JP5480662B2

JP5480662B2 - セメント系建材の製造方法

Info

Publication number: JP5480662B2
Application number: JP2010037391A
Authority: JP
Inventors: 浩之城本; 雅弘樫田; 啓史谷藤; 正平草山
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP2011173741A

Description

本発明は、壁板等の外装材などとして用いられるセメント系建材の製造方法に関するものである。

セメント系建材は例えば次のような工程で製造されている。まず、セメントを主成分とするセメント成形材料を成形し、次にこのセメント成形体をオートクレーブ等で養生して硬化させることによって、セメント硬化体を作製する。このようにオートクレーブ等で養生・硬化して作製されたセメント硬化体には２５質量％程度の水分が含有されているので、乾燥装置に導入して乾燥し、７質量％程度の含水率にした後、表面の塗装仕上げ等を施して、セメント系建材として完成されるものである（特許文献１等参照）。

ここで、加熱装置１としては、例えば、加熱ゾーン１０を直列に連ねて形成したものが用いられている（図１（ａ）参照）。そして始端の加熱ゾーン１０ａから終端の加熱ゾーン１０ｇへと各加熱ゾーン１０にセメント硬化体２を通過させる際に、各加熱ゾーン１０において熱風や遠赤外線によってセメント硬化体２を加熱するようにしてある。

そして加熱装置１による加熱温度は、１５０〜１８０℃程度に設定されているが、この程度の加熱温度であると、乾燥に要する時間は４５〜７０分程度の長時間となる。このため、終端の加熱ゾーン１０ｇから出てくるセメント硬化体２の含水率を７質量％程度にするためには、加熱装置１の各加熱ゾーン１０にセメント硬化体２を通過させる送り速度を遅く設定する必要があり、この場合には生産性が悪くなるという問題があった。一方、セメント硬化体２の送り速度を速く設定して生産性を維持するためには、加熱ゾーン１０を増設して長くする必要があり、この場合には設備投資のコストがアップするという問題があった。

そこで、加熱装置１内でセメント硬化体２を加熱する温度を高めることが検討されている。例えば、加熱温度を２５０℃に設定すると、短時間で乾燥させることができるので、加熱装置１内にセメント硬化体２を通過させる時間を３０分台に短縮することが可能になる。

特開平１１−０９２２０３号公報

しかし、上記のように加熱温度高めて乾燥時間を短縮すると、セメント硬化体の表面にクラックが発生し易くなるという問題があった。

すなわち、加熱温度を高めると、セメント硬化体２に含まれる水分は表面から急速に蒸発して、表面は乾燥状態になり、セメント硬化体２の内部と表面との間の水分勾配が大きくなる。このように水分勾配が大きくなると、セメント硬化体の含水率が小さい表面と、含水率が大きい内部との間で、寸法収縮の差が生じ、この寸法収縮の差によって応力が発生する。そしてこの発生応力がセメント硬化体の引っ張り強さよりも大きくなると、セメント硬化体にクラックが生じることになるものである。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、セメント硬化体にクラックが発生することを抑制しつつ、加熱温度を高めて短時間で乾燥を行なうことが可能になるセメント系建材の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るセメント系建材の製造方法は、セメント材料を養生・硬化させることによってセメント硬化体を作製し、このセメント硬化体を乾燥装置で加熱して乾燥することによって、セメント系建材を製造するにあたって、乾燥装置内でセメント硬化体を加熱する際に、加熱の途中でセメント硬化体の表面に温水を噴霧することを特徴とするものである。

このように、乾燥装置内で加熱を行なう途中でセメント硬化体の表面に温水を噴霧することによって、セメント硬化体の表面に水分を補給して、セメント硬化体の内部と表面との間の水分勾配を小さくすることができ、含水率の差によって発生する表面と内部との間の応力を低減して、セメント硬化体にクラックが発生することを抑制しつつ、加熱温度を高く設定することができるものであり、セメント硬化体の乾燥時間を短縮することが可能になるものである。

また本発明は、セメント硬化体の表面に温水を噴霧するタイミングを、セメント硬化体の表面と内部との間の水分勾配による発生応力がセメント硬化体の引っ張り強さより大きくなる直前に設定し、このセメント硬化体の表面に温水を噴霧するタイミングが、セメント硬化体を加熱して乾燥する試験を行い、加熱温度とセメント硬化体の水分変化の関係、水分変動によるセメント硬化体の発生応力を測定し、この加熱温度と水分変化をパラメータとして、熱・水分同時移動解析をすることによって、求められることを特徴とするものである。

