JP5414933B1 - 煉瓦、タイル、床板、天井パネル及び屋根材並びにこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
優れた放射線遮蔽効果を奏するのは勿論のこと、有毒物質を含まず、化学的に安定でありながら、高い強度を発揮し、さらには磁界によって影響を受ける機器が設置される施設への使用にも適した安価な構造物構築用成形体を提供する。
【解決手段】
ヘマタイトを８０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とするとともに、該成形体を焼成することにより、焼成後の嵩密度が２．８ｇ／ｃｍ^３以上とされた構造物構築用成形体を得る。焼成後の成形体の残留磁化は、１．０Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下とすると好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、煉瓦又はタイルなどの構造物構築用成形体と、この構造物構築用成形体の製造方法とに関する。

近年、放射性物質で汚染された廃棄物から発生する放射線を遮蔽することが急務となっている。また、放射性元素や加速器などから放出される高エネルギーの放射線を利用する各種施設、例えば先端医療施設や材料研究施設などにおいては、放射線を遮蔽するために、機器や施設自身を遮蔽する必要がある。放射線を遮蔽するための放射線遮蔽材に使用する材料としては、鉛や鉄やコンクリートなど、密度の大きな材料が有効であるとされている。しかし、これらの材料には、以下のような問題があった。

すなわち、鉛は、放射線遮蔽効果が高く、化学的に安定であるものの、毒性を有するという問題がある。加えて、鉛は、硬度が低く常温下でも柔らかいため、強度を必要とする箇所に用いる場合には、何らかの補強材が必要となるという問題がある。そして、鉛は、融点が３２７．４℃と低いため、高温となる環境下では構造体として形態を維持できないという問題もある。

また、鉄は、耐腐食性に劣り、塩素や水分の多い環境下（例えば海岸部）で使用するのには難があるなど、使用環境が限定されるという問題がある。加えて、鉄は、通常の環境下であっても、錆の発生による経年劣化が妨げられないという問題がある。このため、鉄は、放射性廃棄物の隔離施設を遮蔽する放射性遮蔽材としての使用には適さない。というのも、この種の隔離施設は、数十年から百年単位での長期間使用が想定されるものの、立ち入りが制限されるため、メンテナンスを頻繁に行うことが困難だからである。

さらに、コンクリートは、上記の鉛や鉄などと比較して密度が小さいため、コンクリートで十分な放射線遮蔽効果を得ようとすると、それにより形成する壁体などをかなり厚くしなければならないという問題がある。コンクリートには、密度の大きな骨材を添加して密度を大きくした「重量コンクリート」という種類のものもあるが、放射線遮蔽効果が十分であるとは言い難い。加えて、重量コンクリートには、前記骨材として金属片や酸化物片などが添加されているため、機械的強度や化学的安定性が著しく低下するという問題もある。このため、重量コンクリートも、上記の隔離施設を遮蔽する放射線遮蔽材としての使用には適さない。

ところで、これまでには、コンクリートやモルタルなどにフェライトを含有させることにより、その密度を増大させて放射線遮蔽効果を高める技術が提案されている（例えば特許文献１，２を参照）。フェライトは、鉄の酸化物を含有する磁性材料の一種であり、モーターの磁石や、コピー機やレーザープリンターのトナードラムや、磁気ディスクや、磁気テープなどの各種電子部品に広く用いられているものであるが、特許文献１，２の放射線遮蔽材は、その磁性ではなく、その大きな密度（放射線遮蔽効果）に着目したものとなっている。しかし、特許文献１，２の技術を用いて放射線遮蔽構造物を構築するためには、［１］型枠を設置する、［２］型枠内に鉄筋を配筋する、［３］型枠内にコンクリートやモルタルを打設する、［４］コンクリートやモルタルを養生する、［５］型枠を取り外す、といった一連の工程を辿る必要があり、手間や期間やコストがかかるという問題がある。

このような実状に鑑みて、本出願人は、フェライト粉末を６０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形後に焼成することにより、焼成後の密度が３．５ｇ／ｃｍ^３以上とされて放射線遮蔽効果が高められた構造物構築用成形体を開発し、既に特許出願（特願２０１３−０５７１０４）を行っている。ここで、構造物構築用成形体とは、煉瓦やタイルなどのように、複数個を積み重ねたり、組み合わせたり、貼り合わせたりすることにより、構築物における壁や天井や床などの遮蔽構造を形成するもののことを意味する。この構造物構築用成形体において、フェライト粉末は、組成式「ＡＯ・ｎＸ_２Ｏ_３」（ただし、当該組成式において、Ａは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｂａ又はＰｂの中から選択される１種以上の元素であり、Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉの中から選択される１種以上の元素であり、ｎは、１〜９の実数で定義されるモル比である。）で表わされるものを用いと好ましい。

この構造物構築用成形体は、優れた放射線遮蔽効果を奏するだけでなく、高い強度を発揮し、施工性にも優れたものとなっている。しかし、この構造物構築用成形体は、精密分析機器や測定機器など、磁界によって影響を受ける機器が設置される施設への使用は適さないという問題があった。というのも、上記組成式で表されるフェライトは、一般的に、ハードフェライトを意味しているため、これを含有する構造物構築用成形体は、一旦外部磁場の存在下にさらされると永久磁石化してしまい、その後外部磁場を取り去っても、構造物構築用成形体からは、磁界が発生し続け、前記機器に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。

