JPH0333080A

JPH0333080A - 熔融表面層を有するセメント質材の製法

Info

Publication number: JPH0333080A
Application number: JP16628189A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ishida; 秀輝石田; Shibakumaran Uigunarajiya; ウィグナラジャ　シバクマラン; Kazumasa Goto; 後藤　和昌
Original assignee: SANGYO SOUZOU KENKYUSHO; Inax Corp
Current assignee: SANGYO SOUZOU KENKYUSHO; Inax Corp
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1991-02-13

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、プラズマ炎またはレーザー光の照射によって
セメント質材の表面を熔融してなる、熔融固化表面層を
有するセメント質材の開切こｌＸｇオる。詳しくは、特
定の組成の表面層を有するセメント質材の表面にプラズ
マ炎またはレーザー光を照射して該表面を熔融して熔融
固化表面層を形成することからなる、白華および接合強
度を改善した化粧表面層を有するセメント質材の製法に
関する。本発明によれば、高熱ビーム照射されたセメン
ト質材の表面が高温度に加熱されても熱劣化することな
く、高能率にて熔融固化した表面化粧が達成できる。

従来の技術およびその問題点コンクリート板等のセメント質材の表面熔融処理は、熔
融のための加熱によってセメント質材の強度が熱劣化す
る。従って、実用的な強度を有する表面熔融セメント質
材を得ることは、実質的に不可能であった。

セメント質材表面に高熱の火炎またはプラズマ炎を照射
して熔融する方法を、本発明者は試みた。

しかしこの場合においては、セメント質材表面層の内部
が（イ）約４００℃以上に加熱されないように注意深く
照射して熱劣化を防止しながら、表面を熔融することは
実質的に困難であるか、（ロ）注意深く照射しても該表
面層の内部が約６００〜９００℃前後に加熱された場合
には、熱劣化した表面層内部を水蒸気等によって再水和
処理して強度を回復する面倒な工程が必要であった。い
ずれにせよ、セメント質材の表面層内部を９５０℃以上
に加熱すると上記の再水和が不可能となる。従って、充
分な熔融効果および能率の観点から、実用性に乏しいも
のであった。

問題点を解決するための手段本発明者は、セメント質材の少なくも表面層に焼結有効
量の熔融ガラス化性材料粉（例えばガラス粉）を存在さ
せることによって、セメント質材表面層の内部が例えば
９００℃以上に加熱されてセメント硬化物が脱水しても
、該ガラス粉等によって脱水表面層の内部が焼結して熱
劣化を防止できることを見出した。しかし、ガラス粉を
含有するセメント質材を高温度加熱すると多量の白華を
形成するので実用性がなかった。本発明者は、特定の鉱
物粉をセメント質材中に存在させることにょって、白華
が実質的に防止できることを見出した。

従って、本発明によって、セメント質成形硬化物からな
り、該成形物の少なくも熔融処理する表面層が水硬性セ
メント、焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに
珪酸マグネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミ
ニウム鉱物粉およびこれらの二組上の混合物からなる群
から選ばれる鉱物粉から本質的になるセメント質材の所
要の表面に；プラズマ炎またはレーザー光を照射して該
セメント質材の照射面を熔融する工程を特徴とする：該
熔融表面層の白華および接合強度を改善した熔融固化表
面層を有するセメント質材の製法が提供される。上記に
おいて、光透過遮断性模様マスクを通してレーザー光を
照射することによって、該マスクの模様状の熔融固化表
面層を有するセメント質材が得られる。

なお、上記の鉱物粉およびガラス粉等は相対的に安価で
あるので、該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメ
ント、焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪
酸マグネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニ
ウム鉱物粉およびこれらの二組上の混合物からなる群か
ら遺ばれる鉱物粉から本質的になる混和物を成形しそし
て水和硬化してなる、セメント質材であることができる
。

該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント、熔融
ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウム鉱物粉、
活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉およびこれら
の二組上の混合物からなる群から選ばれる鉱物粉から本
質的になる、成形および焼成（例えばｔｏｏｏ℃以上）
してなるセメント質系セラミック材であることが材料強
度の観点から有利である。。

作用および効果上記のようにセメント質材の少なくも表面層に上記の特
定の鉱物粉および焼結有効量のガラス粉等を存在させる
ことによって、該表面層内部が例えば１４００℃程度ま
で加熱されてもガラス粉等の焼結によって熱劣化が防止
でき、そして更に該鉱物粉の存在によって白華現象が有
利に防止できる。従って、プラズマ炎また１はレーザー
光を強力に照射することが可能であり、また面倒な再水
和工程も不要であるので、高能率に表面熔融処理が達成
できる。

