JP6849436B2 - 繊維含有瓦、ならびに繊維含有瓦を製造するための成形材料およびその製造方法 - Google Patents
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- C04B14/06—Quartz; Sand
-
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-
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Description
〔1〕下記条件(1)〜(3):
(1)平均繊維径が50μm以下であること、
(2)アスペクト比が50〜2000であること、および
(3)座屈部が3個/本以下であること
を満たす繊維を含む瓦。
〔2〕前記瓦は、非型成形により硬化された上面と、型成形により硬化された下面と、側面とを備え、前記側面の少なくとも一つの面に切断端面を有する、前記〔1〕に記載の瓦。
〔3〕30mm×150mmの切出片の曲げ強度は5N/mm2以上である、前記〔1〕または〔2〕に記載の瓦。
〔4〕円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量が、繊維の全含有量に対して25重量%以下である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の瓦。
〔5〕前記繊維の分散ばらつきがCV値で35重量%以下である、前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の瓦。
〔6〕前記繊維の含有量は0.1〜2重量%である、前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の瓦。
〔7〕前記繊維は、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも1種である、前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の瓦。
〔8〕前記瓦は細骨材を含み、該細骨材の平均粒径が0.1〜5mmである、前記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の瓦。
〔9〕前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載された瓦を製造するための成形材料であって、少なくともセメント、細骨材、繊維および水を含み、円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量は繊維の全含有量に対して25重量%以下である、成形材料。
〔10〕前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載された瓦を製造するための、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも一種で構成される繊維の使用。
〔11〕繊維を、セメント、細骨材および水を含む混合物に、混合物の固形分1tあたり5kg/秒以下の添加速度で添加しながら分散させて成形材料を得る準備工程、
前記成形材料を、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパへ供給する供給工程、
前記供給された成形材料を、前記ホッパの下方から、複数の隣接するパレットに充填する充填工程、
前記充填された成形材料を、ローラおよびスリッパにより圧縮し、前記パレット上に、連続する帯状体を形成する圧縮工程、
前記帯状体を切断刃で切断し、個別の前記パレット上に、個別の未硬化の瓦を形成する切断工程、および
前記未硬化の瓦を硬化させる硬化工程
を含む、前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の瓦を製造する方法。
〔12〕前記準備工程で得られる成形材料中、円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量が繊維の全含有量に対して25重量%以下である、前記〔11〕に記載の方法。
〔13〕前記準備工程で得られる成形材料中、前記繊維の分散ばらつきがCV値で35重量%以下である、前記〔11〕または〔12〕に記載の方法。
〔14〕前記準備工程において、繊維を離解処理してから使用し、
該離解処理が、対向する回転ギアの間を通過させて繊維を解す処理、突起物を有するロールに繊維を引っかけることにより解す処理、溝を持つ回転ディスクのせん断力により繊維を解す処理、およびエアフローの衝突力により繊維を解す処理からなる群から選択される1種以上の処理である、前記〔11〕〜〔13〕のいずれかに記載の方法。
(1)平均繊維径が50μm以下であること、
(2)アスペクト比が50〜2000であること、および
(3)座屈部が3個/本以下であること
を満たす繊維を含む。
