JP7393167B2 - 軽量気泡コンクリート - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[2]ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて77Kでの窒素吸脱着等温線の相対圧力p/p0=0.25~0.99の範囲における脱着曲線から算出されるDH法(Journal of Applied Chemistry, Vol. 14 (1964) pp. 109-114)による細孔分布における、半径2 nm以上100 nm以下の細孔量が0.40 cm3/g以上0.80 cm3/g以下である、前記[1]に記載の軽量気泡コンクリート。
[3]ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて77Kでの窒素吸脱着等温線におけるp/p0 = 0.30~0.99の範囲における、吸着等温線の面積をS1、吸着等温線と脱着等温線に囲まれる面積をS2 とした時、S2の面積が、13 cm3/g 以上50 cm3/g以下であり、かつ、S2/S1の面積比が、0.70以上である、前記[1]又は[2]に記載の軽量気泡コンクリート。
本実施形態の比重0.25以上0.80以下の軽量気泡コンクリートは、ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて298Kで測定された水蒸気吸着等温線の相対圧力p/p0=0.0~0.20の範囲における吸着曲線から算出されるBET比表面積が、240 m2/g以上350 m2/g以下であることを特徴とする。
本願発明者らは、この吸着能力に着目して鋭意研究し実験を重ねた結果、水蒸気吸着測定の低相対圧領域における吸着測定において測定されるBET比表面積が、240 m2/g以上350 m2/g以下である時に、VOCなどの有害ガスを効率的に吸収できることを見出した。BET比表面積の下限は、VOCなどの有害ガスの吸着性能の観点から、240 m2/gであり、好ましくは250 m2/g以上であり、さらに好ましくは260 m2/g以上である。他方、BET比表面積の上限は、製造容易性の観点から、350 m2/g以下であり、好ましくは330 m2/g以下であり、さらに好ましくは300 m2/g以下である。
本実施形態の軽量気泡コンクリートは、77Kにおける窒素吸脱着等温線の脱着曲線から算出されるDH法細孔分布において、半径2 nm以上100 nm以下の細孔量が0.40 cm3/g以上0.80 cm3/g以下であることが好ましい。DH法により算出された半径2 nm以上100 nm以下の細孔量が、0.40 cm3/g以上であれば、一旦吸着された有害ガスは脱着して外部空間へ出て行きにくい。他方、細孔量が、0.80 cm3/gを超えると、軽量気泡コンクリート全体の空隙量に対する細孔部分の体積比率が極端に増えてしまい、強度等の他の物性に悪影響を及ぼす。
また、77 Kにおける窒素吸脱着等温線の脱着曲線から算出されるDH法細孔分布において、半径2 nm以上100 nm以下の細孔の表面積は、90 m2/g以上160 m2/g以下であることが好ましい。
尚、前述したDH法による細孔量とここで述べたヒステリシスの大きさは、どちらも吸着した有害物質が出て行きにくい指標ではあるが、DH法細孔量は有害物質を貯めこむ能力であり、ヒステリシスの大きさは出て行きにくさを示す指標であり、独立の物理量である。
本実施形態の軽量気泡コンクリートの製造方法は、少なくとも珪酸質原料とセメントと生石灰原料を含む水性スラリーに、気泡剤として金属アルミニウム粉を加えて型枠に注入し、予備硬化した後にオートクレーブ養生する工程を含み、かかる工程においては、珪酸質原料と水を攪拌し、次いでセメントと生石灰原料を投入して数分間攪拌し、界面活性剤、金属アルミニウム粉又はそのスラリーを添加して型枠に注入することが好ましい。ここで、生石灰/セメント比は0.25以上0.4未満であることが好ましく、0.30以上0.38以下であることがより好ましい。生石灰/セメント比が0.25以上であれば、トバモライト板状結晶に囲まれた空間の完全性が高まると推定される。
また、上記工程において、珪酸質原料とセメントと石灰質原料の比率は、CaO/SiO2モル比として0.6以上1.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.65以上0.9以下、さらに好ましくは0.7以上0.8以下である。CaO/SiO2モル比が0.6以上1.0以下であればトバモライト結晶の生成が十分に進み、品質上の問題が生じない。
珪酸質原料としては、例えば、結晶質の珪石、珪砂、石英、及びそれらの含有率の高い岩石等を使用することができる。用いる珪酸質原料のうち、石英結晶成分が80質量%以上であることが好ましい。石英結晶成分が高い成分の珪酸質原料を用いることで、トバモライト結晶をより成長させ、トバモライト結晶に囲まれた空間を形成し、一旦吸着された有害ガスは脱着して外へ出て行きにくい構造を形成することができる。
