JP7393167B2 - 軽量気泡コンクリート - Google Patents

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Description

本発明は、軽量気泡コンクリート(以下、ALCともいう。)に関する。より詳しくは、従来のALCの持つ、軽量高強度、加工性、耐火性、耐久性等に加えて、揮発性有機化合物(以下、VOC(Volatile Organic Compound)ともいう。)の吸着性能に優れたALCに関する。さらに、本発明は、従来の軽量気泡コンクリートの比重範囲を拡張した比重0.25以上0.8以下の軽量気泡コンクリートに関する。
近年、健康志向への高まりから、建築物内部の環境、特に温湿度に加えて空気質にも注目が集まりつつある。特に、有機質の建築資材や家具の塗料などからの揮発性有機化合物(VOC)は、健康を害する物質として低減することが望まれている。これまで、VOCの除去にあたっては、建材の内部や表面に、又は壁紙の一部に、吸着剤を配置又は塗布する方法が主に用いられてきた。しかしながら、これらの方法では、工程数が増加し、また、特殊な吸着剤を用いることからコストアップを伴うという問題がある。
他方、例えば、以下の特許文献1には、かさ比重が0.45~0.55と軽量でありながら、建築材料として必要な強度を有し、長期の耐候性、耐火性及び耐不朽性に優れるALCにおいて、建築物の設計仕様に基づいて各種寸法に切断したり、長辺小口面に溝を切削加工したり、縁部の面取り加工等を施す場合において発生する欠損やひび割れを防止する技術が開示されている。しかしながら、特許文献1には、比重0.2~0.45未満の低比重ALCは開示されておらず、また、かかる低比重ALCにおいて、有機質の建築資材や家具の塗料などから発生する健康を害する揮発性有機化合物を低減する技術については一切記載されていない。
特許第6134278号公報
ALCは多孔質の建材であり、比重0.50の標準的なALCでは空隙率が80vol%にも達する建材である。多孔質であることから、調湿性にも優れ、上記したVOCの吸着性能もある程度有することを発見したが、居住空間のVOCの完全除去を目的としてALCを施工するためは、その除去性能には改善の余地があった。
本願発明者らは、ALCのミクロな構造に着目して鋭意研究し実験を重ねた結果、予備養生時の温度と原料珪石の溶解性を所定範囲に制御することで、298Kにおける水蒸気吸着等温線の低相対圧領域の吸着等温線から計算されるBET比表面積が所定範囲になること、また、77Kにおける窒素吸着等温線の脱着曲線から算出された細孔量と、吸着と脱着におけるヒステリシスの度合いが所定範囲になること、また、この時、VOCの吸着速度が著しく速くなること、そしてこのALCを建築材料として使用した時に、居住空間として良好なVOCのない空間を実現できることを発見し、かかる発見に基づき本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[1]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比重0.25以上0.80以下の軽量気泡コンクリート。
[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。
本発明にかかる軽量気泡コンクリートは、建築材料としてVOCの吸着速度が著しく速いため、これを建築資材として用いれば良好な居住空間を実現することができる。
実施例1における298Kにおける水蒸気吸着等温線である。 実施例1における298Kにおける水蒸気吸着等温線から計算されるBETプロットである。 77Kにおける窒素吸着等温線の一例とS1とS2の面積に相当する部分を示す図である。 77Kにおける窒素吸着等温線の脱着曲線から算出されたDH法細孔分布のプロットである。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
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。
従来、比表面積の測定は、吸着分子として、窒素(N2)ガスを用いる測定が一般的である。水蒸気吸着測定は、吸着分子として水(H2O)を用いたものである。H2Oは極性を持つ分子で、その直径(0.28 nm)は窒素分子の直径(0.36 nm)よりも小さい。さらに、極性分子であるH2O分子は、非極性分子である窒素分子と本質的に相違する。例えば、水蒸気吸着測定から算出される比表面積が窒素吸着測定から算出される比表面積よりも大きい場合、窒素分子が入り込めないが、H2O分子は入り込める空間が存在することを意味する。さらにそのような空間は、極性分子であるH2O分子が入り易いことを意味している。換言すれば、そのような空間は、水に濡れやすい空間であるともいえる。本実施形態の軽量気泡コンクリートを吸着媒体として考えた場合、水蒸気吸着における比表面積が大きいことは、VOCのうちでも大きさが小さい分子や-OH基などの極性基を持った有害物質を優先的に吸着できるサイトを多く持っていると考えることができる。すなわち、水蒸気吸着測定における比表面積は、このような物質を吸収できる能力を表すものと理解できる。
BET比表面積は、図2に示すようなBETプロット、すなわち、相対圧(p/p0)に対してp/Va(p0-p){ここで、Vaは、相対圧(p/p0)のときの吸着量である。}をプロットしたグラフの傾きから計算される。古典的には、相対圧(p/p0)で0.05~0.30の領域の吸着データを用いることが推奨される。他方、昨今の吸着装置の性能向上により、低相対圧領域での精密測定が可能になってきた。本願発明者らは、本実施形態の軽量気泡コンクリートでは、相対圧で0.20以下の領域でBETプロットの直線性が著しく高いことを見出した。このことは、H2O分子径に相当する小さい細孔領域で単分子吸着が起こっていることを意味している。これはそのような小さい細孔が吸着サイトとして機能していることの証拠でもある。
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。
