JP6887375B2 - 繊維含有炭酸化瓦およびその製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕セメント成分、細骨材および繊維を含む瓦であって、
該繊維のアスペクト比は40〜1000の範囲内であり、前記瓦は炭酸化養生されている瓦。
〔2〕前記瓦の炭酸化反応率は10%以上である、〔1〕に記載の瓦。
〔3〕前記セメント成分はビーライトを18質量%以上含有する、〔1〕または〔2〕に記載の瓦。
〔4〕前記セメント成分と前記細骨材との比率(細骨材/セメント成分)が、1/2〜4/1の範囲である、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の瓦。
〔5〕前記繊維はポリビニルアルコール系繊維である、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の瓦。
〔6〕セメント成分、細骨材、アスペクト比が40〜1000の範囲内である繊維、および水を含む水硬性組成物を成型して成型体を得る成型工程、
該成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
該硬化体を炭酸化養生して瓦を得る炭酸化養生工程
を含む、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の瓦を製造する方法。
〔7〕前記前養生工程を相対湿度30〜100%の雰囲気下において行う、〔6〕に記載の方法。
〔8〕前記炭酸化養生工程を濃度5〜30%の炭酸ガス雰囲気下において行う、〔6〕または〔7〕に記載の方法。
〔9〕前養生工程において得られる硬化体の通気率は0.1×10−15m2以上である、〔6〕〜〔8〕のいずれかに記載の方法。
〔10〕炭酸化養生工程において硬化体を炭酸化反応率10%以上炭酸化する、〔6〕〜〔9〕のいずれかに記載の方法。
本発明におけるセメント成分としては、例えば、普通セメント、早強セメント、超早強セメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。また、本発明におけるセメント成分は、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュまたはシリカを配合した各種混合セメント、中庸熱セメント、またはアルミナセメント等であってもよい。
細骨材は、粒径が5mm以下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、および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。
本発明における繊維のアスペクト比は40以上、好ましくは50以上、より好ましくは200以上であり、本発明における繊維のアスペクト比は1000以下、好ましくは900以下、より好ましくは800以下、例えば700以下または600以下である。繊維のアスペクト比が上記下限値以上であると、繊維のセメント成分への付着力が高くなり、瓦への高い靭性付与効果が発揮される。また、繊維のアスペクト比が上記上限値以下であると、繊維同士が絡まり難く、また成型体の伸縮に対する繊維の追従による繊維の破断が生じ難い。なお、アスペクト比が40未満であると繊維のセメント成分への付着力が不十分となり、瓦への靭性付与効果が充分でなくなるおそれがある。一方、アスペクト比が1000を超えると、繊維同士の絡まりが生じやすくなり、また付着力が強くなりすぎるために、瓦の伸縮に対する繊維の追従が不足し、繊維の破断が生じやすくなるおそれがある。
本発明においては、セメント成分に細骨材および繊維の両方が加えられることが必要である。瓦が繊維を含むことにより、瓦の強度や靭性の向上が図られる。同時に、繊維および細骨材の両方が存在することにより、瓦の強度が上昇する。一般的には、細骨材の比率が多い、即ちセメント成分の比率が低いと、瓦の強度は低くなるが、本発明では細骨材の比率が高い方が瓦の強度が高く、このことが本発明における特徴の1つとなり得る。繊維および細骨材の併用による瓦の強度の上昇のメカニズムは明らかではないが、繊維および細骨材間を伝って炭酸ガスが瓦内部に通気し易くなり、炭酸化養生工程において、炭酸ガスの通気率が向上し、瓦の炭酸化反応率が高まることによって、瓦の強度が上昇したものと考えている。細骨材が加えられていない場合には、通気率が低く、また、繊維が加えられていない場合にも同様に、通気率が低い。細骨材または繊維のいずれかを含まない瓦では、良好な強度が発揮されない。本発明においては、セメント成分と細骨材の比率(細骨材/セメント成分)が、1/2〜4/1の範囲であることが好ましく、1/1.5〜3/1の範囲であることが特に好ましい。セメント成分と細骨材の比率(細骨材/セメント成分)が上記範囲内であると、瓦の強度をさらに高めることができる。