セメント硬化体の表面に温水を噴霧するタイミングをこのように設定することによって、クラックの発生の抑制と、乾燥時間の短縮の効果をより有効に得ることができるものである。

また本発明は、乾燥装置内での加熱温度が１２０℃以上であり、噴霧する温水の温度が６０℃以上であることを特徴とするものである。

加熱温度や温水の温度をこのように設定することによって、クラックの発生の抑制と、乾燥時間の短縮の効果をより有効に得ることができるものである。

また本発明は、セメント硬化体に対する温水の噴霧量を１０００〜１００００ｇ／ｍ^２に設定することを特徴とするものである。

温水の噴霧量をこの範囲に設定することによって、クラックの発生の抑制と、乾燥時間の短縮の効果をより有効に得ることができるものである。

本発明によれば、乾燥装置内で加熱を行なう途中でセメント硬化体の表面に温水を噴霧するようにしたので、セメント硬化体の表面に水分を補給して、セメント硬化体の内部と表面との間の水分勾配を小さくすることができ、含水率の差によって発生する表面と内部との間の応力を低減して、セメント硬化体にクラックが発生することを抑制しつつ、加熱温度を高く設定することができるものであり、セメント硬化体の乾燥時間を短縮することが可能になるものである。

本発明において用いる乾燥装置を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

セメント系建材は既述のような工程で製造されている。すなわち、セメントを主成分とするセメント成形材料を成形してセメント成形体を作製し、このセメント成形体をオートクレーブ等で養生して硬化させることによって、セメント硬化体を作製する。次にこのセメント硬化体を乾燥装置で乾燥した後、塗装仕上げなどを施すことによって、セメント系建材として完成されるものである。

セメント成形材料は、セメント、珪石粉、パルプ、骨材、補強繊維などを配合し、さらに必要に応じて水を加えて、ミキサで混合することによって調製されるものである。そしてこのセメント成形材料を成形することによって、板状などのセメント成形体を作製することができる。セメント成形材料の成形は任意の方法で行なうことができるが、例えば、成形ベルトの上にセメント成形材料を層状に供給し、また成形に必要な量の水を散布して供給しつつ、ロールやプレス盤により圧縮成形することによって、行なうことができる。

このように作製したセメント成形体をオートクレーブに入れて湿熱養生し、硬化させることによって、セメント硬化体を得ることができる。このようにオートクレーブで湿熱養生したセメント硬化体は、含水率２５質量％程度に多量の水分を含んでいる。このためセメント硬化体を乾燥装置に導入して加熱し、含水率が７質量％程度になるまで乾燥する。

図１は乾燥装置１の一例を示すものであり、図１（ａ）のように複数の加熱ゾーン１０を直列に連ねたトンネル状に形成してある。各加熱ゾーン１０は仕切り壁１１で仕切ってあり、始端の加熱ゾーン１０ａに入口１２を、終端の加熱ゾーン１０ｇに出口１３を設けると共に、各仕切り壁１１に連通口１５を設けて、隣り合う加熱ゾーン１０を連続させるようにしてある。各加熱ゾーン１０内にはローラコンベア１４が設けてあり、入口１２から始端の加熱ゾーン１０ａに導入されたセメント硬化体２は、ローラコンベア１４で各加熱ゾーン１０を所定の一定速度で通過した後、終端の加熱ゾーン１０ｇの出口１３から導出されるようになっている。

図１（ｂ）は乾燥装置１の長手方向（セメント硬化体２の搬送方向）と垂直な面での加熱ゾーン１０の断面構造を示すものであり、加熱ゾーン１０内の天井面と底面にはそれぞれ熱風ノズル１６，１７が設けてある。各熱風ノズル１６，１７は加熱ゾーン１０の幅方向に複数列で配置してあり、熱風を供給するダクトなどに接続してある。天井面の熱風ダクト１６から下方へ向けて、底面の熱風ダクト１７から上方へ向けて、それぞれ熱風が吐出されるようになっている。また天井面の熱風ダクト１６の下側と、底面の熱風ダクト１７の上側に、それぞれ噴霧ノズル１８，１９がそれぞれ設けてある。噴霧ノズル１８，１９はパイプに噴霧孔を設けて形成されるものであり、上の噴霧ノズル１８から下方へ向けて、下の噴霧ノズル１９から上方へ向けて、それぞれ温水が噴霧されるようになっている。噴霧ノズル１８は加熱ゾーン１０を幅方向に横切るように配置してあり、また乾燥装置１の長手方向に沿って所定間隔で複数本、加熱ゾーン１０内に設けるようにしてある。

