JP6546552B2

JP6546552B2 - 建築板

Info

Publication number: JP6546552B2
Application number: JP2016055557A
Authority: JP
Inventors: 山本　智久; 智久山本; 城本　浩之; 浩之城本; 隆史古宮
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: JP2017171508A

Description

本発明は、一般には、建築板に関し、詳細には水硬性無機質材料を主成分とする成形材料から形成され、コア層と、このコア層を覆うスキン層とを有する建築板に関する。

従来、セメントや石膏等の材料製の建築板は、建築物の外壁等、種々の建材用途として利用されている。このような建築板は、種々の材料から、種々の構造に形成される。例えば、特許文献１には、セメント系無機材料とケイ酸含有物質とを主成分とする基材層と、セメント系無機材料とケイ酸含有物質を主成分とし、基材層の上に形成される表面層とからなる無機質板が記載されている。

特開２００４−１２３３９９号公報

しかし、無機質系の建築板を、外壁等の用途で使用する場合、特に寒冷地では、建築板の内部で、結露等で吸収した水分の凍結融解が起こりやすい。凍結融解が繰り返される結果、水分の膨張・収縮によって生じる圧力の逃げ場がなくなり、ひび割れなどによる建築板の破壊や劣化という、いわゆる凍害現象が発生することがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、コア層と、このコア層を覆うスキン層からなる構造を有しながら、吸収した水分による凍結融解が繰り返されることで生ずる破損等の劣化を抑制し、耐凍害性に優れる建築板を提供することを目的とするものである。

本発明に係る建築板は、水硬性無機質材料を含む成形材料の硬化物であるコア層と、
水硬性無機質材料を含む成形材料の硬化物であり、前記コア層を覆うスキン層とを備え、
前記コア層の飽和係数と前記スキン層の飽和係数が０．８５以下であり、かつ、前記コア層の飽和係数が前記スキン層の飽和係数よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明では、スキン層と、このコア層を覆うスキン層からなる構造を有しながら、吸収した水分による凍結融解が繰り返されることで生ずる破損等の劣化を抑制し、耐凍害性に優れる建築板を提供することができる。

本発明に係る建築板の一例を示す断面図である。本発明に係る建築板の変形例を示す断面図である。本発明に係る建築板の製造に用いる押出成形機、及び押出成形機に備えられた金型の概略の平面図である。図４は図３に示す金型の概略の断面図である。図５Ａは本発明で用いる中空形成体の概略の平面図である。図５Ｂは図５Ａで示す中空形成体の概略の側面図である。

本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の説明において、飽和係数とは、ＪＩＳＲ１２５０：２０１１の規定に準拠して、算出される値である。飽和係数は基材の煮沸吸水率に対する吸水率の比で表される。吸水率、及び煮沸吸水率もＪＩＳＲ１２５０：２０１１の規定に基づいて測定され、算出される値である。なお、本明細書中では、煮沸吸水率のことを飽和吸水率ということもあるが、同等の意味で用いている。

本実施形態に係る建築板１は、水硬化性無機質材料を含む成形材料の硬化物であるコア層２と、このコア層２を覆う、水硬化性無機質材料を含む成形材料の硬化物であるスキン層３を備える（図１、及び２参照）。コア層２の飽和係数、及びコア層２を覆うスキン層３の飽和係数は０．８５以下であり、コア層２の飽和係数はスキン層３の飽和係数よりも小さい。なお、本明細書中で「覆う」とは、建築板１の表面全体を覆うものは勿論のこと、例えば、平面視矩形状の板状の建築板１において短辺側に位置する両端面を除く四面が覆われている場合も含むものである。

このため、本実施形態に係る建築板１は、コア層２とスキン層３を有しながら、吸収した水分による凍結融解が繰り返されることで生ずる破損等の劣化を抑制することができる。すなわち、建築板１は高い耐凍害性を有する。

本実施形態に係る建築板１が高い耐凍害性を有する理由は、次の通りであると考えられる。

飽和係数は、物質が吸水した場合の、物質内に残存する水分を収容し得る空隙の量の指標であるとも言える。

飽和係数が大きい物質が吸水した場合、物質内に、余分な水分が入り込める空隙が少ないことになる。このため、寒冷下で、物質内の水分が凝固して、その体積が膨張したときに、物質内に体積の膨張分を収容できる空間を確保できない。このため、物質内の水分の凍結融解により、物質内に応力がかかりやすくなり、破損等の劣化が起こりやすいと考えられる。