上記のセメント成分、細骨材、アスペクト比が40〜1000の範囲内である繊維、および水を含む水硬性組成物を成型して成型体を得る成型工程、
成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
硬化体を炭酸化養生して瓦を得る炭酸化養生工程
を含む方法によって、製造することができる。
まず、上記のセメント成分、細骨材、繊維および水等は、公知または慣用のミキサーなどの混合手段により混合されて水硬性組成物が調製される。各成分の混合順序は特に制限されない。好ましくは、まずセメント成分、細骨材、水および各種混和剤を含む混合物を調製し、その後繊維を添加し分散させて、水硬性組成物を調製する。混合物には、セメント成分、細骨材、および水の、使用予定である全量がそれぞれ初めから含まれていてもよいし、一部が含まれていてもよい。例えば、混合物が一部のセメント成分、細骨材および水をそれぞれ含む場合、残りは、繊維の分散中および/または分散後に添加してもよい。混合方法は、特に限定されないが、コンクリートミキサー、スクリュー型混練機またはペラー型混練装置等を用いて行ってよい。
本発明における前養生工程は、所望形状に成型された成型体全体が硬化する程度に養生を行うのが好ましい。全体が硬化しないと、脱板や脱型をして以降の工程へ移行するハンドリング時に成型体が破損する恐れがあるだけでなく、後述する炭酸化で生成するCaCO3による質量増加(すなわち体積増加)により、成型体もつられて膨張することになるため、緻密化効果が発現しない。そのため、前養生は少なくとも成型体中の水分が蒸発しない高湿度雰囲気下で行うことが好ましい。硬化は、セメント成分の水和反応(凝結反応)によるものであるが、成型体内の水分が蒸発するとセメント成分の水和反応が阻害され、以降成型体をハンドリングできるまで硬化が進行しなくなる場合がある。相対湿度が、好ましくは30〜100%、より好ましくは50〜100%、さらに好ましくは65〜100%、さらにより好ましくは80〜100%、特に好ましくは90〜100%、最も好ましくは100%の雰囲気下において前養生工程を行う。また、このような高湿度雰囲気下において更に、水分を通さない容器や袋等に成型体を入れたり、プラスチック板やプラスチックフィルム(ポリエチレンシート等)、金属板に成型体を挟んだりする方法等、成型体中の水分の蒸発が防止できる方法で養生を行ってもよい。前養生工程の温度としては特に限定されない。100℃以上の温度において前養生工程を行う場合には、オートクレーブ処理を行ってもよい。なお、繊維としてポリビニルアルコール系繊維を用いる場合には、同繊維の耐湿熱性の観点から、120℃以下の温度で前養生工程を行うことが好ましい。
本発明において、前養生工程によって得られた硬化体は、型から取り出し可能な程度に全体が硬化されている。この硬化体を用いて炭酸化養生工程を行う。ここで、硬化体の炭酸化養生工程においては、セメント成分の水和反応により生成した水酸化カルシウム:Ca(OH)2[下記式(1)参照]と、浸透してきた炭酸ガス:CO2とが反応して、下記式(2)に示すように、炭酸カルシウム:CaCO3および水が生じる反応が行われる。この時、硬化体が高アルカリ性から中性側に移行するので、硬化体の切断面にフェノールフタレイン溶液を塗布して呈色状況を観察することにより容易に炭酸化を確認することができる。
CaO・SiO2+H2O→Ca(OH)2+SiO2 ・・・(1)
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O ・・・・・・・(2)
JIS L 1015「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 L 1015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、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、該強力を繊度で除して強度をn=10以上で測定し、平均値を求めた。
JIS A 5430に準拠し、瓦をかきまぜ機付空気乾燥器に入れ、105℃±5℃で24時間乾燥後の質量と体積から求めた。
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 A 1408に準じて測定した。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、3点曲げ荷重試験を行った。
瓦表面に、フタル酸樹脂塗料(川上塗料製ネオキング)を塗装した。その後、JIS K 5600−7−7(促進耐候性および促進耐光性(キセノンランプ法))に準じて、水噴霧の場合と水中浸漬する場合とで促進耐候性試験を行い、割れ・剥れ・膨れが明らかに見られる場合をC、兆候が見られる場合をB、全く異常が見られない場合をAと判定した。
