎると目的の作用が達成できず、散布量が多過ぎると、セメント系成形体の表面性状が悪くなったり、プレス成形時にセメント系成形体に付着せずに脱落した無機粉粒が、噴出口に浸入したり、プレス成形型を汚したりする問題が生じる。
無機粉粒が散布された押出成形体を用いる以外は、基本的に通常のセメント系成形体の製造におけるプレス成形技術が適用できる。
プレス成形装置は、通常、一対の成形型と、成形型にプレス圧力を加えるプレス機構とを備えている。一対の成形型のうち、一方の成形型は固定されており、他方の成形型は可動になっている。通常、可動成形型の型面に、セメント系成形体にプレス成形すべき凹凸形状に対応する凹凸形状が設けられる。したがって、可動成形型をプレス成形型と呼び、固定成形型を単に、押出成形体の支持盤あるいは支持台と呼ぶことがある。勿論、必要に応じて、固定成形型の型面にもプレス成形用の凹凸形状が設けられる場合がある。一般的なプレス成形装置では、固定成形型と可動成形型とを上下に配置する。
プレス成形型を押圧するプレス圧は、押出成形体の材料配合や最終的に製造されるセメント系硬化体の要求性能などによっても異なるが、通常、プレス圧0.5〜1.0MPaの範囲に設定できる。プレス圧が低過ぎると十分なプレス成形が行えない。プレス圧が高過ぎると、無機粉粒がセメント系材料の中に完全に埋もれてしまい、噴出口の詰まり防止機能が果たせなくなる。
噴出口の大きさは、圧力空気を十分に噴出できるとともに、セメント系成形体に噴出口の跡が残って目立たない程度に設定することができる。具体的には、噴出口の口径0.2〜0.8mmに設定できる。
噴出口から噴出される圧力空気の圧力は、目的とするセメント系成形体の型離れが良好に行えるように設定する。具体的には、圧力100〜400kPaに設定できる。圧力が低過ぎると目的の達成が困難であり、圧力が強過ぎると、セメント系成形体の表面を変形させたり損傷させたりする問題が起こる。
プレス成形を終えて得られたセメント系成形体は、表面に成形型の型面形状に対応する凹凸形状が形成されている。
セメント系成形体を養生硬化させることで、セメント系硬化体が得られる。
基本的には、通常のセメント系硬化体の製造技術における養生硬化装置、養生硬化条件が適用される。例えば、蒸気養生、オートクレーブ養生などが採用される。
養生条件は、セメント系材料の配合やセメント系硬化体に要求される性能などによっても異なるが、通常、40〜100℃で20〜48時間の範囲に設定される。養生工程の途中で、温度を段階的あるいは連続的に変えることもできる。
〔セメント系硬化体〕
セメント系成形体の養生硬化が終了すれば、セメント系硬化体が得られる。
セメント系成形体の表面に散布された無機粉粒は、プレス成形の段階で押出成形体に埋め込まれるので、セメント系硬化体の表面には、実質的に無機粉粒が目立って突出するようなことはない。セメント系硬化体の表面を擦っても、無機粉粒が脱落することはない。
〔押出成形〕
図1に示すように、支持台22の上に置かれた、厚さ0.22mmの薄い鋼板からなる敷板24の上に、押出成形装置20の押出ダイ21からセメント系材料を板状に押し出す。支持台22および敷板24を、押出成形装置20の押出ダイ21に対して水平方向に移動させることで、帯状に連続する厚板状の押出成形体10を得る。押出成形体10は所定の長さ毎に裁断される。得られた押出成形体10の表面は平坦である。押出成形体10は、いまだ柔軟で可塑状態であり、表面は粘着性を示す。例えば、長さ370cm、幅90cm、厚み30mmの押出成形体10が得られる。
無機粉粒16が散布された押出成形体10は、敷板24に載せた状態で、次の工程に送られる。
〔プレス成形〕
図2に示すように、プレス成形型30の下方に配置された鋼材などからなる剛体状の支持盤32の上に、敷板24に載せた押出成形体10を配置する。
プレス成形型30は、エポキシ樹脂からなり、下面に所定の凹凸形状を有する樹脂型34を備えている。樹脂型34の上方背面には、密閉空間状の空気導入室37を備えている。空気導入室37には、圧力空気配管36が接続されていて、圧力空気が導入される。空気導入室37から樹脂型34を貫通して、樹脂型34の下面に開口する噴出口35を有する。噴出口35は、樹脂型34の下面全体に多数が間隔をあけて配列されている。例えば、口径0.5mmの噴出口35を、ピッチ間隔5cmで配置する。
<型閉め段階>
