JP7219957B2

JP7219957B2 - 吹付材用繊維質骨材、吹付材用原料粉末、及び吹付材

Info

Publication number: JP7219957B2
Application number: JP2018220854A
Authority: JP
Inventors: 俊佑岡室; 潤哉竹並; 裕介杉本
Original assignee: 日本特殊炉材株式会社
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: JP2020083706A

Description

本発明は、吹付材用繊維質骨材、それを含有する吹付材用原料粉末、及びその吹付材用原料粉末を含有する吹付材に関する。

塊状のセラミックファイバーをキャスタブル耐火物に添加することが知られている。例えば、特許文献１には、アルミノシリケート質の繊維を２０～６０ｍｍ径の角状の塊にしたものと、ムライト骨材と、ムライトの超微粉末とを混合して、ボード状に成形して構成した築炉用の炉壁材が開示されている。

特許文献２には、シリカ‐アルミナ質の繊維を１～５ｃｍ^３の塊状にしたものと、ウレタン変性トリメチルプロパン樹脂とを含有する複合材料が記載されている。塊状の繊維の表面は、カルボキシメチルセルロースと、アルミナ微粉末と、コロイダルアルミナとで被覆されている。

特許文献３には、粒径が１０～５０ｍｍのセラミックファイバーと、アルミナと、ρアルミナと、シリカフラワーと、気泡剤と、分散剤と、有機増粘剤とで構成されるキャスタブル耐火物が記載されている。

特開昭５３－４３７１３号公報特開昭５３－５５３１５号公報特開平６‐８７６６６号公報

特許文献１ないし３の材料は、いずれも型枠に材料を流し込んで、所望の形状を有する成形物を製造するためのものである。いずれの材料も、配合されるセラミックファイバーの粒径が大きく、吹付材として使用するには適当でない。

セラミックファイバーの塊は、表面にセラミック製の繊維が露出しており、流動性が悪い。このため、吹付機のホッパ又は吹付管の内部においてセラミックファイバーの塊が絡み合って、流動性が著しく損なわれる可能性がある。

本発明は、吹付機を用いて、吹き付けによって施工するのに適した繊維質の骨材と、それを含有する吹付材用原料粉末と、その吹付材用原料粉末を含有する吹付材を提供することを目的とする。

セラミック繊維で構成される粒状の骨材であり、圧縮性指数が５５％以下であり、安息角が５８°以下であり、骨材の粒径が７．０ｍｍ未満である吹付材用繊維質骨材により、上記の課題を解決する。また、この吹付材用繊維質骨材と、バインダーとを含有する吹付材用原料粉末によって、上記の課題を解決する。また、その吹付材用原料粉末と、液分とを含有する吹付材によって上記の課題を解決する。上記の吹付材用繊維質骨材の嵩比重は、１．０ｇ/ｃｍ^３以下であることが好ましい。

本発明によれば、吹付機を用いて、吹き付けによって施工するのに適した繊維質の骨材と、それを含有する吹付材用原料粉末と、その吹付材用原料粉末を含有する吹付材を提供することができる。

吹付機の構成例を示す図である。粉体の貯留部の断面図である。粉体の供給装置を備える粉体の貯留部の断面図である。粉体の供給装置の一例を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。

本発明の吹付材用繊維質骨材（以下、単に繊維質骨材と呼ぶ。）は、セラミック繊維で構成される粒状の骨材であり、圧縮性指数が５５％以下であり、安息角が５８°以下であり、骨材の粒径が７．０ｍｍ未満である。

上記のような繊維質骨材の製造方法は特に限定されない。例えば、上記のような繊維質骨材は、セラミック繊維が絡み合って構成されているセラミック繊維の集合体を原料として製造することができる。そのような、セラミック繊維の集合体は、例えば、セラミック繊維の塊として市販されている。上記のようなセラミック繊維を、解砕装置で解砕する。解砕されたセラミック繊維にバインダーを適用して、コンクリートミキサーなどの造粒機で、バインダーを含んだセラミック繊維を転がしながら造粒する。造粒物を乾燥し、篩をかけて、分粒することによって、上記のような繊維質骨材を得ることができる。