発明の詳しい記述（１）セメント質材の原材料水硬性セメントとしては、ポルトランドセメント、アル
ミナセメント、高炉セメント、混合ポルトランドセメン
ト等、の水硬結合性材料粉がいずれも使用可能である。

また任意材料である骨材は、加熱時において急激な膨張
、収縮を生じない安定なもの（例えば陶磁器質シャモッ
ト）が望ましく、また川砂、海砂、珪砂、安山岩、玄武
岩、硬質砂岩等も用いられる。

上記のガラス化性材料粉は、加熱時においてガラス性熔
融物等のフラックスを形成し他の材料粒子間に侵入して
、焼結効果を達成するものである。

具体的には各種のガラス粉、市販のフリブト、長石、シ
ラス、火山灰、その池のガラス化性火成岩粉等が例示さ
れる。通常はガラス粉、長石粉またはこれらの混合物が
用いられる。

上記の鉱物粉は、その焼結性または高温度反応性の観点
から、微粒状であることが必要であり、そして一般的に
は平均粒径が約５０ミクロン以下そして通常は約５〜３
０ミクロン程度である。該鉱物粉は、セメント用の骨材
とは区別されるものであり、（イ）加熱中に活性化して
焼結するものおよび／または（ロ）セメント中のカルシ
ウム成分と高温度反応して焼結高強度物質を形成するも
のである。

珪酸成分および酸化マグネシウム成分を含む珪酸マグネ
シウム鉱物粉としてはタルク、蛇紋岩、緑泥石等の粉体
が例示される。通常は蛇紋岩粉、タルク粉、またはこれ
らの混合物が有利に採用される。

活性珪酸鉱物粉または珪酸成分および酸化アルミニウム
成分を含む珪酸アルミニウム鉱物粉としては、非晶質シ
リカ、微粉末珪砂（骨材用粗珪砂は効果がない）、ろう
石粉（パイロフィライト）、カオリンまたはセリサイト
等の粘土鉱物粉が例示される。通常は、ろう石、微粉末
珪砂、非晶質シリカ、またはこれらの混合物が有利に使
用される。

（２）原材料の配合量ガラス化性材料粉を含有する耐熱劣化性のセメント質材
料の好ましい配合重量の範囲を下表に示す。これに、成
形およびセメントの水和に必要な量の水（例えばセファ
１１部に対して０．１〜０゜５重量部の水）を加えて混
和し、成形する。これらの配合量は、本発明の作用効果
を達成する各原材料の好ましい有効量を示すものである
。

一般的な原材料の配合量（重量部）水硬性セメント　　　　　　　　　　　１００部ガラス
化性材料粉　　　　　約５０〜３００部上記の鉱物粉ま
たは混合物約２０〜４００部（好ましくは約５０〜３００部）骨材　　　　　　　　　　　約５００〜０部典型的な原
材料の配合量（重量部）水硬性セメント（例　ポルトランドセメント）１００部 −Ｉｆ　　−ｙ　　？　　＆ＵｋｋｊｕｔＡ　　（ｉｆ
　　　　ｆｆ　　％　　ス、餌））約５０〜２００部（例えば１００部前後）珪酸マグネシウム鉱物（例　蛇紋岩）約５０〜２００部（例えば１００部前後）珪酸鉱物および／または珪酸アルミニウム鉱物（例　ろ
う石）　　　　　　　　約５〜１５０部（通常は約１０
−１００部）（例えば５０部前後）骨材　　　　　　　　　　　　　約３００〜０部（例え
ば１５０部前後）なお、セメント１００部に対して、他の成分の合計量は
一般的に６００部以下である。

（３）プラズマおよびレーザーの定義プラズマ炎本発明で使用するプラズマ炎とは、主として、窒素ガス
、アルゴンガス、ネオンガス等の不活性ガスを７１ＡＭ
させて形成する高温高速のプラズマジェットを意味する
。更に必要に応じて該不活性ガスｔ、−＃Ｉ　−２ｆ　
ｋ老Ｖ　ｉｆ　四’ｓ１２　ｔ１１ｄ３　ｍ　；ｋ　ｈ
、るレーザー光本発明で使用するレーザー光とは、原子および分子内の
束縛電子のエネルギー準位系による誘導放出によって、
光波を発振増幅したコヒーレントな光ビームを意味する
。代表的には、ＣＯｔレーザー等の気体レーザーおよび
ヤグ（ＹＡＧ）レーザー等の固体レーザーが効果的に使
用できる。

（４）プラズマ炎の照射本発明にて使用するセメント質材は充分に耐熱性である
ので、使用するプラズマガンの出力は特に制限されない
が、通常約１０ｋｗ〜約６０ｋｗの範囲が適当である。