JIS R 2115に規定されている通気率の測定に準拠した。物質の通気率は、圧力差の下で物質がガスを通貨させる特性であり、通気率は一定時間中に物質を通過するガス容量によって与えられる下記式(1)から計算することにより求められる。
V/t=μ*(1/η)*(A/δ)*(p1−p2)*(p1+p2)/2P
・・・(1)
ここで、V:物質を通過した圧力p1におけるガス量(m3)
t:ガス量(V)が物質を通過するのに要した時間(s)
μ:物質の通気率(m2)
η:試験温度におけるガスの粘度(Pa・s)
A:ガスが通過する物質の断面積(m2)
δ:ガスが通過する物質の厚み(m)
P:ガス容量測定時のガスの絶対圧(Pa)
p1:物質へのガス侵入絶対圧(Pa)
p2:物質からのガス離脱絶対圧(Pa)
なお、試験は、直径50mm±2mm×高さ8mm〜12mmの円柱形状の試験片を用いて行った。上記式(1)において、物質の通気率μが高い場合は、内部の気体透過の良好性を示す指標であると考えられる。
炭酸化養生工程前および炭酸化養生工程後の硬化体の断面に和光純薬工業(株)製1.0w/v%フェノールフタレインエタノール(90)溶液を塗り、1分後に硬化体の断面の写真を撮った。その後、炭酸化養生工程後の断面写真に対して、炭酸化養生工程前のフェノールフタレインで染色されたものと同等の色目を持つ部分の総面積を、画像解析ソフト(フリーソフトIMAGE−J)を用いて算出し、以下式により反応率を算出した。
炭酸化反応率(%)={(断面積−染色面積)/(断面積)}×100
(繊維)
・PVA1
重合度1700の完全ケン化ポリビニルアルコールを16.5質量%の濃度で水に溶解し、ポリビニルアルコールに対して、ホウ酸を1.6質量%添加して紡糸原液とした。該紡糸原液を水酸化ナトリウム11g/L、ボウ硝350g/Lからなる70℃の凝固浴中に湿式紡糸し、常法に従ってローラ延伸、中和、湿熱延伸、水洗、および乾燥後、同じく繊維製造工程内の熱処理工程内で、235℃で総延伸倍率が19倍となるように乾熱延伸して巻き取った。得られた繊維は、平均繊維径7μm、繊維強度14.3cN/dtexであった。これを4mmの繊維長にカットした(アスペクト比:571)。得られた繊維をPVA1とした。
・PVA2
繊維径、繊維強度および繊維長を変えたこと以外は、PVA1と同様にして、平均繊維径26μm、繊維長6mm、繊維強度12cN/dtex、およびアスペクト比231を有するPVA2を得た。
・PVA3
繊維径および繊維強度を変えたこと以外は、PVA1と同様にして、平均繊維径320μm、繊維長4mm、繊維強度10cN/dtex、およびアスペクト比13を有するPVA3を得た。
・PVA4
繊維長を変えたこと以外は、PVA1と同様にして、平均繊維径7μm、繊維長8mm、繊維強度14.3cN/dtex、およびアスペクト比1143を有するPVA4を得た。
・PP
ポリプロピレン繊維、平均繊維径17μm、繊維強度6.0cN/dtex、アスペクト比353、ダイワボウ(株)製
・普通ポルトランドセメント、ビーライト含有量:18質量%、太平洋セメント社製
・海砂:三洋建材(株)製、佐賀県唐津市呼子町小川島沖地先
・6号珪砂:トーヨーシリカサンド社製
・砕砂:東洋砕石工業(株)製、倉敷市福江
(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を用いて、上記のセメント成分:24.2質量部、細骨材(海砂:6号珪砂=1:1.5[質量比]):72.3質量部、およびシリカフューム:3.3質量部を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/セメント成分比(W/C)が38質量%、細骨材(S)/セメント成分(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、PVA1を0.2質量%の量で投入・混合して、水硬性組成物を得た。この組成物を、ローラ/スリッパ式押出装置のホッパーに投入し、平瓦用の金属性パレット上に材料を押出し、次いで、その材料をローラおよびスリッパで圧縮して、パレットに成型材料を充てんした。次いで、切断刃でパレットの前後端を切断し、寸法422mm×333mm×約10mmの平瓦成型体を製造した。
その後、得られた成型体をポリエチレンシートに包み、相対湿度100%下、50℃において18時間の前養生工程を行い、硬化体を得た。次に、得られた硬化体を朝日科学株式会社製アサヒ中性化試験装置ACT−250に入れ、炭酸ガス濃度20%、相対湿度60%、温度40℃において24時間の炭酸化養生工程を行った。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、炭酸ガス濃度10%、相対湿度60%、温度40℃において36時間の炭酸化養生工程を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