その他、特許文献３には、壁や天井などの建築構成部分におけるコンクリートで形成される層にヘマタイトや鉛や鉄などの重質添加物を添加した建築構造体が記載されている（同文献の請求項１５を参照）。同文献には、これら重質添加物の添加によって建築構造体の放射線遮蔽効果が高まることも記載されている（同文献の段落００２０を参照）。しかし、特許文献３の建築構造体において、ヘマタイトなどの重質添加物を添加する層の組成は、コンクリートがメインであることに加えて、そのコンクリートは現場で混合するものとなっている。このため、特許文献３の建築構造体も、上記の重量コンクリートの域を出る物ではなく、放射線遮蔽効果が十分であるとは言い難い。また、型枠の設置など、その施工に手間や期間やコストがかかるという問題もある。

特開昭５７−０１６３９７号公報 特開２００２−２６７７９２号公報 特表２００６−５１８４４６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、優れた放射線遮蔽効果を奏するのは勿論のこと、有毒物質を含まず、化学的に安定でありながら、高い強度を発揮し、さらには磁界によって影響を受ける機器が設置される施設への使用にも適した安価な構造物構築用成形体と、この構造物構築用成形体の製造方法を提供するものである。

上記課題は、ヘマタイト（組成式：Ｆｅ_２Ｏ_３）を８０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とするとともに、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上としたことを特徴とする構造物構築用成形体を提供することによって解決される。ここで、「構造物構築用成形体」とは、コンクリートなどのように現場打ちするのではなく、予め所定形状に成形された構造物構築用の材料のことをいう。構造物構築用成形体としては、ブロックや煉瓦やパネルやタイルなどのように、複数個を積み重ねたり、組み合わせたり、貼り合わせたりすることにより、構築物における壁や天井や床などの遮蔽構造を形成するものが例示される。

ヘマタイトは、その嵩密度が５．２６ｇ／ｃｍ^３であり、酸化物のなかでも比較的高密度な物質であるため、成形材料にヘマタイトを含有させることにより、焼成後の成形体の嵩密度が大きく優れた放射線遮蔽効果を奏する構造物構築用成形体を提供することが可能になる。放射線は、その伝搬形態や波長（エネルギー）や発生起源などによって、アルファ線（α線）やベータ線（β線）や中性子線などの粒子線や、ガンマ線（γ線）やエックス線（Ｘ線）などの電磁波に分類される。本発明の構造物構築用成形体は、これらいずれの放射線でも遮蔽することができるが、特に、これらのなかでも透過力の強いγ線やＸ線を遮蔽することを想定したものとなっている。γ線やＸ線は、電荷を持たず、電気的に中性であるため、電磁相互作用によって減衰させることができない。γ線やＸ線の遮蔽には、密度の大きな素材を用いることが肝要であるが、本発明の煉瓦は、γ線やＸ線を遮蔽するのに優れた効果を奏することができる。

加えて、ヘマタイトは、絶縁体であり、上述したフェライトのように磁性を有さないため、本発明の構造物構築用成形体は、残留磁化が小さく、磁界による影響を受けやすい機器が周辺に設置された環境下においても好適に用いることができる。焼成後の成形体の残留磁化は、１．０Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下とすると好ましい。

また、ヘマタイトは、その鉄イオンの価数が常温常圧下で化学的に安定な＋３価であるため、本発明の構造物構築用成形体は、放射性廃棄物の隔離施設などを遮蔽する用途にも好適に用いることができる。さらに、ヘマタイトは、その焼成によって赤褐色から鉄黒色へと色調が変化するだけでなく、その粒径分布や焼成条件を調整すると、適度な光沢度も得られる。このため、本発明によって、意匠性に優れた構造物構築用成形体を得ることも可能になる。さらにまた、ヘマタイトは、有毒物質を含まず毒性を有さないため、本発明の構造物構築用成形体は、人体に安全であるだけでなく、廃棄が容易である。加えて、ヘマタイトは、その焼結体を粉砕することによって、再び本発明の構造物構築用成形体として再利用できるだけでなく、他の製品の原料としても十分使用可能な純度及び形態で再利用できるため、リサイクル性にも優れている。そして、ヘマタイトは、原料が豊富に存在し、安価に入手できるため、本発明の構造物構築用成形体は、その製造コストを抑えることもできるという利点もある。

本発明の構造物構築用成形体において、成形材料の成形方法は、特に限定されないが、成形材料の成形をプレス成形によって行うと好ましい。これにより、焼成後の成形体の圧縮強度を高くすることも容易となる。したがって、構造物構築用成形体の強度をさらに高め、耐震性など、強度により優れた構造物を施工することが可能になる。加えて、その放射線遮蔽効果をさらに高めることも可能になる。焼成後の成形体の圧縮強度の具体的な値は、特に限定されないが、ビルなどの重量構造物の基礎を本発明の構造物構築用成形体で構築する場合など、構造物構築用成形体の上に重量物が載せられることを想定した場合において、構造物構築用成形体が破損しないようにするためには、１００ＭＰａ以上とすると好ましい。

