JPH0333041A - 無機質成形体及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐火性を有する無機質成形体及びその製造法
に関する。

更に言えば、耐火性を有する特殊セメントを結合剤とし
て加熱時の収縮率が低い耐火性を有する無機質成形体と
、その工業的に有利な製造法に係るものである。

〔従来の技術〕

従来より、ポルトランドセメントを結合剤として、いわ
ゆるセフ７ト２次製品と称する各種のセメント成形品及
びその製造法は枚挙に暇がないほど多数知られており、
かつ実施されている。

特に、セフ７ト２次製品の付加価値を高めるべく、成形
技術と改質材の進歩に伴い、高性能の成形体が製造され
るようになり、最近この成形体を施釉による表面化粧す
るものが提案されている。

更に成形体の強度を得るために各種の短繊維を配合した
もの、いわゆるＦＲＣの成形品が普及するに至っている
。

これらの従来技術につき、下記に例示する：特開昭６２
〜２３８７０５号、特開昭６２−２０２７０８号、特開
昭８２−１７３２１４号、特開昭６２−７０００５号、
特開昭６２３０００７号、特開昭６１．−２９１４４２
号、特開昭６０７２７０５号、特開昭５８−１３２５０
５号、特開昭５８−５９８０３号、特開昭５７−１４９
８８０号、特開昭５７−７７０５８号、特開昭５５−１
９５８１号、特開昭５２〜２４２２０号、特開昭５１−
１５１７１４号、特開昭５１−７１３２０号。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら従来のセメント成形品には、ポルトランドセメン
トで代表される周知のセメントは、最も安価な無機質結
合剤であるが故に多用されているけれども、現在の多様
なニーズに応するには、その基本的な欠点がある。

すなわち、セメントの結合作用は、含有する結晶鉱物の
水硬反応に依拠するものであるが、それ故に、熱に暴露
すると脱水して成形強度が著しく低下して実用価値を損
なうことである。

この欠点に、従来より、多くの試みがなされているが、
工業的でなかったり、所望する改善が得られずに成功し
てはいない。

例えば、セメント成形品を表面化粧するために施釉する
ことが知られるが、加熱による劣化を防ぐには工業的に
非常に困難を伴う。

このような叙上の事実に鑑み、これを改善すべく耐火性
のあるセメント成形品につき、本発明者らは鋭意研究を
重ねていたところ、従来のポルトランドセメントとは全
く異なった合邦含ホウ素の特殊セメントが耐火性と水硬
性を有することを知見し、本発明を完成するに至った。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明の目的として提供しようとする無機質
成形体は、耐火性を有する特殊セメント、活性シリカ、
耐熱性または熱履歴を有する骨材及び補助材料からなる
混合物を水硬成形したものであって、加熱時における収
縮率が１．０％以下であることを特徴とする無機質成形
体に係るものである。

更に、本発明の第２の目的は、前記混合物に水を加えて
混練する際に、減水剤及び凝結遅延剤を添加し、水／セ
メント比を５〜４０重量％の範囲で混練した後、成形す
ることを特徴とする無機質成形体の製造法に係るもので
ある。

以下、本発明について詳述する。

本発明に係る特殊セメントとは、従来知られているポル
トラン、ドセメント、高炉セメント、アルミナセメント
等の各種セメント類とは全く異なる合邦系の耐火性のあ
るセメントをいい、多くの場合化学組成として、ＣａＯ
：４０〜６５重量％、Ｓ　１０２　：　１０〜３２重量
％、Ａ　Ｌ　Ｏ３：　７〜２４重量％、Ｆ：１．５〜１
２重量％及びその他の成分が１５重量％以下の範囲内の
結晶性微粉末である。

なお、上記において、その他の成分として原料事情や製
造上の理由から不可避的に混入する成分、例えばＭｈｏ
やＦ、ｅ２０ｉ戒分及び改質剤としてＢ　２０　ｉ、Ｐ
２Ｏ３、ｖ２０１、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ，ＢａＯ１ＳｒＯ
等の成分を含有することができる。

従って、本発明では特に、化学成分がＣａｂ：４２〜６
０重量％、ＳｉＯ２：１０〜３０重量％、Ａ　１２０３
　：　１０〜２２重量％、Ｆ：４〜１２重量％、Ｂ２０
ａ：０．１〜５重量％の範囲が好ましい。

