JPH04130075A - レーザ照射によるセメント系硬化体の着色方法 - 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、レーザー照射によるセメント系硬化体の着色
方法に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、発色性無機反応物質を含有するセメント系硬化体の
表面に酸化雰囲気あるいは還元雰囲気下でレーザーを照
射して瞬時に発色させ、また、その表面を瞬時に溶融固
化しうるセメント系硬化体の着色方法に関するものであ
る。

本発明により得られたセメント系製品は建設資材なとと
じて有用である。

従来の技術 無機系建設資材の表面処理方法としては、セメント系硬
化体の表面に釉薬を塗布したのち、ロラーハウスキルン
、トンネルキルンで加熱処理してこの釉薬層を溶融させ
表面層をセラミック化し強化する方法、セメント系硬化
体の表面にホーロをかけ、これを熱処理して表面層をセ
ラミック化する方法、セメント系硬化体の表面に低融点
のガラス質材を塗布し、これを熱処理して表面層をセラ
ミック化する方法、セメント系硬化体の表面に無機塗料
を塗布し、これを焼付は処理して表面層をセラミック化
する方法、バーナーによる表面加熱処理方法などが知ら
れている。

しかしなから、これらのセメント系硬化体の熱処理ある
いは焼付は処理は、セメント系硬化体基材以外に釉薬等
の該基材表面に溶融する物質を別層にして設けることを
必要とし、大型の装置を要するとともに、そのためにエ
ネルギー消費量が犬となり、基材自体も熱に強いものと
するため、高価なアルミナ七メン［・やその他耐熱性材
料を用いる必要かあり、基材に対し熱を大量に必要とし
、加熱か長時間にわたるため熱収縮か３〜１０％生して
部材精度が悪くなるたけでなく、セメント中の結晶水か
散し著しく強度か低下するので、再水和処理等を行い、
一部強度回復を必要とするなと多くの工程と時間を要し
、加熱条件は酸化炎雰囲気下のものか多いため色合いか
濁りやすく、熱のコントロールも環境条件によって微妙
に変化することから、発色が安定しにくく、また種々の
形態に加工することは不可能で美粧性や装飾性等の外観
性に劣るという問題がある。

また、上記バーナー加熱方法は花崗岩や大谷石表面等の
石材なとに用いられているにすぎず、利用分野が制限さ
れるという問題がある。花崗岩の場合、あらかじめ表面
に水膜を形成したのち、バナー加熱により花崗岩中の石
英の熱膨張が大きいことを利用して表面を凹凸にするの
であるが、この方法は石英を含まないものや、石英含量
の低いもの、例えば大理石などには使用できない。大理
石の場合、バーナー加熱すると表面か反応して白色化し
、剥離してしまう。また、大谷岩のような凝灰岩の場合
、バーナー処理や各種キルンで焼成すると、鉱物組織が
複雑なため熱膨張、熱収縮か不均一に起こり、ネジレ、
割れ、へこみ等が生じ茶褐色化するし、また２００〜３
００ｍｍ角の寸法か精度面で限界であり、大型パネル化
は不可能である。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来のセメント系硬化体等の表面
処理方法のもつ欠点を克服し、任意の鮮明な色を発色さ
せることができ、表面硬度が大きく、耐久性に優れた表
面層を形成しうるとともに、装飾性、美粧性等の外観も
良好になしうるセメント系硬化体の着色方法を提供する
ことを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、前記の好ましい特性をもたらすセメント
系硬化体の着色方法を開発するために種々研究を重ねた
結果、特定の発色性無機反応物質含有セメント系硬化体
の表面にレーザーを照射して、該発色性無機反応物質を
瞬時に発色させるとともに、該セメント系硬化体の表面
を溶融固化させることにより、その目的を達成しうろこ
とを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至
っｌこ。