また、ガンとセメント質材表面との距離は通常約３０ｍ
ｍ〜３００ｍｍ程度である。該距離が約３０ｍｍ未満で
あると基材および装置の破損が生じ易い。なお、プラズ
マ炎の基材上の照射面積は、−膜内に直径が約５〜２０
ｍｍ程度の円形状となる。

プラズマ照射は通常、プラズマガンまたはセメント質基
材を左右方向に一定の走査速度（通常、数ｃｍないし数
十０ｍ７秒）にて一定の走査間隔（プラズマ炎の照射面
積によるが通常数ｍｍ〜十数ｍ　ｍ　）で移動させて行
われる。

本発明の方法は、通常は、実質的に平面状の熔融すべき
表面を有するセメント質基材に有利に適用されるが、急
激な形状変化のない曲面状の該表面を有する該基材にも
適用できる。即ち、後者の場合、熔融すべき表面とプラ
ズマ照射装置（例えばプラズマガン）との距離の変化が
約３％以内であれば、平面の場合と同様に実施可能であ
る。

両者の距離が約５％以上に渡って変化する場合には照射
すべき該曲面との距離がほぼ一定となるように、該曲面
の変化にそってプラズマガンの位置を該間隔方向に移動
してプラズマ炎を適用するのが望ましい。なお後記のレ
ーザー光による照射の場合は、あまり該距離に留意しな
くともよい。

円筒状または円柱状等の棒状のセメント質基材表面に照
射する場合は、例えば照射すべき棒状の基材を回転させ
ながら相対的に移動させて、プラズマ炎を適用すること
ができる。

本発明に使用する装置は、少なくも一個のプラズマガン
並びに該プラズマガンおよび必要に応じて照射すべき基
材をそれぞれ保持する支持具から本質的に成る。更に、
照射すべき表面全体にプラズマ炎を均一に適用するため
、該ガンの支持具および／または該基材の支持具を移動
させる手段を備える。例えば、複数個のプラズマガンを
所定の間隔に配置して固定し、該ガンの配列と実質的に
垂直方向に該ガンから一定の距離を維持して、照射すべ
き基材を移動させる搬送機を備えた構成の装置が例示さ
れる。この複数個のガンの代わりに一個のプラズマガン
を該搬送方向と垂直方向に往復して移動させる態様も例
示される。更に上記の曲面を有する基材の場合は、該曲
面の変化に応じ、プラズマガンの位置を両者の間隔方向
に変化させることができる。なお、上記の各態様におけ
る各移動手段は、エレクトロニクスによって自動的に制
御することが可能である。これらの制御手段は、例えば
、自動工作機械等の技術常識に基づき容易に成し得る。

（５）レーザー光の照射レーザー光照射の態様は、プラズマ炎の場合と本質的に
同様である。プラズマ炎の場合の「ガンとセメント質材
表面との距離」は、「集光レンズとセメント質材表面と
の距離」に読みかえるのが正しい。なおレーザー光の照
射は、プラズマ炎の場合と比較して、（イ）レーザー光
は実質的に減電しないので、ミラーおよび導管等を用い
て任意の場所にレーザー光を誘導できる、（ロ）光であ
るので、プラズマ炎構成物質による影響がない、（ハ）
光学系の利用によって、照射ビームの形状およびエネル
ギー分布を自由に変化できる、（ニ）風　　　　　　　
　等の影響が少ない、（ホ）照　９射すべき表面の直前
または上流に光透過遮断性模様マスクを設置して、該マ
スク模様状の照射ができる、（へ）反射ミラー等を用い
て、複雑な表面および裏面等の照射が可能である、等の
利点がある。

具体例例Ｉ（比較例）：重量部にてガラス粉３０部、セメント（普通ボルトラン
ドセメント）３０部、骨材としての磁器シャモット（粒
径１ｓ＋ｍ以下）４０部、水１６部およびメチルセルロ
ース１．２部を調合して混練した後、押出成形法で幅５
〇−鵬、長さ１００ｓ＋ａ、厚さ１０ｍｇｍの寸法に成
形し、水和養生しそして１０５℃にて乾燥して試験体と
した。

プラズマテクニック社製のプラズマガンを用いて、該試
験体の上表面に下記の条件にてプラズマ炎を照射しそし
て放冷した。

プラズマ用入力エネルギー：約５０ＫＷガン／試験体表
面の距離　：約９ｈｍガンの走査速度（左右方向）：　６ｃｎ／秒ガンの走査
間隔（幅方向）：１０部ｍこのようにして、該試験体の照射表面にセメントおよび
ガラス成分が熔融固化した表面層が得られ、そして該熔
融表面層とセメント質基材との接合は強固であった。し
かし、該熔融表面層上にガラス成分およびセメント成分
等に由来する白華（全熔融表面積に対して約１５１程度
）が出現し、白華の点で実用性に乏しいと判断された。

