JPH04160080A - レーザー照射によるゼオライト含有セメント系硬化体の表面処理方法 - 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表面
処理方法に関するものである。さらに詳しくいえば、本
発明は、セメント系硬化体の表面をレーザーを用いて溶
融固化させ、表面硬度が大きく、耐久性の高い表面層を
形成するとともに、装飾性、美粧性等の外観を良好とす
るセメント系硬化体の表面処理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どと
して有用である。

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、ローラーハウスキル
ン、トンネルキルンで加熱処理してこの釉薬層を溶融後
固化して表面層を強化する方法や、バーナーによる表面
加熱処理方法が知られている。

しかしながら、前者の方法はセメント系硬化体基材以外
に釉薬を必要とし、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大となり、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
るし、また後者の方法は花崗岩等の石材などに用いられ
ているにすぎず、利用分野が制限されるという欠点があ
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、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表面処
理方法を提供することを目的としてなされＩこものであ
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
系硬化体の表面処理方法を開発するために種々研究を重
ねた結果、特定のゼオライト含有セメント系硬化体の表
面にレーザーを照射して、上記ゼオライト中の成分をセ
メント類その他とともに溶融固化することにより、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た。

すなわ、ち、本発明は、セメント類に対し、重量基準で
１０〜８０％の、二酸化ケイ素含有率５０％以上のゼオ
ライトを含有して成るセメント系硬化体に、レーザー照
射を行い、該硬化体の表面を溶融固化することを特徴と
するゼオライト含有セメント系硬化体の表面処理方法を
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、セメント類に対し
、二酸化ケイ素含有率５０％以上のゼオライト１０〜８
０重量％、好ましくは２０〜７０重量％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、ゼオライトとともに骨材
や、充てん材等の混和材料や、水等を配合混練し、場合
により発泡させ、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潰させ、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。

このゼオライトのセメント系硬化体への配合割合が１０
重量％未満では溶融及び美粧化が不十分であるし、また
８０重量％を超えると強度が低下するのを免れない。

このセメント系硬化体の構成成分であるゼオライトは特
に制限されず、天然ゼオライト、合成ゼオライトの他、
これらのゼオライトを場合により粉砕分級して粒度調整
を行い、適当な温度でか焼して得た焼成ゼオライトも包
含され、分子ふるい能、イオン交換性、吸着性、吸湿性
、発泡性、触媒作用などをもつ多機能材料であり、例え
ばホウフッ石、ゼオライトＰ１ホージャサイト、リョウ
フッ石（シャバサイト）、毛７ツ石、ゼオライトＸ、Ｙ
、ソーダ７ツ石、モルデナイト、ゼオライトＴ１クリノ
プチロライト、シュウジフッ石、キ７ツ石、カイシュウ
ジ石、フェリエライト、エリオナイト、ブリュースタ−
７ツ石、ダキアルド７ツ石、ニシントン７ツ石、ダメリ
ナイト、ハクフッ石、ヘルビ石、ジスモンドブン石、カ
ンクリナイト、ケホヘアイト、ビゼアイト、オフレタイ
ト、ポーリンジャイト、シャプチロルフツ石、タバフツ
石、ワイラカイト、ニガワラフッ石などを挙げることが
でき、中でも特にクリノプチロライト、モルデナイトが
好ましい。

また、骨材としては、例えば砂、砂利、砕石、れき、軽
量骨材、軽石、ケイ石、ケイ砂、スラグ（鉱滓）粒、ゼ
オライト粒、陶磁器粉などが用いられ、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、フライアッシュ、スラグ（鉱滓）、焼却灰
、火山灰ガラス、シラス、抗火石、ガラス屑、シリカ、
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、マグネシア、炭酸カルシウム、セラコラ
、タルク、グラファイト、カーボンブラック、金属粉末
、セレンや、漕色性無機酸化物、例えば酸化金、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、酸化カド
ミウムなどが用いられる。

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１０〜２５０重量部、また前記混和材料め配合割合
は、セメント類１００重量部当り通常は０．１〜７０重
量部、また水の配合割合は、セメント類１００重量部当
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、シボレックス、デ
ュロックスなどがある。

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、バルブ繊維、麻繊維、石綿などが挙げられ、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、ミキサーなどを用いて混練し、
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
により被膜させ、次いで所定の養生を行い、硬化させる
などの方法が行われる。