また、本発明の構造物構築用成形体において、成形体の焼成温度は、焼成時間との兼ね合いなどによっても異なり、特に限定されない。しかし、焼成温度を低くしすぎると、成形体の焼結が進行しにくくなり、焼成後の成形体の嵩密度が目的の値になりにくくなる。このため、成形体の焼成温度は、通常、７００℃以上とされる。一方、成形体の焼成温度を高くしすぎると、マグネタイト（組成式：Ｆｅ_３Ｏ_４）が生成しやすくなるおそれがある。マグネタイトは、大気雰囲気下では安定相にならないばかりか、良導体としての性質を示し、また透磁率が高く磁化しやすいので、本発明の構造物構築用成形体に適さない。このため、成形体の焼成温度は、通常、１３５０℃以下とされる。

さらに、本発明の構造物構築用成形体において、成形体の焼成時間は、焼成温度との兼ね合いなどによってもことなり、特に限定されない。成形体の焼成時間は、短くした方が、工業的には有利であるが、焼成時間を短くしすぎると、成形体が十分に焼結せず、焼成後の成形体の嵩密度を高くしにくくなる。このため、成形体の焼成時間は、通常、０．５時間以上とされる。一方、成形体の焼成時間を長くしすぎると、構造物構築用成形体の生産性が低下する。このため、成形体の焼成時間は、通常、１５０時間以下とされる。

さらにまた、本発明の構造物構築用成形体において、ヘマタイトは、通常、粉末の状態で前記成形材料に含有される。ヘマタイト（ヘマタイト粉末）の粒径は、それに後述する添加剤などを添加する際や、前記成形材料を成形する際のハンドリング性や、得られる構造物構築用成形体の用途などによっても異なり、特に限定されない。しかし、ヘマタイト粉末の粒径を小さくしすぎると、成形体の焼成前の嵩密度と焼成後の嵩密度との差が大きくなり、焼成によって成形体に割れや欠けや反りなどが生じるなど、焼成後の成形体の形状精度や寸法精度を維持できなくなるおそれがある。このため、ヘマタイト粉末の平均粒径は、通常、０．３μｍ以上とされる。一方、ヘマタイト粉末の粒径を大きくしすぎると、成形体が焼結しにくくなり、焼成後の成形体の嵩密度が高くなりにくくなる。このため、ヘマタイト粉末の平均粒径は、通常、８００μｍ以下とされる。ここで、「粒径」とは、それが１００μｍ以上である場合には、「ＪＩＳ Ｚ８８１５」の「ふるい分け試験方法通則」に準拠して測定した値のことを意味する。また、それが１００μｍ以下である場合には、レーザー回折粒度分布測定法によって粒径の測定した値のことを意味する。具体的には、日機装株式会社製の粒子径・粒度分布測定装置（Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ Ｓ３５００（Ｍｏｄｅｌ：Ｓ３５００））において、測定対象であるヘマタイト粉末の屈折率を２．３２とし、溶媒を水（屈折率：１．３３３）として測定した場合の値である。

そして、本発明の構造物構築用成形体において、前記成形材料の組成は、ヘマタイトを８０質量％以上の割合で含む成形可能なものであれば特に限定されない。前記成形材料には、その原料を混合する段階で、水、有機系バインダー又は無機系バインダーの中から選ばれる少なくとも１種の添加剤を添加する場合もある。これにより、成形材料の成形性を高めたり、成形材料をプレス成形する際の離型性を高めたり、焼成後の成形体の形状精度や寸法精度を高めたり、その嵩密度を維持したりすることが可能になる。

以上のように、本発明によって、優れた放射線遮蔽効果を奏するのは勿論のこと、有毒物質を含まず、化学的に安定でありながら、高い強度を発揮し、さらには磁界によって影響を受ける機器が設置される施設への使用にも適した安価な構造物構築用成形体と、この構造物構築用成形体の製造方法を提供することが可能になる。

１． 構造物構築用成形体の概要
本発明の構造物構築用成形体及びその製造方法の好適な実施態様について、より具体的に説明する。本発明の構造物構築用成形体は、粒径調整工程と、成形材料調整工程と、成形工程と、焼成工程と、を経ることにより製造されるものとなっている。以下、これらの工程についてそれぞれ詳しく説明する。

１．１ 粒径調整工程
粒径工程は、成形材料に含有させるヘマタイトの粒径を調整する工程である。ヘマタイト粉末の平均粒径は、既に述べた理由によって、通常、０．３〜８００μｍとされる。ヘマタイト粉末の粒径を調整する場合、目的とする平均粒径が数μｍ程度であれば、ヘマタイト原料を粉体のまま、大気中で７００〜１２００℃の温度で０．５〜５時間程度焼成してヘマタイト結晶を成長させることで、目的の平均粒径のヘマタイト粉末を得ることができる。また、目的とする平均粒径が１０μｍ以上とある程度大きい場合には、まず、５〜１０ｍｍ程度のペレット状に造粒して、大気中で７００〜１２００℃の温度で０．５〜５時間程度焼成して焼結させた後、粉砕処理と分級処理を行うことで、目的の平均粒径のヘマタイト粉末を得ることができる。