解砕したセラミック繊維を造粒する際には、適宜のバインダーを使用することができる。バインダーとしては、有機系バインダー又は無機系バインダーを使用することができる。有機系バインダーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース、又はポリビニルアルコールなどを利用することができる。無機系バインダーとしては、モンモリロナイト、又はゼオライトなどを利用することができる。

圧縮性指数は、以下の［式１］により求めたものである。
［式１］

安息角は、繊維質骨材を積み上げたときに、崩れることなく安定を保つ斜面の最大角度のことであり、株式会社セイシン企業のタップ密度測定器タップデンサー（ＫＹＴ‐５０００ｋ）によって測定したものである。

繊維質骨材の粒径は、７．０ｍｍ未満である。粒径は、粒度分布の範囲であり、目開き７．０ｍｍのメッシュの篩下の意味である。粒度分布の範囲をこのようにすることにより、繊維質骨材を壁、天井、又は床などの被施工物に吹き付けた際に、繊維質骨材が被施工体に定着せずに跳ね返るリバウンドロスと呼ばれる現象を抑制して、歩留まりと吹付作業の効率を向上させることができる。繊維質骨材の下限値は、特に限定されず、例えば、０．４ｍｍ以上とすることができる。

繊維質骨材の嵩比重は、１.０ｇ/ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．７５ｇ/ｃｍ^３以下であることがより好ましい。嵩比重の範囲をこのようにすることによって、吹付材を吹き付けることにより構成される施工物に断熱性を持たせると共に、吹付材を壁や天井などの吹付材が定着しにくい部分に吹き付けた際に、吹付材が剥がれ落ちたり崩落したりしにくくすることができる。嵩比重の下限値は、特に限定されないが、０．３ｇ/ｃｍ^３以上であることが好ましい。嵩比重は、ＪＩＳＲ１６２８７．１のタップかさ密度の方法に基づいて測定する。

セラミック繊維は、繊維質骨材の用途に応じて、選択すればよい。セラミック繊維は、例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、及びシリカ繊維からなる群より選ばれる一種以上の繊維を使用することが好ましい。繊維は、結晶質及び非晶質のうちいずれであってもよい。繊維長は、特に限定されないが、例えば、短繊維を使用することが可能であり、例えば、０．１～８０ｍｍのものを使用することができる。

上記の圧縮性指数は、３０％以下であることがより好ましく、２０％未満であることがさらに好ましい。圧縮性指数の下限値については、特に限定されないが、例えば、５％以上であることが好ましい。上記の安息角については、５２％以下であることがより好ましく、５０％以下であることがさらに好ましい。安息角の下限値については、特に限定されないが、例えば、２０％以上であることが好ましい。

上記の繊維質骨材は、例えば、繊維質骨材と、バインダーと、液分とを含有するように混合して、被施工体に対して吹き付けることにより、吹付材として使用することができる。また、上記の繊維質骨材は、バインダーと混合して、プレミックスタイプの吹付材用原料粉末として流通させることができる。このプレミックスタイプの吹付材用原料粉末は、水などの液分と混合することによって、使用することができる。被施工体としては、例えば、窯炉の天井、壁、又は床などが挙げられる。窯炉としては、例えば、電気炉、ガス炉などの加熱炉などが挙げられる。吹付材は、被施工体に対して吹き付けることによって、損傷した部分を補修するのに使用してもよいし、新規に壁等の内張りを構築するのに使用してもよい。

吹付材に配合するバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、デンプン、アラビアゴム、フェノール樹脂、酢酸ビニル、ゼオライト、及びモンモリロナイトからなる群より選ばれる少なくとも一種以上のバインダーが挙げられる。バインダーは粉末であることが好ましい。バインダーとしては、吹付材を被施工体に対して吹き付けた際に定着するものであればよく、無機系バインダー又は有機系バインダーを使用することができる。バインダーの含量は、繊維質骨材とバインダーとの合計質量に占めるバインダーの質量が、１～４０質量％とすることが好ましく、より好ましくは、１～２０質量％となるようにすることが好ましい。