上述したように、径の小さな細孔を評価するには水蒸気吸着測定の方が優れている。他方、窒素吸着測定は水蒸気吸着法に比べてより径の小さな細孔は評価できないものの、一般的な測定法であり、様々な材料に関する窒素吸着データの検討例(データベース)は膨大であり、材料評価には欠かせない手法のひとつとなっている。VOCなどの有害物質除去性能において、その吸着性能は水蒸気吸着における比表面積により評価できるものの、建材として居住空間に利用された場合、一旦吸着したVOCを逃がさないことも重要である。この有害物質脱着時の脱着しにくさの指標は、窒素等温線における脱着曲線にて評価が可能であることも、本願発明者らは発見した。窒素等温線における脱着曲線により、すなわち、吸着させる物質を水蒸気よりもやや分子径が大きい窒素ガスを用いた時に、VOCの脱着のしにくさを再現性良く評価できる理由は定かでないが、本願発明者らは、窒素分子がH2O分子のような極性物質でなく固体表面に濡れにくいことなどが関与しているのではないかと推定している。
これら脱着曲線の形状に着目して鋭意検討し実験を重ねた結果、本願発明者らは、DH法という細孔分布計算法において、VOCの脱着しにくさを評価することができることを発見した。ここでDH法とは、1964年にDollimore and Healにより提案された細孔分布の計算方法(Journal of Applied Chemistry, Vol. 14 (1964) pp. 109-114)であり、細孔評価に広く用いられる手法である。
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。
本実施形態の軽量気泡コンクリートの窒素吸着等温線は、IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)が定めるII型の等温線形状を示すこと、すなわち、本実施形態の軽量気泡コンクリートは、窒素吸着測定において、ヒステリシスを示すことが好ましい。ここで、ヒステリシスとは、吸着測定から得られた等温線よりも脱着測定から得られた等温線に示される吸着量が上回る現象を指す。本実施形態の軽量気泡コンクリートは、結晶性珪酸カルシウム水和物のひとつであるトバモライトが主要な構成相である。トバモライトは板状の結晶であり、一般的な軽量気泡コンクリートでは、かかる板状の結晶が三次元的に絡み合う構造を有している。この絡み合い構造は、生体細胞の構造に似ていることから、海外ではCellular Concreteと呼ばれることもある。トバモライトの生成、すなわち結晶化の程度は、軽量気泡コンクリートの構造に大きな影響を与える。結晶が十分に成長すれば、板状結晶に囲まれた空間の完全性は高まる。他方、結晶が不十分に成長すると、板状結晶に欠陥を生じて、内部の空間は外部に連通して独立性を保てなくなる。本願発明者らは、このような内部空間の独立性に着目して、研究し実験を重ね、後述する製造条件の最適化によってかかる独立性を達成し、さらに、この板状結晶で囲まれたこれら数ミクロンの空間は吸着サイト、すなわち吸着物質を貯める空間としても機能することをも発見した。従来、この空間を囲むトバモライト板状結晶の欠陥の程度は、走査型電子顕微鏡などの視覚的手法を用いて定性的にしか評価できなかったが、本願発明者らは、この空間の完全性(トバモライト板状結晶の欠陥が少ないこと)を窒素吸着等温線から定量的に評価する手法を初めて確立した。すなわち、本願発明者らは、この板状結晶で囲まれた数ミクロンの空間が存在することにより、窒素吸着等温線にヒステリシスが発生することを発見し、さらに、そのヒステリシスの大きさが、トバモライトに囲まれた空間の完全性、すなわち一旦吸着した有害物質を貯める空間の完全性の指標となることを突き止めた。言い換えれば、この空間が完全なほど、吸着した有害物質を貯める空間が完全なこと、さらには脱着しにくいことを意味している。
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。
具体的には、図3に示すように、本実施形態の軽量気泡コンクリートは、77Kにおける窒素吸着等温線において、吸着曲線と脱着曲線の間にヒステリシスを生じ、相対圧(p/p0)にして0.30~0.99の範囲において、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以下であることが好ましく、より好ましくは16 cm3/g 以上35 cm3/g以下である。S2の面積が50 cm3/gを超えると、空間量が大きくなり、強度等の他の物性に悪影響を及ぼす。他方、S2の面積が13 cm3/g未満であると、単位体積当たりのVOC吸着量が小さくなる。ここで、S1とS2の面積の単位が、cm3/gとなっている理由は、窒素吸着等温線の縦軸が窒素ガスの標準状態における吸着量(cm3/g)となっている一方、横軸が相対圧という無次元数になっているためである。また、S2/S1の面積比は0.70以上であることが好ましく、より好ましくは0.80以上である。S2/S1の面積比が0.7未満であると、単位体積当たりのVOC吸着量が小さくなる。尚、この時、ヒステリシスの大きさはトバモライトに囲まれた空間に、窒素ガスをどの程度まで凝縮させるかに依存する。従って、吸着等温線を測定するに際して、吸着時に最大相対圧(p/p0)の値が重要となる。
本実施形態の軽量気泡コンクリートの比重、すなわち、絶乾密度(kg/m3)÷1000は、0.25以上0.8以下であり、その下限は好ましくは0.3、より好ましくは0.35でり、その上限は好ましくは0.65、より好ましくは0.55である。比重が0.25未満であると強度が低下し、他方、比重が0.8を超えると、施工性が低下する。
以下、本実施形態の軽量気泡コンクリートの製造方法を説明する。
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。