100L容量のプラネタリーミキサーを用いて、上記のセメント成分:48.6質量部、細骨材(海砂:砕砂=3:1[質量比]):48.6質量部、およびシリカフューム2.5質量部を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/セメント成分比(W/C)が32質量%、細骨材(S)/セメント成分(C)比が1/1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、PVA2を0.3質量%の量で投入・混合して、水硬性組成物を得た。この組成物を、プレス成型機(江東工業所製、KT−100、プレス圧:100TON)を用いて圧縮し、成型体を製造した。
その後、得られた成型体をポリエチレンシートに包み、相対湿度100%下、50℃において18時間の前養生工程を行い、硬化体を得た。次に、得られた硬化体を朝日科学株式会社製アサヒ中性化試験装置ACT−250に入れ、炭酸ガス濃度20%、相対湿度60%、温度40℃において24時間の炭酸化養生工程を行った。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、繊維としてPPを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、繊維含有量を0.5質量%に増やしたこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、細骨材/セメント成分比を2/1に変えたこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、炭酸ガス雰囲気下ではなく、大気下において炭酸化養生工程を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、繊維としてPVA3またはPVA4をそれぞれ用いたこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、細骨材を用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
表1に従って、繊維を用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして、瓦を製造した。得られた瓦の性能を表2に示す。
一方、比較例1〜5において得られた瓦は曲げ強度が低い結果となった。比較例1では、炭酸化養生を行っていないために強度が不十分となったことが分かる。比較例2および3では、炭酸化養生を行ったが、本発明における繊維を用いなかったために、瓦の補強硬化が不十分であった。また、比較例4では細骨材を用いていないためマトリックスが緻密となり、そのため通気率が低く、炭酸化反応率が低くなり、瓦の補強効果が不十分であった。また、炭酸化反応率が低いため、水中浸漬した場合には、塗装していない裏面からの水の浸入が見られ、また、瓦内部に存在するアルカリ成分が溶解して塗装面に拡散し、そのため塗装性が悪いものであった。比較例5では、繊維を用いていないために、炭酸ガスが瓦内部に通気し難くなったため、通気率が低く、炭酸化反応率が低くなり、瓦の補強硬化が不十分であった。またそのため、水中浸漬した場合には、比較例4と同様に塗装性が悪いものであった。
Claims (10)
- セメント成分、細骨材および繊維を含む瓦であって、
該繊維のアスペクト比は200〜1000の範囲内であり、前記瓦は炭酸化養生されている瓦。 - 前記瓦の炭酸化反応率は10%以上である、請求項1に記載の瓦。
- 前記セメント成分はビーライトを18質量%以上含有する、請求項1または2に記載の瓦。
- 前記セメント成分と前記細骨材との比率(細骨材/セメント成分)が、1/2〜4/1の範囲である、請求項1〜3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である、請求項1〜4のいずれかに記載の瓦。
- セメント成分、細骨材、および水を含む混合物を調製し、その後に該混合物の一部または全量にアスペクト比が200〜1000の範囲内である繊維を添加および分散させて調製した水硬性組成物を、成型して成型体を得る成型工程、
該成型体を前養生して硬化体を得る前養生工程、および
該硬化体を炭酸化養生して瓦を得る炭酸化養生工程
を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の瓦を製造する方法。 - 前記前養生工程を相対湿度30〜100%の雰囲気下において行う、請求項6に記載の方法。
- 前記炭酸化養生工程を濃度5〜30%の炭酸ガス雰囲気下において行う、請求項6または7に記載の方法。
- 前養生工程において得られる硬化体の通気率は0.1×10−15m2以上である、請求項6〜8のいずれかに記載の方法。
- 炭酸化養生工程において硬化体を炭酸化反応率10%以上炭酸化する、請求項6〜9のいずれかに記載の方法。
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