また、この特殊セメントは、前記組成をもつ溶融物の徐
冷品を粉砕した結晶性微粉末であるが、鉱物組成として
は１１Ｃａ０・７＾ｅ２０３・ＣａＦ２及び／またはβ
−２ＣａＯ・ＳｉＯ２の主要水硬性成分と水硬反応に実
質的に無関係の結晶相成分たる安定鉱物を有している。

安定鉱物の結晶相成分としては、３Ｃａ０・２ＳｉＯ□
・ＣａＦ２．２Ｃａ（ｌ＾（１２０３・５ｉＯｚ及びＣ
ａＦ２から選ばれた少なくとも１種または２種以上の結
晶相をいい、ＣａＦ２の存在することが好ましい。

更に、ＭｇＯ成分が不可避的に含まれている場合にあっ
ては、上記に加えて、更に３ＣａＯ・Ｍｇ０・２ＳｉＣ
ｈ、５Ｃａ（１ＭｇＯ・３ｓｉ０ｚ、２ＣａＯ・ｆ４ｙ
Ｏ・５ｉ０２及びＭｇＯ・＾ｅ２０１等の二成分系また
は三成分系のマグネシウム系結晶相の１種または２種以
上が含まれる。

これらの安定鉱物成分は本発明に係る特殊セメントにお
いて耐火性を付享するものであり、１０〜９５重量％の
範囲で含有される。

このように、本発明に係るセメントは溶融冷却後の粉末
であって、３ＣａＯ・５ｉｎ２の結晶相が認められない
点で、従来のポルトランドセメントとは全く異なるセメ
ントであり、特徴の１つとなっている。

係るセメントは、完全合成して調製することができるこ
とは勿論、所望のスラグ例えば鉄鋼スラグを改質するこ
とによっても得ることができる。

次に、活性シリカとは、セメント中のＣａＯなとの塩基
成分を水の存在下及び加熱状態の下で中和反応を生ぜし
める微細シリカをいい、例えばフェロシリコンダスト、
ヒユームドシリカ、シリカゾル及び活性白土等が挙げら
れるが、特に、フェロシリコンダストやヒユームドシリ
カの如き超微粉シリカが好適である。

更に、この特殊セメントを結合剤として所望する形状ま
たは大きさの無機質成形体を製造するにあたり、使用す
る骨材は、耐熱性または熱履歴を有するものでなければ
ならない、この理由は、特殊セメントの耐火性の機能を
生じて、耐火性の成形体を得るために熱雰囲気で脱水や
熱膨張が可及的に小さいものが好ましいことによる。

係る骨材としては、例えば、シャモット、耐火レンガ屑
、各種陶磁器屑、高炉スラグなどの鉄鋼スラグ、ニッケ
ルスラグ、フェロアロイスラグなどの非鉄金属精錬スラ
グあるいは火成岩等が挙げられる。

更に、補助材料とは、成形体の製造の際に作業性や成形
性の改善のための添加剤または成形体の強度改善や改質
のために使用される材料であって、メチルセルローズ、
合成樹脂エマルジョンなどの可塑材、減水剤、凝結遅延
剤、界面活性剤、有機質短繊維、無機質短繊維、発泡剤
、または色材等の少なくとも１種または２種以上が挙げ
られる。

短繊維としては例えば、ロックウール、スラグウール、
ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ステンレス繊
維、アスベスト、ロックウール等の無機質繊維、ポリエ
ステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニル等の
有機質繊維の１種または２種が挙げられる。

本発明に係る成形体は、以上の各原料混合物が水硬反応
により成形して得られるものであって、その配合割合は
、使用の目的や各原料の物性及び成形手段等により適宜
設定すべきものである。

しかしながら、多くの場合これらの比率は特殊セメント
１００重量部当り、活性シリカがＳｉＯ２として５〜４
０重量部、骨材２０〜５００重量部及び補助材料２〜２
０重量部の範囲内にある。