吹付材に配合する液分としては、例えば水、又は吹付材に含有させる副成分を含有する水などが挙げられる。副成分としては、アルミナ粉末、シリカ粉末などの耐火物の粉末が挙げられる。シリカ粉末に替えてコロイダルシリカを使用することも可能である。液分の含量は、繊維質骨材とバインダーと液分との合計質量に占める液分の質量が、３０～７０質量％となるようにすることが好ましい。

吹付材は、例えば、図１に示したような、吹付機５を利用して、被施工体に効率的に吹き付けることができる。図１の吹付機５は、粉体の貯留部５１と、加圧気体の供給部５２と、粉体の貯留部５１と加圧気体の供給部５２とを接続する接続部５３と、接続部の下流に接続されるフレキシブルホース５４と、フレキシブルホース５４の下流に接続され剛性を有する中空管５５と、給液部５６とを備える。

加圧気体の供給部５２は、空気などの加圧気体を接続部５３などに供給して、中空管５５の先端に設けられたノズルから吐出させる。加圧気体の供給部５２としては、例えば、気体を圧入したボンベ、又はエアコンプレッサーなどが挙げられる。

粉体の貯留部５１は、繊維質骨材と、バインダーと含有する吹付材用原料粉末５１１を貯留しておくためのものである。粉体の貯留部５１としては、例えば、タンク又はホッパなどが挙げられる。

接続部５３は、加圧気体の供給部５２と、粉体の貯留部５１とを接続し、その内部にて加圧気体と粉体とが混合される。接続部としては、例えば、エゼクタが挙げられる。エゼクタは、加圧気体の供給部５２から供給される気体を駆動源として、粉体の貯留部５１に貯留された粉体を吸引して、フレキシブルホース５４に供給する。

中空管５５は、金属などの合成を有する素材で構成される中空な管であり、吹付機５を使用する際に、作業者が把持して操作竿として利用する。内部には、フレキシブルホース５４から供給された圧縮気体と粉体とが搬送される。中空管５５を操作して、中空管５５の先端のノズルの向きを変更する際などには、フレキシブルホース５４が弾性変形することにより、操作を円滑に行うことができるようになっている。

給液部５６は、中空管５５の中を加圧気体によって搬送される粉体に対して液分を供給する。図１の例では、給液部５６は、中空間５５に対して接続される配管と、供給される液量を変更するためのバルブとから構成されている。供給する液分としては、例えば、水、又は副成分を含有する水などの液体が挙げられる。

中空管５５の先端に設けたノズルからは、給液部５６から供給される液分と、粉体の貯留部５１から供給された吹付材用原料粉末５１１との混合物２１が吐出される。

粉体の貯留部５１と接続部５３との間には、図３に示したように、粉体の供給装置を設けてもよい。図３の粉体の供給装置６は、図４に示したように、水平方向に回転するフィードホイール６１と、フィードホイール６１の下部に配置される当板６２と、フィードホイール６１及び当板６２を収納して、粉体の貯留部５１と接続部５３とを接続する筒状体６３とを有する。フィードホイール６１は、円錐台状であり、円錐台の底側の外周部には、複数の貫通孔６１１が設けられている。また、当板６２にも貫通孔６２１が設けられている。フィードホイール６１が回転することによって、フィードホイール６１の複数の貫通孔６１１が当板６２の貫通孔６２１と順次に連通し、貯留部５１に貯留された粉体が接続部５３に供給される。

図２に示したように、粉体の貯留部５１と接続部５３との間には、粉体の供給装置を設けない構成としてもよい。

上記の繊維質骨材は、粉体の供給部に詰まりにくく、ブリッジやラットホールなどを形成しにくい。このため、粉体の供給時において粉体供給に問題が生じやすい小型の吹付機においても好適に使用することができる。小型の吹付機とは、例えば、ノズルから圧縮気体が吐出される流量が、１．５～２．５ｍ^３／分のものが挙げられる。