１．２ 成形材料調整工程
成形材料調整工程は、ヘマタイトを８０質量％以上の割合で含む成形材料を製造する工程である。成形材料は、ヘマタイトの含有率を１００質量％としてもよいが、上記のように、成形材料の成形性を高めたりするためなどに、水、有機系バインダー又は無機系バインダーなどの添加剤を添加する場合もある。無機系バインダーとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）又は酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）の中から選択される１種以上の酸化物を主成分とするものが例示される。具体的には、カオリナイト（Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４）や、ハロイサイト（Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４・２Ｈ_２Ｏ）などが例示される。しかし、これらの添加剤、特に無機系バインダーを過剰に添加すると、得られる構造物構築用成形体の嵩密度や圧縮強度や放射線遮蔽効果（減衰係数）を低下させることにもつながるので、その添加量は限定的である。成形材料におけるヘマタイトの含有率は、８５質量％以上とすると好ましく、９０質量％以上とするとより好ましく、９５質量％以上とするとさらに好ましく、１００質量％とすると最適である。

１．３ 成形工程
上記の成形材料調整工程を終えると、続いて成形工程を行う。成形工程は、成形材料調整工程によってヘマタイトの含有量が調整された成形材料を所定形状に成形した成形体とする工程である。その成形方法は、特に限定されないが、通常、プレス機を用いたプレス成形により行われる。この際、真空状態（減圧状態）にしてプレス（真空プレス）を行うと、成形体に含有されるヘマタイト粉末などを密にして、焼成後の嵩密度をさらに高め、より優れた圧縮強度や放射線遮蔽効果を奏する構造物構築用成形体を得ることも可能である。また、得られる構造物構築用成形体の圧縮強度をさらに高めることも可能になる。

成形工程により成形される成形体の形状や寸法は、構造物構築用成形体の用途などに応じて適宜決定する。例えば、構造物構築用成形体をブロックや煉瓦などとして利用する場合には、直方体（立方体又は四角形平板を含む）や円柱（円板を含む）やこれらを組み合わせた形状に成形される。また、構造物構築用成形体をタイルや床板や天井パネルや屋根材（瓦など）として利用する場合には、厚板状や、これを湾曲させた形状などに成形される。さらに、構造物構築用成形体の施工時に、その内部に鉄筋やビスなどを通すことを想定する場合には、鉄筋やビスなどを通すための貫通孔や溝を形成することもできる。成形体の表面に凹凸を形成するなどして、構造物構築用成形体に意匠を施すこともできる。このように、成形工程により成形される成形体の形状は、構造物構築用成形体の用途などに応じて、適宜決定される。

１．４ 焼成工程
上記の成形工程を終えると、続いて焼成工程を行う。焼成工程は、成形工程で所定形状に成形された成形体を焼成して焼結させる工程である。この焼成工程によって、成形体は、構造物構築用成形体としての形状を維持することが可能になる。焼成工程における成形体の焼成温度は、上述した通り、通常、７００〜１３５０℃とされる。しかし、成形体の焼結がより進行しやすくして、焼成後の成形体の嵩密度をさらに高くするためには、焼成温度は、８００℃以上とすると好ましい。焼成温度は、９００℃以上とするとより好ましく、１０００℃以上とするとさらに好ましい。一方、マグネタイト（組成式：Ｆｅ_３Ｏ_４）の生成をより確実に抑え、構造物構築用成形体をさらに磁化しにくいものとするだけでなく、耐熱性にも優れたものとするためには、焼成温度は、１３３０℃以下とすると好ましく、１３００℃以下とするとより好ましい。大気雰囲気下においては、ヘマタイト単独では１３３０℃付近までは酸化も還元もされない安定相として存在することに加えて、ヘマタイトの融点は１５６５℃と高温だからである。マグネタイトの生成をより確実に防ぐためには、焼成工程は、低酸素雰囲気下ではなく、大気雰囲気下（酸素濃度２１％以上の雰囲気下）で行うと好ましい。目的の焼成温度まで温度を上昇させる際の温度上昇速度や、焼成温度から室温まで温度を下降させる際の温度下降速度は、特に限定されないが、速くしすぎると、成形体の内部と外部とに生じる熱膨張差が大きくなり、焼成によって成形体が割れやすくなる。この割れは、成形体の寸法が大きい場合に特に発生しやすくなる。このため、温度上昇速度や温度下降速度は、１００℃／ｈｒとすると好ましい。

また、焼成工程における成形体の焼成時間は、上述した通り、通常、０．５〜１５０時間とされる。しかし、成形体の焼結がより進行しやすくして、焼成後の成形体の嵩密度をさらに高くするためには、焼成時間は、６時間以上とすると好ましく、１２時間以上とするとより好ましい。一方、構造物構築用成形体の生産性をより高めるためには、焼成時間は、１３０時間以下とすると好ましく、１２０時間以下とするとより好ましい。本実施態様において、焼成時間（成形体が焼成炉（トンネルキルン）に入ってから出てくるまでの時間）は、１２０時間としている。