図3に示すように、図示を省略したプレス装置を作動させて、プレス成形型30を下降させる。押出成形体10に樹脂型34が当接する。樹脂型34は、押出成形体10の表面に存在する無機粉粒16を介して押出成形体10と接触することになる。
なお、プレス成形によって、無機粉粒16は、個々の粒子の一部または全体が、押出成形体10の中に押し込まれる。成形された押出成形体10の表面が、押出成形体10に埋め込まれた無機粉粒16が並んで露出した状態になる。
押出成形体10の表面自体は、柔軟で粘着性もあるので、樹脂型34から強い圧力が加わると、樹脂型34に強く粘着したり、樹脂型34の噴出口35に押出成形体10が詰まったりすることがある。しかし、無機粉粒16は硬質で粘着性もないので、押出成形体10の表面に無機粉粒16の層が存在すると、樹脂型34に押出成形体10が粘着することを防止する。特に、押出成形体10が噴出口35に詰まることが防止される。なお、無機粉粒16の一部が、噴出口35に入り込んだとしても、噴出口35の内面に強く粘着して詰まってしまうことはない。
図4に示すように、プレス成形型30を上昇させる。支持盤32の上には、表面に凹凸形状が成形されたセメント系成形体Mが得られる。
このプレス成形型30の上昇開始時点あるいは少し前の時点で、圧力空気配管36から空気導入室37に圧力空気を供給する。圧力空気は、空気導入室37から噴出口35を経て押出成形体10の表面に向かって吹き付けられる。圧力空気が、押出成形体10と樹脂型34との間に浸入することで、押出成形体10が樹脂型34から型離れし易くなる。
但し、押出成形体10が樹脂型34と強く粘着していたり、押出成形体10の一部が噴出口35の内部まで入り込んで粘着していたりすると、圧力空気を吹き付けても、押出成形体10から樹脂型34が剥がれ難くなる。場合によっては、押出成形体10の一部が樹脂型34に付着したままで本体部分から剥がれたりする。押出成形体10の一部が噴出口35に詰まったままで樹脂型34に残ってしまったりすることもある。噴出口35が詰まったままであれば、その噴出口35からは圧力空気が噴出しないので、その周辺における押出成形体10と樹脂型34との分離がうまくいかなくなる。
〔セメント系硬化材〕
得られたセメント系成形体Mは、養生硬化工程に送られる。養生硬化を終えて得られたセメント系硬化材Pを、図5に示す。
セメント系硬化材Pは、建築物の外装壁面を構築するのに利用される。表面には、小さな矩形状の凸部14が前後左右に並び、各凸部14の間を凹溝12が縦横に格子状に配置されている。外観意匠性の高い外壁を構成することができる。
16 無機粉粒
20 押出成形装置
24 敷板
30 プレス成形型
34 樹脂型
35 噴出口
36 圧力空気配管
37 空気導入室
M セメント系成形体
P セメント系硬化材
Claims (2)
- セメント系材料を押出成形したあとプレス成形してセメント系成形体を得る方法であって、
前記セメント系材料を押出成形して、可塑状態の押出成形体を得る工程(a)と、
前工程(a)のあと、前記押出成形体の表面に無機粉粒を散布する工程(b)と、
前工程(b)のあと、下面に凹凸のある型面を備えたプレス成形型を前記押出成形体の上方から押圧して、押出成形体の表面にプレス成形型の凹凸型面に対応する凹凸形状をプレス成形し、表面に凹凸形状を有するセメント系成形体を得る工程(c)と、
前工程(c)のあと、前記プレス成形型の型面に備えた噴出口から前記セメント系成形体に向かって圧力空気を噴出させながら、プレス成形型をセメント系成形体から離す工程(d)と
を含むセメント系成形体の製造方法。 - 前記工程(a)において、セメント系材料として、セメント、水、油性物質および乳化剤を含むW/Oエマルジョンならびに補強材を含むセメント系材料を用い、
前記工程(b)において、前記無機粉粒として、珪砂、スラグ粉砕物、ガラス粉砕物、陶磁器粉砕物、砂鉄からなる群から選ばれ、平均粒径500〜700μmの無機粉粒を、30〜60g/m2の量で散布し、
前記工程(c)において、前記プレス成形型を押圧するプレス圧が、0.5〜1.0MPaであり、
前記工程(d)において、前記プレス成形型の噴出口が、口径0.2〜0.8mmであり、圧力100〜400kPaの圧力空気を噴出させる
請求項1に記載のセメント系成形体の製造方法。
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