そして熱風ノズル１６，１７から所定温度の熱風を吐出しながら、上記のようにローラコンベア１４でセメント硬化体２を加熱ゾーン１０に通過させることによって、熱風ノズル１６，１７から吐出される熱風をセメント硬化体２の上下両面に吹き当てて加熱し、セメント硬化体２を乾燥することができるものである。

ここで、始端の加熱ゾーン１０ａに導入されるセメント硬化体２の含水率が２５質量％程度のとき、終端の加熱ゾーン１０ｇの出口１３から導出されるセメント硬化体２の含水率が７質量％程度になるように乾燥する場合、乾燥装置１の熱風による加熱温度が１５０〜１８０℃程度であると、既述のように、乾燥に要する時間が４５〜７０分程度と長くなり、ローラコンベア１４によるセメント硬化体２の送り速度を遅くしなければならない。

そこで本発明では、乾燥装置１の熱風による加熱温度をこの範囲よりも高い温度に設定して、高温でセメント硬化体２を加熱し、乾燥時間を短縮するようにしたものである。例えば加熱温度を２５０℃に設定すると、既述のように、乾燥時間は３０分台に短くなり、ローラコンベア１４によるセメント硬化体２の送り速度を速くして生産性を高めることができる。

しかし加熱温度を高温に設定して乾燥時間を短くすると、セメント硬化体２にクラックが発生し易い。すなわち既述のように、加熱温度が高いと、セメント硬化体２に含まれる水分は表面から急速に蒸発するので、セメント硬化体２は表面が乾燥した状態になるが、セメント硬化体２の内部にはまだ多くの水分が含まれている状態になり、セメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配が大きくなる。従ってセメント硬化体２には、含水率が小さい表面と、含水率が大きい内部との間で、寸法収縮の差が生じるものであり、そしてセメント硬化体２の表面は内部よりも寸法収縮が大きいため、セメント硬化体２の表面で応力が発生し、この発生応力がセメント硬化体２の表面の引っ張り強さよりも大きくなると、セメント硬化体２の表面にクラックが生じることになる。

このため本発明では、上記のように乾燥装置１の加熱ゾーン１０内をセメント硬化体２を搬送して加熱・乾燥する途中で、噴霧ノズル１８，１９から温水を噴霧し、セメント硬化体２の上下両面の全面に温水を供給するようにしてある。このようにセメント硬化体２の表面に温水を噴霧して供給すると、セメント硬化体２の表面に水分が補給され、セメント硬化体２の表面の含水率が上昇する。そして上記のようにセメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配が大きくなったときに、このように温水が噴霧されてセメント硬化体２の表面の含水率が上昇すると、セメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配が緩和され、セメント硬化体２の表面と内部との間での寸法収縮の差を小さくして、セメント硬化体２の表面での発生応力を減じることができるものであり、この発生応力がセメント硬化体２の表面の引っ張り強さよりも大きくなることを未然に防いで、セメント硬化体２の表面にクラックが生じることを抑制することができるものである。勿論、セメント硬化体２に温水を噴霧して水分を補給する結果、セメント硬化体２からこの水分を蒸発させるのに要する時間が、乾燥時間に加わって、セメント硬化体２の乾燥時間が若干長くなるが、数分程度長くなるだけであり、低温で加熱する場合に比べて、乾燥時間を短縮できる効果が大きく損なわれることはない。

ここで、セメント硬化体２への温水の噴霧は、乾燥装置１の後半の加熱ゾーン１０において行なうのがよい。特に温水の噴霧のタイミングを、乾燥装置１の加熱ゾーン１０内を搬送されて通過するセメント硬化体２が、その表面と内部との間の水分勾配によって発生する応力がセメント硬化体２の引っ張り強さより大きくなる直前に設定するのが好ましい。噴霧のタイミングをこのように設定すれば、セメント硬化体２への温水の噴霧の回数を少なくすることができ、噴霧した温水を蒸発させるのに要する時間を最小限にすることができるものである。