１．５ 完成
上記の焼成工程を終えると、構造物構築用成形体が完成する。焼成後の成形体の嵩密度は、２．８ｇ／ｃｍ^３以上となっており、一般的な酸化物焼結体などと比較してかなり高くなっている。このため、本発明の構造物構築用成形体は、高強度であり、かつ優れた放射線遮蔽効果を奏することができるものとなっている。得られる構造物構築用成形体の放射線遮蔽効果や強度をより高めるためには、構造物構築用成形体の嵩密度は、できるだけ高くすると好ましい。具体的には、構造物構築用成形体の嵩密度は、３．５ｇ／ｃｍ^３以上であると好ましく、４．０ｇ／ｃｍ^３以上であるとより好ましく、４．５ｇ／ｃｍ^３以上であるとさらに好ましく、４．７ｇ／ｃｍ^３以上であるとより好ましく、４．８ｇ／ｃｍ^３以上であるとさらに好ましく、４．９ｇ／ｃｍ^３以上であると最適である。下記表３に示すように、焼成後の成形体の嵩密度は、５．０ｇ／ｃｍ^３以上とすることも可能である。上述した真空プレスなど、構造物構築用成形体の成形に工夫を施せば、さらにこれ以上の嵩密度とすることも可能である。一方、焼成後の成形体の嵩密度の上限は、特に限定されないが、ヘマタイトよりも密度の大きな材料を成形材料に混合しない限りは、ヘマタイト粉末の密度（５．２６ｇ／ｃｍ^３程度）以上とすることは不可能である。

また、本発明の構造物構築用成形体は、その残留磁化を１．０Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下とすることができ、磁界による影響を受けやすい機器が周辺に設置された環境下においても好適に用いることができるものとなっている。焼成後の成形体の残留磁化は、０．７Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下であるとより好ましく、０．５Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下であるとさらに好ましく、０．３Ａ・ｍ^２・ｇ^−１以下であると最適である。下記表３に示すように、本発明の構造物構築用成形体においては、その残留磁化を０．２Ａ・ｍ^２・ｇ^−１程度とすることも可能である。

さらに、本発明の構造物構築用成形体は、その圧縮強度を１００ＭＰａ以上とすることができ、強度の要求される用途にも好適に用いることができるものとなっている。構造物構築用成形体を破損させることなく、その上にさらに重い重量物を載せることができるようにするためには、構造物構築用成形体（焼成後の成形体）の圧縮強度は、２００ＭＰａ以上とすると好ましく、２５０ＭＰａ以上とするとより好ましく、３００ＭＰａ以上とするとさらに好ましい。下記表３に示すように、本発明の構造物構築用成形体においては、成形条件（プレス圧力）によっては、その圧縮強度を３５０ＭＰａ以上とすることも可能である。構造物構築用成形体の圧縮強度に、特に上限は無いが、現実的には、４００〜５００ＭＰａ程度である。後述するように、構造物構築用成形体の圧縮強度を高くすればするほど、その焼成後の嵩密度を大きくして放射線遮蔽効果を高めることも可能になる。

１．６ 用途
本発明の構造物構築用成形体は、その用途を特に限定されるものではないが、後述するように、非常に優れた放射線遮蔽効果と圧縮強度を奏するものであるため、放射線を遮蔽する必要のある用途（放射線遮蔽構造物の構築（建築を含む。））に好適に用いることができる。特に、Ｘ線やγ線などの透過力の強い放射線を遮蔽する用途に好適に用いることができる。また、本発明の構造物構築用成形体は、非常に磁化しにくいものであるため、磁界によって影響を受ける機器が設置される施設などの構造壁などとしても好適に使用できる。具体的には、原子炉設備や、放射性廃棄物処理施設や、放射性元素や高エネルギー加速器からの放射線及び強力X線を使用する研究施設又は医療施設や、外部からの電磁波・放射線のノイズを遮蔽する必要がある高精度分析機器を使用する施設や、核シェルターなどの構造壁などとしての使用が想定される。そして、本発明の構造物構築用成形体は、施工が容易で短期間で行えるため、緊急性を要する用途に好適に用いることができる。例えば、放射性物質で汚染された廃棄物の仮置き場を囲うための構造物を構築するための放射線遮蔽構造物構築用成形体として好適に用いることができる。本発明の構造物構築用成形体を用いることにより、原発の事故後に問題となっている、放射性物質で汚染された廃棄物の仮置き場の不足を解消できることも期待される。このほか、本発明の構造物構築用成形体は、その嵩密度や耐腐食性（化学的安定性）や強度の高さに着目して、人工岩礁や、重量建造物の基礎や防護壁などとして用いることもできる。また、本発明の構造物構築用成形体は、その意匠性や、毒性を有さないことなどに着目して、一般建造物用の外壁タイルや住宅建材などとして用いることもできる。

２． 試験方法
２．１ 試料
本発明の構造物構築用成形体の放射線遮蔽効果など、その性質を評価するため、下記表１における実施例１〜９及び比較例１，２の試料を作製し、それぞれの試料について、嵩密度、圧縮強度、減衰係数、飽和磁化及び残留磁化を測定する試験を行った。嵩密度、圧縮強度、減衰係数、飽和磁化及び残留磁化の具体的な測定方法については後述する。