これに対して、飽和係数が小さい物質が吸水した場合、物質内に、余分な水分が入り込むための空隙が多い。このため、寒冷下で、物質内の水分が凝固し、その体積が膨張しても体積の膨張分を収容できる空間を確保できる。このため、物質内の水分が凍結融解しても、それによって、物質内に応力がかかりにくく、そのため、物質内に破損などの劣化が起こりにくい。

本実施形態では、飽和係数が０．８５以下であるコア層２内とスキン層３内には、ともに吸水していても、水分が収容されていない十分な空隙が存在する。このため、水分の凍結融解が生じても建築板１の破損等の劣化が抑制される。

さらに、建築板１の表面から建築板１内に水分が浸入する場合、本実施形態のようにコア層２の飽和係数がスキン層３の飽和係数よりも小さいと、スキン層３からコア層２への水分の移動が促進されるためスキン層３内の水分が低減できる。また、スキン層３内の水分が膨張した場合、膨張分がコア層２内の空間に収容されやすくなる。このため、建築板の破損等の劣化が抑制される。

コア層２とスキン層３の飽和係数は０．８０未満であればより好ましい。スキン層３の飽和係数とコア層２の飽和係数の差は０．１０以上であることが好ましい。この場合、建築板１の耐凍害性が更に向上する。

本実施形態に係る建築板１の構成、及び成形材料について説明する。

建築板１の形状は特に限定されないが、例えば、平面視矩形状である。建築板１には、必要に応じて他の建築板１と嵌合するための嵌合部が設けられていてもよい。

建築板１は、図１に示すように、コア層２と、コア層２を覆うスキン層３とを備える。このスキン層３の厚みは、例えば、１ｍｍ〜建築板１全体の厚みの１／３の範囲内であることが好ましい。

コア層２は、水硬性無機質材料を含む成形材料から形成される。本明細書では、コア層２の形成に用いる成形材料をコア材料という。このコア材料は、例えば、無機質系主材、無機質系混和材、有機質系混和材、補強繊維、及び水を含有することができる。コア材料は、更に添加剤を含んでもよい。

スキン層３は、水硬性無機質材料を含む成形材料から形成される。本明細書では、スキン層３の形成に用いる成形材料をスキン材料という。このスキン材料は、例えば、無機質系主材、無機質系混和材、有機質系混和材、補強繊維、及び水を含有することができる。スキン材料は、更に添加剤を含んでもよい。

次に、建築板を形成するコア材料、及びスキン材料に含まれる成分について説明する。

無機質系主材は、ケイ素とカルシウムのうち少なくとも一方を含む化合物からなる。無機質系主材は、水硬性無機質材料であるセメントを主成分とする。無機質系主材は、更に、フライアッシュ、シリカヒューム、ケイ石粉、スラグ、ケイ砂等からなる群から選択される一種以上の材料を含有することができる。

無機質系混和材は、例えば、マイカ、ワラストナイト、ケイ酸ソーダ等を含有することができる。

有機質系混和材は、例えば、メチルセルロース、有機質系発泡粒子が含まれる。有機質系発泡粒子は、例えば、スチレン系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、及びアクリロニトリル系樹脂からなる群から選択される一種以上の材料を含有することができる。

補強繊維は、例えば、パルプ、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等を含有することができる。

コア材料、及びスキン材料には、上記の原料以外に、更に無機質系発泡体が含まれていてもよい。無機質系発泡体は、例えば、パーライト、フライアッシュバルーン、及びバーミキュライト、ガラスバルーン等からなる群から選択される一種以上の材料を含有することができる。

コア層２とスキン層３の飽和係数を制御するために、コア材料、及びスキン材料が下記のような組成を有することが好ましい。

コア材料に含まれる各物質の割合は特に限定されないが、例えば、コア材料に無機質系主材が７３〜９７重量％の範囲内、無機質系混和材が１〜２０重量％の範囲内、有機質系混和材が１〜３．５質量％の範囲内、補強繊維が１〜３．５重量％の範囲内で含まれていることが好ましい。