本発明における繊維は、50μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは15μm以下、また、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上の平均繊維径を有する。繊維の平均繊維径が上記上限値以下であると、繊維の柔軟性が維持され、セメントおよび繊維を含む成形材料を混合する際に抵抗になり難く、繊維を混合することによる流動性の低減を効果的に抑え、繊維自体の強度を保つことができるため、瓦に対する補強性能を高めることができる。加えて繊維の比表面積が大きくなり、瓦との接着性が向上するため、効果的に瓦を補強することができる。また、繊維の平均繊維径が上記下限値以上であると、繊維同士が絡まり難いため、繊維の分散性を高め、セメントおよび繊維を含む成形材料の成形性を良好にすることができるため、瓦の良好な外観および十分な補強性能を得ることができる。なお、平均繊維径は、無作為に繊維を1本ずつ取り出し、繊維の長さ方向の中央部における繊維径を光学顕微鏡を用いて実測し、合計100本について測定した平均値として算出することができる。
本発明におけるセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、および中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメント、シリカセメント、ならびにフライアッシュセメントが挙げられる。これらのセメントは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
細骨材は、平均粒径が5mm以下、例えば0.1〜5mm、好ましくは0.2〜4mmの細骨材であってもよく、例えば、粒径が5mm以下の砂類;珪石、フライアッシュ、高炉スラグ、火山灰系シラス、各種汚泥、および岩石鉱物等の無機質材を粉末化または顆粒状化した細骨材等が挙げられる。これらの細骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。砂類としては、例えば、川砂、山砂、海砂、砕砂、珪砂、鉱滓、ガラス砂、鉄砂、灰砂、炭酸カルシウム、人工砂等の砂類が挙げられる。これらの細骨材は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
本発明に係る瓦の製造方法では、瓦は、例えばローラ/スリッパ方式、プレス方式または真空押し出し成形によって製造することができる。なかでも、効率的に本発明の瓦を製造することができ、高強度かつ軽量性に優れるだけでなく、さらにコスト性に優れた瓦を得ることができるため、ローラ/スリッパ方式が好ましい。
繊維を、セメント、細骨材および水を含む混合物に、混合物の固形分1tあたり5kg/秒以下の添加速度で添加しながら分散させて成形材料を得る準備工程、
上記成形材料を、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパへ供給する供給工程、
上記供給された成形材料を、上記ホッパの下方から、複数の隣接するパレットに充填する充填工程、
上記充填された成形材料を、ローラおよびスリッパにより圧縮し、上記パレット上に、連続する帯状体を形成する圧縮工程、
上記帯状体を切断刃で切断し、個別の上記パレット上に、個別の未硬化の瓦を形成する切断工程、および
上記未硬化の瓦を硬化させる硬化工程
を含む方法によって製造することができる。
本工程では、繊維を、セメント、細骨材および水を含む混合物に対して、所定の添加速度で添加しながら分散させて成形材料を得る。
上記供給工程においては、上記準備工程で得られた成形材料Mが、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパHに供給される。図5は、ローラ/スリッパ方式押出装置の概念図である。ローラ/スリッパ方式で用いられる押出装置は、材料を供給するためのホッパH、パレットPを押し出すための油圧シリンダーC、ホッパHから材料を下方へ押し出すとともに、パレットへの圧縮を行うためのローラR、ローラRによって押し出された材料をさらに圧縮するためのスリッパSを備えている。
上記充填工程においては、上記供給された成形材料Mが、上記ホッパHの下方から、複数の隣接するパレットPに充填される。具体的には、図5に示されるように、ホッパHの下方には、瓦裏面(瓦下面)形状の型となる一連のパレットPが列状に並び、これらのパレットは滑りながら台Tの上を移動する。上記台Tは、一連のパレットPを移動させるためのガイドを、底面と側面に備えている。押出装置には、列状に並び、瓦裏面形状の型となる一連のパレットPを押し出すための油圧シリンダーCが配設されている。なお、油圧シリンダーCは、ストロークの終わりに到達すると、一旦停止し、その後初期位置に戻るために、矢印方向とは反対方向へ移動する。
上記圧縮工程においては、上記充填された成形材料Mが、ローラおよびスリッパにより圧縮され、上記パレットP上に、連続する帯状体が形成される。具体的には、図5に示されるように、充填工程においてパレットPに充填された成形材料Mは、ローラRおよびスリッパSを用いて圧縮することによって帯状体が形成される。ここで、油圧シリンダーCは、パレットPを、矢印方向への働きにより、ホッパを上流として下流に向かって押し出す。このパレットPの移動に伴って、パレットPに充填された成形材料Mは、ローラRおよびスリッパSにより均されることによって圧縮され、パレットP上に連続した帯状体が形成されるとともに、瓦表面(または瓦上面)が形成される。