以下、実施例を挙げて、より具体的に説明する。

［実施例１］
以下の方法によって、吹付材用の繊維質骨材を製造した。まず、繊維長０．１～３０ｍｍの結晶質アルミナ短繊維の集合体から構成される原綿を適当な大きさに切断して、これを解砕装置に投入して、セラミック繊維を破砕した。解砕装置は、右回転するローラーと、左回転するローラーとを備えており、それらの両ローラーの間に原綿を投入する構成となっている。使用した解砕装置には、目開きが５．０ｍｍのメッシュが配されており、５．０ｍｍ未満の繊維が排出されるようになっている。

解砕装置から排出されたセラミック繊維５００ｇをコンクリートミキサーに投入し、回転を開始させる際に７.０質量％ポリビニルアルコール溶液２０ｇを、セラミック繊維に対して噴霧した。回転開始から３０分経過後に回転を停止し、球状の繊維質骨材を取り出して、１１０℃で２４時間にわたって乾燥させた。セラミック繊維は、コンクリートミキサーの内壁に沿って回転する過程で球状に造粒される。乾燥させた球状の繊維質骨材を篩にかけて、粒度分布の範囲が０．４２５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ未満の繊維質骨材を得た。

［実施例２］
解砕装置から排出されたセラミック繊維を目開き２５０μｍの篩にかけて、篩上をコンクリートミキサーに投入した点、及びコンクリートミキサーに投入するバインダーを、１．４質量％ポリビニルアルコール溶液１００ｇに変更した点以外は、実施例１と同様にして、粒度分布の範囲が０．４２５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ未満の繊維質骨材を製造した。

［実施例３］
コンクリートミキサーに投入するバインダーを、０．３５質量％ポリビニルアルコール溶液１００ｇに変更した点以外は、実施例１と同様にして、粒度分布の範囲が０．４２５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ未満の繊維質骨材を製造した。

［実施例４］
セラミック繊維を解砕装置に投入する前に、２５０ｇの水をセラミック繊維に噴霧した点、コンクリートミキサーに投入するバインダーを、カルボキシメチルセルロース粉末２５ｇに変更した点以外は、実施例１と同様にして、粒度分布の範囲が０．４２５ｍｍ以上、かつ４．０ｍｍ未満の繊維質骨材を製造した。

［比較例１］
実施例１で使用した結晶質アルミナ短繊維の集合体（直径３～４ｃｍの塊）を、比較のために、吹付材用の骨材として、そのまま利用した。結晶質アルミナ短繊維の集合体は、造粒していないため、不定形であり、篩にかけるには適していないものであった。

［比較例２］
実施例１において、解砕装置から排出された目開き５．０ｍｍの篩下のセラミック繊維を、比較のために、吹付材用の骨材として、そのまま利用した。

［安息角の測定］
上記のようにして得た各実施例及び各比較例の骨材について、株式会社セイシン企業のタップ密度測定機タップデンサー（KYT-5000k）を使用して、安息角を求めた。安息角の測定条件は、以下の通りである。結果を以下の表１に示す。測定は、測定台の回りに粉体が溢れるまで漏斗から粉体を落下させて、その際に形成された山の斜辺の角度を測定した。
・粉体を落下させる高さ：漏斗の下端から台までが１２５ｍｍ
・測定台の直径：８０ｍｍ

［圧縮性指数の測定］
上記のようにして得た各実施例及び各比較例の骨材について、株式会社セイシン企業のタップ密度測定機タップデンサー（KYT-5000k）を使用して、ＪＩＳＲ１６２８７．１の方法に基づいて、タップかさ密度と、初期かさ密度を求めて、上記の［式１］の式により、圧縮性指数（％）を求めた。結果を以下の表１に示す。

［嵩比重の測定］
ＪＩＳＲ１６２８７．１のタップかさ密度の方法に基づいて、各実施例の骨材について、嵩比重を測定した。各実施例の骨材の比重は、いずれも０．７５ｇ／ｃｍ^３以下であった。

［吹付試験］
粉体の供給装置を接続部と粉体の貯留部との間に備えた吹付機と、粉体の供給装置を備えていない吹付機とを、それぞれ使用して、各実施例及び各比較例の骨材について、吹付試験を行った。なお、両者ともに、小型の吹付機を使用した。表１においては、前者をフィーダー有と表記し、後者をフィーダーなしと表記する。