スキン材料に含まれる各物質の割合は特に限定されないが、例えば、スキン材料に無機質系主材が６９．５〜９７．５重量％の範囲内、無機質系混和材が１〜２０重量％の範囲内、有機質系混和材が１〜３．５重量％の範囲内、補強繊維が１〜７重量％の範囲内で含まれていることが好ましい。

コア層２を形成するコア材料、及びスキン層３を形成するスキン材料に含まれる各材料、及び組成比は同一でないことが好ましい。それぞれの層を形成する成形材料が異なる組成比から成形されると、コア層２とスキン層３の間の飽和係数に差が生じる。このように、コア材料とスキン材料の組成を異ならせることによって、コア層２、及びスキン層３の飽和係数を制御することができる。

上記のコア材料、及びスキン材料を成形することにより未硬化の成形体（グリーンシート）が作製される。この未硬化の成形体を養生して硬化させることにより、コア層２、及びスキン層３を備える建築板１が得られる。

この未硬化の成形体を養生する工程では、例えば、常温養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等からなる群から選択される一種以上の養生を行う。本実施形態では特に、オートクレーブ養生を行うことが好ましい。このオートクレーブ養生では、例えば、温度が１５０〜１８０℃の範囲内、気圧が０．５〜１．０ＭＰａの範囲内の条件で、２〜１０時間の範囲内で、未硬化の成形体を養生することが好ましい。この場合、セメントの結晶が安定化して、品質を安定させることができる。

建築板１の構造は、図１に示すものに限られない。例えば、図２に示す建築板１のように、コア層２に複数の中空孔５が形成されていてもよい。すなわち、建築板１が中空構造を有していてもよい。建築板１が中空構造を有する場合、建築板１の更なる軽量化が可能となる。

建築板１の表面、すなわちスキン層３の表面には、必要に応じて、表面仕上げのためのシーラー、及び塗料が塗布されていてもよい。

以下、本実施形態の建築板１の製造方法について説明する。

図１に示す建築板１は、例えば、コア材料、及びスキン材料を、押出成形機１０で押出成形することで製造される。図３には、その押出成形機１０の概略を示している。

図３の押出成形機１０は、第一押出機１１、及び第二押出機１２を備える。第一押出機１１はスキン材料を押出すものであり、第二押出機１２はコア材料を押出すものである。第一押出機１１、及び第二押出機１２は金型１００に接続されている。

図３に示すように、金型１００は、その一端に流入口１０３を、他端に押出口１０４を備える。流入口１０３は第一押出機１１と接続されている。このため、流入口１０３には第一押出機１１からスキン材料が流れ込む。

図４には、この金型１００の概略の断面図が示されている。この金型１００は上型１０１、下型１０２、中子１０５、流路１０６、流路１０７、及び流路１０８を備えている。上型１０１と下型１０２とは、上下に対向して重ねられている。

金型１００の内部には空洞が形成されている。この空洞内に中子１０５が設けられている。図４の断面図に現れる上型１０１の下面と、中子１０５の上面との間が、流路１０６であり、下型１０２の上面と、中子１０５の下面との間が、流路１０７である。流路１０６、及び流路１０７は、流入口１０３と繋がっている。このため、流路１０６、及び流路１０７には、スキン材料が流れる。

また図４の断面図に現れるように、中子１０５は、その流入口１０３付近から流入口１０３に向かって厚みが徐々に大きくなっている。また、中子１０５の押出口１０４側の端部は、押出口１０４に向かって厚みが徐々に小さくなっている。中子１０５の押出口１０４側の先端は、押出口１０４と対向するように配置されている。中子１０５の先端部の上面は、先端に向かう平坦な傾斜面１１１として形成され、中子１０５の先端部の下面は先端に向かう平坦な傾斜面１１２として形成されている。

図４の断面図に現れるように、中子１０５の内部に流路１０８が形成されている。この流路１０８は第二押出機１２と接続されている。詳細には、中子１０５内の流路１０８は、第二押出機１２と図３に示すパイプ１７を介して連結している。このため、流路１０８には、第二押出機１２で混練されたコア材料が流れ込む。また、中子１０５の先端には、流路１０８に通じる矩形の開口部１１０が形成されている。