上記表１における実施例１〜９の試料は、それぞれヘマタイトにカオリナイト（Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４）を０質量％、５質量％、１５質量％の割合で添加した成形材料を成形条件Ａ，Ｂ，Ｃにて成形し、大気雰囲気下で１１００℃、１２００℃、１２８０℃で１２０時間焼成したものであり、いずれも本発明の技術的範囲に属するものである。また、比較例１，２の試料は、それぞれフェライトにカオリナイト（Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４）を０質量％、５質量％の割合で添加した成形材料を成形条件Ｃにて成形し、大気雰囲気下で１２８０℃で１２０時間焼成したものである。参考までに、本試験で用いたヘマタイト及びフェライト（ストロンチウムフェライト）の不純物成分比を株式会社リガクの蛍光Ｘ線分析装置（型式：ＺＳＸ１００ｅ）を用いて測定した結果を下記表２に記す。下記表２の各値は、蛍光Ｘ線分析で定量化された各元素の量を、常温常圧下で元も安定な酸化物に換算した値である。

上記表１における「成形条件」における「Ａ」は「５０ｔプレス（１回打ち）」を、「Ｂ」は「１５０ｔプレス（１回打ち）」を、「Ｃ」は「３００ｔプレス（８回打ち）」を、「Ｄ」は「３００ｔプレス（６回打ち）」を意味している。５０ｔプレスは、株式会社三石深井鐵工所の管圧プレス装置（型式：ＰＳ７０）を、１５０ｔプレスは、株式会社三石深井鐵工所のフリクションプレス装置（型式：Ｆ１５０Ｔ）を、３００ｔプレスは、株式会社三石深井鐵工所の真空プレス装置（型式：３Ｖ ＣＦＯＰ−１Ｅ）を用いて行った。プレス型は、いずれも縦２３０ｍｍ×横１１４ｍｍ×高さ（粉充填量で変化）のものを用いた。このため、プレス圧力は、５０ｔプレスの場合で約１８．７ＭＰａ、１５０ｔプレスの場合で約５６ＭＰａ、３００ｔプレスの場合で約１１２ＭＰａとなっている。

２．２ 嵩密度の測定方法
また、嵩密度の測定は、以下の方法により行った。まず、上記表１における実施例１〜９及び比較例１，２の試料（成形して焼成した後のもの）をそれぞれダイヤモンドカッターで縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ１００ｍｍに切断することにより、立方体状の嵩密度測定用試料を作製した。これら嵩密度測定用試料のそれぞれについて、「ＪＩＳ Ｒ２２０５−１９９２」の「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」の真空法を用いて嵩密度の測定を行った。

２．３ 圧縮強度の測定方法
圧縮強度の測定は、株式会社東京試験機製作所の圧縮強さ試験機（２１２４４５号）を用いて、「ＪＩＳ Ｒ２２０６」の「耐火れんがの圧縮強さの試験方法」に準拠して行った。

２．４ 減衰係数の測定方法
減衰係数の測定は、以下のγ線透過試験により行った。まず、上記表１における実施例１〜９及び比較例１，２の試料（成形して焼成した後のもの）をそれぞれ縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ１ｃｍの板状に切断し、板状の減衰係数測定用試料を作製した。続いて、これら減衰係数測定用試料のそれぞれについて減衰係数を測定した。標準線源は、日本アイソトープ協会のγ線標準線源であるＣｓ−１３７（８．１０Ｅ＋０３ Ｂｑ）とＣｏ−６０（４．３２Ｅ＋０３ Ｂｑ）を用いた。測定機器には、ＣＡＮＢＥＲＲＡ社製の低バックグラウンド純ゲルマニウム半導体検出器「ＣＡＮＢＥＲＲＡ ＧＣ１５２０」を用い、測定結果の解析には、線解析ソフト「ｗＰＫａｒｅａ２００６」を用いた。減衰係数の値は、下記式１により算出した。下記式１において、Ｉ_０は、前記測定機器に減衰係数測定用試料を設置しない状態で測定した場合のカウント数（バックグランドのカウント数）であり、Ｉは、前記測定機器に減衰係数測定用試料を設置した状態で測定した場合のカウント数である。また、ｘは、減衰係数測定用試料の厚さ（単位：ｃｍ）である。

２．５ 飽和磁化及び残留磁化の測定方法
飽和磁化及び残留磁化の測定は、以下の方法により行った。まず、上記表１における実施例１〜９及び比較例１，２の試料（成形して焼成した後のもの）をそれぞれハンマーで砕き割り、その破片のなかから質量が約１００ｍｇとなるものを選んで磁化測定用試料とした。続いて、これら磁化測定用試料のそれぞれについて、外部磁場を磁場掃引速度８００ｋＡ・ｍ^−１・ｍｉｎ^−１で最大印加磁場８００ｋＡ・ｍ^−１まで印加したときの磁化を読み取ることによって磁化曲線（ヒステリシスカーブ）を描き、それぞれの磁化曲線からそれぞれの磁化測定用試料の飽和磁化と残留磁化を算出した。磁化の測定には、東英工業株式会社製の高感度振動試料型磁力計（ＶＳＭ−Ｐ７−１５）を用いた。