すなわち、本発明は、発色性無機反応物質を含有して成
るセメント系硬化体の表面に、酸化雰囲気あるいは還元
雰囲気下でレーザー照射を行うことにより、上記発色性
無機反応物質を瞬時に発色させることを特徴とするセメ
ント系硬化体の着色方法を提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に用いるセメント系硬化体は、セメント類と発色
性無機反応物質とを含有し水硬性のものであればいかな
るものでもよく特に限定されないが、通常はセメント類
に対し、発色性無機反応物質とともに骨材や、充てん材
等の混和材料や、水等を配合混練し、次いで成形加工す
るか、あるいは建設用躯体あるいは建設用構造物の表面
にコテ、ローラー、吹き付は等により被着させ、次いで
養生させて得られるものである。

このセメント類としては、ホワイトセメント、普通ポル
トランドセメント、ポゾランセメント、アルミナセメン
ト、ジェットセメントのような水硬性セメントや、石灰
とケイ石粉との混合物などが用いられる。

前記セメント系硬化体中の発色性無機反応物質は、レー
ザー照射を酸化雰囲気あるいは還元雰囲気下で行うこと
により発色する無機反応性物質であれば特に制限されず
、例えばセレンや、着色性金属酸化物、例えは酸化金、
酸化鉄、酸化銅、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸
化亜鉛、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化クロム及び
酸化カドミウムなどを挙げることかできる。これらは単
独で用いてもよいし、また２種以上を組合せて用いても
よい。発色の色相も様々であり、赤色系にはセレン系、
緑色系には鉄系、白色系にはソリ力などのケイ素系、黒
色系には酸化鉄、粘土などがそれぞれ用いられる。

この発色性無機反応物質は、セメント類に対し、重量基
準で、０．１〜８０％量でセメント硬化体に含有させる
のか好ましい。このセメント類への量比か０．１重量％
未満ては発色か不十分であるし、また８０重量％を超え
ると強度か低下する傾向を生しる。

また、骨材としては、例えは砂、砂利、砕石、れき、軽
量骨材、軽石、ケイ石、ケイ砂、スラグ（鉱滓）粒、陶
磁器粉なとか用いられ、また混和材料としては、石灰、
消石灰、製陶原料、陶磁器粉末、粘土類、粘土鉱物、七
オライド、フライアノ／ユ、スラグ（鉱滓）、焼却灰、
火山灰カラス、ンラス、抗火石、ガラス屑、ノリ力、ク
リストバライト、トリジマイト、アルミナ、ジルコン、
酸化チタン、マグ不ンア、炭酸カルシウム、セソコウ、
タルク、グラファイト、カーボンブラック、金属粉末な
どが用いられる。これらの骨材あるいは混和材料は単独
で用いてもよいし、また２種以上を組合せて用いてもよ
い。

前記骨材の配合割合は、セメント類１００重量部当り通
常は５０〜３００重量部、また前記混和材料の配合割合
は、セメント類１００重量部肖り通常は１０〜８０重量
部、また水の配合割合は、セメント類１００ｆＩｔ部当
り通常は４０〜２００重量部の範囲で選ばれる。

前記セメント系硬化体としては、例えば軽量コンクリー
ト、繊維補強コンクリートなどが挙げられる。

軽量コンクリートとしては、例えば軽量骨材を用いたも
の、発泡させて多孔質構造とした、Ａ、Ｌ、Ｃ。

のような軽量発泡コンクリートなどが挙げられ、市販品
には、例えばパルコン、ヘーベル、イトン、ンポレック
ス、デュロノクスなどかある。

また、セメント系硬化体は上記繊維補強コンクリートの
ように補強用繊維を含有していてもよく、このような補
強用繊維としては、例えば鋼繊維、耐アルカリ性ガラス
繊維、炭素繊維、ポリプロピレン繊維のようなポリオレ
フィン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊
維、パルプ繊維、麻繊維、石綿なとが挙げられ、これら
は単独で用いてもよいし、また２種以上を組合せて用い
てもよい。

前記セメント系硬化体を得るには、常法に従い、前記各
配合原料をよく混合し、ミキサーなとを用いて混練し、
次いで所定形状に成形するか、あるいは建設用躯体ある
いは建設用構造体の表面にコテ、ローラー、吹き付は等
により被着させ、次いで所定の養生を行い、硬化させる
なとの方法が行われる。