上記切断工程においては、上記帯状体が切断刃で切断され、個別の上記パレットP上に、個別の未硬化(生状態)の瓦が形成される。具体的には、図5に示されるように、隣接したパレットP上に連続して形成された帯状体が、油圧シリンダーCによってホッパHの下流側に移動する。そして下流側に設けられたブレードBによってこのパレットPの前後端が切断され、個別のパレットP上に、個別の未硬化の瓦が形成される。
上記硬化工程においては、上記未硬化の瓦を硬化させる。具体的には、上記未硬化の瓦をさらに所定の条件、例えば100℃以下の雰囲気において、養生することによって、未硬化の瓦を硬化させ、所定の形状を有する瓦を得ることができる。なお、このブレードBによる切断の際、瓦の切断端面では、通常、切断に由来した粗面が形成される。
本発明に係る瓦を製造するための成形材料は、少なくとも前記セメント、細骨材、繊維および水を含んでいる。また、本発明の成形材料は、必要に応じて前記軽量骨材、機能性骨材を含んでもよい。セメント、骨材および繊維の種類、含有量および含有比率は、上記で説明したものと同様である。また、本発明の成形材料は上記の各種混和剤を含んでもよい。
JIS L1015「化学繊維ステープル試験方法(8.5.1)」に準じて平均繊維長を算出し、平均繊維径との比により繊維のアスペクト比を評価した。なお、平均繊維径については、無作為に繊維を100本取り出し、それぞれの繊維の長さ方向の中央部における繊維径を光学顕微鏡により測定し、その平均値を平均繊維径とした。
JIS L1015「化学繊維ステープル試験方法(8.5.1)」に準拠し、予め温度20℃、相対湿度65%の雰囲気下で5日間繊維を放置して調湿したのち、単繊維を試長60mmとし、引張速度60mm/分としてFAFEGRAPH M[Textechno製]にて繊維強力を測定し、この強力を繊度で除して繊維強度を算出した。無作為に選んだ繊維10本以上について繊維強度を測定し、その平均値を平均繊維強度とした。
瓦を5重量%塩酸水溶液に20℃で浸漬し、セメントを溶解した後、繊維をピンセットで20本取り出した。その繊維を、青色染料を溶解した80℃の温水に30分浸漬後、できるだけ重ならないようにスライドガラス上に拡げた後、カバーガラスを載せ、評価サンプルとした。この評価サンプルを、図1に示されるように、キーエンス社製ビデオマイクロスコープにて拡大観察し、全繊維に存在する座屈部の染色部分の個数をカウントした。その後、以下式にて、繊維1本あたりの座屈部の数を算出した。
繊維に存在する座屈部の数(個/本)=カウントした座屈部の総個数(個)/20(本)
1枚の瓦から、長さ約150mm、幅約50mmの短冊状に切り出した切出片を3体切り出し、各々の寸法を測定することで、各切出片の体積を算出した。その後、各切出片を100℃乾燥機内で24時間乾燥した後、各重量を測定した。その後、以下式により、各切出片の比重を算出後、平均値を算出し、瓦の比重とした。
比重(g/cm3)=切出片重量(g)/切出片体積(縦×横×高さ)(cm3)
瓦より、長さ約150mm、幅約50mmの短冊状に切り出した切出片を瓦1枚あたり3体切出した。その後、切出片の測定時の含水率を一定に調整するため、切出片を40℃に調整した乾燥機にて72時間乾燥した。曲げ強度の測定方法は、JIS A1408に準じて測定した。曲げ強度の測定は、島津製作所社製オートグラフAG5000−Bにて、試験速度(戴荷ヘッドスピード)2mm/分、中央戴荷方式で曲げスパン100mmで行った。
繊維凝集体は、上記したように、円相当径3mm以上の凝集体である。円相当径は、繊維凝集体を撮影し、得られた写真のコンピュータ解析により、容易に求めることができる。
各切り出し片に対する繊維割合(重量%)の総和を切り出し片の個数で除することで、瓦に含まれる繊維の平均割合(重量%)を算出した。同様に、各切り出し片に対する繊維凝集体の割合(重量%)の総和を切り出し片の個数で除することで、瓦に含まれる繊維凝集体の平均割合(重量%)を算出した。その後、以下式により、繊維凝集体の含有量(FA)を算出した。
5枚の瓦につき、それぞれの瓦の上面からの投影面積および重量を測定した。そして、それぞれの面積および重量を合計し、その合計重量を合計面積で除することにより、瓦重量(kg/m2)を算出した。
EN491:2011に準じ、試験速度(戴荷ヘッドスピード)1500N/分にて、瓦曲げ試験を行った。この試験により得られた曲げ荷重値をEN490規格に照らし、合格しているか否かを判定した。
JIS A1408を参考に、対辺単純支持、スパン200mm、ボール重量1.05kg、落下高さ30cmにて、落球試験を実施した。1水準あたり3枚試験し、1枚でも実質的に分断破壊された場合は不合格とした。ここで実質的に分断破壊されないとは、瓦が完全に破壊されて2つ以上の大きな断片(各断片の体積は破壊前の瓦全体の体積の20%以上)に分かれないことを意味している。亀裂破壊による表面破壊、表面の欠けによる小さな断片の欠損は、分断破壊には包含されない。
(繊維)
・PVA1:ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン)、平均繊維径7μm、(株)クラレ製
・PVA2:ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン)、平均繊維径26μm、(株)クラレ製