係る原料混合物を調合してこれに水を加えて成形するに
は、各種の公知成形操作が用いられ、成形方法について
は特に限定する必要はない。

本発明において成形するには、該原料混合物に水を加え
て混練する際、減水剤を添加し水／セメント比（Ｗ／Ｃ
）を１０〜４０重量％という非常に少ない水の量で混練
して成形することが特徴となっている。

従って、Ｗ／Ｃカ＜１０重量％未満では成形が困難とな
り、逆に４０重量％を超えると水の過剰による不都合が
生じる。

なお、前記のように成形方法は特に限定するものではな
いが、例えば押出成形、中空押出成形、振動成形、加圧
成形あるいは鋳型成形など所望の方法が適用できる。

かくして成形処理後は、常法により、自然養生、乾燥し
て製品とすることができるが、本発明に係る成形体は１
２０〜１１００℃、好ましくは３００〜１１００℃の温
度で乾燥から焼成することにより、−層すぐれた成形体
とすることができる。

すなわち、本発明に係る成形体は耐火性があるために加
熱処理を施すことにより上記温度内で強度が向上するか
、または少なくとも熱劣化しないことが特徴となってい
る。

このことは、加熱時における収縮率が１．０％以下、好
ましくは０．５％以下という熱抵抗性のあることからも
理解できる。

従って、従来のセメント成形品について困難とされてい
たセメント製品の施釉による表面化粧が容易になること
から、予備焼成後施釉して本焼成するか、乾燥成形体に
施釉して焼成することにより美観のある施釉成形体とす
ることができる。

〔実施例〕

（１）特殊セメントの調製 生石灰、珪石、高炉滓、ホタル石、ボーキサイト及び工
業薬品を原料として調合した各種の混合物をそれぞれ１
００ＫＶＡ抵抗式電気炉を用いて溶融した後、硼珪酸ア
ルカリガラス粉（Ｂ、０．＝３１．８重量％）を溶融物
に対して１．５重量％添加した。

次いで、この溶湯を耐火断熱レンガで内張すしかつ保温
蓋を有するカーボン製のスラグボットに出湯して一昼夜
徐冷した。

次いで、これらの徐冷塊をショウクラッシャーで粗砕し
た後、更にボールミルで微粉砕を行って、第１表に示す
特殊セメントＮｏ、１〜３を得た。

（２）特殊セメントの調製 製鋼用電気炉（３０トン容量）にて取り出されるステン
レス製鋼スラグを取鍋に移し、次いでこれよりスラグボ
ットへ除滓する際、スラグ量３．７トンに対し硼珪酸ア
ルカリガラス粉末を溶融物に対して１．５重量％添加し
た。

次いで、冷却後、改質ステンレス製鋼スラグ塊を上記〈
１）項に準じて粉砕・調製し、特殊セメン）Ｎｏ、４及
び５を得た。

これら特殊セメントＮｏ、１〜５に関する化学組成及び
ブレーン比表面積は、第１表に示すとおりである。

（３〉原料配合割合 第１表記載の特殊セメントを結合剤とし、骨材として高
炉徐冷スラグ（１０８℃乾燥品）、ｔたはシャモット（
１０８℃乾燥品）を用い、これらにシリカフラワー［Ｓ
　ｉｏ　２＝　９０重量％二日本重化学工業（株）社製
］、メチルセルローズ［信越化学（株〉社製（商品名メ
トローズｈ　１９０ｓｌＩ４０００）　］及び耐熱、耐
アルカリグラスファイバー［日本電気硝子〈株）社製（
＾ＣＳ　８Ｈ−３６０Ｘ）］を添加混合し、第２表に示
す組成のうち、水、減水剤及び凝結遅延剤を除く１０種
類の乾配合物を調製した。なお使用した骨材の粒度構成
を第３表に示す。

第３表 骨材粒度 （４）成形体の製造 （ａ）押出中空板（実施例１〜１０） これら１０種類の銘記合物をそれぞれ２ＯＮニーダに入
れ、約３分間ドライミキシングを行った後、第２表に記
載のそれぞれの実施例に対応する所定量の混練水にて高
性能減水剤及び凝結遅延剤を溶解し、添加して、約５分
間混練した後、本田鉄工（株〉社製ＤＥ１００型押出成
型押全成形機２００輪輪、長さ１０００ｍｍ、厚さ１５
問、中空率約４０％の図１に示す中空成形板（実施例１
〜１０）を製造した。