本発明に用いるレーザーは特に限定されないが、材料表
面を昇温しで溶融させる必要かあるので、有利には波長
の長い赤外線域でかつ高出力の炭酸ガスレーザーが用い
られる。

前記セメント系硬化体へレーザーを照射するに際しては
、あらかじめ該セメント硬化体の水分が該硬化体の゛比
重に応じ含水率が所定値内になるように制御するのが好
ましい。これは、第１図にセメント系硬化体のレーザー
照射による溶融固化領域を比重と含水率との関係で示す
ように、水分が多すぎるとレーザー加熱で瞬時に高熱と
なるため材料中の水分が水蒸気化して爆裂し溶融固化被
膜の生成が妨げられると推測されるからである。

前記セメント系硬化体へのレーザーの照射条件はセメン
ト系硬化体の種類、サイズ等の形態、使用目的等により
適宜変更されるか、通常は炭酸ガスレーザーを用い、最
大出力１０ｋＷ級で、レーザ出力０．５−９ｋＷ、照射
幅１−９００ｍｍ、ビーム径０．１〜５０ｍｍの範囲で
選はれる。

このようなレーザー照射により、前記セメント系硬化体
の表面層において、発色性無機反応物質が発色されると
ともに、通常はセメント類やその他骨材や混和材料なと
の配合原料由来の種々の構成成分とともに溶融固化され
る。

次に、本発明方法を行うために用いられる装置の１例を
添付図面によって説明すると、第２図はレーザー加工機
の略解図であって、１は発振ヘッドや制御装置を備えた
レーザー発振装置及び光学系であり、これより発振され
たレーザー光は第３図に模式図で示すオシュレージョン
ビーム法、セグメントミラー法等により、ビームの整形
が行われる。この整形されたレーザービームはレーザー
加工ＮＣ装置２の加工ヘッド３からＸＹテーブル型の加
工台４上のセメント系硬化体５の表面へ照射される。

レーザー発振装置及び光学系ｌは、冷却装置６で過熱さ
れないように冷却される。レーザー照射は操作盤７でレ
ーザー出力、照射幅、ビーム径を適宜設定するとともに
、照射強度については移動速度の調整によっても制御す
るようにして行われる。このような装置としては、例え
は炭酸ガスレーザー加工機などが用いられる。

発明の効果 本発明方法によれは、セメント系硬化体中の発色性無機
反応物質を鮮明な色相で発色させることができ、発色性
無機反応物質の種類を適宜選定することにより任意の色
の発色が得られる上に、釉薬など余分な塗布剤等を別途
に用意することなく、表面を溶融固化し、表面硬度を高
めることができ、タイルなど既存の建材に比べ短時間に
大型サイズの表面処理ができ、高級な質感が醸成され、
さらにＮＣ制御等によって自由な模様が描けるので、装
飾性、美粧性等の外観を良好になすことができ、しかも
溶融深さ、ひいては表面処理深さをレーザの照射強度等
を調節するなどして任意に変化させうるという顕著な効
果を奏する。

従って、本発明方法により得られるセメント系製品は建
設資材などとして有用である。

実施例 次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

なお、原料の使用量比は全て重量％である。

実施例１ ポルトランドセメント３３％、ケイ石６２％及びＦｅ２
Ｏ，５％からなる着色性モルタルに、水を上記セメント
に対し６５重量％の割合で加えて調合し、ミキサーを用
いて２０℃で１〜５分間混練し、３０　Ｘ　６０　Ｘ　
１．５ｃｍの板状に成形されるように型枠に入れ成形し
たのち、気中７日養生し、比重１．２ｇ／ｃｍ’、曲げ
強度４０ｋＮ／ｃｍ”、圧縮強度２００＆ｇｆ／Ｃｍ２
、熱伝導率帆７ｋｃａｌ／ｍ、ｈ、℃の成形体Ａを作成
した。