石灰質原料と水に、予め珪酸質原料を混ぜないことで、珪酸質原料の溶解を抑制することができ、また、生石灰/セメント比を0.4未満とすることで、型枠に注入してオートクレーブ養生されるまでの間の予備硬化中のモルタルの発熱を85℃以下に抑制し、その結果として珪酸質原料の溶解を抑制することができる。このようにオートクレーブ養生するまでに珪酸質原料の溶解を抑制することで、298Kにおいて測定された水蒸気吸着等温線の低相対圧領域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以下に制御することができる。
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]
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]
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]
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]
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。
[硫酸化合物(石膏)]
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。
[気泡剤(発泡剤)]
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。
[撥水性物質]
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。
[その他成分]
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。
これら補強鉄筋又は補強金網は、耐久性上有効な防錆剤処理が施されていることが好ましい。防錆剤としては合成樹脂系等、公知のものを使用できる。この様に鉄筋または金網を内部に配置することにより破壊時の耐力が著しく向上する。
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。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定解釈されるべきではない。
まず、実施例、比較例で用いた物性の測定方法を説明する。
[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。
[水蒸気吸着等温線 BET比表面積]
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。
[窒素吸着等温線]
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。
[窒素吸着等温線からのDH法細孔分布]
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。
[VOC吸着測定方法]
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。
Figure 0007393167000001
試料は直方体に切断し、サイズは、以下の実施例1~3、比較例1~2では100mm×100mm×100mmとし、実施例4~5では、75mm×75mm×100mmとした。実施例1~3、比較例1~2では100mm×100mmの5面をアルミテープでシーリングし、実施例4~5では、75mm×75mmの1面を残し、その他の5面をアルミテープでシーリングした。試料をテドラーバッグに封入する際は、シーリングされていない面がガスと接触するようにした。
[絶乾密度[kg/m3]]
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。
[実施例1]
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。
[実施例2]
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。
[実施例3]
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。
[実施例4]
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。
[実施例5]
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。
[比較例1]
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。
[比較例2]
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。
[比較例3]
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。
Figure 0007393167000002
本発明に係る軽量気泡コンクリートは、建築材料としてVOCの吸着速度が著しく速いため、これを建築資材として用いて良好な居住空間を実現することができる。すなわち、本発明に係る軽量気泡コンクリートは、298Kにおいて測定された水蒸気吸着等温線の低相対圧領域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比重0.25以上0.8以下の軽量気泡コンクリートであるため、VOCの吸着速度が速く、良好な居住空間を実現するための建築資材、例えば、外壁材、床材、内壁材、屋根材等として好適に利用可能である。

Claims (3)

  1. 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。
  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。
  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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