これらの流路１０６、流路１０７、及び流路１０８は、図４の断面図に現れるように、金型１００内における流路１０６、及び流路１０７に対して押出口１０４側に設けられた合流部１０９で合流している。このため、押出口１０４は、流路１０６、流路１０７、及び流路１０８と接続している。

以下、上記の押出成形機１０によって建築板１が製造される手順を説明する。

まず、図３に示す第一押出機１１の投入口１３にスキン材料を投入すると共に、図３に示す第二押出機１２の投入口１５にコア材料を投入する。スキン材料、及びコア材料は、それぞれ、第一押出機１１内に設けられたスクリュー１４、及び第二押出機１２内に設けられたスクリュー１６によって混練されながら搬送される。

次に、コア材料は第二押出機１２からパイプ１７を介して流路１０８に流入する。また、スキン材料は第一押出機１１から流入口１０３を通って流路１０６、及び流路１０７に流入する。

次に、流路１０８を通ったコア材料が開口部１１０に達する。開口部１１０から吐出されるコア材料は、開口部１１０の形状に合わせて板状に成形される。また、流路１０６を通ったスキン材料と流路１０７を通ったスキン材料とが合流部１０９において合流する。これにより、板状に成形されたコア材料が、スキン材料によって包まれる。

次に、コア材料がスキン材料によって包まれたまま、コア材料、及びスキン材料が押出口１０４から押し出される。このコア材料、及びスキン材料を任意の長さで切断することにより、未硬化の成形体（グリーンシート）が形成される。この未硬化の成形体を養生して硬化させることにより、コア層２とスキン層３とを備える建築板１が製造される。

図２に示されるような中空構造を有する建築板１を製造する場合には、例えば図５Ａ、及び図５Ｂに示す中空形成体３００が使用される。中空形成体３００は、本体部３０１と、複数の突出棒３０２とを備える。この複数の突出棒３０２は、所定の間隔をあけて一列に並ぶと共に、互いに平行に設けられている。複数の突出棒３０２の寸法はいずれも同じである。この中空形成体３００は、流路１０９の内部に配置可能な寸法を有する。

中空形成体３００は、例えば、図４に示す中子１０５の流路１０８内に設けられる。この場合、複数の突出棒３０２の一部が開口部１１０から突出する。中空形成体３００を流路１０８内に設けた中子１０５を金型１００内に設け、この金型１００を使用して押出成形することで成形体を作製し、この成形体を養生して硬化させることにより、図２に示すような中空構造を有する建築板１が製造される。

本実施形態において、コア材料の組成、スキン材料の組成、押出成形条件、養生条件等を適宜選択することでコア層の飽和係数、及びスキン層の飽和係数を調整することができる。例えば、補強繊維を減らすことで、コア層の飽和係数を小さくすることができ、混練水量を増やすことで、コア層の飽和係数を大きくすることができる。また、有機質系発泡粒子を増やすことで、スキン層の飽和係数を小さくすることができ、混練水量を増やすことで、スキン層の飽和係数を大きくすることができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜５）
無機質系主材、無機質系混和材、有機質系混和材、補強繊維、及び水を、下記の表１に示す割合で配合することで、コア材料、及びスキン材料を調製した。なお、表１中の水含有量は、コア材料、及びスキン材料の各々における全固形分に対する水の比率である。

上記のコア材料、及びスキン材料を、第一押出機１１、第二押出機１２、及び図６に示す金型１００を備える押出成形機１０を使用して成形し、成形体を作製した。この成形体を、オートクレーブ内で１６０℃で養生して硬化させた後、更に乾燥機によって含水率を１０％に調節することにより、幅２００ｍｍ、厚み２０ｍｍ、長さ５００ｍｍの寸法を有し、かつ、図１に示すようにコア層２とスキン層３とを備えた建築板１を製造した。この建築板１におけるスキン層３の厚みは２ｍｍである。

（比較例１〜３）
無機質系主材、無機質系混和材、有機質系混和材、補強繊維、及び水を、下記の表１に示す割合で配合することで、コア材料、及びスキン材料を調製した。なお、表１中の水含有量は、コア材料、及びスキン材料の各々における全固形分に対する水の比率である。