３． 試験結果
実施例１〜９及び比較例１、２の試料について、上記方法により測定した嵩密度、圧縮強度、圧縮強度、減衰係数、飽和磁化及び残留磁化を、下記表３に示す。

また、参考までに、「放射線施設のしゃへい計算実務マニュアル」（編著発行：財団法人原子力安全技術センター，放射線障害防止法出版物編集委員会、印刷・製本：株式会社双文社、２００７年３月発行）に記載された文献値を用いて、同文献に記載された計算方法によって計算したコンクリート（成形体の嵩密度２．１ｇ／ｃｍ^２）の減衰係数を比較例３とし、同計算方法によって計算した鉛（成形体の嵩密度１１．３４ｇ／ｃｍ^３）の減衰係数を比較例４として、上記表３中に示している。

４． 試験結果の考察
以下、上記表３の実験結果について考察する。

４．１ ヘマタイトの有用性
まず、ヘマタイトの有用性について考察する。上記表３において、ヘマタイトの含有率が１００質量％、焼成温度が１２８０℃、成形条件が「Ｃ」の実施例３の試料についての試験結果と、フェライトの含有率が１００質量％で焼成温度と成形条件（プレス圧力）が実施例３の試料と同一である比較例１の試料についての試験結果と、フェライトの含有率が９５質量％で焼成温度と成形条件（プレス圧力）が実施例３の試料と同一である比較例２の試料についての試験結果とを比較すると、嵩密度、圧縮強度及び減衰係数（Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）及びＣｏ−６０（１３３２ｋｅＶ））のいずれの項目においても、比較例１，２よりも実施例３の方が高くなっている。このことから、焼成温度や成形条件（プレス圧力）などの条件が同じであれば、嵩密度、圧縮強度及び減衰係数を高くするためには、フェライトよりもヘマタイトを含有させた方が好ましいことが分かった。

また、上記表３において、実施例１〜９及び比較例４，５の試料の減衰係数を比較すると、実施例１〜９の減衰係数は、金属である鉛からなる比較例４の減衰係数には及ばないものの、放射線遮蔽構造物を構築する際に建築材料として一般的に用いられるコンクリートからなる比較例３の減衰係数よりは、かなり優れていることも分かった。

加えて、上記表３を見ると、実施例３の試料は、飽和磁化が０．５Ａ・ｍ^２・ｇ^−１で、残留磁化が０．２Ａ・ｍ^２・ｇ^−１となっており、測定誤差の範囲で無磁化の状態であることが分かる。実施例３の試料と同様、ヘマタイトを含有する実施例１，２，４〜９の試料についても、ほぼ無磁化の状態であると言える。これに対し、比較例１，２の試料は、相当程度に磁化を帯びており、永久磁石化していることが分かる。具体的には、比較例１の試料は、飽和磁化が５７．２Ａ・ｍ^２・ｇ^−１で、残留磁化が３５．０Ａ・ｍ^２・ｇ^−１となっており、比較例２の試料は、飽和磁化が５３．８Ａ・ｍ^２・ｇ^−１で、残留磁化が３２．３Ａ・ｍ^２・ｇ^−１となっている。このことから、フェライトを含有する構造物構築用成形体は、一旦、磁場の存在下に置かれると、永久磁石化してしまうのに対し、ヘマタイトを含有する構造物構築用成形体は、磁場の存在下に置かれても、永久磁石化しないことが分かった。

４．２ 成形条件（プレス圧力）の影響
次に、成形条件（プレス圧力）の影響について考察する。成形材料の組成と焼成温度が同一でプレス圧力のみが異なる実施例１，２，３の試料についての試験結果を比較することにより、プレス圧力の違いによって、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数などの物性にどのような影響が表れるのかについて評価することができる。具体的に、上記表３における実施例１，２，３の試料についての試験結果を比較すると、嵩密度、圧縮強度及び減衰係数（Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）及びＣｏ−６０（１３３２ｋｅＶ））のいずれの項目においても、実施例１，２，３の順に高くなっていることが確認できた。上記表１に示すように、実施例１の試料の成形条件は「Ａ」（５０ｔプレス（１回打ち））であり、実施例２の試料の成形条件は「Ｂ」（１５０ｔプレス（１回打ち））であり、実施例３の試料の成形条件は、「Ｃ」（３００ｔプレス（８回打ち））である。換言すると、成形材料を成形する際のプレス圧力は、実施例１，２，３の順に高くなっている。このことから、成形材料を成形する際のプレス圧力を高くすればするほど、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数を高くすることができることが分かった。

４．３ 焼成温度の影響
次に、焼成温度の影響について考察する。成形材料の組成と成形条件が同一で焼成温度のみが異なる実施例３，４，７の試料についての試験結果を比較することにより、焼成温度の違いによって、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数などの物性にどのような影響が表れるのかについて評価することができる。具体的に、上記表３における実施例３，４，７の試料についての試験結果を比較すると、嵩密度、圧縮強度及び減衰係数（Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）及びＣｏ−６０（１３３２ｋｅＶ））のいずれの項目においても、実施例７，４，３の順に高くなっていることが確認できた。上記表１に示すように、実施例３の試料の焼成温度は１２８０℃であり、実施例４の焼成温度は１２００℃であり、実施例７の焼成温度は１１００℃である。換言すると、焼成温度は、実施例７，４，３の順に高くなっている。このことから、焼成温度を高くすればするほど、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数を高くすることができることが分かった。