そしてこのように、セメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配によって発生する応力がセメント硬化体２の引っ張り強さより大きくなる直前に温水を噴霧することによって、クラックの発生を抑制することができるが、この後にセメント硬化体２が乾燥装置１の加熱ゾーン１０内を通過する間の加熱乾燥の進行に伴なって、セメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配が再度大きくなり、この水分勾配で発生する応力がセメント硬化体２の引っ張り強さより大きくなることがある。この場合には、上記と同様に、セメント硬化体２の表面と内部との間の水分勾配によって発生する応力がセメント硬化体２の引っ張り強さより大きくなる直前のタイミングで、温水を噴霧するものである。このタイミングでの温水の噴霧は、通常、複数回行なわれるものであり、例えば図１（ａ）のイ矢印〜ハ矢印のように、乾燥装置１の後半の加熱ゾーン１０に設けた複数箇所の噴霧ノズル１８，１９を作動させて行なわれるものである。

このような温水の噴霧のタイミングは、セメント硬化体２を加熱して乾燥する試験を行ない、加熱温度とセメント硬化体２の水分変化の関係、水分変動によるセメント硬化体の発生応力を測定し、この加熱温度と水分変化をパラメータとして、熱・水分同時移動解析をすることによって、求めることができる。

上記のように乾燥装置１においてセメント硬化体２を高温で加熱するにあたって、加熱温度は、セメント硬化体２の材料組成、板厚などの寸法などに応じて変動するが、一般的には１２０℃以上であることが好ましい。加熱温度が１２０℃未満であると、乾燥時間を短縮して生産性を向上する効果を十分に得ることができない場合がある。加熱温度の上限は特に設定されないが、加熱温度が３００℃を超えて高いと、温水を噴霧してもクラックの発生を十分に抑制できない場合があるので、この温度よりも低いことが望ましい。

またセメント硬化体２に噴霧する温水の温度は、乾燥装置１の加熱温度などに応じて変動するが、６０℃以上であることが好ましい。温水の温度が６０℃未満であると、セメント硬化体２の温度を低下させてしまったり、噴霧した温水をセメント硬化体２から蒸発させるのに要する時間が長くなったりするおそれがある。温水の温度の上限は、１００℃である。

さらにセメント硬化体２に噴霧する温水の量は、セメント硬化体２の材料組成、板厚などの寸法、乾燥装置１の加熱温度などに応じて変動するが、セメント硬化体２の表面積当りで、１０００〜１００００ｇ／ｍ^２の範囲が好ましい。温水の噴霧量が１０００ｇ／ｍ^２未満であると、温水を噴霧することによるクラック発生の防止の効果を十分に得ることができない場合がある。噴霧量が１００００ｇ／ｍ^２を超えると、セメント硬化体２への水分供給が過剰になって、この水分を蒸発させるのに長時間を要することになり、乾燥時間を短縮する効果を十分に得ることができないことがある。上記のように温水の噴霧を複数回行なう場合、後の回ほど噴霧量を少なくするように、設定するのが好ましい。噴霧量の調整は、噴霧ノズル１８，１９の単位時間当たりの噴霧量が一定の場合、噴霧時間を制御することによって行なうことができる。

上記のようにして乾燥装置１にセメント硬化体を含水率７質量％程度に乾燥した後、このセメント硬化体に、例えば実加工を施したり、表面塗装を施したりすることによって、壁板等の建材に仕上げることができるものである。

尚、上記の実施の形態では、乾燥装置１として熱風加熱式のものを用いるようにしたが、遠赤外加熱式のものなど、任意の加熱方式のものを用いることができる。また乾燥装置１として、ローラコンベア１４でセメント硬化体２を連続的に通過させて、連続的に加熱乾燥を行なうトンネル式のものを用いるようにしたが、乾燥装置１内にセメント硬化体２を静置した状態で所定時間入れて加熱乾燥するバッチ式のものであってもよい。

次に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明する。

セメント３０．０質量部に、珪石粉を３０．０質量部、パルプを５．０質量部、砕石を１５．０質量部、無機質板の廃材の粉砕物を１５質量部、ポリプロピレン繊維を０．２質量部配合し、アイリッヒミキサで均一に混合することによって、セメント成形材料を調製した。

そして成形ベルトの上にセメント成形材料を層状に供給し、セメント成形材料に水を散布して供給しつつ、ロールで圧縮成形することによってセメント成形体を得た。次いでこのセメント成形体をオートクレーブに入れ、８０℃で湿熱養生して硬化させることによって、５０ｃｍ×５０ｃｍ×厚み３０ｍｍの板状のセメント硬化体を作製した。