上記のコア材料、及びスキン材料を、第一押出機１１、第二押出機１２、及び図６に示す金型１００を備える押出成形機１０を使用して成形し、成形体を作製した。この成形体をオートクレーブ内で、比較例１では１６０℃、比較例２では１２０℃で養生して硬化させた後、更に乾燥機によって含水率を１０％に調節することにより、幅２００ｍｍ、厚み２０ｍｍ、長さ５００ｍｍの寸法を有し、かつ、図１に示すようにコア層２とスキン層３とを備えた建築板１を製造した。この建築板１におけるスキン層３の厚みは２ｍｍである。

（評価）
実施例１〜５、及び比較例１〜３の建築板１を構成するコア材料、及びスキン材料のそれぞれについて、飽和係数試験を行った。飽和係数試験は、ＪＩＳＲ１２５０：２０１１に規定される、吸水率試験、及び煮沸吸水率試験に準拠して行った。

＜吸水率試験＞
各実施例、及び比較例のコア材料、スキン材料のサンプルを用いてＪＩＳＲ１２５０：２０１１の規定に従って乾燥重量ｍ₁（ｇ）、飽和質量ｍ_1A（ｇ）を測定し、吸収率ａを算出した。ここで、吸水率ａは次のような計算式で算出される。
ａ＝（ｍ_1A−ｍ₁）／ｍ₁ ×１００
＜煮沸吸水率試験＞
各実施例、及び比較例のコア材料、スキン材料の上記の吸水率試験を終えたサンプルを用いて、ＪＩＳＲ１２５０：２０１１の規定に従って乾燥重量ｍ₂（ｇ）、飽和質量ｍ_2Ｂ（ｇ）を測定し、煮沸吸水率ｂを算出した。ここで、煮沸吸水率ｂは次のような計算式で算出される。
ｂ＝（ｍ_2B−ｍ₂）／ｍ₂ ×１００
＜飽和係数＞
各実施例、及び比較例の上記吸水率試験、及び煮沸吸水率試験によって算出されたａ及びｂを用いて、次のような計算式から飽和係数ｓを算出した。
ｓ＝ａ／ｂ
他の実施例２〜５、及び比較例１〜３においても同様に吸水率試験、及び煮沸吸水率試験を行い、飽和係数を算出し、下記表１の結果を示した。

＜凍害試験＞
実施例１〜５、及び比較例１〜３の建築板を、北海道札幌市内にて、建物の外壁として、施工した。この建築板を、建物内を湿度７０％に維持した状態で、施工時から２年間放置した。建築板を施工してから２年間経過した時に、外観を評価した。その結果を、下記のように評価した。
◎ ：基材外観において異常なし。
○ ：基材外観において、基材表層部分に微小な劣化のある状態であった。
× ：基材外観において、塗膜のはがれ、又は基材の欠けが全体の一割以上の範囲で起こっており、著しい劣化の状態であった。

これらの評価結果を下記の表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜５の建築板１は施工してから２年間経過時の外観に著しい凍害劣化は見られなかった。これらはいずれも、コア層２の飽和係数とスキン層３の飽和係数は０．７０〜０．７９であり、コア層２の飽和係数が、スキン層３の飽和係数よりも小さい値であった。

これらのことから、「コア層２の飽和係数とスキン層３の飽和係数が０．８５以下であり、コア層２の飽和係数がスキン層３の飽和係数よりも小さい」という条件を満たす実施例１〜５の建築板１は、破損等の劣化が抑制されるため、これらの条件を満たしていない比較例１〜３の建築板１よりも水分の凍結融解による破損等の凍害が生じにくいことが理解できる。

１建築板
２コア層
３スキン層

Claims

水硬性無機質材料を含む成形材料の硬化物であるコア層と、
水硬性無機質材料を含む成形材料の硬化物であり、前記コア層を覆うスキン層とを備え、
前記コア層の飽和係数と前記スキン層の飽和係数が０．８５以下であり、かつ、前記コア層の飽和係数が前記スキン層の飽和係数よりも小さいことを特徴とする建築板。