このようにして得られた成形体を含水率５％以下に乾燥
したのち、最大出力１．２ｋＷの炭酸ガスレザー加工機
にかけ、該成形体表面にレーザー出力５５０Ｗ　、　　
ビーム径３．２ｍｍ１．　　ヒームオンユレーンヨン周
波数９５Ｈｚのレーザービームを照射幅２５ｍｍ、移動
速度２５０ｍｍ１分で照射したところ、瞬時に黒く発色
した。

得られた表面処理製品について表面硬度、耐久性、退色
性等の諸物性を測定した。その測定方法及び結果を表に
示す。

実施例２ ポルトランドセメント３３％及びケイ石粒６７％からな
るモルタル１００重量部に、水を上記セメントに対し６
０重量％の割合で加えて調合し、ミキサーを用いて２０
°Ｃで５分間混練し、３０Ｘ６０Ｘ２ｃｍの板状に成形
されるように型枠に入れ発泡成形したのち、気中７日養
生し、比重Ｌ３ｇ／ｃｍ３、曲げ強度４０ｋｇｆ／ｃが
、圧縮強度２００＃ｇｆ　／　ｃｍ　”、熱伝導率０．
７ｋｃａｌ／　ｍ、ｉ、℃を有し、ケイ石粒が表面に現
れた成形体Ｂを作成した。

このようにして得られた成形体を含水率５％以下に乾燥
したのち、最大出力１．２に★の炭酸カスレザー加工機
にかけ、該成形体表面にレーザー出力５５０Ｗ　、　　
ビーム径３　、２ｍｍ　ｌ、ヒームオ／ニレージョン周
波数９５Ｈｚのレーザー出力ムを照射幅２５ｍｍ、移動
速度２５０ｍｍ／分で照射したところ、瞬時に白く発色
した。

得られた着色処理製品について表面硬度、耐久性、退色
性等の諸物性を測定した。その測定方法及び結果を表に
示す。

また、各実施例において照射高さをＯｍｍに代えても同
様の結果が得られた。

これより、レーザー照射により発色性無機反応物質の種
類に応し所望の任意の色に発色させることかでき、また
、表面硬度や凍結融解の繰り返しによる破壊性が著しく
改善されることが分る。この凍結融解性の向上はレーザ
ー照射により吸水性が改善されることに起因するものと
推測される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セメント系硬化体のレーザー照射による溶融
固化領域を比重と含水率との関係で示す説明図、第２図
は、本発明方法を行うために用いられる装置の１例の略
解図、第３図は、オシュレージョンビーム法の模式図で
ある。 図中１はレーザー発振装置及び光学系、２はレーザー加
工ＮＣ装置、３は加工ヘッド、４は加工台、５はセメン
ト系硬化体、６は冷却装置、７は操作盤である。 第 ！ 図 第２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　発色性無機反応物質を含有して成るセメント系硬化
   体の表面に、酸化雰囲気あるいは還元雰囲気下でレーザ
   ー照射を行うことにより、上記発色性無機反応物質を瞬
   時に発色させることを特徴とするセメント系硬化体の着
   色方法。 ２　発色性無機反応物質がセレン、酸化金、酸化鉄、酸
   化銅、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸
   化コバルト、酸化ニッケル、酸化クロム及び酸化カドミ
   ウムの中から選ばれた少なくとも１種である請求項１記
   載の着色方法。 ３　発色性無機反応物質の含有量がセメント類に対し、
   重量基準で０．１〜８０％である請求項１又は２記載の
   着色方法。 ４　セメント系硬化体が軽量コンクリートである請求項
   １、２又は３記載の着色方法。 ５　軽量コンクリートが軽量発泡コンクリートである請
   求項４記載の着色方法。 ６　セメント系硬化体が補強用繊維を含有するものであ
   る請求項１ないし５のいずれかに記載の着色方法。 ７　補強用繊維が鋼繊維、耐アルカリ性ガラス繊維、炭
   素繊維、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ビニロン
   繊維、ナイロン繊維、パルプ繊維、麻繊維及び石綿の中
   から選ばれた少なくとも１種である請求項６記載の着色
   方法。