結晶質珪酸質原料中の石英結晶成分の割合は、結晶性珪酸質原料の粉末X線回折を用いて評価される。石英粉末の粉末X線回折で観測される石英の回折強度の総和に対する、結晶性珪酸質原料の粉末X線回折の石英の回折強度の総和の比率を以て石英結晶成分の割合とする。
セメントは、特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、ビーライトセメント等の珪酸成分とカルシウム成分を主体とするものである。但し、生産性の観点から、用いるセメントのうち30質量%以上が水和反応性の早いセメントであることが好ましい。
石灰質原料としては、生石灰、消石灰等が挙げられる。
アルミニウム化合物原料も特に限定されるものではなく、硫酸アルミニウム又はその含水物、γ-アルミナ、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等を用いることができるが、硫酸化合物とのバランスを取る上で硫酸アルミニウム又はその含水物或いは水酸化アルミニウムが好ましい。低比重軽量気泡コンクリートの気泡剤として用いる金属アルミニウム粉末も、アルミニウム化合物源として作用する。
本実施形態の製造方法においては、含有する硫酸化合物量、アルミニウム化合物の絶対量は特に限定されるものではないが、硫酸化合物の量が少ないとトバモライトの生成が遅くなる、予備硬化時間が長くなってプロセス性が低下する等の傾向があり、多すぎると適正な細孔構造を得られにくい、高い結晶性のトバモライトを得にくい等の傾向がある。そのため、型枠に注入する前のスラリー中の全固形原料中の硫酸化合物の絶対含有量は、SO3換算で好ましくは、トバモライトの生成速度、予備硬化時間等プロセス性の観点から、1.5質量%以上、適切な細孔構造、高い結晶性のトバモライトを得るという観点から、5質量%以下であることが好ましく、1.5質量%~4.5質量%であることがより好ましい。
発泡剤は、珪酸質原料、石灰質原料及び水を含むスラリーを発泡できるものであれば特に限定されることなく用いることができ、例えば、金属アルミニウム粉末などを用いることができる。
本実施形態の気泡コンクリートには、必要に応じて撥水性物質を0.1質量%~3.0質量%含有させてもよい。撥水性物質とは、特に限定されるものではなく、シロキサン化合物、アルコキシシラン化合物、脂肪酸、脂肪酸塩、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂等の樹脂エマルジョン等であり、このうち一種又は二種以上の混合物を用いることもできる。中でも特に、シロキサン化合物、すなわち、ポリジメチルシロキサンやポリジメチルシロキサンのメチル基の一部が水素、フェニル基、トリフロロプロピル基等で置換されたシリコーンオイル、アルコキシシラン化合物、すなわち、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン等のアルキルアルコキシシラン化合物を使用することが好ましい。
また、上記以外の原料であっても、所望の効果に影響を及ぼさない範囲で各種材料を適宜用いてもよい。例えば、補強繊維、メチルセルロース等の界面活性剤、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール等の増粘剤、減水剤、高性能減水剤等のセメント系材料において一般に用いられる分散剤、リグニンスルホン酸、グルコン酸塩等のセメント系材料において一般に用いられる硬化遅延剤、リン酸塩等の発泡遅延剤が挙げられる。
本実施形態の製造方法においては、従来のALCと同様に補強鉄筋又は補強金網を気泡コンクリート内に埋設させるように成型することが好ましく行われる。ここで補強鉄筋とは、鉄筋を所望の形状に配列し、交叉接点を溶接加工したものをいう。補強金網とは、鉄を網状に加工したもので、例えば、ラス網等がその代表的な例である。補強鉄筋又は補強金網の形状、寸法、鉄筋の太さ、金網の目の大きさ、さらに軽量コンクリート中に埋設する際の位置等、配筋の仕方については、限定されるものではなく、板の大きさ、用途等によって適宜選択されることが好ましい。
型枠に注入されたスラリーは、アルミニウム粉に由来して発泡、生石灰及びセメントの自己発熱により、好ましくは50℃~85℃の間で1時間以上かけて予備硬化される。予備硬化は、蒸気養生室等の水分が蒸発を抑制した環境下で行うことが好ましい。得られた予備硬化体は、必要に応じて任意の形状に切断された後に、オートクレーブを用いて高温高圧養生される。切断は軽量気泡コンクリートの製造に一般に用いられるワイヤーによる切断法も使用できる。オートクレーブの条件としては160℃(ゲージ圧力:約5.3kgf/cm2)以上、220℃(ゲージ圧力:約22.6 kgf/cm2)以下が好ましい。
[水蒸気吸着等温線]