（ｂ）押出平板状成形板（実施例１１〜２０）第２表に
示す同じＮｏ、の原料配合物に対応してそれぞれ押出中
空板と同様の操作で混練した後、前号コレ閤シー畑虫１
虐額塙Ｌ−プ　閘つＬ→壬奇閤寸辻の中空部のない平板
をそれぞれ１０種類製造した。

（５）成形体の養生及び物性試験 これらの成形板は２０℃、８０％ＲＨの恒温、恒温室内
に１８時間静置した後、２０℃、５０％ＲＨの恒温、恒
温室内に１２０時間、気乾養生を行った。次に、気乾養
生後の各成形体は長さ４０１に切断し、２００ｍｍＸ４
０ｎ＋ｎ＋Ｘ　１５ｍｍ（厚さ）の供試体を作成した。

（ａ）中空板の物性試験 １試料６枚の供試体は、電気炉で１５０°Ｃ１５時間乾
燥した後、８５０℃に昇温し、１時間保持し焼成徐冷し
た。６枠中３枚は、焼成時における状態変化測定用の供
試体として、割れの状態の観察、及び収縮率、反りの測
定用供試体として使用した（実施例１〜１０）。

（ｂ）平板の物性試験 １試料１２枚の供試体のうち３枚は、焼成前の曲げ強度
測定用供試体として使用し、残り９枚については中空板
の場合と同一条件で焼成徐冷した。

９枠中３枚は−そのままｔｌｈげ強度測宇用倶試休とし
て使用し、３枚は２０℃の水中に投入し、１時間浸漬後
、取り出して、７日間気乾養生して再水和後の１１旧ヂ
強度測定用供試体として使用した〈実施例１１） （６）供試体の評価方法 （ａ）「割れ」は倍率１６倍のルーペにより目視判定す
る。

（ｂ）「収縮率」は同一供試体（２００＋１１！ＩＩＸ
　４０ｍｍＸ１５ｍｍＪｊさ）の長手方向寸法を気乾養
生後と、８５０℃焼成放冷後について、ノギスを用いて
測定し、寸法変化を気乾養生後の寸法を１００として百
分率で表す。数値は前記（ａ）項と同様に１組３個の平
均値である。

（Ｃ）「反りＪは焼成供試体について、図１のａ平面を
測定面とし、ＪＩＳ八〜へ２０９ｒ陶磁器質タイルｊに
準じ、焼成による「でこ反りＪ「へこ反り」を測定した
。

なお、「でこ反り」については測定値に（＋〉の符号を
、ｒへこ反り」についてはく−）の符号を付した。

数値は前記（ａ）及び（ｂ）項と同様に１組３個の平均
値である。

（ｄ〉「曲げ強度」はスパン１００Ｉ、中央載荷、定変
位荷重＝０．５ｍｍ、／分にて測定する。数値は１試料
１組３個の供試体の平均値である。

（７）評価の結果 以下、実施例１〜２０の成形像を評価するために行った
試験結果は下記のとおりである。

（１）押出中空板（８５０℃焼戊品） 第２表の配合により押出成形した中空供試体の焼成後の
物性は第４表に示すとおりであった。

（２）押出平板 第２表の配合により押出成形した平板状償試体の曲げ強
度は第５表のとおりであった。

実施例２１ 実施例１〜２０における各成形板の焼成された供試体各
３枚の基板について施釉試験を実施した。

釉薬としては、線膨張係数（以下αと呼称する）がα＝
６．５Ｘ１０−’、７．ＯＸ１］’　　７．３Ｘより軸
沿を行った後、８５０℃で焼成して施紬をした。これら
の施釉品を常温で室内に３０日間放置した。

各供試体における釉面及び基板の状況は第６表のとおり
であった。

注１）Ｏ：釉面割れがなく、美観のある施釉面である。

×：釉面にクラックがあり、良質の施釉面でない。

実施例２２〜３２ （１）　彩雲委力成形板の１ｕ迭 第１表記載の特殊セメントを、結合剤とし、骨材として
高炉徐冷スラグまたはシャモットを用い、これらにシリ
カフラワーを添加混合し、第７表の如〈実施例２２〜３
１の１０種類の銘記合物を調製した。使用した骨材の粒
度構成を第８表に示す。