吹付試験では、粉体の貯留部に、各実施例及び各比較例の骨材と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースの粉末とを含有する吹付材用原料粉末を投入した。バインダーと繊維質骨材の合計質量に占めるバインダーの割合が１０質量％となるようにした。また、水の配合量はバインダーと繊維質骨材と水との合計質量に占める水の割合が４５～５５質量％となるようにした。

吹付試験では、吹付機のノズルから、骨材とバインダーと水との混合物が被施工体に対して正常に吹き付けられるかどうかを評価した。結果を以下の表１に示す。表１において、〇を付したものは、正常に吹付を行うことができたものを示し、△を付したものは、貯留部に粉体のラットホールが形成されて、途中から粉体の供給が正常に行われなくなったものを示し、×を付したものは貯留部にバインダーと粉末との混合物が詰まって吹き付けることができなかったものを示す。

表１に示したように、圧縮性指数が５５％以下であり、安息角が５８°以下である実施例１ないし４の繊維質骨材では、フィーダーを備える吹付機であれば、粉体の貯留部に詰まることなく、繊維質骨材及びバインダーが中空管内に供給され、水と混合されてノズルから、良好に吐出されることがわかった。

また、圧縮性指数が３０％以下であり、安息角が５２％以下である実施例４では、フィーダーを備えていない吹付機においても、良好に吹付を行うことができることが分かった。

［他の材料］
繊維質骨材を造粒する際に使用するバインダー、又はセラミック繊維を変更して、所定の安息角と圧縮性指数とを備える繊維質骨材が製造することができるか確かめた。

以下の表２のように、繊維質骨材を造粒する際に使用するバインダーの種類とその適用方法を変更した点以外は、実施例１と同様にして、表２に示す各実施例の繊維質骨材を製造した。表２の各実施例の繊維質骨材の嵩比重は、いずれも０．７５ｇ／ｃｍ^３以下であり、粒径は０．４～７．０ｍｍの範囲内であった。表２に上記と同様の方法により求めた、各実施例の繊維質骨材の圧縮性指数と安息角とをまとめた。なお、ブリティッシュガムの適用に際しては、繊維質骨材の重量を１００重量部としたときにブリティッシュガムが２０重量部となるようにして、粉体のブリティッシュガムを繊維質骨材に対して適用した。酢酸ビニル、ゼオライト、又はモンモリロナイトの場合も同様に、それぞれ２５重量部の粉体、２０重量部の粉体、又は２０重量部の粉体を繊維質骨材に適用した。粉体を適用するに際しては、繊維質骨材をあらかじめ湿らせておいた。

以下の表３のように、繊維質骨材の原料となるセラミック繊維を変更した点以外は、実施例１と同様にして、表３に示す各実施例の繊維質骨材を製造した。表２の各実施例の繊維質骨材の嵩比重は、いずれも０．７５ｇ／ｃｍ^３以下であり、粒径は０．４～７．０ｍｍの範囲内であった。表２に上記と同様の方法により求めた、各実施例の繊維質骨材の圧縮性指数と安息角とをまとめた。なお、非晶質シリカ繊維の繊維長は０．１～６０ｍｍである。

表２及び表３のようにしても、所定の圧縮性指数、安息角、及び粒径を備える繊維質骨材が得られることがわかる。

５吹付機
５１貯留部
５２加圧気体の供給部
５３接続部
５４フレキシブルホース
５５中空管
５６給液部

Claims

セラミック繊維とバインダーとを含有して構成される粒状の骨材であり、
圧縮性指数が５５％以下であり、安息角が５８°以下であり、
骨材の粒径が７．０ｍｍ未満である吹付材用繊維質骨材。
ＪＩＳＲ１６２８のタップかさ密度の方法に基づいて測定した吹付材用繊維質骨材のかさ密度は、１．０ｇ/ｃｍ^３以下である請求項１に記載の吹付材用繊維質骨材。
請求項１又は２に記載の吹付材用繊維質骨材と、バインダーとを含有する吹付材用原料粉末。
請求項３の吹付材用原料粉末と、液分とを含有する吹付材。