前記セメント系硬化体はアルカリ成分が多いため、溶融
温度が１１５０〜１２５０℃で、板ガラスの１３００〜
１５００℃、タイルやレンガの１２００〜１３００℃、
セメントの１３００〜１５００℃など他の材料のそれよ
りも低く、低融点のものほど材料への熱の影響が少なく
かつ低エネルギーレベルでレーザー照射条件を設定しう
るので、前記セメント系硬化体は特にレーザー加工に適
している。

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があるので、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同化被膜
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
適宜変更されるが、通常は炭酸ガスレーザーを用い、最
大出力１０ｋＷ級で、レーザー出力０．５〜９ｋＷ、照
射幅１〜９００ｍｍ、ビーム径０．１〜！５０ｍｍの範
囲で選ばれる。

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、ゼオライト中の構成成分がセメント
類やその細骨材や添加剤など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。この溶融固化は瞬時に
行われるので、セメント系硬化体におけるゼオライト等
の色相は表面処理後もそのまま同系の発色を示す。優え
ば、二価の鉄によるゼオライトの緑色は、通常の加熱溶
融では三価の鉄に酸化されるため、赤又は黒系統に変色
するが、レーザー照射では淡青緑ないし深緑色と同系統
の色合を保持しうる。

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、ｌ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ンヨン
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、例えば
炭酸ガスレーザー加工機などが用いられる。

発明の効果 本発明方法によれば、低融点で場合により色調のよいセ
メント系硬化体を選択することによって、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る上、ゼ
オライト原料と同系統の色合いをそのまま保持しうると
ともに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
処理深さをレーザー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、ゼオライト系モルタル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１０．６％、ゼオライト（奥多摩
工業社製、商品名タマライト）　２６．６％、ケイ石４
１．５％及び生石灰２１．３％からなるゼオライト系モ
ルタル１００重量部に対し、パルプ０．５重量部及び水
６４重量部を加えて調合し、ミキサーを用いて２０°Ｃ
で１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発泡成形したのち、立
ち上り時６０°Ｃ／ｈｒで加熱し、最大１８０℃で８時
間オートクレーブ養生し、比重０．５５ｇ７ｃｍ”、曲
げ強度１８．Ｏｂｇｆ／　ａｍ２、圧縮強度３５．０Ｊ
２９ｆ　／　ａｍ２、熱伝導率０．１０ｋｃａｌ／　ｍ
、ｈ、’ｏ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１０％以下に乾
燥したのち、最大出力１．２ｋＷの炭酸ガスレーザー加
工機にかけ、該成形体表面にレーザー出力５５０Ｗ　１
　ビーム径３．２１−、ビームオシュレーシ３ン屑波数
９５Ｈｚのレーザービームを照射幅２５ｉｕ＋、移動速
度２５０＋ｉ＋ａ／分で照射した。

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％及び実施例１で用いたのと
同じゼオライト６７％からなるゼオライト系モルタル１
００重量部に対し、パルプ１．０重量部及び水４２．９
重量部を加えて調合し、ミキサーを用いて２０℃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、２０℃、湿度９０％に
７日間保って室内養生し、比重１．２５ｙ／ｃｔｒｒ”
、曲げ強度２５．７ｋｙｆ／　ｃｍ”、圧縮強度９８．
５＆ｓｆ／　ａｍ”、熱伝導率０．７０ｋｃａｌ／　ｍ
、ｈ、℃の成形体Ｂを作成した。

このようにして得られた成形体を含水率３％以下に乾燥
したのち、最大出力１．２ｋＷの炭酸ガスレーザー加工
機にかけ、該成形体表面にレーザー出力５５０Ｗ　、　
　ビーム径３．２＋ｎ＋ｍｌ、ビームオシュレーシｄン
周波ａ９５Ｈｚのレーザービームを照射幅２５ｍｍ。

移動速度２５０ｍｍ／分で照射した。

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。

これより、レーザー照射により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、オシュレーシ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１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セメント類に対し、重量基準で１０〜８０％の、二
   酸化ケイ素含有率５０％以上のゼオライトを含有して成
   るセメント系硬化体に、レーザー照射を行い、該硬化体
   の表面を溶融固化することを特徴とするゼオライト含有
   セメント系硬化体の表面処理方法。 ２　セメント系硬化体が軽量コンクリートである請求項
   １記載の表面処理方法。 ３　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２記載の表面処理方法。 ４　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、２又は３記載の表面処理方法。 ５　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４記載の表面
   処理方法。