測定には、ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いた。試料を約0.1 gを秤量して、吸着測定用ガラスセルに入れ、105℃15時間加熱真空処理をした後に正確に試料量を測定した。その後、さらに105℃15時間真空処理を行った後に、25℃(298K)における水蒸気吸着等温線の測定を行った。この時、開始前のサンプルセルのリーク量はすべて、1.0×10-2 Pa/min 以下であることを開始の条件とした。さらに、測定開始前のセル中の真空度は、2×10-6 Pa以下であることを確かめた。吸着測定時の最大相対圧力(p/p0)は、0.98とし、脱着測定時の最小相対圧力は、0.15とした。吸着時脱着時ともに、各相対圧における平衡条件は300秒の間の圧力変化が0.3%以内とし、これに達するまで圧力平衡を待ちその時の圧力変化から吸着水蒸気容積を算出した。測定点は吸着時20点以上、脱着時15点以上取るものとした。
水蒸気吸着測定における吸着測定のデータのみを用いた。常法に基づき、BETプロットを行いその傾きからBET比表面積を算出した。計算にあたり、用いたデータは、p/p0 = 0~0.20の範囲の値を10個以上用いるとした。この時、測定点の偏りをなくすために、少なくともp/p0 = 0.05未満の測定点、及びp/p0 = 0.05~0.15間の測定点を、それぞれ少なくとも1点以上含むものとした。さらに、その時のBETプロットの直線性は相関係数として、0.9995以上となるようにデータを選択した。
測定は、ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いた。試料を約0.1 gを秤量して、吸着測定用ガラスセルに入れ、105℃15時間加熱真空処理をした後に正確に試料量を測定した。その後、さらに105℃15時間真空処理を行った後に、液体窒素を用いて77Kにおける窒素吸着等温線測定を行った。この時、開始前のサンプルセルのリーク量はすべて、1.0×10-1 Pa/min 以下であることを開始の条件とした。さらに、測定開始前のセル中の真空度は、1.0×10-5 Pa以下であることを確かめた。吸着測定時の最大相対圧力(p/p0)は、0.99とし、脱着測定時の最小相対圧力は、0.25とした。吸着時脱着時ともに、各相対圧における平衡条件は300秒の間の圧力変化が0.3%以内とし、これに達するまで圧力平衡を待ちその時の圧力変化から標準状態における吸着窒素ガスの容積を算出した。測定点は吸着時20点以上、脱着時15点以上取るものとした。
相対圧力(p/p0)は、0.99~0.25のすべてのデータを用いてDH法 (Journal of Applied Chemistry, Vol.14 (1964) pp.109-114) により細孔分布を求めた。DH法を用いるにあたり、細孔のない物質における吸着層の厚みが必要である。この標準曲線は、Harkins-Juraの理論曲線(Journal of Colloid and Interface Science Vol.21 (1966) P.405-414)を用いた。得られた細孔分布を全域で積分して、細孔量[cm3/g]を算出した。さらに、細孔を円筒状と仮定して、その全表面積[m2/g]を算出した。これら計算をするにあたり、マイクロトラック・ベル(株)社製解析ソフトである、BELMasterTM/BELSimTM ver.6.4.1.0を用いてもよい。
試料を10Lのテドラーバッグ(ジーエルサイエンス製)に封入後、初期濃度に調整したガスを充填し、充填から1時間経過後に検知管法によってガス濃度を測定した。VOC吸着性能を比較するため、充填から1時間経過後のガス濃度の減少値と各試験体の質量から、各試験体の質量当たりのVOC吸着量を算出した。使用したガスの初期濃度及び使用した検知管の表1に示す。
100mm×100mm×100mmに切断した試料を105℃で3日間乾燥させたときの重量から絶乾密度を算出した。
珪酸質原料として珪石A(石英結晶成分割合75質量%、ブレーン比表面積7500cm2/g)、珪砂B(石英結晶成分割合98質量%、ブレーン比表面積5500cm2/g)それぞれ19.1重量部を45℃の水95重量部に加え撹拌し、次いで生石灰10.4重量部、早強ポルトランドセメント29.9重量部、二水石膏1.9重量部、水酸化アルミニウム0.2重量部、カリ明礬12水和物1.27重量部を加え、さらに予備硬化した後に端材となった屑を粉砕したリサイクル原料19.4重量部と撥水剤(ジメチルシリコーン)0.2重量部を加え、混合し、2分間撹拌した。続いて、予め水2.0重量部に界面活性剤を0.0095重量部混合して得た水性スラリーを投入し、予め水0.72重量部に金属アルミニウム粉末0.09重量部を分散させた金属アルミニウムスラリーを投入、撹拌し、直ちに型枠に注入して発泡させ、予備硬化を行った。予備硬化4時間後の温度は84℃であった。所定の硬度となった予備硬化体をオートクレーブに入れ、飽和水蒸気雰囲気下180℃で4時間、オートクレーブ養生を行った。オートクレーブから出缶後、乾燥して軽量気泡コンクリートを得た。生石灰/セメント比は0.35であり、珪酸質原料、セメント及び石灰質原料はCaO/SiO2モル比で0.73とした。
撥水剤を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様に実施し、軽量気泡コンクリートを得た。