そして乾燥装置として、既述の図１のものを用い、比較例１〜比較例３及び実施例１の条件で、乾燥装置にセメント硬化体を通過させて加熱乾燥を行なった。ここで乾燥装置の熱風の風速は２５ｍ／ｍｉｎに設定した。そして、乾燥装置に導入する前のセメント硬化体の含水率２５質量％が、導出時に７質量％になるように、加熱条件を設定すると共に、この加熱条件に応じて、ローラコンベアによるセメント硬化体の搬送速度を調整して加熱時間を設定した。

（比較例１）
乾燥装置の熱風の温度を１５０℃に設定して、１５０℃の加熱温度で乾燥を行なった。このとき、セメント硬化体の含水率２５質量％を７質量％に低下させるために、乾燥装置に通過させるのに必要な時間は、７２分であった。

そして乾燥後のセメント硬化体の表面を観察したところ、クラックの発生はみられなかった。

（比較例２）
乾燥装置の熱風の温度を１８５℃に設定して、１８５℃の加熱温度で乾燥を行なった。このとき、セメント硬化体の含水率２５質量％を７質量％に低下させるために、乾燥装置に通過させるのに必要な時間は、４６分であった。

（比較例３）
乾燥装置の熱風の温度を２５０℃に設定して、２５０℃の加熱温度で乾燥を行なった。このとき、セメント硬化体の含水率２５質量％を７質量％に低下させるために、乾燥装置に通過させるのに必要な時間は、３２分であった。

そして乾燥後のセメント硬化体の表面を観察したところ、微細なクラックが多数発生した。

（実施例１）
乾燥装置の熱風の温度を２５０℃に設定して、２５０℃の加熱温度で乾燥を行なった。そして、乾燥装置に導入してから２３分を経過した時点で、１回目の温水の噴霧を行なった。温水の温度は８０℃であり、噴霧量が４５００ｇ／ｍ^２になるように噴霧を１５秒間行なった。次に乾燥装置に導入してから２８分を経過した時点で、２回目の温水の噴霧を行なった。温水の温度は８０℃であり、噴霧量が３０００ｇ／ｍ^２になるように噴霧を１０秒間行なった。次に乾燥装置に導入してから３３分を経過した時点で、３回目の温水の噴霧を行なった。温水の温度は８０℃であり、噴霧量が１５００ｇ／ｍ^２になるように噴霧を５秒間行なった。このとき、セメント硬化体の含水率２５質量％を７質量％に低下させるために、乾燥装置に通過させるのに必要な時間は、３９分であった。

また比較例１〜３及び実施例１において、セメント硬化体の表面の最大発生応力を、熱・水分同時移動解析により算出した。

上記の結果にみられるように、乾燥温度を１５０℃、１８５℃に設定した比較例１，２では、発生応力は２．１ＭＰａ、４．５ＭＰａであって、セメント硬化体の表面にクラックは発生しなかったが、乾燥時間は７２分、４６分を要した。

これに対して乾燥温度を２５０℃に設定した比較例３では、乾燥時間を３２分に短縮することができたが、５．９ＭＰａの応力が発生し、セメント硬化体の表面にクラックが発生した。

一方、実施例１では、乾燥温度を比較例３と同じ２５０℃に設定したが、温水を噴霧することによって、発生応力を２．６ＭＰａと低く抑えることができ、セメント硬化体の表面にクラックが発生することを防ぐことができた。乾燥時間も、比較例３より少し長くなるが、比較例２よりも１５％程度短い３９分に短縮することができた。

１乾燥装置
２セメント硬化体

Claims

セメント材料を養生・硬化させることによってセメント硬化体を作製し、このセメント硬化体を乾燥装置で加熱して乾燥することによって、セメント系建材を製造するにあたって、乾燥装置内でセメント硬化体を加熱する際に、加熱の途中でセメント硬化体の表面に温水を噴霧し、セメント硬化体の表面に温水を噴霧するタイミングが、セメント硬化体の表面と内部との間の水分勾配による発生応力がセメント硬化体の引っ張り強さより大きくなる直前であり、セメント硬化体の表面に温水を噴霧するタイミングが、セメント硬化体を加熱して乾燥する試験を行い、加熱温度とセメント硬化体の水分変化の関係、水分変動によるセメント硬化体の発生応力を測定し、この加熱温度と水分変化をパラメータとして、熱・水分同時移動解析をすることによって、求められることを特徴とするセメント系建材の製造方法。
乾燥装置内での加熱温度が１２０℃以上であり、噴霧する温水の温度が６０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のセメント系建材の製造方法。
セメント硬化体に対する温水の噴霧量を１０００〜１００００ｇ／ｍ^２に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント系建材の製造方法。