４．４ 成形材料の組成（ヘマタイトの含有率）の影響
次に、成形材料の組成（ヘマタイトの含有率）の影響について考察する。成形条件と焼成温度（１２００℃）が同一でヘマタイトの含有率のみが異なる実施例４，５，６の試料についての試験結果を比較することにより、ヘマタイトの含有率の違いによって、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数などの物性にどのような影響が表れるのかについて評価することができる。具体的に、上記表３における実施例４，５，６の試料についての試験結果を比較すると、嵩密度、圧縮強度及び減衰係数（Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）及びＣｏ−６０（１３３２ｋｅＶ））のいずれの項目においても、実施例６，５，４の順に高くなっていることが確認できた。上記表１に示すように、実施例４の試料におけるヘマタイトの含有率は１００質量％であり、実施例５の試料におけるヘマタイトの含有率は９５質量％であり、実施例６の試料におけるヘマタイトの含有率は８５質量％である。換言すると、ヘマタイトの含有率は、実施例６，５，４の順に高くなっている。このことから、ヘマタイトの含有率を高くすればするほど、構造物構築用成形体の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数を高くすることができることが分かった。成形条件と焼成温度（１１００℃）が同一で成形材料の組成のみが異なる実施例７，８，９の試料についての試験結果を比較することによっても、実施例４，５，６の試料についての試験結果を比較した場合と同じ結論が導かれた。

４．５ 嵩密度と圧縮強度と減衰係数との関係
最後に、嵩密度と圧縮強度と減衰係数との関係について考察する。上記表３において、実施例１〜９の試料の嵩密度、圧縮強度及び減衰係数をそれぞれ比較すると、嵩密度が４．３ｇ／ｃｍ^３以上であり、かつ圧縮強度が２５０ＭＰａ以上である実施例１，２，３，４，７の減衰係数は、それ以外の実施例５，６，８，９の減衰係数と比較して、顕著に高くなることが分かった。具体的には、実施例５，６，８，９の減衰係数は、Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）の場合では最高でも０．３０８ｃｍ^−１、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）の場合では最高でも０．２４４ｃｍ^−１、Ｃｏ−６０（１３３２ｋｅＶ）の場合では最高でも２．２７ｃｍ^−１に留まっているのに対し、実施例１，２，３，４，７の減衰係数は、Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）の場合でいずれも０．３２７ｃｍ^−１以上、Ｃｏ−６０（１１７３ｋｅＶ）の場合でいずれも０．２８２ｃｍ^−１以上、Ｃｏ−６０（１３３２ｋｅＶ）の場合でいずれも２．５０ｃｍ^−１以上と高い値を示している。特に、実施例３の試料の減衰係数は、際立って高い値を示している。このことから、嵩密度と圧縮強度を高くすればするほど、構造物構築用成形体の減衰係数を高くして、放射線遮蔽効果を高めることができることが分かった。

４．６ まとめ
以上の結果から、本発明の構造物構築用成形体は、優れた放射線遮蔽効果を奏するだけでなく、磁化しないため、磁界によって影響を受ける機器が設置される施設への使用にも適することが分かった。また、本発明の構造物構築用成形体において、その放射線遮蔽効果により優れたものとするためには、成形材料におけるヘマタイトの含有率を高くし、成形材料を成形する際のプレス圧力を高め、焼成温度を１２８０℃付近で行うことで、その焼成後における成形体（構造物構築用成形体）の嵩密度と圧縮強度を高めると好ましいことが分かった。

Claims (10)

1. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下としたことを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用の煉瓦。
2. 前記成形材料の成形がプレス成形によって行われ、焼成後の成形体の圧縮強度が２５０ＭＰａ以上とされるとともに、焼成後の成形体の嵩密度が４．３ｇ／ｃｍ ^３ 以上とされた請求項１記載の煉瓦。
3. 成形体の焼成温度が７００〜１３５０℃であり、焼成時間が０．５〜１５０時間である請求項１又は２記載の煉瓦。
4. ヘマタイトが平均粒径０．３〜８００μｍの粉末の状態で前記成形材料に含有された請求項１〜３いずれか記載の煉瓦。
5. 前記成形材料に、水、有機系バインダー又は無機系バインダーの中から選ばれる少なくとも１種の添加剤が添加された請求項１〜４いずれか記載の煉瓦。
6. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下としたことを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用のタイル。
7. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下としたことを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用の床板。
8. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下としたことを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用の天井パネル。
9. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下としたことを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用の屋根材。
10. ヘマタイトを９０質量％以上の割合で含む成形材料を所定形状に成形して成形体とした後、該成形体を焼成することにより、焼成後の成形体の嵩密度を２．８ｇ／ｃｍ^３以上とするとともに、焼成後の成形体の残留磁化を１．０Ａ・ｍ ^２ ・ｇ ^−１ 以下とすることを特徴とする、γ線遮蔽構造物構築用又はＸ線遮蔽構造物構築用の煉瓦、タイル、床板、天井パネル又は屋根材の製造方法。