45℃の水92.1重量部に、珪酸質原料として珪石A(石英結晶成分割合75質量%、ブレーン比表面積7500cm2/g)を46.3重量部、生石灰2.4重量部、水酸化アルミ0.47重量部、カリ明礬12水和物を1.27重量部加え、混合、攪拌した。
次いで、該水性スラリーに、早強ポルトランドセメント36.1重量部、二水石膏2.0重量部、生石灰12重量部、予め水2.0重量部に界面活性剤を0.0095重量部混合して得た水性スラリーを投入、混合、攪拌した。
続いて、予め水0.72重量部に金属アルミニウム粉末0.09重量部を分散させた金属アルミニウムスラリーを投入、攪拌し、型枠に注入して発泡させ、予備硬化を行った。所定の硬度となった予備硬化体をオートクレーブに入れ、飽和水蒸気雰囲気下180℃で4時間、オートクレーブ養生を行った。オートクレーブから出缶後、乾燥して軽量気泡コンクリートを得た。珪酸質原料、セメント及び石灰質原料は、CaO/SiO2モル比で0.78とした。
撥水剤を添加しなかったこと、金属アルミニウム粉末を0.052重量部としたこと以外は、実施例1と同様に実施し、軽量気泡コンクリートを得た。
撥水剤を添加しなかったこと、金属アルミニウム粉末を0.010重量部としたこと以外は、実施例1と同様に実施し、軽量気泡コンクリートを得た。
45℃の水75重量部に、珪酸質原料として珪石C(石英結晶成分割合81質量%、ブレーン値3000cm2/g)と珪石D(石英結晶成分割合85質量%、ブレーン値3000cm2/g)をそれぞれ45.5重量部加え、次いで生石灰5.7重量部、早強ポルトランドセメント26.3重量部、二水石膏1.8重量部、さらに予備硬化した後に端材となった屑を粉砕したリサイクル原料20.7重量部と撥水剤(ジメチルシリコーン)0.2重量部を加え、混合し、2分間撹拌した。
続いて、予め水0.48重量部に金属アルミニウム粉末0.06重量部を分散させた金属アルミニウムスラリーを投入、攪拌し、型枠に注入して発泡させ、予備硬化を行った。所定の硬度となった予備硬化体をオートクレーブに入れ、飽和水蒸気雰囲気下180℃で4時間、オートクレーブ養生を行った。オートクレーブから出缶後、乾燥して軽量気泡コンクリートを得た。珪酸質原料、セメント及び石灰質原料は、CaO/SiO2モル比で0.45とした。
撥水剤を添加しなかったこと以外は、比較例1と同様に実施し、軽量気泡コンクリートを得た。
撥水剤を添加しなかったこと、金属アルミニウム粉末を0.11重量部としたこと以外は、比較例1と同様に実施し、軽量気泡コンクリートを得た。
Claims (3)
- ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて298Kで測定された水蒸気吸着等温線の相対圧力p/p0=0.0~0.20の範囲における吸着曲線から算出されるBET比表面積が、240 m2/g以上350 m2/g以下であり、かつ、ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて77Kでの窒素吸脱着等温線の相対圧力p/p 0 =0.25~0.99の範囲における脱着曲線から算出されるDH法(Journal of Applied Chemistry, Vol. 14 (1964) pp. 109-114)による細孔分布における、半径2 nm以上100 nm以下の細孔量が0.40 cm 3 /g以上0.80 cm 3 /g以下であり、かつ、ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて77Kでの窒素吸脱着等温線におけるp/p 0 = 0.30~0.99の範囲における、吸着等温線の面積をS1、吸着等温線と脱着等温線に囲まれる面積をS2 とした時、S2の面積が、16 cm 3 /g 以上35 cm 3 /g以下であり、かつ、S2/S1の面積比が、0.70以上であることを特徴とする比重0.25以上0.80以下の軽量気泡コンクリート。
- ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて298Kで測定された水蒸気吸着等温線の相対圧力p/p0=0.0~0.20の範囲における吸着曲線から算出されるBET比表面積が、260 m2/g以上350 m2/g以下である、請求項1に記載の比重0.25以上0.80以下の軽量気泡コンクリート。
- ガス/蒸気吸着測定装置(マイクロトラック・ベル(株)社製BELSORP-max II)を用いて77Kでの窒素吸脱着等温線の相対圧力p/p0=0.25~0.99の範囲における脱着曲線から算出されるDH法(Journal of Applied Chemistry, Vol. 14 (1964) pp. 109-114)による細孔分布における、半径2 nm以上100 nm以下の細孔量が0.46 cm3/g以上0.80 cm3/g以下である、請求項1又は2に記載の軽量気泡コンクリート。
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