例２：重量部にて珪酸アルミニウム鉱物としてろう石２０部、
ガラス粉２０部、セメントとして普通ポルトランドセメ
ント２０部、骨材として磁器シャモット（粒径ｌａｍ以
下）４０１、水１７部およびメチルセルロースＩＩＩを
調合し、混練した後、押出成形法で幅５０１、長さ１０
０ｍｍ、厚さ１０ｔｓの寸法に成形し、水和養生しそし
て乾燥して試験体とした。

該試験体の上表面を例Ｉと同条件にてプラズマ炎照射し
て、美麗でありそしてセメント質基材と充分に接合して
いる熔融表面層が得られた。白華の出現面積は約１％で
あり、実用的に望ましい程度であった。

例３：重量部にて珪酸マグネシウム鉱物として蛇紋岩２０部、
ガラス粉２０部、セメントとして普通ポルトランドセメ
ント２０部、骨材として磁器シャモット（粒径ＩＩ以下
）４０部、水１７部およびメチルセルロース１部を調合
し、これを混練し°た後、押出成形法で幅５（ｌｅｇ、
長さ１００１１６％厚さ１０ｍｅｎの寸法に成形し、水
和養生しそして乾燥して試験体とした。

該試験体の上表面を例１と同条件にてプラズマ炎照射し
て、例２と同様な熔融表面層を得た。白華面積は全表面
積に対して約１．５Ｓ以下であり、実用的に望ましい程
度であった。

例４：原材料として、下記の混合物（重量部）を使用した。

普通ポルトランドセメント　　　　１００部蛇紋岩（１
５Ｇメツシユ以ｆ）５０部ガラス粉（１００メツシユ以下）１２５部ろう石（２０
０メツシユ以下）２５部色シャモット骨材（粒径１ｍｍ以下）２００部上記の混
合物に水およびメチルセルロースを加えて混練し、幅５
（ｌｓ＋＊そして厚さｌｅｌに押出成形し、長さ１００
ｍ５＋に切断して試料とした。該試料を水和養生しそし
て１０５℃にて空気乾燥した。

島田理化工業（株）製のレーザー（ＣＯ，）ガンを用い
、そして照射する試験体２の上に水玉模様の光透過マス
ク６を設置して、該試験体２の上表面に下記の条件にて
レーザー光４を照射しそして放冷した。　（なお、本例
では低出力レーザーを使用したが、工業的には出力５Ｋ
Ｗ以上のものが望ましい。）レーザー光エネルギー密度　：約２００Ｗ／平方ｃｍ集
光レンズ５／試験体表面の距離：約３０ｃｎガンの走査
速度（左右方向）　　＋６ｃｎ／分ガンの走査間隔（幅
方向）　　　：１０ｎｓ該試験体２の照射表面にセメン
トおよびガラス成分が水玉模様に熔融固化した美麗な表
面層３を有する、表面熔融セメント買収ｌが得られた。

該表面層とセメント質基材との接合は強固であった。

更に該熔融表面層上の白華は目視にて検出されなかった
。

例５（比較例）：例１においてガラス粉を含有せずシャモット骨材を７０
部含有する試験体を用いて、例１と同条件にて実施した
。照射した表面層から約ｌＯＯ〜２００ミクロン程度の
内部の層の接合が低下し、剥離しやすい状態であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において模様マスクを通してレーザー
光を照射して、該模様状の熔融固化層を形成する態様を
例示する説明図である。 ■・・・表面熔融セメント質板；　２・・・セメント質
板：　３・・・熔融固化層：　４・・・レーザー光ビー
ム：　５・・・集光レンズ；　６・・・模様マスク。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セメント質成形硬化物からなり、該成形物の少な
くも熔融処理する表面層が水硬性セメント、焼結有効量
の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウム鉱
物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉および
これらの二以上の混合物からなる群から選ばれる鉱物粉
から本質的になるセメント質材の所要の表面に；プラズ
マ炎またはレーザー光を照射して該セメント質材の照射
面を熔融する工程を特徴とする；該熔融表面層の白華お
よび接合強度を改善した熔融固化表面層を有するセメン
ト質材の製法。
（２）光透過遮断性模様マスクを通してレーザー光を照
射することを特徴とする、該マスクの模様状の熔融固化
表面層を有する請求項１のセメント質材の製法。
（３）該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント
、焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マ
グネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム
鉱物粉およびこれらの二以上の混合物からなる群から選
ばれる鉱物粉から本質的になる混和物を成形しそして水
和硬化してなる、セメント質材である、請求項１または
２の製法。
（４）該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント
、熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウム鉱
物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉および
これらの二以上の混合物からなる群から選ばれる鉱物粉
から本質的になる、成形および焼成してなるセメント質
系セラミック材である、請求項１または２の製法。