・PVA3:ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン)、平均繊維径100μm、(株)クラレ製
・PVA4:ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン)、平均繊維径5μm、(株)クラレ製
・PVA5:ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン)、平均繊維径45μm、(株)クラレ製
・PP :ポリプロピレン繊維、平均繊維径14μm
なお繊維PVA1〜PVA5およびPPは、各実施例および比較例において所定のアスペクト比を有するように切断して用いた。
(セメント)
・普通ポルトランドセメント、太平洋セメント社製
(細骨材)
・6号珪砂
(混和剤)
・シリカフューム(巴工業(株)製EFACO)、平均粒子径:約0.1〜0.2μm
100L容量のプラネタリーミキサー(TM−100:太平洋機工社製)を用いて、普通ポルトランドセメント(33.3重量部)、細骨材S1として海砂(63.2重量部)、機能性骨材S2としてマイカ(重量平均フレーク径:300μm、2.5重量部)を配合し、1分間ドライブレンドした後、水を添加し、1分間混練し、水セメント比(W/C)=38重量%、骨材(S)/セメント(C)比=2/1のセメント系混合物を得た。その後、混合物を自転速度180rpmおよび公転速度60rpmで撹拌しながら、この混合物に対し、対向して配設された回転ギアの間を通過させて離解処理した表1に示す繊維を表1に示す添加量および添加速度で添加して2分間混練し、成形材料を得た。この成形材料を、図5に示すように、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパに投入し、平瓦用の金属製パレット上に材料を押出し、次いで、その材料をスリッパで圧縮して、パレットに成形材料を充てんした。次いで、切断刃でパレットの前後端を切断し、図4に示す係合部を有する寸法422mm×333mm×約10mmの平瓦を製造した。これらの瓦を養生槽に移し、50℃、RH100%で18時間硬化させ、硬化後瓦を金属製パレットから取り出し、20℃RH85%中で29日さらに養生を実施した。得られた瓦の性質を、表1に示す。
繊維を予め離解処理しない以外は、実施例1と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を、表1に示す。
繊維を用いない以外は、実施例1と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を、表1に示す。
繊維の添加速度を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を、表1に示す。
(表面における凸部の有無)
瓦10枚の上面において、凸部の有無を目視により確認する。瓦1枚あたりの凸部の数(Nt)を算出する。Nt≧1の場合を不良(×)、1>Nt>0の場合を並(△)(実用上問題なし)、Nt=0の場合を良(○)とする。
(重ね合わせ部における係合状態)
(重ね合わせ部と被重ね合わせ部とを重ね合わせ、両者が重なり合う状態を目視により観察する。瓦2枚をひと組として用い、10組の瓦の組み合わせから、隙間の最大値(ML)を求める。ML≧10mmの場合を不良(×)、10mm>ML≧1mmの場合を並(△)(実用上問題なし)、ML<1mmの場合を良(○)とする。
100L容量のプラネタリーミキサー(TM−100:太平洋機工社製)を用いて、上記セメント(25重量部)、6号珪砂(73.3重量部)、およびシリカフューム(1重量部)を1分間ドライブレンドした後、水を添加し、1分間混合し、水/セメント比(W/C)が38重量%、細骨材(S)/セメント(C)比が3/1であるセメント系混合物を得た。その後、この混合物に対し、対向して配設された回転ギアの間を通過させて解した繊維PVA1を0.7重量%の量で投入して2分間混合し、成形材料を得た。この成形材料を、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパに投入し、平瓦用の金属製パレット上に成形材料を押出し、次いで、その成形材料をパレットに充填し、スリッパおよびローラを用いて圧縮し、帯状体を形成した。次いで、帯状体を、切断刃を用いてパレットの前後端箇所で切断し、寸法422mm×333mm×約10mmの未硬化の平瓦を製造した。この瓦を養生槽に移し、50℃、RH100%で18時間硬化させた。硬化後、瓦を金属製パレットから取り出し、20℃RH85%中で29日さらに養生を実施した。得られた瓦の性質を表2に示す。
繊維として表2に示された繊維を用いたこと以外は、実施例8と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を表2に示す。
繊維として表2に示された繊維を用いたこと、および繊維含有量を表2に示された量としたこと以外は、実施例8と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を表2に示す。
繊維PVA1を、対向して配設された回転ギアの間を通過させる離解処理を行わなかった以外は、実施例8と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を表2に示す。