これら１０種類の配合物は第７表に基づき、高性能減水
剤と水を加え、混線機で混練した１次いで、２００ｍｍ
Ｘ５５０ｍｍＸ１５間の型枠へ流し込み、振動成形し、
２０℃、８０％ＲＨの恒温、恒温室内に１８時間靜直重
てから脱液した後、２０℃。

５０％ＲＨの恒温恒湿室内に１２０時間、気乾養生を行
った。

次に、気乾養生後の各供試体をカッターで切断し、２０
０ｍｍＸ　４０ｍｍＸ　１５ｖｎ（厚さ）の供試体を１
サンプルにつき１２枚作成し３枚を１組とした供試体を
４組作成した。

第７表 配合表 （２） 供試体の物性試験 １試料１２枚（４組）の供試体を用い、実施例１ 〜２１に準じ、物性試験、強度試験、及び施釉を行った
。

それぞれの測定結果、第９表（実施例２２〜３１）のと
おりであった。

実施例３２ 実施例２２〜３１で得られた成形体に実施例２１と同様
にフリット釉薬を掛けて焼成し施釉した。その結果を第
１０表に示す。

第１０表 施釉試験 Ｏ：釉面割れなし。

×：釉面にクラックあり。

〔発明の効果〕

本発明に係る無機質成形体は、耐火性を有する特殊セメ
ントを結合剤としているものであるため、従来のポルト
ランドセメントを結合剤とする成形体に比較して著しい
耐火特性を有する。

すなわち、従来のセメント成形品は、加熱すると脱水し
て水硬強度が著しく低下して成形強度を維持することが
できなくなるが、本発明に係る成形体はむしろ強度が増
大する耐火性を有し、かつ加熱による収縮率が１．０％
以下という極めて成形安定性のすぐれたものである。

従って、従来施釉が非常に困難とされたセメント成形品
に代わって、本発明に係る成形品は、美観のある施釉面
をもつ表面化粧をすることができる。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の実施ｇ様の１つである中空押出板の断
面図であり、図２は押出平板の断面図を示すものである
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐火性を有する特殊セメント、活性シリカ、耐熱
   性または熱履歴を有する骨材及び補助材料からなる混合
   物を水硬成形したものであって、加熱時における収縮率
   が１．０％以下であることを特徴とする無機質成形体。
2. （２）混合物は耐火性を有する特殊セメント１００重量
   部当り、活性シリカがＳｉＯ＿２として５〜４０重量部
   、耐熱性または熱履歴を有する骨材２０〜５００重量部
   及び補助材料２〜２０重量部からなるものである請求項
   １記載の無機質成形体。
3. （３）請求項１または２記載の成形体は１２０〜１１０
   ０℃の温度で加熱処理されたものである無機質成形体。
4. （４）特殊セメントは、ＣａＯ：４０〜６５重量％、Ｓ
   ｉＯ＿２：１０〜３２重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：７〜２
   ４重量％、Ｆ：１．５〜１２．０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３
   ：０．１〜５重量％、その他の成分が１５重量％以下の
   範囲内の組成を有する結晶性微粉末である請求項１から
   ３までのいずれか１項記載の無機質成形体。
5. （５）補助材料は可塑材、有機質短繊維、無機質短繊維
   、減水剤、凝結遅延剤または色材等から選ばれた１種ま
   たは２種以上である請求項１から４までのいずれか１項
   記載の無機質成形体。
6. （６）無機質成形体は施釉により表面化粧したものであ
   る請求項１から５までのいずれか１項記載の無機質成形
   体。
7. （７）耐火性を有する特殊セメント、活性シリカ、耐熱
   性または熱履歴を有する骨材及び補助材料からなる原料
   混合物に水を加えて混練する際、減水剤及び凝固遅延剤
   を添加し水／セメント比を５〜４０重量％の範囲で混練
   した後、成形することを特徴とする無機質成形体の製造
   法。
8. （８）請求項７記載の成形処理した後、１２０〜１１０
   ０℃で乾燥から焼成する無機質成形体の製造法。
9. （９）請求項８記載の無機質成形体に施釉することを特
   徴とする無機質成形体の製造法。