繊維として表2に示された繊維を用いたこと、および繊維含有量を表2に示された量としたこと以外は、実施例8と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を表2に示す。
セメント系混合物に繊維を投入して混合した時間を13分間とした以外は、実施例11と同様にして瓦を得た。得られた瓦の性質を表2に示す。
(表面部分および重ね合わせ部における繊維凝集体に由来する凸部の有無)
瓦本体部の表面部分および重ね合わせ部それぞれにおいて、繊維凝集体に由来する凸部の有無を目視により確認した。また、凸部が存在する場合、凸部を含む面で瓦を切断し、円相当径10mm以上を有する繊維凝集体が凸部内に存在する場合、繊維凝集体由来の凸部であると判断する。判断基準として、円相当径10mm以上の繊維凝集体が1つでも存在すると不良(×)、円相当径3mm以上10mm未満の繊維凝集体が1つでも存在すると並(△)、繊維凝集体が円相当径3mm未満の場合は良(○)とした。なお、凸部の確認は、無作為に選んだ瓦10枚を用いて行い、そのうちの1つでも凸部が確認された場合、凸部があるものとして扱う。
Y :座屈部
1 :切断端面
2 :瓦本体部
3 :上面
5 :下面
7 :繊維
11:切断端面
12:瓦本体部
13:上面
14:重ね合わせ部
15:被重ね合わせ部
M :成形材料
H :ホッパ
P :パレット
C :油圧シリンダー
R :ローラ
S :スリッパ
B :ブレード
T :台
V :コンベア
Claims (13)
- 下記条件(1)〜(3):
(1)平均繊維径が50μm以下であること、
(2)アスペクト比が50〜2000であること、および
(3)座屈部が3個/本以下であること
を満たす繊維を含む瓦であって、前記瓦は、非型成形により硬化された上面と、型成形により硬化された下面と、側面とを備え、前記側面の少なくとも一つの面に切断端面を有する、瓦。 - 30mm×150mmの切出片の曲げ強度は5N/mm2以上である、請求項1に記載の瓦。
- 円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量が、繊維の全含有量に対して25重量%以下である、請求項1または2に記載の瓦。
- 前記繊維の分散ばらつきがCV値で35%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の瓦。
- 前記繊維の含有量は0.1〜2重量%である、請求項1〜4のいずれかに記載の瓦。
- 前記繊維は、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれかに記載の瓦。
- 前記瓦は細骨材を含み、該細骨材の平均粒径が0.1〜5mmである、請求項1〜6のいずれかに記載の瓦。
- 請求項1〜7のいずれかに記載された瓦を製造するための成形材料であって、少なくともセメント、細骨材、繊維および水を含み、円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量は繊維の全含有量に対して25重量%以下である、成形材料。
- ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも一種で構成される繊維を使用して請求項1〜7のいずれかに記載された瓦を製造する方法。
- 双腕ニーダー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサー、バンバリーミキサー、コンティニュアスミキサーまたは連続混練機を用いて、繊維を、セメント、細骨材および水を含む混合物に、混合物の固形分1tあたり5kg/秒以下の添加速度で添加しながら分散させて成形材料を得る準備工程、
前記成形材料を、ローラ/スリッパ方式押出装置のホッパへ供給する供給工程、
前記供給された成形材料を、前記ホッパの下方から、複数の隣接するパレットに充填する充填工程、
前記充填された成形材料を、ローラおよびスリッパにより圧縮し、前記パレット上に、連続する帯状体を形成する圧縮工程、
前記帯状体を切断刃で切断し、個別の前記パレット上に、個別の未硬化の瓦を形成する切断工程、および
前記未硬化の瓦を硬化させる硬化工程
を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の瓦を製造する方法。 - 前記準備工程で得られる成形材料中、円相当径3mm以上の繊維の凝集体の含有量が繊維の全含有量に対して25重量%以下である、請求項10に記載の方法。
- 前記準備工程で得られる成形材料中、前記繊維の分散ばらつきがCV値で35%以下である、請求項10または11に記載の方法。
- 前記準備工程において、繊維を離解処理してから使用し、
該離解処理が、対向する回転ギアの間を通過させて繊維を解す処理、突起物を有するロールに繊維を引っかけることにより解す処理、溝を持つ回転ディスクのせん断力により繊維を解す処理、およびエアフローの衝突力により繊維を解す処理からなる群から選択される1種以上の処理である、請求項10〜12のいずれかに記載の方法。
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